[發明專利]一種聚合物納米光波導耦合分束器的制作方法

無效

• 申請號: 200810029829.9
• 申請日: 2008-07-29
• 公開（公告）號: CN101324683A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 李寶軍;邢曉波;朱恒;王宇清;張垚
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02B6/28
• 分類號: G02B6/28;G02B1/04;B29C55/00;B29K67/00;B29L11/00
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 禹小明

技術領域

本發明屬于納米光子學領域，尤其涉及一種聚合物納米光波導耦合分束器的制作方法。

背景技術

超緊湊型的光子學器件在光通信、傳感和光集成等領域有著廣泛的應用前景。超緊湊型的光功率分束器是分離/合成光信號的重要光子學器件，在光互聯、集成光子學和生物傳感等方面中扮演著重要角色。目前，已經利用多步光刻技術在半導體材料(例如：InP、SOI和SiGe/Si)上實現了微米量級的光分束器。然而，由于微米量級波導的彎曲半徑太大，不允許大量2×2耦合器或者1×2的分束器通過級聯的方法集成在一個幾英寸的襯底上。為了避免利用級聯的辦法，多模干涉(MMI)型的光分束器已經被制作。但是，MMI型的光分束器的耦合部分尺寸比較大，通常從數百到數千微米。為了降低器件的尺寸，人們引入了亞微米/納米量級的光子晶體、等離子體波導和光子線波導來實現分離/合成光信號，但是制作方法比較復雜、成本昂貴。由于納米線/光纖在光信號的注入、傳導和控制方面具有突出的能力，引起了廣泛的注意。近來，大量的研究者致力于發展納米光纖和納米線波導，以及利用納米光纖或納米光波導單元來組裝納米光子學器件。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種結構超緊湊的、具有多個輸入和輸出端口的聚合物納米光波導耦合分束器的制作方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種聚合物納米光波導耦合分束器的制作方法，其包括以下步驟：

①利用拉制方法，從熔融態的聚合物或者聚合物溶液中拉制出聚合物納米光波導；

②將聚合物納米光波導平行放置在一個水平面上；

③將平行的納米光波導陣列繞中心縱軸旋轉，形成聚合物納米光波導耦合分束器，其中間纏繞部分為光信號的耦合區域、兩側為多個輸入及輸出分支。

耦合區域寬度為1～3μm，長度為數十個微米。

在步驟②及③中，納米光波導平行放置及其繞中心縱軸旋轉是在光學顯微鏡下，利用微操作手臂進行操作的。

聚合物納米光波導的拉制方法①包括以下步驟：

1)將聚合物材料加熱至熔融態或者溶解在溶劑中；

2)將錐形SiO₂棒/金屬棒的尖端靠近并且浸入熔融態的聚合物或者聚合物溶液中；

3)SiO₂棒/金屬棒以一速度斜向上提，在SiO₂棒/金屬棒的尖端與熔融態的聚合物或者聚合物溶液之間形成延伸的聚合物纖維；

4)在空氣中固化形成一條聚合物納米光波導。

聚合物材料為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PTT)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

熔融態的聚合物材料通過加熱板加熱形成。

當聚合物材料為PTT時，拉制的過程中保持加熱板表面的溫度為(250±10)℃。

在步驟②中，SiO₂棒/金屬棒垂直上提的速度為0.1～1m/s。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

上述的聚合物納米光波導耦合分束器，具有良好的分光性能和極小的光損耗，且上述的聚合物納米光波導耦合分束器對于構建超密集的集成光路和納米網絡是十分有用的，對于將來構建其他線型的光子學器件也是十分有用的。

另外，本發明避免了傳統的光刻、刻蝕技術，具有簡單、快速、成本低廉的優點。

附圖說明

圖1：聚合物納米光博導耦合分束器的制作示意圖(以3×3的聚合物納米光波導耦合分束器舉例說明)。

圖2：利用本發明的組裝方法制作的一個4×4的聚合物納米光波導耦合分束器。(a)器件的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，輸入分支A-D的PTT納米光波導的直徑分別為450、450、510和570nm。(b)當650nm的紅光從左邊第二條臂輸入時，器件的導光圖像。(c)當473nm的藍光同時從左邊上部的兩條臂輸入時，器件的導光圖像。箭頭給出了信號光的傳輸方向。

圖3：利用本發明的組裝方法制作的一個6×6聚合物納米光波導耦合分束器。(a)器件的SEM圖像，輸入分支A-F的PTT納米光波導的直徑分別為520、540、540、540、420和360nm。(b)綠光傳輸的光學顯微鏡圖像。(c)藍光傳輸的光學顯微鏡圖像。箭頭給出了信號光的傳輸方向。