[發(fā)明專利]可調(diào)節(jié)雙折射率差的1310nm波長的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410377147.2
• 申請(qǐng)日: 2014-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN104142534B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李俊慧;楊成惠;鄭遠(yuǎn)生;楊德偉;郝琰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京世維通科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): G02B6/13
• 分類號(hào): G02B6/13;G02F1/03
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司11012
• 代理人: 金璽,黃姝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及波導(dǎo)制備相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種可調(diào)節(jié)雙折射率差的1310nm波長的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的制備方法。

背景技術(shù)

在反射式光纖電壓互感器中，傳感頭大部分采用的是BGO電光晶體。需要的光學(xué)元件多,校準(zhǔn)困難,不易進(jìn)行批量生產(chǎn),而且運(yùn)行的穩(wěn)定性尚有待提高,因此世界各國在改進(jìn)基于Pockels效應(yīng)的OVT的同時(shí),對(duì)傳感頭提出了基本的要求，靈敏度高、偏振相關(guān)損耗(PDL)低、雙折射率差小及溫度穩(wěn)定性好。集成光學(xué)OVT具有靈敏度高、頻率響應(yīng)好、可靠性高、易于大規(guī)模生產(chǎn)以及不需要透鏡等很多優(yōu)點(diǎn),因而有非常好的應(yīng)用前景。

因此，現(xiàn)有出現(xiàn)利用鈮酸鋰波導(dǎo)作為傳感頭可以與光纖直接耦合的技術(shù)，相比于塊狀晶體傳感頭，減少了復(fù)雜的耦合單元，同時(shí)不受電磁干擾，很適合應(yīng)用于高壓傳輸系統(tǒng)。通常報(bào)道的鈮酸鋰調(diào)制器一般采用X切Y傳結(jié)構(gòu)，電極2’和波導(dǎo)3’位于鈮酸鋰晶片1’上，而電極2’位于波導(dǎo)3’兩側(cè)，如圖1所示。可以利用最大電光系數(shù)γ₃₃，該結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)鈦擴(kuò)散后兩個(gè)偏振模式所對(duì)應(yīng)的折射率(n_e-n_o)相差很大，用于系統(tǒng)互易性較差。而Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的固有雙折射率差非常低僅為10^-5，Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)，Z軸對(duì)應(yīng)非尋常折射率n_e，X和Y軸對(duì)應(yīng)尋常光折射率n_o。另外Y切波導(dǎo)的熱穩(wěn)定性優(yōu)于X切和Z切波導(dǎo),Y切波導(dǎo)的雙折射相移隨溫度的變化速率為2.4×10^-5rad/K,Z切波導(dǎo)為4.1rad/K，考慮到其對(duì)響應(yīng)速度、精度和溫度穩(wěn)定性的要求，提出利用Y切Z傳鈦擴(kuò)散鈮酸鋰直波導(dǎo)作為電壓互感器的傳感頭。

(3)鈮酸鋰作為目前最成熟的電光晶體，已廣泛的應(yīng)用于電光調(diào)制器中。鈮酸鋰波導(dǎo)的制備工藝有兩種方案：一，鈦擴(kuò)散工藝；二，質(zhì)子交換工藝。質(zhì)子交換只能在X-切，Z-切基片上進(jìn)行，純的苯甲酸熔融體對(duì)Y-切晶片有腐蝕，質(zhì)子交換法不適于Y切鈮酸鋰晶體，因此Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)一般采用鈦擴(kuò)散工藝制作。

(4)鈦擴(kuò)散是在高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行的。擴(kuò)散過程中，鈦會(huì)向厚度方向和晶體表面的橫向方向同時(shí)擴(kuò)散，鈦擴(kuò)散工藝同時(shí)增加非尋常光的折射率n_e和尋常光的折射率n_o。

然而，現(xiàn)有技術(shù)的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的制備方法并不能控制所生成的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的雙折射率差值，特別是1310nm波長的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的雙折射率差值，1310nm波長為常用的光纖的工作波長，雙折射率差值即尋常光對(duì)應(yīng)的TM模式和TE模式的折射率差值。由于所生成的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的雙折射率差值極小很難控制，因此無法很好地將Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)作為電壓互感器的傳感頭。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的制備方法并不能控制所生成的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的雙折射率差值的技術(shù)問題，提供一種可調(diào)節(jié)雙折射率差的1310nm波長的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的制備方法。

一種可調(diào)節(jié)雙折射率差的1310nm波長的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的制備方法，所述雙折射率差值的范圍在1.5×10^-5～4.8×10^-3，所述雙折射率差值隨擴(kuò)散時(shí)間增大而減少，所述制備方法包括：

在清洗干凈的Y切鈮酸鋰晶片上蒸發(fā)一層鈦膜，所述鈦膜的厚度為65nm～105nm；

對(duì)所述鈦膜進(jìn)行腐蝕，在所述Y切鈮酸鋰晶片表面形成沿所述Y切鈮酸鋰晶片Z方向延伸的鈦條，得到包括所述Y切鈮酸鋰晶片以及所述鈦條的芯片，所述鈦條的寬度為6μm～8.5μm，所述Z方向?yàn)榇怪彼鯵切鈮酸鋰晶片切面的方向；

將清洗干凈的所述芯片置于通入濕氧且設(shè)定擴(kuò)散溫度的環(huán)境下，靜止擴(kuò)散時(shí)間后取出所述芯片即為所述Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)，所述擴(kuò)散時(shí)間為6小時(shí)～12小時(shí)。

本發(fā)明通過選擇鈦膜的厚度、鈦條的寬度或者擴(kuò)散時(shí)間，從而能夠很好地調(diào)節(jié)Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的雙折射率差，使得所制備的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)能滿足作為電壓互感器傳感頭的要求。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有X切Y傳結(jié)構(gòu)鈮酸鋰波導(dǎo)調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種可調(diào)節(jié)雙折射率差的1310nm波長的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的制備方法的工作流程圖；

圖3為Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的制備材料截面圖；

圖4為本發(fā)明在Y切鈮酸鋰晶片上蒸發(fā)鈦膜示意圖；

圖5為本發(fā)明所制備的Y切Z傳鈮酸鋰波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式