2.1 前言
由於前章中利用稜鏡光柵所製作的自由空間型分波解多工器，其相鄰通道中心波長訊 號的空間距離遠小於商用光纖陣列每根光纖蕊中心的間距，因此很難將每個通道訊號直接 耦合進入光纖陣列。我們設計與製作出光纖耦合系統，其主要功能是將分波解多工器的輸 出訊號耦合傳輸至標準的商用光纖陣列。由於解多工器各通道中心波長在焦平面的輸出光 點大小約為 21.3 m
µ
，此光點大小已大於單模光纖（single-mode fiber）所能接受的值 7.8 mµ
， 為了能有效的接收各通道的訊號，我們利用多模的光管陣列與多模的光纖陣列來接收解多 工器的輸出訊號。在本章中將說明光管陣列的設計與製作方式，並在所製作的光管陣列表面鍍上一層抗 反射薄膜以提升穿透率，最後我們也嘗試封裝所有光學元件以完成整個分波解多工系統。
圖 62 高密度分波解多工系統示意圖。
2.2 光管陣列的設計
如圖 62 所示為一個完整的高密度分波解多工系統示意圖，光管陣列與光纖陣列的接 合情形如圖 63 所示。在設計光管陣列之前必須先了解所製作稜鏡光柵的光學特性與實際 輸出光場強度在自由空間中的分布情形，根據這些參數作為設計光管陣列的考量。在光管 陣列的輸入端每根光管的間距需與每個通道中心波長訊號光在透鏡焦平面處的間距 36.27
µ
m相對應，才能將此通道的訊號光完全導入光管。在光管陣列的輸出端，每根光管 的間距需與標準商用光纖陣列中的每根光纖蕊中心間距 250 mµ
相符合，如圖 64 所示每根 光管的截面為一個矩形，矩形的高和寬分別為 34 mµ
與 31 mµ
。由於矽材料具有較高的折射 率，在通訊波段中具有較好的穿透率，因此我們選用矽材料當作導光介質，這種材料也較 適合以半導體製程技術作處理。在光管陣列的輸入端面和輸出端面均切 8 度角，用以防止 端面的直接反射。光管陣列的設計與模擬工作主要是採用BeamPROTM套裝軟體來完成。所 設計的光管陣列是由十六根不同彎曲程度的光管所組成，每根光管的頭尾兩端具有相同的 彎曲半徑但卻有相反的彎曲方向，這種光管結構通稱為S型結構。每根光管的彎曲損耗與 彎曲半徑的關係如圖 65 所示，第一根與最後一根光管具有最小的彎曲曲率半徑為 5mm。若不考慮輸入與輸出端的反射損耗，根據理論計算每根光管的傳輸損耗均小於 0.009dB，
矽材質的光管陣列的傳輸損耗主要是由於光管側壁的不平整所引起[99,100]。
圖 63 光管陣列與光纖陣列的接合情形
圖 64 所設計的光管陣列的規格。
圖 65 光管的彎曲曲率半徑與彎曲損耗的關係曲線圖。
2.3 光管陣列的製作
我們利用半導體製程技術與感應耦合電漿反應離子蝕刻技術（inductively coupled plasma-reactive-ion etching, ICP-RIE）完成光管陣列的製作。反應離子蝕刻屬於乾式蝕刻，
此種蝕刻包含有物理性轟擊與化學性蝕刻等雙重作用，具有較佳的各向異性蝕刻的特性。
（Fresnel reflection loss）。為了有效降低反射損失則需在光管的輸入端面與輸出端面分別 鍍上一層抗反射層，根據理論計算這層抗反射薄膜的折射率需為 1.85，但要找到剛好匹配
應氣體關閉後而結束，其餘的時間只有通入氮氣以防止氧化過程的進行，最後以自然降溫 的方式降至室溫再取出光管陣列。圖 70 所示曲線為二氧化矽薄膜厚度與氧化時間的關係，
以橢圓偏光儀(SOPRA, GES5)量測二氧化矽薄膜在 0.633 m
µ
波段的折射率為 1.461，依據 Sellmeier 色散公式，可計算出在波長 1550.8nm 的折射率為 1.444。( )
2 2 22 1 2 3
2 2 2
1 2
1.0 K K K
n L L L3
λ
λ λ
λ
= +λ
− +λ
− +λ
− (3.2.1) 其中係數 與 分別為 0.6961663、0.4079426、0.004679148、0.8974794、0.01351206 與 97.934。為了比較鍍有不同厚度二氧化矽薄膜的光管陣列的光學特性，如圖 71 的照片所示我們製作了四種不同的樣品。
1, 2, 3, 1, 2
K K K L L L3
圖 66 製作完成的局部光管陣列電子掃描顯微鏡照片（一）。
(a)鏡面蝕刻。(b)一般蝕刻。
圖 67 製作完成的光管陣列局部電子掃描顯微鏡照片（二）。
(a)輸入端。(b)輸出端。
圖 68 光管側壁粗糙度量測圖
0 50 100 150 200 250
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100