[發明專利]一種多模干涉型全晶體波導分束器的制備方法

在審

• 申請號: 201810532366.1
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108732682A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 姚一村;張丙元;都輝
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 李浩成

本發明提供一種多模干涉型全晶體波導分束器的制備方法，屬于集成光子學器件制備技術領域，采用離子注入結合飛秒激光刻寫或精密機械切割的技術制備多模干涉型波導分束器。其特點及優勢主要包括：1.制備工藝簡單，對加工精度要求較低；2.損耗小；3.結構緊湊，易于集成；4.適用材料范圍廣，易于推廣。

技術領域

本發明屬于集成光子學器件制備技術領域，特別涉及一種多模干涉型全晶體波導分束器的制備方法。

背景技術

光波導是集成光學系統的基本構建單元。光學晶體是一類重要的光學材料，包含豐富的電光、聲光、非線性等性質。相對于采用外延工藝制備光波導，在單一成分的晶體塊或晶體片中直接制備光波導（以下稱為“全晶體光波導”）具有顯著的優勢，主要包括：1.可以很好的保留晶體材料的熒光、電光、非線性性能；2.省去外延生長等復雜加工過程；3.成本低廉。

波導分束器是一種重要的波導器件，將輸入信號按需求分為若干份，在波分復用、傳感、相位調制、光開關等場合具有廣泛的應用。

目前，全晶體波導分束器的制備主要是采用Y分支型。如 H. Hu等人報道了利用氧離子注入結合光刻的手段，在鈮酸鋰晶體中制備了1×2型Y分支波導分束器（OpticsExpress 20(19), 21114 (2012)）。該類方法所采用的制備工藝較為復雜。另外，由于該波導芯層與襯底的折射率差較小，分束角通常小于1.2°，因此分束器部分的長度往往大于1mm，不利于器件尺寸的進一步縮?。?/p>

J. Lv等人報道了利用飛秒激光刻寫的方法在鈮酸鋰晶體中制備了波導分束器（Journal of Lightwave Technology 34(14), 3587-3591 (2016)）。該結構的制備十分復雜，需要上百條飛秒激光刻痕，對制作精度的要求非常高，且存在模式失配帶來的附加損耗；

中國專利CN201710883054.0提出了一種利用飛秒激光刻寫制備CaF₂晶體分束器的方法，該方法采用Y分支結構，該器件由多個橫截面組成，所需要的刻痕數達數百條，對定位及加工精度要求極高，不利于批量生產；

C. Chen等人報道了利用離子注入結合飛秒激光刻蝕制備的KTA晶體波導分束器（Journal of Lightwave Technology 35(2), 225-229 (2016)），該結構為Y分支型，難以實現能量的一分多，且由于模式失配及波導彎曲，損耗較大（約4dB/cm）。

總之，目前所采用的全晶體波導分束器的制備方法主要存在以下缺陷：1.制備工藝較為復雜，對加工精度的要求極高；2.器件尺寸較大，尤其對于1×N（N>2）型分束器的制備較為困難；3.由模式失配及波導彎曲造成的附加損耗較大。

發明內容

為克服上述不足，本發明提供一種多模干涉（MMI）型全晶體波導分束器的制備方法。本發明采用離子注入結合飛秒激光刻寫或精密機械切割的技術制備波導分束器，具有制備工藝簡單、結構緊湊、損耗小的特點。

本申請采用的技術方案是：本發明采用的技術方案如下：

步驟A，選擇一定尺寸的拋光晶體片作為襯底，通過離子注入形成平面波導，以實現對光束的縱向限制。

步驟B，1）采用飛秒激光刻蝕或精密機械切割的方法制備一條入射波導；2）采用飛秒激光刻蝕或精密機械切割的方法制備多模波導；3）采用飛秒激光刻蝕或精密機械切割的方法制備N條出射波導。

優選方案，步驟A所述晶體片的材料為摻雜或未摻雜的LiNbO₃、YVO₄、GGG、BBO、KDP晶體。

優選方案，步驟B各部分波導均為脊型波導結構，呈直線型。

優選方案，步驟B所制備的入射波導位于多模波導中軸線上。