光波波分復用發射和接收模塊的製作方法

2024-02-15 09:17:15

專利名稱：光波波分復用發射和接收模塊的製作方法
技術領域：
本發明一般地與光波波分復用(WDM)發射和接收模塊有關，特別地與微機械加工的光波波分復用發射和接收模塊有關，該模塊以各向異性腐蝕的矽片為安裝其光學元件和光電元件的平臺，並以同一矽片上形成的微結構為製造光學元件，包括復用器(multip1exer)和解復用器(demu1tiplexer)的基本構件。
光纖到家庭(FTTH)和光纖到辦公桌(FTTD)等全光纖化用戶網是提供用戶高帶寬通信必不可少的基礎設施。這種光纖用戶網的建造技術現時並不難尋求，但建造的成本卻高等難以讓普通用戶承受，除非比較大地降低成本，特別是降低用作光波波分復用發射和接收模塊的光電網絡單元的成本，否則將由於無法迅速開拓市場而發展艱難。
在市場需求的強力驅動下，數種製造光波波分復用發射和接收模塊的技術已經發展或正在發展，這些技術對產量的提高和成本的降低都能起到程度不同的作用，因而使得FTTH和FTTD的實現逐步變得明朗起來。
已經發展出來的一種光波波分復用發射和接收模塊如

圖1所示，主體為一條形金屬塊101，沿其縱向中心線方向挖空成長管狀，一隔離管104插入其中。隔離管104的一端安裝一個TO管殼封裝的光發射器102，隔離管的一側安裝一個TO管殼封裝的光接收器103，兩個TO管殼的縱向中心延長線相交於隔離管的縱向中心線。一根光纖108穿過一個處於隔離器另一埠的連接器108，插入隔離器104。插入光纖104的前方有一個球形透鏡106，由隔離管104夾於其中，球形透鏡104的前方有一個分光器(splitter)105，懸掛於一長杆的一端，而長杆的另一端固定在隔離管104的內壁上。由光纖108輸入的光束由分光器105反射到接收器103上。反射光的波長由濾光器(filter)的選擇性確定，只有波長被選定的光束通過，其它則都被阻擋。模塊組件的裝配均分兩步進行第一步，逐一調整各個組元位置，使其與光纖輸入光束的通行路徑對準；第二步，將各個組元固定在調整好的位置上。
這種模塊雖然已經成為產品並已得到應用，但其不足之處是顯而易見的。為了達到模塊的輸入和輸出性能滿足應用的要求，光波發射器和接收器都須逐一與各個光學元件進行光路對準。這是一項既複雜又費力的工作，致使其生產成本長期居高不下。此外，光發射器的聚光透鏡被封入密閉的隔離管內，與光發射器非常靠近，調整透鏡的位置使其與光發射器達到光路對準非常困難。這種高強度的操作不僅使得製造成本增加許多，其產品性能也很難得到保證。
正在發展的一種光波波分復用發射和接收模塊如圖2所示，主要由三部分組成，即光學元件片201，光網絡單元片206，和電子元件片210。光學元件片包括一腐蝕有V形槽的矽片202和置於V形槽內由中心控制室傳至用戶網的光纖201。光纖203被耦合到微透鏡205上，波長1.3μm(數位聲音信號)和1.55μm(類比圖象信號)的光束由微透鏡轉變為準直光束。光網絡單元片206由玻璃片疊層結合而成，玻璃片塗敷有多層電介質薄膜，形成濾光器207，半反接鏡209，和抗反射膜208a,208b。1.3μm和1.55μm波長光束由多層介質濾光器207分開，1.3μm波長的光束沿原來的方向直線傳輸，而1.55μm波長的光束則以一定的角度進行反射。1.3μm波長的光束先後經半反光鏡209和反光鏡208b反射，再經一微透鏡聚焦，最後由1.3μm波長的光探測器212轉變成電信號。1.55μm波長的光束由反光鏡208a反射，再經一個微透鏡聚焦，最後由1.55μm的光探測器轉變成電信號。電子學元件片210上的雷射二極體211用來發射1.3μm的單色光束，發射出的光束經由微透鏡轉變成準直光束。準直光束進入光網絡單元片206後，先沿直線方向通過半反光鏡209和濾光器207，然後由另一微透鏡聚焦於光纖203的插入端纖芯。微透鏡與光纖插入端纖芯的耦合由一個插入式微型連接器204擔負。濾光器207，半反光鏡209，和反光鏡208a,208b採用電子束蒸發沉積技術製造。
顯然，在這種模塊的配置中，光網絡單元和微透鏡雖然實現了單片集成，但它們的組合仍需通過插入式的連接器。在將光網絡單元和微透鏡連接到插入式連接器的過程中，主動式的光路對準和隨後的位置固定依然是不可缺少的。更麻煩的是進行光網絡單元與光電子元件的對準，這是因為光網絡單元的尺寸已經是微型化了，但電子學元件並未相應地縮小，從而使得電子學元件的裝配變得非常複雜。
本發明的第一個目的是提供一種光波波分復用發射和接收模塊，用微機械加工的矽片作為安裝其光學元件和電子學元件的平臺，並在用作平臺的同一矽片上形成微結構，供作製造復用器和解復用器的建造材料。
本發明的另一個目的是提供一種光波波分復用發射和接收模塊，其所需光學元件，包括微透鏡，濾光器，半反光鏡，和反光鏡等用類似於製造半導體器件的技術進行大批量和低成本生產。
本發明的第三個目的是提供一種光波波分復用發射和接收模塊，其所需光電子元件的安裝採用類似於微電子多晶片模塊(MCM)封裝的技術進行大批量和低成本封裝。
本發明的第四個目的是提供一種光波波分復用發射和接收模塊，其光纖的插入實現被動式的光路對準，即光纖一經插入安裝平臺就自動瞄準了預先設定的光路對準方向，無需再進行光路調整。
本發明的第五個目的是提供一種光波波分復用發射和接收模塊，其光發射器預先安裝於V形底座上，其V形底座與安裝平臺的V形槽相互匹配，光發射器連同底座一經置入安裝平臺就自動瞄準預先設定的光路對準方向。
本發明的第六個目的是提供一種光波波分復用發射和接收模塊，其微透鏡預先安裝於V形底座的側面，其V形底座與安裝平臺的V形槽相互匹配，微透鏡連同底座一經置入安裝平臺就自動瞄準預先設定的光路對準方向。
下述附圖配合隨後對本發明的詳細說明，有利於加深對本發明的全面深入理解。
圖1為已有技術提供的一種光波波分復用發射和接收模塊的橫截面示意圖。
圖2為已有技術提供的另一種光波波分復用發射和接收模塊的橫截面示意圖。
圖3為本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊的橫截面示意圖。
圖4為圖3所示本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊沿AA線切開的橫截面示意圖。
圖5為圖3所示本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊沿BB線切開的橫截面示意圖。
圖6為圖3所示本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊沿CC線切開的橫截面示意圖。
圖7為圖3所示本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊沿DD線切開的橫截面示意圖。
圖8A至圖8C表示圖3所示本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊的安裝平臺在各主要製造階段的結構頂視圖。
圖9表示圖3所示本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊所用的V形底座支持的光發射器在各主要製造階段的橫截面圖。
圖10表示圖3所示本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊所用的V形底座支持的微透鏡在各主要製造階段的橫截面圖。
圖11為圖3所示本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊全部安裝完畢的頂視圖。
上述目的以及其他目的可通過本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊付諸實現。如圖3所示，本發明提供的光波波分復用發射和接收模塊有一矽片301，已用各向異性腐蝕技術進行過微機械加工，其上表面沿一條公共的中軸線依次排列三個V形槽301a,302b，和302c，其中心槽為302b，兩側槽為301a和301c，兩側槽延伸到矽片的邊緣。V形槽302c的唯一一個與中軸線相交的斜坡狀端面覆蓋有多層電介質薄膜形成的濾光器303。V形槽302b的一個與中軸線相交且與上述斜坡狀端面平行的斜坡狀端面覆蓋有多層電介質薄膜形成的半反光鏡304。V形槽302b的另一個與中軸線相交的斜坡狀端面和V形槽302a的唯一一個與中軸線相交的斜坡狀端面，被垂直下切形成兩個平行的垂直端面，其上覆蓋有多層電介質薄膜形成的抗反射膜305a和306b。
本發明的光波波分復用發射和接收模塊還有一根光纖312，一個光發射器307，三個微透鏡309a,309b,309c，和兩個光接收器310,311。光纖312從V形槽302c的邊緣開口插入其內，其光纖近端纖芯瞄準槽的中軸線方向。一個預先安裝於V形底座的光發射器307，連同底座一同置入V形槽302a內，通過對光纖施加一定的壓力達到V形底座與V形槽的緊密配合。形成於V形底座308,308b,308c側面的微透鏡309a,309b,309c連同底座分別置入於V形槽302a,302,302c內，自動實現與槽間的緊密配合。光發射器307發射出的光束依次通過微透鏡309a，抗反射膜305a，第一個錐形矽牆，半反光鏡304，微透鏡309b，抗反射膜305b，第二個錐形矽牆，以及濾光器303，然後進入光纖312的纖芯。光接收器311橫跨V形槽302c的上方安置，其下表面對著濾光器303，光纖312輸入的第一波長的光束經濾光器303反射，落在其光靈敏區域。另一個光發射器312橫跨V形槽302b的上方安置，其下表面對著半反光鏡304，光纖312輸入的第二波長的光束穿過濾光器303，經半反光鏡304反射，落在其光靈敏區域。
本發明的光波波分復用發射和接收模塊的設定工作光波波長為1.3μm和1.55μm，矽吸收光譜的吸收邊為1.15ev或0.727μm，對於設定的1.3μm和1.55μm波長，矽是透明的。濾光器303設定於對1.3μm波長的光束透射，對1.55μm波長的光束反射。半反光鏡304設定於對1.3μm波長的光束半反射和半透射。
參考圖4，該圖為沿圖3中的AA線剖開的橫截面示意圖。由圖可見，一個預先安裝於V形底座的光發射器置於矽片的一個V形槽內。光發射器為半導體雷射二極體307，其發光區為底部中心附近的窄條316，底部表面兩側為焊接塊315。V形底座306由(100)矽片經各向異性腐蝕而成，由另一(100)矽片301腐蝕形成的V形槽302a與V形底座306陰陽相配。雷射二極體307倒置於V形底座306上，其焊接塊315朝下，與矽片301上的熔焊凸塊314相對。通過熔焊塊314熔融時由表面張力產生的恢復力，可使雷射二極體307處於矽片301上設定的位置，從而保證雷射二極體307的發光區316瞄準V形槽302a的縱向中軸線方向。
參考圖5，該圖為沿圖3中的BB線剖開的橫截面示意圖。由圖可見，一個光接收器或一個光探測器310的下表面中心為光靈敏區可見，一個光接收器或一個光探測器310的下表面中心為光靈敏區319，兩側為焊接塊318。矽片301被腐蝕形成V形槽，其一斜坡狀的側面形成有一多層電介質半反光鏡304。矽片301表面，半反光鏡上方的兩側形成有熔焊凸塊317。光探測器310安置於矽片301上方，焊接塊318與熔焊凸塊317熔融時由表面張力產生的恢復力使其自動定位於設定的對準於光路的位置。
參考圖6，該圖為沿圖3中的CC線剖開的橫截面示意圖。由圖可見，一個由底座支持的微透鏡置於一個V形槽內。微透鏡底座308c的側面為V形，與矽片301的V形槽302c相互匹配，因此連同底座一同置於槽內的微透鏡的中心光軸與V形槽的縱向中軸線是自動對準的。
參考圖7，該圖為沿圖3中的DD線剖開的橫截面示意圖。由圖可見，一根光纖704平放於矽片701的V形槽302c內。矽片301除腐蝕形成V形槽302c以外，還形成一對定位槽320。為了確保光纖312處於V形槽302c的底部，光纖上有一蓋板313。蓋板313由另一矽片各向異形腐蝕製成，其底面形成有定位凸條321，恰好插入定位槽320內，由此保證光纖312的近端纖芯瞄準V形槽302c的縱向中軸線方向。
本發明提出的如圖3所示的光波波分復用發射和接收模塊用微機械加工的矽片作為安裝平臺，組建模塊所需的光發射器，光接收器，微透鏡，和光纖都安置於安裝平臺上。此外，通過微機械加工，還在同一矽片上形成微結構，用於製造光學元件的基本構件。配合適當的類似半導體器件的加工技術，在這些結構上形成多層電介質濾光器，多層電介質半反光鏡，以及多層電介質防反射膜。
圖8A至圖8C表示利用矽片形成安裝平臺和微結構，並在微結構上形成多層電介質濾光器，多層電介質半反光鏡，和多層電介質防反射膜的過程。
參看圖8A，一塊晶面(100)單面拋光的矽片401由微機械加工形成三個V形槽405a,405b，和405c。這些V形槽沿一條公共的中心軸線排列穿越矽片，405b居中，405a和405b分居兩側。V形槽405a分為兩段，較寬的406a和較窄的407a，槽的一端408a為斜坡狀，與其相對的一端為開口。V形槽406b的兩相對的端面408b和409a均為斜坡狀。V形槽405c也分為兩段，較寬的406b和較窄的407b，槽的一端409b為斜坡狀，與其相對的一端為開口。矽片同時由微機械加工形成一對較淺較短的V形槽410，該槽與V形槽405a,405b，和405c的縱向中軸線平行。矽片401的表面塗敷一層電介質402，金屬化圖形403和熔焊凸塊404在其上形成。
矽片401的微機械加工基於氫氧化鉀(KOH)溶溶對矽的各向異性腐蝕特性。由於矽片的{111}面被氫氧化鉀腐蝕的速率遠低於{100}面，腐蝕總是終止在{111}面上，故(100)矽片裡形成的腐蝕坑最終都是以{111}面為邊界面。在進行腐蝕之前，矽片的表面覆蓋一複合層402。複合層402分兩步形成，第一步，在1100℃的氧氣中進行熱氧化生成厚1000的SiO2，第二步，由低壓化學氣相沉積(LPCVD)形成厚1500的Si3N4。複合層402既用作抗KOH溶溶腐蝕的保護層，又用作金屬化的電絕緣層。金屬化用的導電材料為鉻(Cr)/金(Au)複合層， 由電子束蒸發沉積形成。對Cr/Au複合層進行第一次光刻腐蝕，形成金屬化圖形403。接著進化第二次光刻，形成電鍍圖形。以光刻膠為掩膜進行銦(In)電鍍，在Cr/Au導電條上形成In凸榫404。
矽片進行各向異性腐蝕的條件為溶液濃度40wt％的KOH，電磁攪拌溶液形成對流，溶溶溫度保持在70℃。腐蝕掩蔽圖形為對SiO2/Si3N4複合層進行光刻腐蝕形成的矩形窗口，其矩形邊對準矽片的110晶向。隨著腐蝕時間延長，腐蝕不斷向矽片的深處進行，只要腐蝕時時足夠長，最終形成的腐蝕坑呈倒置梯形平臺狀，梯形平臺四個側面為{110}晶面。測量表明，{111}晶面是原子級平整度的平面，可用作高質量的光反射面。由於腐蝕坑斜坡狀的{111}面與矽片表面相交54.74°，經置於V形槽內的光纖輸入而由此面反射的光束將以小角度人射於V形槽上方的光探測器，這有利於降低由光探測器返回光纖的反射光強度。由此產生的反射光束的位置移動可以通過光路的設計，特別是探測器的安裝位置選定而得到彌補，從而使光束落點仍舊處於探測器光敏感區的中心部位。
由於電介質SiO2和Si3N4，金屬Cr和Au都面耐KOH溶溶的腐蝕，金屬化圖形的形成可以在各向異性腐蝕之前進行。其好處是在隨後的加工過程中矽片表面始終保持平面，從而使得工業標準化的平面製造工藝得以採用，並可避免{111}鏡面質量在金屬化熱處理的過程中遭到損壞。儘管在進行各向異性腐蝕時金屬化圖形表面未加保護層，但經長時間腐蝕，未見金屬層對矽表面的黏附性有退化的跡象。
圖8B表示在斜坡狀端面409a上形成多層電介質濾光器411和在斜坡狀端面409a上形成多層電介質半反光鏡412。多層電介質濾光器411由數對四分之一工作光波波長厚的高低折射率介質層組成。由於無定形Si矽的折射率為3.5i0.0025，而SiO2的折射率為1.4，兩種材料的折射率相差比較大，很適合用來構成濾光器411和半反光鏡412。無定形Si層和SiO2層由電子束蒸發沉積而成，蒸發掩膜襯底採用剛性較好的Mo板。無定性Si層和SiO2層的成對數目由計算多層電介質膜反射光和透射光強度的方法確定。半反光鏡412也由數對無定形Si層和SiO2層構成，只是所用的成對數目不同而已。
圖8C表示形成穿越矽片401的矩形槽413a和413b，槽內垂直側面414a和414b，以及垂直側面上抗反射膜415a和415b。槽413a和413b的形成採用雷射刻蝕技術，雷射束垂直照射矽片401表面，並沿著垂直於V形槽405a,405b,405c的縱向中軸線方向掃射，使其通過V形槽405a和405b的斜坡面。由於曝光的時間越長，去除的矽量越大，因而可以控制雷射刻蝕過程，使V形槽405a和405b的斜坡被部分或全部切除，從而形成垂直側面414a和414b。
槽413a和413b的形成也可採用砂輪刀切割技術。只要金剛砂的粒度比較小和砂輪的轉速比較高，切割形成的垂直面414a和414b平整光亮。
抗反射膜415a和415b也是由數對四分之一工作光波波長厚的無定形Si和SiO2層形成，只是成對的數目比較少而已。
KOH溶液各向異性腐蝕矽片也用來形成光發射器預安裝的V形底座，其形成過程如圖9A至圖9B所示。所用的起始材料為晶面(100)兩面拋光的矽片501。矽片501經過熱氧化形成厚1000的SiO2層，繼而用LPCVD沉積厚1500的Si3N4層。在矽片501的背面用電子束蒸發沉積形成Cr/Au複合層，其中Cr層比較薄，用於增加Au層對矽片表面的黏附性。進行第一次光刻腐蝕，在矽片501的正面形成腐蝕掩蔽圖形502。並進行第二次光刻腐蝕，在矽片501的背面形成金屬化圖形，包括焊接塊503，如圖9A所示。接著將光發射器504鍵合到矽片501的背面，使光發射器504的熔焊凸塊505與矽片501的焊接塊503一一對應接觸，並通過加溫使其熔化結合在一起，如圖9B所示。然後用黏合劑507將矽片501貼接到玻璃片506上，並投入KOH溶蝕進行腐蝕，形成穿透矽片501的腐蝕坑，將矽片分割成許多倒置的梯形平臺508，如圖9C所示。最後用有機溶劑浸泡去除黏合劑507，分離出腐蝕形成的小晶片，如圖9D所示。每個晶片包括光發射器504，V形底座508，焊接塊503，和溶焊凸塊505。
圖10A至圖10C表示採用光刻膠加溫回流技術形成微透鏡的過程。如圖10A和圖10B所示，用甩膠機將一層光刻膠塗在玻璃片601上，經過曝光，顯影，和定影，光刻膠被分割成小方塊。在氮氣中將玻璃片601加熱使光刻膠熔化，此時由於表面張力的作用，融體收縮成半球形602。然後緩慢降溫，使融體冷凝保持其半球形。球面的曲率半徑由光刻膠的厚度和方塊的大小確定。光刻膠半球的排列如圖10B所示，603表示玻璃片601的分割線，沿此線可將玻璃片601分割成許多相同大小的等邊三角形，每個等邊三角形包含一個微透鏡。等邊三角形的兩底角為57.7°，頂角為70.6°，頂角的度數正好等於(100)矽片V形腐蝕槽的底角度數。
圖11為本發明提出的光波波分復用發射和接收模塊全面安裝完畢的頂視圖。模塊包括按照本發明提供的方法和技巧製成的安裝平臺，多層電介質濾光器，多層電介質半反光鏡，多層電介質抗反射膜，預裝於V形底座的微透鏡，和預裝於V形底座的光發射器。由矽片形成的安裝平臺401表面覆蓋以電介質層402，導電金屬連線(403)形成於電介質層402之上。沿安裝平臺401的縱向中軸線方向，依次排列三個V形槽405a,405b，和405c，垂直於縱向中軸線方向，平行排列兩個矩形槽413a和413b。多層電介質濾光器附著於V形槽405c的一個斜坡狀端面上。多層電介質半反光鏡附著於V形槽405b的一個斜坡狀端面上。矩形槽413a由大部分切除V形槽405a的斜坡狀端面408a形成，矩形槽413b由大部分切割V形槽405b的斜坡狀端面408b形成。多層電介質抗反射膜415a附著於矩形槽413a的一垂直側壁上，多層電介質抗反射膜415b附著於矩形槽413b的一垂直側壁上。預裝於V形底座419a的微透鏡418a連同底座一同置於V形槽405a內，背靠抗反射膜415a。預裝於V形底座419b的微透鏡418b連同底座一同置於V形槽405b內，背靠抗反射膜415b。預裝於V形底座419c的微透鏡連同底座一同置於V形槽405c內，背向多層電介質濾光器。預裝於V形底座的光發射器416連同底座一同置於V形槽405a內，其光發射條區瞄準V形槽405a,405b,405c的縱向中軸線方向。微透鏡和光發射器置入V形槽後，用透明黏結劑固定其位置。光反射器與外電路的電連接通過金屬線417，焊接塊404，以及金屬布線403。模塊還包括光接收器和光纖。光接收器420安裝於多層電介質半反光鏡的上方，其光靈敏區朝下對準多層電介質半反光鏡反射的光束方向。光接收器421安裝於多層電介質濾波器的上方，其光靈敏區朝下對準多層電介質濾波器反射的光束方向。光纖422插入V形槽405c內，其近端纖芯瞄準V形槽405a,405b,405c的縱向中軸線方向。光纖422上方由蓋板423壓住，並用透明黏結劑固定。
上面對本發明提出的光波波分復用發射和接收模塊的結構特徵，製造技術，和工藝條件進行了詳細說明。處於本技術領域的熟練工程技術人員，不難對上述結構特徵，製造技術和工藝條件進行局部的修改，補充，刪除，和調整，但仍不會偏離本發明的基本精神和技術要領。
權利要求
1．一種光波波分復用發射和接收模塊，其結構特徵包括一矽片，有兩個V形槽沿同一中軸線排列，穿越矽片，其中第一個V形槽在矽片的中心部位有一個斜坡狀端面，在矽片邊緣有一個與其相對的開口，其中第二個V形槽在矽片中心部位有一個垂直端面，在矽片另一邊緣有一個與其相對的開口，一多層電介質濾光器，附著於第一個V形槽的斜坡狀端面，一多層電介質半反光鏡，附著於第二個V形槽的垂直端面，第一個微透鏡，附著於一個V形底座的側面，連同底座置於第一個V形槽內，背向多層電介質濾光器，第二個微透鏡，附著於一個V形底座的側面，連同底座置於第二個V形槽內，背靠第二個V形槽的垂直端面，一個光發射器，安放於一個V形底座上，連同底座置於第二個V形槽內，發光區朝向第二個微透鏡的正面，一個光接收器，置於第一個V形槽的上方，光靈敏區朝向多層電介質濾光器，和一根光纖，插入第一個V形槽內，近端纖芯朝向多層電介質濾光器。
2．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求1所述矽片為(410)矽片。
3．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求1所述矽片為(100)矽片。
4．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求1所述支持微透鏡的V形底座為玻璃底座。
5．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求1所述支持微透鏡的V形底座為矽底座。
6．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求1所述支持光發射器的V形底座為矽底座。
7．一種光波波分復用發射和接收模塊，其結構特徵包括一矽片，至少有三個V形槽沿同一條中軸線排列穿越矽片，其中第一個V形槽處於矽片的一側，伸展到矽片的邊緣，有一個斜坡狀端面和一個與其相對的開口其中第二個V形槽處於矽片的中心部位，有一個與前述斜坡狀端面平行的斜坡狀端面和一個與其相對的垂直端面；其中第三個V形槽處於矽片的另一側，伸展到矽片的另一邊緣，有一個與前述垂直端面平行的垂直端面和一個與其相對的開口，一個多層電介質濾光器，附著於第一個V形槽的斜坡狀端面上，一個多層電介質半反光鏡，附著於第二個V形槽的斜坡狀端面上，兩個多層電介質抗反射膜，分別附著於兩個垂直端面上，第一個微透鏡，附著於一個V形底座的側面，連同底座一同置於第一個V形槽內，背向多層電介質濾光器，第二個微透鏡，附著於一個V形底座的側面，連同底座一同置於第二個V形槽內，背靠第二個V形槽的垂直端面，第三個微透鏡，附著於一個V形底座的側面，連同底座一同置於第三個V形槽內，背靠第三個V形槽的垂直端面，一個光發射器，附著於一個V形底座，連同底座一同置於第三個V形槽內，發光區朝向第三個微透鏡的正面，第一個光接收器，置於第二個V形槽的上方，光靈敏區朝向多層電介質半反光鏡，第二個光接收器，置於第一個V形槽的上方，光靈敏區朝向多層電介質濾光器，和一根光纖，從開口插入第一個V形槽內，近端纖芯朝向多層電介質濾光器。
8．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求7所述矽片為(410)矽片。
9．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求7所述矽片為(100)矽片。
10．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求7所述支持微透鏡的V形底座為玻璃底座。
11．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求7所述支持微透鏡的V形底座為矽底座。
12．一種光波波分復用發射和接收模塊，其權利要求7所述支持光發射器的V形底座為矽底座。
13．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其製造特徵包括準備一矽片，在矽片上用各向異性腐蝕液腐蝕形成三個V形槽，使其沿同一條中軸線排列穿越矽片，其中第一個V形槽處於矽片一側並伸展到矽片的邊緣，有一個斜坡狀端面和一個與其相對的開口；其中第二個V形槽處於矽片的中部，有一個與前述斜坡狀端面平行的斜坡狀端面和一個與其相對的垂直端面；其中第三個V形槽處於矽片的另一側並伸展到矽片的另一邊緣，有一個與前述垂直端面平行的垂直端面和一個與其相對的開口，形成一個多層電介質濾光器，附著於第一個V形槽的斜坡狀端面，形成一個多層電介質半反光鏡，附著於第二個V形槽的斜坡狀端面，形成兩個多層電介質抗反射膜，分別附著於兩個垂直端面，將第一個附著於V形底座側面的微透鏡連同底座一同置於第一個V形槽內，使其背向濾光器，將第二個附著於V形底座側面的微透鏡連同底座一同置於第二個V形槽內，使其背靠第二個V形槽的垂直端面，將第三個附著於V形底座側面的微透鏡連同底座一同置於第三個V形槽內，使其背靠第三個V形槽的垂直端面，將一個附著於V形底座的光發射器連同底座一同置於第三個V形槽內，使其發光區朝向第三個微透鏡的正面，將第一個光接收器置於第二個V形槽的上方，使其光靈敏區朝向多層電介質半反光鏡，將第二個光接收器置於第一個V形槽的上方，使其光靈敏區朝向多層電介質濾光器，和將一根光纖插入第一個V形槽內，使其近端纖芯朝向多層電介質濾光器。
14．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述矽片為(410)矽片。
15．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述矽片為(100)矽片。
16．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述垂直端面由雷射刻蝕相對應的斜坡狀端面形成。
17．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述垂直端面由砂輪刀切割相對應的斜坡狀端面形成。
18．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述支持微透鏡的V形底座由砂輪刀切割其玻璃襯底形成。
19．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述支持微透鏡的V形底座由砂輪刀切割其矽襯底形成。
20．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述支持微透鏡的V形底座由雷射刻蝕其玻璃襯底形成。
21．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述支持微透鏡的V形底座由雷射刻蝕其矽襯底形成。
22．一種製造光波波分復用發射和接收模塊的方法，其權利要求13所述支持光發射器的V形底座由各向異性腐蝕矽片形成。
全文摘要
一種光波波分復用發射和接收模塊,用微機械加工的矽片作為安裝所需光學元件和光電元件的平臺,並在同一矽片上形成微結構,用以製造所需光學元件。矽片平臺有三個V形槽,沿同一中軸線排列,旁邊兩個V形槽延伸到矽片的邊緣,其中一個放置光纖。V形槽中的兩個平行斜坡狀端面附有多層電介質濾光器和半反射鏡,另兩個平行斜坡狀端面加工成垂直端面,附有多層電介質抗反射膜。模塊的光發射器和微透鏡預置於V形底座,連同底座置入矽片的V形槽內。模塊的兩個光接收器,橫跨V形槽,其光接收區分別瞄準濾光器和半反射鏡。模塊製造採用類似於半導體器件的製造技術,適合低成本大批量生產。
文檔編號H04B10/02GK1303195SQ9912199
公開日2001年7月11日 申請日期1999年10月25日 優先權日1999年10月25日
發明者塗相徵, 李韞言 申請人:李韞言