[发明专利]非对称相位可调马赫-曾德干涉仪及其制备方法

权利要求书

1.一种非对称相位可调马赫-曾德干涉仪，其特征在于，包括：平面光波光路PLC芯片和外接导光臂（6），所述平面光波光路PLC芯片包括：硅衬底（7），在硅衬底（7）上设有二氧化硅缓冲层（8），在二氧化硅缓冲层（8）上设有波导（10），在波导（10）上设有覆盖层（11），所述波导（10）包括输入级3dB耦合器（1）、一个长度固定臂（3）及输出级3dB耦合器（2），所述长度固定臂（3）的两端分别与输入级3dB耦合器（1）的下输出端口、输出级3dB耦合器（2）的下输入端连接，在输入级3dB耦合器（1）的上输出端口上设有第一开放臂（4）且与第一开放臂（4）的一端连接，在输出级3dB耦合器（2）的上输入端上设有第二开放臂（5）且与第二开放臂（5）的一端连接，所述外接导光臂（6）的两端分别与第一开放臂（4）的另一端、第二开放臂（5）的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的非对称相位可调马赫-曾德干涉仪，其特征在于，所述外接导光臂（6）为单模光纤。

3.根据权利要求1所述的非对称相位可调马赫-曾德干涉仪，其特征在于，所述外接导光臂（6）为掺杂光纤。

4.一种权利要求1所述的非对称相位可调马赫-曾德干涉仪的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤10）：取一硅衬底，利用湿化学法清洗硅片，利用热氧化法在硅衬底上制备厚度15μm到20μm的二氧化硅缓冲层，利用等离子体增强化学气相沉积方法，其中，硅烷和氮气的体积比为1:20，温度250℃—400℃，在二氧化硅中掺杂二氧化锗得到厚度为8μm的波导层9，GeH₄与Ar的体积比为1:10 ，形成厚度为8μm的波导层，且波导层的折射率高于二氧化硅缓冲层的折射率差为0.4%，由此得到晶圆片，

步骤20）：在波导层上，利用光刻和刻蚀工艺，制备非对称相位可调马赫-曾德干涉仪的PLC芯片部分， 

所述光刻工艺为：利用光刻工艺把掩膜版的图形复制到波导层上，其中掩模板图形包括：输入级3dB耦合器（1）、输出级3dB耦合器（2）、长度固定臂（3）、第一开放臂（4）和第二开放臂（5），所述复制采用如下方法：首先，利用六甲基二硅胺烷（HMDS）对步骤10）制得的晶圆片进行表面浸润处理；然后旋转涂胶，其中转速为2000~8000 r/min，时间10s，将光刻胶均匀涂于波导层上，进而在热板上90℃到100℃烘30秒，然后自然冷却，将冷却后晶圆片和掩模板上的图形位置对准后曝光；然后在热板上100℃到120℃烘30秒，再自然冷却，进而采用0.6%质量浓度的NaOH显影液，常温下显影时间为140s—190s，显影后进行坚膜烘焙，温度110℃到140℃下烘30秒，然后自然冷却；

所述刻蚀工艺为：利用反应离子刻蚀RIE工艺，Cl₂为20sccm， Ar为40sccm，射频功率100W，工作压强4.67Pa，刻蚀氢化无定形硅，然后在丙酮中浸泡10min去除残留的光刻胶, 烘干后进行SiO₂波导的刻蚀，刻蚀条件为：射频功率80W—300W；工作压强2.67Pa—26.67Pa；O₂与CHF₃流量比为0.05:1；O₂与CHF₃的总流量20sccm-300sccm，完成刻蚀得到截面尺寸为8μm×8μm干涉仪的波导结构，

步骤30）：覆盖层制备：去除经过步骤20）光刻和刻蚀后的晶圆片上残留的掩膜，在光刻和刻蚀后的晶圆片上沉积硼磷硅BPSG( B₂O₃-P₂O₅-S_iO₂ glass)二氧化硅覆盖层，退火后得到非对称相位可调马赫-曾德干涉仪PLC芯片部分，

步骤40）：切片研磨：利用转速30000rpm的划片刀，供应冷却水，对经过步骤30）处理后的晶圆片上的每个芯片进行分离，然后利用UNIPOL-1502型研磨抛光机，对分离得到的芯片进行研磨抛光，得到端面为斜8°的干涉仪PLC芯片部分，

步骤50）：将单模光纤阵列和步骤40）得到的PLC芯片进行耦合：将PLC芯片和光纤阵列浸泡于硅烷偶联剂溶液，其中溶液配比为：硅烷偶联剂5ml，异丙醇50ml，浸泡时间为1.5h，浸泡后将PLC芯片和光纤阵列吹干，然后利用六维微调架将PLC芯片和光纤阵列对准，将光纤阵列的一端口和PLC芯片的第一开放臂（4）的输出端口对准，将光纤阵列的另一端口和PLC芯片的第二开放臂（5）的输入端口对准，进而将紫外胶刷到PLC芯片和光纤阵列端面上，最后用到紫外光波长为365nm，照射强度为6500mw/cm²，照射距离为9mm，时长为180s，固化PLC芯片和光纤阵列，至此，将PLC芯片和单模光纤耦合连接，从而实现外接导光臂（6）和PLC芯片连接，

步骤60）：对步骤50）得到的干涉仪的输入端和输出端进行耦合；首先，利用六维微调架将PLC芯片的输入级3dB耦合器的上输入端口和下输入端口分别与第一输入端光纤阵列（12）和第二输入端光纤阵列（13）对准，然后，利用六维微调架将PLC芯片的输出级3dB耦合器的上输出端口和下输出端口分别与第一输出端光纤阵列（14）和第二输出端光纤阵列（15）对准，然后，将紫外胶刷到PLC芯片的输入级3dB耦合器的上输入端口和下输入端口、第一输入端光纤阵列（12）、第二输入端光纤阵列（13）、第一输出端光纤阵列（14）和第二输出端光纤阵列（15）、输出级3dB耦合器的上输出端口和下输出端口的端面上，然后，利用到紫外光波长为365nm，照射强度为6500mw/cm²，照射距离为9mm，时长为180s，固化紫外胶，至此，完成PLC芯片的输入、输出端和光纤阵列的耦合，从而得到非对称相位可调马赫-曾德干涉仪。