CN103676001B - 三维玻璃光波导制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维玻璃光波导的制备方法，首先通过湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺或激光微加工技术在钠钙玻璃基板上制备出脊型、槽型、台阶型中的一种或几种三维玻璃结构，然后对刻蚀后的玻璃基板进行离子交换得到脊型玻璃光波导或侧壁型玻璃光波导或脊型/侧壁型耦合式玻璃光波导。与常用的“先离子交换后刻蚀”制备三维玻璃光波导的方法相比，本发明的三维玻璃光波导制备方法在制作工艺上没有增添任何难度，而且能够显著缩短离子交换时间，进而能够抑制由离子交换引起的表面粗糙度增加，制得的三维玻璃光波导侧壁折射率对比度大，因而侧壁消逝场强，适合制作高灵敏度生化传感器和曲率半径小的光子器件。

Description

三维玻璃光波导制备方法

技术领域

本发明涉及集成光波导制备技术和集成光波导器件领域，具体地说是关于一种三维玻璃光波导的制备方法。

背景技术

由离子交换技术在玻璃基板上制备的埋入式条形光波导具有成本低，制作方法简单，机械强度高，热力学稳定性好，耐酸耐碱，传播损失小，和光纤耦合兼容等优点，因此被广泛用于制备各种光子器件和生化传感器。这种埋入式条形玻璃光波导是一种折射率渐变型光波导，两侧的折射率对比度非常小，对导波光的束缚非常弱，不能形成曲率半径较小的弯曲波导结构，因而不适合用于制作体积小、结构紧凑的光子器件，也不适合在单一芯片上制作集成度高的多功能光子器件。不仅如此，渐变系数的导波层还使得埋入式条形玻璃光波导的消逝场非常弱，使得所制备的生化传感器灵敏度低，不能进行低浓度检测。为了实现低浓度探测，需要通过加长埋入式条形玻璃光波导的长度来提高传感器的积分灵敏度，这就势必会导致传感器尺寸的增加和传播损失的增大，同时也不利于多传感器的单片集成。

与埋入式条形玻璃光波导相比，离子交换脊型玻璃光波导在侧壁界面处的折射率呈突变型，且差值非常大，因此对导波光的横向束缚非常强，容许形成曲率半径非常小的弯曲波导结构。也就是说，离子交换脊型玻璃光波导能够用于在同一芯片上制备体积小、结构紧凑、集成度高的多功能光子器件。而且，离子交换脊型玻璃光波导的侧壁消逝场也有助于提高传感器灵敏度。

在之前的专利报道中，已有关于离子交换脊型玻璃光波导的制备，例如，2002年由浙江大学何塞灵教授申请的国家发明专利《基于离子交换的脊型光波导器件的制作方法》(公开号CN1424597A)和2005年由中科院上海微系统与信息技术研究所吴亚明申请的国家发明专利《一种玻璃光波导的制作方法》(公开号CN1719291A)。而且，这种先交换后刻蚀的脊型玻璃光波导制作方法还被写入由宋贵才等人编著，清华大学出版社于2012年出版的《光波导原理与器件》教材中，其特征都是先进行离子交换获得平板玻璃波导再对平板玻璃波导进行刻蚀而制备出脊型玻璃光波导。此外，Tzyy-JiannWang等人还提出通过刻蚀埋入式离子交换条形玻璃光波导获得脊型玻璃光波导(T.-J.Wang，C.-W.Tu，F.-K.Liu，IEEEJOURNALOFSELECTEDTOPICSINQUANTUMELECTRONICS，VOL.11，NO.2，2005，pp493-499)。这种脊型玻璃光波导的两侧面折射率增量随着刻蚀深度的增大而减小，对零级导模具有良好的约束作用，但是脊周围的消逝场较弱，从研制生化传感器的角度出发，不利于提高单位作用长度的灵敏度。虽然脊型玻璃光波导优于埋入式条形玻璃光波导，目前还缺少更好的方法去制备这种三维玻璃光波导。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种三维玻璃光波导的制备方法，用于在玻璃基板上制备曲率半径非常小的弯曲波导结构，并在同一玻璃基板上制备体积小、结构紧凑、集成度高的多功能光子器件和高灵敏度传感器。该方法工艺流程简单，重复性好，制作精度高，制得的三维玻璃光波导表面散射损失小，消逝场强，和光纤耦合兼容性好。

(二)技术方案

本发明公开了一种三维玻璃光波导的制备方法，其包括：

步骤1、刻蚀玻璃基板形成三维玻璃结构；

步骤2、将刻蚀有三维玻璃结构的玻璃基板浸入熔融的金属盐中进行离子交换，最终形成三维玻璃光波导。

其中，在一优选方案中，步骤1具体包括：

步骤11、在玻璃基板上涂覆光刻胶；

步骤12、通过曝光、显影，以将光子器件结构图案复制到所述玻璃基板上；

步骤13、在玻璃基板的暴露区域淀积一定厚度的金属膜；

步骤14、去掉玻璃基板上剩余的光刻胶及其上方的金属膜，从而在玻璃基板表面形成由金属膜组成的光子器件结构图案；

步骤15、刻蚀玻璃基板，并在刻蚀之后去掉金属膜，以在玻璃基板上形成相应的三维玻璃结构。

其中，在另一优选方案中，步骤1具体包括：

步骤11、在玻璃基板上淀积一定厚度的金属膜；

步骤12、在金属膜上涂覆光刻胶，并进行曝光、显影，以将光子器件结构图案复制到所述金属膜上；

步骤13、刻蚀所述金属膜，从而在玻璃基板表面形成由金属膜组成的光子器件结构图案；

步骤14、去掉玻璃基板上的光刻胶；

步骤15、刻蚀玻璃基板，刻蚀之后去掉金属膜，最后在玻璃基板上形成相应的三维玻璃结构。

其中，步骤1中利用激光微加工技术直接刻蚀玻璃基板，形成三维玻璃结构。

其中，所述玻璃基板为平板钠钙玻璃。

其中，所述三维玻璃结构为脊型结构、槽型结构、台阶型结构及其组合中的一种。

其中，利用湿法刻蚀工艺、干法刻蚀工艺或激光微加工技术对玻璃基板进行刻蚀形成三维玻璃结构，其刻蚀深度为1至10微米。

其中，所述三维玻璃光波导为脊型玻璃光波导、侧壁型玻璃光波导、脊型/侧壁型耦合式玻璃光波导中的一种。

其中，所述光子器件结构图案为三维玻璃光波导组成的图案，所述光子器件结构包括马赫-曾德尔干涉计、微环谐振器、微盘谐振器、3dB分束器、方向耦合器、光波导光栅、光波导波分复用器、以及这些结构的衍生体和组合体。

其中，步骤15中采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述玻璃基板，且为了抑制玻璃刻蚀面的表面粗糙度，刻蚀液由氢氟酸腐蚀液中加入一定量的氟化氨或者盐酸形成。

其中，步骤15中采用干法刻蚀工艺刻蚀所述玻璃基板，且所述干法刻蚀工艺包括反应离子刻蚀、感应耦合离子刻蚀、离子束刻蚀、电子束刻蚀的一种。

其中，在利用干法刻蚀工艺刻蚀玻璃基板的整个过程中，为了使刻蚀面变得光滑，每刻蚀数十分钟就把玻璃基板从刻蚀机中取出后放入稀盐酸中进行清洗，清洗后的玻璃基板被彻底干燥后再放入刻蚀机中继续刻蚀。

其中，所述离子交换包括钾离子交换、银离子交换、铜离子交换、铁离子交换、铊离子交换中的至少一种。

其中，在三维玻璃光波导制备完毕后，利用低折射率薄膜对其进行覆盖保护，所述低折射率薄膜包括氟化镁、二氧化硅、聚四氟乙烯以及多孔薄膜。

其中，在三维玻璃光波导制备完毕后，利用化学或生物分子对其进行表面修饰，使其表面具有疏水功能或具有识别性结合特定分子的功能。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的制备玻璃三维光波导的方法具有以下有益效果：

1、本发明的制备三维玻璃光波导的方法只需要通过刻蚀工艺和离子交换即可制备干涉计、谐振器等集成光子器件芯片，不需要套刻，图形转换精度提高，成本低，制作方法简单成熟，机械强度高，热力学稳定性好，耐酸耐碱，传播损失小，和光纤耦合兼容等优点；

2、本发明制备的三维玻璃光波导相比于现有技术中的埋入式条形离子交换玻璃光波导，侧面折射率对比度大，对光的横向约束能力更强，容许制备曲率半径非常小的波导结构，可以提高集成度，也更易于微型化，适合在单一芯片上制作集成度高的多功能光子器件；

3、这种方法从制备工艺的角度看，脊的三个表面同时发生离子交换，因此可以在较短的交换时间内制备出一个三维玻璃光波导，而在同一玻璃基板的其他区域，单面离子交换不足以在短时间内达到能够支持导模所需要的交换深度。由于离子交换对玻璃具有一定的腐蚀性，会使玻璃表面变得粗糙，而且交换时间越长，玻璃表面粗糙度就越大，从而增大玻璃光波导的表面散射损耗，不利于制作低损耗波导。因此，在利用本发明提出的上述制备方法制备三维玻璃光波导时，离子交换时间的显著缩短有利于抑制波导表面粗糙度，制备低损耗三维玻璃光波导。另一方面，三面同时离子交换还能赋予玻璃脊的每一个侧面最大的折射率增量，这种表面折射率的增大能够有效增强三维玻璃光波导周围的消逝场，从而有利于制作高灵敏度生化传感器。此外，玻璃脊两侧表面折射率的增加也会提高两侧的折射率对比度，有利于制作更小曲率半径的弯曲波导结构。

4、本发明方法简单灵活、实用性强，在制作过程中，掩膜材料和刻蚀源气体也可以根据需要进行选择调整。

5、本发明的三维玻璃光波导芯片，可以通过棱镜耦合、光栅耦合、光纤端面耦合、光波导耦合等多种耦合模式激励导模，并且，经过实验证明，利用本发明制备出的三维玻璃光波导芯片的稳定性好，寿命长。

附图说明

图1为本发明优选实施例中三维玻璃光波导的制备工艺流程示意图；

图2为本发明优选实施例中三维玻璃光波导的制备工艺流程示意图；

图3为本发明中采用湿法刻蚀工艺制备的脊型玻璃结构的扫描电镜照片；

图4为利用本发明提出的制备方法所制作的脊型玻璃结构的台阶仪扫描高度曲线图；

图5为本发明中通过先湿法刻蚀后钾离子交换制作而成的脊型玻璃光波导的折射率分布和横电基模光场分布的仿真结果图；

图6为本发明中通过先湿法刻蚀后钾离子交换制作而成的侧壁型玻璃光波导的折射率分布和横电基模光场分布的仿真结果图；

图7为利用本发明中提出的制备方法所制作的槽型结构三维玻璃侧壁波导；

图8为利用本发明中提出的制备方法所制作的台阶型三维玻璃侧壁波导；

图9为利用本发明中提出的制备方法所制备出的脊型玻璃光波导杨氏干涉计结构图；

图10为利用本发明中提出的制备方法所制备出的脊型玻璃光波导马赫-曾德尔干涉计结构图；

图11为利用本发明所提出的制备方法所制备出的微环谐振器结构图；

图12为利用本发明所提出的制备方法所制备出的脊型/侧壁型耦合式玻璃光波导马赫-曾德尔干涉计结构图；

图13为利用本发明所提出的制备方法所制备出的脊型玻璃直波导与侧壁型玻璃谐振盘组合体结构图；

图14为利用本发明所提出的制备方法所制备出的侧壁型玻璃直波导与脊型玻璃谐振环组合体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

本发明提出了一种制备三维玻璃光波导的制备方法，其包括：

步骤1、刻蚀玻璃基板形成三维玻璃结构；其中，所述玻璃基板为平板钠钙玻璃；利用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺或激光微加工技术对玻璃基板进行刻蚀，刻蚀深度为1至10微米，优选为4微米；

步骤2、将刻蚀有三维玻璃结构的玻璃基板浸入熔融的金属盐中进行离子交换，最终形成三维玻璃光波导。所述离子交换包括钾离子交换、银离子交换、铜离子交换、铁离子交换、铊离子交换中的至少一种。

在利用上述方法制备完成三维玻璃光波导后，利用氟化镁、二氧化硅、聚四氟乙烯以及多孔薄膜等低折射率薄膜对其进行覆盖保护，或者利用化学或生物分子对其进行表面修饰，使其表面具有疏水功能或具有识别性结合特定分子的功能。

其中，在玻璃基板表面刻蚀形成三维玻璃结构可以通过多种方法进行：其一、首先在玻璃基板上涂覆光刻胶，并利用标准光刻工艺把掩膜板上的光子器件结构图案复制到玻璃基板上，然后淀积金属膜，通过脱膜在玻璃基板表面形成由金属膜组成的光子器件结构图案，再利用湿法或干法刻蚀工艺对玻璃基板进行刻蚀，刻蚀之后利用腐蚀液去掉金属膜，就在玻璃基板上形成了三维玻璃结构。其二：首先在玻璃基板上淀积一定厚度的金属膜，然后在金属膜上涂覆光刻胶，接着进行曝光、显影、刻蚀金属膜、去光刻胶。这些步骤完成后就在玻璃基板上形成了由金属膜组成的光子器件结构图案。然后再利用湿法或干法刻蚀工艺对玻璃基板进行刻蚀，刻蚀之后利用金属腐蚀液去掉金属膜，就在玻璃基板上形成了三维玻璃结构。其三：利用激光微加工技术直接刻蚀玻璃基板，形成三维玻璃结构。

图1示出了本发明优选实施例中三维玻璃光波导的制备工艺流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤1，清洗玻璃基板1，然后在玻璃基板1上涂覆光刻胶2，光刻胶厚度与光刻图形的线条粗细有关，可以通过匀胶时间和匀胶速度进行调整。

步骤2，利用标准光刻工艺，通过紫外光源4曝光，一定浓度的显影液显影，把掩膜板3上的光子器件结构图案复制到玻璃基板1上。

步骤3，光刻显影后，通过真空淀积的方法，在玻璃基板1的暴露区域淀积一定厚度的金属膜5；其中真空淀积的方法包括溅射、蒸镀等。

步骤4，通过脱膜即利用洗液去掉玻璃基板1上剩余的光刻胶2及其上方的金属膜5，从而在玻璃基板1表面形成由金属膜5组成的光子器件结构图案。

步骤5，采用湿法刻蚀工艺如HF或在HF中加入一定浓度的NH₄F和盐酸，或干法刻蚀工艺如反应离子刻蚀(RIE)、感应耦合离子刻蚀(ICP)、电子束刻蚀、离子束刻蚀等方法刻蚀玻璃基板，刻蚀之后利用腐蚀液去掉金属膜5，就在玻璃基板1上形成了三维玻璃结构；其中，在利用干法刻蚀工艺刻蚀玻璃基板的整个过程中，为了使刻蚀面变得光滑，每刻蚀数十分钟就把玻璃基板从刻蚀机中取出后放入稀盐酸中进行清洗，清洗后的玻璃基板被彻底干燥再放入刻蚀机中继续刻蚀。

步骤6，把刻蚀后的玻璃基板浸入熔融的金属盐中进行离子交换，通过控制离子交换时间和交换温度，使三维玻璃结构成为三维玻璃光波导6。

图2示出了本发明优选实施例中三维玻璃光波导的制备工艺流程示意图。如图2所示，所述三维玻璃光波导的制备方法包括：

步骤1，清洗玻璃基板1，然后在玻璃基板1上淀积一定厚度的金属膜5。

步骤2，在金属膜5上涂覆光刻胶2，通过紫外光源4曝光，一定浓度的显影液显影，把掩膜板3上的光子器件结构图案复制到金属膜5上。

步骤3，光刻显影后，刻蚀所述金属膜5，从而在玻璃基板1表面形成由金属膜5组成的光子器件结构图案。

步骤4，通过脱膜即利用洗液去掉玻璃基板1上的光刻胶2。

步骤5，采用湿法刻蚀工艺如HF或在HF中加入一定浓度的NH₄F和盐酸，或干法刻蚀工艺如反应离子刻蚀、感应耦合离子刻蚀、电子束刻蚀、离子束刻蚀等方法刻蚀玻璃基板1，刻蚀之后利用金属腐蚀液去掉金属膜5，最后在玻璃基板1上形成了三维玻璃结构。

步骤6，把刻蚀后的玻璃基板浸入熔融的金属盐中进行离子交换，通过控制离子交换时间和交换温度，使得三维玻璃结构成为三维玻璃光波导6。

本发明提出了一种采用脱膜法制作三维玻璃结构，再对刻蚀后的玻璃基板进行离子交换的方法制备脊型玻璃光波导的制备方法，该方法包括：

步骤1，在清洗干净的玻璃基板上涂覆正光刻胶AZ1500，匀胶机预甩速度设置为500～600r/min，预甩时间为10s，正常甩胶速度设置为1800r/min，正常甩胶时间为60s，最后将涂覆正光刻胶的玻璃基片放在80℃的烘箱中前烘30min。

步骤2，采用德国KARLSOSSBSAMA4双面光刻机，将掩膜板上的杨氏干涉双通道波导图案通过曝光、显影和后烘等步骤复制到玻璃基板上，曝光方式为紫外接触式曝光，曝光时间为19s，显影液为质量分数为为0.6％的NaOH溶液，显影时间约为15s。掩膜版上波导宽度为12μm，长度为45mm，两光波导间距为75μm。

步骤3，利用磁控溅射机在具有杨氏双通道光波导干涉图形的玻璃基板表面溅射厚度为的铬/金掩膜。

步骤4，将具有由铬/金掩膜组成的光子结构图案的玻璃基板放置于丙酮溶解液中静置过夜处理进行脱膜。

步骤5，用加入一定浓度氟化铵的氢氟酸缓冲液对由铬/金掩膜组成的光子结构图案的玻璃基板进行湿法刻蚀，缓冲液配比为HF(10ml)+NH₄F(30g)+H₂O(100ml)，刻蚀速率约为0.5～0.7μm/min，湿法刻蚀后的脊型玻璃结构的扫描电镜如图3所示，脊型玻璃结构的台阶仪扫描高度曲线如图4所示，其中双脊间距约75微米，去除金属膜后脊结构高度约3～4微米；

步骤6，用铬腐蚀液和金腐蚀液将湿法刻蚀后三维玻璃结构表面的铬/金掩膜分别去掉。

步骤7，对具有脊型玻璃结构的玻璃基板进行离子交换，制备脊型玻璃光波导，温度为400℃，交换时间20min。通过先湿法刻蚀后钾离子交换制作而成的脊型玻璃光波导的折射率分布和横电基模光场分布的仿真结果如图5所示，其中a表示折射率分布；b表示光场分布，仿真模型是基于对一个利用湿法刻蚀工艺制得的4μm宽玻璃脊在400℃下进行20分钟钾-钠离子交换后获得的脊型玻璃光波导。通过先湿法刻蚀后钾离子交换制作而成的侧壁型玻璃光波导的折射率分布和横电基模光场分布的仿真结果如图6所示，其中a表示折射率分布；b表示光场分布。同时我们利用棱镜耦合装置对该脊型玻璃光波导芯片进行了导波性能测试。

本发明通过上述制备方法，可以制作脊型三维玻璃光波导、侧壁型三维玻璃光波导以及脊型/侧壁耦合式三维玻璃光波导。其中，所述脊型三维玻璃光波导中导波层由整个脊构成，而侧壁型三维玻璃光波导中波导层位于脊、槽或台阶的侧壁上，所述脊型/侧壁型耦合式三维玻璃光波导中，一部分为脊型光波导，另一部分为侧壁型光波导。图1给出的是利用本发明提出的方法所制备出的脊型三维玻璃光波导；图2给出的是利用本发明提出的上述方法所制备出的侧壁型三维玻璃光波导。

另外，本发明提出的上述制备方法中的三维玻璃结构可以为脊型结构、槽型结构和台阶型结构。其中，图7和图8分别示出了利用本发明提出的上述制备方法制备的槽型结构和台阶型结构的三维玻璃光波导，其中I_i和I_o分别表示光波导的输入和输出光强，6d表示光波导。槽型结构的三维玻璃光波导可以应用于微流体检测，让待测液体在槽型结构中通过，利用槽侧壁光波导的消逝波对待测液体进行实时测定。

此外，利用本发明提出的上述制备方法可以制备出由三维玻璃光波导组成的其它光子器件结构图案，如杨氏干涉计、马赫-曾德尔干涉计、微环谐振器、微盘谐振器、3dB分束器、方向耦合器、光波导光栅、光波导波分复用器、以及这些结构的衍生体和组合体。图9示出了利用本发明所提出的方法制备出的杨氏干涉计，其包括两条平行脊波导6a，其导波光传播方向为I_i至I_o方向。图10示出了利用本发明所提出的方法制备出的马赫-曾德尔干涉计，其包括两条耦合脊波导6b，光从输入端经过3dB分束器分成两束相干光，经过脊型玻璃光波导干涉臂传播，在输出端经过3dB合束器发生干涉输出。图11示出了利用本发明所提出的方法制备出的微环谐振器，其包括脊型玻璃直波导6a1，脊型玻璃微环波导6c和玻璃基板1。在该微环谐振器中，光从一条直波导进入，然后经过共振环耦合到另一条直波导并输出。图12示出了利用本发明所提出的方法制备出的脊型/侧壁型耦合式玻璃波导马赫-曾德尔干涉计，其包括两端为脊波导6a2、中间为侧壁波导6d的脊和侧壁耦合光波导结构，光先沿着脊型玻璃光波导传输，经过3dB分束器分成两束相干光，再沿着侧壁型玻璃光波导干涉臂传输，最后输出端经过3dB合束器发生干涉，再经过脊型玻璃光波导输出。图13示出了利用本发明所提出的方法制备出的脊型玻璃直波导与侧壁型玻璃谐振盘组合体结构示意图，其包括脊型玻璃直波导6a3，侧壁型玻璃谐振盘6e和玻璃基板1，在该微盘谐振器中，光从一条直波导进入，然后经过共振盘侧壁耦合到另一条直波导并输出。图14示出了利用本发明提出的制备方法所制备出的侧壁型玻璃直波导与脊型玻璃谐振环组合体结构示意图，包括台阶型结构的侧壁型玻璃光波导6d和脊型玻璃谐振环6c。

相较于现有技术，本发明提出的上述制备方法通过先刻蚀后离子交换的方式，不但可以制作脊型三维玻璃光波导，而且还可以制作侧壁型三维玻璃光波导以及脊型/侧壁型耦合式三维玻璃光波导，而现有技术中的脊型玻璃光波导制备方法由于是先进行离子交换再进行刻蚀，因此其无法制备侧壁型三维玻璃光波导，即其无法在侧壁上进行离子交换进而形成侧壁光波导；另外，本发明中由于先在玻璃上进行了光子器件图案的刻蚀，之后才进行离子交换，其离子交换的时间大大缩短，节省了制作成本，抑制了离子交换对玻璃表面的腐蚀，进而减小了三维玻璃光波导的表面散射损失。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种三维玻璃光波导的制备方法，其包括：

步骤1、刻蚀玻璃基板形成三维玻璃结构；

步骤2、将刻蚀有三维玻璃结构的玻璃基板浸入熔融的金属盐中进行离子交换，最终形成三维玻璃光波导；

其中，步骤1中利用湿法刻蚀工艺、干法刻蚀工艺或激光微加工技术对玻璃基板进行刻蚀形成三维玻璃结构，刻蚀深度为1至10微米；

所述玻璃基板为平板钠钙玻璃。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤11、在玻璃基板上涂覆光刻胶；

步骤12、通过曝光、显影，以将光子器件结构图案复制到所述玻璃基板上；

步骤13、在玻璃基板的暴露区域淀积一定厚度的金属膜；

步骤14、去掉玻璃基板上剩余的光刻胶及其上方的金属膜，从而在玻璃基板表面形成由金属膜组成的光子器件结构图案；

步骤15、刻蚀玻璃基板，并在刻蚀之后去掉金属膜，以在玻璃基板上形成相应的三维玻璃结构。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤11、在玻璃基板上淀积一定厚度的金属膜；

步骤12、在金属膜上涂覆光刻胶，并进行曝光、显影，以将光子器件结构图案复制到所述金属膜上；

步骤13、刻蚀所述金属膜，从而在玻璃基板表面形成由金属膜组成的光子器件结构图案；

步骤14、去掉玻璃基板上的光刻胶；

步骤15、刻蚀玻璃基板，刻蚀之后去掉金属膜，最后在玻璃基板上形成相应的三维玻璃结构。

4.如权利要求1所述的方法，步骤1中利用激光微加工技术直接刻蚀玻璃基板，形成三维玻璃结构。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维玻璃结构为脊型结构、槽型结构、台阶型结构及其组合中的一种。

6.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述三维玻璃光波导为脊型玻璃光波导、侧壁型玻璃光波导、脊型/侧壁型耦合式玻璃光波导中的一种。

7.如权利要求2-3任一项所述的方法，其特征在于，所述光子器件结构图案为三维玻璃光波导组成的图案，所述光子器件结构包括马赫-曾德尔干涉计、微环谐振器、微盘谐振器、3dB分束器、方向耦合器、光波导光栅、光波导波分复用器、以及这些结构的衍生体和组合体。

8.如权利要求2-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤15中采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述玻璃基板，且为了抑制玻璃刻蚀面的表面粗糙度，刻蚀液由氢氟酸腐蚀液中加入一定量的氟化氨或者盐酸形成。

9.如权利要求2-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤15中采用干法刻蚀工艺刻蚀所述玻璃基板，且所述干法刻蚀工艺包括反应离子刻蚀、感应耦合离子刻蚀、离子束刻蚀、电子束刻蚀中的一种。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在利用干法刻蚀工艺刻蚀玻璃基板的整个过程中，为了使刻蚀面变得光滑，每刻蚀数十分钟就把玻璃基板从刻蚀机中取出后放入稀盐酸中进行清洗，清洗后的玻璃基板被彻底干燥后再放入刻蚀机中继续刻蚀。

11.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述离子交换包括钾离子交换、银离子交换、铜离子交换、铁离子交换、铊离子交换中的至少一种。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在三维玻璃光波导制备完毕后，利用低折射率薄膜对其进行覆盖保护，所述低折射率薄膜包括氟化镁、二氧化硅、聚四氟乙烯以及多孔薄膜。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在三维玻璃光波导制备完毕后，利用化学或生物分子对其进行表面修饰，使其表面具有疏水功能或具有识别性结合特定分子的功能。