行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
在矽光學平臺上以複合光纖透鏡構建之光發送器
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC94-2622-E-110-013-CC3 執行期間： 94 年 05 月 01 日至 95 年 04 月 30 日 執行單位： 國立中山大學光電工程研究所 計畫主持人： 朱安國 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫為提升產業技術及人才培育研究計畫，不提供公開查詢 中 華 民 國 95 年 5 月 16 日國科會補助提升產業技術及人才培育研究計畫成果精簡報告
學門領域：光電學門 計畫名稱：在矽光學平臺上以複合光纖透鏡構建之光發送器 計畫編號：94-2622-E-110-013-CC3 執行期間：2005.05.01 至 2006.04.30 執行單位：國立中山大學光電工程研究所 主 持 人：朱安國 參與學生： 姓 名 年 級 (大學部、碩 士班、博士 班) 已發表論文或已申請之專 利 (含大學部專題研究論文、 碩博士論文) 工作內容 陳怡庭 碩士班 光發送器模組構建 合作企業簡介 合作企業名稱：光合訊科技股份有限公司 計畫聯絡人：童儒達 資本額：20,000 萬元 產品簡介：光纖放大器、fiber coupler 網址：www.fiver.com 電話：02-8226-7855 研究摘要(500 字以內)：利用矽工作台(Silicon Bench)上之 U 槽(U-groove)與 V 槽(V-groove)將 Ultra-thin TFF (Thin-film filter) 與 不 同 型 式 的 光 纖 以 混 成 積 體 化 (Hybrid Integration)之技術予以整合，並以雙向光收發模組為載具，證 性。
光收發模組製程包括兩項主要工作內容分別為矽工作台製作與
元件之混成積體化工程，將分別敘述如下。圖 1 為 Silicon bench 之製
作流程圖，Si 試片經過清洗後經由高溫爐成長一層厚約 200 nm 的 thermal oxide，再以標準黃光製程與溼蝕刻技術製作 V-groove， U-groove 則以切割的方式產生。圖 II-2 為製作完成之 Silicon bench 的上視圖。 圖 1、Silicon bench 製作流程圖。 圖 2、Silicon bench 上視圖。 完成silicon bench 的製作後，我們將大小 300 µm × 500 µm 厚約 50 µm 的 TFF 放置於 U 槽，再將微量之 UV 膠點入 U 槽，經 UV 光 試片清洗 成長Thermal oxide 黃光微影術 (被動對準定位) Thermal oxide 濕蝕刻 V-groove 濕蝕刻 U-groove 切割製作 U 槽 V 槽
源曝光照射後將 TFF 固定。TFF 的研模必須採用含有顆粒較小之研 磨液，以避免造成 TFF 破損或因應力而產生光譜的變化，目前我們 所開發的研磨技術良率可達70%。接著我們將單模光纖置於 V 槽內， 然後在光纖上方放置玻璃壓片，以機械施力的方式下壓固定光纖，再 以相同的方式點膠，將光纖固於 V 槽中。圖 3 為封裝完成後模組的 俯視圖。在圖 3 中，我們採用 lens fiber 作為光收發模組中 1.31 µm 光 源之傳輸通道，其 working distance 約為 400 µm，可以大幅提高光源 之輸出效率。此外，我們以多模光纖作為傳輸通道接收1.55 µm 之訊 號光，由於多模光纖的直徑為62.5 µm，可有效接收 TFF 的反射光， 使模組之消光比（extinction ratio）增加，同時可降低模組的生產成本。 圖3、雙向光收發模組上視圖。 圖 4 為雙向光收發模組之示意圖，1.31µm 入射光源經光纖透鏡 穿透TFF 傳輸至另一光纖透鏡輸出端，而 1.55µm 入射光源將被 TFF 反射至另一多模光纖，再由光檢器接收。圖5 為模組特性量測系統之 TFF Lens fiber MM Lens fiber
1310 nm 1550 nm MMF
Lens fiber 1310 nm 1550 nm Lens fiber TFF 1310 nm LD
Back reflection meter
1310 nm 1310 nm
1550 nm
Back reflection meter 1550 nm Modules 1550 nm LD 架設圖。 圖4、雙向光收發模組示意圖。 圖5、量測系統架設圖。 我們做了兩組以光纖透鏡為傳輸通道的雙向光收發模組，第一組 模組經過量測結果，當 1.31 µm 入射光源經光纖透鏡穿透 TFF 傳輸至 另一光纖透鏡輸出端時，量得之插入損耗為0.91 dB，而 1.55 µm 入 射光源被TFF 反射至另一多模光纖，量得之插入損耗為 0.25 dB，多 模光纖所受到的 Crosstalk 為 37.35 dB。第二組模組經過量測結果， 當1.31µm 入射光源經光纖透鏡穿透 TFF 傳輸至另一光纖透鏡輸出端 時，量得之插入損耗為 0.88dB，而 1.55 µm 入射光源被 TFF 反射至
另一多模光纖，量得之插入損耗為 0.36 dB，多模光纖所受到的 Crosstalk 為 39.45 dB。
表 1 第一組量測之插入損耗表 表 2 第二組量測之插入損耗表
λ (入射波長) 1310 nm 1550 nm λ (入射波長) 1310 nm 1550 nm
Insertion loss 0.91 dB 0.25 dB Insertion loss 0.88 dB 0.36 dB
Crosstalk 37.35 dB Crosstalk 39.45 dB 我們已經成功利用V 槽以及 U 槽將不同型式的光纖與超薄薄膜 濾波器積體化整合至silicon bench 上，並製作出雙向光收發模組。我 們將大小300 µm × 500 µm 厚約 50 µm 的 TFF 放置 U 槽，並將不同 型式的光纖置入V 槽，利用被動對準的方式，取代傳統昂貴耗時的 主動對準方式，此結構非常適合於多重輸出/輸入的系統。我們的雙 向光收發模組是以光纖透鏡為傳輸通道，1.31 µm 入射光源經光纖透 鏡穿透TFF 傳輸至另一光纖透鏡輸出端時，量得之插入損耗約小於 1 dB 左右，而 1.55 µm 入射光源被 TFF 反射至另一多模光纖，量得之 插入損耗小於0.5 dB，模組之 crosstalk 大於 37 dB。
