[發明專利]波導光開關及其制作方法

無效

• 申請號: 200710055943.4
• 申請日: 2007-08-09
• 公開（公告）號: CN101105553A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 鄂書林;孔光明;趙虎旦;鄧文淵
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/13;G02B6/35
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所
• 代理人: 趙炳仁

技術領域

本發明涉及一種波導光開關，特別涉及一種三維垂直耦合型波導光開關及其制作方法。

背景技術

傳統的波導光開關局限于二維平面集成結構，對微制作技術而言它能夠實現較高的精確度。但是，在二維平面結構的波導光開關中，電極不能淀積在一個波導的正頂部，而且它也非常靠近另一個波導，因而電極會同時影響到兩個波導，從而需要較高的電極驅動功率。

隨著三維集成光學的發展，光電子領域科技工作者越來越多地關注三維垂直耦合型光波導器件的研究。(Keil?N，Weinert?C，Wirges?W，et?al.Thermo-optical?coupler?switches?usinghybridpolymer/silicaintegration?technology[J].Electron.Lett，2000，36(5)：430-431.)報道了一種混合式垂直耦合波導光開關，其采用四層膜結構，從基底硅片至金屬電極依次為下波導芯層、垂直耦合層(公共包層)、上波導芯層、上波導上包層。下波導芯層包括下波導及下波導側包層，上波導芯層包括上波導及上波導側包層；下波導芯層、垂直耦合層(公共包層)、上波導芯層、上波導上包層選用的材料依次為二氧化硅(SiO₂)、硅(Si)、氟丙烯酸酯(fluoracrylate)、氟丙烯酸酯(fluoracrylate)。下波導為位于下波導側包層內的矩形直波導，上波導為位于上波導側包層內的矩形直波導，兩者之間的相對夾角為0.4°。這種波導光開關由于下波導由二氧化硅構成，上波導是由聚合物組成，垂直耦合層(公共包層)由硅組成，因而存在制作工藝較復雜，制作成本高，開關驅動功率高，響應速度慢，消光比低，插入損耗大等缺點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種制作工藝簡單、制作成本低，并且開關驅動功率低、響應速度快、消光比高、插入損耗小的波導光開關及其制作方法。

本發明的波導光開關采用五層膜結構，從基底硅片至金屬電極依次為下波導下包層、下波導芯層、垂直耦合層、上波導芯層、上波導上包層；其中下波導芯層包括下波導及下波導側包層，上波導芯層包括上波導及上波導側包層；下波導下包層、下波導側包層、垂直耦合層、上波導側包層、上波導上包層均采用聚酯類聚合物BCB；上波導和下波導均采用環化橡膠類聚合物Su8。

所述下波導下包層厚度為3～5μm；下波導芯層厚度為3.5～4.5μm；垂直耦合層厚度為1～2μm；上波導芯層厚度為3.5～4.5μm；上波導上包層厚度為3～5μm；上波導和下波導之間的夾角為0.2°～1.8°。

所述波導光開關制作方法具體包括以下步驟：

a、對基底硅片1表面進行常規清潔處理；

b、在步驟a處理過的基底表面上旋涂BCB作為下波導下包層2；旋涂采用勻膠機；勻膠機旋轉速度為500～700轉/分時旋涂5～9s，然后勻膠機旋轉速度為1000～2000轉/分時旋涂8～12s；

c、對經過步驟b得到的的片子進行堅膜處理；堅膜采用烘箱，對烘箱先抽真空，然后通入氮氣；在常壓氮氣條件下，溫度205～215℃時烘38～42分鐘，自然降溫至室溫后取出片子；

d、在經過步驟c得到的片子上表面旋涂一層Su8，并進行前烘；旋涂采用勻膠機，勻膠機旋轉速度為500～700轉/分時旋涂5～7s，然后勻膠機旋轉速度為4000～6000轉/分時旋涂5～7s；前烘采用烘箱，在暗室中常壓條件下，溫度65～70℃時烘8～12分鐘，然后溫度95～100℃時烘8～12分鐘，自然降溫至室溫后取出片子；

e、對經過步驟d得到的片子上表面進行光刻，刻出下波導7圖形后進行顯影和后烘；顯影時間為25s～35s；后烘采用烘箱，在暗室中常壓條件下，溫度65～70℃時烘8～12分鐘，然后溫度95～100℃時烘8～12分鐘，自然降溫至室溫后取出片子；

f、在經過步驟e得到的片子上表面旋涂一層BCB并進行堅膜處理；該BCB將下波導7包住，下波導7與下波導側包層3構成下波導芯層，下波導芯層上表面的BCB為垂直耦合層4；旋涂采用勻膠機，勻膠機旋轉速度為500～700轉/分時旋涂5～9s，然后勻膠機旋轉速度為2000～4000轉/分時旋涂8～12s；堅膜采用烘箱，對烘箱先抽真空，然后通入氮氣；在常壓氮氣條件下，溫度205～215℃時烘38～42分鐘，然后溫度245～255℃時烘58～62分鐘，自然降溫至室溫后取出片子；