[發(fā)明專利]減小飛秒激光直寫波導(dǎo)彎曲損耗的方法

有效

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• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN108387973B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程亞;劉爭明;廖洋;儲(chǔ)蔚;齊家;王鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G02B6/125
• 分類號(hào): G02B6/125
• 代理公司: 31317 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張寧展

一種減小飛秒激光直寫波導(dǎo)彎曲損耗的方法，本方法的核心包括兩個(gè)方案：1、在彎曲波導(dǎo)外側(cè)，激光直寫并輔助化學(xué)刻蝕，刻蝕出空氣槽；2、在彎曲波導(dǎo)兩側(cè)，激光直寫多層產(chǎn)生應(yīng)力的破壞線。本發(fā)明能增加彎曲波導(dǎo)有效折射率，從而減少導(dǎo)波的輻射模，大大降低彎曲損耗，有效減小器件中彎曲波導(dǎo)的彎曲半徑，使波導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)更加緊湊，對微納光學(xué)中三維光器件集成化、芯片化和光互聯(lián)等領(lǐng)域具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛秒激光直寫彎曲波導(dǎo)，特別是一種減小直寫波導(dǎo)彎曲損耗的方法。

背景技術(shù)

飛秒激光以其加工精度高、熱效應(yīng)小、損傷閾值低和可以對透明材料實(shí)現(xiàn)三維微加工等優(yōu)點(diǎn)在當(dāng)代微納制造領(lǐng)域中獨(dú)樹一幟，它提供了一種全新的制備大規(guī)模、復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的方法。

光波導(dǎo)作為集成光學(xué)中最基本的組成單元，不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，還可以提供非線性，主動(dòng)增益等特殊功能，是實(shí)現(xiàn)各種光子功能器件的基礎(chǔ)。飛秒光刻波導(dǎo)是近年來新興的一種光波導(dǎo)制作技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的波導(dǎo)制作工藝，它具有工藝設(shè)備簡單，成本低等特點(diǎn)，而且可以靈活制作三維結(jié)構(gòu)的光子器件，在制作高密度集成的復(fù)雜光器件方面展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用價(jià)值。

在集成光學(xué)中，由于光波導(dǎo)中光束傳播方向的改變和光束傳輸軸移位的需要，光波導(dǎo)的彎曲是必然的。在一定條件下,波導(dǎo)彎曲半徑越小,器件結(jié)構(gòu)越緊湊；但彎曲半徑越小,波導(dǎo)彎曲引起的損耗會(huì)越大。波導(dǎo)發(fā)生彎曲引起的損耗主要有耦合損耗和輻射損耗，由于輻射引起的損耗也稱為彎曲損耗。飛秒激光直寫波導(dǎo)彎曲損耗受彎曲半徑影響很大。一般飛秒激光直寫波導(dǎo)文獻(xiàn)中使用作為耦合器的彎曲半徑采用40mm，單臂損耗達(dá)到0.1dB，而且隨著彎曲半徑的減小彎曲損耗快速增加。當(dāng)彎曲半徑R＝10mm時(shí)，對于1310光源，單臂損耗達(dá)到8dB(參見文獻(xiàn)：S.M.Eaton,W.Chen,L.Zhang,H.Zhang,R.Iyer,J.S.Aitchison,andP.R.Herman,IEEE Photonics Technol.Lett.,vol.18,no.22,pp.2174–2176,Sep./Oct.2006)。這種特點(diǎn)大大限制了飛秒直寫技術(shù)誘導(dǎo)產(chǎn)生的光波導(dǎo)構(gòu)建微納光學(xué)器件(如分束器、定向耦合器等)的集成度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種減小飛秒激光直寫波導(dǎo)彎曲損耗的方法，該方法操作簡單、有效，而且能夠在透明材料內(nèi)部或者表面根據(jù)需求靈活制作減小彎曲損耗的微結(jié)構(gòu)，利用這種方法加工的彎曲波導(dǎo)具有彎曲半徑小、損耗低的特點(diǎn)，在構(gòu)建微納光學(xué)器件、實(shí)現(xiàn)光器件芯片化等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種減小飛秒激光直寫波導(dǎo)彎曲損耗的方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列步驟：

步驟1)用飛秒激光在玻璃樣品中直寫出波導(dǎo)，該波導(dǎo)的彎曲半徑在10～40mm范圍內(nèi)；

步驟2)在所述的波導(dǎo)兩側(cè)用飛秒激光直寫破壞線，具體包括下列步驟：

①設(shè)彎曲波導(dǎo)的圓心角θ，第一層破壞線和波導(dǎo)的距離是t₁,各破壞線的間距是t₂,破壞線層與層的間距是t₃，破壞線的層數(shù)是n，

②直寫破壞線的激光焦點(diǎn)深度在波導(dǎo)的下方，以所述的波導(dǎo)曲率中心為圓心，在該波導(dǎo)外側(cè)激光直寫破壞線，且該破壞線與波導(dǎo)平行，與波導(dǎo)的間距為t₁,半徑為r₁,然后激光焦點(diǎn)上升t₂,以波導(dǎo)曲率中心為圓心，半徑r₁直寫第二根破壞線，重復(fù)以上過程，完成第一層破壞線的堆疊，要使堆疊的破壞線均勻，縱向長度能限制住波導(dǎo)導(dǎo)光；

③以同樣的方法，直寫第n層破壞線，其半徑是r₁+(n-1)*t₃，破壞線的層數(shù)以需求確定；