[go: up one dir, main page]

CN1692536A - 在光输出面上具有衍射膜的光发射器件及其制造方法 - Google Patents

在光输出面上具有衍射膜的光发射器件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1692536A
CN1692536A CNA2003801002945A CN200380100294A CN1692536A CN 1692536 A CN1692536 A CN 1692536A CN A2003801002945 A CNA2003801002945 A CN A2003801002945A CN 200380100294 A CN200380100294 A CN 200380100294A CN 1692536 A CN1692536 A CN 1692536A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
dlc layer
light emitting
diffraction
emitting devices
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2003801002945A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1332485C (zh
Inventor
后利彦
大久保总一郎
松浦尚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN1692536A publication Critical patent/CN1692536A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1332485C publication Critical patent/CN1332485C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G02B5/1871—Transmissive phase gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明以高效率、低成本提供一种实用的微型光发射器件，其在光输出面上具有光衍射膜。该光发射器件(LD)包括形成在其光输出面上的衍射膜(DF)；该衍射膜包括一个透明DLC(似金刚石碳)层；并且，该DLC层包括一个折射率调制型衍射光栅，该衍射光栅包含具有相对较高折射率的局部区域和具有相对较低折射率的局部区域。

Description

在光输出面上具有衍射膜的 光发射器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及在光输出面上具有光学衍射膜的光发射器件，以及制造这样的光发射器件的方法。更具体地，该发明涉及在输出面上具有光学衍射膜，具有波分多路复用/分用、功率分割/合并、极化分割多路复用/分用、波片或者光学隔离器功能的光发射器件，以及制造这样的光发射器件的方法。
背景技术
众所周知，产生光的衍射的衍射光学部件可以用在许多应用中。例如，可以用衍射光学部件制造波长多路复用/分用器、光学耦合器、光学隔离器以及类似器件。
衍射光学部件一般是通过在透明衬底上形成衍射光栅层而制造的。根据衍射光栅层的结构差异，衍射光学部件粗略地被分为折射率调制型(modulated-refractive-index type)和表面起伏型(surface-relieftype)。
图13用剖面示意图图解了一个折射率调制型衍射光学部件的例子。应当理解，在本申请的附图中，为了简化图面并使之清楚，适当地改变了尺度比例比如宽度和厚度，而没有反映实际的比例关系。该折射率调制型光学部件包括形成在一个透明衬底11上的一个衍射光栅层12a。其中，在该衍射光栅层12a中，形成了折射率调制结构。具体地，在衍射光栅层12a中，周期性地交替形成具有较小折射率n1的局部区域和具有较大折射率n2的局部区域。这使得，由于在通过低折射率n1区的光和通过高折射率n2区的光之间的相位差，引起衍射现象。
具有折射率调制结构的衍射光栅层12a例如可以用这样的材料形成：可通过使材料接受能量射束的照射而提高这种材料的折射率。例如，已知可以用紫外辐射提高掺Ge石英玻璃的折射率。类似地，还知道可以用X射线照射石英玻璃而提高其折射率。因此，可以通过以下方式形成如图13所示的衍射光栅层12a：在透明衬底11上淀积一个折射率为n1的石英玻璃层，然后用能量射束按照一种周期性图案照射所述玻璃层，将局部折射率提高到n2。
图14以剖面示意图图解了一种表面起伏型衍射光学部件的例子。该表面起伏型衍射光学部件包括一个形成在透明衬底11上的衍射光栅层12b，其中，在该衍射光栅层12b中形成了一种起伏结构。具体来说，在衍射光栅层12b中周期性地交替形成具有较大厚度的局部区域和具有较小厚度的局部区域。这使得，由于在通过大厚度区域的光和通过小厚度区域的光之间的相位差，引起衍射现象。
具有表面起伏结构的衍射光栅层12b例如可以通过下述方法形成：在透明衬底11上淀积一个石英玻璃层，并对该玻璃层进行光刻和蚀刻处理。
图15以剖面示意图的形式图解了折射率调制型的衍射光学部件的另一个例子。图15的折射率调制型光学部件与图13所示相似，但是，在图15的衍射光栅层12c中，周期性地布置了具有相互不同的三级折射率n1、n2和n3的局部区域。以这种形式具有三级折射率n1、n2和n3的局部区域可以在衍射光栅层12c中例如以下述方法形成：在衬底11上淀积一个折射率为n1的石英玻璃层，然后用两个不同能量等级的能量射束照射该玻璃层。
借助于包含具有多级折射率的局部区域的衍射光栅，与使用只包含简单的二元折射率区域的衍射光栅的情形相比，衍射效率可以提高。在这里，“衍射效率”的意思是衍射光能量的总和与入射光能量之比。这意味着，从使用衍射光的角度来看，优选更高的衍射效率。
图16以剖面示意图的形式表示了表面起伏型衍射光学部件的另一个例子。图16的表面起伏型光学部件类似于图14所示，但是在图16的衍射光栅层12d中周期性地布置了具有相互不同的三级厚度的局部区域。以这种形式具有三级折射厚度的局部区域可以在衍射光栅层12d中例如以下述方法形成：在衬底11上淀积一个石英玻璃层，然后在该玻璃层上重复光刻和蚀刻处理两次。这样，借助于包含具有多级剖面的局部区域的衍射光栅，与使用只包含简单的二元厚度的衍射光栅的情形相比，衍射效率可以提高。
应当注意，尽管在图13和图15所示的折射率调制型衍射光栅中，衍射光栅层中的折射率是按级变化的，但是也可以形成折射率连续变化的折射率调制型衍射光栅。在这种情况下，用来照射以提高折射率的能量射束的能量水平应当连续变化。
图17简要图示了在光通信应用中使用衍射光学部件的一个例子。在该图中，准直器C1、C2分别接到光纤F1、F2的端面上。提供连续波长可调输出的半导体激光二极管LD的光输出面发射出的激光束L被一个衍射光学部件DE分解为例如波长λ1的光束和波长λ2的光束。这是因为，光束的衍射角随波长λ而不同。这样，具有波长λ1的光束可以从准直器C1输入光纤F1，具有波长λ2的光束可以从准直器C2输入光纤F2。换句话说，在这种情况下利用了衍射光学部件DE的多路分用功能。
当然，通过在类似于图17所示的衍射光学部件DE中在相反方向引入波长为λ1的光束和波长为λ2的光束，可以将所述光束合并为单一光束L。这意味着，图17所示的衍射光学部件DE可以表现出多路复用/分用功能。这样，此类具有波分多路复用/分用功能的衍射光学部件能够在波分多路复用(WDM)光通信中起关键作用。
尽管折射率调制型衍射光学部件，比如如上所述者，原则上是可以制造出来的，但是，在实践中，生产折射率调制型衍射光学部件是一个问题。原因在于，通过用能量射束照射例如石英玻璃所能获得的折射率变化量最大为0.002左右，这导致不能产生有效的衍射光栅层。
因此，目前一般的做法是，如专利文献1(日本待审专利申请公开No.S61-213802)和非专利文献1(Applied Optics，Vol.41，2002，pp.3568-3566)所述，使用表面起伏型作为衍射光学部件。但是，制造起伏型衍射光学部件所需的光刻和蚀刻是相当复杂的制造工艺，需要大量的时间，很麻烦，并且，精确地控制蚀刻深度不是一件容易的事。此外，表面起伏型衍射光学部件的另一个问题是，由于在部件表面上形成显微起伏，灰尘和赃物容易粘附。
同时，在比如示于图17中的分出光路中，跨越几个毫米的衍射光学部件DE必须相对于在一个支承基座(未图示)上的半导体激光器LD和光纤F1、F2对齐并固定到位。这意味着，在传统的衍射光学部件中，半导体激光器和光纤是分离的、单独的光学部件，这在操作时产生麻烦，并且阻碍了光路变短。
考虑到前述使用现有技术的情况，本发明的一个目的是，有效地、低成本地提供在光输出面上具有光学衍射膜的实用的、微小的光发射器件。
专利文献1
日本待审专利申请公开No.S61-213802。
非专利文献1：
Applied Optics，Vol.41，2002，pp.3558-3566。
发明内容
根据本发明，一种光发射器件的特征在于包括：在其光输出面上形成的光衍射膜；该衍射膜包括一个透明DLC(似金刚石碳，diamond-like carbon)层；该DLC层包括一个衍射光栅，该衍射光栅包含具有相对较高折射率的局部区域和具有相对较低折射率的局部区域。
这种衍射膜允许包括多个波长的单个光束依据波长被分解为多个光束，能够用作波分多路复用器/分用器，能使得多个具有不同波长的光束合并为单一光束。
这样的衍射膜允许将单一波长光束分解为多个光束，能够用作功率分解器/合并器，能将多个单一波长光束合并为单一光束。
另外，这种衍射膜能够用作极化分割多路复用器/分用器，能够使单一波长光束中所包含的TE波和TM波相互分离和合并。这种衍射膜对于单一波长光束中所包含的TE波或者TM波还能够用作波片。
根据本发明，还可以通过在所述衍射膜中将包含具有上述极化分割多路分用功能的衍射光栅的第一DLC层和包含具有波片功能的衍射光栅的第二DLC层结合起来，产生光学隔离器的功能。如果所述具有光学隔离器功能的衍射膜的厚度小于或等于20微米，则光纤的端面可以通过所述衍射膜对接和连接到光发射器件的光束输出部分，而不需要准直器或者聚光器。原因在于在小于或等于20微米的显微距离中的光发散可以忽略不计。这里，可以在具有光隔离器功能的衍射膜中的所述第一DLC层和所述第二DLC层之间夹有一个透明中间层。
另外，所述衍射膜包括的所述衍射光栅可以是这样的光栅：对于包含0.8微米到2.0微米范围内的波长的光起作用。
在根据本发明的一种制造如上所述的光发射器件的方法中，可以通过用提高所述一个或者多个DLC层的折射率的能量射束以预定的图案照射所述一个或者多个DLC层，来形成所述一个或者多个衍射光栅所包含的高折射率区。
在所述第一DLC层和所述第二DLC层之间夹有一个透明中间层以实现光学隔离器功能的实现方式中，所述第一DLC层可以淀积到所述光发射器件的所述光输出面上，并用能量射束进行照射以在所述第一DLC层中以第一预定图案形成所述高折射率区；可以依次淀积所述透明中间层和所述第二DLC层；可以用能量射束照射所述第二DLC层以在其中形成第二预定图案的高折射率区；其中当用能量射束按所述第二预定图案照射所述第二DLC层时，所述透明中间层可以用来防止所述能量射束影响所述第一DLC层。
用于提高折射率的所述能量射束可以从X射线束、电子束或者离子束中选择，可以用等离子体CVD技术来淀积所述一个或者多个DLC层。
附图说明
图1的示意图表示了本发明中在光输出面上具有衍射膜的光发射器件；
图2的示意图描绘了制造本发明的衍射膜时的一个阶段的一个例子；
图3的示意图描绘了制造本发明的衍射膜时的一个阶段的一个例子；
图4的示意图描绘了制造本发明的衍射膜时的一个阶段的一个例子；
图5的剖面示意图描绘了本发明中波分多路复用器/分用器的波分多路分用作用；
图6的曲线图图示了由本发明的波分多路复用器/分用器多路分用的光的波长和强度分布之间的关系的一个例子；
图7的平面示意图图示了在本发明的光功率分解器中的衍射光栅图案的一个例子；
图8的剖面示意图描绘了本发明的光功率分解器中的功率分解作用；
图9的平面图图示了在与图7的光功率分解器进行功率分解得到的多个衍射光束相交的平面中的光束分布；
图10的剖面示意图描绘了本发明的极化多路分用器中的极化多路分用作用；
图11的轴测示意图描绘了本发明中能够用作光学隔离器的衍射膜的作用；
图12的示意图描绘了根据本发明在一端具有一个光学隔离器的光发射器件；
图13的剖面示意图图示了传统的折射率调制型衍射光学部件的一个例子；
图14的剖面示意图图示了传统的表面起伏型衍射光学部件的一个例子；
图15的剖面示意图图示了传统的折射率调制型衍射光学部件的另一个例子；
图16的剖面示意图图示了传统的表面起伏型衍射光学部件的另一个例子；
图17的示意图图示了光通信中的传统波长多路分用光路；
图18的示意图图示了在光通信中使用的传统隔离器。
具体实施方式
图1示意地描绘了根据本发明的光发射器件的一个例子。
在光发射器件LD的光输出面上形成一个包括透明DLC(似金刚石碳，diamond-like carbon)层的光学衍射膜DF。该DLC层包含一个折射率调制衍射光栅，该光栅是通过用能量射束比如离子束照射所述层而局部提高折射率而形成的。因此，从光发射器件LD发射的光束被该衍射膜DF衍射，取决于衍射角被分为多个光束，比如L1、L2和L3。
实施例1
图2到图4的剖面示意图描绘了在本发明的实施例1中制造折射率调制型衍射膜的方法的一个例子。
在如图2所示的具有 1.44的折射率和5mm×5mm主表面的SiO2衬底1上，用等离子体CVD方法淀积DLC层2到2微米的厚度。用隆起(lift-off)技术在DLC层2上形成图3中的金掩模3。在该金掩模3中，按照0.5微米的节距重复布置0.5微米宽、5mm长的金条。也就是，金掩模3具有“线加间隔，，的图案。然后对该DLC层2通过所述金掩模3中的孔在正交方向用He离子束4在800KeV加速电压下以5×1017/cm2的剂量进行离子注入。
结果，DLC层中没有用He离子进行离子注入的区域的折射率为1.55，而用He离子进行了离子注入的区域2a的折射率被提高到2.05。与在石英玻璃中能够产生的折射率的变化相比，DLC层中这样的折射率变化要大得多，这使得能够产生衍射效率足够大的衍射光栅层。
在图4中，通过蚀刻去除金掩模3，得到折射率调制型衍射膜DF。应当理解，这种衍射膜DF中的衍射光栅层2包含两种区域：折射率为1.55的区域和折射率为2.05的区域，因此是所谓的二级衍射光栅(binary-level diffraction-grating)层。
图5以剖面示意图描绘了在一种实现方式中的波长多路分用作用。在该实现方式中，所获得的折射率调制型衍射膜DF被用作波分多路复用器/分用器。在该剖面图中，黑色剖面部分表示折射率较高的区域，白色剖面部分表示折射率较低的区域。如图5所示，如果使包含多个波长例如λ1、λ2、λ3和λ4的单一光束入射到衍射膜DF上，通过衍射膜的光纤的衍射角会随着波长而相互不同。这意味着，包含多个波长的单一入射光束可以被分解为多个衍射光束，这些衍射光束在前进方向上按波长不同。
当然，显而易见，如果将图5中箭头所示的入射光束和衍射光束的方向倒转，则图5中的衍射膜DF可以被用作多路复用器。注意，在将衍射膜用作波分多路分用器的实现方式中，通常以适当的角度使光束入射到衍射膜上，该适当的角度相对于膜表面的法线在0-70度左右的范围内。但是，该角度范围与在正交于DLC层面的方向形成所述高折射率区的条件有关。如果使用斜着入射到DLC层面的离子束，则，例如，在DLC层的表面中形成的高折射率区有一个倾斜，光束的入射角应当将该倾斜角考虑进来而加以调整。
在本实施例1中，在ASE(放大自发发射，amplified spontaneousemission)激光二极管LD的光输出面上形成具有“线加间隔”图案的衍射膜，其中，通过用离子束进行倾斜照射，以0.5微米的节距重复排列0.5微米宽的金条。(ASE激光二极管是能够发射包含连续波长的激光束的激光器件)。
图6的曲线图示意地图示了形成在这样的ASE激光二极管LD的光输出面上的衍射膜DF中的波长多路分用结果的一个例子。该曲线图中的水平轴表示衍射光波长(nm)，而竖直轴表示衍射光强度(任意单位)。当从ASE激光二极管LD通过衍射膜DF发射一个光束时，产生如图6所示的具有在1.5微米到1.6微米的光谱中以20nm的间隔分布的波长的五个衍射光束，这五个衍射光束具有大致相等的强度。在该情形下，衍射效率接近99％，因此实现了非常突出的波长多路分用性能。
应当注意，在实施例1中，由于使用的是线性一维衍射光栅图案，所述多个衍射光束存在于过入射光束的单个平面中。但是，应当理解，通过就象在实施例2(将在下文说明)中那样使用正交剖面中的二维衍射光栅图案，所述多个衍射光束可以二维分布。
实施例2
图7的平面示意图图示了实施例2中的衍射膜中的一个二维衍射光栅图案。实施例2中的该衍射膜可以用与实施例1相同的制造工艺来制造。具体地，图7中的黑色区域表示DLC层中折射率通过He离子束的照射被提高的地方，而白色区域表示没有用He离子束照射的区域。所述黑色图案是通过组合4微米×4微米微单元(microcell)形成的，其中具有132微米的周期。这意味着，图7所示的衍射光栅图案中的最小线宽为4微米。
图8的剖面示意图描绘了将实施例2中的折射率调制型衍射膜用作光耦合器(功率分割器件，power splitting device)的情况下的功率分割作用。具体地，如果使单一波长光束入射到衍射膜DF上，通过衍射膜的光线的衍射角会随着衍射级而不同。因此，单一波长的入射光束可以被分解为多个衍射光束。
图9的平面图图示了与已经如图8所示被图7的光耦合器功率分割为多个光束的衍射光束正交的平面内的光束分布。具体来说，具有功率P的入射光束可以被分解为各具有功率P/16的16个衍射光束。
在实施例2中，在发射波长为1.55微米的光束的DFB(分布反馈)激光二极管(见图1)的光输出面上形成具有如图7所示的衍射光栅图案的衍射膜DF。(DFB激光二极管是发射半峰值宽度(width athalf-maximum)极小的单一波长激光的器件)。当在此实现方式中光束从DFB激光二极管通过衍射膜DF发射时，产生如图9所示的四向对称(fourfold symmetry)分布的16分衍射光束。
应当理解，众所周知，能够实现如图9所示的多衍射光束分布模式的如图7所示的衍射光栅图案可以使用傅立叶变换找到。
实施例3
在实施例3中，制造包括具有极化分割多路复用/分用功能的衍射膜的光发射器件。在实施例3中，同样，用与实施例1相同的制造工艺形成具有“线加间隔”图案的DLC衍射光栅层。但是，在实施例3中，0.4微米宽的高折射率区的重复布置的节距为0.4微米。
图10的剖面示意图描绘了一种实现方式中的极化多路分用作用。在该实现方式中，实施例3中的折射率调制型衍射膜DF被用作极化分割多路复用器/分用器。具体地，如果使包括TE分量和TM分量的TEM波入射到实施例3中的衍射膜上，则，取决于TE波和TM波之间的极化差异，TE波和TM波会以相互不同的衍射角被衍射。例如，如图10所示，TE波作为0阶(级)衍射光束而被获得，TM波作为-1阶(级)衍射光束而被获得。这样，使得能够分解TE波和TM波。
在实施例3中，在发射波长为1.55微米的光束的DFB激光二极管LD(见图1)的光输出面上形成具有衍射光栅图案的衍射膜DF，在该衍射膜中，通过用离子束进行倾斜照射，按照0.4微米的节距按阵列分布0.4微米宽的高折射率区。当在此实现方式中从DFB激光二极管LD通过所述衍射膜DF发射光束时，TE极化光束和TM极化光束能够被分开。
实施例4
在实施例4中，在发射波长为1.55微米的光束的DFB激光二极管LD(见图1)的光输出面上形成具有波片功能的衍射膜DF。对于实施例4的衍射膜，同样，用与实施例1相同的制造工艺形成具有“线加间隔”图案的DLC衍射光栅层。但是，在实施例4中，以0.2微米的节距按阵列重复布置宽度为0.2微米的高折射率区。
尽管从DFB激光二极管发射的激光束通常是线性极化的，但是，从实施例4(其中，在二极管的光输出面上形成一个衍射膜DF)的DFB激光二极管发射的光束被转换为波长为1.55微米的圆偏振光。这意味着，实施例4中的衍射膜DF起到了四分之一波片的作用，产生了极化(偏振)转换效应。
实施例5
图11是一个轴测示意图，建立了在实施例5中对光发射器件实用的用作光学隔离器的衍射光学部件的模型。在该衍射光学部件中，在一个石英玻璃衬底31的第一主表面上形成了第一DLC层32，在第二主表面上形成了第二DLC层33。然后，在第一DLC层中形成与实施例3中相同的衍射光栅，在第二DLC层33中形成与实施例4中相同的衍射光栅。
如果使波长1.55微米的激光束入射到图11的衍射光学部件上，即使通过了用作极化多路分用器的第一衍射光栅层32和用作四分之一波片的第二衍射光栅层33的光线35被某些物体反射回来，它也不能穿过四分之一波片33和极化多路分用器32而返回，这二者相互协作地用作光隔离器。
如图12简要所示，在实施例5中，在DFB激光二极管LD的光输出面上形成具有光隔离器功能的衍射膜DF。对于该衍射膜，在激光二极管LD的光输出面上形成第一DLC层D1，在该第一DLC层D1中形成具有极化多路分用功能的与实施例3中相同的衍射光栅。之后，在第一DLC层D1上依次形成SiO2中间层M和第二DLC层D2。应当理解，可以用CVD技术或者EB(电子束)汽相淀积技术形成所述SiO2中间层和所述第二DLC层D2。然后在所述第二DLC层D2中形成具有四分之一波片功能的与实施例4中一样的衍射光栅。这样，当用离子束照射第二DLC层D2时，中间层M可靠地防止离子束进入第一DLC层D1。
要注意到的一个事实是，图12中的衍射膜DF的总厚度为20微米或其以下。在这样的衍射膜的厚度为20微米或者以下的实现方式中，光纤F的端面可以通过所述衍射膜对接到光发射器件LD的光束输出面上，而不需要准直或者聚光透镜。原因在于，在20微米或更小的微间隔下，不需要考虑光束发散的影响。
作为参考，在图18中简要图示了在光通信中使用的传统隔离器。在该图中，借助于准直透镜CL1，使光发射器件LD发射的光线变为平行光线。在通过隔离器IL中所包含的第一偏振器P1、法拉弟旋转器(Faraday rotator)FR和第二偏振器P2之后，平行光线被通过聚光透镜CL2导入光纤F。
比较图12和图18清楚可见，在实施例5中，相对于迄今为止的一些做法，光纤可以通过光隔离器以特别紧凑的方式对接并连接到光发射器件LD上。
如图12所示来自光发射器件LD的波长为1.55微米的光束通过衍射膜DF被导入光纤F。在此实现方式中，即使已经通过作为极化多路分用器的第一衍射光栅层D1和作为四分之一波片的第二衍射光栅层D2的光束L0在被导入光纤F之后在某个界面处被反射回来作为光束Lb，该光束也不能通过所述四分之一波片D2和所述极化多路分用器D1而返回到光发射器件LD中，这二者相互协作地用作一个光隔离器。作为在这种情况下的消光比(extinction ratio)(入射光强与返回第一衍射光栅D1的光的透射光强之比)，获得高于40dB的值。
尽管在前述实施例中，描述了使用He离子照射来提高DLC层的折射率的例子，应当理解，为了提高DLC层的折射率，也可以使用例如其它种类的离子照射、X射线照射或者电子束照射。类似地，在上述实施例中，针对波长在1.5微米到1.6微米范围内的入射光进行了说明，但是在本发明中，也可以制造这样的光发射器件，其衍射膜可用于在有应用于光通信的潜力的0.8微米到2.0微米波段内具有任何波长的光。
另外，尽管在上述实施例中描述了衍射膜包含二级衍射光栅层的光发射器件，但很容易理解，在DLC层内也可以形成具有多级或者连续调制的折射率分布的衍射光栅。在这种情况下，可以用能量水平和/或剂量变化的能量射束来照射所述DLC层。
还有，在上述实施例中，以DFB和ASE激光二极管作为例子，但是显而易见的是，本发明可以应用于其它类型的激光二极管，比如法布里-皮鲁特型(Fabry-Perot)。类似地，还应理解，本发明不限于激光二极管，也可以应用于其它光发射器件比如发光二极管。
工业实用性
如前所述，本发明使得能够高效率、低成本地获得在光输出面上具有折射率调制型衍射膜的实用的光发射器件。而且，在可用DLC层实现的折射率调制型衍射膜中，由于在表面上不象表面起伏型衍射光学部件那样存在显微起伏，表面不容易被污染，即使被污染也容易被清洁。另外，由于其DLC层有高度的耐磨损性，本发明的形成在光发射器件的光输出面上的衍射膜从膜面不易被损坏的角度来说也是很有优势的。

Claims (13)

1.一种在光输出面上具有光衍射膜的光发射器件，其特征在于：
该衍射膜包括一个透明DLC层；并且，
该DLC层包括一个衍射光栅，该衍射光栅包含具有相对较高折射率的局部区域和具有相对较低折射率的局部区域。
2.如权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述衍射膜允许包括多个波长的单个光束依据波长被分解为多个光束，并用作波分多路复用器/分用器，能使得多个具有不同波长的光束合并为单一光束。
3.如权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述衍射膜允许将单一波长光束分解为多个光束，并用作功率分解器/合并器，能将多个单一波长光束合并为单一光束。
4.如权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述衍射膜用作极化分割多路复用器/分用器，能够使单一波长光束中所包含的TE波和TM波相互分离和合并。
5.如权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述衍射膜对于单一波长光束中所包含的TE波或者TM波用作波片。
6.一种在光输出面上具有光学衍射膜的光发射器件，其特征在于：
所述衍射膜包括依次层叠在所述光输出面上的第一透明DLC层和第二透明DLC层；
所述第一和第二DLC层各包括一个衍射光栅，衍射光栅包含具有相对较高折射率的局部区域和具有相对较低折射率的局部区域；
所述第一DLC层具有极化分割多路分用功能，能够按极化分解单一波长光束中所包含的TE波和TM波；
所述第二DLC层对单一波长光束中所包含的TE波或者TM波具有波片功能；并且
所述第一和第二DLC层相互协作地用作光隔离器。
7.如权利要求6所述的光发射器件，其特征在于，所述衍射膜的总厚度小于或等于20微米。
8.如权利要求6或7所述的光发射器件，其特征在于，在所述第一DLC层和所述第二DLC层之间夹有一个透明中间层。
9.如权利要求1到8之一所述的光发射器件，其特征在于，所述衍射膜包括所述衍射光栅，所述衍射光栅对于包含0.8微米到2.0微米范围内的波长的光起作用。
10.一种制造如权利要求1到9之一所述的光发射器件的方法，其特征在于，通过用提高所述一个或者多个DLC层的折射率的能量射束以预定的图案照射所述一个或者多个DLC层，来形成所述一个或者多个衍射光栅所包含的高折射率区。
11.一种制造如权利要求8所述的光发射器件的方法，其特征在于：
在所述光发射器件的所述光输出面上淀积所述第一DLC层；
用提高所述第一DLC层的折射率的能量射束按第一预定图案来照射所述第一DLC层，从而在所述第一DLC层中形成所述高折射率区；
依次淀积所述透明中间层和所述第二DLC层；
用提高所述第二DLC层的折射率的能量射束按第二预定图案来照射所述第二DLC层，从而在所述第二DLC层中形成所述高折射率区；其中
当用能量射束按所述第二预定图案照射所述第二DLC层时，所述透明中间层用来防止所述能量射束影响所述第一DLC层。
12.如权利要求10或11所述的光发射器件制造方法，其特征在于，所述能量射束为X射线束、电子束或者离子束。
13.如权利要求10到12之一所述的光发射器件制造方法，其特征在于，用等离子体CVD技术来淀积所述一个或者多个DLC层。
CNB2003801002945A 2002-12-12 2003-12-04 在光输出面上具有衍射膜的光发射器件及其制造方法 Expired - Fee Related CN1332485C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002360493A JP4207554B2 (ja) 2002-12-12 2002-12-12 光射出面上に回折光学膜を有する発光素子とその製造方法
JP360493/2002 2002-12-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1692536A true CN1692536A (zh) 2005-11-02
CN1332485C CN1332485C (zh) 2007-08-15

Family

ID=32500991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2003801002945A Expired - Fee Related CN1332485C (zh) 2002-12-12 2003-12-04 在光输出面上具有衍射膜的光发射器件及其制造方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US7342254B2 (zh)
EP (1) EP1571742B1 (zh)
JP (1) JP4207554B2 (zh)
KR (1) KR20050083560A (zh)
CN (1) CN1332485C (zh)
AU (1) AU2003289190A1 (zh)
CA (1) CA2474474A1 (zh)
DE (1) DE60316469T2 (zh)
TW (1) TW200425539A (zh)
WO (1) WO2004054053A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009109116A1 (zh) * 2008-03-04 2009-09-11 华为技术有限公司 光发射机和光信号产生的方法
CN101566485A (zh) * 2008-04-25 2009-10-28 株式会社三丰 光电编码器的光栅尺
CN113325503A (zh) * 2021-05-31 2021-08-31 江西欧迈斯微电子有限公司 衍射光学元件及光学设备
CN114509838A (zh) * 2022-01-05 2022-05-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓纳米超结构及其制备方法以及氮化镓基激光器

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3818255B2 (ja) * 2002-12-16 2006-09-06 住友電気工業株式会社 端部に回折光学膜を有する光ファイバとその製造方法
JP4046112B2 (ja) * 2004-07-28 2008-02-13 住友電気工業株式会社 ホログラムスクリーン
JP2006039392A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 薄膜と回折光学素子とそれらの製造方法
US20100220262A1 (en) * 2008-08-05 2010-09-02 The Regents Of The University Of California Linearly polarized backlight source in conjunction with polarized phosphor emission screens for use in liquid crystal displays
US20090010589A1 (en) * 2005-08-30 2009-01-08 Robertson William M Optical sensor based on surface electromagnetic wave resonance in photonic band gap materials
TWI581026B (zh) * 2015-08-07 2017-05-01 高準精密工業股份有限公司 光學裝置
KR101892013B1 (ko) 2016-05-27 2018-08-27 엘지전자 주식회사 이동 단말기
JP2018044881A (ja) * 2016-09-15 2018-03-22 株式会社東芝 クラック検査装置及びクラック検査方法
US11860573B1 (en) * 2020-11-24 2024-01-02 Meta Platforms Technologies, Llc System and method for fabricating polarization holograms

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61127190A (ja) 1984-11-26 1986-06-14 Canon Inc 半導体装置
JPS61213802A (ja) 1985-03-20 1986-09-22 Toshiba Corp 光カプラ
JPH079059B2 (ja) 1986-01-31 1995-02-01 株式会社明電舍 炭素薄膜の製造方法
US4850681A (en) * 1986-04-07 1989-07-25 Canon Kabushiki Kaisha Optical modulation device
JPS6447082A (en) * 1987-08-18 1989-02-21 Fujitsu Ltd Semiconductor light-emitting element
JPS6447082U (zh) 1987-09-18 1989-03-23
DE3741455A1 (de) * 1987-12-08 1989-06-22 Standard Elektrik Lorenz Ag Optischer isolator
US5038041A (en) * 1989-03-20 1991-08-06 Grumman Aerospace Corporation Filter structure having combined wavelength and polarization sensitive characteristics
DE69132622T2 (de) * 1990-09-21 2002-02-07 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Verfahren zur Herstellung einer Phasenschieber-Fotomaske
US5245471A (en) * 1991-06-14 1993-09-14 Tdk Corporation Polarizers, polarizer-equipped optical elements, and method of manufacturing the same
US5397428A (en) * 1991-12-20 1995-03-14 The University Of North Carolina At Chapel Hill Nucleation enhancement for chemical vapor deposition of diamond
US5276537A (en) * 1992-01-30 1994-01-04 Physical Optics Corporation Diamondlike carbon thin film protected hologram and method of making same
JP3199829B2 (ja) 1992-03-26 2001-08-20 株式会社半導体エネルギー研究所 無定形炭素膜の作製方法
JPH0613699A (ja) * 1992-06-24 1994-01-21 Fuji Xerox Co Ltd マルチビーム半導体レーザーアレイ
JP2768154B2 (ja) * 1992-08-07 1998-06-25 松下電器産業株式会社 光学デバイスとその製造方法
US5353155A (en) * 1992-12-16 1994-10-04 At&T Bell Laboratories Methods and apparatus for combining arrays of light beams
WO1995000873A1 (en) * 1993-06-25 1995-01-05 Philips Electronics N.V. Polarizing beam splitter and magneto-optic reading device using the same
US5631107A (en) * 1994-02-18 1997-05-20 Nippondenso Co., Ltd. Method for producing optical member
US6304312B1 (en) * 1996-01-23 2001-10-16 Asahi Glass Company Ltd. Optical head, method of manufacturing the same, and diffraction element suitable therefor
JP3176558B2 (ja) 1996-02-09 2001-06-18 麒麟麦酒株式会社 コーティングフィルムおよびその製造方法
US5726805A (en) * 1996-06-25 1998-03-10 Sandia Corporation Optical filter including a sub-wavelength periodic structure and method of making
US5932354A (en) * 1996-07-11 1999-08-03 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Obliquely deposited film element
US6017829A (en) * 1997-04-01 2000-01-25 Micron Technology, Inc. Implanted conductor and methods of making
JPH10330188A (ja) * 1997-05-29 1998-12-15 Kobe Steel Ltd ダイヤモンドの微細加工方法
US5920080A (en) * 1997-06-23 1999-07-06 Fed Corporation Emissive display using organic light emitting diodes
US6086796A (en) * 1997-07-02 2000-07-11 Diamonex, Incorporated Diamond-like carbon over-coats for optical recording media devices and method thereof
US6327289B1 (en) * 1997-09-02 2001-12-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Wavelength-variable semiconductor laser, optical integrated device utilizing the same, and production method thereof
US6915040B2 (en) * 1997-12-15 2005-07-05 University Of Southern California Devices and applications based on tunable wave-guiding bragg gratings with nonlinear group delays
US6544716B1 (en) * 1998-06-19 2003-04-08 Terastor Corporation Multilayer optical medium for near-field optical recording and reading
US6555288B1 (en) * 1999-06-21 2003-04-29 Corning Incorporated Optical devices made from radiation curable fluorinated compositions
US6447120B2 (en) * 1999-07-28 2002-09-10 Moxtex Image projection system with a polarizing beam splitter
US6680799B1 (en) * 1999-08-02 2004-01-20 Universite Jean Monnet Optical polarizing device and laser polarization device
US6421481B1 (en) * 2000-02-04 2002-07-16 Zolo Technologies, Inc. Apparatus and method for producing a flat-topped filter response for diffraction grating (De) multiplexer
EP1128203A1 (en) * 2000-02-28 2001-08-29 Hitachi Europe Limited Optical switching apparatus
WO2001071864A1 (en) * 2000-03-20 2001-09-27 Chiral Photonics, Inc. Chiral laser utilizing a quarter wave plate
US6452187B1 (en) * 2000-08-24 2002-09-17 Lockheed Martin Corporation Two-color grating coupled infrared photodetector
US6597712B2 (en) * 2001-02-26 2003-07-22 Hitachi, Ltd. Laser diode module
US6819871B1 (en) * 2001-03-16 2004-11-16 4 Wave, Inc. Multi-channel optical filter and multiplexer formed from stacks of thin-film layers
JP3717438B2 (ja) * 2001-06-07 2005-11-16 古河電気工業株式会社 光モジュール、光送信器及びｗｄｍ光送信装置
US20030010992A1 (en) * 2001-07-16 2003-01-16 Motorola, Inc. Semiconductor structure and method for implementing cross-point switch functionality
US20030015705A1 (en) * 2001-07-17 2003-01-23 Motorola, Inc. Structure and method for fabricating semiconductor structures and devices with an energy source
US20030021538A1 (en) * 2001-07-25 2003-01-30 Motorola, Inc. Structure and method for fabricating semiconductor structures and devices utilizing optical waveguides
TW520451B (en) * 2001-09-26 2003-02-11 Ind Tech Res Inst Multi-port reflection type optical isolator
US6925102B2 (en) * 2001-09-28 2005-08-02 The Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and Raman amplifier using the device or module
US6904066B2 (en) * 2001-11-13 2005-06-07 Yen-Chieh Huang Optical parametric oscillator with distributed feedback grating or distributing Bragg reflector
JP3979138B2 (ja) * 2001-12-20 2007-09-19 住友電気工業株式会社 光アイソレータおよび偏光子
US6785431B2 (en) * 2002-02-06 2004-08-31 Lightwaves 2020, Inc. Miniature circulator array devices and methods for making the same
US6795242B2 (en) * 2002-02-06 2004-09-21 Lightwaves 2020, Inc. Miniature circulator devices and methods for making the same
AU2003224626A1 (en) * 2002-03-07 2003-09-22 The Government Of The United States Of America As Represented By Thesecretary Of The Navy Photonic-crystal distributed-feedback and distributed-bragg reflector lasers
CA2382955A1 (en) * 2002-04-23 2003-10-23 Stephen W. Leonard Method of varying optical properties of photonic crystals on fast time scales using energy pulses
US7224532B2 (en) * 2002-12-06 2007-05-29 Chevron U.S.A. Inc. Optical uses diamondoid-containing materials
US7019904B2 (en) * 2003-02-18 2006-03-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diffraction grating element, production method of diffraction grating element, and method of designing diffraction grating element

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009109116A1 (zh) * 2008-03-04 2009-09-11 华为技术有限公司 光发射机和光信号产生的方法
CN101566485A (zh) * 2008-04-25 2009-10-28 株式会社三丰 光电编码器的光栅尺
CN101566485B (zh) * 2008-04-25 2014-07-02 株式会社三丰 光电编码器的光栅尺
CN113325503A (zh) * 2021-05-31 2021-08-31 江西欧迈斯微电子有限公司 衍射光学元件及光学设备
CN114509838A (zh) * 2022-01-05 2022-05-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓纳米超结构及其制备方法以及氮化镓基激光器
CN114509838B (zh) * 2022-01-05 2023-11-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓基激光器及其内氮化镓纳米超结构的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE60316469T2 (de) 2008-06-26
EP1571742B1 (en) 2007-09-19
JP4207554B2 (ja) 2009-01-14
TW200425539A (en) 2004-11-16
DE60316469D1 (de) 2007-10-31
US7342254B2 (en) 2008-03-11
WO2004054053A1 (ja) 2004-06-24
AU2003289190A1 (en) 2004-06-30
CN1332485C (zh) 2007-08-15
EP1571742A4 (en) 2006-01-18
JP2004191716A (ja) 2004-07-08
KR20050083560A (ko) 2005-08-26
EP1571742A1 (en) 2005-09-07
US20050230687A1 (en) 2005-10-20
CA2474474A1 (en) 2004-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1692293A (zh) 在端部盖有衍射膜的光纤及其制造方法
CN1692536A (zh) 在光输出面上具有衍射膜的光发射器件及其制造方法
KR102775783B1 (ko) 진공 격자 및 이의 제조 방법
US7527416B2 (en) Light guide plate with diffraction gratings and backlight module using the same
US7573638B2 (en) Diffractive optical element and method of its formation
JP2011503664A (ja) 放射ビームのコリメーションを向上させる方法および装置
JP2024508926A (ja) 真空周期的構造体および製造の方法
CN104011582A (zh) 光波前的控制
JP2006177940A (ja) 放射検出器及びその製造方法
CN1357772A (zh) 光学装置及使用它的整体分光仪器
US8094689B1 (en) Laser systems configured to output a spectrally-consolidated laser beam and related methods
JP2009211868A (ja) 発光素子からの光取出し構造
JP2629671B2 (ja) ホログラフイツク露光方法
CN100370633C (zh) 在发光二极管中制备光子晶体的方法及其装置
CN1873466A (zh) 一种多束激光光束合成的光学系统及方法
CN1599874A (zh) 均化器
CN100418010C (zh) 同一半导体芯片不同周期全息光栅的制作方法
US6807339B1 (en) Wavelength division multiplexing and de-multiplexing system
TWI785962B (zh) 導光基板及使用其的顯示裝置
JPH02310986A (ja) 半導体レーザ素子およびホトマスクならびにそれらの製造方法
CN1936668A (zh) 增亮模块与包括该增亮模块的光源装置
Grenier et al. Laser beam transformation technique for high-power laser diode linear arrays
Katz Solution-Processed Fabrication of One-Dimensional Photonic Crystals: Demonstrating Device Tunability and Perovskite Compatibility for Scalable, Efficient Optoelectronics
Zhang et al. High efficiency and SMSR distributed feedback laser array integrated with passive grating reflector based on reconstruction-equivalent-chirp technique
RU2477915C1 (ru) Способ изготовления лазерного диода с повышенной яркостью излучения

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070815

Termination date: 20100104