一种高偏振消光比铌酸锂波导及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种波导及其制作方法，属于光器件领域，具体涉及一种高偏振消光比铌酸锂波导及其制作方法。本发明专利技术在铌酸锂光波导芯片进行质子交换前对其下表面进行涂覆保护，使得铌酸锂基片下表面无质子交换发生，这样便可以辅助开槽、制作光栅以及涂覆吸光层等方法，降低TM漏模(或TE漏模)耦合进入输出光纤，提高铌酸锂波导的TE/TM偏振消光比。

A high polarization extinction ratio lithium niobate waveguide and its fabrication method

The invention relates to a waveguide and a preparation method, which belongs to the field of light device, in particular to a high polarization extinction ratio niobate waveguide and a preparation method. The invention of the lower surface of the coating before proton exchange LiNbO3 optical waveguide chip, the lithium niobate substrate surface without proton exchange occurs, it can assist the slot, and the light absorbing layer coated grating fabrication method, reduce TM leakage mode (or TE leakage mode) coupled to the output optical fiber, improve the polarization of TE/TM the extinction ratio of lithium niobate waveguide.

【技术实现步骤摘要】
一种高偏振消光比铌酸锂波导及其制作方法
本专利技术涉及一种波导及其制作方法，属于光器件领域，具体涉及一种高偏振消光比铌酸锂波导及其制作方法。
技术介绍
随着光纤通信技术以及半导体工业的飞速发展，光纤陀螺仪凭借其结构简单、性能稳定、动态范围大、反应速度快及寿命长等优点得到了广泛应用，尤其在惯性导航系统中备受青睐。而作为光纤陀螺的核心器件，Y波导调制器的偏振消光比直接影响着光纤陀螺中的相位误差及稳定性，因此提高Y波导芯片的偏振消光比对提升陀螺精度和稳定性具有重要意义。由于铌酸锂晶体具有较大的电光、声光系数和优良的非线性、光折变等性能，是光波导器件中最常使用的晶体材料。用铌酸锂制作的光波导器件具有较大的调制带宽，可以提高光纤陀螺的标度因数稳定性和动态范围，有效降低相干偏振噪声，是Y型光波导最佳选材。铌酸锂波导制作有两种常用的方法：Ti扩散法和质子交换法。质子交换法相比Ti扩散法具有波导制作温度低、形成波导速度快、抗光损伤能力强、折射率分布呈阶跃分布并可通过退火工艺大幅度调整的优点，是一种简单而又成熟的铌酸锂光波导制备方法。质子交换工艺使得铌酸锂中的非常光折射率升高，而寻常光折射率几乎不变，这就容易得到高的TE/TM消光比。此外，专利号为“CN104597551A”的专利“可实现高偏振消光比的偏振片及其制作方法和测试装置”公开了一种使用提高偏振片消光比的方法，通过在光波导芯片端面光波导芯片以外的区域正度阻光膜层隔离辐射模对导模的串扰，有效提高了偏振片的偏振消光比。但是现有的铌酸锂波导质子交换工艺过程中，在铌酸锂上表面有质子交换的同时，下表面也有一定的质子交换，从而使得TE(或TM模)能够重新反射浸入波导区域，从而一定程度上降低了TE/TM偏振消光比，进而影响Y波导调制器的性能，限制了器件应用范围。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种高偏振消光比铌酸锂波导及其制作方法。该波导及其制作方法在铌酸锂光波导芯片进行质子交换前对其下表面进行涂覆保护，使得铌酸锂基片下表面无质子交换发生，从而降低TM漏模(或TE漏模)耦合进入输出光纤，提高铌酸锂波导的TE/TM偏振消光比。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，在质子交换工艺前，在铌酸锂基片下表面设置用于阻止下表面质子交换的保护层；所述下表面是未刻蚀波导的一面。优选的，上述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，所述保护层为SiO2掩膜。优选的，上述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，所述保护层的厚度为100nm。优选的，上述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在于：所述铌酸锂基片由铌酸锂晶体切割而成，铌酸锂基片采用X切或Z切的铌酸锂晶向。优选的，上述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，所述保护层为涂覆保护层。优选的，上述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，在退火完成后腐蚀掉所述保护层。优选的，上述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，包括：水浴清洗步骤，用于对铌酸锂基片进行水浴超声清洗以去除油污；气相沉积步骤，使用等离子体增强化学气相沉积法在铌酸锂基片的上表面生长一层SiO2掩膜；光刻显影步骤，清洗并烘干生长有SiO2掩膜的铌酸锂基片，用紫外光照射进行曝光，对曝光后的铌酸锂基片进行显影并清洗；波导刻蚀步骤，在铌酸锂基片上表面刻蚀处出波导形状；护膜生成步骤，用等离子体增强化学气相沉积法，在铌酸锂基片的下表面生长一层SiO2掩膜；质子交换步骤，将铌酸锂基片浸泡到苯甲酸溶液中水浴加热条件下进行质子交换；护膜去除步骤，利用等离子体增强化学气相沉积法在上层质子交换区域的上表面生长SiO2掩膜1，在高温炉中退火，清洗掉铌酸锂基片上、下表面的SiO2掩膜。一种高偏振消光比铌酸锂波导，由上述任一制作方法制得。因此，本专利技术具有如下优点：有效避免了铌酸锂基体下表面发生质子交换，降低了被散射到铌酸锂基体中的TM漏模或TE漏模被全反射到输出端口的概率，为后续在铌酸锂下表面进行技术处理，吸收或者被泄漏的TM模或TE模返回出射端口奠定了基础，可以提高铌酸锂波导的TE/TM偏振消光。附图说明图1为现有质子交换工艺制作的铌酸锂波导截面示意图；图2为现有的铌酸锂波导与光纤耦合示意图本；图3为本专利技术的高偏振消光比铌酸锂波导制作工艺过程及各步骤中的元件对应关系示意图。图4为本专利技术的高偏振消光比铌酸锂波导与光纤耦合示意图；其中：1.SiO2掩膜；2.上层质子交换区域；3.铌酸锂基片；4.下层质子交换区域；5.输入光纤；6.TE模；7.TM模；8.输出光纤；9.掩膜板；10.光刻胶。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：基于现有理论可知，对于不同的外电场方向，应选择不同的晶体取向以便获得最大的电光系数。当铌酸锂调制器的电场方向平行于铌酸锂基片表面时，应选择X切Y方向传播(或Y切X传播)的铌酸锂切片，此时TM模只存在漏模，即TM在这种波导中只可能是漏模，而TE模可可能存在导模解。所以在X切Y传(或Y切X传)的铌酸锂波导中只能传输TE模，而不能传输TM模，形成TE/TM模式偏振。当铌酸锂调制器的电场方向垂直于铌酸锂基片表面时，应选择Z切铌酸锂晶体基片，此时的铌酸锂波导中只能传输TM模，而不能传TE输模，形成TM/TE模式偏振。由于质子交换过程中，晶格张力在短时间内迅速增大，Y切铌酸锂晶体比X切、Z切铌酸锂晶体发生表面损伤要快很多，因此现有的质子交换过程选用X切(传TE模)或Z切(传TM模)铌酸锂晶体。如图1所示为质子交换后的铌酸锂光波导截面图，图中上层质子交换区域2和下层质子交换区域4分别是铌酸锂晶体的上、下表面与质子源进行质子交换的结果。参见图2，铌酸锂波导与光纤进行耦合时，在入射耦合端口处，输入光纤5输出的光波TE模6(或TM模7)在上层质子交换区域2中传播，而TM模7(或TE模6)则被散射到铌酸锂基体3中，但是由于下层质子交换区域4的存在，泄漏的的TM模7(或TE模6)一部分由于全反射作用，在出射耦合端口处，又反射到输出光纤8中，从而降低了光信号的TE/TM偏振消光比。因此，本专利技术的铌酸锂光波导制作时，在质子交换前对铌酸锂晶体下表面增加保护层，避免下层质子交换区域的形成，同时也为在质子交换后的对铌酸锂晶体下表面涂覆吸收层奠定了基础，有效提高了铌酸锂波导的TE/TM偏振消光比。本实施例所设计的高偏振消光比铌酸锂波导芯片是基于质子交换工艺制作而成。在这里，选择X切Y传铌酸锂的波导制作工程来阐述本专利技术的制作原理。对于X切Y传铌酸锂晶体制作的波导，TE模能够在其中正常传播，而TM模则以漏模形式被散射掉，并且该波导的调制电极电场方向平行于铌酸锂基片表面。如图3所示为本专利技术的一种高偏振消光比铌酸锂波导的制备方法的工艺流程和示意图。首先准备好制作铌酸锂波导所需的铌酸锂基片3以及光刻时使用的特定掩膜板9，用重铬酸钾、乙醇、丙酮等一系列的溶剂对铌酸锂基片3进行水浴超声清洗去除油污；然后使用等离子体增强化学气相沉积法，在铌酸锂基片3的上表面生长一层SiO2掩膜1。将生长有SiO2掩膜1的铌酸锂基片进行清洗，并在烘箱中烘干，然后在铌酸锂基片3上表面均匀涂覆一层阳性光刻胶10，并放在甩胶机上甩均匀，再用烘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在于，在质子交换工艺前，在铌酸锂基片(3)下表面设置用于阻止下表面质子交换的保护层；所述下表面是未刻蚀波导的一面。

【技术特征摘要】
1.一种高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在于，在质子交换工艺前，在铌酸锂基片(3)下表面设置用于阻止下表面质子交换的保护层；所述下表面是未刻蚀波导的一面。2.根据权利要求1所述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在于，所述保护层为SiO2掩膜。3.根据权利要求1所述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在于，其特征在于，所述保护层的厚度为100nm。4.根据权利要求1所述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在于：所述铌酸锂基片(3)由铌酸锂晶体切割而成，铌酸锂基片(3)采用X切或Z切的铌酸锂晶向。5.根据权利要求1所述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在于，所述保护层为涂覆保护层。6.根据权利要求1所述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在于，在退火完成后腐蚀掉所述保护层。7.根据权利要求1所述的高偏振消光比铌酸锂波导制作方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜闯，王冲，丁丽，傅力，陈小梅，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42