[发明专利]一种中红外氟氧玻璃陶瓷Y型波导分束器及其制备方法

说明书

本发明属于集成光路类型技术领域，公开了一种中红外氟氧玻璃陶瓷Y型波导分束器及其制备方法，利用飞秒激光直写氟氧玻璃陶瓷贯穿的单线波导，通过分析并计算不同激光功率下直写的波导传输损耗，确定Y型分束器激光加工参数，测试了单线波导和Y型分束器的导光特性，实现了基质为氟氧玻璃陶瓷Y型波导分束器的制备，摒弃了依靠经验的制作过程，实现了系统化、标准化的波导分束器直写。首次提出了利用超快激光制造氟氧玻璃陶瓷波导结构，证实了在中红外集成器件方面的应用，对中红外可调谐波导激光器和光通信器件具有很好的参考价值。本发明结构简单，稳定性高，传输损耗低，可以用于中红外可调谐波导激光器、光信号放大器、中红外光通信器件等。

技术领域

本发明属于集成光路类型技术领域，尤其涉及一种中红外氟氧玻璃陶瓷Y型波导分束器及其制备方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：集成光学器件主要包括，光开光、强度调制器、相位调制器等，而其中Y型分支波导结构是集成光学器件中重要的组成元素，可以应用到各类光学器件构造中，其可以利用于光纤陀螺制导系统实现运动体姿态控制、光纤通信路由选择系统实现光路选择作用、宽带光纤通信系统实现信号的载波调制等，典型的，其组成的Y型波导分束器由于集成度高、结构简单、低损耗、并且具有能抵御外界环境干扰等优点受到了各领域的关注。氟氧玻璃陶瓷是一种特殊的材料，其各种类型的摻杂离子氟氧化物玻璃陶瓷可以用于光学材料研究和光通信领域。氟氧玻璃陶瓷相比氧化物玻璃，氧化物玻璃声子能量远远大于氟氧玻璃声子能量，由此导致稀土粒子摻杂的氧化物玻璃的上转换发光效率远远低于氟氧玻璃摻杂，而氟氧化物玻璃陶瓷是由氟氧化物微晶镶嵌于氧化物玻璃基质中构成，具有以下两个优点，一是小尺寸的微晶和玻璃基质之间折射率近似匹配，这使得它们具有高度的透明性；二是摻杂的离子优先沉积于氟氧微晶中，因此可处于低声子能量环境中，同时兼顾了玻璃良好的耐久性和机械特性。氟氧化物在0.4—8μm红外波段具有高的透明度、低的折射率、高的阿贝数以及低的红外传输损耗。实验中选择基质材料为25KF-25ZnF₂-50SiO₂可以作为中红外光学振荡器高效的泵浦源和中红外可调谐波导激光器的良好基质材料。目前为止，针对于飞秒激光加工波导分束器已经在不同材料中有所报告，如钛宝石、铌酸锂、Nd：YAG晶体等。钛宝石晶体波导型分束器件的制备方法公布了在钛宝石晶体内重复写入多条踪迹组成Y型分支形包层结构；利用飞秒激光在LiNbO₃晶体直写了三维分束器；在Nd：YAG晶体内刻写了Y型圆型凹陷包层波导。由于基质材料在长波方向具有较低的红外光谱截止波长，并且在中红外波段具有声子吸收从而产生较大的能量损耗，所以这些技术制备的器件都未能实现中红外波段应用。而氟氧玻璃具有较低的声子能量，并且在中红外波导具有高的透明度、高的阿贝尔数、低的红外传播损耗，可以有效的担任中红外集成器件的基质材料。并且针对于如何确定Y型分束器加工参数都是根据经验，没有一个标准的、系统的方法确定。迄今为止关于氟氧玻璃陶瓷波导制备主要包括气相沉积法、离子注入法等。氟氧玻璃陶瓷首次实现波导结构是利用物理气相沉积法制备的，然而这种光波导制作过程较为复杂，对过程中温度、材料的配比都有很严苛的要求，极大的限制了其光波导方向的应用。离子注入法是利用高速粒子注入基质材料破坏原有晶体结构，产生折射率变化，然而这种方式对离子纯度、退火工艺都有较高的要求，并且波导截面也很难实现圆对称分布。目前为止尚未出现将飞秒激光直写技术利用于氟氧玻璃陶瓷光波导制备中，而飞秒激光加工氟氧玻璃陶瓷具有制作设备简单、立体加工、参数可控等特点，可以有效的解决上述方法。但是目前利用超短脉冲激光制备集成光路器件一直尚未被标准化、系统化的确定，针对于飞秒激光直写集成器件只能依靠经验确定，并且相应的在氟氧玻璃陶瓷中刻写Y型波导分束器也一直尚未被报道。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有制备的器件都未能应用于中红外波段，并且针对于如何确定Y型分束器加工参数都是根据经验，没有一个系统的方法确定。