CN108490541A - 基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法 - Google Patents

基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108490541A
CN108490541A CN201810474332.1A CN201810474332A CN108490541A CN 108490541 A CN108490541 A CN 108490541A CN 201810474332 A CN201810474332 A CN 201810474332A CN 108490541 A CN108490541 A CN 108490541A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical waveguide
gallium garnet
terbium gallium
garnet crystal
face
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.)
Granted
Application number
CN201810474332.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108490541B (zh
Inventor
王晨曦
谭杨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201810474332.1A priority Critical patent/CN108490541B/zh
Publication of CN108490541A publication Critical patent/CN108490541A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108490541B publication Critical patent/CN108490541B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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
    • G02B6/126—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 using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
    • G02B6/1347—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion implantation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/095—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure
    • G02F1/0955—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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
    • G02B2006/12035—Materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12157—Isolator
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12169—Annealing
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12188—Ion implantation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • 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
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12197—Grinding; Polishing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明涉及基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法，主要包括在TGG晶体中形成光波导和实现良好的光隔离效果。采用能量为15～17MeV，剂量为1～10×1015ions/cm2的氧离子轰击铽镓石榴石晶体表面，形成光波导结构；使用采用金刚石在光波导表面进行切割制备出两条平行的凹槽，进而形成脊型光波导结构；将垂直于脊型光波导的两个端面进行抛光，分别作为入射端面和出射端面；光从激光器发出，经过保偏光纤获得线偏振光，传输在入射光纤通过入射端面耦合进光波导，通过出射端面将光耦合进出射光纤，在通过保偏光纤射出，实现光的稳定传输，改善光隔离效果。

Description

基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导 的制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法，属于光电子器件制备的技术领域。
背景技术
铽镓石榴石晶体(Tb3Ga5O12，或简写为TGG晶体)是一种在可见光和近红外区域范围具有低吸收系数，高费尔德(Verdet)常数，强磁光效应的顺磁性晶体材料。这种材料拥有更宽的透射区域，更高的激光损伤阈值。与此同时，因为晶体材料中掺杂了Tb3+，使其具有其他材料无法比拟的优质的材料均匀度以及高热导率。也是基于以上特性，使得TGG晶体成为了目前国内外制备法拉第器件，高功率隔离器，光隔离器的核心材料，在激光和光纤通信等高科技领域有着广阔的应用前景。
光波导是一种被低折射率介质包裹的高折射率结构。它是集成光学的最基本元件，用于限制和引导光信号的传输。基于光波导结构可以制备多种有源器件，例如光放大器，光调制器以及激光器。与传统的光放大器、光调制器，激光器相比，光波导结构可以更好的对光进行限制，由于光波导的横截面很小(微米量级)，光波导内的能量密度更高，因此可以实现更高的能量转换效率、降低激光阈值。
目前，利用晶体制备光波导的方法主要有飞秒激光直写技术，离子注入技术，快重离子辐照技术，例如：中国专利文件CN102005688A公开了钕掺杂钒酸镥晶体内制备条形波导激光器件的方法，主要包括在钕掺杂钒酸镥晶体中形成条形波导和实现条形波导激光输出。采用脉冲重复频率为200千赫兹，能量为2～17毫焦/脉冲，写入速度为0.2～15毫米/秒的飞秒激光，在钕掺杂钒酸镥晶体内形成条形波导。但是，这种方法所采用的飞秒激光的稳定性不好控制，至今采用飞秒激光直写技术也未能实现在铽镓石榴石晶体中制备出光波导。
再比如：中国专利文件CN1439750A公开了用离子注入和退火制备铌酸锂晶体波导的方法，至少应包含离子注入和电子束退火等步骤。采用能量1MeV～6MeV的C+，Cu+等离子注入，注入剂量在1×1013离子/平方厘米到5×1015离子/平方厘米范围内，在注入区内造成折射率的改变，然后利用聚焦电子束或者激光束扫描，使扫描区的折射率增高，形成埋层或者沟道形式的光波导。光波导的导波模式可以由工艺参数控制。但是，这种方法所采用的聚焦离子束设备过于复杂，不太容易操作和不好控制C+，Cu+对设备的要求过高。
空间光隔离器是一种只允许光沿一个方向通过而在相反方向阻挡光通过的光无源器件。而且目前光隔离器大多是采用偏振器组件、磁环组件和一个壳体进行封装的，这种光隔离器一般体积较大，无法实现微型化和集成化，传输损耗也较大。并且这种空间光隔离器对于内部构件的安装过程中的误差和精确程度的控制也很严格，操作复杂，例如：中国专利文件CN2322153U公开了一种光学系统的光纤传输器件的多路光纤隔离器。多路光纤隔离器是由一个多路光纤连接器和一个自由空间光隔离器所构成。多路光纤连接器是由二个光纤排接头和一个成像透镜所构成。自由空间光隔离器是由二片双折射晶体劈和一块法拉弟旋转器所组成。但是,这种光隔离器需要多种组件进行组合，结构拼接起来的连贯性和稳定性要求较高，而且体积较大，不易于实现集成化和微型化。
再比如：中国专利文件CN206684347U公开了一种高功率光隔离器，包括第一偏振器组件、磁环组件、第二偏振器组件及封装壳体，第一偏振器组件、磁环组件及第二偏振器组件沿通光方向依次安装于封装壳体内；第一偏振器组件包括依次放置的第一偏振器及第一偏振器支架，磁环组件包括前端拼装磁环、中心拼装磁环、后端拼装磁环及磁光材料，前端拼装磁环、中心拼装磁环及后端拼装磁环依次放置，第二偏振器组件包括依次放置的第二偏振器支架及第二偏振器；前端拼装磁环、中心拼装磁环及后端拼装磁环设有内环腔，形成容纳腔，磁光材料安置于容纳腔内，中心拼装磁环侧壁与内环腔之间开设有固定长槽，通过固定长槽内的固定件将磁光材料固定。尽管该光隔离器可采用TGG晶体作为磁光材料，但是其晶体中不具备光波导结构，光在光波导中的传输损耗会降低，光纤中的光耦合到光波导中的耦合效率会较高而且反射光的消光比也会较大。而且不在TGG晶体中制备光波导的话，有效空间的利用会很小，反之可以提高晶体内部的有效空间，实现器件的小型化和应用于集成光学中。
到目前为止，还没有利用铽镓石榴石晶体(Tb3Ga5O12)晶体制备光波导并制备空间光隔离器的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法及空间光隔离器。
本发明的技术方案如下：
一种基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，包括步骤如下：
(1)对铽镓石榴石晶体的待加工面进行光学抛光，所述待加工面与所述铽镓石榴石晶体的c轴垂直；
(2)利用离子束加速器发出氧离子，对铽镓石榴石晶体的表面进行轰击，在直接轰击的铽镓石榴石晶体的抛光表面形成平面光波导；
(3)在所述平面光波导采用金刚石进行切割，进而形成脊型光波导；
(4)采用光学抛光方法在垂直于脊型光波导的两个端面进行抛光，以抛光后的两个端面分别作为入射端面和出射端面；
(5)将抛光后的脊型光波导在退火炉里进行退火，以每分钟4.44摄氏度的升温速度，到达400摄氏度，并且在此温度下退火一个小时，然后自然冷却到室温，即完成基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备。
根据本发明优选的，步骤(1)中，待加工面光学抛光后还除掉抛光后的铽镓石榴石晶体的表面杂质。
根据本发明优选的，步骤(2)中，在抛光后的铽镓石榴石晶体的表面形成的平面光波导的厚度为8-10μm。
根据本发明优选的，步骤(2)中，离子束加速器发出的氧离子的能量为15～17Mev，剂量为1～10×1015ions/cm2。
根据本发明优选的，步骤(3)中，所述的加工的脊型光波导具有以下特征：
在步骤(2)得到的平面光波导的表面用金刚石切割两条平行的凹槽，所述凹槽的深度为25-50μm、宽度为100-200μm；所述两条凹槽的间隔为15-35μm，形成一个宽度为20-30μm的脊型光波导。
根据本发明，一种包含上述基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的空间光隔离器，包括激光器和沿激光器光路方向依次设置的第一保偏光纤和第二保偏光纤；所述的第一保偏光纤和第二保偏光纤之间设置有脊型光波导，所述的脊型光波导沿光路方向的两端分别设置有第一永磁铁环和第二永磁铁环。
根据本发明的空间光隔离器，优选的，所述的脊型光波导上方设置有盖子；进一步优选的，所述的盖子为玻璃材质。盖子可以对晶体上表面起到一定的保护作用，防止外界的杂质和灰尘在晶体上表面沉积，并且防止磕碰。
现有的空间光隔离器主要是在磁铁两端不加任何器件或者加入未经处理的晶体，这种光隔离器一般体积较大，无法实现微型化和集成化化，其最小只可以达到mm量级。本发明在磁铁两端加入氧离子注入铽镓石榴石晶体制成的光波导，可以有效利用晶体内部的自由有效空间，可以应用的集成光学中，将大小在μm量级实现，制作出微型化和集成化的光子学器件，应用到高精尖发展的设备上。激光器发出光信号，光信号通过保偏光纤和磁铁进入光波导中，在光波导中透射出来，透过出射端面；当出射端设置的保偏光纤与入射端设置的保偏光纤偏振方向相同时，可以完全将光信号隔离。
而对于铽镓石榴石晶体，目前还没有其他的方法在铽镓石榴石晶体中制备出光波导。本发明通过氧离子注入方式成功在铽镓石榴石晶体中制备光波导。在铽镓石榴石晶体中制备出的光波导具有结构小易于集成的特点。在当今趋于集成化微型化器件的趋势下，基于氧离子注入铽镓石榴石晶体制备的光波导基础上做出的光隔离，在接下来实现集成光子学器件的制作以及不断将集成度提高到更大奠定了基础。
本发明的有益效果如下：
1、本发明使用氧离子辐照的方法，在铽镓石榴石晶体的表面，制作出平面光波导结构，然后采用金刚石切割进行进一步的加工，对端面进行抛光处理并且去除端面表面的杂质，得到脊型光波导。脊型光波导属于二维光波导，可以在两个维度上对光的传输进行限制，集成化程度更高，可以达到更高的功率密度，也易于和其他各种集成光学元件，光纤等耦合。
2、本发明对现有技术中的空间光隔离器进行改进，在磁铁之间加入脊型光波导，光信号耦合进入光波导内，可实现对光的稳定传输，以及减少光在传输中受激布里渊散射引起的功率损失。光在光波导中传输可以减少传输损耗，实现光纤耦合进光波导现阶段最优的耦合效率，以及实现最佳的反射光消光比。
3、本发明的空间光隔离器采用保偏光纤直接传输线偏振光，能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，省去使用偏振片获得线偏正光并且减少了使用偏振片的损耗。
附图说明
图1为本发明基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的空间光隔离器的结构示意图；
图2为本发明基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制作工艺示意图；
其中：1、激光器，2、第一保偏光纤，3、第一永磁铁环，4、脊型光波导，5、第二永磁铁环，6、第二保偏光纤，7，盖子，8、氧离子束，9、平面光波导，10、铽镓石榴石晶体，11、金刚石切割刀片，12、凹槽。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
如图2所示，一种基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，包括步骤如下：
(1)对铽镓石榴石晶体10的待加工面进行光学抛光，光学抛光后除掉抛光后的铽镓石榴石晶体的表面杂质；所述待加工面与所述铽镓石榴石晶体10的c轴垂直；
(2)利用离子束加速器发出氧离子束8，对铽镓石榴石晶体10的表面进行轰击，在直接轰击的铽镓石榴石晶体10的抛光表面形成厚度为8μm的平面光波导9；
离子束加速器发出的氧离子束8的能量为15Mev，剂量为1×1015ions/cm2；
(3)在所述平面光波导9采用金刚石切割刀片11进行切割两条平行的凹槽12，所述凹槽12的深度为8μm、宽度为100μm；所述两条凹槽12的间隔为15μm，形成一个宽度为20μm的脊型光波导4；
(4)采用光学抛光方法在垂直于脊型光波导4的两个端面进行抛光，以抛光后的两个端面分别作为入射端面和出射端面，即完成基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备；
(5)将抛光后的脊型光波导在退火炉里进行退火，以每分钟4.44摄氏度的升温速度，到达400摄氏度，并且在此温度下退火一个小时，然后自然冷却到室温，即完成基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备。
实施例2、
一种基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，包括步骤如下：
(1)对铽镓石榴石晶体10的待加工面进行光学抛光，光学抛光后除掉抛光后的铽镓石榴石晶体的表面杂质；所述待加工面与所述铽镓石榴石晶体10的c轴垂直；
(2)利用离子束加速器发出氧离子束8，对铽镓石榴石晶体10的表面进行轰击，在直接轰击的铽镓石榴石晶体10的抛光表面形成厚度为9μm的平面光波导9；
离子束加速器发出的氧离子束8的能量为16Mev，剂量为5×1015ions/cm2；
(3)在所述平面光波导9采用金刚石切割刀片11进行切割两条平行的凹槽12，所述凹槽12的深度为9μm、宽度为150μm；所述两条凹槽12的间隔为25μm，形成一个宽度为25μm的脊型光波导4；
(4)采用光学抛光方法在垂直于脊型光波导4的两个端面进行抛光，以抛光后的两个端面分别作为入射端面和出射端面，即完成基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备；
(5)将抛光后的脊型光波导在退火炉里进行退火，以每分钟4.44摄氏度的升温速度，到达400摄氏度，并且在此温度下退火一个小时，然后自然冷却到室温，即完成基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备。
实施例3、
一种基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，包括步骤如下：
(1)对铽镓石榴石晶体10的待加工面进行光学抛光，光学抛光后除掉抛光后的铽镓石榴石晶体的表面杂质；所述待加工面与所述铽镓石榴石晶体10的c轴垂直；
(2)利用离子束加速器发出氧离子束8，对铽镓石榴石晶体10的表面进行轰击，在直接轰击的铽镓石榴石晶体10的抛光表面形成厚度为10μm的平面光波导9；
离子束加速器发出的氧离子束8的能量为17Mev，剂量为10×1015ions/cm2；
(3)在所述平面光波导9采用金刚石切割刀片11进行切割两条平行的凹槽12，所述凹槽12的深度10μm、宽度为200μm；所述两条凹槽12的间隔为35μm，形成一个宽度为30μm的脊型光波导4；
(4)采用光学抛光方法在垂直于脊型光波导4的两个端面进行抛光，以抛光后的两个端面分别作为入射端面和出射端面，即完成基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备；
(5)将抛光后的脊型光波导在退火炉里进行退火，以每分钟4.44摄氏度的升温速度，到达400摄氏度，并且在此温度下退火一个小时，然后自然冷却到室温，即完成基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备。
实施例4、
一种包含实施例2所述的基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的空间光隔离器，包括激光器1和沿激光器1光路方向依次设置的第一保偏光纤2和第二保偏光纤6；所述的第一保偏光纤2和第二保偏光纤6之间设置有脊型光波导4，所述的脊型光波导4沿光路方向的两端分别设置有第一永磁铁环3和第二永磁铁环5；所述的脊型光波导4上方设置有盖子7；所述的盖子7为玻璃材质。
入射光从激光器1发出，经过第一保偏光纤2获得线偏振光，再经过第一永磁铁环3，耦合进入脊型光波导4中，光从脊型光波导4经过第二保偏光纤6射出。
对比例1、
如实施例2所述，不同的是：
步骤(2)中离子束加速器发出的氧离子束8的能量为10Mev，剂量为8×1014ions/cm2。
对比例2、
如实施例2所述，不同的是：
步骤(2)中离子束加速器发出的氧离子束8的能量为20Mev，剂量为9×1016ions/cm2。
对比例3、
如实施例2所述，不同的是：
步骤(2)中采用氟离子。
对比例4、
如实施例4所述，不同的是：
将脊型光波导4替换为未经处理的铽镓石榴石晶体。
对比例5、
如实施例4所述，不同的是：
将脊型光波导4去除，第一永磁铁环3和第二永磁铁环5之间不设置任何器件。
对比例6
如实施例1所述，不同的是：
步骤(5)退火温度为200摄氏度。
对比例7
如实施例1所述，不同的是：
步骤(5)退火温度为300摄氏度。
对比例8
如实施例1所述，不同的是：
步骤(5)退火温度为500摄氏度。
对比例9
如实施例1所述，不同的是：
步骤(5)未进行退火处理。
试验例1
如实施例4所述，将对比例1-3、对比例6-9制得的光波导组装成空间隔离器，然后与实施例1一同测试相关性能，结果如表1、2所示。
表1
表2
编号/项目 是否形成光波导 形成光波导的偏振依赖性
实施例1 形成 可通过退火处理消除偏振依赖性
对比例1 不明显 \
对比例2 有 无法通过退火处理消除偏振依赖性
对比例3 有 无法通过退火处理消除偏振依赖性
表1中光波导中偏振依赖性越接近于1，说明性能越好
过表1、2实验结果可知，在能量为15～17Mev，剂量为1～10×1015ions/cm2范围内形成的光波导是厚度适中，光波导-光纤耦合效率最高，能够在波导内光场模式实现单模传输。基于此，能量高于此范围，会使得形成光波导层过厚，高于光纤的直径，使光波导-光纤耦合效率降低，光波导内的光场模式变成非单模传输；能量低于前述范围，导致形成光波导层较薄，低于光纤直径，使光波导-光纤耦合效率降低，光的传输损耗过大。
同时，剂量高于此范围，晶体表面会产生损伤层，导致晶体折射率降低，破坏了晶体波导结构；剂量低于此范围，离子束辐照对晶体的结构损伤较弱，晶体折射率变化小，不足以形成光波导结构。若无光波导结构，则经体内光场模式大，需要的晶体体积较大，不利于空间光隔离器的集成化和微型化，无法与光纤网络耦合。
制备方法中采用氧离子，是一种重离子，比起其它重离子(如氟离子)，有2个明显的优点，1)较容易获得，成本较低；2)氧离子在晶体中的性质较为稳定。
另一方面，由表1可知，不经过退火处理，光波导中光耦合效率很低，光波导传输损耗增大。退火温度过低或过高，将会影响光波导中偏振依赖性，限制了其应用。

Claims (8)

1.一种基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，包括步骤如下：
(1)对铽镓石榴石晶体的待加工面进行光学抛光，所述待加工面与所述铽镓石榴石晶体的c轴垂直；
(2)利用离子束加速器发出氧离子，对铽镓石榴石晶体的表面进行轰击，在直接轰击的铽镓石榴石晶体的抛光表面形成平面光波导；
(3)在所述平面光波导采用金刚石进行切割，进而形成脊型光波导；
(4)采用光学抛光方法在垂直于脊型光波导的两个端面进行抛光，以抛光后的两个端面分别作为入射端面和出射端面；
(5)将抛光后的脊型光波导在退火炉里进行退火，以每分钟4.44摄氏度的升温速度，到达400摄氏度，并且在此温度下退火一个小时，然后自然冷却到室温，即完成基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备。
2.根据权利要求1所述的基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，待加工面光学抛光后还除掉抛光后的铽镓石榴石晶体的表面杂质。
3.根据权利要求1所述的基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在抛光后的铽镓石榴石晶体的表面形成的平面光波导的厚度为8-10μm。
4.根据权利要求1所述的基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，离子束加速器发出的氧离子的能量为15～17Mev，剂量为1～10×1015ions/cm2。
5.根据权利要求1所述的基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的加工的脊型光波导具有以下特征：
在步骤(2)得到的平面光波导的表面用金刚石切割两条平行的凹槽，所述凹槽的深度为25-50μm、宽度为100-200μm；所述两条凹槽的间隔为15-35μm，形成一个宽度为20-30μm的脊型光波导。
6.一种包含权利要求1-5制备的基于氧离子注入铽镓石榴石晶体光波导的空间光隔离器，包括激光器和沿激光器光路方向依次设置的第一保偏光纤和第二保偏光纤；所述的第一保偏光纤和第二保偏光纤之间设置有脊型光波导，所述的脊型光波导沿光路方向的两端分别设置有第一永磁铁环和第二永磁铁环。
7.根据权利要求6所述的空间光隔离器，其特征在于，所述的脊型光波导上方设置有盖子。
8.根据权利要求7所述的空间光隔离器，其特征在于，所述的盖子为玻璃材质。
CN201810474332.1A 2018-05-17 2018-05-17 基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法 Active CN108490541B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810474332.1A CN108490541B (zh) 2018-05-17 2018-05-17 基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810474332.1A CN108490541B (zh) 2018-05-17 2018-05-17 基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108490541A true CN108490541A (zh) 2018-09-04
CN108490541B CN108490541B (zh) 2019-03-19

Family

ID=63353233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810474332.1A Active CN108490541B (zh) 2018-05-17 2018-05-17 基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108490541B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113285201A (zh) * 2021-05-31 2021-08-20 济南量子技术研究院 一种微米级矩形波导的制备方法及系统
CN114384631A (zh) * 2022-01-14 2022-04-22 厦门贝莱信息科技有限公司 一种烧结熔融980-1550nm光隔离器制作方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2505867Y (zh) * 2001-10-23 2002-08-14 福州康顺光通讯有限公司 一种高隔离度的偏振光合束器
CN1438500A (zh) * 2003-03-04 2003-08-27 山东大学 离子注入制备光学晶体的脊形光波导的方法
EP1560052A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-03 Picarro, Inc. Method and apparatus for adjusting the path of an optical beam
CN101969171A (zh) * 2010-09-17 2011-02-09 山东大学 镱掺杂钇铝石榴石陶瓷平面及条形波导激光器件的制备方法
KR20140027784A (ko) * 2012-08-27 2014-03-07 광주과학기술원 양자점이 함유된 광섬유를 이용한 전광섬유 아이솔레이터
CN104375355A (zh) * 2013-08-12 2015-02-25 高值光电股份有限公司 具有全光纤光学隔离器的光纤放大器
CN104765219A (zh) * 2015-04-07 2015-07-08 山东大学 一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2505867Y (zh) * 2001-10-23 2002-08-14 福州康顺光通讯有限公司 一种高隔离度的偏振光合束器
CN1438500A (zh) * 2003-03-04 2003-08-27 山东大学 离子注入制备光学晶体的脊形光波导的方法
EP1560052A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-03 Picarro, Inc. Method and apparatus for adjusting the path of an optical beam
CN101969171A (zh) * 2010-09-17 2011-02-09 山东大学 镱掺杂钇铝石榴石陶瓷平面及条形波导激光器件的制备方法
KR20140027784A (ko) * 2012-08-27 2014-03-07 광주과학기술원 양자점이 함유된 광섬유를 이용한 전광섬유 아이솔레이터
CN104375355A (zh) * 2013-08-12 2015-02-25 高值光电股份有限公司 具有全光纤光学隔离器的光纤放大器
CN104765219A (zh) * 2015-04-07 2015-07-08 山东大学 一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUE WANG,ET AL: "Optical Planar Waveguides Fabricated by Using Carbon Ion Implantation in Terbium Gallium Garnet", 《JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113285201A (zh) * 2021-05-31 2021-08-20 济南量子技术研究院 一种微米级矩形波导的制备方法及系统
CN113285201B (zh) * 2021-05-31 2022-02-15 济南量子技术研究院 一种微米级矩形波导的制备方法及系统
CN114384631A (zh) * 2022-01-14 2022-04-22 厦门贝莱信息科技有限公司 一种烧结熔融980-1550nm光隔离器制作方法
CN114384631B (zh) * 2022-01-14 2024-04-19 厦门贝莱信息科技有限公司 一种烧结熔融980-1550nm光隔离器制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108490541B (zh) 2019-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Osellame et al. Optical gain in Er-Yb doped waveguides fabricated by femtosecond laser pulses
CN104765219B (zh) 一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法
CN108490541B (zh) 基于氧离子注入铽镓石榴石光波导的空间光隔离器及光波导的制备方法
Chen et al. Optical waveguides formed in Nd: YVO 4 by MeV Si+ implantation
Zhu et al. Optical ridge waveguides in magneto-optical glasses fabricated by combination of silicon ion implantation and femtosecond laser ablation
Zhang et al. Characterization of ion implanted waveguides in Nd: YAG
CN108493746A (zh) 一种微型脊波导的制作方法及具有该波导的激光器
Laversenne et al. Designable buried waveguides in sapphire by proton implantation
Wang et al. Near-infrared carbon-implanted waveguides in Tb 3+-doped aluminum borosilicate glasses
Liu et al. Two-dimensional waveguides in magneto-optical glasses fabricated by carbon ion implantation and femtosecond laser ablation
Chen et al. Low-loss optical planar waveguides in YVO 4 produced by silicon ion implantation at low doses
CN103472533B (zh) 一种离子注入制备掺铒碳化硅光波导的方法
CN101969171B (zh) 镱掺杂钇铝石榴石陶瓷平面及条形波导激光器件的制备方法
Shen et al. Near-infrared carbon-implanted Er 3+/Yb 3+ co-doped phosphate glass waveguides
Zhu et al. Optical properties of a proton-implanted Nd: CNGG planar waveguide
CN104007510B (zh) 一种掺铒氮化锌薄膜光波导及制备方法
CN108732682A (zh) 一种多模干涉型全晶体波导分束器的制备方法
CN101969170B (zh) 铒掺杂钇铝石榴石陶瓷脊形波导激光器件的制备方法
Wang et al. A proton-implanted planar waveguide fabricated in terbium gallium garnet crystal
Liu et al. Monomode optical waveguides in Yb3+-doped silicate glasses produced by low-dose carbon ion implantation
Liu et al. Optical ridge waveguides in Nd3+‐doped fluorophosphate glasses fabricated by carbon ion implantation and femtosecond laser ablation
Pan et al. Er 3+/Yb 3+ co-doped phosphate glass waveguides formed by the H+ ion implantation
CN104767106A (zh) 一种铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器及其制备方法
Zhu et al. Ridge waveguides in magneto-optical glasses formed by combination of proton implantation and precise diamond blade dicing
Liu et al. Visible and near-infrared ridge waveguides in fused silica glasses by oxygen ion implantation and femtosecond laser ablation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant