[發(fā)明專利]一種集成磁光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片

有效

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• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104656187B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝寅雷;馮澤明;余輝;李宇波;楊建義;周強(qiáng);江曉清;王明華
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成光器件，具體涉及一種集成磁光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片。

背景技術(shù)

玻璃是一種優(yōu)質(zhì)光學(xué)材料，不僅用于傳統(tǒng)光學(xué)儀器的構(gòu)建，也是一種重要的集成光學(xué)基片材料。玻璃基光波導(dǎo)器件具有成本低、工藝簡單、傳輸損耗低、偏振相關(guān)性小、制作容差性大、可批量生產(chǎn)等顯著特點(diǎn)。自1972年，第一篇關(guān)于玻璃基光波導(dǎo)器件的論文發(fā)表以來，離子交換玻璃基光波導(dǎo)技術(shù)一直受到研究者和產(chǎn)業(yè)界的重視

玻璃基光波導(dǎo)器件一般采用離子交換法制作。離子交換過程中，玻璃基片中的一價陽離子（通常是鈉離子）與來自熔鹽或者金屬膜的摻雜離子（譬如銀離子，鉀離子，銅離子，銫離子，鉈離子）進(jìn)行交換，摻雜離子從熔鹽進(jìn)入玻璃，并在玻璃基片上形成離子擴(kuò)散區(qū)，該離子擴(kuò)散區(qū)具有較高的折射率，形成波導(dǎo)的芯部，與玻璃基片共同構(gòu)成光波導(dǎo)。

受到來自磁光隔離器、以及基于磁場傳感原理的多種傳感器應(yīng)用的需求牽引，在集成光學(xué)芯片上磁光功能的集成變成一個新興的研究熱點(diǎn)，玻璃基片上的集成型磁光器件也因此受到了極大關(guān)注。磁光光波導(dǎo)制作是構(gòu)建磁光功能集成的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)磁光功能集成必須解決的核心問題。

玻璃基磁光波導(dǎo)片磁光波導(dǎo)的制作主要有兩條途徑。第一條途徑是用離子交換法在磁光玻璃基片1上制作高折射率區(qū)2，形成波導(dǎo)（如圖1所示）。這條途徑的一個問題是只能在整個玻璃基片1上實(shí)現(xiàn)磁光功能，難以在玻璃基片1選定的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)磁光功能，在光波導(dǎo)芯片設(shè)計(jì)過程中靈活性不強(qiáng)。

玻璃基片上實(shí)現(xiàn)磁光波導(dǎo)制作的二條途徑是首先在玻璃基片3上形成條形離子擴(kuò)散區(qū)4，然后在條形離子擴(kuò)散區(qū)4一側(cè)引入磁光材料層5（譬如YIG晶體），即通過制作復(fù)合光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)磁光功能。這種光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。這條途徑制作的磁光波導(dǎo)解決了器件設(shè)計(jì)的靈活性問題，然而，這種途徑仍面臨兩個挑戰(zhàn)：其一，為了實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)中較大的非互易相移，要求磁光材料層5的光學(xué)參數(shù)與玻璃基片3光學(xué)參數(shù)之間的匹配。其二，需要解決磁光材料層5與玻璃基片3之間結(jié)合的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種集成磁光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的玻璃基片表面上需要磁光功能的區(qū)域具有鐵磁金屬納米顆粒摻雜區(qū)；通過離子交換方法在玻璃基片中形成條形離子擴(kuò)散區(qū)，在鐵磁金屬納米顆粒摻雜區(qū)中形成具有磁光功能的條形離子擴(kuò)散區(qū)；條形離子擴(kuò)散區(qū)的折射率高于玻璃基片的折射率，具有磁光功能的條形離子擴(kuò)散區(qū)的折射率高于鐵磁金屬納米顆粒摻雜區(qū)的折射率，條形離子擴(kuò)散區(qū)和具有磁光功能的條形離子擴(kuò)散區(qū)共同構(gòu)成條形光波導(dǎo)的芯部。

所述玻璃基片為硅酸鹽玻璃，或者硼酸鹽玻璃。

所述鐵磁金屬納米顆粒摻雜層中的鐵磁金屬為Fe、Co或Ni。

所述形成條形離子擴(kuò)散區(qū)的離子為K⁺、Ag⁺、Tl⁺、Cs⁺、Li⁺或Rb⁺離子。

本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明可以在光波導(dǎo)芯片上的所需區(qū)域?qū)崿F(xiàn)磁光波導(dǎo)的制作，實(shí)現(xiàn)玻璃基片上磁光功能的集成，并且具有制作工藝簡單，耦合效率高等顯著特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)玻璃基集成光學(xué)芯片的磁光功能的集成提供了新的結(jié)構(gòu)，使玻璃基集成光學(xué)芯片的設(shè)計(jì)更加靈活。

附圖說明

圖1是采用離子交換法在磁光玻璃基片1中制作的光波導(dǎo)橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是通過在玻璃基片3上通過引入磁光材料層5制作的復(fù)合光波導(dǎo)橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的集成磁光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片。

圖4是本發(fā)明的集成磁光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片制作過程示意圖。

圖中：1、磁光玻璃基片，2、高折射率區(qū)，3、玻璃基片，4、條形離子擴(kuò)散區(qū)，5、磁光材料層，6、鐵磁金屬納米顆粒摻雜區(qū)，7、具有磁光功能的條形離子擴(kuò)散區(qū)，8、Cr-Au掩膜，9、Al掩膜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。