制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法技术

本发明专利技术公开了一种制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法，属于光学电场传感器技术领域。该方法先根据静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线，在制造集成共路干涉电场传感器所需的晶片单元上，设置N条具有不同预扩散宽度的平行光波导，并在常用光源波段中选取M条具有不同波长的光波；然后将设置的N条光波导的预扩散宽度值和选取的M条光波的波长值两两相乘进行组合，筛选出最接近90°的光学偏置点作为最优光学偏置点，并确定该最优光学偏置点所在的光波导；最后根据筛选出的所述晶片单元上具有最优光学偏置点的光波导，制造集成共路干涉电场传感器。本发明专利技术能够降低光波导设计和测试的复杂度，提高晶片的利用率。

Optimal optical bias point screening method for fabrication of integrated common path interferometric field sensors

The invention discloses an optimum optical bias point screening method for preparing an integrated common-path interference electric field sensor, which belongs to the technical field of optical electric field sensor. According to the distribution curves of static bias points with the wavelength of light wave and the pre-diffusion width of optical waveguide, N parallel optical waveguides with different pre-diffusion widths are installed on the wafer units needed to fabricate integrated common-path interferometric electric field sensors, and M waveguides with different wavelengths are selected in the common light sources. The optical offset point closest to 90 degrees is selected as the optimal optical offset point, and the optical waveguide where the optimal optical offset point lies is determined. Finally, the optimal optical offset point is found on the selected wafer unit. The optical waveguide is used to fabricate an integrated common path interference electric field sensor. The invention can reduce the complexity of the optical waveguide design and test, and improve the utilization ratio of the chip.

【技术实现步骤摘要】
制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法
本专利技术属于光学电场传感器
，尤其涉及一种制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法。
技术介绍
集成共路干涉电场传感器包括设有光波导的晶片单元(对于集成光学电场传感器，光波导需要满足：较低的传输损耗；仅支持基模传输；波导端面光洁度能够保证与光纤的有效耦合。从1974年首次制作出Ti(Ti，代表金属元素钛)扩散光波导开始，钛扩散法(即Ti扩散法)被公认为是在衬底材料上加工高质量光波导的最为有效的方法。Ti扩散光波导制作完成后，在晶圆上套刻金属电极。沿所设计的切割金线将晶片单元从3英寸晶圆上切割下来，为降低光纤/波导耦合时的插入损耗需进行晶片端面的研磨抛光。为降低晶片端面引起的反射损耗，需将晶片磨斜为11°)、与光波导相耦合的光纤，以及相应的封装结构，晶片单元的光学特性将直接影响传感器的电气特性。光在传输中由光波导双折射产生的附加相位差称为光学偏置点，集成共路干涉电场传感器的光学偏置点由光波导的光学特性决定。理想情况下，集成共路干涉电场传感器的光学偏置点需控制在90°，也即集成共路干涉电场传感器的固有光学偏置点应尽量接近90°。这就要求传感器晶片单元的光学偏置点与理想值的偏差需控制在一定范围内，否则，传感器的输出波形将产生畸变，导致传感器的失效。但在光学电场传感器领域中，常用的M-z干涉传感器和共路干涉传感器，其光学偏置点难以控制。对于M-z干涉式传感器，若要得到理想的光学偏置点，则光波导两臂的光程差需要为微米量级，现有的光波导制作工艺无法达到此精度。对于共路干涉传感器，由于扩散工艺的稳定性，和晶元的均一性难以保证，实际制作中光波导的静态偏置点呈随机分布，导致该类型传感器的成品率较低，限制了传感器的应用。
技术实现思路
本专利技术为解决目前集成共路干涉电场传感器的光学偏置点难以控制的问题，提供了一种制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法。本专利技术能够降低光波导设计和测试的复杂度，提高晶片的利用率。为了实现本专利技术的目的，采用如下技术方案：一种制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法，包括以下步骤：S101：根据静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线，在制造集成共路干涉电场传感器所需的晶片单元上，设置N条具有不同预扩散宽度且相互独立的平行光波导，并在常用光源波段中选取M条具有不同波长的光波；其中，N条光波导预扩散宽度的差值满足使N条光波导的静态偏置点在静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线上相差不超过20°，并满足在M种不同波长下，N条光波导均处于单模通光状态；S102：将所述晶片单元上设置的N条光波导的预扩散宽度值和选取的M条光波的波长值两两相乘进行组合，得到共计M×N种组合，从该M×N种组合中筛选出最接近90°的光学偏置点作为最优光学偏置点，并确定该最优光学偏置点所在的光波导；S103：根据筛选出的所述晶片单元上具有最优光学偏置点的光波导，制造集成共路干涉电场传感器。本专利技术的特点及有益效果：与一般技术相比，本专利技术制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法提出了采用波导预扩散宽度变化与波长变化相结合的光学偏置点组合筛选方法，将光学偏置点的实际结果与设计值之间的偏差控制在很小范围内(如均小于5％)。通过对晶片单元的测试结果表明，从每块晶片单元中筛选出了具有良好光学偏置点的光波导，验证了本专利技术光学偏置点筛选方法的有效性。另外，本专利技术提出的光学偏置点筛选方法能够降低光波导设计和测试的复杂度，提高晶片的利用率。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图；图2为本实施例光学偏置点随波长及波导宽度的变化示意图；图3为实施例的光波波长为1310纳米时光学偏置点的变化规律示意图；图4为实施例的光波波长为1550纳米时光学偏置点的变化规律示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本专利技术的技术方案，进行清楚和完整的描述。请参阅图1，为本专利技术制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法的流程示意图。本专利技术制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法，包括以下步骤：S101：根据静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线，在制造集成共路干涉电场传感器所需的晶片单元上，设置N条具有不同预扩散宽度且相互独立(即不重叠)的平行光波导，并在常用光源波段中选取M条具有不同波长的光波；其中，N条光波导预扩散宽度的差值满足使N条光波导的静态偏置点在静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线上相差不超过20°，并满足在M种不同波长下，N条光波导均处于单模通光状态；S102：将晶片单元上设置的N条光波导的预扩散宽度值和选取的M条光波的波长值两两相乘进行组合，得到共计M×N种组合，从该M×N种组合中筛选出由光波导双折射产生的附加相位差最接近90°的光学偏置点作为最优光学偏置点，并确定该最优光学偏置点所在的光波导；S103：根据筛选出的所述晶片单元上具有最优光学偏置点的光波导(对于晶片单元上的其他光波导不作任何处理)，制造集成共路干涉电场传感器。实施例1：S101：通过常规的有限元仿真(此外还可采用光束分析法仿真)计算和实际波导静态偏置点测量的实验验证，得到静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线，如图2所示；以此为依据，在制造集成共路干涉电场传感器所需的x切z传(即x方向切割，z方向传播)铌酸锂(LiNbO3)晶片单元上，通过常规的钛扩散法制设置N＝4条具有不同预扩散宽度且相互独立的平行光波导(每条光波导设置有配套的电极，与现有技术相同，此处不作详细说明)；并在常用光源波段中选取M＝2条具有不同波长的光波；其中，N条光波导的间隔满足使N条光波导的静态偏置点在静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线上相差不超过20°；并满足在M种不同波长下，N条光波导均处于单模通光状态。考虑到实际工艺中的夹具长度，本实施例将晶片单元的长度固定为20毫米，可使工业制造更加易于实现；本实施例各光波导的预扩散宽度分别为10.5微米、11微米、11.5微米和12微米，即4条光波导的预扩散宽度的差值按照0.5微米依次递增；所选择的光波的波长分别为1310纳米和1550纳米。S102：将晶片单元上设置的4条光波导的预扩散宽度值和选取的2条光波的波长值两两相乘进行组合，共计8种组合，从该8种组合中筛选出由光波导双折射产生的附加相位差最接近90°的光学偏置点作为最优光学偏置点，并确定该最优光学偏置点所在的光波导；S103：根据筛选出的所述晶片单元上具有最优光学偏置点的光波导，制造集成共路干涉电场传感器。本实施例中，请参阅图2，为光学偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的变化示意图。其中，晶片单元的长度为20毫米(也即光波导长度)。图2中，代表光学偏置点，degree为纵坐标，代表光学偏置点的度数，横坐标为光波导预扩散宽度，单位为um(微米)，λ代表波长，单位为nm(纳米)。通过图2可知，通过改变波导宽度及光波波长可以调节光学偏置点，这是集成共路干涉电场传感器的光学偏置点控制的基础。随着波导宽度的增加，光波由截止态转变为单模传输，再转变为多模传输。当波长为1310纳米时，支持单模传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：S101：根据静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线，在制造集成共路干涉电场传感器所需的晶片单元上，设置N条具有不同预扩散宽度且相互独立的平行光波导，并在常用光源波段中选取M条具有不同波长的光波；其中，N条光波导预扩散宽度的差值满足使N条光波导的静态偏置点在静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线上相差不超过20°，并满足在M种不同波长下，N条光波导均处于单模通光状态；S102：将所述晶片单元上设置的N条光波导的预扩散宽度值和选取的M条光波的波长值两两相乘进行组合，得到共计M×N种组合，从该M×N种组合中筛选出最接近90°的光学偏置点作为最优光学偏置点，并确定该最优光学偏置点所在的光波导；S103：根据筛选出的所述晶片单元上具有最优光学偏置点的光波导，制造集成共路干涉电场传感器。

【技术特征摘要】
1.一种制备集成共路干涉电场传感器的最优光学偏置点筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：S101：根据静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线，在制造集成共路干涉电场传感器所需的晶片单元上，设置N条具有不同预扩散宽度且相互独立的平行光波导，并在常用光源波段中选取M条具有不同波长的光波；其中，N条光波导预扩散宽度的差值满足使N条光波导的静态偏置点在静态偏置点随光波波长及光波导预扩散宽度的分布曲线上相差不超过20°，并满足在M种不同波长下，N条光波导均处于单模通光状态；S102：将所述晶片单元上设置的N条光波导的预扩散宽度值和选取的M条光波的波长值两两相乘进行组合，得到共计M×N种组合，从该M×N种组合中筛选出最接近90°的光学偏置点作为最优光学偏置点，并确定该最优光学偏置点所在的光波导；S103：根据筛选出的所述晶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，庄池杰，汪海，余占清，王博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11