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基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法技术

技术编号:23084085 阅读:75 留言:0更新日期:2020-01-11 00:48
本发明专利技术公开了一种基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法,其核心部件主要是由一种特殊设计的长条形及紧接的半圆形组成的掩模图形;长条形区域无灰阶分布,透过的紫外光强各区域相同,半圆形区域具有灰阶分布,透过的紫外光强由圆心沿径向按特定函数分布规律变化;对于长条形区域,芯层胶通过掩模板的紫外光照射,显影后形成光波导芯层;在半圆形区域,对于正性芯层胶来说,厚度由圆心沿径向呈递增分布规律变化,对于负性芯层胶来说,厚度由圆心沿径向呈递减分布规律变化,从而整体形成光波导球形凹面或凸面;对球形凹面或凸面进行镀金属膜或介质高反射膜,形成球形凹面镜。本发明专利技术具有操作简单,可控性好,兼容光波导制备工艺流程的优点。

Fabrication of spherical concave mirror based on UV gray-scale lithography

【技术实现步骤摘要】
基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法
本专利技术涉及一种光波导制备方法,特别是涉及一种制备光波导球形凹面镜的方法,应用于光背板互连

技术介绍
近年来,光背板互连技术成为高端设备信息互连的研究热点,它具有高带宽、低能耗、低成本等优势,将广泛应用于宽带通信、超级计算机及大数据中心等领域。高效的光纤-光波导垂直耦合技术是光背板互连领域的关键技术之一,它能够充分利用设备空间、设计灵活度高、便于集成光电器件等优势。而提高光纤-光波导垂直耦合效率的方式主要是采用凹面镜汇聚的方式来实现的,它不仅可以使光束汇聚进而提高耦合器件之间的数值孔径(NA)的匹配性,而且还能减小输入光的模场直径从而增强模场耦合的匹配性。截止目前,发展了许多方法来制备凹面镜,如:化学腐蚀法(专利公开号:CN1272182A)、利用水分子不侵性的工艺制备方法(专利公开号:CN103395739A)、激光环形刻蚀法(专利申请号:201710076388.7)及深质子写入(deepprotonwriting,DPW)法(文献:Designandfabricationofembeddedmicro-mirrorinsertsforout-of-planecouplinginPCBlevelopticalinterconnections)等。但上述凹面镜的制备方法都有各自的缺点,化学腐蚀法具有精度低、工艺复杂、难以控制凹面形状等缺点;利用水分子不侵性的工艺制备方法以液滴为模具,利用材料的致密性获得凹面,存在工艺复杂、精度不高的弊端,很难移植到光背板中实现;激光环形刻蚀法是在光背板制备后采用的激光刻蚀而获得凹面镜,是一种激光冷加工的方法,但获得的凹面粗糙度较大,对光波导的传输性能造成一定影响,需要后处理对粗糙度进行降低;DPW法是在光波导制备时加工凹面镜,但工艺异常复杂,精度很难控制,难以批量生产。采用光刻法制备光波导的一般工艺流程如图1所示,从图1(a)~图1(f)可知,紫外光刻法制备光波导的一般工艺流程主要包括:基底1的清洗、旋涂下包层胶2、旋涂芯层胶3、采用掩模板5进行紫外曝光4、显影后形成波导芯层6、旋涂上包层胶7,通常采用的掩模板5是无灰阶分布的,这种掩模板使得所透射的光强相同,因此无法使芯层胶形成曲面结构,为了获得曲面结构,还需要辅助其他手段,因此增加了凹面镜制备的步骤和工艺流程的复杂程度。有鉴于此,发展一种更为简单有效、切实可行、且适用于大工业生产的凹面镜制备方法势在必行。
技术实现思路
为了解决现有技术问题,本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法,显著提高光纤-光波导的垂直耦合效率,本专利技术具有操作简单,可控性好,兼容光波导制备工艺流程的优点。为了达到上述专利技术目的,本专利技术创造采用如下专利技术构思:一种基于紫外灰阶制备光波导球形凹面镜的方法,主要通过可生成掩模图形的光刻机紫外曝光所制备的,而这生成的掩模图形带有灰阶分布的半圆形,灰阶是指掩模图案中不同区域的灰度值呈阶梯分布从而使得不同区域所透射的光强不同;光刻机按照所生成的掩模图形进行曝光,在灰阶分布的半圆形区域,其透射光强具有沿径向从圆心至边缘按函数递减的规律变化,因此对芯层胶半圆形区域具有规律性的光强分布照射,经显影后,生成球形凹面。利用带有灰阶分布的半圆形的掩模图形,在光波导上直接制备凹面镜的工作机理为:掩模图形实际上是由一长条形和一紧接的半圆形组成,长条形区域无灰阶分布,透过的紫外光强各区域相同,半圆形区域具有灰阶分布,透过的紫外光强沿径向按函数递减的规律变化;当紫外光照射时,在长条形区域,其芯层胶得到充分照射,经显影后形成光波导芯层,在半圆形区域,由于光强照射的灰阶分布规律,某些区域的芯层胶只有上半部分得到充分照射,整体上,所获得的紫外光照射的芯层胶厚度具有沿径从圆心至边缘按函数递减的规律分布,经显影后形成球形凹面;灰阶分布函数可由以下流程确定,根据所制备的球形凹面区域各点的刻蚀深度,确定各点光刻所需的紫外光强,其灰阶分布函数具有灰度值从圆心沿径向边缘递减的特点;仅对获得的球形凹面镀金属膜或介质高反射膜,完成光波导球形凹面镜制备的工艺流程。根据上述专利技术构思,本专利技术采用下述技术方案:一种基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法,主要通过能生成掩模图形的光刻机,并利用紫外曝光方法制备光波导球形凹面镜,所述掩模图形带有灰阶分布的半圆形掩模部分,所述灰阶分布是指掩模图案中不同区域的灰度值呈阶梯分布从而使得半圆形掩模的不同区域所透射的光强不同,最后实现透射光强沿着半圆形掩模径向进行递减变化;光刻机按照所述掩模图形进行曝光,在灰阶分布的掩模半圆形区域,其光强具有沿径向从圆心至边缘按函数递减的规律变化,在紫外光刻法制备光波导的工艺流程中,使芯层胶半圆形区域经灰阶分布的光强照射,再经显影后,生成球形凹面或凸面;然后仅对获得的球形凹面或凸面镀金属膜或介质高反射膜,然后旋涂包层胶,完成在光波导上制备球形凹面反射镜的工艺流程。为了使得半圆形掩模的不同区域所透射的光强不同,本专利技术灰阶分布采用的图像灰度值沿半圆形掩模径向方向呈阶梯变化分布。作为本专利技术优选的技术方案,所述掩模图形是由长条形和紧接的半圆形组成;掩模的长条形区域无灰阶分布,透过掩模的紫外光强各区域相同;半圆形区域具有灰阶分布,其半径大于长条形的宽度,透过掩模的紫外光强沿半圆形区域的径向从圆心至边缘按函数递减的规律变化。本专利技术的半圆形区域具有灰阶分布,其半径大于长条形的宽度,透过掩模的紫外光强沿半圆形区域的径向按函数递减的规律进行调制。作为本专利技术优选的技术方案,掩模的长条形区域完全不透光或者完全透光。作为本专利技术一种特别优选的技术方案,当采用芯层正性胶制备光波导球形凹面结构时,当紫外光照射掩模时,在长条形区域,使芯层胶得到充分照射,显影后去除经紫外光照射的芯层胶,留下未被照射的芯层胶,形成光波导芯层;在半圆形区域,按照紫外光强的灰阶分布规律,部分区域的芯层胶只有上半部分得到充分照射,所获得的芯层胶厚度沿半圆形区域的径向由圆心至边缘按函数递增的规律变化,显影后仅留下未被充分照射的芯层胶下半部分,使掩模半圆形区域对应的芯层形成凹面;然后仅对获得的球形凹面镀金属膜或介质高反射膜,再旋涂包层胶,完成在光波导上制备球形凹面反射镜的工艺流程。作为本专利技术另一种特别优选的技术方案,当采用芯层负性胶制备光波导球形凹面结构时,当紫外光照射掩模时,在长条形区域,使芯层胶得到充分照射,显影后去除未经紫外光照射的芯层胶,留下被照射的芯层胶,形成光波导芯层;在半圆形区域,按照紫外光强的灰阶分布规律,部分区域的芯层胶只有上半部分得到充分照射,所获得的芯层胶厚度沿半圆形区域的径向按函数递减的规律变化,显影后仅留下被充分照射的芯层胶上半部分,使掩模半圆形区域对应的芯层形成凸面,凸面反向在芯层中也形成凹面;然后仅对获得的球形凸面镀金属膜或介质高反射膜,再旋涂包层胶,完成在光波导上制备球形凹面反射镜的工艺流程。作为本专利技术优选的技术方案,掩模的半圆形区域的对应的光强本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法,其特征在于:主要通过能生成掩模图形的光刻机,并利用紫外曝光方法制备光波导球形凹面镜,所述掩模图形带有灰阶分布的半圆形掩模部分,所述灰阶分布是指为了使得半圆形掩模的不同区域所透射的光强不同而采用的图像灰度值沿半圆形掩模径向方向呈阶梯变化分布。/n光刻机按照所述掩模图形进行曝光,在灰阶分布的半圆形掩模区域,其光强具有沿径向从圆心至边缘按函数递减的规律变化,在紫外光刻法制备光波导的工艺流程中,使芯层胶半圆形区域经灰阶分布的光强照射,再经显影后,生成球形凹面或凸面;然后仅对获得的球形凹面或凸面镀金属膜或介质高反射膜,最后旋涂包层胶,完成在光波导上制备球形凹面反射镜的工艺流程。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法,其特征在于:主要通过能生成掩模图形的光刻机,并利用紫外曝光方法制备光波导球形凹面镜,所述掩模图形带有灰阶分布的半圆形掩模部分,所述灰阶分布是指为了使得半圆形掩模的不同区域所透射的光强不同而采用的图像灰度值沿半圆形掩模径向方向呈阶梯变化分布。
光刻机按照所述掩模图形进行曝光,在灰阶分布的半圆形掩模区域,其光强具有沿径向从圆心至边缘按函数递减的规律变化,在紫外光刻法制备光波导的工艺流程中,使芯层胶半圆形区域经灰阶分布的光强照射,再经显影后,生成球形凹面或凸面;然后仅对获得的球形凹面或凸面镀金属膜或介质高反射膜,最后旋涂包层胶,完成在光波导上制备球形凹面反射镜的工艺流程。


2.根据权利要求1所述基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法,其特征在于:所述掩模图形是由长条形和紧接的半圆形组成;掩模的长条形区域无灰阶分布,透过掩模的紫外光强各区域相同;半圆形区域具有灰阶分布,其半径大于长条形的宽度,透过掩模的紫外光强沿半圆形区域的径向按函数递减的规律进行调制。


3.根据权利要求2所述基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法,其特征在于:掩模的所述长条形区域完全不透光或者完全透光。


4.根据权利要求2所述基于紫外灰阶光刻制备光波导球形凹面镜的方法,其特征在于:当采用芯层正性胶制备光波导球形凹面结构时,当紫外光照射掩模时,在长条形区域,使芯层胶得到充分照射,显影后去除经紫外光照射的芯层胶,留下未被照射的芯层胶,形成光波...

【专利技术属性】
技术研发人员:王廷云邓传鲁王雪婷黄怿张小贝
申请(专利权)人:上海大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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