[发明专利]一种基于内扩散和离子注入的铌酸锂波导制备方法

说明书

本申请提供一种基于内扩散和离子注入的铌酸锂波导制备方法，包括以下步骤：获取铌酸锂晶体；在所述铌酸锂晶体表面沉积钛层，将沉积有钛层的铌酸锂晶体进行高温扩散处理，获得钛扩散后的铌酸锂晶体；对所述钛扩散后的铌酸锂晶体进行清洗处理，去除所述光刻处理后残留的光刻胶以及所述高温扩散处理后残余的钛层；对所述钛扩散后的铌酸锂晶体进行区域离子注入处理，获得注入离子后的铌酸锂晶体；其中，所述区域离子注入处理中注入的离子为能够提高所述铌酸锂晶体抗光折变性的离子；对所述注入离子后的铌酸锂晶体进行退火处理。该制备方法在内扩散技术的基础上注入能够提高铌酸锂抗光折变性的离子，能够有效减小铌酸锂光波导光损伤效应。

技术领域

本申请涉及光波导制备技术领域，特别涉及一种基于内扩散和离子注入的铌酸锂波导制备方法。

背景技术

铌酸锂晶体是一种性能优异的多功能晶体，因其光电效应、声光效应、压电效应、铁电效应、热电效应、光弹效应、光折变效应以及非线性光学中的非线性效应而被广泛应用于光学领域，例如电和声光调制器、衍射光栅和非线性光学变频器等等，而波导结构是上述一些光电子器件的结构基础。

铌酸锂波导的制备主要是通过相关的制备工艺，在铌酸锂的表面部分形成微米或亚微米量级的波导层。自上世纪60年代起，人们开始对铌酸锂波导的制备工艺进行广泛的研究，发展至今，其制备主要通过离子交换、轻离子注入和热扩散的方法对铌酸锂进行局部掺杂。离子交换将铌酸锂中的锂离子与外部进行交换，由于受到晶体中晶向的影响，这种方法能够在铌酸锂晶体中得到较高的异常光折射率变化，但是不适用于对普通光进行约束，所制备的波导其非线性光学性质受到影响。离子注入主要通过注入氢和氦等轻离子进而形成波导，波导表面的异常光折射率明显增强，但在波导内部深处增益达到峰值，导致波导内部某些位置存在“缺失”，且这种方法注入剂量相对较大，注入时间长。钛内扩散在铌酸锂晶体中的应用是制备铌酸锂光波导器件最常见的方法，尽管其他方法同样可以实现优异的光学限制，但钛扩散不仅对常光和异常光均能有效限制，同时保持了铌酸锂的电光特性，有利于器件的生产。但是钛扩散由于具有提高铌酸锂光折变性能的效果，因此会在波导中产生一定的光损伤。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种基于内扩散和离子注入的铌酸锂波导制备方法，包括以下步骤：

获取铌酸锂晶体；

在所述铌酸锂晶体表面沉积钛层，将沉积有钛层的铌酸锂晶体进行高温扩散处理，获得钛扩散后的铌酸锂晶体；

对所述钛扩散后的铌酸锂晶体进行清洗处理，去除所述光刻处理后残留的光刻胶以及所述高温扩散处理后残余的钛层；

对所述钛扩散后的铌酸锂晶体进行区域离子注入处理，获得注入离子后的铌酸锂晶体；其中，所述区域离子注入处理中注入的离子为能够提高所述铌酸锂晶体抗光折变性的离子；

对所述注入离子后的铌酸锂晶体进行退火处理。

进一步地，所述在所述铌酸锂晶体表面沉积钛层步骤之前，包括：

对所述铌酸锂晶体依次进行抛光处理和光刻处理。

进一步地，所述在所述铌酸锂晶体表面沉积钛层步骤中，所述钛层的沉积厚度为0.03-0.1微米。

进一步地，所述在所述铌酸锂晶体表面沉积钛层步骤中，所述钛层的沉积宽度为5-10微米。

进一步地，所述将沉积有钛层的铌酸锂晶体进行高温扩散处理步骤中，高温扩散处理的扩散温度为980-1050℃，扩散时间为4-12h。

进一步地，所述对所述钛扩散后的铌酸锂晶体进行清洗处理，包括：

将所述钛扩散后的铌酸锂晶体在丙酮、乙醇和去离子水中依次微波震荡清洗。

进一步地，所述对所述钛扩散后的铌酸锂晶体进行区域离子注入处理步骤中，注入的离子包括Ga离子或Mg离子。