CN104345386A - 一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺 - Google Patents

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丁齐颀
陈谷红
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    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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Abstract

本发明公开了一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺，主要是利用高能激光在玻璃基中内雕形成导光光路的制作玻璃基光波导芯片工艺，这种工艺可以非常方便地制造任意三维立体结构的光波导芯片，进一步提高了光芯片的集成度，并极大的简化了以前制造光波导芯片的复杂的工艺步骤，减少了生产时间，降低了成本，更好的控制和改善了光波导传输的插入损耗，偏振模色散，偏振相关损耗等性能指标。为普及FTTH(光纤到户)提供了更充分的条件。

Description

一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺
技术领域
本发明涉及光通信芯片领域，特别是一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺。 
背景技术
现在制造光波导芯片的工艺一般为硅基的PECVD(离子增强化学沉积法)和FHD(火焰水解法)制作，等离子体增强化学气相沉积利用辉光放电，在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体，这些离子在电场中被加速而获得能量，可在较低温度下实现二氧化硅薄膜的沉积，利用离子增强化学沉积法要通过调节反应气体的流量比，反应室中的压力、温度及射频功率等参数，控制二氧化硅膜的生长速率，将沉积后的硅基片进行退火，消除二氧化硅中氢原子的影响，得到高质量的二氧化硅膜。波导层可用掺杂的方式获得，杂质包括磷、锗等，通过掺杂使其折射率较上下包层稍大，制备掺锗的二氧化硅层时，可用锗烷(以氩气稀释)作为锗的先驱体。 
FHD(火焰水解法)是首先用FHD在硅基片上沉积二氧化硅层和二氧化硅-氧化锗掺杂层，分别作为下包层和波导层。制备过程中可加入少量三氯化磷和三氯化硼，以降低玻璃化温度。然后将沉积二氧化硅后的硅基片进行高温处理，得到致密化的二氧化硅层。利用RIE(反应离子刻蚀)刻蚀出波导图形，然后再沉积一层二氧化硅，经高温处理后，形成波导的上包层。 
玻璃基光波导芯片的制造是用离子交换法来制作，高温下玻璃中可被交换的离子主要是碱金属钠离子、钾离子，而外界的交换离子主要有：锂离子、钾离子、铷离子、钛离子、银离子。一次离子交换主要通过纯热扩散，在玻璃表面形成光波导，其折射率变化最大值位于玻璃表面，光波在玻璃表面传输。玻璃表面的缺陷使得这种波导传输损耗很高。同时波导截面及光场的不对称性使得波导的耦合损耗以及偏振相关损耗严重，目前一次离子交换主要用于需要光场泄露到表面的传感波导器件制作，二次电场辅助掩埋主要通过高温下电场将交换离子从玻璃表面推到玻璃内部。 
以上的共同缺点就是工艺复杂多样，设备的成本高，生产时间效率慢，其中还有刻蚀，掩膜等繁多工艺，对车间的洁净程度也是有很高的要求，这就导致现在的光波导集成芯片的高昂的价格。并且离子增强化学沉积法使用一系列的化学物质，硅烷，笑气都是对空气有一定的污染危害程度的。 
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺。 
技术方案：本发明公开了一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺，包括使用高能激光在玻璃基片上或者基片内聚焦进行对玻璃质的灼烧，根据电脑预先设计的灼烧路径进行激光聚焦 点的移动，从而在玻璃基片上或者内部形成光波导信号传输导带。 
高能激光在基片上或内部聚焦灼烧产生微小气泡，在内部形成折射率差，可以灼烧出管状空腔导光通道，也可以灼烧成管状处为低折射率态，管内为高折射率态，管内通道由管壁灼烧包裹，从而在管内传输光信号，管状的形状由电脑预设的激光点行程所完成。由于激光点可以聚焦到微米级，形成的导光管径可以控制在10微米以内。 
激光聚焦可以是透镜聚焦或多激光束交叉聚焦，使用计算机控制技术和高精度、高效率的伺服控制系统，在玻璃基片内部雕刻行程导光条，激光器一般为Nd:YAG激光器，激光波长为1.06μm，Nd:YAG激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲)等特点。由于要在玻璃基片上形成的波导光路需要管内具有平整性，所以连续模式和高频脉冲模式激光是优选，主要采用锁模技术可得到皮秒级的超短脉冲。根据激光能量调制，加工速度可以达到100mm/s-150mm/s。 
制作立体型光波导芯片，可以在激光器的行程上设置第三维度的行径路线，激光器在这样的路径上面行走，即可烧出立体型结构。 
这种工艺可以制作各种光集成芯片，包括光分路器、阵列波导光栅、布拉格光栅。 
图中：11为激光器 
      12为激光束 
      13为玻璃基底 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。 
图1为本发明工艺的激光工作原理示意图。 
图2为本发明所述玻璃基片正面激光加工后的图形示意图。 
图3为本发明所述的三维立体光波导芯片示意图。 
图4为本发明所述可用此工艺制备的阵列波导光栅图。 
具体实施方式
本发明公开提供了一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。 

Claims (2)

1.一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺，其特征在于：用高能激光在电脑控制的预设行程路径下，在玻璃基片上或者基片内激光聚焦形成的高能光点对玻璃内部进行灼烧，爆现出跟原玻璃基片折射率不一样的折射率，从而形成折射率差，可以让传输的光信号在波导光路内行进。
2.一种玻璃基光波导芯片激光内雕工艺，其特征在于：使用此工艺可制造任意三维立体结构的光波导芯片。
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