CN100570419C - 一种含Cu离子的光波导 - Google Patents
一种含Cu离子的光波导 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100570419C CN100570419C CNB2008100598749A CN200810059874A CN100570419C CN 100570419 C CN100570419 C CN 100570419C CN B2008100598749 A CNB2008100598749 A CN B2008100598749A CN 200810059874 A CN200810059874 A CN 200810059874A CN 100570419 C CN100570419 C CN 100570419C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ion
- diffusion region
- optical waveguide
- ion diffusion
- tabular
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 53
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 61
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 74
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000005385 borate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 229910001419 rubidium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 abstract description 54
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 13
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 229960003280 cupric chloride Drugs 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含Cu离子的光波导。在玻璃基片上表面设有平板状Cu离子扩散区，在平板状Cu离子扩散区中设有条形高极化率离子扩散区，条形高极化率离子扩散区作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区的折射率高于玻璃基片的折射率，也高于平板状Cu离子扩散区的折射率。由于条形高极化率离子扩散区在平板状Cu离子扩散区的基础上形成，这种离子交换光波导具有Cu离子的蓝绿发光特性。同时这种光波导的制作过程中避免了高温条件下Cu盐离子交换形成条形光波导的离子交换过程，对掩膜的要求降低，因此具有更低的成本。
Description
技术领域
本发明涉及集成光器件技术，特别是涉及一种含Cu离子的光波导。
背景技术
集成光路是指在同一块衬底的表面上，用折射率略高的材料制作光波导，并以此为基础再制作光源、光栅等各种光学器件。通过这种集成化，可以实现光学系统的小型化、轻量化、稳定化和高性能化的目的。随着现代光纤通信技术和光纤传感技术的发展，集成光器件越来越受到人们的重视。
用于集成光器件制作的材料主要有Si、二氧化硅、砷化镓磷化铟等III-V族半导体材料，聚合物、玻璃等。基于离子交换技术的玻璃光波导器件具有成本低、工艺简单、传输损耗低、PDL(偏振相关性)小、制作容差性大、可批量生产等显著特点。
玻璃基光波导器件一般采用离子交换法制作。离子交换过程中，玻璃基片中的一价阳离子(通常是Na+)与外界的较高极化率的离子(譬如Ag+，Cu+，Cs+或Tl+)进行离子交换，高极化率离子在玻璃基片上形成离子交换区，该离子交换区具有较高的折射率，形成波导的芯部。
近年来，采用Cu离子交换制作的光波导器件的制作成为近年来研究者们关注的热点。Cu离子交换形成的光波导具有蓝绿发光特性，因而Cu离子交换平面波导可以用于非线性光波导器件的制作，或者实现蓝绿波段激光器与放大器。
通常的Cu离子交换光波导的制作方法如图1所示。包括在玻璃基片1上制作掩膜2，将带有掩膜2玻璃基片放入含有Cu+或者Cu2+离子的熔盐中进行离子交换，熔盐中的Cu+或者Cu2+离子进入玻璃基片，并在玻璃基片中形成条形Cu离子扩散区3。条形Cu离子扩散区3具有比玻璃基片1更高的折射率，作为光波导的芯层。这种光波导的缺点在于：由于含有Cu离子的盐具有较高的熔点，另一方面Cu离子在玻璃中的扩散速度很慢，Cu离子交换的交换温度很高，通常在530℃以上，对掩膜2的耐高温和耐腐蚀特性提出了较高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含Cu离子的光波导。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
在玻璃基片上表面设有平板状Cu离子扩散区，在平板状Cu离子扩散区中设有条形高极化率离子扩散区，高极化率离子扩散区作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区的折射率高于玻璃基片的折射率，也高于平板状Cu离子扩散区的折射率。
本发明具有的有益效果是：
这种Cu离子交换光波导第一次离子交换过程在玻璃基片1上形成平板状Cu离子扩散区4不需要掩膜。避免了通常的Cu离子交换形成条形光波导的过程中的高温过程对掩膜耐腐蚀性和耐高温性的影响。
这种Cu离子交换光波导通过第二次离子交换形成条形高极化率离子扩散区5，作为光波导的芯层。第二次离子交换形成光波导芯层的过程温度较低，譬如采用Ag离子交换，离子交换温度在300℃左右，对离子扩散掩膜的耐高温和耐腐蚀性能的要求大幅度降低。
这种Cu离子交换光波导的形成过程采用了两次离子交换工艺，第二次离子交换工艺交换温度远低于第一次离子交换工艺，在第二次离子交换工艺中Cu离子扩散系数小，因此可以保持第一次离子交换形成的平板状Cu离子扩散区4中Cu离子浓度分布保持不变，便于离子交换工艺的设计。
这种Cu离子交换光波导的制备过程具有传统的离子交换工艺的优点，采用常规的工艺即可实现。
由于在条形高极化率离子扩散区5平板状Cu离子扩散区4的基础上形成，条形高极化率离子扩散区5中含有Cu离子，因此，与采用通常的Cu离子交换光波导相同，这种Cu离子交换光波导具有蓝绿发光特性。
附图说明
图1是传统离子交换光波导的横截面结构示意图。
图2是本发明所涉及Cu离子交换光波导横截面结构示意图。
图3是本发明所涉及Cu离子交换光波导第一次离子交换后的横截面结构示意图。
图4是本发明所涉及Cu离子交换光波导第二次离子交换后的横截面结构示意图(条形高极化率离子扩散区比平板状Cu离子扩散区浅)。
图5是本发明所涉及Cu离子交换光波导第二次离子交换后的横截面结构示意图(条形高极化率离子扩散区比平板状Cu离子扩散区深)。
图中：1、玻璃基片，2、掩膜，3、条形Cu离子扩散区，4、平板状Cu离子扩散区，5、条形高极化率离子扩散区。
具体实施方式
如图2、图4所示，本发明在玻璃基片1上表面设有平板状Cu离子扩散区4，在平板状Cu离子扩散区4中设有条形高极化率离子扩散区5，作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区5的折射率高于玻璃基片1的折射率，也高于平板状Cu离子扩散区4的折射率。
所述的玻璃基片1其材料为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或者磷酸盐玻璃。
所述的高极化率离子为Ag+、Tl+、Cs+或Rb+离子。
所述的光波导为单模光波导或者多模光波导。
所述的条形高极化率离子扩散区5的厚度小于平板状Cu离子扩散区4的厚度，或大于平板状Cu离子扩散区4的厚度。
制作这种Cu离子交换光波导所采用的技术方案是：首先在玻璃基片1上通过熔盐离子交换工艺形成平板状Cu离子扩散区4，这次离子交换工艺在无掩膜的条件下进行；再通过第二次离子交换工艺，采用含有高极化率离子的熔盐作为离子源，在平板状Cu离子扩散区4中制作条形高极化率离子扩散区5，为了获得条形的光波导，这次离子交换在掩膜2的辅助下进行。第二次离子交换过程形成的条形高极化率离子扩散区5的折射率高于玻璃基片1和平板状Cu离子扩散区4的折射率，成为条形光波导的芯部。
本发明所涉及的Cu离子交换光波导通过如下方式实施：
(1)玻璃基片上平板状Cu离子扩散区的制备：
采用硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或者磷酸盐玻璃材料作为玻璃基片，采用熔盐离子交换工艺在玻璃基片上制作平板状Cu离子扩散区。如图3所示。
所采用的熔盐为含铜离子的熔盐，如硫酸铜、氯化铜或硝酸铜，与其它熔盐的混合物离子交换温度为500-600℃，交换时间为5分钟到数小时。
(2)采用微细加工工艺在玻璃的表面制作掩膜：
采用蒸发或溅射工艺在平板状Cu离子扩散区上制作掩膜，掩膜材料为铝，铬-金或者钛。采用标准的光刻腐蚀工艺在掩膜上制备所需的条形光波导的图形。
(3)采用离子交换工艺制作条形高极化率离子扩散区：
采用熔盐离子交换工艺在玻璃基片表面平板状Cu离子扩散区上制备条形高极化率离子扩散区。
采用含有高极化率离子(Ag+、Tl+、Cs+或Rb+)的无机盐(硝酸盐、硫酸盐或碳酸盐)的混合熔盐作为离子源，离子交换温度为200-450℃，交换时间为数分钟到数小时，根据具体的要求而定。条形高极化率离子扩散区的厚度
可以小于平板状Cu离子扩散区的厚度，如图4所示；也可以大于平板状Cu离子扩散区的厚度，如图5所示。
(4)采用腐蚀工艺将玻璃表面的掩膜去除。
Claims (5)
1.一种含Cu离子的光波导，其特征在于：在玻璃基片(1)上表面设有平板状Cu离子扩散区(4)，在平板状Cu离子扩散区(4)中设有条形高极化率离子扩散区(5)，作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区(5)的折射率高于玻璃基片(1)的折射率，也高于平板状Cu离子扩散区(4)的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种含Cu离子的光波导，其特征在于：所述的玻璃基片(1)其材料为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或者磷酸盐玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种含Cu离子的光波导，其特征在于：所述的高极化率离子为Ag+、Tl+、Cs+或Rb+离子。
4.根据权利要求1所述的一种含Cu离子的光波导，其特征在于：所述的光波导为单模光波导或者多模光波导。
5.根据权利要求1所述的一种含Cu离子的光波导，其特征在于：所述的条形高极化率离子扩散区(5)的厚度小于平板状Cu离子扩散区(4)的厚度，或大于平板状Cu离子扩散区(4)的厚度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2008100598749A CN100570419C (zh) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | 一种含Cu离子的光波导 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2008100598749A CN100570419C (zh) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | 一种含Cu离子的光波导 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101251621A CN101251621A (zh) | 2008-08-27 |
| CN100570419C true CN100570419C (zh) | 2009-12-16 |
Family
ID=39955104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2008100598749A Expired - Fee Related CN100570419C (zh) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | 一种含Cu离子的光波导 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100570419C (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104656187B (zh) * | 2015-02-06 | 2018-04-20 | 浙江大学 | 一种集成磁光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 |
| CN104656188B (zh) * | 2015-02-06 | 2018-02-16 | 浙江大学 | 一种含有铁磁金属纳米颗粒的玻璃基离子交换光波导 |
| CN105700075B (zh) * | 2016-04-15 | 2019-09-27 | 苏州光幔集成光学有限公司 | 适用于多光纤系统的plc多模光波导及制作方法 |
| CN113185145B (zh) * | 2021-04-28 | 2022-05-17 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 抑制放大自发辐射和寄生振荡的激光钕玻璃及其制备方法和应用 |
| CN114014558A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-02-08 | 天津光电通信技术有限公司 | 一种bk7玻璃复合波导 |
-
2008
- 2008-02-26 CN CNB2008100598749A patent/CN100570419C/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 铜离子交换单步掩埋BK7 玻璃波导的制备与表征. 王鹏飞等.中国激光，第31卷第10期. 2004 |
| 铜离子交换单步掩埋BK7 玻璃波导的制备与表征. 王鹏飞等.中国激光，第31卷第10期. 2004 * |
| 高斯折射率分布Cu+-Na+离子交换玻璃波导的制备. 王鹏飞等.中国激光，第31卷第1期. 2004 |
| 高斯折射率分布Cu+-Na+离子交换玻璃波导的制备. 王鹏飞等.中国激光，第31卷第1期. 2004 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101251621A (zh) | 2008-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Findakly | Glass waveguides by ion exchange: a review | |
| CN100412583C (zh) | 单侧熔盐电场辅助离子交换制备掩埋式玻璃光波导的方法 | |
| CN102645701B (zh) | 采用离子交换法在玻璃基片表面制作光波导的方法 | |
| US5475528A (en) | Optical signal amplifier glasses | |
| CN100570419C (zh) | 一种含Cu离子的光波导 | |
| CN104656188B (zh) | 一种含有铁磁金属纳米颗粒的玻璃基离子交换光波导 | |
| US20030024274A1 (en) | Method of manufacturing a planar waveguide using ion exchange method | |
| US11307352B2 (en) | Optical waveguide article with laminate structure and method for forming the same | |
| JPH02221139A (ja) | 直埋導波管の製作方法 | |
| WO2016180061A1 (zh) | 光波导制造方法、光波导和计算机存储介质 | |
| CN104656187B (zh) | 一种集成磁光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 | |
| CN101776782B (zh) | 一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 | |
| CN102645700B (zh) | 玻璃基掩埋光波导的制作方法 | |
| CN100392446C (zh) | 一种离子掩膜制作玻璃光波导的方法 | |
| US6818577B2 (en) | Optical waveguide element and method for preparation thereof | |
| JP2004102210A (ja) | ガラス、光導波路製造方法および光導波路 | |
| CN106291816B (zh) | 一种提高玻璃基光波导芯片均匀性的方法 | |
| CN107643560A (zh) | 一种磁光玻璃基离子交换制备磁光平面波导的方法 | |
| CN102193146A (zh) | 一种玻璃基全掩埋式条形光波导堆栈的制作方法 | |
| CN102633434A (zh) | 一种集成光学用玻璃基片材料及其制备方法 | |
| CN101021594A (zh) | 一种玻璃－玻璃复合光波导 | |
| US20060083474A1 (en) | Potassium free zinc silicate glasses for ion-exchange processes | |
| CN111158084A (zh) | 一种离子交换玻璃基表面波导模斑转换器的制作方法 | |
| CN100359348C (zh) | 离子交换工艺中基片表面的保护方法 | |
| CN1553236A (zh) | 掺铒磷酸盐两步离子交换光波导制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091216 Termination date: 20100226 |