光放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种光放大器

【技术实现步骤摘要】
光放大器、掺铒波导的制作方法、集成方法及放大方法


[0001]本专利技术属于光纤通信
，具体涉及一种光放大器
、
掺铒波导的制作方法
、
集成方法及放大方法
。

技术介绍

[0002]光纤放大器是现代光学系统中的关键部件之一
。
利用光纤放大器可以将光信号根据不同需求进行放大，其广泛应用于光纤激光器
、
光通信
、
光传感等众多领域
。
[0003]目前实现光放大的方法主要有掺杂稀土元素放大
、
半导体激光放大器
。
其中半导体激光放大器存在复杂的光电转换过程，可靠性较差；采用全光放大器可以减少放大过程的噪声干扰，同时具有更高的增益和更强的抗干扰能力；增益光纤放大需要提供较高的泵浦功率激发掺杂离子，在高增益需求的场景下，往往需要级联多个放大器，不利于光放大系统的集成
。
[0004]近来的研究表明，铒离子掺杂可以产生更高的放大增益，同时具有较高的光泵浦效率
。
相比于光纤放大器，光波导可以极大提升离子掺杂浓度，且更利于光放大器件的集成和小型化，同时可以定制特定的光波导结构，满足不同系统的特定需求
。
铒掺杂波导结构可以在小面积的波导芯片上实现高光放大增益，在高功率光放大及集成光子学方向具有极大的应用价值，因此，有必要在此基础上研发一种光放大器
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于满足实际需求，提供一种光放大器
、
掺铒波导的制作方法
、
集成方法及放大方法，将掺铒波导和传统的光放大技术结合，利用掺铒波导的放大特性，实现了在小面积光子器件上的光放大；同时利用空间光耦合的方式，提升了系统的灵活性和稳定性
。
[0006]第一方面，本专利技术的第一目的是提供一种光放大器，沿着光路依次包括：一号泵浦激光器
、
波分复用器
、
准直物镜
、
分光镜
、
掺铒波导
、
分光反射镜和二号泵浦激光器；所述一号泵浦激光器的输出端口通过光纤连接波分复用器的泵浦端口；信号光发生器的输出端口通过光纤连接波分复用器的信号端口
。
[0007]在上述光放大器的方案中，所述准直物镜
、
分光镜
、
掺铒波导和分光反射镜由光聚合物在硅基底上通过
3D
打印制成集成光放大芯片
。
[0008]第二方面，本专利技术的第二目的是提供一种掺铒波导的制作方法，包括以下步骤：
[0009]S1、
将厚度为
1um
的掺铒玻璃粘接在
500um
厚的硅衬底上，形成第一掺铒玻璃晶圆；
[0010]S2、
通过磁控溅射技术在所述第一掺铒玻璃晶圆的表面均匀沉积厚度为
1um
的铬金属薄膜层，形成第二掺铒玻璃圆晶；
[0011]S3、
利用飞秒激光技术在所述铬金属薄膜层的表面进行激光烧蚀，烧蚀过程中利用位移平台移动所述第二掺铒玻璃晶圆，获得所需的波导图案，形成第三掺铒玻璃圆晶；
[0012]S4、
对所述第三掺铒玻璃圆晶进行化学机械抛光光刻，得到由所述铬金属薄膜层
掩盖的掺铒玻璃波导结构；
[0013]S5、
对所述掺铒玻璃波导结构利用飞秒激光进行烧蚀，去除掺铒玻璃波导结构上方覆盖的铬金属薄膜层；
[0014]S6、
重复进行化学机械抛光光刻，得到表面及侧壁光滑的掺铒波导
。
[0015]在上述基于掺铒波导的制作方法的方案中，所述掺铒玻璃中铒离子的浓度为
2.0
×
10
20
/cm3。
[0016]在上述基于掺铒波导的制作方法的方案中，步骤
S3
中所述飞秒激光技术中的激光束的中心波长为
1028nm
，脉冲持续时间为
200fs
，提供的光斑大小为
1um
，所述位移平台的平移分辨率为
100nm。
[0017]在上述基于掺铒波导的制作方法的方案中，步骤
S4
中所述化学机械抛光光刻技术中的抛光浆为颗粒直径为
50nm
的二氧化硅颗粒悬浮液
。
[0018]在上述基于掺铒波导的制作方法的方案中，步骤
S6
中通过控制化学机械抛光光刻的时间控制掺铒波导的厚度及侧壁垂直角度，所述掺铒波导厚度为
700nm
，宽度为
3um
，侧壁角度为
80
°
。
[0019]在上述基于掺铒波导的制作方法的方案中，所述掺铒波导为2×
1cm
的矩形
。
[0020]在上述基于掺铒波导的制作方法的方案中，所述掺铒波导的内部单个掺铒波导长度为
15cm
的螺旋型
。
[0021]第三方面，本专利技术的第三目的是提供一种集成光放大芯片的
3D
打印方法，，包括以下步骤：
[0022]步骤一
、
利用计算机设计软件对集成光放大芯片内部的微型准直物镜
、
微型分光反射镜
、
掺铒波导
、
微型分光反射镜分别进行三维建模，并将三维模型由底层到顶层进行切片，形成由底层到顶层的切片序列，并将切片信息加载到
3D
打印系统中；
[0023]步骤二
、
将硅基底作为
3D
打印基底，并将光聚合物均匀涂覆于基底表面；
[0024]步骤三
、
利用
3D
打印系统对切片序列进行逐层打印；
[0025]步骤四
、
打印完成后，将打印样品浸泡在丙二醇
‑
甲醚醋
‑
酸酯
(PGMEA)
溶液中培养
20
分钟，随后在异丙醇中清洗得到集成光放大芯片
。
[0026]进一步，集成光放大芯片的内部器件
3D
打印的顺序为：掺铒波导
、
微型分光反射镜
、
微型分光镜和微型准直物镜；
[0027]掺铒波导采用的光化合物为铒离子掺杂的光敏树脂材料，剩下的部件采用的光化合物为添加二氧化硅的光敏树脂材料；
[0028]微型准直物镜的长度为
200
μ
m
，直径为
150
μ
m
，将入射的空间光束准直到直径为
80
μ
m
；
[0029]微型分光镜的上表面为边长
2mm
的正方形，厚度为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光放大器，其特征在于，沿着光路依次包括：一号泵浦激光器
(2)、
波分复用器
(3)、
准直物镜
(4)、
分光镜
(5)、
掺铒波导
(6)、
分光反射镜
(7)
和二号泵浦激光器
(8)
；所述一号泵浦激光器
(2)
的输出端口通过光纤连接波分复用器
(3)
的泵浦端口；信号光发生器
(1)
的输出端口通过光纤连接波分复用器
(3)
的信号端口
。2.
根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，所述准直物镜
(4)、
分光镜
(5)、
掺铒波导
(6)
和分光反射镜
(7)
由光聚合物在硅基底上通过
3D
打印制成集成光放大芯片
。3.
一种掺铒波导的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将厚度为
1um
的掺铒玻璃粘接在
500um
厚的硅衬底上，形成第一掺铒玻璃晶圆；
S2、
通过磁控溅射技术在所述第一掺铒玻璃晶圆的表面均匀沉积厚度为
1um
的铬金属薄膜层，形成第二掺铒玻璃圆晶；
S3、
利用飞秒激光技术在所述铬金属薄膜层的表面进行激光烧蚀，烧蚀过程中利用位移平台移动所述第二掺铒玻璃晶圆，获得所需的波导图案，形成第三掺铒玻璃圆晶；
S4、
对所述第三掺铒玻璃圆晶进行化学机械抛光光刻，得到由所述铬金属薄膜层掩盖的掺铒玻璃波导结构；
S5、
对所述掺铒玻璃波导结构利用飞秒激光进行烧蚀，去除掺铒玻璃波导结构上方覆盖的铬金属薄膜层；
S6、
重复进行化学机械抛光过程，得到表面及侧壁光滑的掺铒波导
(6)。4.
根据权利要求3所述的掺铒波导的制作方法，其特征在于，所述掺铒玻璃中铒离子的浓度为
2.0
×
10
20
/cm3。5.
根据权利要求3所述的掺铒波导的制作方法，其特征在于，步骤
S3
中所述飞秒激光技术中的激光束的中心波长为
1028nm
，脉冲持续时间为
200fs
，提供的光斑大小为
1um
，所述位移平台的平移分辨率为
100nm。6.
根据权利要求3所述的掺铒波导的制作方法，其特征在于，步骤
S4
中所述化学机械抛光光刻技术中的抛光浆为颗粒直径为
50nm
的二氧化硅颗粒悬浮液
。7.
根据权利要求3所述的掺铒波导的制作方法，其特征在于，步骤
S6
中通过控制化学机械抛光光刻的时间控制掺铒波导
(6)
的厚度及侧壁垂直角度，所述掺铒波导厚度为
700nm
，宽度为
3um
，侧壁角度为
80
°
；所述掺铒波导为2×
1cm
的矩形；所述掺铒波导内部的波导长度为
15cm
的螺旋型
。8.
一种集成光放大芯片的
3D
打印方法，其特征在于，包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴武涛，刘海锋，刘波，吴继旋，
申请(专利权)人：天津寰宇星通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：