一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝，主要是利用高能激光在玻璃基中內(nèi)雕形成導(dǎo)光光路的制作玻璃基光波導(dǎo)芯片工藝，這種工藝可以非常方便地制造任意三維立體結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)芯片，進(jìn)一步提高了光芯片的集成度，并極大的簡(jiǎn)化了以前制造光波導(dǎo)芯片的復(fù)雜的工藝步驟，減少了生產(chǎn)時(shí)間，降低了成本，更好的控制和改善了光波導(dǎo)傳輸?shù)牟迦霌p耗，偏振模色散，偏振相關(guān)損耗等性能指標(biāo)。為普及FTTH(光纖到戶)提供了更充分的條件。
【專利說明】一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信芯片領(lǐng)域，特別是一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在制造光波導(dǎo)芯片的工藝一般為硅基的PECVD(離子增強(qiáng)化學(xué)沉積法)和FHD (火焰水解法)制作，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積利用輝光放電，在高頻電場(chǎng)下使稀薄氣體電離產(chǎn)生等離子體，這些離子在電場(chǎng)中被加速而獲得能量，可在較低溫度下實(shí)現(xiàn)二氧化硅薄膜的沉積，利用離子增強(qiáng)化學(xué)沉積法要通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的流量比，反應(yīng)室中的壓力、溫度及射頻功率等參數(shù)，控制二氧化硅膜的生長(zhǎng)速率，將沉積后的硅基片進(jìn)行退火，消除二氧化硅中氫原子的影響，得到高質(zhì)量的二氧化硅膜。波導(dǎo)層可用摻雜的方式獲得，雜質(zhì)包括磷、鍺等，通過摻雜使其折射率較上下包層稍大，制備摻鍺的二氧化硅層時(shí)，可用鍺烷(以氬氣稀釋)作為鍺的先驅(qū)體。
[0003]FHD (火焰水解法)是首先用FHD在硅基片上沉積二氧化硅層和二氧化硅-氧化鍺摻雜層，分別作為下包層和波導(dǎo)層。制備過程中可加入少量三氯化磷和三氯化硼，以降低玻璃化溫度。然后將沉積二氧化硅后的硅基片進(jìn)行高溫處理，得到致密化的二氧化硅層。利用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)刻蝕出波導(dǎo)圖形，然后再沉積一層二氧化硅，經(jīng)高溫處理后，形成波導(dǎo)的上包層。
[0004]玻璃基光波導(dǎo)芯片的制造是用離子交換法來制作，高溫下玻璃中可被交換的離子主要是堿金屬鈉離子、鉀離子，而外界的交換離子主要有:鋰離子、鉀離子、銣離子、鈦離子、銀離子。一次離子交換主要通過純熱擴(kuò)散，在玻璃表面形成光波導(dǎo)，其折射率變化最大值位于玻璃表面，光波在玻璃表面?zhèn)鬏敗２ＡП砻娴娜毕菔沟眠@種波導(dǎo)傳輸損耗很高。同時(shí)波導(dǎo)截面及光場(chǎng)的不對(duì)稱性使得波導(dǎo)的耦合損耗以及偏振相關(guān)損耗嚴(yán)重，目前一次離子交換主要用于需要光場(chǎng)泄露到表面的傳感波導(dǎo)器件制作，二次電場(chǎng)輔助掩埋主要通過高溫下電場(chǎng)將交換離子從玻璃表面推到玻璃內(nèi)部。
[0005]以上的共同缺點(diǎn)就是工藝復(fù)雜多樣，設(shè)備的成本高，生產(chǎn)時(shí)間效率慢，其中還有刻蝕，掩膜等繁多工藝，對(duì)車間的潔凈程度也是有很高的要求，這就導(dǎo)致現(xiàn)在的光波導(dǎo)集成芯片的高昂的價(jià)格。并且離子增強(qiáng)化學(xué)沉積法使用一系列的化學(xué)物質(zhì)，硅烷，笑氣都是對(duì)空氣有一定的污染危害程度的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明公開了一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝，包括使用高能激光在玻璃基片上或者基片內(nèi)聚焦進(jìn)行對(duì)玻璃質(zhì)的灼燒，根據(jù)電腦預(yù)先設(shè)計(jì)的灼燒路徑進(jìn)行激光聚焦點(diǎn)的移動(dòng)，從而在玻璃基片上或者內(nèi)部形成光波導(dǎo)信號(hào)傳輸導(dǎo)帶。
[0008]高能激光在基片上或內(nèi)部聚焦灼燒產(chǎn)生微小氣泡，在內(nèi)部形成折射率差，可以灼燒出管狀空腔導(dǎo)光通道，也可以灼燒成管狀處為低折射率態(tài)，管內(nèi)為高折射率態(tài)，管內(nèi)通道由管壁灼燒包裹，從而在管內(nèi)傳輸光信號(hào)，管狀的形狀由電腦預(yù)設(shè)的激光點(diǎn)行程所完成。由于激光點(diǎn)可以聚焦到微米級(jí)，形成的導(dǎo)光管徑可以控制在10微米以內(nèi)。
[0009]激光聚焦可以是透鏡聚焦或多激光束交叉聚焦，使用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和高精度、高效率的伺服控制系統(tǒng)，在玻璃基片內(nèi)部雕刻行程導(dǎo)光條，激光器一般為Nd = YAG激光器，激光波長(zhǎng)為1.06 μ m, Nd: YAG激光器以其增益高、閾值低、量子效率高、熱效應(yīng)小、機(jī)械性能良好、適合各種工作模式(連續(xù)、脈沖)等特點(diǎn)。由于要在玻璃基片上形成的波導(dǎo)光路需要管內(nèi)具有平整性，所以連續(xù)模式和高頻脈沖模式激光是優(yōu)選，主要采用鎖模技術(shù)可得到皮秒級(jí)的超短脈沖。根據(jù)激光能量調(diào)制，加工速度可以達(dá)到100mm/s-150mm/s。
[0010]制作立體型光波導(dǎo)芯片，可以在激光器的行程上設(shè)置第三維度的行徑路線，激光器在這樣的路徑上面行走，即可燒出立體型結(jié)構(gòu)。
[0011]這種工藝可以制作各種光集成芯片，包括光分路器、陣列波導(dǎo)光柵、布拉格光柵。
[0012]圖中:11為激光器
[0013]12為激光束
[0014]13為玻璃基底

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。
[0016]圖1為本發(fā)明工藝的激光工作原理示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明所述玻璃基片正面激光加工后的圖形示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明所述的三維立體光波導(dǎo)芯片示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明所述可用此工藝制備的陣列波導(dǎo)光柵圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明公開提供了一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝，其特征在于:用高能激光在電腦控制的預(yù)設(shè)行程路徑下，在玻璃基片上或者基片內(nèi)激光聚焦形成的高能光點(diǎn)對(duì)玻璃內(nèi)部進(jìn)行灼燒，爆現(xiàn)出跟原玻璃基片折射率不一樣的折射率，從而形成折射率差，可以讓傳輸?shù)墓庑盘?hào)在波導(dǎo)光路內(nèi)行進(jìn)。
2.一種玻璃基光波導(dǎo)芯片激光內(nèi)雕工藝，其特征在于:使用此工藝可制造任意三維立體結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)芯片。
【文檔編號(hào)】G02B6/13GK104345386SQ201310334627
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】丁齊頎, 陳谷紅 申請(qǐng)人:宜興新崛起光集成芯片科技有限公司