[发明专利]一种聚合物矩形光波导与微流控三维集成芯片及其制备方法

摘要

一种聚合物矩形光波导与微流控三维集成芯片及其制备方法，属于聚合物光波导三维混合集成芯片制备技术领域。本发明采用压印或二氧化碳激光写入的方法在甲基丙烯酸甲酯基底上制备微流控凹槽和注液孔，在与微流控层同种材料的另一衬底上采用玻璃态转化温度高于甲基丙烯酸甲酯的另一光敏聚合物材料通过湿法刻蚀制备突起的矩形光波导，通过一次热压印把光波导芯层压入甲基丙烯酸甲酯基底内部，使其表层裸露，通过二次热压印把上层微流控通道和下层光波导对准、封装，通过激光对样片端面切割，抛光后完成矩形光波导微流控的三维集成。通过一次压印的方法把湿法腐蚀的光波导压入聚合物衬底内部，且保证表层裸露，实现了湿法腐蚀矩形结构波导在三维集成中的应用，降低了波导的弯曲损耗和散射损耗。

主权项

1.一种聚合物矩形光波导与微流控三维集成芯片的制备方法，其步骤如下：1)用二氧化碳激光器(1)切割表面抛光的聚合物基底薄片，在垂直薄片表面切割出矩形结构的聚合物微流控薄片基底(2)；然后用二氧化碳激光器(1)烧蚀或热压印的方法在聚合物微流控薄片基底(2)上制备微流控通道(3)；微流控通道(3)为左、中、右三段式的条形结构，中间段的条形结构为微流控通道的传感区域；2)在步骤1)得到的微流控通道(3)的端口处用二氧化碳激光器(1)垂直基底方向贯穿基底烧蚀出圆柱形注液孔(4)；然后用乙醇、去离子水依次擦拭或超声清洗烧蚀后的基底；聚合物微流控薄片基底(2)、微流控通道(3)、注液孔(4)共同构成微流控芯片(5)；3)在与微流控芯片(5)尺寸、材料相同的光波导层聚合物衬底薄片(6)上，沿平行于矩形衬底的长边采用光敏性聚合物芯层材料(7)通过湿法刻蚀制备出条形光波导(8)；光敏性聚合物芯层材料(7)的折射率和玻璃态转化温度均高于光波导层聚合物衬底薄片(6)的折射率和玻璃态转化温度；4)将光波导层聚合物衬底薄片(6)带有条形光波导(8)的一侧贴合于覆盖有聚酰亚胺薄膜(9)的表面抛光的Si或SiO2无机衬底(10)上，进行热纳米压印，纳米压印过程的保压温度为105～125℃，保压压力为2～8kg/cm2，保压时间为1～20min；在此温度下，条形光波导(8)没有融化，而光波导层聚合物衬底薄片(6)融化；压印后把无机衬底(10)和有机层自然分离，而后再将聚酰亚胺薄膜(9)从光波导层聚合物衬底薄片(6)上剥离，没有融化的条形光波导(8)压入融化的光波导层聚合物衬底薄片(6)内部且表面裸露，压入光波导层聚合物衬底薄片(6)内部且表面裸露的条形光波导(8)和光波导层聚合物衬底薄片(6)构成光波导芯片(12)；5)将步骤2)制备的微流控芯片(5)带有微流控通道(3)的一侧和步骤4)制备的光波导芯片(12)带有条形光波导(8)的一侧精确对版，使条形光波导(8)和微流控通道(3)的传感区重合；保压温度105～125℃，保压压力2～8kg/cm2，保压时间1～20min进行热压印，压印结束后即实现了波导的制备、微流控的封装以及光波导与微流控的集成，得到矩形结构的光波导与微流控集成芯片(13)；6)最后采用二氧化碳激光器(1)对光波导与微流控集成芯片(13)进行切割，切割方向平行于波导短边，将得到的切割端面用乙醇和去离子水擦拭清洗，然后在光纤抛光片(14)上抛光可得端面处理过的光波导微流控三维集成芯片(15)。