一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置制造方法及图纸

技术编号:16669653 阅读:59 留言:0更新日期:2017-11-30 15:37
本实用新型专利技术涉及一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置,包括密闭温控炉,减压阀、氮气瓶、可调速电动机、第一转盘、密闭温控炉、气压表、密闭石英容器、第二转盘、第一转轴、第二转轴、带有均匀小孔的隔层、第一长转轴、第二长转轴、第一支架和第二支架。本实用新型专利技术提出一种用于制作低损耗波导的高温质子交换装置,操作简单、安全,且利用该装置可制备出高质量的LiNbO3光波导,不仅克服了传统低温质子交换存在交换时间长、晶相层叠复杂、制备成本高等问题,也克服了现有高温质子交换炉的缺陷,提高了高温质子交换过程的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置
本技术涉及一种质子交换装置,具体涉及一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置。
技术介绍
近年来,随着光通讯技术的发展,LiNbO3光波导器件在全光网的研究与开发过程中扮演着重要的角色。基于LiNbO3晶体的电光特性、色散特性、偏振特性等,LiNbO3晶体光波导可用于制作可调谐滤波器、耦合器、相位调制器、频率调制器、强度调制器、偏振控制器以及开光阵列等光通信应用中的核心光子器件。目前,对LiNbO3波导的制备,常用的方法主要有Ti扩散法和质子交换法等。研究表明,钛扩散法制备波导存在抗光折变性能较差,对光限制作用较弱。与成熟的Ti扩散技术相比,质子交换技术不仅简单、快捷,而且用它制备的LiNbO3光波导具有传输损耗小、抗光折变能力强、异常光折射率增量大等优点。1982年,Jackel等人首次提出利用LiNbO3晶体与苯甲酸进行质子交换制备光波导。该方法是在200℃左右的温度下进行质子交换,制备出的LiNbO3光波导的折射率增量是各向异性,异常光折射率增大,寻常光折射率略微减小,是一种单偏振光波导。利用其单偏振特性,质子交换LiNbO3光波导在光纤陀螺系统中被广泛用来制作相位调制器。但是传统的质子交换是在低于250℃的苯甲酸溶液中做H+与Li+的热交换,通过这种方法制作的光波导,波导损耗较大,晶相复杂。一般而言,质子交换完成之后,可采用退火处理进一步改善波导的晶相结构,实验表明,通过一定的退火处理可以将波导形成单纯的α相,但据报道,退火工艺降低了晶体的非线性光学系数,甚至破坏了一部分波导结构的周期性畴极化方向。由于传统的低温质子交换存在交换时间长、制备出的晶体晶相复杂等问题,近年来,研究者发现采用高温质子交换法可制作出低损耗的α相波导。2000年,YuriN.Korkishko等人利用高温质子交换,在较短时间内制成了单纯α相波导,该波导具有较好的非线性和电光特性。2013年,上海理工大学王腾飞等人研究了一种高温质子交换制备LiNbO3光波导的工艺技术,通过提高蒸汽压的方法,利用苯甲酸熔融液作为质子源,试制的样品在1310nm和1550nm波长下具有良好的单模传输特性。在此基础上,利用高温质子交换技术结合光刻技术成功制作出了Y分支波导,并将其运用到相位调制器中。由于高温质子交换需要在350℃左右的温度下进行,且需通入氮气平衡该温度下的饱和蒸汽压。交换炉内温度升到350℃时,苯甲酸才与LiNbO3晶体接触,进行质子交换。目前的高温质子交换一般是在交换炉里面进行,由于传统的交换炉存在结构简单,稳定性较差等问题。因此,在进行高温质子交换时,通常需要将晶体和苯甲酸放入到两个开口相对的石英罐中,由于石英罐的未完全密闭,在交换过程中熔融的质子源会溢出,影响了质子交换过程的稳定性,进而影响了波导的质量。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述问题,提出一种用于制作低损耗波导的高温质子交换装置,操作简单、安全,且利用该装置可制备出高质量的LiNbO3光波导,不仅克服了传统低温质子交换存在交换时间长、晶相层叠复杂、制备成本高等问题,也克服了现有高温质子交换炉的缺陷,提高了高温质子交换过程的稳定性。为解决上述技术问题,本技术提供的技术方案是:一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置,包括密闭温控炉,减压阀、氮气瓶、可调速电动机、第一转盘、密闭温控炉、气压表、密闭石英容器、第二转盘、第一转轴、第二转轴、带有均匀小孔的隔层、第一长转轴、第二长转轴、第一支架和第二支架;所述氮气瓶通过一根通气管与密闭温控炉相连接,所述密闭温控炉内设有上部的第一转盘、下部的第二转盘,所述第一转盘与密闭温控炉通过第一转轴相连,所述第二转盘与密闭温控炉通过第二转轴相连;所述第一转盘、第二转盘之间设有密闭石英容器,所述密闭石英容器内的空间被带有均匀小孔的隔层分为上下两层;所述密闭石英容器的顶部与第一转盘相接,所述密闭石英容器下端通过第二转盘中间的孔与可调速电动机相连接,所述可调速电动机带动密闭石英容器、第一转盘、第二转盘匀速转动;所述密闭温控炉左侧设有气压表;所述密闭温控炉左、右分别设有第一长转轴、第二长转轴,所述第一长转轴设于第一支架上,所述第二长转轴设于第二支架上,所述密闭温控炉可以绕第一长转轴、第二长转轴转动。进一步的,所述第一转轴与密闭温控炉顶部相连,所述第二转轴与密闭温控炉下部凹槽相连。进一步的,所述密闭石英容器内顶部设有海绵垫。进一步的,所述减压阀在密闭温控炉的左侧,可以对密闭温控炉进行减压。本技术的高温质子交换装置通过氮气瓶向密闭温控炉充氮气,调节密闭温控炉内的气压,密闭石英容器内上层放置LiNbO3晶体,下层放置苯甲酸,制备出低传输损耗的LiNbO3光波导的具体操作方法为:步骤⑴,晶体清洗;步骤⑵,将晶体放入本技术的高温质子交换装置中,升高温度,同时根据温度增加氮气压,用来平衡该温度下苯甲酸的饱和蒸汽压,气压可以通过调整氮气通入的量和减压阀控制,使得实验安全平稳地进行。当温度到达350℃时,将密闭温控炉上下翻转180°,苯甲酸通过隔层小孔流到放置的晶体层中,两者充分接触,并开始高温质子交换,交换时间为2.5小时;步骤⑶,通入氧气,退火处理;在制备流程中,步骤⑴中先用化学抛光法抛光,然后磨蚀,最后清洗。在制备流程中,步骤⑵中,依次为把晶体放入质子交换装置、升温加压、高温质子交换和超声清洗。首先把晶体放在设计的高温质子交换装置的密闭石英容器内,上层放置晶体,下层放置苯甲酸,交换温度为350℃。根据炉内的实际温度,调整通入氮气的量,进而调节密闭温控炉的内部气压,去平衡该实际温度下密闭石英容器内苯甲酸的饱和蒸汽压,目的是保护密闭石英容器,使得实验安全平稳地进行。密闭温控炉内的气压可以通过减压阀和氮气的量合理地调节。当温度达到350℃时,将高温质子交换装置翻转倒置,苯甲酸将通过隔层上的均匀小孔,流入到放置晶体的密闭石英容器层中,晶体与苯甲酸在350℃的高温下进行质子交换,设置交换时间为2.5小时。高温质子交换后,用丙酮,乙醇,去离子水依次超声清洗波导各20分钟。在制备流程中,步骤⑶中,将步骤⑵中清洗后的波导放入温控炉、通氧气、退火、清洗,退火时间为5小时。有益效果:1、本技术是关于一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置,利用饱和蒸汽压的方法,不仅增加实验的安全性,而且让LiNbO3晶体在350℃时进行高温质子交换,相比于低温质子交换,提高了质子交换温度,避免了苯甲酸在高温环境下发生蒸发现象,进而缩短了质子交换时间,制备出的波导仅处于α单晶相,具有损耗低、抗光折变性能高等优点。2、本技术采用高温质子交换法制备波导,只需LiNbO3晶体一种材料,具有制备工艺简单、操作安全、性能稳定、成本低廉等优点。附图说明图1:本技术高温质子交换装置结构示意图。图2:制备低传输损耗LiNbO3光波导的工艺流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作进一步说明。一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置,包括密闭温控炉4,减压阀1、氮气瓶3、可调速电动机2、第一转盘6、密闭温控炉4、气压表7、密闭石英容器8、第二转盘本文档来自技高网
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一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置

【技术保护点】
一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置,其特征在于:包括密闭温控炉(4),减压阀(1)、氮气瓶(3)、可调速电动机(2)、第一转盘(6)、密闭温控炉(4)、气压表(7)、密闭石英容器(8)、第二转盘(9)、第一转轴(10)、第二转轴(11)、带有均匀小孔的隔层(5)、第一长转轴(14)、第二长转轴(12)、第一支架(15)和第二支架(13);所述氮气瓶(3)通过一根通气管与密闭温控炉(4)相连接,所述密闭温控炉(4)内设有上部的第一转盘(6)、下部的第二转盘(9),所述第一转盘(6)与密闭温控炉(4)通过第一转轴(10)相连,所述第二转盘(9)与密闭温控炉(4)通过第二转轴(11)相连;所述第一转盘(6)、第二转盘(9)之间设有密闭石英容器(8),所述密闭石英容器(8)内的空间被带有均匀小孔的隔层(5)分为上下两层;所述密闭石英容器(8)的顶部与第一转盘(6)相接,所述密闭石英容器(8)下端通过第二转盘(9)中间的孔与可调速电动机(2)相连接,所述可调速电动机(2)带动密闭石英容器(8)、第一转盘(6)、第二转盘(9)匀速转动;所述密闭温控炉(4)左侧设有气压表(7);所述密闭温控炉(4)左、右分别设有第一长转轴(14)、第二长转轴(12),所述第一长转轴(14)设于第一支架(15)上,所述第二长转轴(12)设于第二支架(13)上,所述密闭温控炉(4)可以绕第一长转轴(14)、第二长转轴(12)转动。...

【技术特征摘要】
1.一种用于制作低损耗LiNbO3光波导的高温质子交换装置,其特征在于:包括密闭温控炉(4),减压阀(1)、氮气瓶(3)、可调速电动机(2)、第一转盘(6)、密闭温控炉(4)、气压表(7)、密闭石英容器(8)、第二转盘(9)、第一转轴(10)、第二转轴(11)、带有均匀小孔的隔层(5)、第一长转轴(14)、第二长转轴(12)、第一支架(15)和第二支架(13);所述氮气瓶(3)通过一根通气管与密闭温控炉(4)相连接,所述密闭温控炉(4)内设有上部的第一转盘(6)、下部的第二转盘(9),所述第一转盘(6)与密闭温控炉(4)通过第一转轴(10)相连,所述第二转盘(9)与密闭温控炉(4)通过第二转轴(11)相连;所述第一转盘(6)、第二转盘(9)之间设有密闭石英容器(8),所述密闭石英容器(8)内的空间被带有均匀小孔的隔层(5)分为上下两层;所述密闭石英容器(8)的顶部与第一转盘(6)相接,所述密闭石英容器(8)下端通过第二转盘(9)中间的孔与可调速电...

【专利技术属性】
技术研发人员:常建华房久龙唐安庆戴峰
申请(专利权)人:南京信息工程大学
类型:新型
国别省市:江苏,32

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