一种含Cu离子的光波导制造技术

本发明专利技术公开了一种含Ｃｕ离子的光波导。在玻璃基片上表面设有平板状Ｃｕ离子扩散区，在平板状Ｃｕ离子扩散区中设有条形高极化率离子扩散区，条形高极化率离子扩散区作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区的折射率高于玻璃基片的折射率，也高于平板状Ｃｕ离子扩散区的折射率。由于条形高极化率离子扩散区在平板状Ｃｕ离子扩散区的基础上形成，这种离子交换光波导具有Ｃｕ离子的蓝绿发光特性。同时这种光波导的制作过程中避免了高温条件下Ｃｕ盐离子交换形成条形光波导的离子交换过程，对掩膜的要求降低，因此具有更低的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成光器件技术，特别是涉及一种含Cu离子的光波导。技术背景集成光路是指在同一块衬底的表面上，用折射率略高的材料制作光波导， 并以此为基础再制作光源、光栅等各种光学器件。通过这种集成化，可以实现 光学系统的小型化、轻量化、稳定化和高性能化的目的。随着现代光纤通信技 术和光纤传感技术的发展，集成光器件越来越受到人们的重视。用于集成光器件制作的材料主要有si、 二氧化硅、砷化镓磷化铟等m-v族 半导体材料，聚合物、玻璃等。基于离子交换技术的玻璃光波导器件具有成本低、工艺简单、传输损耗低、PDL (偏振相关性)小、制作容差性大、可批量生产等显著特点。玻璃基光波导器件一般采用离子交换法制作。离子交换过程中，玻璃基片中的一价阳离子(通常是Na+)与外界的较高极化率的离子(譬如Ag+， Cu+， Cs+或Tl+)进行离子交换，高极化率离子在玻璃基片上形成离子交换区，该离 子交换区具有较高的折射率，形成波导的芯部。近年来，采用Cu离子交换制作的光波导器件的制作成为近年来研究者们关 注的热点。Cu离子交换形成的光波导具有蓝绿发光特性，因而Cu离子交换平 面波导可以用于非线性光波导器件的制作，或者实现蓝绿波段激光器与放大器。通常的Cu离子交换光波导的制作方法如图1所示。包括在玻璃基片1上制 作掩膜2，将带有掩膜2玻璃基片放入含有Cu+或者012+离子的熔盐中进行离子 交换，熔盐中的01+或者012+离子进入玻璃基片，并在玻璃基片中形成条形Cu 离子扩散区3。条形Cu离子扩散区3具有比玻璃基片1更高的折射率，作为光 波导的芯层。这种光波导的缺点在于由于含有Oi离子的盐具有较高的熔点， 另一方面Cu离子在玻璃中的扩散速度很慢，Cu离子交换的交换温度很高，通 常在530°C以上，对掩膜2的耐高温和耐腐蚀特性提出了较高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含Cu离子的光波导。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是-在玻璃基片上表面设有平板状Cu离子扩散区，在平板状Qi离子扩散区中设有条形高极化率离子扩散区，高极化率离子扩散区作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区的折射率高于玻璃基片的折射率，也高于平板状Oi离子扩散区的折射率。本专利技术具有的有益效果是这种Cll离子交换光波导第一次离子交换过程在玻璃基片1上形成平板状Cu离子扩散区4不需要掩膜。避免了通常的Cu离子交换形成条形光波导的过程中的高温过程对掩膜耐腐蚀性和耐高温性的影响。这种Cu离子交换光波导通过第二次离子交换形成条形高极化率离子扩散区 5，作为光波导的芯层。第二次离子交换形成光波导芯层的过程温度较低，譬如 采用Ag离子交换，离子交换温度在30(TC左右，对离子扩散掩膜的耐高温和耐 腐蚀性能的要求大幅度降低。这种Cu离子交换光波导的形成过程采用了两次离子交换工艺，第二次离子 交换工艺交换温度远低于第一次离子交换工艺，在第二次离子交换工艺中Cu离 子扩散系数小，因此可以保持第一次离子交换形成的平板状Cu离子扩散区4中 Cu离子浓度分布保持不变，便于离子交换工艺的设计。这种Cu离子交换光波导的制备过程具有传统的离子交换工艺的优点，采用 常规的工艺即可实现。由于在条形高极化率离子扩散区5平板状Cu离子扩散区4的基础上形成， 条形高极化率离子扩散区5中含有Cu离子，因此，与采用通常的Cu离子交换 光波导相同，这种Cix离子交换光波导具有蓝绿发光特性。 附图说明图1是传统离子交换光波导的横截面结构示意图。 图2是本专利技术所涉及Cu离子交换光波导横截面结构示意图。 图3是本专利技术所涉及Cu离子交换光波导第一次离子交换后的横截面结构示 意图。图4是本专利技术所涉及Cu离子交换光波导第二次离子交换后的横截面结构示 意图(条形高极化率离子扩散区比平板状Cu离子扩散区浅)。图5是本专利技术所涉及Cu离子交换光波导第二次离子交换后的横截面结构示 意图(条形高极化率离子扩散区比平板状Cu离子扩散区深)。图中1、玻璃基片，2、掩膜，3、条形Cii离子扩散区，4、平板状Cu离 子扩散区，5、条形高极化率离子扩散区。具体实施方式如图2、图4所示，本专利技术在玻璃基片l上表面设有平板状Cii离子扩散区 4，在平板状Cu离子扩散区4中设有条形高极化率离子扩散区5，作为光波导的 芯层，条形高极化率离子扩散区5的折射率高于玻璃基片1的折射率，也高于 平板状Qi离子扩散区4的折射率。所述的玻璃基片1其材料为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或者磷酸盐玻璃。所述的高极化率离子为Ag+、 Tl+、 Cs+、 Li+或Rb+离子。所述的光波导为单模光波导或者多模光波导。所述的条形高极化率离子扩散区5的厚度小于平板状Cu离子扩散区4的厚 度，或大于平板状Cu离子扩散区4的厚度。制作这种Cu离子交换光波导所采用的技术方案是首先在玻璃基片1上通 过熔盐离子交换工艺形成平板状Cu离子扩散区4，这次离子交换工艺在无掩膜 的条件下进行；再通过第二次离子交换工艺，采用含有高极化率离子的熔盐作 为离子源，在平板状Cu离子扩散区4中制作条形高极化率离子扩散区5，为了 获得条形的光波导，这次离子交换在掩膜2的辅助下进行。第二次离子交换过 程形成的条形高极化率离子扩散区5的折射率高于玻璃基片1和平板状Cu离子 扩散区4的折射率，成为条形光波导的芯部。本专利技术所涉及的Qi离子交换光波导通过如下方式实施-(1) 玻璃基片上平板状Cu离子扩散区的制备-采用硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或者磷酸盐玻璃材料作为玻璃基片，采用熔 盐离子交换工艺在玻璃基片上制作平板状Cu离子扩散区。如图3所示。所采用的熔盐为含铜离子的熔盐，如硫酸铜、氯化铜或硝酸铜，与其它熔 盐的混合物离子交换温度为500-600°C，交换时间为5分钟到数小时。(2) 采用微细加工工艺在玻璃的表面制作掩膜采用蒸发或溅射工艺在平板状Cu离子扩散区上制作掩膜，掩膜材料为铝， 铬-金或者钛。采用标准的光刻腐蚀工艺在掩膜上制备所需的条形光波导的图形。(3) 采用离子交换工艺制作条形高极化率离子扩散区采用熔盐离子交换工艺在玻璃基片表面平板状Cu离子扩散区上制备条形高 极化率离子扩散区。采用含有高极化率离子(Ag+、 Tl+、 Cs+、 Li+或Rb+)的无机盐(硝酸盐、 硫酸盐或碳酸盐)的混合熔盐作为离子源，离子交换温度为200-45(TC，交换时 间为数分钟到数小时，根据具体的要求而定。条形高极化率离子扩散区的厚度可以小于平板状CU离子扩散区的厚度，如图4所示；也可以大于平板状 Cu离子扩散区的厚度，如图5所示。(4)采用腐蚀工艺将玻璃表面的掩膜去除。权利要求1.一种含Cu离子的光波导，其特征在于在玻璃基片(1)上表面设有平板状Cu离子扩散区(4)，在平板状Cu离子扩散区(4)中设有条形高极化率离子扩散区(5)，作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区(5)的折射率高于玻璃基片(1)的折射率，也高于平板状Cu离子扩散区(4)的折射率。2. 根据权利要求1所述的一种含Cu离子的光波导，其特征在于所述的 玻璃基片(l)其材料为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或者磷酸盐玻璃。3. 根据权利要求1所述的一种含CU离子的光波导，其特征在于所述的高极化率离子为Ag+、 Tl+、 Cs+、 Li+或Rb+离子。4.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含Ｃｕ离子的光波导，其特征在于：在玻璃基片（１）上表面设有平板状Ｃｕ离子扩散区（４），在平板状Ｃｕ离子扩散区（４）中设有条形高极化率离子扩散区（５），作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区（５）的折射率高于玻璃基片（１）的折射率，也高于平板状Ｃｕ离子扩散区（４）的折射率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝寅雷，毛小丹，杨建义，江晓清，周强，李锡华，王明华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]