[发明专利]一种聚合物柔性的可变光衰减器及其制备方法

摘要

一种聚合物柔性的可变光衰减器及其制备方法，属于聚合物光波导柔性器件制备技术领域。本发明首先采用湿法腐蚀制备电极，制备波导与电极间隔层，而后利用突起高度不同的透明紫外纳米压印模板对版，制备凹槽，而后旋涂、固化芯层、包层材料，最后抛光(或采用准分子切割)器件，剥离得到柔性的聚合物可变光衰减器。与现有技术相比具备如下优势：首先制备电极，不会对耐热性不好的波导材料和抛光过程产生影响；采用透明紫外纳米压印过程对版，制备工艺简单、成本低；引入不同高度的模板结构，实现光波导与电极间距的精确控制；与现有抛光技术兼容，且可采用准分子激光器切割器件，无需抛光，快捷简便。

主权项

1.一种聚合物柔性的可变光衰减器的制备方法，其步骤如下：1)在矩形衬底(1)上蒸镀50～200nm的金属膜(2)，再在金属膜(2)上旋涂光刻胶，形成0.5～3μm厚的光刻胶薄膜(3)，加热固化，然后采用电极光刻板(4)掩膜，电极光刻板(4)上带有电极图形，电极图形为依次连接的左、中、右三段式条形结构；中间段条形结构为电极的有效加热区，条形宽为5～20μm，长度为5000～30000μm；左、右段条形结构的一端与中间段条形结构的两端分别垂直连接，为电极的引出区；左、右段条形结构位于有效加热区的同侧，宽度与有效加热区的宽度相同，长度为1000～10000μm；在两个电极引出区的另一端设置有矩形结构的电极引脚，矩形长为1000～5000μm，宽为500～2500μm，且电极引出区位于电极引脚短边的中垂线上；采用光刻机(5)光刻后显影，在金属膜(2)上得到结构与电极图形相同的光刻胶掩膜层(6)，而后采用腐蚀液去除光刻胶掩膜层(6)覆盖区域以外的金属膜(2)，最后再去除光刻胶掩膜层(6)，从而在矩形衬底(1)上得到具有电极引脚的三段式结构的金属电极(7)；2)在制备有金属电极(7)的矩形衬底(1)上旋涂聚合物下包层，形成1～5μm厚的薄膜，然后紫外曝光，曝光后得到聚合物下包层(8)；3)PDMS模板的制备：在与矩形衬底(1)尺寸相同的二氧化硅衬底(9)上旋涂光刻胶，形成2～9μm厚的光刻胶薄膜(10)，加热固化光刻胶薄膜(10)，然后采用波导光刻板(11)掩膜，波导光刻板(11)上带有MZ结构的条形波导图形，其中MZ的分支臂长度大于等于电极有效加热区长度，条形的宽度为2～10μm，采用光刻机(5)光刻后显影，在二氧化硅衬底(9)上得到MZ结构的条形波导光刻胶图形；然后在其上浇筑聚甲基硅氧烷PDMS，PDMS与固化剂的质量比为1：6～1：10；自然剥离进行波导图形的转印，再真空静置20～60min，而后在50～80℃下固化1～4h，得到用于压印的PDMS光波导模板(13)；4)在制备有金属电极(7)的矩形衬底(1)上旋涂聚合物下包层材料，形成1～15μm厚的光刻胶薄膜(14)；然后在光刻胶薄膜(14)上覆盖PDMS光波导模板(13)，在紫外纳米压印机(15)或光刻机(5)上对准并压紧，曝光后在光刻胶薄膜(14)上形成具有凹槽的下包层(16)；5)在下包层(16)上旋涂芯层材料，形成5～20μm厚的薄膜，然后紫外灯曝光，曝光后得到芯层(17)，在芯层(17)上进一步旋涂上包层材料，形成5～20μm厚的薄膜，然后再紫外灯曝光，曝光后得到上包层(18)，最后抛光或采用准分子激光器(19)对器件进行切割，最用镊子沿着矩形衬底(1)边缘将聚合物薄膜从衬底上揭下，得到柔性的聚合物可变光衰减器器件(20)。