[发明专利]采用金刚石划片机制备脊形光波导的方法

说明书

本发明涉及一种采用金刚石划片机制备脊形光波导的方法，属于光电子器件制备领域，包括：将平面光波导进行清洗；将刀片安装到金刚石划片机的刀架上；使用蓝膜粘结到平面光波导的背面，将平面光波导的粘结面固定安装到在真空吸附操作盘上；设置切割深度、进刀速度和刀片转速；使用金刚石划片机在平面光波导上表面划凹槽制备得到脊形光波导，脊形光波导的宽度为2～50μm，凹槽的深度为20～200μm，宽度为50～200μm；将脊形光波导从蓝膜或基底上取下，将垂直于脊型光波导的两个端面进行光学抛光。本发明能够制备出高性能、低损耗、微米量级且较好保持晶体非线性和光学增益特性的光波导，且不受掩膜线条的限制。

技术领域

本发明涉及一种采用金刚石划片机制备脊形光波导的方法，属于光电子器件制备方法技术领域。

背景技术

现代光通讯产业特别是集成光电子器件的发展对器件的性能提出了越来越高的要求，微电子材料硅以及光纤材料虽然具有工艺成熟、成本低廉的优点，但是硅和光纤都不具有二阶非线性，不能满足特定器件的需求。此外，硅不具备光学增益特性，需要在整个器件中集成具有相关增益功能的部分才能具有相关的功能。铌酸锂和钽酸锂晶体具有非常大的二阶非线性，容易生长出体积大、光学均匀性好的单晶体，能够对光信号进行二阶甚至更高阶的处理。稀土掺杂的钇铝石榴石(YAG)晶体是一种能够实现高效率光学增益的晶体材料。这两种晶体的波导结构能够作为硅波导的有益补充，在现代集成光路中起到重要的作用。

光波导是一种被低折射率介质包裹的高折射率结构。它是集成光学的最基本元件，用于限制和引导光信号的传输。目前波导制备方法主要有高温扩散、质子交换、离子注入和飞秒直写等。与普通沟道光波导结构相比，脊形波导的侧壁对光的限制能力更强，具有更小的模式面积，从而具有更高的非线性转化和/或光学增益效率。铌酸锂和YAG都属于晶体材料，材料抗腐蚀性能较强。但是，铌酸锂的干法刻蚀会出现刻蚀出的锂盐再沉积问题，制备出的脊形结构侧壁比较粗糙，影响通光效果，而且由于掩膜的厚度有限，所制备出的脊形结构深度只能在微米量级，不能制备出深度几十微米的脊形波导。

稀土离子掺杂(钕离子、铒离子等)YAG晶体也是一种比较难以刻蚀的材料，目前的研究表明可以使用飞秒激光写入沟槽从而形成脊形波导，但是损耗较大，而且形成波导的深宽比较低。例如：中国专利文件CN102005688A公开了钕掺杂钒酸镥晶体内制备条形波导激光器件的方法，主要包括在钕掺杂钒酸镥晶体中形成条形波导和实现条形波导激光输出。但是钕掺杂钒酸镥晶体的硬度不如YAG晶体，因此在锯片的选择以及转速调整上都有较大不同。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种采用金刚石划片机制备脊形光波导的方法，能够制备出高性能、低损耗、微米量级且较好保持晶体非线性和光学增益特性的光波导，且不受掩膜线条的限制。

本发明采用以下技术方案：

一种采用金刚石划片机制备脊形光波导的方法，包括以下步骤：

(1)将平面光波导进行清洗，去除表面的有机沾污和无机微粒，此处平面光波导的长度优选为2～4cm，宽度优选为0.5～2cm；

(2)将刀片安装到金刚石划片机的刀架上；

(3)使用蓝膜热粘结到平面光波导的背面，要求粘接后均匀无气泡，将粘结完的平面光波导的粘结面固定安装到在金刚石划片机的真空吸附操作盘上；

(4)调整光波导的位置，根据波导要求设置切割深度、进刀速度和刀片转速；

(5)使用金刚石划片机在平面光波导上表面划凹槽制备得到脊形光波导，脊形光波导的宽度X为2～50μm，凹槽的深度为20～200μm，宽度W为50～200μm，通过调节刀片的位置可以调整制备出的脊形光波导的宽度X，优选的，刀片的宽度与凹槽的宽度W一致；