TWI283761B - Composite-type optical device - Google Patents
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Description
1283761
九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是係提供一種複合式之光學元件，特別是本 發明利用壓模、射出成形法之製程方式製作一棱鏡式透 鏡光柵，並配合一光纖裝置，達到分波多工器之功效。 【先前技術】 習用複合式之光學元件其光柵的製作大多是利用鑽 石刀重複刻劃光柵結構於稜鏡表面，其溝槽與溝槽間的 距離需要高精度控制，以維持週期固定，且重複刻晝耗 時且不易批次量產，光柵小表面（facet)之平整度 (Roughness)不易達到高度的光學品質，為了不影響繞射 效率，故多應用於極小週期之光柵。本發明之光柵結構 經半導體微影製程可改善光柵表面結構之平整性，以提 升繞射效率，可應用於較大週期之光柵，改善小線寬光 柵之電場偏振方向選擇性損耗（PDL)，該半導體微影製程 兼具可批次量產之優點，將可以大幅降低光柵結構之成 本；且本發明係利用壓模、射出成形法之製程方式製作 的複合式之光學元件，可大幅降低光電元件之製作成 本，與精密對準之成本。 1283761
本發明係一種複合式之光學元件，係包括一稜鏡、 一準直透鏡及一火焰型光柵結構，該準直透鏡設置於該 稜鏡之一侧，而該火焰型光柵結構則設置於該棱鏡之另 一側，形成一稜鏡式透鏡光柵（Grismlens)，且在鄰近 於該準直透鏡設置一光纖裝置。該稜鏡式透鏡光柵係先 利用射出成形法經由半導體微影製程（Lithography)、精 密鑽石刀切割法（Diamond Tunneling)或熱壓法（Hot Embossing)製作以準直透鏡與火焰型光柵結構或以火焰 型光柵結構為模仁，精準對位模仁等元件後，即可經由 塑膠射出方式批次量產；或利用壓模法經由半導體微影 製程（Lithography)、精密鑽石刀切割法（Diamond Tunneling)或熱壓法（Hot Embossing)製作以準直透鏡或 以火焰型光柵結構為模仁，選擇與稜鏡折射率匹配的光 學膠，經由主動對準方式，將準直透鏡與火焰型光柵結 構或火焰型光柵結構貼覆於棱鏡表面，固化光學膠後， 即得稜鏡式透鏡光柵再配合光纖裝置構成複合式之光學 元件。經由射出成形、壓模法，該火焰型光柵結構與準 直透鏡可一次成形、可批次量產、免重複之高精度對位 等優點。且火焰型光栅結構經半導體微影製程可改善光 柵表面結構之平整性，以提升繞射效率，可應用於較大 週期之光栅，改善小線寬光柵之電場偏振方向選擇性損 耗（PDL);且該半導體微影製程兼具可批次量產之優點， 將可以大幅降低成本。 1283761
請參閱『第1、2圖』所示，係本發明之最佳實施 例之示意圖、係本發明之利用半導體微影製程之火培光 柵圖。如圖所示：本發明係一種複合式之光學元件，係 包括一稜鏡1 1、一準直透鏡1 3及一火焰型光柵結構 1 2，該準直透鏡設置1 3於該稜鏡1 1之一侧，而該 火焰型光柵結構1 2則設置於該稜鏡1 1之另一側，形 成一稜鏡式透鏡光柵（Grismlens) 1，且在鄰近於該準 直透鏡1 3設置一光纖裝置2。本發明係利用火焰型光 柵結構1 2作為分波之光學元件，一入射光2 1穿透該 準直透鏡1 3後，經由繞射光柵的調變後，原透鏡聚焦 後之折射光2 2，在相對應的輸出光纖上可接收各波長 的光訊號；該火焰型光栅結構1 2利用火焰形角度 (Blazed Angle)的改變，可以調變不同階之繞射光束且 具有極強之繞射效率。經由半導體微影製程 (Lithography)、精密鑽石刀切割法（Diamond Tunneling) 或熱壓法（HotEmbossing)製作火焰型光栅結構1 2 ;該 火媳型光柵結構1 2為一具平等間距凹溝之傾斜面，且 經由半導體微影製程可改善光拇表面結構之平整性，以 提升繞射效率，可應用於較大週期之光柵，改善小線寬 光柵之電場偏振方向選擇性損耗（PDL);且該半導體微影 製程兼具可批次量產之優點，將可以大幅製作成本；該 火焰型光柵結構1 2可經選擇反射、抗反射之鍍膜法， 使其繞射光束可分別應用於穿透、反射式之火焰型光 1283761 柵參閱『第3圖』所示’係本發明之複合式光學元 件不忍圖。如圖所示：本發明之準直透鏡卫3可為球面、 ，球面透鏡’可作為折射式元件、繞射式元件（咖），如·· 非涅耳透鏡（Fresne丨丨ens)，該準直透鏡丄3可將光纖、 波導管等發散光源準直，如♦•利特羅基板 (LITTROW-MOUNT)之火焰型光柵，該準直透鏡工3 於回光路時為聚焦透鏡之功能。 請參閱『第4〜6®』所示，係本發明之壓模法流 程圖、本發明之模具射出法示意圖、本發明之修正型光 纖陣列結構圖。如圖所示：本發明之製造方法可分為壓 模法及射出成形法，其本發明之一製造方法為利用射出 成形法經由半導體微影製程、精密鑽石刀切割法或熱壓 法製作準直透鏡與火焰型光柵結構或火焰型光栅結構為 模仁，精準對位模具等元件後，經由射出成形法即得一 稜鏡式透鏡光栅，經由射出成形法毋須再處理準直透鏡 與火焰型光柵結構之對位問題，將可以簡化系統之封 裝、對準之步驟；另一製法為利用壓模法經由半導體微 影製程、精密鑽石刀切割法或熱壓法製作之準直透鏡與 火焰型光柵結構或火焰型光柵結構，選擇與稜鏡折射率 相同的光學膠，降低介面間折反射之問題，經由主動對 準方式，將準直透鏡與火焰型光柵結構或火焰型光栅結 構貼覆於稜鏡表面’最後經由晶面之濕式餘刻液將模具
1283761 腐蝕，即得稜鏡式透鏡光柵。壓模、射出成形法，該火 焰型光柵結構與準直透鏡可一次成形、可批次量產、免 重複之高精度對位等優點，可大幅降低光電元件之製作 成本，與精密對準之成本。該複合式之光學元件之光纖 裝置之光纖陣列一般為V型凹槽（V - groove)或錐形波 導陣歹4 (taper waveguide array) 3之結構，其中，該 錐形波導陣列（ taper waveguide array)係將一光纖陣 列3 1穿透一耦合器3 2傳送至一錐形結構3 3，為一 具高精度對位及特別之輸出之設計。本發明之稜鏡式透 鏡光柵可視作一可見光或紅外光之光譜儀 (Spectroscopes)或一自由空間之光柵式分波多工器 (Free Space-Grating Based WDM System)，並搭配 LD、 光纖等裝置，達到傳統分波多工器之功效。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當 不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請 專利範圍及發明說明書内容所作之簡單的等效變化與修 飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 9 1283761
j θ6正·香投頁I 【圖式簡單說明】匕一一J 第1圖’係本發明之最佳實施例之示意圖。 第2圖’係本發明之利用半導體微影製程之火焰光柵圖。 第3圖’係本發明之複合式光學元件之準直透鏡示意圖。 第4圖’係本發明之壓模法流程圖。 第5圖，係本發明之模具射出法示意圖。 第6圖’係本發明之修正型光纖陣列結構圖。 【主要元件符號說明】 稜鏡1 1 準直透鏡 13 入射光 2 1 錐形波導陣列 3 耦合器3 2 稜鏡式透鏡光柵 1 火焰型光柵結構 12 光纖裝置 2 折射光 22 光纖陣列 31 錐形結構 33
Claims (1)
1283761 一 h卜三智麵 十、申請專~一 1. 一種複合式之光學元件，係至少包含： 一稜鏡式透鏡光柵（Grismlens)，係包含一棱鏡， 該稜鏡之兩側分別設置一火焰型光柵結構與一準直 透鏡； 一光纖裝置，係設置於鄰近該準直透鏡； 其中，該稜鏡式透鏡光柵係可以射出成形方式製 成，該火焰型光柵結構為一具平等間距凹溝之傾斜 面。 2. 依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元件， 其中，該火焰型光柵結構之製造方法為半導體微影製 程（Lithography) ° 3_依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元件， 其中，該火焰型光栅結構之製造方法係為精密鑽石刀 切割法（Diamond Tunneling)。 4_依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元件， 其中，該火焰型光柵結構之製造方法係為熱壓法（Hot Embossing) 〇 5, 依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元件， 其中，該火焰型光柵結構為反射及抗反射之鍍膜法， 其繞射光束係可分別用於穿透及反射式之火焰型光 •柵。 6. 依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元件， 其中，該稜鏡式透鏡光柵之製造方法係包含 1283761
以準直透鏡與火焰型光栅結構為模仁； 該模仁再經由塑膠射出方式批次量產。 (a ) (b ) 7.依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學一 其中，該稜鏡式透鏡光柵之製造方法包含 (a )選擇與稜鏡折射率匹配的光學膠； (b)該光學膠再經由主動對準方式，將準直透鏡與 火焰型光柵結構貼覆於稜鏡表面； 〃 (c )固化該光學膠。 8.依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元件 其中，該稜鏡式透鏡光柵之製造方法包含 (a )以火焰型光柵結構為模仁； (b )該模仁對位模具元件，再經由塑膠射出方式抵 次量產。 9 依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元件， 其中，該棱鏡式透鏡光柵之製造方法包含 (a )選擇與稜鏡折射率匹配的光學膠； (b )該光學膠再經由主動對準方式，將火焰型光栅 結構貼覆於棱鏡表面； (c )固化該光學膠。 1 〇依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元 件，其中，該稜鏡式透鏡光栅為一分波多工器（WDM) 及光譜儀（Spectroscopes)之繞射式分波元件。 11.依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元 12
1283761 g VrarirrΓ 1 ----------广一 M" 件’其中，該準直达鏡為球面。 12·依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元 件’其中，該準直透鏡為非球面透鏡。 13_依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元 件’其中，該準直透鏡為菲涅耳透鏡（Fresnel lens)。 14.依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元 件’其中’該準直透鏡為利特羅基板 (UTTROW-MOUNT)之火焰型光柵。 15_依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元 件，其中，該光纖裝置之光纖陣列為V型凹槽 (V -groove)之結構。 16·依據申請專利範圍第1項所述之複合式之光學元 件，其中，該光纖裝置之光纖陣列為錐形波導陣列 (taper waveguide array)之結構。 13 1283761
七、指定代表圖·· (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 稜鏡式透鏡光柵 1 光纖裝置 2 稜鏡1 1 光桃結構 12 準直透鏡 13 入射光 21 折射光 2 2 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
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