[发明专利]一种用激光制作波导的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光子信息领域，尤其涉及一种用激光制作波导的方法。

背景技术

光波导是光子芯片实现控制功能的最基本单元。光波导网络就构成了光子芯片，具有电子芯片相同的优点：高集成度、高可靠性、低功耗和低成本。在光通讯、激光等各个方面的应用及其价值，利用近红外超短脉冲激光在各种玻璃和光学晶体内制作三维波导自从1996年首次报道后，引起了非常广泛的关注。该技术对材料的选择性小，具有更广泛的应用前景。而且波导截面容易控制，极有利于减小器件的插入损耗，由于其体积小、结构简单，整个光波导芯片对环境不敏感，能够用于高加速度环境和大温差环境。该技术在制作复杂光子芯片或三维光子芯片上具有明显的技术优越性，该技术直接导致了天文光子学的诞生。

自从1996年首次报道后，2003年加拿大通讯研究中心(Communications Research Centre Canada)首次报道了用近红外飞秒激光在通讯光纤内刻写光纤光栅，随后他们用不同的掺锗、掺锗氢载和非光敏光纤比较了不同光纤和工艺制作的光纤光栅的特性。2005年日本NTT公司用飞秒激光在石英玻璃内部制作平面光波导电路(PLC)，每个节点损耗小于0.1dB。美国Corning公司自从2001年开始一致致力于飞秒激光制作光子器件和玻璃折射率改变的机理研究，报道了飞秒激光制作的波导耦合器。德国耶纳大学用高重复率飞秒激光和高速气动扫描平台在石英玻璃内部以1mm/秒的速度写入50mm长的波导，损耗小于0.1dB/cm。加拿大多伦多大学Herman课题组和德国toptica公司合作研发用飞秒激光制作适用于飞秒激光器的光学器件和光学微流器件。美国光学社会2009年以此为主题做了专题讨论；澳大利亚悉尼天文台已经启动计划用飞秒光刻波导写大尺寸波导光栅阵列来提高天文光谱望远镜的光谱分辨率。

传统的波导都是在石英介质写入的、折射率增加的痕迹。而在掺金属离子的透明介质和晶体内部通常产生强的应力导致材料的膨胀，结果是折射率变小，因此单根扫描轨迹不能形成波导导光。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种用激光制作波导的方法，采用双线型的光刻方法，刻写两条折射降低的轨迹，由于两条痕迹选取合适的间距和光刻参数，可以在两痕迹之间的区域产生正的折射率改变，从而实现了波导的形成。

本发明的技术解决方案是：一种用激光制作波导的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)将激光器发出的激光进行扩束；

2)扩束后的激光再经过1/2λ波片；

3)步骤2)出射的激光聚焦后形成刻写激光；

4)将刻写激光作用于光学样品进行痕迹扫描，形成波导。

上述步骤4)的具体步骤是：

4.1)将光学样品置于三维控制平台上；

4.2)移动三维控制平台使三维控制平台上的光学样品与刻写激光呈相互垂直；

4.3)横向移动三维控制平台，使刻写激光在光学样品上扫描出第一波导；

4.4)重复步骤4.3)，扫描出第二波导。

上述步骤1)中激光器发出的激光经准直系统扩束。

上述步骤3)中出射的激光是经显微物镜聚焦后形成刻写激光。

上述第一波导和第二波导的长度是5mm，间距是10μm-1000μm。

上述第一波导和第二波导的截面面积是10μm×10μm。

上述第一波导和第二波导是直线形或曲线形。

上述激光器是脉冲宽度小于100皮秒的超快激光器。

上述光学样品是掺钛蓝宝石晶体、YAG晶体、LiNO3、石英玻璃、K9玻璃或ZF57。

本发明的优点是：

1、采用激光纵向写入波导的方式代替传统的横向写入，即激光和光学样品是垂直进行写入的，这种写入方式比起横向写入由于激光聚焦，刻出的波导横截面不是圆形而是椭圆形的弊端，本发明的这种刻写方式形成的波导横截面是圆对称的；

2、本发明采用双线型结构进行刻写加工，在应力分布的作用下实现了导模的传输；较传统的单线光刻方法，双线型的光刻结构有利于灵活调节波导的尺寸，可以方便调节波导导光模式，介质内实现单模和多模的光波导；此外由于两痕迹之间的区域为导光区域，此区域未被刻写激光作用，较单根刻写方式，导光区域为刻写激光作用区域，这样双线型刻写方式形成的波导损耗可以进一步降低。