[发明专利]一种基于连续域中束缚态机制的非线性光波导的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于连续域中束缚态机制的非线性光波导的制备方法，包括：对非线性晶体进行预处理，并对处理后的非线性晶体进行离子注入；将经过离子注入后的非线性晶体旋涂光刻胶，并进行电子束曝光和后续加热处理，将加热处理后的非线性晶体进行显影操作，得到高分子聚合物和非线性晶体混合型光波导。本发明展示的制备方法无需直接改变非线性晶体波导层的几何形貌，因而避免了刻蚀非线性晶体的困难与挑战，以及机械加工非线性晶体制备波导结构单一的缺点,并且可制备的波导结构多样，适用于制备直线形、曲线形、环形波导、波导阵列等多种结构类型，以及上述几种类型波导的组合，乃至集成化波导光路的实现，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及离子束材料改性、微纳加工、集成光学和非线性光学领域技术领域，特别是涉及一种基于连续域中束缚态机制的非线性光波导的制备方法。

背景技术

光波导是集成光学的基本单元，能够将光束限制在其核心区域，并引导光束定向传播。光波导对光的限制和约束，通常是基于全反射原理，要求波导核心区域的折射率大于周围区域。

非线性晶体是一类特殊的光学晶体，当光通过这类晶体时，由于非线性极化响应，光的频率也会发生变化。利用和频、差频、倍频、参量震荡、参量下转换等非线性效应中的一种或多种，可以人为控制光的频率，产生全新理想频率的光信号或纠缠光子对。

非线性光波导结合了光波导和非线性晶体二者的优势，使其相得益彰。能同时实现限制、约束光束，引导光束传输，改变光束频率等功能。对集成光学和非线性光学的发展意义重大。

然而，事实证明，非线性晶体往往不易被加工成光波导，尤其不易被刻蚀。主要表现在两个方面：一是非线性晶体的刻蚀速率非常低，通常不到硅基材料刻蚀速率的1％；二是刻蚀后，非线性晶体波导的质量不尽人意，其表面粗糙度，一般比硅基材料高出几个数量级。前者意味着时间和物料成本的巨大消耗，后者则会严重影响非线性波导的传输和非线性频率转换的效能。

尽管精密机械的切削和打磨能够部分解决上述问题，经过机械加工的非线性波导具有相对光滑的侧壁；但机械加工通常只适用于制备笔直的条形波导，想获得弯曲、环状、阵列乃至拥有复杂二维截面的集成波导光路，依靠机械加工显然难以实现。

因此，发明人提出了一种基于连续域中束缚态机制的非线性光波导的制备方法。此方法无需对非线性晶体进行刻蚀或机械加工，只需对晶体表面上旋涂的光刻胶进行常规的曝光、显影等操作。通过连续域中束缚态这一特殊的物理机制，将光束限制在非线性晶体波导层中的特定区域，实现低损耗传输和高转换效率的非线性过程。

发明内容

本发明的目的是为了克服非线性晶体光波导刻蚀加工难度大，机械加工制备结构单一的问题，发明人提出了一种基于连续域中束缚态机制的非线性光波导的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于连续域中束缚态机制的非线性光波导的制备方法，包括：

对非线性晶体进行预处理，得到非线性晶片，对所述非线性晶片实施离子注入；

将离子注入后的非线性晶片旋涂光刻胶，并进行电子束曝光和后续加热处理；

将加热处理后的所述非线性晶片进行显影操作，得到高分子聚合物和非线性晶体混合型光波导。

优选地，对所述非线性晶体进行预处理包括：

对所述非线性晶体进行切割，得到所述非线性晶片，对所述非线性晶片进行表面处理，将预处理完成的非线性晶片放入储存设备中储存备用。

优选地，对所述非线性晶片进行离子注入包括：

基于离子加速设备对所述非线性晶片进行离子注入，设定所述离子加速设备的加速能量，将所述离子轰击所述非线性晶片，获得隔离层和波导层。