【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学通讯和集成光子学器件，特别是一种利用化学机械抛光工艺制备的基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器的方法，具体是基于多模干涉仪和波导延迟线的相干合成放大器及制备，通过飞秒激光刻蚀掺杂了一定浓度的稀土离子的晶体、二氧化硅、硅、iii-v族化合物半导体材料、氮化硅等薄膜材料，并结合化学抛光技术，得到损耗小，输出功率高且功率可调的相干合成放大器，最后通过与光纤锥耦合和集成，得到高功率、可调节、带宽大、易集成的相干合成波导放大器。
技术介绍
1、集成光路，旨在将光学器件和光路在衬底上小型化、集成化，降低光学系统的尺寸、能耗、时延，提高光学系统的稳定性、处理速度等性能，有望突破目前光信息处理系统面临的能耗、带宽瓶颈。集成光学的概念于1969年被提出，从此揭开了光子学器件集成技术研究的序幕。硅基光子学由于目前非常成熟的硅基电子学制备工艺，一直都是集成光学最大研究热点，而铌酸锂光子器件因其强非线性效应和高电光效应两大独特优势已经在超高速光电信号转化、弱光非线性光学和光学频率梳等领域异军突起，因此铌酸锂光子学成为当前集成光学的热点研究领域之一【参见文献：g.poberaj,et al.laser&photonicsreviews,2012,6(4):488-503；a.boes,et al.laser&photonics reviews,2018,12(4):1700256；y.kong,et al.advanced materials,2020,32(3):1806452.】。
2、激光和放大器功率扩展
3、到目前为止，分别在er3+掺杂的tfln和yb3+掺杂的tfln上实现了工作波长为1微米和1.5微米的波导放大器。然而，由于增益饱和和吸收损耗，单通道波导放大器的输出功率受到限制，低于1毫瓦。因此，片上单通道波导放大器功率有限，有很强的动机将多个波导放大器的输出利用相干合成进行合束，有效的提升光放大的输出功率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服光子芯片上单通道波导放大器的损伤阈值和非线性光学效应的限制而提供的一种多个波导放大器进行片上相干合束的集成器件—一种基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器及实现方法，所述方法突破了单通道波导放大器由于饱和吸收损耗以及损伤阈值的输出功率限制，利用低损耗容差大的mmi(多模干涉仪)实现多通道波导放大器的相干合成。
2、实现本专利技术目的的具体技术方案是：
3、一种基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器的实现方法，该方法包括以下具体步骤：
4、步骤1：设计铌酸锂光子芯片结构
5、铌酸锂光子芯片设计为：由波导放大器、铌酸锂电光调制器及多模干涉仪即mmi组成；根据自成像原理设计n*n以及2*n多模干涉仪即mmi的结构参数；根据饱和增益大于传输损耗的原理设计波导放大器的长度；由波导放大器、n*n以及2*n多模干涉仪与铌酸锂电光调制器集成得到设计的铌酸锂光子芯片结构；所述铌酸锂光子芯片的机理是，利用n*n的多模干涉仪mmi将入射光进行n路的均匀分束，集成的铌酸锂电光调制器用来锁定等长的n个波导放大器之间的相对相移，最终利用2*n多模干涉仪mmi合束；其中n≥2，代表集成所需波导放大器的个数，n越大，相干合成波导放大器的输出功率越大；根据所述的设计能够得到铌酸锂光子芯片的设计版图，设计版图中包括n*n多模干涉仪(mmi)、2*n多模干涉仪(mmi)、波导放大器以及铌酸锂电光调制器；
6、步骤2：铌酸锂光子芯片制备
7、取一片硅基底，其表面覆有二氧化硅层，并在二氧化硅层上制备铌酸锂薄膜；选取铬作为掩膜材料，在铌酸锂薄膜上沉积铬薄膜，制备好具有掩膜的基片；
8、利用python软件将铌酸锂光子芯片的设计版图转换为飞秒直写路径的版图，并使用飞秒激光在基片的铬掩膜上进行刻写，得到包含n*n多模干涉仪(mmi)、2*n多模干涉仪(mmi)和波导放大器的掩膜版；
9、使用化学机械抛光对带有掩膜版的基片进行刻蚀，将掩膜版的图案转移到基片上，然后使用铬腐蚀溶液将基片表面的铬掩膜腐蚀掉，得到具有n*n多模干涉仪(mmi)、2*n多模干涉仪(mmi)和波导放大器结构的基片；
10、选取铬-金-铬作为所述铌酸锂电光调制器的金属掩膜，并根据步骤1中铌酸锂电光调制器的设计版图，用飞秒激光器直写掩膜表层的铬，制作成铌酸锂电光调制器的掩膜版，再依次腐蚀掉掩膜版之外的金和顶层的铬掩膜，得到铌酸锂电光调制器；
11、通过以上步骤，制得由波导放大器、铌酸锂电光调制器及多模干涉仪(mmi)组成的铌酸锂光子芯片；
12、通过化学机械研磨对铌酸锂光子芯片的端面进行抛光处理；
13、所述铌酸锂光子芯片中铌酸锂薄膜的厚度选取为500-5000nm；基底的二氧化硅层厚度选取为1-5um；硅基底的厚度根据需求做任意选择；
14、步骤3：封装集成
15、将1480nm泵浦激光二极管芯片、1550nm激光二极管芯片与制备好的铌酸锂光子芯片的入射端进行耦合并封装，铌酸锂光子芯片的出射端通过一根光纤锥透镜导入光谱分析仪，将探测端接入示波器，通过上述方法制得所述基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器。
16、一种上述方法实现的基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器。
17、所集成的相干合成波导放大器包括1480nm泵浦激光二极管阵列、1550nm激光二极管、n路波导放大器、铌酸锂电光调制器、n*n以及2*n多模干涉仪(mmi)；器件材料种类包括铌酸锂、二氧化硅及硅；将光纤锥和激光二极管芯片与铌酸锂芯片耦合、集成、封装，实现相干合成的一体化集成器件。所述相干合成波导放大器片上输出功率最高达毫瓦，并且输出功率随着n的增加线性叠加，总的集成器件尺寸在毫米级别。
18、与现有技术相比较，本专利技术的优点在于：
19、(1)突破了单通道波导放本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器的实现方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
2.一种权利要求1所述方法实现的基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器。
3.根据权利要求2所述的基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器，其特征在于，所述相干合成波导放大器片上输出功率最高达毫瓦，并且输出功率随着N的增加线性叠加，总的集成器件尺寸在毫米级别。
【技术特征摘要】
1.一种基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器的实现方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
2.一种权利要求1所述方法实现的基于铌酸锂薄膜的相干合成波导放大器。
【专利技术属性】
技术研发人员：程亚，保睿，方致伟，张海粟，汪旻，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：
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