[发明专利]一种多模干涉型全晶体波导分束器的制备方法

说明书

本发明提供一种多模干涉型全晶体波导分束器的制备方法，属于集成光子学器件制备技术领域，采用离子注入结合飞秒激光刻写或精密机械切割的技术制备多模干涉型波导分束器。其特点及优势主要包括：1.制备工艺简单，对加工精度要求较低；2.损耗小；3.结构紧凑，易于集成；4.适用材料范围广，易于推广。

技术领域

本发明属于集成光子学器件制备技术领域，特别涉及一种多模干涉型全晶体波导分束器的制备方法。

背景技术

光波导是集成光学系统的基本构建单元。光学晶体是一类重要的光学材料，包含丰富的电光、声光、非线性等性质。相对于采用外延工艺制备光波导，在单一成分的晶体块或晶体片中直接制备光波导（以下称为“全晶体光波导”）具有显著的优势，主要包括：1.可以很好的保留晶体材料的荧光、电光、非线性性能；2.省去外延生长等复杂加工过程；3.成本低廉。

波导分束器是一种重要的波导器件，将输入信号按需求分为若干份，在波分复用、传感、相位调制、光开关等场合具有广泛的应用。

目前，全晶体波导分束器的制备主要是采用Y分支型。如 H. Hu等人报道了利用氧离子注入结合光刻的手段，在铌酸锂晶体中制备了1×2型Y分支波导分束器（OpticsExpress 20(19), 21114 (2012)）。该类方法所采用的制备工艺较为复杂。另外，由于该波导芯层与衬底的折射率差较小，分束角通常小于1.2°，因此分束器部分的长度往往大于1mm，不利于器件尺寸的进一步缩小；

J. Lv等人报道了利用飞秒激光刻写的方法在铌酸锂晶体中制备了波导分束器（Journal of Lightwave Technology 34(14), 3587-3591 (2016)）。该结构的制备十分复杂，需要上百条飞秒激光刻痕，对制作精度的要求非常高，且存在模式失配带来的附加损耗；

中国专利CN201710883054.0提出了一种利用飞秒激光刻写制备CaF₂晶体分束器的方法，该方法采用Y分支结构，该器件由多个横截面组成，所需要的刻痕数达数百条，对定位及加工精度要求极高，不利于批量生产；

C. Chen等人报道了利用离子注入结合飞秒激光刻蚀制备的KTA晶体波导分束器（Journal of Lightwave Technology 35(2), 225-229 (2016)），该结构为Y分支型，难以实现能量的一分多，且由于模式失配及波导弯曲，损耗较大（约4dB/cm）。

总之，目前所采用的全晶体波导分束器的制备方法主要存在以下缺陷：1.制备工艺较为复杂，对加工精度的要求极高；2.器件尺寸较大，尤其对于1×N（N>2）型分束器的制备较为困难；3.由模式失配及波导弯曲造成的附加损耗较大。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种多模干涉（MMI）型全晶体波导分束器的制备方法。本发明采用离子注入结合飞秒激光刻写或精密机械切割的技术制备波导分束器，具有制备工艺简单、结构紧凑、损耗小的特点。

本申请采用的技术方案是：本发明采用的技术方案如下：

步骤A，选择一定尺寸的抛光晶体片作为衬底，通过离子注入形成平面波导，以实现对光束的纵向限制。

步骤B，1）采用飞秒激光刻蚀或精密机械切割的方法制备一条入射波导；2）采用飞秒激光刻蚀或精密机械切割的方法制备多模波导；3）采用飞秒激光刻蚀或精密机械切割的方法制备N条出射波导。

优选方案，步骤A所述晶体片的材料为掺杂或未掺杂的LiNbO₃、YVO₄、GGG、BBO、KDP晶体。

优选方案，步骤B各部分波导均为脊型波导结构，呈直线型。

优选方案，步骤B所制备的入射波导位于多模波导中轴线上。