CN112363278A - 一种片上集成光学微腔耦合结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种片上集成光学微腔耦合结构及制备方法。耦合结构包括衬底；设置于衬底上的光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁；第一悬臂梁包括第一支撑体、第二支撑体以及第一悬臂，第二悬臂梁包括第三支撑体、第四支撑体以及第二悬臂，光学微腔位于第一悬臂和第二悬臂之间；第一悬臂和第二悬臂用于在锥状光纤和光学微腔耦合时支撑锥状光纤的两端。本发明实施例的技术方案，使得锥状光纤与光学微腔相对位置保持稳定，从而解决了实验中的长时间测量所必需的机械稳定性问题，而且该结构的制备工艺与现有光学微腔的制备工艺完全兼容，容易制备，可以为光学微腔未来的产业化提供一个解决机械稳定性的封装思路。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光学器件技术，尤其涉及一种片上集成光学微腔耦合结构及制备方法。
背景技术
片上超高品质因子二氧化硅回音壁模式光学微腔样品于2003年被首次制备，这种光学微腔具有Q值高、损耗低、具有较小的模式体积等优点，因此作为一个良好的实验平台被研究人员广泛应用于各种项目当中。
为了将激光有效入射到这种回音壁模式光学微腔中，常见的耦合方式有棱镜耦合、光纤端面耦合、锥状光纤耦合几种。而这其中锥状光纤耦合是最常被研究人员所利用的，因为它的耦合效率可轻松高于90％以上，并且制备锥状光纤的过程相对简单方便。制备锥状光纤的常规方式如下：利用光纤夹具夹住光纤，并且用氢焰对单模光纤进行烧制加热，使用电机匀速的拖拽光纤，将其在火焰烧制的部分拉细、拉长，最终拉制好的锥状光纤的光纤锥直径大约在1um左右。
现有技术进行片上光学微腔与锥状光纤耦合测量时存在这样的问题：由于常用的压电位移台随时间会有一定的位置变动，质量稍次的压电产品这个问题尤为明显。这样就会增加实验过程中的诸多不便，比如长时间(半小时或更长时间)采集实验数据时研究人员通常希望光学微腔和锥状光纤的相对耦合位置保持固定，但是常规的实验系统常常无法满足这样的机械稳定性。利用低折射率紫外胶将锥状光纤与光学微腔完整包裹住可以增强机械稳定性，但会给光学微腔样品带来极大的损耗，不适用于超高品质因子光学微腔测量；封装过后耦合位置不可调节；封装过后由于微腔被固体所包裹住，诸如光力学实验无法开展。
发明内容
本发明实施例提供一种片上集成光学微腔耦合结构及制备方法，以使得锥状光纤与光学微腔相对位置保持稳定，从而解决了实验中的长时间测量所必需的机械稳定性问题，而且该结构的制备工艺与现有光学微腔的制备工艺完全兼容，容易制备，可以为光学微腔未来的产业化提供一个解决机械稳定性的封装思路。
第一方面，本发明实施例提供片上集成光学微腔耦合结构，包括：
衬底；
设置于所述衬底上的光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁；
所述第一悬臂梁包括第一支撑体、第二支撑体以及位于所述第一支撑体和所述第二支撑体之间的第一悬臂，所述第二悬臂梁包括第三支撑体、第四支撑体以及位于所述第三支撑体和所述第四支撑体的第二悬臂，所述光学微腔位于所述第一悬臂和所述第二悬臂之间；
所述第一悬臂和所述第二悬臂用于在锥状光纤和所述光学微腔耦合时支撑所述锥状光纤的两端。
可选的，所述光学微腔、所述第一支撑体、所述第二支撑体、所述第三支撑体和所述第四支撑体均包括层叠设置的微盘和支撑柱，所述微盘的尺寸大于所述支撑柱的尺寸。
可选的，所述微盘、所述第一悬臂和所述第二悬臂均包括二氧化硅，所述衬底和所述支撑柱均包括硅。
可选的，所述光学微腔的微盘的形状为圆柱形或圆台形，所述支撑柱的形状为圆台形。
可选的，所述光学微腔的微盘边缘包括卷曲形状。
第二方面，本发明实施例还提供一种片上集成光学微腔耦合结构的制备方法，包括：
制备包括光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁形状的掩模版；
提供衬底；
在所述衬底一侧形成光学微腔材料层和光刻胶；
利用所述掩模版覆盖所述衬底形成有所述光刻胶的一侧，采用光刻工艺形成光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁；
其中，所述第一悬臂梁包括第一支撑体、第二支撑体以及位于所述第一支撑体和所述第二支撑体之间的第一悬臂，所述第二悬臂梁包括第三支撑体、第四支撑体以及位于所述第三支撑体和所述第四支撑体的第二悬臂，所述光学微腔位于所述第一悬臂和所述第二悬臂之间；所述第一悬臂和所述第二悬臂用于在锥状光纤和所述光学微腔耦合时支撑所述锥状光纤的两端。
可选的，所述利用所述掩模版覆盖所述衬底形成有所述光刻胶的一侧，采用光刻工艺形成光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁包括：
利用紫外曝光、显影工艺，去除所述光学微腔、所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁之外区域的光刻胶；
刻蚀所述光学微腔材料层；
去除光刻胶；
刻蚀部分所述衬底，形成包括层叠设置的微盘和支撑柱的所述光学微腔、所述第一支撑体、所述第二支撑体、所述第三支撑体以及所述第四支撑体。
可选的，所述光学微腔材料层包括二氧化硅，所述衬底包括硅。
可选的，利用氢氟酸刻蚀所述光学微腔材料层，利用二氟化氙刻蚀所述衬底。
可选的，还包括：
利用二氧化碳激光器加工所述光学微腔的微盘边缘，以形成卷曲形状。
本发明实施例提供的片上集成光学微腔耦合结构，包括衬底；设置于衬底上的光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁；通过第一悬臂梁设置第一支撑体、第二支撑体以及位于第一支撑体和第二支撑体之间的第一悬臂，第二悬臂梁设置第三支撑体、第四支撑体以及位于第三支撑体和第四支撑体的第二悬臂，光学微腔位于第一悬臂和第二悬臂之间；第一悬臂和第二悬臂在锥状光纤和光学微腔耦合时支撑锥状光纤的两端，通过两个悬臂和光纤的摩擦阻尼和支撑力使得锥状光纤与光学微腔相对位置保持稳定，从而解决了实验中的长时间测量所必需的机械稳定性问题，而且该结构的制备工艺与现有光学微腔的制备工艺完全兼容，容易制备，可以为光学微腔未来的产业化提供一个解决机械稳定性的封装思路。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种片上集成光学微腔耦合结构的俯视示意图；
图2是图1中片上集成光学微腔耦合结构的一种左视示意图；
图3是图1中片上集成光学微腔耦合结构的一种主视示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种片上集成光学微腔耦合结构的俯视示意图；
图5是图4中片上集成光学微腔耦合结构的一种主视示意图；
图6是图1中片上集成光学微腔耦合结构的另一种主视示意图；
图7是本发明实施例提供的一种片上集成光学微腔的制备方法的流程示意图；
图8是本发明实施例提供一种掩模版的结构示意图；
图9是本发明实施例中步骤S130对应的结构示意图；
图10是本发明实施例中步骤S140对应的结构示意图；
图11是本发明实施例制备的片上集成光学微腔耦合结构的显微照片；
图12是锥状光纤与光学微腔耦合的显微示意图；
图13是光学微腔品质因子测量示意图；
图14是本发明实施例提供的耦合结构的机械稳定性测试示意图；
图15是图14中稳定性测试过程中光学微腔的透射谱对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1所示为本发明实施例提供的一种片上集成光学微腔耦合结构的俯视示意图，图2为图1中片上集成光学微腔耦合结构的一种左视示意图，图3为图1中片上集成光学微腔耦合结构的一种主视示意图。参考图1～图3，本实施例提供的片上集成光学微腔耦合结构包括：衬底10；设置于衬底10上的光学微腔20、第一悬臂梁30和第二悬臂梁40；第一悬臂梁30包括第一支撑体31、第二支撑体32以及位于第一支撑体31和第二支撑体32之间的第一悬臂33，第二悬臂梁40包括第三支撑体41、第四支撑体42以及位于第三支撑体41和第四支撑体42的第二悬臂43，光学微腔20位于第一悬臂33和第二悬臂43之间；第一悬臂33和第二悬臂43用于在锥状光纤和光学微腔20耦合时支撑锥状光纤的两端。
其中，该耦合结构可以看作两部分：片上集成的光学微腔20和光学微腔20两侧的悬臂梁30和40，待测样品为位于结构中心的光学微腔20，当锥状光纤(图中未示出)与光学微腔20耦合时，锥状光纤两端直接搭在两个悬臂梁上，由于两个悬臂和光纤有一定的摩擦阻尼和方向向上的支撑力，可以一定程度上保证光纤微腔20和光纤锥的相对位置保持恒定，以此达到优化机械稳定性目的。
本实施例的技术方案，通过第一悬臂梁设置第一支撑体、第二支撑体以及位于第一支撑体和第二支撑体之间的第一悬臂，第二悬臂梁设置第三支撑体、第四支撑体以及位于第三支撑体和第四支撑体的第二悬臂，光学微腔位于第一悬臂和第二悬臂之间；第一悬臂和第二悬臂在锥状光纤和光学微腔耦合时支撑锥状光纤的两端，通过两个悬臂和光纤的摩擦阻尼和支撑力使得锥状光纤与光学微腔相对位置保持稳定，从而解决了实验中的长时间测量所必需的机械稳定性问题，而且该结构的制备工艺与现有光学微腔的制备工艺完全兼容，容易制备，可以为光学微腔未来的产业化提供一个解决机械稳定性的封装思路。
在上述技术方案的基础上，可选的，光学微腔、第一支撑体、第二支撑体、第三支撑体和第四支撑体均包括层叠设置的微盘和支撑柱，微盘的尺寸大于支撑柱的尺寸。
继续参考图3，光学微腔20包括微盘21和支撑柱22，第一支撑体31包括微盘311和支撑柱312，第三支撑体41包括微盘411和412，其中微盘21、微盘311、微盘411、第一悬臂和第二悬臂采用相同的材料，支撑柱22、支撑柱312、支撑柱412和衬底10可以选用相同的材料，可选的，微盘、第一悬臂和第二悬臂均包括二氧化硅，衬底和支撑柱均包括硅，具体实施时可以根据实际工艺条件和实验条件灵活选择。
可选的，光学微腔微盘的形状为圆柱形或圆台形，支撑柱的形状为圆台形。
示例性的，图1～图3的实施例中光学微腔的微盘的形状设置为圆柱形，支撑柱的形状为圆台形，在其他实施例中，光学微腔的微盘形状也可以设置为圆台形，图4所示为本发明实施例提供的另一种片上集成光学微腔耦合结构的俯视示意图，图5为图4中片上集成光学微腔耦合结构的一种主视示意图。该实施例中光学微腔的微盘和支撑柱的形状均为圆台形。
在其他实施例中，为了提高光学微腔的品质因子，可选的，光学微腔的微盘边缘包括卷曲形状。示例性的，图6为图1中片上集成光学微腔耦合结构的另一种主视示意图，该结构有利于提升光学微腔的品质因子。
图7所示为本发明实施例提供的一种片上集成光学微腔的制备方法的流程示意图，本实施例可适用于制备上述实施例提供的任意一种片上集成光学微腔耦合结构，参考图7，该制备方法包括：
步骤S110、制备包括光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁形状的掩模版。
示例性的，图8所示为本发明实施例提供一种掩模版的结构示意图，该掩模版示意性示出两组光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁的形状，其具体尺寸可以根据实际需求设计，本发明实施例对此不作限定。
步骤S120、提供衬底。
本实施例中，衬底选用硅材料，在其他实施例中也可以选用其他材料，此处不作限定。
步骤S130、在衬底一侧形成光学微腔材料层和光刻胶。
本实施例中，光学微腔材料层选用二氧化硅。示例性的，图9所示为本发明实施例中步骤S130对应的结构示意图，在S130中，在衬底10上依次形成光学微腔材料层200和光刻胶300。
步骤S140、利用掩模版覆盖衬底形成有光刻胶的一侧，采用光刻工艺形成光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁。
其中，第一悬臂梁包括第一支撑体、第二支撑体以及位于第一支撑体和第二支撑体之间的第一悬臂，第二悬臂梁包括第三支撑体、第四支撑体以及位于第三支撑体和第四支撑体的第二悬臂，光学微腔位于第一悬臂和第二悬臂之间；第一悬臂和第二悬臂用于在锥状光纤和光学微腔耦合时支撑锥状光纤的两端。
示例性的，图10所示为本发明实施例中步骤S140对应的结构示意图，在S140中，利用掩模版400覆盖衬底10形成有光刻胶300的一侧，并利用光刻工艺，形成图1～图3所示的片上集成光学微腔耦合结构。
可选的，利用掩模版覆盖衬底形成有光刻胶的一侧，采用光刻工艺形成光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁包括：
利用紫外曝光、显影工艺，去除光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁之外区域的光刻胶；
刻蚀光学微腔材料层；
去除光刻胶；
刻蚀部分衬底，形成包括层叠设置的微盘和支撑柱的光学微腔、第一支撑体、第二支撑体、第三支撑体以及第四支撑体。
可选的，在本实施例中，利用氢氟酸刻蚀光学微腔材料层，利用二氟化氙刻蚀衬底。
本实施例的技术方案，通过第一悬臂梁设置第一支撑体、第二支撑体和位于第一支撑体和第二支撑体之间的第一悬臂，第二悬臂梁设置第三支撑体、第四支撑体和位于第三支撑体和第四支撑体的第二悬臂，光学微腔位于第一悬臂和第二悬臂之间；第一悬臂和第二悬臂在锥状光纤和光学微腔耦合时支撑锥状光纤的两端，通过两个悬臂和光纤的摩擦阻尼和支撑力使得锥状光纤与光学微腔相对位置保持稳定，从而解决了实验中的长时间测量所必需的机械稳定性问题，而且该结构的制备工艺与现有光学微腔的制备工艺完全兼容，容易制备，可以为光学微腔未来的产业化提供一个解决机械稳定性的封装思路。
在上述技术方案的基础上，为了提高光学微腔的品质因子，可选的，本实施例提供的制备方法还包括：
利用二氧化碳激光器加工光学微腔的微盘边缘，以形成卷曲形状。
以上方法可以形成图6所示的片上集成光学微腔耦合结构。
为了验证本发明实施例提供的片上集成光学微腔耦合结构的性能，在某一实施例中，利用硅片为衬底，二氧化硅为光学微腔材料，掩模版所绘制圆盘(光学微腔)直径为80μm，悬臂梁粗细为2μm，其前后两端有方形的结构来承载，制备图6所示的耦合结构。图11所示为本发明实施例制备的片上集成光学微腔耦合结构的显微照片，其中右上图为左图中光学微腔的放大图，右下图为支撑结构的放大图，图12所示为锥状光纤与光学微腔耦合的显微示意图，其中上图为放大图。实验中将锥状光纤搭设在光学微腔边缘，同时保证其接触到光学微腔两侧的悬臂梁，并且产生一定的接触应力，以让悬臂梁给锥状光纤提供横向的摩擦力和纵向的支撑力，从而达到稳固光纤微腔与光纤锥相对位置的作用。
图13所示为光学微腔品质因子测量示意图，实验中选择了波长位于1565.2nm附近，具有超高品质因子的光学模式进行稳定性的测量，其品质因子Q可达1.5×108，超高品质因子意味着更高的稳定性测量精度。
图14所示为本发明实施例提供的耦合结构的机械稳定性测试示意图，在0分钟初始时刻，把模式耦合深度调整为50％附近，因为在此状态下透射谱耦合深度与光学微腔和光纤锥间隙的灵敏性最高。从图14可以看出，有悬臂梁支撑状态下，经过两小时的观测，耦合深度从45％变为了54％，变化了9％。但是如果没有悬臂梁支撑的样品，经过两小时观测，会从60％很快的变为0％，变化了60％，基本相当于光纤锥与光学微腔完全远离，无法测出光学模式，即本实施例的结构设计对于维持光学微腔与光纤锥系统的机械稳定性有着非常不错的效果。
图15是图14中稳定性测试过程中光学微腔的透射谱对比示意图，参考图15，在测量过程中，起始时刻0分钟和结束时120分钟的透射谱图像对比，可以明显的看出有悬臂梁的样品，透射谱的变化程度要远远小于普通样品。普通样品经过2小时观测，光纤锥和光学微腔的相对位置已经完全远离开，无法再进行光学模式的测量。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种片上集成光学微腔耦合结构，其特征在于，包括：
衬底；
设置于所述衬底上的光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁；
所述第一悬臂梁包括第一支撑体、第二支撑体以及位于所述第一支撑体和所述第二支撑体之间的第一悬臂，所述第二悬臂梁包括第三支撑体、第四支撑体以及位于所述第三支撑体和所述第四支撑体的第二悬臂，所述光学微腔位于所述第一悬臂和所述第二悬臂之间；
所述第一悬臂和所述第二悬臂用于在锥状光纤和所述光学微腔耦合时支撑所述锥状光纤的两端。
2.根据权利要求1所述的片上集成光学微腔耦合结构，其特征在于，所述光学微腔、所述第一支撑体、所述第二支撑体、所述第三支撑体和所述第四支撑体均包括层叠设置的微盘和支撑柱，所述微盘的尺寸大于所述支撑柱的尺寸。
3.根据权利要求2所述的片上集成光学微腔耦合结构，其特征在于，所述微盘、所述第一悬臂和所述第二悬臂均包括二氧化硅，所述衬底和所述支撑柱均包括硅。
4.根据权利要求2所述的片上集成光学微腔耦合结构，其特征在于，所述光学微腔的微盘的形状为圆柱形或圆台形，所述支撑柱的形状为圆台形。
5.根据权利要求2所述的片上集成光学微腔耦合结构，其特征在于，所述光学微腔的微盘边缘包括卷曲形状。
6.一种片上集成光学微腔耦合结构的制备方法，其特征在于，包括：
制备包括光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁形状的掩模版；
提供衬底；
在所述衬底一侧形成光学微腔材料层和光刻胶；
利用所述掩模版覆盖所述衬底形成有所述光刻胶的一侧，采用光刻工艺形成光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁；
其中，所述第一悬臂梁包括第一支撑体、第二支撑体以及位于所述第一支撑体和所述第二支撑体之间的第一悬臂，所述第二悬臂梁包括第三支撑体、第四支撑体以及位于所述第三支撑体和所述第四支撑体的第二悬臂，所述光学微腔位于所述第一悬臂和所述第二悬臂之间；所述第一悬臂和所述第二悬臂用于在锥状光纤和所述光学微腔耦合时支撑所述锥状光纤的两端。
7.根据权利要求6所述的片上集成光学微腔耦合结构的制备方法，其特征在于，所述利用所述掩模版覆盖所述衬底形成有所述光刻胶的一侧，采用光刻工艺形成光学微腔、第一悬臂梁和第二悬臂梁包括：
利用紫外曝光、显影工艺，去除所述光学微腔、所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁之外区域的光刻胶；
刻蚀所述光学微腔材料层；
去除光刻胶；
刻蚀部分所述衬底，形成包括层叠设置的微盘和支撑柱的所述光学微腔、所述第一支撑体、所述第二支撑体、所述第三支撑体以及所述第四支撑体。
8.根据权利要求6所述的片上集成光学微腔耦合结构的制备方法，其特征在于，所述光学微腔材料层包括二氧化硅，所述衬底包括硅。
9.根据权利要求8所述的片上集成光学微腔耦合结构的制备方法，其特征在于，利用氢氟酸刻蚀所述光学微腔材料层，利用二氟化氙刻蚀所述衬底。
10.根据权利要求7所述的片上集成光学微腔耦合结构的制备方法，其特征在于，还包括：
利用二氧化碳激光器加工所述光学微腔的微盘边缘，以形成卷曲形状。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN103708405A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-04-09 | 南京大学 | 芯片上的大倾角氧化硅微盘谐振腔及其制备方法 |
| US20190056275A1 (en) * | 2017-08-17 | 2019-02-21 | Vibrosound, Ltd. | Fiber Optic Thermometer |
| CN108646350A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-10-12 | 中国科学技术大学 | 机械振子微腔耦合体和使用它的光学环形器 |
| CN109638630A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-04-16 | 南京大学 | 一种片上集成的光学微腔表面波光力振荡装置 |
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