一种弯曲波导阵列结构光学芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种弯曲波导阵列结构光学芯片及其制备方法，应用于光学芯片技术领域：波导阵列结构和基片；所述基片上制备出所述波导阵列结构；所述波导阵列结构为多条平行的复合弯曲轨迹，所述复合弯曲轨迹为若干周期弯曲组成的圆弧弯曲，通过改变复合弯曲轨迹中周期弯曲的周期和幅度光信号分立控制重建周期和重建演化过程。本发明专利技术的目的在于解决控制光信号在波导阵列中传输演化的问题，提出了一种新型的可以实现光信号周期重建的片上弯曲波导阵列结构。该结构可以实现光信号重建周期和重建过程的分立调控，且制备简单，弯曲曲率小，具有鲁棒性，在光信号传输和处理以及超分辨成像等领域有着潜在的应用前景。等领域有着潜在的应用前景。等领域有着潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种弯曲波导阵列结构光学芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光学芯片
，更具体的说是涉及一种弯曲波导阵列结构光学芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于集成电路芯片的特征尺寸已经逼近其物理极限，电学芯片发展陷入瓶颈，因此无法满足人们实现进一步微型化和提高信息传输性能的需求。最近，集成光学芯片由于其高速度、大带宽，低损耗和高集成度等特点引起了人们的广泛关注，有望成为大容量，高速率信息系统的有希望的发展方向。集成光路是集成光学芯片的重要组成部分，已经展示出以可扩展的方式在一个芯片中集成无源和有源光学器件的潜力，在光通信、光计算、光传感、天体光子学以及量子信息处理等领域有着重要的应用。在高密度集成光路中实现光信号的保真传输是实现上述应用的基础。然而，当集成光路中波导之间的距离减小到一定程度时，波导中的模式会耦合到相邻波导中，使传输信号发生串扰，从而限制了芯片集成度的提升。目前实现光信号的保真传输主要有以下两种思路，第一种是降低串扰，将光信号束缚在单个波导中；另一种就是实现光信号的周期重建，在指定传输距离后复现出初始光信号。现有技术中实现集成光路中光信号重建的主要方法是使用周期弯曲的光波导阵列，满足动态局域化谐振条件的光信号即可实现光信号的周期重建。但是该方法存在以下缺陷，周期弯曲幅度的改变会破坏光信号的周期重建，因此这种结构不具有可调性，无法控制光信号重建过程，难以实现宽带的光信号重建，不利于实际应用。因此，设计一种结构可调的光信号重建器件，实现光信号传输演化过程的灵活控制，是集成光学
研究人员长久以来追求的目标。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种弯曲波导阵列结构光学芯片及其制备方法，以解决
技术介绍
中的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一方面，本专利技术公开了一种弯曲波导阵列结构光学芯片，包括：波导阵列结构和基片；所述基片上直写出所述波导阵列结构；
[0006]所述波导阵列结构为多条平行的复合弯曲轨迹，所述复合弯曲轨迹为若干周期弯曲组成的圆弧弯曲。
[0007]优选的，在上述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片中，通过改变复合弯曲轨迹中周期弯曲的周期和幅度光信号分立控制重建周期和重建演化过程。
[0008]优选的，在上述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片中，所述复合弯曲轨迹为圆弧弯曲和若干周期弯曲叠加而成。
[0009]优选的，在上述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片中，所述基片为熔融石英基片。
[0010]优选的，在上述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片中，所述复合弯曲轨迹表达式
为：x(z)＝x
arc
(z)+x
cos
(z)；
[0011]其中x
arc
(z)为圆弧弯曲轨迹，x
cos
(z)＝Acos(2πz/T)为周期余弦弯曲轨迹，A为弯曲振幅，T为弯曲周期。
[0012]另一方面，本专利技术公开了一种弯曲波导阵列结构光学芯片制备方法，具体步骤如下：
[0013]将基片固定在三维移动平台上，基片表面垂直于飞秒激光入射方向；
[0014]在移动平台控制软件中设计弯曲波导阵列的单条弯曲轨迹，复制平移所述单条弯曲轨迹多次得到波导阵列的多条平行的复合弯曲轨迹；所述复合弯曲轨迹为若干周期弯曲组成的圆弧弯曲；
[0015]将飞秒激光通过物镜聚焦于基片内部，同时控制三维移动平台让基片沿着设计的加工轨迹移动，飞秒激光脉冲在基片中诱导的正折射率改性区域构成波导芯层。
[0016]优选的，在上述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片制备方法中，利用无限分割的思想，单条弯曲轨迹加工轨迹由多个直线段拼接得到，直线段越短，加工轨迹越接近理论弯曲轨迹。
[0017]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种弯曲波导阵列结构光学芯片及其制备方法，可以在不改变光信号重建周期的情况下调控光信号的重建过程，且制备简单，弯曲曲率小，具有鲁棒性，在光信号传输和处理以及超分辨成像等领域有着潜在的应用前景。本专利技术提出的结构可以实现任意复杂光信号的周期重建；结构的复合弯曲轨迹中周期弯曲项的函数形式和弯曲幅度不影响光信号重建的周期，因此具有结构鲁棒性，并可以用具有较小弯曲曲率的波导阵列实现光信号的周期重建；可以实现光信号重建周期和重建过程的分立调控；采用飞秒激光直写方法在熔融石英中制备的该结构成本低，性能稳定，灵活性高。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0019]图1本专利技术制备的弯曲波导阵列的光学显微镜照片；
[0020]图2本专利技术使用飞秒激光直写技术制备波导阵列的示意图；
[0021]图3本专利技术使用的表征光束在波导阵列中传输演化的装置示意图；
[0022]图4入射光激发所述波导阵列中单个波导时的光信号传输测量结果；
[0023]图5入射光激发所述波导阵列中多个波导时的光信号传输测量结果；
[0024]图6光信号重建周期随复合弯曲轨迹中余弦弯曲周期的变化；
[0025]图7光信号重建过程中FBO振幅随复合弯曲轨迹中余弦弯曲幅度的变化。
[0026]11—熔融石英基片；12—波导；13—波导间距；14—圆弧弯曲轨迹；15—余弦弯曲周期T；16—两倍的余弦弯曲幅度2A；
[0027]21—飞秒激光器；22—飞秒激光光束；23—物镜；24—三维移动平台；
[0028]31—氦氖激光器；32—氦氖激光光束；33—第二物镜；34—第二三维移动平台；
35—物镜；36—波导荧光；37—CMOS相机；38—第三三维移动平台。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
[0030]本专利技术的实施例公开了一种弯曲波导阵列结构光学芯片，如图1所示，包括：波导阵列结构和基片；基片上直写出波导阵列结构；
[0031]波导阵列结构为多条平行的复合弯曲轨迹，复合弯曲轨迹为若干周期弯曲组成的圆弧弯曲。
[0032]具体地，如图1所示，为基于飞秒激光直写技术在熔融石英基片11中制备的本专利技术所提出的弯曲波导阵列的光学显微镜照片，其x方向的比例尺为30μm，z方向的比例尺为10mm。弯曲波导12在z方向的总长度为90mm，弯曲波导与弯曲波导之间的间距13为16μm。弯曲波导的弯曲轨迹是由圆弧弯曲和周期余弦弯曲组成的复合轨迹；其中圆弧弯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弯曲波导阵列结构光学芯片，其特征在于，包括：波导阵列结构和基片；所述基片上直写出所述波导阵列结构；所述波导阵列结构为多条平行复合弯曲轨迹，所述复合弯曲轨迹为若干周期弯曲组成的圆弧弯曲。2.根据权利要求1所述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片，其特征在于，通过改变复合弯曲轨迹中周期弯曲的周期和幅度光信号分立控制重建周期和重建演化过程。3.根据权利要求1所述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片，其特征在于，所述复合弯曲轨迹为圆弧弯曲和若干周期弯曲叠加而成。4.根据权利要求1所述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片，其特征在于，所述基片为熔融石英基片。5.根据权利要求1所述的一种弯曲波导阵列结构光学芯片，其特征在于，所述复合弯曲轨迹表达式为：x(z)＝x
arc
(z)+x
cos
(z)；其中x
arc

【专利技术属性】
技术研发人员：舒学文，张真，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：