一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，包括衬底层、下包层、脊型光波导、介质层、第一聚合物支撑层、第二聚合物支撑层和微球，所述衬底层上表面与下包层接触连接，所述下包层上表面与脊型光波导连接，所述脊型光波导上表面与介质层接触连接，所述介质层左右两侧分别设有第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层，所述第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层放置在衬底层上，两个支撑层之间放置有微球，并与微球接触；本发明专利技术的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，与现有的CMOS工艺兼容，具有集成度高，稳定性好，不易受外界空气扰动的影响的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置
本专利技术涉及集成光子器件研究领域，具体涉及一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置。
技术介绍
光学谐振腔，能够把光场限制在很小的空间区域，这个区域的光场具有很高的能量密度和特定的光场分布，这对于研究光与物质的相互作用、发展光子器件，实现光信息处理具有重要意义。光学谐振腔主要包括法布里珀罗腔、光子晶体微腔以及回音壁模式微腔，其中回音壁模式微腔由于具有品质因子高、模式体积小、易于制备等优点引起了研究者们的极大兴趣，成为近20年来研究最为广泛的光学微腔。回音壁模式微腔中典型的结构包括微盘腔、微芯圆环腔、微柱腔、微球腔等，其中微球腔由于加工制作工艺相对简单、易于与光纤耦合等优点得到了越来越多的关注，已经在高敏传感器、低阈值激光器、非线性光学、腔光力学光信息处理等领域发挥了很大的应用价值。但是由于微球腔的尺寸只有50-500um，难以实现片上集成，需要通过精密调谐平台实现其与拉锥光纤的耦合。该耦合系统的缺点是笨重，不易实现移动、结构复杂、性能不稳定、易受周围空气温度等的影响，这些劣势限制了微球在实际中的测试与应用。为了实现牢固，稳定的耦合系统，已经有研究人员报道了微球与锥形光纤耦合的一体化封装技术，主要有两种实现手段，分别为全包裹封装结构和点封装结构。全包裹封装结构利用紫外光固胶将微球和拉锥光纤整个耦合系统包裹起来，所用光固胶的折射率要小于微球以及光纤的折射率，并且损耗要很小，该结构的优点是整个结构被封装起来，不受外界灰尘等的影响，耦合方式固定，不易受外界振动等的影响，但是由于整个结构被包裹起来，减少了外界介质对微球腔谐振模式的影响，从而限制了微球倏逝场在传感、生物分子探测等领域的应用。点封装技术是把折射率较低、损耗较低的胶水填充在微球和锥形光纤的耦合区域，该结构与全包裹封装技术相比，没有影响到微球腔的倏逝场传感应用，但是这种封装技术的操作难度较大，封装点过大或者过小都会给微球的实际应用带来影响。因此本专利技术提出一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，克服了以上耦合方案带来的问题。
技术实现思路
有鉴于此，为上述现有技术中的问题，本专利技术提供了一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，与现有的CMOS工艺兼容，具有集成度高，稳定性好，不易受外界空气扰动的影响的优点。为实现上述技术，本专利技术的技术方案如下。一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，其特征在于：包括衬底层、下包层、脊型光波导、介质层、第一聚合物支撑层、第二聚合物支撑层和微球，所述衬底层上表面与下包层接触连接，所述下包层上表面与脊型光波导连接，所述脊型光波导上表面与介质层接触连接，所述介质层左右两侧分别设有第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层，所述第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层放置在衬底层上，两个支撑层之间放置有微球，并与微球接触。进一步地，所述的下包层由二氧化硅材料制成，厚度为3～5um，折射率为1.44。进一步地，所述脊型光波导和微球均由As2S3或As2Se3材料制成，在测试波段为1550nm时候，折射率为2.39。进一步地，所述第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层均由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或光刻胶材料制成，厚度均为2um。进一步地，所述脊形光波导的脊宽为1～2um，脊高为350～450nm，波导总高度为450～920nm。进一步地，所述第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层之间形成空气孔，所述空气孔为正方形结构，其边长可调谐范围为16～20um。进一步地，所述第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层之间的空气孔通过无掩膜曝光工艺或电子束曝光工艺实现。进一步地，所述微球的半径为70～80um。进一步地，所述的介质层为通过原子层沉积（ALD）技术制备的Al2O3，厚度为2～3nm。进一步地，所述衬底层由硅材料制成，折射率为3.45。与现有技术比较，本专利技术的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置具有以下特点和有益效果：（1）采用片上耦合装置实现波导与微球的耦合，可以实现耦合的稳定性。之前文献报道的微球耦合大多数是基于微球与光纤的耦合，微球与光纤属于两个分离的部分，接触时容易受到外界空气以及静电吸附的影响，难以调节，在片上实现波导与微球的耦合则避免了这些因素对耦合的影响。（2）利用电子束曝光技术并显影可以实现选择性地去除部分聚合物，制作出聚合物支撑层，并且可以通过控制曝光区域来控制开孔的大小，灵活调节波导与微球的耦合距离，从而达到最佳的耦合效率。（3）微球片上耦合装置采用的制备工艺包括电子束曝光或者无掩膜曝光、电感耦合等离子体刻蚀等，与现有的CMOS工艺兼容。附图说明图1为本专利技术的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体的实施例对本专利技术的具体实施作进一步说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，为本专利技术的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置的结构示意图，包括衬底层1、下包层2、脊型光波导3、介质层4、第一聚合物支撑层5、第二聚合物支撑层6和微球7，所述衬底层1上表面与下包层2接触连接，所述下包层2上表面与脊型光波导3连接，所述脊型光波导3上表面与介质层4接触连接，所述介质层4左右两侧分别设有第一聚合物支撑层5和第二聚合物支撑层6，所述第一聚合物支撑层5和第二聚合物支撑层6放置在衬底层1上，两个支撑层之间放置有微球7，并与微球7接触。优选的，所述的下包层2由二氧化硅材料制成，厚度为3～5um，折射率为1.44。优选的，所述脊型光波导3和微球7均由As2S3或As2Se3材料制成，在测试波段为1550nm时候，折射率为2.39。优选的，所述第一聚合物支撑层5和第二聚合物支撑层6均由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或光刻胶材料制成，厚度均为2um。优选的，所述脊形光波导3的脊宽为1～2um，脊高为350～450nm，波导总高度为450～920nm。优选的，所述第一聚合物支撑层5和第二聚合物支撑层6之间形成空气孔，所述空气孔为正方形结构，其边长可调谐范围为16～20um。优选的，所述第一聚合物支撑层5和第二聚合物支撑层6之间的空气孔通过无掩膜曝光工艺或电子束曝光工艺实现。优选的，所述微球7的半径为70～80um。优选的，所述的介质层4为通过原子层沉积（ALD）技术制备的Al2O3，厚度为2～3nm。优选的，所述衬底层1由硅材料制成，折射率为3.45。本专利技术的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置具体工作过程如下。光源发出的激光通过透镜光纤耦合进入脊型光波导3，脊型光波导3产生的倏逝场耦合至微球7，激发腔内的回音壁模式，输出的光通过脊型光波导3经透镜光纤，在光谱分析仪上可以得到其谐振谱线。通过改变第一聚合物支撑层5和第二聚合物支撑层6之间的空气孔的大小，调节微球7与脊型光波导3之间的耦合间距，即可实现微球7和脊型光波导3不同间距的耦合，实现微球7与脊型光波导3的不同耦合状态。综上所述，本专利技术的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，与现有的CMOS工艺兼容，具有集成度高，稳定性好，不易受外界空气扰动的影响的优点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，其特征在于：包括衬底层（1）、下包层（2）、脊型光波导（3）、介质层（4）、第一聚合物支撑层（5）、第二聚合物支撑层（6）和微球（7），所述衬底层（1）上表面与下包层（2）接触连接，所述下包层（2）上表面与脊型光波导（3）连接，所述脊型光波导（3）上表面与介质层（4）接触连接，所述介质层（4）左右两侧分别设有第一聚合物支撑层（5）和第二聚合物支撑层（6），所述第一聚合物支撑层（5）和第二聚合物支撑层（6）放置在衬底层（1）上，两个支撑层之间放置有微球（7），并与微球（7）接触。

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，其特征在于：包括衬底层（1）、下包层（2）、脊型光波导（3）、介质层（4）、第一聚合物支撑层（5）、第二聚合物支撑层（6）和微球（7），所述衬底层（1）上表面与下包层（2）接触连接，所述下包层（2）上表面与脊型光波导（3）连接，所述脊型光波导（3）上表面与介质层（4）接触连接，所述介质层（4）左右两侧分别设有第一聚合物支撑层（5）和第二聚合物支撑层（6），所述第一聚合物支撑层（5）和第二聚合物支撑层（6）放置在衬底层（1）上，两个支撑层之间放置有微球（7），并与微球（7）接触。2.根据权利要求1所述的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，其特征在于：所述的下包层（2）由二氧化硅材料制成，厚度为3～5um，折射率为1.44。3.根据权利要求1所述的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，其特征在于：所述脊型光波导（3）和微球（7）均由As2S3或As2Se3材料制成，在测试波段为1550nm时候，折射率为2.39。4.根据权利要求1所述的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，其特征在于：所述第一聚合物支撑层（5）和第二聚合物支撑层（6）均由聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊松松，
申请(专利权)人：广州米德红外科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44