A method for fabricating on-chip ultra-fine ridge waveguide with low loss includes metal coating on film surface, selective ablation of metal film by femtosecond laser, chemical mechanical polishing, over polishing and chemical etching of metal film. The method of the invention can prepare ultra-fine ridge waveguides with sub-micron width, high surface and edge smoothness and low transmission loss. The method is suitable for preparing ultra-fine ridge waveguides on various on-chip thin films (including but not limited to lithium niobate single crystal thin films, quartz thin films, silicon thin films, silicon dioxide thin films, diamond thin films, etc.).
【技术实现步骤摘要】
一种片上低损耗超细脊状波导的制备方法
本专利技术涉及飞秒激光加工和化学机械抛光,特别是一种利用飞秒激光加工结合化学机械抛光制备片上低损耗超细脊状波导的方法。本方法适用于各种片上薄膜材料,包含但不限于铌酸锂单晶薄膜、石英薄膜、硅薄膜、二氧化硅薄膜、金刚石薄膜等。
技术介绍
微光学器件,指结构尺寸在亚微米级以上,表面粗糙度可达纳米级的微结构光学器件。片上微光学器件一般通过在空间乃至时间上对光场进行局域化,显著增加光与物质的相互作用,在基础研究和工程应用中,如量子光学、非线性光学、量子电动力学、光子学、低阈值激射、极小型滤波器、生物传感器、光学陀螺仪、光学频率梳等领域,有着重要的应用和发展前景。片上光波导是片上微光学器件的基础元件,利用波导材料与环境的高折射率差将光束缚在光波导中,一般具有强的光与物质相互作用强度和低的传输损耗。目前主流的芯片上的光波导(参见文献1:Zhang,Mian,etal."Monolithicultra-high-Qlithiumniobatemicroringresonator."Optica4.12(2017):1536-1537.),其制造技术或借助半导体光刻方法,或借助飞秒激光结合聚焦离子束(FIB)刻蚀的方法,这两种技术在材料表面微结构的制备上已经较为成熟,但前者只适合处理半导体薄膜材料或二氧化硅薄膜,面对铌酸锂等难以化学处理的介质薄膜时常常面临困境,也难以制备毫米乃至厘米量级的高质量结构;后者受限于FIB的加工效率,在制备大尺寸的结构以及大规模集成时面临问题。飞秒激光脉冲具有极短的脉冲宽度和极高的峰值功率,与物质相互作用时呈 ...
【技术保护点】
1.一种片上低损耗超细脊状波导的制备方法,其特征在于,该制备方法包括下列步骤:步骤1)薄膜表面镀金属膜:①由上至下依次为薄膜层(9)、支柱层(8)和衬底(7)构成薄膜样品(6),所述的薄膜层(9)由介质薄膜或半导体薄膜制成;②在所述的薄膜层(9)的上表面镀金属膜(10);步骤2)飞秒激光烧蚀:①将镀有金属膜的薄膜样品固定在装有液体的样品槽中,使液面微高于金属膜表面,然后将所述的样品槽固定在三维位移平台上;②通过显微物镜将飞秒激光聚焦在所述的金属膜(10)表面,对薄膜样品上表面进行烧蚀,同时驱动所述的三维位移平台运动,使所述的飞秒激光光束选择性去除覆盖于所述片上薄膜样品表面的金属膜,直到形成所需要的金属图案层(11);步骤3)化学机械抛光:将含有金属图案层的薄膜样品嵌入到模具中,利用抛光垫和抛光液进行抛光,抛光过程中,覆盖有金属图案层(11)的薄膜区域没有接触到抛光垫和抛光液而被保留,其他薄膜区域经化学机械抛光被去除,金属图案层边缘的薄膜材料离金属图案层(11)边缘越近去除效率越低,形成薄膜层楔形边角(13),与此同时金属图案层侧壁经过抛光形成金属膜楔形边角(12);步骤4)过度抛光:将 ...
【技术特征摘要】
1.一种片上低损耗超细脊状波导的制备方法,其特征在于,该制备方法包括下列步骤:步骤1)薄膜表面镀金属膜:①由上至下依次为薄膜层(9)、支柱层(8)和衬底(7)构成薄膜样品(6),所述的薄膜层(9)由介质薄膜或半导体薄膜制成;②在所述的薄膜层(9)的上表面镀金属膜(10);步骤2)飞秒激光烧蚀:①将镀有金属膜的薄膜样品固定在装有液体的样品槽中,使液面微高于金属膜表面,然后将所述的样品槽固定在三维位移平台上;②通过显微物镜将飞秒激光聚焦在所述的金属膜(10)表面,对薄膜样品上表面进行烧蚀,同时驱动所述的三维位移平台运动,使所述的飞秒激光光束选择性去除覆盖于所述片上薄膜样品表面的金属膜,直到形成所需要的金属图案层(11);步骤3)化学机械抛光:将含有金属图案层的薄膜样品嵌入到模具中,利用抛光垫和抛光液进行抛光,抛光过程中,覆盖有金属图案层(11)的薄膜区域没有接触到抛光垫和抛光液而被保留,其他薄膜区域经化学机械抛光被去除,金属图案层边缘的薄膜材料离金属图案层(11)边缘越近去除效率越低,形成薄膜层楔形边角(13),与此同时金属图案层侧壁经过抛光形成金属膜楔形边角(12);步骤4)过度抛光:将具有金属膜楔形边角(12)和...
【专利技术属性】
技术研发人员:程亚,伍荣波,张健皓,乔玲玲,林锦添,
申请(专利权)人:中国科学院上海光学精密机械研究所,
类型:发明
国别省市:上海,31
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