一种光波导及其制备方法与应用技术

本公开提供了一种聚合物光波导及其制备方法与应用，属于集成光波导技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种光波导及其制备方法与应用


[0001]本公开涉及一种光波导
，具体涉及一种聚合物光波导及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着现代科学技术的高速发展，信息技术在人类生活中不可或缺，已经深入日常生产劳动及社会发展的各个领域
。
光子技术具有速度快
、
容量大
、
不受电磁场干扰等优点，因而在信息技术中具有重要的地位
。
光子集成器件是光子技术发展的一个重要方向，在一个微小的器件上集成不同功能的光器件，能够实现体积小
、
性能优越的微型光芯片
。
光芯片在光通信
、
信号处理和传感领域具有重要的应用
。
在光芯片中，光波导是基础元件
。
光波导既是芯片上传输光信号的桥梁，也是其它元器件的重要组成
。
比如马赫曾德尔电光调制器主要由两组精确加工的光波导组成，通过调节两臂光波导中的光信号相位实现电光调制
。
因此光波导技术成为发展光芯片的关键技术
。
目前比较成熟的片上光波导包括以硅
/
二氧化硅为代表的硅基光波导
、
Ⅲ‑Ⅴ
组半导体材料光波导
、
铌酸锂光波导和聚合物光波导等
。
这些光波导技术由于自身材料特性和制备技术具有不同的优势，以及不同的应用
。
例如铌酸锂具有高的电光系数，在光通信领域的电光调制器中具有不可替代的作用
。
硅基材料光芯片，易于与其他电子器件集成
。
Ⅲ‑Ⅴ
组半导体材料由于其特殊能带结构而在有源光子芯片
(
例如激光器
)
发展中具有重要的应用
。
虽然前面三种光波导技术在光芯片发展中起了重要的作用，他们依然存在自身的限制
。
这些材料往往加工程序复杂
、
成本高，而且依靠高端平台如生长设备
、
光刻机
、
刻蚀机等
。
导致器件设计和制备的自由度不足
。
有机聚合物光波导的制备工艺简便
、
制备成本较低
、
折射率选择性大
(1.2
～
1.7)。
而且有机材料本身的可拉伸柔性，也为柔性集成光通信及光互连和可穿戴光学器件提供了可能
。
因此片上集成的有机光波导可以为光芯片技术提供更多的选择
。
[0003]目前常用的聚合物波导制备工艺采用传统的无机半导体器件加工工艺，仍然存在许多问题
。
例如，刻蚀工艺过程复杂，对制备工艺的参数控制要求严格；激光直写效率低，难以制备光波导阵列
。
而且光刻制备光波导只适用于光刻胶材料
。
以上技术对加工平台要求高，无法实现低成本制备
。
而更重要的是，光子芯片发展中有些材料无法进行光刻显影
。
例如在结合如石墨烯等二维材料构建光电器件时，刻蚀工艺极易破坏二维材料结构，限制了性能优越的二维材料在光子芯片的应用
。

技术实现思路

[0004]本公开的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光波导及其制备方法与应用，本公开的光波导芯无残留层，减少了光在传输中的损耗，从而增强了光波导的光场束缚能力，提升了光波导的性能
。
[0005]为实现上述目的，本公开采取的技术方案为：一种光波导的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将镂空区域横截面为矩形结构的芯层
PDMS
模板3覆盖在二氧化硅层4或下包层
11
的表面上，使二者紧密贴合，形成芯层空腔5；将芯层材料滴在芯层空腔5端口，芯层材料通过毛细效应填充芯层空腔5；然后光固化或热固化芯层材料，取下芯层
PDMS
模板3，得到矩形结构的芯层6；在所述芯层6上形成上包层
10
，以覆盖所述芯层6，从而得到光波导
。
[0007]本公开通过毛细效应作用自填充制备芯层，从源头上避免了芯层残留层的产生，减少了光在传输过程中的损耗，增强了光波导对光场的束缚能力，提升了光波导的性能
。
本公开光波导的制备过程中，无需匀胶
、
光刻和干法刻蚀，一方面便于在柔性基底上制备光波导，构建柔性可穿戴器件，利于批量化生产；另一方面，本申请聚合物胶水的用量体积以微升为单位，常规匀胶法制备芯层聚合物胶水的用量体积以毫升为单位，本申请减少了光波导聚合物材料的用量，无需依赖高端设备，大大降低了光波导的制备成本
。
[0008]在一个实施方式中，所述上包层的制备方法包括以下步骤：所述上包层
10
的制备方法包括以下步骤：将镂空区域横截面为矩形结构的上包层
PDMS
模板8覆盖在含有芯层6的二氧化硅层4或下包层
11
上，并调节上包层
PDMS
模板8的位置，使芯层处于上包层
PDMS
模板8镂空区域的中央，使上包层
PDMS
模板8与含有芯层6的二氧化硅层4或下包层
11
紧密贴合，形成上包层空腔9；将上包层材料滴在上包层空腔9端口，上包层材料通过毛细效应填充上包层空腔9，然后光固化或热固化上包层材料，取下上包层
PDMS
模板9，得到矩形结构的上包层
10
，从而得到光波导
。
[0009]本公开通过毛细效应作用自填充制备上包层，无需匀胶
、
光刻和干法刻蚀，一方面便于在柔性基底上制备光波导，构建柔性可穿戴器件，利于批量化生产；另一方面，减少了上包层材料的用量，大大降低了光波导的制备成本
。
[0010]在一个实施方式中，所述芯层的折射率大于下包层或二氧化硅的折射率；所述上包层的折射率小于芯层的折射率
。
[0011]在一个实施方式中，所述芯层材料在
25℃
下的粘度小于
300cps。
[0012]在一个实施方式中，所述上包层材料在
25℃
下的粘度小于
1200cps。
[0013]在一个实施方式中，所述下包层的厚度为2‑
10
μ
m。
[0014]在一个实施方式中，所述芯层的厚度为2‑8μ
m
；和
/
或，所述芯层的宽度为2‑8μ
m。
[0015]在一个实施方式中，所述上包层的厚度为7‑
13
μ
m。
[0016]另一方面，本公开提供了一种光波导，所述光波导由上述光波导的制备方法制得
。
[0017]本公开制得的光波导光斑干净，无散斑，并且本公开制备的光波导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光波导的制备方法，包括以下步骤：将镂空区域横截面为矩形结构的芯层
PDMS
模板3覆盖在二氧化硅层4或下包层
11
的上，使二者紧密贴合，形成芯层空腔5；将芯层材料滴在芯层空腔5端口，芯层材料通过毛细效应填充芯层空腔5；然后光固化或热固化芯层材料，取下芯层
PDMS
模板3，得到矩形结构的芯层6；在所述芯层6上形成上包层
10
，以覆盖所述芯层6，从而得到光波导
。2.
如权利要求1所述光波导的制备方法，其特征在于，所述上包层
10
的制备方法包括以下步骤：将镂空区域横截面为矩形结构的上包层
PDMS
模板8覆盖在含有芯层6的二氧化硅层4或下包层
11
上，并调节上包层
PDMS
模板8的位置，使芯层处于上包层
PDMS
模板8镂空区域的中央，使上包层
PDMS
模板8与含有芯层6的二氧化硅层4或下包层
11
紧密贴合，形成上包层空腔9；将上包层材料滴在上包层空腔9端口，上包层材料通过毛细效应填充上包层空腔9，然后光固化或热固化上包层材料，取下上包层
PDMS
模板9，得到矩形结构的上包层
10

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆明，江钦传，梁禧发，唐梦婧，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：