在本章將說明光波導元件的封裝與量測原理。波導元件在製作完
成後，必須加以適當的封裝以增加對環境的抵抗力，同時也方便於光 波導端面的切割研磨處理。首先在第一節裡談到的是結構（一）波導 的光學特性量測。第二節則是元件封裝的過程以及波導鏡面的切割研 磨技術。第三節是結構（二）波導光學特性的量測，最後是整個量測 過程的結論與分析。
5-1. 埋藏式光波導（一）光學特性量測
製作結構（一）光波導的原始動機，在於其製程簡單，我們可以 很快地藉由此種形式的波導來驗證我們選擇的波導材料導光的可行 性。當我們完成波導元件的製作後，先以劈裂法（Cleave method），
將波導崩裂以取得波導的耦光面，如圖 5-1-1。然後將光源耦入光波 導的鏡面以量測其插入損耗。首先我們架設一套光學量測系統以量測 波導元件的特性。如圖 5-1-2 所示為我們架設的量測系統。基本上，
我們是以裸光纖接觸（Fiber contact）的方式直接將光源耦入波導，
利用兩種光源，先以氦氖紅光雷射（He-Ne laser）做為對準光源，而 波長 1310nm 的雷射則做為我們的量測損耗光源。當我們用 He-Ne 雷
射光源對準波導結構後，即換成 1310nm 雷射光源，經過波導之後，
以一透鏡將光源收集在光檢測器（Detector）上，光檢測器可將收集 到的光強度轉換成電流訊號，再利用 HP-4155 半導體參數分析儀，我 們可經轉換計算量測到光功率，進而去推得波導的傳輸損耗。
我們是以回切法（Cut-back method），來量測波導元件的傳輸損 耗，光波導的插入損耗計算方法如下：
( ) 10 log o
i
Loss dB P
= × 〈 〉P
，其中 Pi為輸入功率，即為我們量測到的參考光光功率，Po為輸出 功率，即是參考光經過光波導之後所量測到的光功率。經由此式我們 可算出光波導的插入損耗[11,12]。圖 5-1-3 為我們量測的波導元件長 度與插入損耗對應圖，橫軸為元件長度，縱軸為元件損耗，而圖中趨 勢線斜率為元件之傳輸損耗（dB/cm），由趨勢線推算至元件長度為 零時的損耗即為耦合損耗（dB）。由圖中我們可得知此一波導元件的 傳輸損耗為 0.59 dB/cm，而耦合損耗為 4.48 dB。
圖 5-1-1. 結構（一）光波導劈裂後之鏡面圖。
1310 nm LD
632.8nm He-Ne laser
Y-Coupler
HP4155
Waveguides Detector
Lens
Semiconductor Parameter Analyzer HP-4155 SMF
SiON Sol-gel core
Trench Cladding
y = -0.594x - 4.4846
Waveguide Length (cm
)
Loss (dB)
片吹淨，之後在試片上滴入少許 UV 膠，接著將清潔過的 Pyrex 7740
部分使耦光鏡面露出。圖 5-2-2 即為進刀速率為 0.02mm/sec 時的波導
音波震盪器將波導的鏡面清除的更乾淨。圖 5-2-3 為經過研磨拋光後 的波導截面圖。
圖 5-2-3. 結構（二）波導拋光後之截面圖。
4-3. 埋藏式光波導（二）光學特性量測
為了量測結構（二）光波導的插入損耗，我們亦架設了另一套光
學量測系統。此外，為了求得極化相依損耗，我們在量測系統中加入 了偏極化器，藉以分別量得 TE 波與 TM 波的插入損耗。如圖 5-3-1 為我們所架設的光學量測系統，原則上，我們仍是以光纖將雷射光源 耦進波導。我們先將後端極化器（Polarizer）調至 90°，即 TE 波行進 的方向，接著再將量測光源以透鏡收光經由後端極化器打至光檢測器 的中心。然後藉由前端可調極化器的調整以及半導體參數分析儀量測
Pyrex-7740
UV glue Cladding
Thermal oxide
SiON Sol-gel core
器調為 0°，可利用同樣方法使 TM 波導入波導。當我們分別量測到 TE 波與 TM 波的光功率值時，根據 5-1 節的計算方法，可量測計算 出 TE 波與 TM 波的插入損耗。量測結果如 5-3-2 圖，可知波導元件 在 TE 極化方向其傳輸損耗為 0.6dB/cm，耦合損耗為 2.21dB。而在 TM 極化方向，其傳輸損耗為 0.57dB/cm，耦合損耗為 2.41dB。波導 元件傳輸時的極化相依損耗為 0.03dB/cm。
圖 5-3-1. 結構（二）光波導量測系統架設圖。
1310 nm LD
Tunable polarizer
HP4155
Waveguides Detector
Lens
Semiconductor Parameter Analyzer HP-4155 SMF
He-Ne laser
TM : y = -0.5687x - 2.4093 平整。而且在耦光時因些微 misalignment 導致的 modal mismatch，也
都是造成耦合損耗過大的原因。所以耦合損耗在我們量測元件的插入 損耗中佔了極大部份，也是在量測上所需克服以及改善的要務之一。
有了第一個波導元件的量測經驗之後，得知 sol-gel 有機無機玻 璃與底批覆層 SiON 的硬度差別甚大以至於在無論是用崩裂或者是封 裝切割研磨的方式，很容易因為應力的關係使的波導端面處的 sol-gel core 被拉扯斷裂。於是在製作結構（二）光波導時，便決定以濕式研 磨拋光的製程處理光波導元件的耦光面。結構（二）光波導在模擬計 算時，其與單模光纖的耦合損耗為 1.53dB。當波導鏡面經過適當的 切割研磨之後，且在光纖耦合端鏡面滴上少許的 index-matching oil 之後，我們已經可以將波導與單模光纖的耦合損耗降至 2.2~2.4dB 左 右。與之前反轉式光波導相比較，在鏡面處理上有了極大的改進。
未來在材料的發展上，如果能有效強化 sol-gel 玻璃的硬度，相 信對於光學量測時波導耦光面的處理會有很大的幫助。且研磨機具的 改善，比如在研磨盤方面，以鋁合金硬盤替代 PVC 軟盤，應該可以 找出更佳的研磨拋光的參數，以期在光學量測時能盡力將耦合損耗降 至最低。