[實(shí)用新型]一種用于制作低損耗LiNbO3光波導(dǎo)的高溫質(zhì)子交換裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720452865.0
• 申請(qǐng)日: 2017-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206684344U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常建華;房久龍;唐安慶;戴峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B6/134
• 分類(lèi)號(hào): G02B6/134
• 代理公司: 南京鐘山專(zhuān)利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種質(zhì)子交換裝置，具體涉及一種用于制作低損耗LiNbO₃光波導(dǎo)的高溫質(zhì)子交換裝置。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著光通訊技術(shù)的發(fā)展，LiNbO₃光波導(dǎo)器件在全光網(wǎng)的研究與開(kāi)發(fā)過(guò)程中扮演著重要的角色。基于LiNbO₃晶體的電光特性、色散特性、偏振特性等，LiNbO₃晶體光波導(dǎo)可用于制作可調(diào)諧濾波器、耦合器、相位調(diào)制器、頻率調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制器、偏振控制器以及開(kāi)光陣列等光通信應(yīng)用中的核心光子器件。目前，對(duì)LiNbO₃波導(dǎo)的制備，常用的方法主要有Ti擴(kuò)散法和質(zhì)子交換法等。研究表明，鈦擴(kuò)散法制備波導(dǎo)存在抗光折變性能較差，對(duì)光限制作用較弱。與成熟的Ti擴(kuò)散技術(shù)相比，質(zhì)子交換技術(shù)不僅簡(jiǎn)單、快捷，而且用它制備的LiNbO₃光波導(dǎo)具有傳輸損耗小、抗光折變能力強(qiáng)、異常光折射率增量大等優(yōu)點(diǎn)。1982年，Jackel等人首次提出利用LiNbO₃晶體與苯甲酸進(jìn)行質(zhì)子交換制備光波導(dǎo)。該方法是在200℃左右的溫度下進(jìn)行質(zhì)子交換，制備出的LiNbO₃光波導(dǎo)的折射率增量是各向異性，異常光折射率增大，尋常光折射率略微減小，是一種單偏振光波導(dǎo)。利用其單偏振特性，質(zhì)子交換LiNbO₃光波導(dǎo)在光纖陀螺系統(tǒng)中被廣泛用來(lái)制作相位調(diào)制器。但是傳統(tǒng)的質(zhì)子交換是在低于250℃的苯甲酸溶液中做H⁺與Li⁺的熱交換，通過(guò)這種方法制作的光波導(dǎo)，波導(dǎo)損耗較大，晶相復(fù)雜。一般而言，質(zhì)子交換完成之后，可采用退火處理進(jìn)一步改善波導(dǎo)的晶相結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)一定的退火處理可以將波導(dǎo)形成單純的α相，但據(jù)報(bào)道，退火工藝降低了晶體的非線(xiàn)性光學(xué)系數(shù)，甚至破壞了一部分波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周期性疇極化方向。

由于傳統(tǒng)的低溫質(zhì)子交換存在交換時(shí)間長(zhǎng)、制備出的晶體晶相復(fù)雜等問(wèn)題，近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)采用高溫質(zhì)子交換法可制作出低損耗的α相波導(dǎo)。2000年，Yuri N.Korkishko等人利用高溫質(zhì)子交換，在較短時(shí)間內(nèi)制成了單純?chǔ)料嗖▽?dǎo)，該波導(dǎo)具有較好的非線(xiàn)性和電光特性。2013年，上海理工大學(xué)王騰飛等人研究了一種高溫質(zhì)子交換制備LiNbO₃光波導(dǎo)的工藝技術(shù)，通過(guò)提高蒸汽壓的方法，利用苯甲酸熔融液作為質(zhì)子源，試制的樣品在1310nm和1550nm波長(zhǎng)下具有良好的單模傳輸特性。在此基礎(chǔ)上，利用高溫質(zhì)子交換技術(shù)結(jié)合光刻技術(shù)成功制作出了Y分支波導(dǎo)，并將其運(yùn)用到相位調(diào)制器中。

由于高溫質(zhì)子交換需要在350℃左右的溫度下進(jìn)行，且需通入氮?dú)馄胶庠摐囟认碌娘柡驼羝麎骸＝粨Q爐內(nèi)溫度升到350℃時(shí)，苯甲酸才與LiNbO₃晶體接觸，進(jìn)行質(zhì)子交換。目前的高溫質(zhì)子交換一般是在交換爐里面進(jìn)行，由于傳統(tǒng)的交換爐存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。因此，在進(jìn)行高溫質(zhì)子交換時(shí)，通常需要將晶體和苯甲酸放入到兩個(gè)開(kāi)口相對(duì)的石英罐中，由于石英罐的未完全密閉，在交換過(guò)程中熔融的質(zhì)子源會(huì)溢出，影響了質(zhì)子交換過(guò)程的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響了波導(dǎo)的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種用于制作低損耗波導(dǎo)的高溫質(zhì)子交換裝置，操作簡(jiǎn)單、安全，且利用該裝置可制備出高質(zhì)量的LiNbO₃光波導(dǎo)，不僅克服了傳統(tǒng)低溫質(zhì)子交換存在交換時(shí)間長(zhǎng)、晶相層疊復(fù)雜、制備成本高等問(wèn)題，也克服了現(xiàn)有高溫質(zhì)子交換爐的缺陷，提高了高溫質(zhì)子交換過(guò)程的穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是：