[發明專利]混合集成型片上光頻梳及其制備方法

有效

• 申請號: 202110360256.3
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113093448B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 王玲芳;時鑫
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;C23C14/02;C23C14/04;C23C14/18;C23C14/58;C23C16/34
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種混合集成型片上光頻梳，包括依次相鄰的硅基底、二氧化硅襯底和薄膜鈮酸鋰，薄膜鈮酸鋰上異質集成一層氮化硅波導；氮化硅波導包括橫跨薄膜鈮酸鋰上表面的氮化硅直波導，以及位于氮化硅直波導一側的氮化硅微環；氮化硅微環下方的薄膜鈮酸鋰為圓周極化薄膜鈮酸鋰。本發明的片上光頻梳結合了周期極化鈮酸鋰與氮化硅波導的優良特性，避免了直接刻蝕鈮酸鋰的工藝要求，能夠利用鈮酸鋰的高效非線性，簡化工藝的同時保證了器件效能；圓周極化薄膜鈮酸鋰引入的準相位匹配與氮化硅波導的尺寸設計引入的色散波匹配技術相結合，使得對泵浦波的頻率要求突破了單頻率的限制，實現可調諧自由光譜范圍的微環。

技術領域

本發明屬于集成光學領域，涉及一種生物光子學以及光譜分析器件，特別是一種混合集成型片上光頻梳及其制備方法。

背景技術

為提高時間標準的高精確度，原子鐘技術在不斷的進步，作為原子鐘的核心技術之一的光頻梳也自面世以來便贏得了科研工作者的極大關注。得益于激光源與集成光學技術的高速發展，光頻梳的實現方式變得多種多樣，利用超短脈沖在器件材料中的非線性特性，光學頻率梳能夠在從近紅外到遠紫外的寬光譜區域進行合成。光譜中產生不同的頻率還能夠高保真的傳輸到中紅外、太赫茲和微波頻域，實現不同頻域范圍內精準測量。種種優勢使得光學頻率梳被廣泛地應用于多種不同的光學、原子、分子和固態系統，包括X射線和阿秒脈沖的產生、場相關過程中的相干控制、分子指紋識別、氣體傳感、原子鐘測試、原子光譜儀的校準以及精確測距等諸多應用方向?；谖⒅C振器的片上光頻梳系統能夠實現緊湊尺寸與低損耗的功率要求，并且能夠與現有的半導體工藝技術相結合，利用微環結構的高Q值與諧振條件，增長超短脈沖在環中的非線性作用長度，實現超寬的頻譜展寬，結合f-2f技術以實現頻率測量與計算，是目前實現芯片級光頻梳最具可能的實現方法。光學頻率梳正向著實現不同光譜區域的覆蓋，不同的頻率分辨率并具有更小尺寸、功率的和更高集成度的系統方向發展，光學頻率梳的進一步發展帶來的技術更新將推動緊密光學測量的系統簡化與精度持續提升，為未來的光譜分析、通信傳輸等領域提供重要的技術支持，具有深遠的研究價值與意義。

目前片上光頻梳的實現需要通過微諧振腔系統內超短脈沖的非線性效應將單頻泵浦光展寬為超連續譜，以實現光頻梳的譜寬要求，其器件的制備工藝要求較高，對材料和器件結構十分敏感，對泵浦源的選擇局限于單頻激光器。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結合了周期極化鈮酸鋰與氮化硅波導的優良特性，避免了直接刻蝕鈮酸鋰的工藝要求，能夠利用鈮酸鋰的高效非線性，簡化工藝的同時保證了器件效能的混合集成型片上光頻梳，并提供該片上光頻梳的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：混合集成型片上光頻梳，包括依次相鄰的硅基底、二氧化硅襯底和薄膜鈮酸鋰，薄膜鈮酸鋰上異質集成一層氮化硅波導；

所述氮化硅波導包括橫跨薄膜鈮酸鋰上表面的氮化硅直波導，以及位于氮化硅直波導一側的氮化硅微環；

氮化硅微環下方的薄膜鈮酸鋰為圓周極化薄膜鈮酸鋰。

進一步地，所述氮化硅直波導與氮化硅微環相鄰的波導段呈與氮化硅微環的外環平行的弧形。

本發明的另一個目的在于提供一種混合集成型片上光頻梳制備方法，包括以下步驟：

S1、在硅基底上生長一層二氧化硅襯底，然后在二氧化硅襯底表面通過晶片鍵合切割得到薄膜鈮酸鋰，并對得到的基片進行清洗；

S2、在薄膜鈮酸鋰上濺射鉻阻擋層，在鉻阻擋層上旋涂光刻膠，經過標準光刻工藝制備表面圓周極化電極；

S3、施加電壓，進行薄膜鈮酸鋰的圓周極化；

S4、完成薄膜鈮酸鋰的圓周極化后，通過濕法刻蝕去除圓周極化電極和鉻阻擋層；

S5、通過化學氣相沉積在薄膜鈮酸鋰上沉積一層氮化硅薄膜，然后在氮化硅薄膜上濺射一層鉻；