整体化微球透镜的光纤对准元件.pdf

请参阅图1所示，是本发明的构造外观示意图，如图所示：本
发明的结构是具有一硅制基板1，于该基板1上成批形成复数条V
型沟槽11，该V型沟槽11以平行阵列方式排列于基板1表面上，
其中，相邻的沟槽是以平行方式排列，而相对的沟槽是以对齐一直
线方式排列而成，于该相对的V型沟槽11间留有部份区域，并于
该区域内形成有复数个微球透镜2，其中，每一个微球透镜2是形
成于相对的V型沟槽11区域间；于该复数条V型沟槽11内配设有
对应该沟槽数量的光纤3，借助该V型沟槽11的凹陷结构，使该
光纤3可限位于该V型沟槽11内，并借助该V型沟槽11与前述微
球透镜2适当配置，使架设于相对的V型沟槽11内光纤3，其中
心恰可对准于前述微球透镜2的中心。

请参阅图2-1及图2-2所示，是本发明结构的侧面示意图，如
图2-1所示，该V型沟槽11截面为一V型凹陷结构，具有适当角
度、大小及深度，使光纤3可限位于该V型沟槽11内而不会左右
移位，借助该V型沟槽11可确定出该光纤3适当方位，配合该微
球透镜2的形成，使该光纤3的纤核31、微球透镜2透视中心恰为
同一点，借此完成该光纤3间的对准；如图2-2所示，于光纤3配
置于该V型沟槽11后，以一对应该基板1的上盖4覆盖该光纤3、
微球透镜2，借助该上盖4与该基板1，将光纤3完全固定住，并
使光纤3可完全密封，借此可避免将来光纤3进行光讯号传输时受
外部光源干扰，而影响光讯号传导品质。

请参阅图3-1、图3-2、图3-3、图3-4、图3-5、图3-6与图3-7
所示，是本发明的制造流程示意图，如图所示：首先，如图3-1所示，
先提供一基板1，该基板1由硅构成；再者，如图3-2所示，使用
整体微细加工法(bulk micromaching)，将硅制基板1当作一加工母
材，于该硅制基板1表面进行微影制作过程(lithography process)，
使用屏蔽对准机(mask aligner)或步进机(stepper)，对该基板1表面适
当位置进行曝光，于基板1表面形成阵列式(array)图样(pattern)，然
后选择适当的蚀刻液对基板1表面进行非等向性蚀刻制作过程，将
前述曝光后的图样位置雕刻出三维的V型沟槽11，其中，该V型
沟槽11具有适当的角度、大小及深度；如图3-3所示，于该硅制基
板1表面上涂布上一层由聚酰亚胺(polyimide)的感光性材质构成的
第一聚合层5(polymer layer)，其涂覆方式是可使用旋转涂敷(spin
coatimg)技术，待第一聚合层5涂敷完毕后，于该第一聚合层5表
面继续涂敷上由聚甲基丙烯酸酯(polymethacrylate)或聚丙烯酸酯
(polyacrylate)的高分子材料所组成第二聚合层6，其中，该第二聚合
层6组成是含有高透光率的光阻(photoresist)，并具有低于第一聚合
层5的玻璃转换温度(glass transition temperature，Tg)；如图3-4所
示，对该第一聚合层5与第二聚合层6施行微影制作过程，于该基
板1表面形成复数个区块图样，该图样可为一圆形或椭圆形，使该
第一聚合层5与第二聚合层6堆叠形成一柱状结构；如图3-5所示，
将该基板1与该第一聚合层5与和二聚合层6进行加热处理，使加
热温度超过该第二聚合层6的玻璃转换温度但仍小于该第一聚合层
5的玻璃转换温度，软化该第二聚合层6使呈熔融状态，流动性增
加并开始回流，而该第一聚合层5在加热温度下产生面积收缩，该
第二聚合层6因表面张力效应影响形成球状，然后再将该基板1、
第一聚合层5与第二聚合层6进行冷却，得到由第二聚合层6形成
的球状微球透镜2与第一聚合层5所形成的基座7；如图3-6所示(亦
为图1的A-A剖视图)，于该微球透镜2、基座7成型后，将光纤3
配置于前述的V型沟槽11内，使其限位于该微球透镜2两侧，借
助该硅制基板1经非等向性蚀刻出V型沟槽11固定角度，并配合
其适当大小及深度的设计，使配置于该V型沟槽11内的光纤3其
中心恰可对准该微球透镜2中心者；如图3-7所示，于该微球透镜
2、沟槽与该光纤3上对应该基板1位置覆盖以一上盖4，将整体结
构封装起来，借助该上盖4与该基板1，将该光纤3完全固定住，
并使光纤3与该微球透镜2可完全密封，借此可避免将来光纤3进
行光讯号传输时受外部光源干扰，而影响光讯号传导品质。

请参阅图4所示，是本发明结构的第一实施例示意图，如图所
示：本发明亦可于该硅制基板1表面微加工形成复数个阵列式排列
的光波导8，该光波导8是以平行阵列方式排列于基板1表面上，
其中，相邻的光波导8是以平行方式排列，而相对的光波导8是以
对齐一直线方式排列而成，于该相对排列的光波导8间经上述微影
与加热处理过程形成复数个微球透镜2，借助该微球透镜2与光波
导8形成于该基板1表面适当位置而得到一对准结构；又如图5所
示，本发明结构亦可设计为将V型沟槽11与光波导8配合使用，
使该微球透镜2成为光纤3与光波导8间光讯号传导元件；另外，
如图6与图7所示，本发明亦可将微球透镜2形成位置设计成位于
该V型沟槽11或光波导8一侧，借此可于光讯号为发散光线9a时，
借助该微球透镜2可将之转换为平行光线9b。

上述V型沟槽，光波导与微球透镜设计与形成，是使用通常用
的微影制作过程，加热处理与微加工方式完成，在作业上可事先计
算出基板上所需V型沟槽与光波导尺寸与微球透镜配置方位，而不
须使用人工微组装方式进行微球透镜配置作业，其光纤对准可获得
较高精确度，并借助微球透镜聚焦特性，可减少光讯号传输的插入
损失，提高聚光效率；又，本发明的V型沟槽与微球透镜，因其制
造方式是使用一般的微影制作过程，所以其元件可进行整体化与成
批生产，因此可以有效减小元件尺寸、提高微透镜密度，并且本发
明的制作过程可整合于一般微光学平台系统(micro-optical bench
system)上，在于其应用领域、制造成本与时间效益上，可以有相当
程度的改善。