一种聚合物纳米光波导耦合分束器的制作方法技术

本发明专利技术属于纳米光子学领域，尤其涉及一种聚合物纳米光波导耦合分束器的制作方法，其包括以下步骤：①利用拉制方法，利用ＳｉＯ↓［２］／金属棒（３）的尖端从熔融态的聚合物或者聚合物溶液（１）中拉制出聚合物纳米光波导（２）；②将聚合物纳米光波导（２）等间隔平行放置在一个水平面上；③将平行的纳米光波导阵列绕中心纵轴旋转，形成聚合物纳米光波导耦合分束器，其中间缠绕部分为光信号的耦合区域、两侧为多个输入及输出分支。本发明专利技术具有简单、快速、成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米光子学领域，尤其涉及一种聚合物纳米光波导耦合分 束器的制作方法。技术背景超紧凑型的光子学器件在光通信、传感和光集成等领域有着广泛的应 用前景。超紧凑型的光功率分束器是分离/合成光信号的重要光子学器件， 在光互联、集成光子学和生物传感等方面中扮演着重要角色。目前，已经利用多步光刻技术在半导体材料(例如InP、 SOI和SiGe/Si)上实现了 微米量级的光分束器。然而，由于微米量级波导的弯曲半径太大，不允许 大量2x2耦合器或者1x2的分束器通过级联的方法集成在一个几英寸的衬 底上。为了避免利用级联的办法，多模干涉(函I)型的光分束器已经被制 作。但是，画I型的光分束器的耦合部分尺寸比较大，通常从数百到数千微 米。为了降低器件的尺寸，人们引入了亚微米/纳米量级的光子晶体、等离 子体波导和光子线波导来实现分离/合成光信号，但是制作方法比较复杂、 成本昂贵。由于纳米线/光纤在光信号的注入、传导和控制方面具有突出的 能力，引起了广泛的注意。近来，大量的研究者致力于发展纳米光纤和纳 米线波导，以及利用纳米光纤或纳米光波导单元来组装纳米光子学器件。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种结构超紧凑的、具有 多个输入和输出端口的聚合物纳米光波导耦合分束器的制作方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为 一种聚合物纳米光波导耦合 分束器的制作方法，其包括以下步骤① 利用拉制方法，从熔融态的聚合物或者聚合物溶液中拉制出聚合物纳米光波导；② 将聚合物纳米光波导平衧^文置在一个水平面上；③ 将平行的纳米光波导阵列绕中心纵轴旋转，形成聚合物纳米光波导 耦合分束器，其中间缠绕部分为光信号的耦合区域、两侧为多个输入及输 出分支。耦合区域宽度为1 3 (im,长度为数十个微米。在步骤②及③中，纳米光波导平行放置及其绕中心纵轴旋转是在光学 显微镜下，利用微操作手臂进行操作的。聚合物纳米光波导的拉制方法①包括以下步骤1) 将聚合物材料加热至熔融态或者溶解在溶剂中；2) 将锥形Si02棒/金属棒的尖端靠近并且浸入熔融态的聚合物或者聚 合物溶液中；3) Si02棒/金属棒以一速度斜向上提，在Si02棒/金属棒的尖端与熔融4) 在空气中固化形成一条聚合物纳米光波导。聚合物材料为聚对苯二曱酸乙二酯(PET)、聚对苯二曱酸丙二醇酯 (PTT)、聚对苯二曱酸丁二醇酯(PTT)或聚曱基丙烯酸曱酯(P應A)。 熔融态的聚合物材料通过加热板加热形成。当聚合物材料为PTT时，拉制的过程中保持加热板表面的温度为 (250±10) 。C。在步骤②中，Si02棒/金属棒垂直上提的速度为0. 1 ~ lm/s。 与现有技术相比，本专利技术具有如下优点上述的聚合物纳米光波导耦合分束器，具有良好的分光性能和极小的 光损耗，且上述的聚合物纳米光波导耦合分束器对于构建超密集的集成光路和纳米网络是十分有用的，对于将来构建其他线型的光子学器件也是十 分有用的。另外，本专利技术避免了传统的光刻、刻蚀技术，具有简单、快速、成本 低廉的优点。 附图说明图1:聚合物纳米光博导耦合分束器的制作示意图(以3x3的聚合物纳 米光波导耦合分束器举例说明)。图2:利用本专利技术的组装方法制作的一个4x4的聚合物纳米光波导耦合 分束器。(a)器件的扫描电子显微镜(SEM)图像，输入分支A-D的PTT纳 米光波导的直径分别为450、 450、 510和570 nm。 (b)当650 nm的红光乂人 左边第二条臂输入时，器件的导光图像。(c)当473 nm的蓝光同时从左边 上部的两条臂输入时，器件的导光图像。箭头给出了信号光的传输方向。图3:利用本专利技术的组装方法制作的一个6x6聚合物纳米光波导耦合分 束器。(a )器件的SEM图像，输入分支A-F的PTT纳米光波导的直径分别 为520、 540、 540、 540、 420和360腿。(b )绿光传输的光学显微镜图像。 (c)蓝光传输的光学显微镜图像。箭头给出了信号光的传输方向。图4:利用本专利技术的组装方法制作的一个8x8聚合物纳米光波导耦合分 束器。(a )器件的SEM图像，输入分支A-H的PTT纳米光波导的直径分别 为400、 400、 400、 400、 400、 750、 750和600 nm。 ( b )、 ( c ):器件传导红光和蓝光的光学显微镜图像。箭头表示了输入光的传输方向。具体实施方式本专利技术提供了 ，其包括 以下步骤①利用拉制方法，从熔融态的聚合物或者聚合物溶液1中拉制出聚合 物纳米光波导2。② 在光学显微镜下，利用微操作手臂将聚合物纳米光波导2平行放置 在一个水平面上。③ 利用微操作缠绕技术，通过微操作手臂将平行的纳米光波导阵列绕 中心纵轴旋转，形成聚合物纳米光波导耦合分束器，其中间缠绕部分为光 信号的耦合区域、两侧为多个输入及输出分支。其中，耦合区域宽度为1~ 3 p,长度为数十个微米。在步骤①中，如图1所示，聚合物纳米光波导的具体拉制方法包括以 下步骤1) 将聚合物材料加热至熔融态或者溶解在溶剂中，其中，聚合物材料 为聚对苯二曱酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二 曱酸丁二醇酯(PTT)或聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA)。2) 将锥形Si(U奉/金属棒3的尖端靠近并且浸入熔融态的聚合物或者 聚合物溶液1中。3 ) Si(U奉/金属棒3以一速度斜向上提，在Si(U奉/金属棒3的尖端与 熔融态的聚合物或者聚合物溶液1之间形成延伸的聚合物纤维。 4)在空气中固化形成一条聚合物纳米光波导2。本实施例以制作PTT纳米光波导为例来说明。PTT纳米光波导拉制过程 中，用一块加热板来熔化PTT粒料，拉制的过程中保持加热板表面的温度 为(250±10) 。C。首先，将锥形Si02棒/金属棒的尖端靠近并且浸入熔融的PTT; 然后，锥形Si02棒/金属棒以0. 1-1 m/s的速度沿着图1步骤①中箭头方向 上提，这样在熔融的PTT和锥形Si02棒/金属棒的尖端之间形成延伸的PTT 纤维;最后，延伸的PTT纤维在空气中迅速淬火，形成一条非晶的空气包 裹的PTT纳米光波导。本专利技术仍以PTT纳米光波导耦合分束器为例说明，借助单模Si02光纤 纳米尖锥通过倏逝波耦合的方法将光信号导入PTT纳米光波导耦合分束器。将待测PTT纳米光波导耦合分束器悬空在两个微米支架上。调节Si02纳米 尖锥靠近待测PTT纳米光波导。由于静电力或范德瓦尔斯力，Si02纳米尖锥 和PTT納米光波导吸附在一起。通过倏逝波耦合，将来自Si02纳米尖锥的 光耦合进入PTT纳米光波导耦合分束器中，利用功率计和光谱仪来测量光 功率。 实施例1利用微操作缠绕技术将4条PTT纳米光波导缠绕组装形成4x4光功率 分束器，其中从分支A到分支D的纳米光波导的直径分别为450、 450、 510 和570 nm。图2 ( a )为该器件的SEM图像，从插图可以看出器件是由一个 3x4和1x4耦合器级联而成的，耦合部分的总宽度为1. 98 pm。该器件耦合 部分的最大长度约为16. 1 )im,其中的1x4分束器的耦合长度约为8. 5 pm。 利用倏逝波耦合的方法将光信号耦合进器件，然后测试器件的分光性能。 这里输入和输出总损耗的平均值为0.480本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物纳米光波导耦合分束器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：①利用拉制方法，ＳｉＯ↓［２］／金属棒（３）的尖端从熔融态的聚合物或者聚合物溶液（１）中拉制出聚合物纳米光波导（２）；②将聚合物纳米光波导（２）平行放置在一个水平面上；③将平行的纳米光波导阵列绕中心纵轴旋转，形成聚合物纳米光波导耦合分束器，其中间缠绕部分为光信号的耦合区域、两侧为多个输入及输出分支。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝军，邢晓波，朱恒，王宇清，张垚，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]