[发明专利]长周期波导光栅的制备方法

说明书

本发明公开了一种长周期波导光栅的制备方法，该波导光栅结构包括铌酸锂基底(5)、包层平板波导(4)、缓冲层(2)和共面波导电极结构；制备方法包括：步骤1、样品准备；步骤2、进行第一次质子交换；步骤3、制作波导掩膜；步骤4、进行第二次质子交换；步骤5、进行退火处理；步骤6、进行端面抛光；步骤7、进行周期极化处理，通过上述步骤，制备出具有周期畴结构的芯层波导和包层平板波导，从而获得长周期波导光栅结构。利用本发明制备方法所制成的长周期波导光栅具有调制电压低、调制带宽高、易于调制等优势。

技术领域

本发明涉及集成光学领域，尤其涉及一种基于周期畴结构铌酸锂的长周期波导光栅的制备方法。

背景技术

近几十年来，随着多媒体业务需求的迅猛增长，传统的电传输网络已经不能满足人们的需要，对于超长距离大容量的光纤通信系统有了迫切的需求。由于光纤具有传输容量大、传输损耗小、重量轻等优点，光纤通信已成为有线通信网络中的主流方式。大容量光纤通信网络的迅速发展，有力地推动了宽带、高速和超高速光器件的需求和研究。

制约光网络发展的关键，在于研制出先进的光器件，而波长选路和交换器件在光网络中起到非常关键的作用，尤其是折射率周期性改变的光栅结构，由于其光传输谱具有随光波长而改变的性质，所以在光纤通信和传感等领域有着非常重要的价值。

1996年,美国贝尔实验室的A.M.Vengsarkar等人，利用紫外光在氢载硅锗光纤制作出第一个长周期光纤光栅(LPFG)。1998年，D.D.Davis等人利用激光脉冲在普通光纤中写入长周期光纤光栅，标志着长周期光栅发展到了一个崭新的阶段。光纤光栅的诞生及发展给光纤通信和光纤传感等领域带来了里程碑式的变革，用光纤制作长周期光栅不仅工艺简单，而且具有低损耗、低反射、可集成化和连接方便等优点，因此，以长周期光纤光栅为基础的器件发展很快，但长周期光纤光栅还是极大地受到光纤材料和结构的限制，功能较为局限，难以对光栅的传输特性进行实时调谐，这种调谐即可以是对光栅阻带谐振波长的调谐，也可以是对光栅强度的调谐。显然，实现这两种调谐可以极大地扩展光栅的功能及应用领域。考虑到当前光波导制作工艺的灵活性，波导材料的多样性及多功能性，因此使用光波导代替光纤来制作长周期光栅不但可以突破以上局限，而且对于实现光栅的可调谐性从而拓展长周期光栅的功能及应用领域有着重要意义。

平面光波导型光栅一般通过在波导上制作周期结构来实现，然而这种固定周期结构不利于实现对光栅强度或谐振波长的调谐。为此，也有通过在波导上放置周期性结构的电极，利用热光或电光效应对波导的折射率进行周期性调制，从而实现可调谐的长周期波导光栅(LPWG)。2008年，郑建成等人首次提出在z切y传铌酸锂波导上面放置叉指电极来实现长周期波导光栅(LPWG)，结构示意图如图1所示，通过在叉指电极上面加驱动电压，使电场在铌酸锂波导内部为周期性分布。由于电光效应，折射率在波导方向上呈周期性分布，从而形成长周期波导光栅，通过加电与否可以实现较灵活的控制。但这种基于叉指电极结构的长周期波导光栅存在调制带宽不高、不易调制等问题，限制了长周期波导光栅在光滤波器、传感器以及光调制器等领域的进一步应用。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种长周期波导光栅的制备方法，采用共面波导电极对长周期波导光栅加以控制，以解决现有的叉指电极结构长周期波导光栅调制带宽不高、调制电压较大、难以调制等问题，进而提高长周期波导光栅的性能。

本发明的长周期波导光栅的制备方法，该波导光栅结构自下而上包括铌酸锂基底5、包层平板波导4、缓冲层2和共面波导电极结构；其中，所述缓冲层2覆盖于所述包层平板波导4的上表面、所述铌酸锂基底5覆盖于所述包层平板波导4的下表面；所述共面波导电极结构进一步包括信号电极6，地电极7、8；所述信号电极6覆盖于所述缓冲层2上表面中部；在所述包层平板波导4的上表面中部并且位于所述信号电极6的正下方设置芯层波导3；所述地电极7、8位于所述信号电极6两侧，且与所述信号电极6位于同一平面；所述制备方法包括以下步骤：