CN112014922A - 一种光波导结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种光波导结构及其制造方法，所述光波导结构具有：形成于金刚石晶体中的折射率调制区域，所述折射率调制区域的折射率不同于所述金刚石晶体的折射率；以及形成于所述金刚石晶体中的非折射率调制区域，所述非折射率调制区域的折射率与所述金刚石晶体的折射率相同，所述金刚石晶体中至少一个荧光点缺陷中心位于所述光波导结构中，所述光波导结构将所述至少一个荧光点缺陷中心发出的光引导到所述金刚石晶体的表面。本申请的光波导结构能够使金刚石晶体中点缺陷中心发出的光子的检测变得容易、高效，同时使检测系统小型化，并且，该光波导结构的制造方法简单，加工的自由度高，并且制造成本较低。
Description
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光波导结构及其制造方法。
背景技术
在由碳元素组成的金刚石中形成的荧光点缺陷中心，比如氮原子空位，可以通过光学方式激发电子自旋或检测电子自旋，或操作自旋状态。因此，这样的荧光点缺陷中心(也称为“色心”)可应用于量子信息、生物成像、磁场检测等方面。这种特性可以应用到传感器领域。比如，在金刚石中形成复数个氮原子空位色心，理论上对交流磁场的检测灵敏度可达到亚皮特斯拉(sub-pT)。在上述所有应用中，高效率的光子检测都是技术的关键。通常，人们在金刚石晶体的主平面方向用光学显微镜来检测从荧光点缺陷中心发出的光子。但是，因为光子会在金刚石内部发生全反射效应，从金刚石的主平面的表面逸出的光子很少，导致光子的检测效率很低。
为了提高光子检测效率，文献1(PHYSICAL REVIEW B 85,121202(R)(2012))揭示了一种侧面检测方法，在这种侧面检测方法中，检测器被放置于块状金刚石晶体的侧面，大大地提高了检测效率。
另一方面，文献2(ADVANCED MATERIALS 2018,1705501(2018))提出了一种反应性离子刻蚀技术，用氧的等离子体对金刚石晶体进行各向异性加工，通过控制刻蚀条件，可以使刻蚀图形的侧壁具有特定的晶向。这种反应性离子刻蚀技术可以在金刚石晶体上形成波导结构，控制光子的传播方向。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
本申请的发明人认为，文献1和文献2的检测技术各自存在一些局限性，例如：文献1的侧面检测方法一般只适用于块状金刚石晶体，需要加工金刚石晶体在其侧面形成切面，加工不容易；而且检测器具需要配置在金刚石晶体侧面的切面处，位置受限，量测不便。文献2的反应性离子刻蚀技术则需要比较复杂的加工技术，特别是在刻蚀中需要把图形相对于金刚石晶体的晶向进行较严格的对准。
本申请实施例提供一种光波导结构及其制造方法，该光波导结构可以形成于金刚石晶体内部，通过该光波导结构，将金刚石晶体中的至少一个荧光点缺陷中心发出的光引导到金刚石晶体的表面，由此，可以使金刚石晶体中点缺陷中心发出的光子的检测变得容易、高效，同时使检测系统小型化，并且，该光波导结构的制造方法简单，加工的自由度高，并且制造成本较低。
根据本申请实施例的一个方面，提供一种光波导结构，所述光波导结构具有：
形成于金刚石晶体中的折射率调制区域，所述折射率调制区域的折射率不同于所述金刚石晶体的折射率；以及
形成于所述金刚石晶体中的非折射率调制区域，所述非折射率调制区域的折射率与所述金刚石晶体的折射率相同，
所述金刚石晶体中至少一个荧光点缺陷中心位于所述光波导结构中，所述光波导结构将所述至少一个荧光点缺陷中心发出的光引导到所述金刚石晶体的表面。
根据本申请实施例的另一个方面，提供一种光波导结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
在金刚石晶体中形成折射率调制区域，所述折射率调制区域的折射率不同于所述金刚石晶体的折射率，
在所述金刚石晶体中，在所述折射率调制区域之外形成为非折射率调制区域，所述非折射率调制区域的折射率与所述金刚石晶体的折射率相同，
其中，所述金刚石晶体中至少一个荧光点缺陷中心位于所述光波导结构中，所述光波导结构将所述至少一个荧光点缺陷中心发出的光引导到所述金刚石晶体的表面。
本申请的有益效果在于：使金刚石晶体中点缺陷中心发出的光子的检测变得容易、高效，同时使检测系统小型化，并且，该光波导结构的制造方法简单，加工的自由度高，并且制造成本较低。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本申请实施例提供的金刚石晶体中的光波导结构的一个示意图；
图2是本申请实施例提供的金刚石晶体中的光波导结构的另一个示意图；
图3是本申请实施例提供的金刚石晶体中的光波导结构的另一个示意图；
图4是本申请实施例提供的金刚石晶体中的光波导结构的另一个示意图；
图5是本申请实施例提供的金刚石晶体中的光波导结构的另一个示意图；
图6是本申请实施例提供的金刚石晶体中的光波导结构的另一个示意图；
图7是本申请实施例提供的金刚石晶体中的光波导结构的另一个示意图；
图8是本申请实施例提供的金刚石晶体中的光波导结构的另一个示意图；
图9是本申请实施例提供的在金刚石晶体中形成光波导的制造方法的一个示意图；
图10是本申请实施例提供的在金刚石晶体中形成光波导的制造方法的另一个示意图。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
实施例1
本申请实施例1提供一种在金刚石晶体中的光波导结构。图1、5、6是本实施例的金刚石晶体中的光波导结构的示意图。
如图1所示，本实施例的金刚石晶体中的光波导结构5包括：在金刚石晶体1的内部形成的折射率调制区域2，以及由折射率调制区域2所包围的折射率未经调制的金刚石晶体区域(即，非折射率调制区域)3。
在本实施例中，折射率调制区域2的折射率不同于金刚石晶体1的折射率，折射率未经调制的金刚石晶体区域(即，非折射率调制区域)3的折射率与金刚石晶体1的折射率相同。
在本实施例中，如图1所示，金刚石晶体1中的至少一个荧光点缺陷中心4位于由折射率调制区域2和折射率未经调制的金刚石晶体区域(即，非折射率调制区域)3所构成的光波导结构5中，光波导结构5将该至少一个荧光点缺陷中心4发出的光引导到金刚石晶体1的表面。
由此，金刚石晶体1中的点缺陷中心4发出的光子的检测变得容易、高效，同时检测系统可以小型化。
在本实施例中，金刚石晶体1中至少一个荧光点缺陷中心4可以位于折射率调制区域2和非折射率调制区域3中的折射率较大者中，并且，折射率调制区域2和非折射率调制区域3中的折射率较小者可以围绕折射率较大者而形成。这样，在折射率调制区域2和非折射率调制区域3所构成的波导结构5中，从荧光点缺陷中心4发出的荧光在折射率较大者中传播，并在折射率较大者和其外围的折射率较小者的界面上发生全反射，由此，该荧光能够在波导结构5中不断地发生全反射，从而沿着波导结构5的延伸方向而传播。
例如，在本实施例中，折射率调制区域2的折射率n2小于金刚石晶体的折射率n1，金刚石晶体区域(即，非折射率调制区域)3的折射率n3大约等于金刚石晶体的折射率n1。荧光点缺陷中心4位于折射率较大的金刚石晶体区域3中，折射率较小的折射率调制区域2围绕金刚石晶体区域3而形成，例如，折射率调制区域2可以形成包围非折射率调制区域3的封闭式包围结构。
在本实施例中，荧光点缺陷中心4可以是一个单一的点缺陷中心，也可以是复数个点缺陷中心。荧光点缺陷中心4，比如是金刚石晶体中的氮原子空位。
如图1所示，折射率调制区域2的侧面2b、以及底面2c对于荧光点缺陷中心4发出的荧光是连续不透明的。折射率调制区域2的上表面2a接近或位于金刚石晶体1的主表面(例如，上表面)1a，并且，折射率调制区域2所形成的封闭式包围结构可以在金刚石晶体1的主表面1a上具有开口2d。开口2d的大小可以根据实际需要设定。
在本实施例中，金刚石晶体1可以是一个块状晶体，也可以是一个金刚石薄膜。比如，金刚石晶体1是形成在某个衬底(未显示)之上的金刚石薄膜。金刚石薄膜的厚度比如是0.5-10微米。上述衬底可以由包含Si、W、Mo、SiN、SiC之一的材料构成。根据需要，在金刚石薄膜与衬底之间也可以具有粘附层。
在折射率调制区域2内部，各处的折射率可以几乎相同。另一方面，在折射率调制区域2内部，各处的折射率也可以不相同。比如，在该折射率调制区域2内部，折射率在封闭式包围结构的内围大于其外围，即，从内围到外围递减。由此，能够有利于荧光点缺陷中心4发出的光线在光波导结构5中发生全反射。
一个特例是，在折射率调制区域2内部，折射率从封闭式包围结构的内围(内表面为2i)到外围(外表面为2o)台阶性地变小。比如，如图5a和图5b所示，折射率调制区域2内部分为两个区域，即区域2-1和区域2-2。区域2-1的折射率大于区域2-2的折射率。区域2-1的内表面2i包围折射率未经调制的金刚石晶体区域3；区域2-2的外表面2o接近或位于金刚石晶体1的表面，或者位于金刚石晶体1的内部。
再比如，如图6a和图6b所示，在折射率调制区域2内部，折射率从封闭式包围的内围(内表面为2i)到外围(外表面为2o)渐进性地变小。即，沿着箭头A所示方向，从折射率调制区域2的内表面2i开始向着折射率调制区域2的外表面2o，折射率渐进性地变小。折射率调制区域2包围折射率未经调制的金刚石晶体区域3；区域2-2的外表面2o接近或位于金刚石晶体1的表面，或者位于金刚石晶体1的内部。在图6a中，折射率调制区域2的折射率由内向外呈同心圆形状渐进性地变小。在图6b中，折射率调制区域2的折射率由内向外呈方形形状渐进性地变小。
在本实施例中，折射率调制区域2是光波导的包层，被折射率调制区域2所包围的金刚石晶体区域3是光波导的芯部。显而易见，只要能够实现所需的光波导作用，折射率调制区域2的形貌可以从图1、5、6所示形貌进行拓扑性变化。即，从图1、5、6所示形貌进行拓扑性变化后的折射率调制区域2，也包括在本发明之中。
在折射率调制区域2内部，可以包含碳以外的离子、原子、分子等物质。这些物质的存在，或者是它们的导入过程使得折射率调制区域2的折射率小于金刚石晶体1的折射率。
利用图1所示的光波导结构5，由荧光点缺陷中心4发出的荧光就会被折射率调制区域2聚集、引导到开口2d，从金刚石晶体1的主表面1a集中发射出来。这样，避免了荧光向金刚石晶体各个方向的分散溢出，可以使金刚石晶体中点缺陷中心发出的光子的检测效率得到提高。同时，因为用光波导限定了荧光的发射点，使得检测变得容易。由于检测设备(比如，光学显微镜镜头)可以设置在金刚石晶体1的主表面1a上方，使得金刚石薄膜可以代替金刚石块，利于检测系统的小型化和低成本化。比如，检测系统可以集成到金刚石晶体1的主表面1a方向的开口2d的上方，可以实现高密度的检测系统。
实施案例2
本申请实施例2提供另一种在金刚石晶体中的光波导结构。图2是本实施例的金刚石晶体中的光波导结构的一个示意图。
如图2a和图2b所示，本实施例的金刚石晶体中的光波导结构5与如图1所示的光波导结构基本相同，不同的是光波导结构中折射率调制区域2所形成的封闭式包围结构的开口2d开设在了金刚石晶体1的侧面1b方向。如图2b所示，荧光点缺陷中心4包含在金刚石晶体区域3中。
利用图2所示的光波导结构5，由荧光点缺陷中心4发出的荧光就会被折射率调制区域2聚集、引导到开口2d，从金刚石晶体1的侧面1b集中发射出来。这适合需要在金刚石晶体1的侧面1b集中检测荧光的应用，比起传统方式，同样可以提高光子的检测效率,使检测变得容易，利于检测系统的小型化。
实施案例3
本申请实施例3提供另一种在金刚石晶体中的光波导结构。图3、7、8是本实施例的金刚石晶体中的光波导结构的示意图。
如图3所示，本实施例的金刚石晶体中的光波导结构5包括：在金刚石晶体1的内部形成的折射率调制区域2，以及折射率调制区域2外围的金刚石晶体1，折射率调制区域2外围的金刚石晶体1为非折射率调制区域。
在本实施例中，折射率调制区域2的折射率n2大于金刚石晶体的折射率n1，即，折射率调制区域2折射率较大，围绕折射率调制区域2而形成的非折射率调制区域的折射率较小。如图3所示，荧光点缺陷中心4位于折射率调制区域2中。
在本实施例中，荧光点缺陷中心4可以是一个单一的点缺陷中心，也可以是复数个点缺陷中心。荧光点缺陷中心4，比如是金刚石晶体中的氮原子空位。折射率调制区域2的一个端面2e接近或位于金刚石晶体1的主表面(例如，上表面)1a。端面2e的大小可以根据实际需要设定。金刚石晶体1可以是一个块状晶体，也可以是一个金刚石薄膜。比如，金刚石晶体1是形成在某个衬底(未显示)之上的金刚石薄膜。金刚石薄膜的厚度比如是0.5-10微米。上述衬底可以由包含Si、W、Mo、SiN、SiC之一的材料构成。根据需要，在金刚石薄膜与衬底之间也可以具有粘附层。
在折射率调制区域2内部，各处的折射率可以几乎相同。另一方面，在折射率调制区域2内部，各处的折射率也可以不相同。比如，在该折射率调制区域2内部，折射率在内围大于其外围，即，从内围到外围递减，由此，能够有利于荧光点缺陷中心4发出的光线在光波导结构5中发生全反射。
一个特例是，在折射率调制区域2内部，折射率从内围到外围台阶性地变小。比如，如图7a和图7b所示，折射率调制区域2内部分为两个区域，即区域2-1和区域2-2。区域2-1的折射率大于区域2-2的折射率。区域2-2的外表面2o接近或位于金刚石晶体1的表面，或者位于金刚石晶体1的内部。
再比如，如图8a和图8b所示，在折射率调制区域2内部，折射率从内围到外围渐进性地变小。即，沿着箭头A所示方向，从折射率调制区域2的中心开始向着折射率调制区域2的外表面2o，折射率渐进性地变小。区域2-2的外表面2o接近或位于金刚石晶体1的表面，或者位于金刚石晶体1的内部。在图8a中，折射率调制区域2的折射率由内向外呈同心圆形状渐进性地变小。在图8b中，折射率调制区域2的折射率由内向外呈方形形状渐进性地变小。
在本实施例中，折射率调制区域2是光波导的芯部。显而易见，只要能够实现所需的光波导作用，折射率调制区域2的形貌可以从图3、7、8所示形貌进行拓扑性变化。即，从图3、7、8所示形貌进行拓扑性变化后的折射率调制区域2，也包括在本发明之中。
在折射率调制区域2内部，可以包含碳以外的离子、原子、分子等物质。这些物质的存在，或者是它们的导入过程使得折射率调制区域2的折射率大于金刚石晶体1的折射率。
利用图3所示的光波导结构5，由荧光点缺陷中心4发出的荧光就会被折射率调制区域2聚集、引导到端面2e，从金刚石晶体1的主表面1a集中发射出来。这样，避免了荧光向金刚石晶体各个方向的分散溢出，可以使金刚石晶体中点缺陷中心发出的光子的检测效率得到提高。同时，因为用光波导限定了荧光的发射点，使得检测变得容易。由于检测设备(比如，光学显微镜镜头)可以设置在金刚石晶体1的主表面1a上方，而没有必要设置在金刚石晶体1的侧表面1b方向，使得金刚石薄膜可以代替金刚石块，利于检测系统的小型化和低成本化。比如，检测系统可以集成到金刚石晶体1的主表面1a方向的端面2e的上方，可以实现高密度的检测系统。
实施案例4
本申请实施例4提供另一种在金刚石晶体中的光波导结构。图4是本实施例的金刚石晶体中的光波导结构的一个示意图。
如图4所示，本实施例的金刚石晶体中的光波导结构5与如图3所示的光波导结构基本相同，不同的是光波导的端面2e开设在了金刚石晶体1的侧面1b方向。
利用图4所示的光波导结构5，由荧光点缺陷中心4发出的荧光就会被折射率调制区域2聚集、引导到光波导的端面2e，从金刚石晶体1的侧面1b集中发射出来。这适合需要在金刚石晶体1的侧面1b集中检测荧光的应用，比起传统方式，同样可以提高光子的检测效率,使检测变得容易，利于检测系统的小型化。
实施案例5
本申请实施例5提供一种在金刚石晶体中形成光波导的制造方法。图9是本实施例的在金刚石晶体中形成光波导的制造方法的一个示意图。利用本实施例的制造方法，可以得到图1、2、5、6所示的金刚石晶体中的光波导结构。
首先，如图9a所示，进行金刚石晶体1的准备。金刚石晶体1可以是一个块状晶体，也可以是一个金刚石薄膜。比如，金刚石晶体1是形成在某个衬底(未显示)之上的金刚石薄膜。金刚石薄膜的厚度比如是0.5-10微米。上述衬底可以由包含Si、W、Mo、SiN、SiC之一的材料构成。根据需要，在金刚石薄膜与衬底之间也可以形成粘附层。金刚石晶体1的形成方法，可以参考传统的金刚石晶体制造方法。比如，可以用微波等离子化学气相沉积技术(MPCVD)形成金刚石晶体1。如果金刚石晶体1是形成在衬底上，为了得到高质量的金刚石晶体1，可以在金刚石晶体1形成前对衬底表面进行必要的处理。
然后，如图9b所示，在金刚石晶体1的内部形成荧光点缺陷中心4。荧光点缺陷中心4可以是一个单一的点缺陷中心，也可以是复数个点缺陷中心。荧光点缺陷中心4，比如是金刚石晶体中的氮原子空位。荧光点缺陷中心4可以在金刚石晶体1的形成过程中与金刚石晶体1同时形成，也可以在金刚石晶体1形成之后通过附加手段形成。这种附加手段，比如是氮的离子注入。
然后，如图9c所示，在金刚石晶体1的内部形成折射率调制区域2，完成光波导5的制造。折射率调制区域2的折射率n2小于金刚石晶体1的折射率n1，即，n2<n1。折射率调制区域2的形成，可以用离子注入方法实施。注入的离子可以是轻离子(比如是He或H的离子)，也可以是重离子(比如是铌酸锂、钒酸镱等的离子)。在离子注入过程中，通过调节离子的加速电压可以调节离子注入的深度。比如，离子注入的加速电压可以是10keV-5MeV。在离子注入过程中，通过调节离子的注入浓度，可以调节被注入各区域的折射率。离子的注入浓度，比如说可以是0-1016/cm2。在离子注入过程中，为了较好地控制注入区域的形貌，可采用聚焦离子束方法进行离子注入。根据需要，离子注入后可以进行在适当的温度下进行一定时间的热处理，即进行适当的退火处理。
荧光点缺陷中心4的形成与折射率调制区域2的形成，顺序也可以对换。
当n2<n1时，金刚石晶体1的内部，折射率调制区域2对金刚石晶体1的一部分3形成封包围形态。这种包围形态在金刚石晶体1的内部可以是封闭式的，封闭式包围在该金刚石晶体的表面1a附近具有开口2d。
当n2<n1时，在折射率调制区域2内部，各处的折射率可以几乎相同。另一方面，在折射率调制区域2内部，各处的折射率也可以不相同。比如，如图5、6所示，在折射率调制区域2内部，折射率从封闭式包围的内围(内表面为2i)到外围(外表面为2o)台阶性地变小。比如，如图5a和图5b所示，折射率调制区域2内部分为两个区域，即区域2-1和区域2-2。区域2-1的折射率大于区域2-2的折射率。区域2-1的内表面2i包围折射率未经调制的金刚石晶体区域3；区域2-2的外表面2o接近或位于金刚石晶体1的表面，或者位于金刚石晶体1的内部。
再比如，如图6a和图6b所示，在折射率调制区域2内部，折射率从封闭式包围的内围(内表面为2i)到外围(外表面为2o)渐进性地变小。即，沿着箭头A所示方向，从折射率调制区域2的内表面2i开始向着折射率调制区域2的外表面2o，折射率渐进性地变小。折射率调制区域2包围折射率未经调制的金刚石晶体区域3；区域2-2的外表面2o接近或位于金刚石晶体1的表面，或者位于金刚石晶体1的内部。在图6a中，折射率调制区域2的折射率由内向外呈同心圆形状渐进性地变小。在图6b中，折射率调制区域2的折射率由内向外呈方形形状渐进性地变小。
如图9c所示，当n2<n1时，折射率调制区域2是光波导的包层，被折射率调制区域2所包围的金刚石晶体区域3是光波导的芯部。由于可以控制离子束来调制折射率调制区域2的形貌，离子注入方式不仅可以制造出图9c(同图1)的光波导，也可以制造出图2以及图5、6所示形貌的光波导，也可以制造出图9c(同图1)、图2以及图5、6所示形貌进行了拓扑性变化的光波导。
如上所示，本实施例的方法可以在金刚石晶体中简易地形成光波导，加工自由度高；所制造的光波导，具有实施例1、2所示的功能。
实施案例6
本申请实施例6提供一种在金刚石晶体中形成光波导的另一种制造方法。图10是本实施例的在金刚石晶体中形成光波导的制造方法的一个示意图。利用本实施例的制造方法，可以得到图3、4、7、8所示的金刚石晶体中的光波导结构。
首先，如图10a所示，进行金刚石晶体1的准备。这一过程可以与图9a所示的金刚石晶体1的准备过程相同。
然后，如图10b所示，在金刚石晶体1的内部形成荧光点缺陷中心4。这一过程可以与图9b所示的荧光点缺陷中心4的形成过程相同。
然后，如图10c所示，在金刚石晶体1的内部形成折射率调制区域2，完成光波导5的制造。折射率调制区域2的折射率n2大于金刚石晶体1的折射率n1，即，n2>n1。折射率调制区域2的形成，可以与图9c所示的折射率调制区域2的形成过程部分相同，即也可以用离子注入方法实施。但是，经过离子注入以及离子注入后的必要处理之后，n2>n1。
荧光点缺陷中心4的形成与折射率调制区域2的形成，顺序也可以对换。
在折射率调制区域2内部，各处的折射率可以几乎相同。另一方面，在折射率调制区域2内部，各处的折射率也可以不相同。比如，在该折射率调制区域2内部，折射率在内围大于其外围。
一个特例是，在折射率调制区域2内部，折射率从内围到外围台阶性地变小。比如，如图7a和图7b所示，折射率调制区域2内部分为两个区域，即区域2-1和区域2-2。区域2-1的折射率大于区域2-2的折射率。区域2-2的外表面2o接近或位于金刚石晶体1的表面，或者位于金刚石晶体1的内部。
再比如，如图8a和图8b所示，在折射率调制区域2内部，折射率从内围到外围渐进性地变小。即，沿着箭头A所示方向，从折射率调制区域2的中心开始向着折射率调制区域2的外表面2o，折射率渐进性地变小。区域2-2的外表面2o接近或位于金刚石晶体1的表面，或者位于金刚石晶体1的内部。在图8a中，折射率调制区域2的折射率由内向外呈同心圆形状渐进性地变小。在图8b中，折射率调制区域2的折射率由内向外呈方形形状渐进性地变小。
在本实施例中，折射率调制区域2是光波导的芯部,端面2e是光波导的端面。显而易见，只要能够实现所需的光波导作用，折射率调制区域2的形貌可以从图10c(同图3)、7、8所示形貌进行拓扑性变化。
如上所示，本实施例的方法可以在金刚石晶体中简易地形成光波导，加工自由度高；所制造的光波导，具有实施例3、4所示的功能。
以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。
Claims (14)
1.一种光波导结构，其特征在于，所述光波导结构具有：
形成于金刚石晶体中的折射率调制区域，所述折射率调制区域的折射率不同于所述金刚石晶体的折射率；以及
形成于所述金刚石晶体中的非折射率调制区域，所述非折射率调制区域的折射率与所述金刚石晶体的折射率相同，
所述金刚石晶体中至少一个荧光点缺陷中心位于所述光波导结构中，所述光波导结构将所述至少一个荧光点缺陷中心发出的光引导到所述金刚石晶体的表面。
2.如权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，
该折射率调制区域的折射率小于该金刚石晶体的折射率，
所述至少一个荧光点缺陷中心位于所述非折射率调制区域中，
所述折射率调制区域在所述金刚石晶体中形成包围所述非折射率调制区域的封闭式包围结构，
该封闭式包围结构在该金刚石晶体的表面形成开口。
3.如权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，
该折射率调制区域的折射率大于该金刚石晶体的折射率，
所述至少一个荧光点缺陷中心位于所述折射率调制区域中，
所述折射率调制区域的终端位于该金刚石晶体的表面。
4.如权利要求1-3中任一项所述的光波导结构，其特征在于，
在该折射率调制区域中，各处的折射率相同。
5.如权利要求1-3中任一项所述的光波导结构，其特征在于，
在该折射率调制区域中，各处的折射率不完全相同。
6.如权利要求5所述的光波导结构，其特征在于，
在该折射率调制区域中，折射率由内而外递减。
7.如权利要求6所述的光波导结构，其特征在于，
在该折射率调制区域中，折射率由内而外台阶性地递减。
8.如权利要求6所述的光波导结构，其特征在于，
在该折射率调制区域中，折射率由内而外渐进性地递减。
9.如权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，
该折射率调制区域包含碳以外的离子。
10.一种光波导结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
在金刚石晶体中形成折射率调制区域，所述折射率调制区域的折射率不同于所述金刚石晶体的折射率，
在所述金刚石晶体中，在所述折射率调制区域之外形成为非折射率调制区域，所述非折射率调制区域的折射率与所述金刚石晶体的折射率相同，
其中，所述金刚石晶体中至少一个荧光点缺陷中心位于所述光波导结构中，所述光波导结构将所述至少一个荧光点缺陷中心发出的光引导到所述金刚石晶体的表面。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，
该折射率调制区域的折射率小于该金刚石晶体的折射率，
所述至少一个荧光点缺陷中心位于所述非折射率调制区域中，
所述折射率调制区域在所述金刚石晶体中形成包围所述非折射率调制区域的封闭式包围结构，
该封闭式包围结构在该金刚石晶体的表面形成开口。
12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，
该折射率调制区域的折射率大于该金刚石晶体的折射率，
所述至少一个荧光点缺陷中心位于所述折射率调制区域中，
所述折射率调制区域的终端位于该金刚石晶体的表面。
13.权利要求10所述的制造方法，其特征在于，
该折射率调制区域由离子注入方式形成。
14.权利要求13所述的制造方法，其特征在于，
该离子注入方式是聚焦离子束注入。
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|---|---|---|---|
| CN201910464620.3A CN112014922A (zh) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | 一种光波导结构及其制造方法 |
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| CN (1) | CN112014922A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114343572A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-15 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种在体生物神经信息的探测方法 |
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2019
- 2019-05-30 CN CN201910464620.3A patent/CN112014922A/zh active Pending
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