[發明專利]一種用激光制作波導的方法

無效

• 申請號: 201210146532.7
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102736176A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 程光華;趙衛;白晶;張挺
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13;G03F7/20
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 商宇科

技術領域

本發明涉及光子信息領域，尤其涉及一種用激光制作波導的方法。

背景技術

光波導是光子芯片實現控制功能的最基本單元。光波導網絡就構成了光子芯片，具有電子芯片相同的優點：高集成度、高可靠性、低功耗和低成本。在光通訊、激光等各個方面的應用及其價值，利用近紅外超短脈沖激光在各種玻璃和光學晶體內制作三維波導自從1996年首次報道后，引起了非常廣泛的關注。該技術對材料的選擇性小，具有更廣泛的應用前景。而且波導截面容易控制，極有利于減小器件的插入損耗，由于其體積小、結構簡單，整個光波導芯片對環境不敏感，能夠用于高加速度環境和大溫差環境。該技術在制作復雜光子芯片或三維光子芯片上具有明顯的技術優越性，該技術直接導致了天文光子學的誕生。

自從1996年首次報道后，2003年加拿大通訊研究中心(Communications?Research?Centre?Canada)首次報道了用近紅外飛秒激光在通訊光纖內刻寫光纖光柵，隨后他們用不同的摻鍺、摻鍺氫載和非光敏光纖比較了不同光纖和工藝制作的光纖光柵的特性。2005年日本NTT公司用飛秒激光在石英玻璃內部制作平面光波導電路(PLC)，每個節點損耗小于0.1dB。美國Corning公司自從2001年開始一致致力于飛秒激光制作光子器件和玻璃折射率改變的機理研究，報道了飛秒激光制作的波導耦合器。德國耶納大學用高重復率飛秒激光和高速氣動掃描平臺在石英玻璃內部以1mm/秒的速度寫入50mm長的波導，損耗小于0.1dB/cm。加拿大多倫多大學Herman課題組和德國toptica公司合作研發用飛秒激光制作適用于飛秒激光器的光學器件和光學微流器件。美國光學社會2009年以此為主題做了專題討論；澳大利亞悉尼天文臺已經啟動計劃用飛秒光刻波導寫大尺寸波導光柵陣列來提高天文光譜望遠鏡的光譜分辨率。

傳統的波導都是在石英介質寫入的、折射率增加的痕跡。而在摻金屬離子的透明介質和晶體內部通常產生強的應力導致材料的膨脹，結果是折射率變小，因此單根掃描軌跡不能形成波導導光。

發明內容

為了解決背景技術中所存在的技術問題，本發明提出了一種用激光制作波導的方法，采用雙線型的光刻方法，刻寫兩條折射降低的軌跡，由于兩條痕跡選取合適的間距和光刻參數，可以在兩痕跡之間的區域產生正的折射率改變，從而實現了波導的形成。

本發明的技術解決方案是：一種用激光制作波導的方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1)將激光器發出的激光進行擴束；

2)擴束后的激光再經過1/2λ波片；

3)步驟2)出射的激光聚焦后形成刻寫激光；

4)將刻寫激光作用于光學樣品進行痕跡掃描，形成波導。

上述步驟4)的具體步驟是：

4.1)將光學樣品置于三維控制平臺上；

4.2)移動三維控制平臺使三維控制平臺上的光學樣品與刻寫激光呈相互垂直；

4.3)橫向移動三維控制平臺，使刻寫激光在光學樣品上掃描出第一波導；

4.4)重復步驟4.3)，掃描出第二波導。

上述步驟1)中激光器發出的激光經準直系統擴束。

上述步驟3)中出射的激光是經顯微物鏡聚焦后形成刻寫激光。

上述第一波導和第二波導的長度是5mm，間距是10μm-1000μm。

上述第一波導和第二波導的截面面積是10μm×10μm。

上述第一波導和第二波導是直線形或曲線形。

上述激光器是脈沖寬度小于100皮秒的超快激光器。

上述光學樣品是摻鈦藍寶石晶體、YAG晶體、LiNO3、石英玻璃、K9玻璃或ZF57。

本發明的優點是：

1、采用激光縱向寫入波導的方式代替傳統的橫向寫入，即激光和光學樣品是垂直進行寫入的，這種寫入方式比起橫向寫入由于激光聚焦，刻出的波導橫截面不是圓形而是橢圓形的弊端，本發明的這種刻寫方式形成的波導橫截面是圓對稱的；

2、本發明采用雙線型結構進行刻寫加工，在應力分布的作用下實現了導模的傳輸；較傳統的單線光刻方法，雙線型的光刻結構有利于靈活調節波導的尺寸，可以方便調節波導導光模式，介質內實現單模和多模的光波導；此外由于兩痕跡之間的區域為導光區域，此區域未被刻寫激光作用，較單根刻寫方式，導光區域為刻寫激光作用區域，這樣雙線型刻寫方式形成的波導損耗可以進一步降低。