[發明專利]一種基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器及其制備方法

有效

• 申請號: 201310336252.7
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103399378A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 孫小菡;蔣衛鋒;戚健庭
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293;G02B6/125;G02B6/132;G02B6/136
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

1.一種基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器及其制備方法，其特征在于，包括：平面光波光路PLC芯片和第一光纖陣列（1）和第二光纖陣列（2），所述平面光波光路PLC芯片包括：硅襯底（7），在硅襯底（7）上設有二氧化硅緩沖層（8），在二氧化硅緩沖層（8）上設有波導（10），在波導（10）上設有覆蓋層（11），所述波導（10）包括輸入級Y分支（3）、第一長度固定臂（302）和第二長度固定臂（502）、第一開放臂（301）、第二開放臂（401）、第三開放臂（501）、和第四開放臂（601）、第一級3dB耦合器（4）和第二級3dB耦合器（6）及輸出級3dB耦合器（5），所述第一長度固定臂（302）的兩端分別與輸入級Y分支（3）的下輸出端、第二級3dB耦合器（4）的上輸入端連接，輸入級Y分支（3）的上輸出端與第一開放臂（301）的一端連接，第一級3dB耦合器（4）的下輸入端與第二開放臂（401）的一端連接，第三開放臂（501）一端與輸出級3dB耦合器（5）的上輸入端連接，第二固定臂（502）的兩端分別與輸出級3dB耦合器（5）的下輸入端、第二級3dB耦合器（6）的上輸出端連接，第二級3dB耦合器（6）的下輸出端與第四開放臂（601）的一端連接；第一光纖陣列（1）上的第一通道（101）與輸入級Y分支（3）的輸入端口連接，第一光纖陣列（1）上的第三通道（103）的兩端分別與第二開放臂（401）的另一端、第二光纖陣列（2）上的第一通道（201）的一端連接，第一光纖陣列（1）上的第四通道（104）的一端與輸出級3dB耦合器（5）的上輸出端口連接，第一光纖陣列（1）上的第五通道（105）的一端與輸出級3dB耦合器（5）的下輸出端口連接，第一光纖陣列（1）上的第六通道（106）的兩端分別與第四開放臂（601）的另一端、第二光纖陣列（2）上的第四通道（204）的一端連接；第二光纖陣列（2）上的第二通道（202）的兩端分別與第二光纖陣列（2）上的第六通道（206）的一端、第一級3dB耦合器（4）的上輸出端口連接，第二光纖陣列（2）上的第三通道（203）的兩端分別與第二光纖陣列（2）上的第五通道（205）的一端、第一級3dB耦合器（4）的下輸出端口連接，第二光纖陣列（2）上的第一通道（201）的另一端與第一開放臂（301）的另一端連接，第二光纖陣列（2）上的第四通道（204）的另一端與第三開放臂（501）的另一端連接，第二光纖陣列（2）上的第五通道（205）的另一端與第二級3dB耦合器（6）的上輸入端口連接，第二光纖陣列（2）上的第六通道（206）的另一端與第二級3dB耦合器（6）的下輸入端口連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器，其特征在于，所述光纖陣列（1）和（2）使用單模光纖。

3.根據權利要求1所述的一種基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器，其特征在于，所述光纖陣列（1）和（2）使用摻雜光纖。

4.一種權利要求1所述的一種基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

步驟10）：取一硅襯底，利用濕化學法清洗硅片，利用熱氧化法在硅襯底上制備厚度15μm到20μm的二氧化硅緩沖層，利用等離子體增強化學氣相沉積方法，其中，硅烷和氮氣的體積比為1:20，溫度250℃—400℃，在二氧化硅中摻雜二氧化鍺得到厚度為8μm的波導層9，GeH₄與Ar的體積比為1:10?，形成厚度為8μm的波導層，且波導層的折射率高于二氧化硅緩沖層的折射率差為0.4%，由此得到晶圓片，

步驟20）：在波導層上，利用光刻和刻蝕工藝，制備基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器的PLC芯片部分，?

所述光刻工藝為：利用光刻工藝把掩膜版的圖形復制到波導層上，其中掩模板圖形包括：輸入級Y分支（3）、第一長度固定臂（302）和第二長度固定臂（502）、第一開放臂（301）、第二開放臂（401）、第三開放臂（501）、和第四開放臂（601）、第一級3dB耦合器（4）和第二級3dB耦合器（6）及輸出級3dB耦合器（5），所述復制采用如下方法：首先，利用六甲基二硅胺烷（HMDS）對步驟10）制得的晶圓片進行表面浸潤處理；然后旋轉涂膠，其中轉速為2000~8000?r/min，時間10s，將光刻膠均勻涂于波導層上，進而在熱板上90℃到100℃烘30秒，然后自然冷卻，將冷卻后晶圓片和掩模板上的圖形位置對準后曝光；然后在熱板上100℃到120℃烘30秒，再自然冷卻，進而采用0.6%質量濃度的NaOH顯影液，常溫下顯影時間為140s—190s，顯影后進行堅膜烘焙，溫度110℃到140℃下烘30秒，然后自然冷卻；

所述刻蝕工藝為：利用反應離子刻蝕RIE工藝，Cl₂為20sccm，?Ar為40sccm，射頻功率100W，工作壓強4.67Pa，刻蝕氫化無定形硅，然后在丙酮中浸泡10min去除殘留的光刻膠,?烘干后進行SiO₂波導的刻蝕，刻蝕條件為：射頻功率80W—300W；工作壓強2.67Pa—26.67Pa；O₂與CHF₃流量比為0.05:1；O₂與CHF₃的總流量20sccm-300sccm，完成刻蝕得到截面尺寸為8μm×8μm干涉儀的波導結構，

步驟30）：覆蓋層制備：去除經過步驟20）光刻和刻蝕后的晶圓片上殘留的掩膜，在光刻和刻蝕后的晶圓片上沉積硼磷硅BPSG(?B₂O₃-P₂O₅-S_iO₂?glass)二氧化硅覆蓋層，退火后得到基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器PLC芯片部分，

步驟40）：切片研磨：利用轉速30000rpm的劃片刀，供應冷卻水，對經過步驟30）處理后的晶圓片上的每個芯片進行分離，然后利用UNIPOL-1502型研磨拋光機，對分離得到的芯片進行研磨拋光，得到端面為斜8°的干涉儀PLC芯片部分，

步驟50）：將第一光纖陣列（1）和第二光纖陣列（2）與步驟40）得到的PLC芯片進行耦合：將PLC芯片和光纖陣列浸泡于硅烷偶聯劑溶液，其中溶液配比為：硅烷偶聯劑5ml，異丙醇50ml，浸泡時間為1.5h，浸泡后將PLC芯片和光纖陣列吹干，然后利用六維微調架將PLC芯片和光纖陣列對準，將第一光纖陣列（1）和PLC芯片的一端對準，將第二光纖陣列（2）和PLC芯片的另一端對準，進而將紫外膠刷到PLC芯片、第一光纖陣列（1）和第二光纖陣列（2）的端面上，最后用到紫外光波長為365nm，照射強度為6500mw/cm²，照射距離為9mm，時長為180s，固化PLC芯片和光纖陣列，至此，將PLC芯片與第一光纖陣列（1）和第二光纖陣列（2）耦合連接，

步驟60）：對步驟50）得到的干涉儀中光纖陣列對應的光纖進行連接得到兩個分離的馬赫-曾德干涉儀；利用光纖熔接機，將第一光纖陣列（1）上的第三通道（103）的光纖和第二光纖陣列（2）上的第一通道（201）光纖進行連接得到一個干涉儀；然后利用同樣的方法將第一光纖陣列（1）上的第六通道（106）的光纖和第二光纖陣列（2）上的第四通道（204）光纖進行連接得到另一個干涉儀，

步驟70）：對步驟60）得到的干涉儀中光纖陣列對應的光纖進行連接得到基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器；利用光纖熔接機，將第二光纖陣列（2）上的第二通道（202）的光纖和第二光纖陣列（2）上的第六通道（206）光纖進行連接；然后利用同樣的方法將第二光纖陣列（2）上的第三通道（203）的光纖和光纖陣列（2）上的第五通道（205）光纖進行連接得到基于級聯馬赫-曾德干涉儀型可重構梳狀濾波器。