CN105759349A - 一种有机无机混合集成热光调制型光栅及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机无机混合集成热光调制型光栅及其制备方法，该光栅包括：基底层，采用无机光学材料；芯层，形成于所述基底层上，所述芯层包括沿光传播方向交替排列的第一芯层和第二芯层，所述第一芯层采用无机光学材料，所述第二芯层的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料；上包层，形成于所述芯层四周，所述上包层采用聚合物材料；加热电极层，形成于所述上包层上。本发明的有机无机混合集成热光调制型光栅及其制备方法可实现低功耗、大范围的波长调制。

Description

一种有机无机混合集成热光调制型光栅及其制备方法
技术领域
本发明涉及波导光栅及其制备方法的技术领域，具体地说涉及一种有机无机混合集成热光调制型光栅及其制备方法。
背景技术
目前，光栅器件的制作主要是在采用二氧化硅等无机光学材料，例如，在单晶硅衬底上沉积一层二氧化硅材料作为下包层，经过高温致密化处理后再在下包层上沉积一层掺杂二氧化硅作为芯层，再次经过高温致密化处理后在芯层上刻蚀出光栅图案，最后沉积一层二氧化硅作为上包层，第三次经过高温致密化处理后完成光栅的制备。
这种光栅器件全采用二氧化硅无机光学材料，且制备过程中需经过三次高温致密化处理，由于衬底硅材料和波导二氧化硅材料的热膨胀系数相差很大，高温处理后在室温时会在二者之间形成较大的应力，从而很容易造成波导薄膜的龟裂，同时，全二氧化硅光栅制造工艺复杂、材料选择单一、制作过程中对波导芯层的厚度及掺杂成分不易控制，且其结构设计不灵活、热光调制效应不明显，导致波长调制所需的功耗较高、可调范围也较小。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于至少部分地克服现有技术中全二氧化硅光栅热光调制效应不明显等上述缺点，从而提出一种可实现低功耗、大范围的波长调制的有机无机混合集成热光调制型光栅及其制备方法。
本发明的一种有机无机混合集成热光调制型光栅，包括：
基底层，采用无机光学材料；
芯层，形成于所述基底层上，所述芯层包括沿光传播方向交替排列的第一芯层和第二芯层，所述第一芯层采用无机光学材料，所述第二芯层的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料；
上包层，形成于所述芯层四周，所述上包层采用聚合物材料；
加热电极层，形成于所述上包层上。
优选地，所述上包层采用的聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷树脂。
优选地，所述紫外聚合式氟化聚合物材料包括氟化丙烯酸酯。
优选地，所述基底层材料包括二氧化硅，所述第一芯层材料包括锗离子掺杂的二氧化硅。
本发明的一种制备有机无机混合集成热光调制型光栅的方法，包括以下步骤：
在基底层上形成无机光学材料层；
将所述无机光学材料层制备形成第一芯层结构；
在所述基底层上、所述第一芯层结构的间隙内形成第二芯层结构，所述第二芯层结构的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料，所述第一芯层和所述第二芯层沿光传播方向交替排列；
在第一芯层和第二芯层四周旋涂聚合物材料，形成上包层结构；
在所述上包层结构上形成加热电极层结构。
优选地，所述在基底层上形成无机光学材料层的步骤包括：
在基底层上生长一层无机光学材料；
对所述无机光学材料进行离子掺杂；
对经过离子掺杂的无机光学材料进行退火硬化；
重复生长一层无机光学材料的步骤多次，直至生长出具有一定厚度的无机光学材料层。
优选地，将所述无机光学材料层制备形成第一芯层结构的步骤包括：
在无机光学材料层上溅射一层铝保护层；
在铝保护层上旋涂光刻胶，进行光刻和显影以获得所需图案；
采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层；
通过感应耦合等离子体刻蚀对无机光学材料层进行刻蚀；
去除剩余的光刻胶和铝保护层，形成具有多个间隙的第一芯层结构。
优选地，在所述基底层上、所述第一芯层结构的间隙内形成第二芯层结构，所述第二芯层结构的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料，所述第一芯层和所述第二芯层沿光传播方向交替排列的步骤包括：
在基底层上旋涂第二芯层包括的紫外聚合式氟化聚合物材料，同时在第一芯层结构的间隙内也填充入了紫外聚合式氟化聚合物材料；
通过反应离子刻蚀对紫外聚合式氟化聚合物材料层进行刻蚀；
刻蚀到出现第一芯层后停止刻蚀，形成第一芯层材料和第二芯层材料交替排列的形貌；
在其上溅射一层铝保护层；
在铝保护层上旋涂光刻胶，进行光刻和显影以获得所需图案；
采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层；
通过反应离子刻蚀形成条形直波导形貌；
去除剩余的光刻胶和铝保护层，形成包括第一芯层和第二芯层的芯层结构。
优选地，在所述上包层结构上形成加热电极层结构的步骤包括：
在上包层上旋涂加热电极层材料；
在其上溅射一层铝保护层；
在铝保护层上旋涂光刻胶，进行光刻和显影以获得所需图案；
采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层；
通过反应离子刻蚀去除多余的加热电极层材料；
去除剩余的光刻胶和铝保护层，形成加热电极层结构。
优选地，所述在铝保护层上旋涂光刻胶具体包括以下步骤：
以2500-3500转每分钟的转速在铝保护层上旋涂光刻胶，之后在60-70℃温度下坚膜10-20分钟，再进行自然降温。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明中通过直接将芯层形成于基底层上，利用基底层直接作为下包层，这样只需生长一层较薄的芯层材料，而无需另外再生长出下包层，只需对芯层进行一次高温致密化处理，较现有制作全二氧化硅的工艺减少了两次高温致密化处理步骤，可防止波导薄膜龟裂的产生及大大减小对晶圆平整度的影响。通过采用紫外聚合式氟化聚合物材料和无机光学材料作为交替排列的第一芯层材料和第二芯层材料，由于紫外聚合式氟化聚合物材料这类材料具有极高的化学、物理稳定性以及良好的光学特性，并且其具有极高的热光系数，因而可以较大地改变光栅的有效折射率，从而使其反射中心波长发生漂移，实现光栅的低功耗、大范围热光调制功能。
本发明中通过设置上包层采用的聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷树脂，由于这种聚合物材料价格低、透明度优良、有突出的耐老化性、良好的绝缘性和机械强度等优点，通过旋涂可形成良好的薄膜，从而可以降低所制作光栅的成本和提高产品质量。
本发明中通过设置基底层材料和芯层材料为二氧化硅，由于目前二氧化硅是主流的平面光波导材料，所以有利于与主流平面光波导实现无缝对接，不用额外增加研发投入而减少研发成本。并且还能使得所获得的光栅具有二氧化硅光波导损耗低、可靠性高、后续封装工艺成熟等的优点。
本发明中通过分多次在基底层上生长出无机光学材料层的步骤，可以消除晶格缺陷和内应力，使生长的无机光学材料层变得致密均匀，并使植入的掺杂原子扩散到替代位置，保证了掺杂的均匀性。进一步地，通过分多次生长和掺杂以形成一定厚度的锗离子掺杂二氧化硅层，进一步保证了掺杂的均匀性和二氧化硅层的致密性。本发明的该制备方法相比于制备全二氧化硅光栅的方法具有制备工艺简单，制备成本低的优点。
本发明中通过设置以2500-3500转每分钟的转速在铝保护层上旋涂光刻胶并在60-70℃温度下坚膜10-20分钟并自然降温，提高了光刻胶成膜的均匀性和平整度，有利于后续光刻和显影中形成垂直度好的图案。
本发明中通过设置以1500-2500转每分钟的转速在基底层上旋涂紫外聚合式氟化聚合物材料并在125-175℃温度下坚膜110-130分钟并自然降温，提高了聚合物材料成膜的均匀性和平整度，提高了所制备的光栅结构的质量。
本发明中通过设置以1500-2500转每分钟的转速在第一芯层和第二芯层四周旋涂聚合物材料，之后在100-120℃温度下坚膜130-150分钟，再进行自然降温，提高了聚合物材料成膜的均匀性和平整度，提高了所制备的光栅结构的质量。
本发明中通过分别用直径不同的研磨粉配置成相应地多种研磨液，分别用所述多种研磨液并按照其所用研磨粉的直径由大到小的顺序依次对平面光波导端面进行研磨并均研磨25-35分钟的步骤，逐级分层次地实施研磨步骤，提高了研磨的效果，以及通过设置端面抛光步骤，提高了平面光波导的端面平整度及其精度，保证了其与其他光波导连接的有效性，从而进一步减小了光传输损耗。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明一种实施例的一种有机无机混合集成热光调制型光栅的结构图示意图；
图2是图1中光栅的横截面结构示意图；
图3是另一种实施例的一种制备有机无机混合集成热光调制型光栅的方法的流程图；
图4是一种优选实施方式的制备有机无机混合集成热光调制型光栅的生长过程图。
图中附图标记表示为：1-基底层，2-第一芯层，3-第二芯层，4-上包层，5-加热电极层。
具体实施方式
参考图1，是一种实施例的一种有机无机混合集成热光调制型光栅的结构图示意图，该光栅包括：基底层1，采用无机光学材料；芯层，形成于所述基底层上，所述芯层包括沿光传播方向交替排列的第一芯层2和第二芯层3，所述第一芯层2采用无机光学材料，所述第二芯层3的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料，如图1和2所示，第一芯层和第二芯层的长度分别为L1和L2，高度均为H1，宽度均为W1；上包层4，形成于所述芯层四周，所述上包层4采用聚合物材料，上包层的厚度为H2+H1；以及加热电极层5，形成于所述上包层4上。
所述第二芯层3所采用的紫外聚合式氟化聚合物材料具有极高的化学、物理稳定性以及良好的光学特性，并且其具有极高的热光系数，一般可高达200-300ppm/℃(普通二氧化硅材质的热光系数为10ppm/℃)，而且其折射率和热光系数可根据具体要求在一定范围内任意调整，只需利用匀胶法即可均匀地被旋涂在芯片上，工艺十分简单且成本较低。优选地，所述紫外聚合式氟化聚合物材料包括氟化丙烯酸酯。
上述热光调制型光栅为相位调整型光栅结构，相位调整型光栅的工作原理为：光波导芯层折射率沿导波方向呈周期性变化，光沿着光波导向前传播并在每个折射率微小变化处发生反射，但这些反射会在大多数波长上产生破坏性的干涉，并沿着光波导连续向前传播，然而，在某个特定的窄带波长范围内，会产生有用的干涉，这些干涉会沿着光波导返回。决定相位调整型波导光栅性能的主要有两个参数，分别是光栅周期个数、两种芯层材料折射率对比度。两种芯层材料折射率对比度越大光栅反射率越高，但反射谱的单色性会变差；光栅周期个数越多反射率越高、反射谱的带宽越窄，但传输损耗会增大、器件长度会增加。因此，可对其光栅参数采取全局优化策略，一种优化设计如下：设定占空比为1:1，室温下反射中心波长λ＝1.565μm，第一芯层的折射率N第一芯层＝1.4658，通过调整紫外聚合式氟化聚合物材料的折射率，使其在室温下的折射率N第二芯层＝1.5438，则光栅有效折射率Neff＝(N第一芯层+N第二芯层)/2＝1.5048，由式λ＝2×Neff×Λ可得,一阶光栅周期Λ大约为0.52μm。
上述热光调制型光栅利用上述加热电极层5通过改变电源电压来调节加热功率，进而改变聚合物材料的温度，使其折射率发生变化，由于选用的紫外聚合式氟化聚合物材料具有极高的热光系数，因而可以较大地改变波导光栅有效折射率，从而使其反射中心波长发生漂移，实现波导光栅的大范围热光调制功能。上述加热电极层5可以根据光场能量在上包层里的分布，进行一些优化设计，以降低器件的热功耗并增大器件的波长可调制范围。例如，可进行最小化上包层厚度和加热电极宽度的设计，以最小化热场纵向分布梯度和横向分布范围，实现电极的加热效率最大化。还可以通过实现金属电极电阻与电源内阻和导线电阻之和的功率传输阻抗匹配，使得电源对加热电极的功率传输效率达到最大。一种具体实施例的加热电极层5的长度为5.2mm，宽度为8μm,厚度为100nm。
本实施例中通过直接将芯层形成于基底层上，利用基底层直接作为下包层，这样只需生长一层较薄的芯层材料，而无需另外再生长出下包层，只需对芯层进行一次高温致密化处理，较现有制作全二氧化硅的工艺减少了两次高温致密化处理步骤，可防止波导薄膜龟裂的产生及大大减小对晶圆平整度的影响。通过采用紫外聚合式氟化聚合物材料和无机光学材料作为交替排列的第一芯层材料和第二芯层材料，由于紫外聚合式氟化聚合物材料这类材料具有极高的化学、物理稳定性以及良好的光学特性，并且其具有极高的热光系数，因而可以较大地改变光栅的有效折射率，从而使其反射中心波长发生漂移，实现光栅的低功耗、大范围热光调制功能。
作为一种优选实施方式，所述上包层采用的聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷树脂。
本实施例中通过设置上包层采用的聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷树脂，由于这种聚合物材料价格低、透明度优良、有突出的耐老化性、良好的绝缘性和机械强度等优点，通过旋涂可形成良好的薄膜，从而可以降低所制作光栅的成本和提高产品质量。
作为一种优选实施方式，所述基底层材料包括二氧化硅，所述第一芯层材料包括锗离子掺杂的二氧化硅。
本实施例中通过设置基底层材料和芯层材料为二氧化硅，由于目前二氧化硅是主流的平面光波导材料，所以有利于与主流平面光波导实现无缝对接，不用额外增加研发投入而减少研发成本。并且还能使得所获得的光栅具有二氧化硅光波导损耗低、可靠性高、后续封装工艺成熟等的优点。
作为一种优选实施方式，所述光栅的截面结构是掩埋条形波导结构。选取H1＝W1＝L1＝L2＝6um，H2＝2um，采用OptiwaveBPM软件设计光波导截面结构，经过数据模拟获得了较好的光场分布图。
参考图3，是另一种实施例的一种制备有机无机混合集成热光调制型光栅的方法的流程图，该制备方法包括以下步骤：
步骤S1：在基底层上形成无机光学材料层。
步骤S2：将所述无机光学材料层制备形成第一芯层结构。
步骤S3：在所述基底层上、所述第一芯层结构的间隙内形成第二芯层结构，所述第二芯层结构的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料，所述第一芯层和所述第二芯层沿光传播方向交替排列。
步骤S4：在第一芯层和第二芯层四周旋涂聚合物材料，形成上包层结构。
步骤S5：在所述上包层结构上形成加热电极层结构。
作为一种优选实施方式，该制备有机无机混合集成热光调制型光栅的方法顺序进行以下步骤，以及相应于该制备方法的具体步骤，该有机无机混合集成热光调制型光栅的生成过程如图4所示。
上述步骤S1在基底层上形成无机光学材料层的具体步骤包括：
步骤S11：在基底层1上生长一层无机光学材料层2-1；优选地，所述在基底层1上生长一层无机光学材料层2-1的方法采用等离子体增强化学气相沉积法。所述基底层采用二氧化硅。
步骤S12：对所述无机光学材料层2-1进行离子掺杂；优选地，所述离子采用锗离子。
步骤S13：对经过离子掺杂的无机光学材料层进行退火硬化。
步骤S14：重复生长一层无机光学材料的步骤多次，直至生长出具有一定厚度的无机光学材料层2-2；优选地，每一次生长出的无机光学材料层的厚度为2um。
上述步骤S2将所述无机光学材料层制备形成第一芯层结构的具体步骤包括：
步骤S21：在无机光学材料层2-2上溅射一层铝保护层6，优选地，所述铝保护层6的厚度为100nm。
步骤S22：在铝保护层6上旋涂光刻胶7，进行光刻和显影以获得所需图案后；本领域的技术人员应当理解，所述光刻胶选用正胶或负胶都能满足应用需求，例如可以选用BP212正型光刻胶。光刻方法可以采用紫外光刻，曝光5s后将器件放在浓度为5‰的NaOH溶液中显影，提高了所获得图案的边缘垂直度。
步骤S23：采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层6。
步骤S24：通过感应耦合等离子体刻蚀(ICP刻蚀)对无机光学材料层2-2进行刻蚀。
步骤S25：去除剩余的光刻胶7和铝保护层6，形成具有多个间隙的第一芯层2结构。
上述步骤S3在所述基底层上、所述第一芯层结构的间隙内形成第二芯层结构，所述第二芯层结构的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料，所述第一芯层和所述第二芯层沿光传播方向交替排列的具体步骤包括：
步骤S31：在基底层1上旋涂第二芯层包括的紫外聚合式氟化聚合物材料，同时在第一芯层结构的间隙内也填充入了紫外聚合式氟化聚合物材料。
步骤S32：通过反应离子刻蚀(RIE刻蚀)对紫外聚合式氟化聚合物材料层进行刻蚀。
步骤S33：刻蚀到出现第一芯层2后停止刻蚀，形成第一芯层材料和第二芯层材料交替排列的形貌。
步骤S34：在其上溅射一层铝保护层8。
步骤S35：在铝保护层8上旋涂光刻胶9，进行光刻和显影以获得所需图案。
步骤S36：采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层8。
步骤S37：通过RIE刻蚀形成条形直波导形貌。
步骤S38：去除剩余的光刻胶9和铝保护层8，形成包括第一芯层2和第二芯层3的芯层结构。
然后进行步骤S4在第一芯层和第二芯层四周旋涂聚合物材料，形成上包层结构。
上述步骤S5在所述上包层结构上形成加热电极层结构的具体步骤包括：
步骤S51：在上包层4上旋涂加热电极层材料。
步骤S52：在其上溅射一层铝保护层10。
步骤S53：在铝保护层10上旋涂光刻胶11，进行光刻和显影以获得所需图案。
步骤S54：采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层10。
步骤S55：通过RIE刻蚀去除多余的加热电极层材料。
步骤S56：去除剩余的光刻胶11和铝保护层10，形成加热电极层5结构。优选地，所述上包层4的厚度为8um，所获得的光栅的截面结构是掩埋条形波导结构。
本实施例中通过分多次在基底层上生长出无机光学材料层的步骤，可以消除晶格缺陷和内应力，使生长的无机光学材料层变得致密均匀，并使植入的掺杂原子扩散到替代位置，保证了掺杂的均匀性。进一步地，通过分多次生长和掺杂以形成一定厚度的锗离子掺杂二氧化硅层，进一步保证了掺杂的均匀性和二氧化硅层的致密性。本发明的该制备方法相比于制备全二氧化硅光栅的方法具有制备工艺简单，制备成本低的优点。
作为一种优选实施方式，所述在铝保护层上旋涂光刻胶具体包括以下步骤：
以2500-3500转每分钟的转速在铝保护层上旋涂光刻胶，之后在60-70℃温度下坚膜10-20分钟，再进行自然降温。优选地，采用转速为3000转每分钟，温度为65℃，坚膜时间为15分钟。
本实施例中通过设置以2500-3500转每分钟的转速在铝保护层上旋涂光刻胶并在60-70℃温度下坚膜10-20分钟并自然降温，提高了光刻胶成膜的均匀性和平整度，有利于后续光刻和显影中形成垂直度好的图案。
作为一种优选实施方式，所述在基底层上旋涂紫外聚合式氟化聚合物材料具体包括以下步骤：
以1500-2500转每分钟的转速在基底层上旋涂紫外聚合式氟化聚合物材料，之后在125-175℃温度下坚膜110-130分钟，再进行自然降温。优选地，采用转速为2000转每分钟，温度为150℃，坚膜时间为120分钟，旋涂获得的紫外聚合式氟化聚合物层的厚度为6um。
本实施例中通过设置以1500-2500转每分钟的转速在基底层上旋涂紫外聚合式氟化聚合物材料并在125-175℃温度下坚膜110-130分钟并自然降温，提高了聚合物材料成膜的均匀性和平整度，提高了所制备的光栅结构的质量。
作为一种优选实施方式，所述在第一芯层和第二芯层四周旋涂聚合物材料具体包括以下步骤：
以1500-2500转每分钟的转速在第一芯层和第二芯层四周旋涂紫外聚合式氟化聚合物材料，之后在100-120℃温度下坚膜130-150分钟，再进行自然降温。优选地，采用转速为2000转每分钟，温度为110℃，坚膜时间为140分钟，旋涂获得的聚合物层的厚度为8um。
本实施例中通过设置以1500-2500转每分钟的转速在第一芯层和第二芯层四周旋涂聚合物材料，之后在100-120℃温度下坚膜130-150分钟，再进行自然降温，提高了聚合物材料成膜的均匀性和平整度，提高了所制备的光栅结构的质量。
作为一种优选实施方式，所述退火硬化具体包括以下步骤：
以10-20℃/min的升温速率升温至120℃，保温20-30min，之后以10-20℃/min的升温速率升温至140℃，保温20-30min，之后再以10-20℃/min的升温速率升温至160℃，保温20-30min，之后随炉冷却至室温。通过上述方式的退火硬化方式，能够更好地消除晶格缺陷和内应力，使生长的二氧化硅层变得致密均匀，对材料的硬底、帖服性等都有更好的效果。
作为一种优选实施方式，本实施例的方法还包括以下步骤：
分别用直径不同的研磨粉配置成相应地多种研磨液，分别用所述多种研磨液按照其所用研磨粉的直径由大到小的顺序依次对平面光波导端面进行研磨，研磨时间均为25-35分钟；优选地，分别选用25um、14um、7um、3.5um直径的研磨粉配置成研磨液，采用该四种直径的研磨粉能够在提高研磨效率的同时，获得更好地研磨效果。
采用碱性抛光液对研磨后的平面光波导进行端面抛光，抛光时间为4-6个小时。
本实施例中通过分别用直径不同的研磨粉配置成相应地多种研磨液，分别用所述多种研磨液并按照其所用研磨粉的直径由大到小的顺序依次对平面光波导端面进行研磨并均研磨25-35分钟的步骤，逐级分层次地实施研磨步骤，提高了研磨的效果，以及通过设置端面抛光步骤，提高了平面光波导的端面平整度及其精度，保证了其与其他光波导连接的有效性，从而进一步减小了光传输损耗。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种有机无机混合集成热光调制型光栅，其特征在于，包括：
基底层，采用无机光学材料；
芯层，形成于所述基底层上，所述芯层包括沿光传播方向交替排列的第一芯层和第二芯层，所述第一芯层采用无机光学材料，所述第二芯层的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料；
上包层，形成于所述芯层四周，所述上包层采用聚合物材料；
加热电极层，形成于所述上包层上。
2.根据权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述上包层采用的聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷树脂。
3.根据权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述紫外聚合式氟化聚合物材料包括氟化丙烯酸酯。
4.根据权利要求1-3任一所述的光栅，其特征在于，所述基底层材料包括二氧化硅，所述第一芯层材料包括锗离子掺杂的二氧化硅。
5.一种制备有机无机混合集成热光调制型光栅的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基底层上形成无机光学材料层；
将所述无机光学材料层制备形成第一芯层结构；
在所述基底层上、所述第一芯层结构的间隙内形成第二芯层结构，所述第二芯层结构的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料，所述第一芯层和所述第二芯层沿光传播方向交替排列；
在第一芯层和第二芯层四周旋涂聚合物材料，形成上包层结构；
在所述上包层结构上形成加热电极层结构。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在基底层上形成无机光学材料层的步骤包括：
在基底层上生长一层无机光学材料；
对所述无机光学材料进行离子掺杂；
对经过离子掺杂的无机光学材料进行退火硬化；
重复生长一层无机光学材料的步骤多次，直至生长出具有一定厚度的无机光学材料层。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述无机光学材料层制备形成第一芯层结构的步骤包括：
在无机光学材料层上溅射一层铝保护层；
在铝保护层上旋涂光刻胶，进行光刻和显影以获得所需图案；
采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层；
通过感应耦合等离子体刻蚀对无机光学材料层进行刻蚀；
去除剩余的光刻胶和铝保护层，形成具有多个间隙的第一芯层结构。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述基底层上、所述第一芯层结构的间隙内形成第二芯层结构，所述第二芯层结构的材料包括紫外聚合式氟化聚合物材料，所述第一芯层和所述第二芯层沿光传播方向交替排列的步骤包括：
在基底层上旋涂第二芯层包括的紫外聚合式氟化聚合物材料，同时在第一芯层结构的间隙内也填充入了紫外聚合式氟化聚合物材料；
通过反应离子刻蚀对紫外聚合式氟化聚合物材料层进行刻蚀；
刻蚀到出现第一芯层后停止刻蚀，形成第一芯层材料和第二芯层材料交替排列的形貌；
在其上溅射一层铝保护层；
在铝保护层上旋涂光刻胶，进行光刻和显影以获得所需图案；
采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层；
通过反应离子刻蚀形成条形直波导形貌；
去除剩余的光刻胶和铝保护层，形成包括第一芯层和第二芯层的芯层结构。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述上包层结构上形成加热电极层结构的步骤包括：
在上包层上旋涂加热电极层材料；
在其上溅射一层铝保护层；
在铝保护层上旋涂光刻胶，进行光刻和显影以获得所需图案；
采用铝腐蚀剂去除多余的铝保护层；
通过反应离子刻蚀去除多余的加热电极层材料；
去除剩余的光刻胶和铝保护层，形成加热电极层结构。
10.根据权利要求7-9任一所述的方法，其特征在于，所述在铝保护层上旋涂光刻胶具体包括以下步骤：
以2500-3500转每分钟的转速在铝保护层上旋涂光刻胶，之后在60-70℃温度下坚膜10-20分钟，再进行自然降温。
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