CN115308835B - 一种双模式滤模器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种双模式滤模器及其制备方法，属于平面光波导器件及其制备技术领域。本发明的目的是提供两种结构简单的、分别可以滤除E11模式和E12模式或E11模式和E21模式的双模式滤模器。由硅片衬底、聚合物波导包层、聚合物直波导芯层、金属直波导芯层组成，金属直波导芯层被包覆在聚合物直波导芯层之中，聚合物直波导芯层被包覆在聚合物波导包层之中；聚合物波导包层位于硅片衬底之上，金属直波导芯层位于聚合物直波导芯层内底面或左(右)内侧面的中间位置。本发明利用金属的吸收特性实现了器件对特定模式的衰减，并具有对光的偏振不敏感的功能，器件采用的直波导结构，结构简单，生产成本低、效率高，可实际应用的平面光波导滤模器。
Description
技术领域
本发明属于平面光波导器件及其制备技术领域，具体涉及一种以硅片作为衬底、以聚合物作为波导芯层和包层、利用金属对光的吸收特性，同时实现对两种模式滤除功能的直波导结构的滤模器及其制备方法。
背景技术
随着通信技术的不断进步和发展，现代通信网络的传输对数据存储和传输的速度提出了更高的要求。与传统电互联相比，光互联具有更快的数据传输速度，因此光互联得到了越来越广泛的关注。但是目前的传统光纤只传输一种基本模式，已经逐渐无法满足现代信息容量的需求，因此提出模分复用技术，开发新的维度来进一步提升光纤的通信容量。模分复用技术是通过增大光纤或者波导的半径尺寸，增加光纤或者波导内可以传输的光学模式数，从而提升信道传输容量。
滤模器在模分复用传输系统中起着重要作用。在解复用不同模式后，使用滤模器过滤掉不需要的模式，降低器件中不同模式间的串扰，从而提升器件的性能。由于低阶模式可以在波导中得到很好的限制，很难被滤除，且高阶模式之间也存在一定程度的串扰，并且在平面波导结构中实现多模式滤除的滤波器的研究很少，且对偏振具有一定的敏感特性。为解决以上问题，本发明利用不同模式的光场分布特性及金属对光场的吸收特性的原理，在适当位置放置金属，实现对两种模式的同时滤除的功能。
现已发表的滤模器结构，如级联马赫-曾德尔干涉仪、光子晶体和长周期光栅等，结构较为复杂，而基于聚合物和金属混合波导的滤模器具有结构简单紧凑、超宽带操作、偏振不敏感、高滤模效率等显著优势。
目前根据材料体系的不同，制备波导的材料主要分为无机材料和聚合物材料。虽然无机材料体系由于波导芯层和包层折射率差较大，光波导器件尺寸较小，但工艺复杂且价格昂贵。而与之相比，聚合物材料则具有成本低廉、工艺简单、种类繁多、可以进行工艺掺杂、与半导体工艺兼容等优势，因此在工业界和科学界得到了广泛的关注。随着材料性能和制作工艺的不断发展和优化，聚合物材料制作的器件使用寿命逐渐延长，且器件性能越来越稳定，聚合物材料光学集成器件的研究目前已成为研究热点。且聚合物材料的制作工艺简单、灵活，很容易将金属掩埋到聚合物波导内部的任意位置，并且利用其制备的波导器件与光纤的耦合效率高，易于封装和大规模生产。
发明内容
本发明的目的是提供两种结构简单的、分别可以滤除E11模式和E12模式或E11模式和E21模式的双模式滤模器及其制备方法。
本发明包括的两种结构均采用直波导结构，是平面光波导器件设计中最简单的结构。其滤模原理是利用金属对光的吸收特性以及金属所在的中心位置，金属位置与要滤除的模式的光场分布位置均有一定程度的重合，因而实现滤模器的器件功能。
本发明以硅片作为衬底，以聚合物作为波导的芯层和包层，利用金属对光的吸收特性作为实现模式滤除功能部分的直波导结构的滤模器及其制备方法，充分利用聚合物材料种类多样、加工性强，以及金属对光的偏振不敏感的吸收特性。同时，本发明所采用的制备工艺简单且与半导体工艺兼容、易于集成、适于大规模生产，因而具有重要的实际应用价值。
如附图1和图3所示，一种基于聚合物和金属混合波导的双模式滤模器，用来滤除E11模式和E12模式，整个器件为矩形直波导结构，由硅片衬底11、聚合物波导包层12、聚合物直波导芯层13、金属直波导芯层14组成，金属直波导芯层14被包覆在聚合物直波导芯层13之中，聚合物直波导芯层13被包覆在聚合物波导包层12之中；聚合物波导包层12位于硅片衬底11之上，金属直波导芯层14位于聚合物直波导芯层13内底面的中间位置。
聚合物直波导芯层13的截面为矩形，宽度w为3~14 μm，厚度h为6~16μm；金属直波导芯层14的截面为正方形，边长m为100~200 nm；位于聚合物直波导芯层13之上和之下的聚合物波导包层的厚度相等，为10~20 μm；器件整体长度为1~20cm。根据不同金属对光的吸收能力不同，以及不同聚合物直波导芯层、包层材料的折射率不同，可以适当调整金属直波导芯层14的尺寸。
如附图2和图4所示，一种基于聚合物和金属混合波导的双模式滤模器，用来滤除E11模式和E21模式，整个器件为矩形直波导结构，由硅片衬底21、聚合物波导包层22、聚合物直波导芯层23、金属直波导芯层24组成，金属直波导芯层24被包覆在聚合物直波导芯层23之中，聚合物直波导芯层23被包覆在聚合物波导包层22之中；聚合物波导包层22位于硅片衬底21之上，金属直波导芯层24位于聚合物直波导芯层23左或右内侧面的中间位置。
聚合物直波导芯层23的截面为矩形，宽度w为3~14 μm，厚度h为6~16μm；金属直波导芯层24的截面为正方形，边长m为100~200 nm；位于聚合物直波导芯层23之上和之下的聚合物波导包层的厚度相等，为10~20 μm；器件整体长度为1~20cm。根据不同金属对光的吸收能力不同，以及不同聚合物直波导芯层、包层材料的折射率不同，可以适当调整金属直波导芯层24的尺寸。
本发明所述的滤除E11模式和E12模式的双模式滤波器的制备方法，其工艺制备流程见附图5，具体步骤为：
A：基片的清洁处理
用沾有丙酮的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底11，再用沾有乙醇的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底11，然后用去离子水冲洗干净，最后用氮气吹干后，再在90~120 ℃条件下烘烤1~2小时去除水气；
B：聚合物波导下包层的制备
采用旋涂工艺将聚合物波导包层材料（聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、EpoClad等在内的透明性良好的一系列聚合物材料）旋涂在清洗干净的硅片衬底11上，旋涂转速为2000~6000 转/分钟，然后在120~150 ℃条件下加热30~60分钟，加热完毕后静置1~2小时降至室温，制得厚度为10~20 µm的聚合物波导下包层；
C：金属直波导芯层14的制备
在聚合物波导下包层上，采用蒸镀工艺蒸镀上一层厚度为100~200 nm 的金属（包括金、铝、铜、银等）薄膜，然后旋涂一层正性光刻胶，在100~200 ℃条件下前烘1~3分钟；将器件放入电子束光刻设备舱中，并移动到预先设置的扫描位置，然后导入设计好的版图文件对器件进行扫描，在器件表面的特定位置形成与需要制备的金属直波导芯层14结构相同的波导图形，然后对波导图形之外的光刻胶进行电子束光刻，电子束的加速电压为10~20kV，束流为50~150 pA；电子束光刻完成后，将器件从电子束光刻设备舱中取出，使用专用显影液进行浸泡去除电子束光刻后的光刻胶，时长为5~10分钟，用去离子水清洗并吹干，再使用金属溶解溶液对未被光刻胶覆盖的金属薄膜进行溶解；最后，将器件放紫外灯下进行整体曝光，取出后用专用显影液清洗掉剩余的光刻胶，得到得到截面为正方形结构的金属直波导芯层14；
D：聚合物直波导芯层13的制备
采用旋涂工艺将具有负热光系数的聚合物直波导芯层材料（SU-8 2002、SU-82005、EpoCore、EpoClad在内的一系列可干法刻蚀的聚合物材料，聚合物直波导芯层材料的折射率高于聚合物包层材料的折射率）旋涂在聚合物波导下包层和金属直波导芯层14上形成聚合物直波导芯层，旋涂速度为2000~6000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60℃~100℃条件下处理5~30分钟进行前烘，然后在紫外灯下曝光0~20秒，最后在75~100 ℃条件下处理10~30分钟，加热完毕后静置1~2小时降温至室温，制得厚度为6~16 µm的聚合物直波导芯层；
降温完成后，在波长为350~400nm的紫外光下对聚合物直波导芯层进行对版光刻，掩膜版为与需要制备的聚合物直波导芯层13互补的结构，曝光时间为5~40秒；光刻完成后从光刻机上取下，在50℃~100℃加热10~30分钟，然后在80℃~100℃温度下加热20~30分钟进行中烘，加热完毕后在室温下降温处理1~2小时；降温完毕后进行显影，先在聚合物直波导芯层材料对应的显影液中湿法刻蚀15~40秒，将未被曝光的聚合物直波导芯层去除，然后放入异丙醇溶液中洗去硅片表面残留的聚合物直波导芯层材料和显影液，再用去离子水反复冲洗（冲洗时应顺着波导方向冲洗，防止波导被破坏），去除硅片表面的异丙醇，最后用氮气吹干；最后，在120℃~150℃加热30~60分钟进行后烘坚膜，加热完毕后在室温下降温处理1~2小时，这样就制得了聚合物直波导芯层13；
E：聚合物波导上包层的制备
采用旋涂工艺将与步骤B相同的聚合物波导包层材料旋涂在聚合物直波导芯层13和聚合物波导下包层之上，旋涂转速为2000~5000转/分钟，然后在120℃~150℃条件下加热30~60分钟，位于聚合物直波导芯层13之上的聚合物波导上包层厚度为10~20 μm，聚合物波导下包层和聚合物波导上包层合称为聚合物波导包层12；从而制备得到本发明所述的滤除E11模式和E12模式的双模式滤波器。
本发明所述的滤除E11模式和E21模式的双模式滤波器的制备方法，其工艺制备流程见附图6，具体步骤为：
A：基片的清洁处理
用沾有丙酮的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底21，再用沾有乙醇的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底21，然后用去离子水冲洗干净，最后用氮气吹干后，再在90~120 ℃条件下烘烤1~2小时去除水气；
B：聚合物波导下包层的制备
采用旋涂工艺将聚合物波导包层材料（聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、EpoClad等在内的透明性良好的一系列聚合物材料）旋涂在清洗干净的硅片衬底21上，旋涂转速为2000~6000 转/分钟，然后在120~150 ℃条件下加热30~60分钟，加热完毕后静置1~2小时降至室温，制得厚度为10~20 µm的聚合物波导下包层；
C：下半部分聚合物直波导芯层的制备
采用旋涂工艺将聚合物直波导芯层材料（SU-8 2002、SU-8 2005、交联的苯环丁烷（BCB）、OrmoCore、OrmoClad、EpoCore、EpoClad在内的一系列可干法刻蚀的聚合物材料，聚合物直波导芯层材料的折射率高于聚合物上/下包层折射率）旋涂在聚合物波导下包层上形成薄膜，旋涂转速为2000~6000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60~100 ℃条件下处理5~30分钟进行前烘，再在紫外灯下曝光0~20秒，最后在75~100 ℃条件下处理10~30分钟，加热完毕后静置1~2小时降温至室温，制得厚度为3~8 µm的下半部分聚合物直波导芯层；
D：金属直波导芯层24的制备
在下半部分聚合物直波导芯层上，采用蒸镀工艺蒸镀上一层厚度为100~200 nm的金属（包括金、铝、铜、银等）薄膜，然后旋涂一层正性光刻胶，在100~200 ℃条件下前烘1~3分钟；将器件放入电子束光刻设备舱中，并移动到预先设置的扫描位置，然后导入设计好的版图文件对器件进行扫描，在器件表面的特定位置形成与需要制备的金属直波导芯层24结构相同的波导图形，然后对波导图形之外的光刻胶进行电子束光刻，电子束的加速电压为10~20 kV，束流为50~150 pA；电子束光刻完成后，将器件从电子束光刻设备舱中取出，使用专用显影液进行浸泡去除电子束光刻后的光刻胶，时长为5~10分钟，用去离子水清洗并吹干，再使用金属溶解溶液对未被光刻胶覆盖的金属薄膜进行溶解；最后，将器件放紫外灯下进行整体曝光，取出后用专用显影液清洗掉剩余的光刻胶，得到截面为正方形结构的金属直波导芯层24；
E：上半部分聚合物直波导芯层的制备
采用旋涂工艺将与步骤C相同的聚合物直波导芯层材料旋涂在下半部分聚合物直波导芯层和金属直波导芯层24上形成薄膜，旋涂速度为2000~6000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60℃~100℃条件下处理5~30分钟进行前烘，再在紫外灯下曝光0~20秒，最后在75~100 ℃条件下处理10~30分钟，加热完毕后静置1~2小时降温至室温，制备得到厚度3~8 µm的上半部分聚合物直波导芯层；
F：聚合物直波导芯层23的制备
在上半部分聚合物直波导芯层上蒸镀一层厚度为100~200 nm的Al掩膜，采用旋涂工艺在Al掩膜上旋涂一层正性光刻胶，在80~100 ℃条件下前烘15~30分钟；然后，在光刻机上，将其与波导掩膜版紧密接触进行对版光刻，波导掩膜版上具有与需要制备的聚合物直波导芯层结构相同的波导图形，曝光时间为5~10秒；除去波导掩膜版，经过专用显影液显影去除未曝光的光刻胶，再在80~120 ℃条件下烘烤10分钟，从而在Al掩膜上得到与需要制备的聚合物直波导芯层结构相同的光刻胶图形；再次，将其放在浓度为3~10‰的NaOH溶液中进行溶解，以去除未被光刻胶掩盖的Al掩膜；然后将器件放在感应耦合等离子体刻蚀机中对无Al掩膜覆盖的下半部分和上半部分聚合物直波导芯层进行干法刻蚀，刻蚀的射频功率为300~500 mW，偏置功率为20~80 W，氧气流量为20~60sccm，刻蚀时间为50~250 s；最后，将刻蚀完成的器件放在光刻机下充分曝光，使剩余的Al掩膜之上的正性光刻胶全部曝光，并用浓度为3~10‰的NaOH溶液去除光刻胶及由其覆盖的Al掩膜，再用去离子水冲洗干净后用氮气吹干，从而制得了截面为矩形结构的聚合物直波导芯层23；并使金属直波导芯层24位于聚合物直波导芯层23左或右内侧面的中间位置；
G：聚合物波导上包层的制备
采用旋涂工艺将与步骤B相同的聚合物波导包层材料旋涂在聚合物直波导芯层23和聚合物波导下包层之上，旋涂转速为2000~5000转/分钟，然后在120℃~150℃条件下加热30~60分钟，位于聚合物直波导芯层23之上的聚合物波导上包层的厚度为10~20 μm，聚合物波导下包层和聚合物波导上包层合称为聚合物波导包层22；从而制备得到本发明所述的滤除E11模式和E21模式的双模式滤波器。
与现有器件结构和制备技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用金属的吸收特性实现了器件对光的偏振不敏感的功能，且对E11模式和E12模式或对E11模式和E21模式的吸收损耗较大，而对于其他高阶模式则吸收损耗微乎其微。并且，器件采用的直波导结构，结构简单，器件制作工艺比较简单，只需要一些常用的半导体设备和常规制作工艺，不需要复杂昂贵的工艺设备和高难的制备技术，生产成本低、效率高，适合于批量生产可实际应用的平面光波导滤模器。
附图说明
图1：本发明所述的基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器结构示意图（滤除E11模式和E12模式）；
图2：本发明所述的基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器结构示意图（滤除E11模式和E21模式）；
图3：本发明所述的基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器的截面示意图（滤除E11模式和E12模式）；
图4：本发明所述的基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器的截面示意图（滤除E11模式和E21模式）；
图5：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）的制备工艺流程图；
图6：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）的制备工艺流程图；
图7（a）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式），输入E11（TE偏振）模式的光场分布模拟图；
图7（b）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式），输入E11（TM偏振）模式的光场分布模拟图；
图7（c）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式），输入E12（TE偏振）模式的光场分布模拟图；
图7（d）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式），输入E12（TM偏振）模式的光场分布模拟图；
图7（e）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式），输入E21（TE偏振）模式的光场分布模拟图；
图7（f）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式），输入E21（TM偏振）模式的光场分布模拟图；
图7（g）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式），输入E22（TE偏振）模式的光场分布模拟图；
图7（h）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式），输入E22（TM偏振）模式的光场分布模拟图；
图8：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）对各模式的光场的吸收损耗随金宽度变化的曲线图；
图9：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）对各模式的光场的吸收损耗随光波长变化的曲线图；
图10（a）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式），输入E11（TE偏振）模式的光场分布模拟图；
图10（b）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式），输入E11（TM偏振）模式的光场分布模拟图；
图10（c）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式），输入E21（TE偏振）模式的光场分布模拟图；
图10（d）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式），输入E21（TM偏振）模式的光场分布模拟图；
图10（e）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式），输入E12（TE偏振）模式的光场分布模拟图；
图10（f）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式），输入E12（TM偏振）模式的光场分布模拟图；
图10（g）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式），输入E22（TE偏振）模式的光场分布模拟图；
图10（h）：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式），输入E22（TM偏振）模式的光场分布模拟图；
图11：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）对各模式的光场的吸收损耗随金宽度变化的曲线图；
图12：基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）对各模式的光场的吸收损耗随光波长变化的曲线图。
如图1所示，基于掩埋金在聚合物直波导芯层底内侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）的结构示意图，各部件名称为：硅片衬底11，聚合物波导包层12，聚合物直波导芯层13，金属直波导芯层14。
如图2所示，基于掩埋金在聚合物直波导芯层左内侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）的结构示意图，各部件名称为：硅片衬底21，聚合物波导包层22，聚合物直波导芯层23，金属直波导芯层24。
如图3所示，为图1所示器件的截面图，各部件名称为：硅片衬底11，聚合物波导包层12，聚合物直波导芯层13，金属直波导芯层14；
如图4所示，为图2所示器件的截面图，各部件名称为：硅片衬底21，聚合物波导包层22，聚合物直波导芯层23，金属直波导芯层24；
如图5所示，图中的11为硅片衬底，12为通过旋涂工艺制备的聚合物波导包层，13为通过旋涂工艺和光刻工艺制备的聚合物直波导芯层，14为通过蒸镀工艺、电子束曝光工艺制备的金属直波导芯层。
如图6所示，图中的21为硅片衬底，22为通过旋涂工艺制备的聚合物波导包层，23为通过旋涂工艺和光刻工艺制备的聚合物直波导芯层，24为通过蒸镀工艺、电子束曝光工艺制备的金属直波导芯层。
如图7（a）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）在输入E11（TE偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E11（TE偏振）模式的吸收效果较好；
如图7（b）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）在输入E11（TM偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E11（TM偏振）模式的吸收效果较；
如图7（c）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）在输入E12（TE偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E12（TE偏振）模式的吸收效果较好；
如图7（d）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）在输入E12（TM偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E12（TM偏振）模式的吸收效果较好；
如图7（e）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）在输入E21（TE偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E21（TE偏振）模式几乎没有影响；
如图7（f）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）在输入E21（TM偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E21（TM偏振）模式几乎没有影响；
如图7（g）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）在输入E22（TE偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E22（TE偏振）模式几乎没有影响；
如图7（h）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）输入E22（TM偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E22（TM偏振）模式几乎没有影响；
如图8所示，随金宽度的增加，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）对E11模式、E12模式的吸收损耗逐渐增加的趋势较为明显，而对于其他模式光场的吸收损耗则无明显变化且吸收损耗较低；
如图9所示，随波长的增加，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层底侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E12模式）对E11模式、E12模式的吸收损耗呈现逐渐降低的趋势，而对于其他模式光场的吸收损耗则无明显变化且吸收损耗较低；
如图10（a）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）在输入E11（TE偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E11（TE偏振）模式的吸收效果较好；
如图10（b）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）在输入E11（TM偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E11（TM偏振）模式的吸收效果较；
如图10（c）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）在输入E21（TE偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E21（TE偏振）模式的吸收效果较好；
如图10（d）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）在输入E21（TM偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E21（TM偏振）模式的吸收效果较好；
如图10（e）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）在输入E12（TE偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E12（TE偏振）模式几乎没有影响；
如图10（f）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）在输入E12（TM偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E12（TM偏振）模式几乎没有影响；
如图10（g）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）在输入E22（TE偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E22（TE偏振）模式几乎没有影响；
如图10（h）所示，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）在输入E22（TM偏振）模式时，输出的光场分布模拟图，在模拟过程中，我们选用实施例1中所选用的材料和波导尺寸，可以看出，器件对E22（TM偏振）模式几乎没有影响；
如图11所示，随金宽度的增加，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）对E11模式、E21模式的吸收损耗逐渐增加的趋势较为明显，而对于其他模式光场的吸收损耗则无明显变化且吸收损耗较低；
如图12所示，随波长的增加，为基于掩埋金在聚合物直波导芯层左侧的混合波导滤模器（滤除E11模式和E21模式）对E11模式、E21模式的吸收损耗呈现逐渐降低的趋势，而对于其他模式光场的吸收损耗则无明显变化且吸收损耗较低；
具体实施案例
实施例1
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例结构如图1所示，其中掩埋的金属直波导芯层14材料为金，放置在聚合物直波导芯层13内的底侧中间位置，聚合物直波导芯层13材料为EpoCore，宽度为9 μm，高度为8.5 μm；聚合物波导包层12材料为EpoClad，聚合物下包层和聚合物上包层的厚度均为13 μm。
如附图7（a）~（h）所示，为金属直波导芯层14的宽度等于180 nm，输入E11（TE偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为21.27 dB/cm，输入E11（TM偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为18.77 dB/cm，输入E12（TE偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为46.64dB/cm，输入E12（TM偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为44.01 dB/cm，输入E21（TE偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为0.35 dB/cm，输入E21（TM偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为0.02dB/cm，输入E22（TE偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为0.59dB/cm，输入E22（TM偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为0.08 dB/cm。
如附图8所示，为当聚合物直波导芯层13的长×宽为9 μm×8.5 μm时，器件对不同模式光场的吸收损耗随进宽度的变化情况。当金宽度在160~200 nm范围内时，器件对E11（TE偏振）模式的吸收损耗范围为12.39~38.22 dB/cm，对E11（TM偏振）模式的吸收损耗范围为11.47~32.37 dB/cm，对E12（TE偏振）模式的吸收损耗范围为31.14~67.92 dB/cm，对E12（TM）模式的吸收损耗范围为29.79~64.23dB/cm，其他模式均小于0.7 dB/cm。综上所述，器件掩埋的金属直波导芯层尺寸选择边长在160~200 nm范围内，器件可以实现较好的性能。
如附图9所示，为当聚合物直波导芯层13的长×宽为9 μm×8.5 μm时，器件对不同模式光场的吸收损耗随波长的变化情况。E11模式的损耗随波长的增加呈现逐渐下降的趋势，随波长由1500 nm增加至1600 nm，器件对E11（TE偏振）模式的吸收损耗从23.00 dB/cm下降至19.80 dB/cm，相差大约3dB/cm；器件对E11（TM偏振）模式的吸收损耗从19.97 dB/cm下降至17.74 dB/cm，相差大约2 dB/cm；器件对E12（TE偏振）模式的吸收损耗从50.12 dB/cm下降至43.52 dB/cm，相差大约7dB/cm；器件对E12（TM偏振）模式的吸收损耗从47.05 dB/cm下降至41.24 dB/cm，相差大约6 dB/cm；而波长对其他模式的吸收损耗的影响均不超过0.1dB/cm，综上所述，器件对光波长的依赖性较弱，即器件对波长变化不敏感。
实施例2
实施例结构如图2所示，其中掩埋的金属直波导芯层24为金，放置在聚合物直波导芯层内的左侧中间位置，聚合物直波导芯层23材料为EpoCore，宽度为9.5 μm，高度为8.5 μm；聚合物波导包层22材料为EpoClad，聚合物下包层和聚合物上包层的厚度均为13 μm。
如附图10（a）~（h）所示，为金属直波导芯层24的宽度等于180 nm，输入E11（TE偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为42.39 dB/cm，输入E11（TM偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为42.36 dB/cm，输入E21（TE偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为52.04 dB/cm，输入E21（TM偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为50.69 dB/cm，输入E12（TE偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为0.01 dB/cm，输入E12（TM偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为0.36 dB/cm，输入E22（TE偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为0.94 dB/cm，输入E22（TM偏振）模式时，滤模器对光场的吸收损耗为0.60dB/cm。
如附图11所示，为当聚合物直波导芯层23截面的长×宽为9.5 μm×8.5 μm时，器件对不同模式光场的吸收损耗随进宽度的变化情况。当金宽度在150~190 nm范围内时，器件对E11（TE偏振）模式的吸收损耗范围为16.69~50.85 dB/cm，对E11（TM偏振）模式的吸收损耗范围为17.33~59.29 dB/cm，对E21（TE偏振）模式的吸收损耗范围为29.94~56.64 dB/cm，对E21（TM偏振）模式的吸收损耗范围为30.23~58.53 dB/cm，其他模式均小于1 dB/cm。综上所述，器件掩埋的金属直波导芯层尺寸选择边长在150~190nm范围内，器件可以实现较好的性能。
如附图12所示，为当聚合物直波导芯层23长×宽为9.5 μm×8.5 μm时，器件对不同模式光场的吸收损耗随波长的变化情况。E11模式的损耗随波长的增加呈现逐渐下降的趋势，随波长由1500 nm增加至1600 nm，器件对E11（TE偏振）模式的吸收损耗从48.15 dB/cm下降至37.76 dB/cm，相差大约10dB/cm；器件对E11（TM偏振）模式的吸收损耗从48.16dB/cm下降至37.68 dB/cm，相差大约10 dB/cm；器件对E21（TE偏振）模式的吸收损耗从55.28 dB/cm下降至48.89 dB/cm，相差大约6dB/cm；器件对E21（TM偏振）模式的吸收损耗从53.74 dB/cm下降至47.72 dB/cm，相差大约6 dB/cm；而波长对其他模式的吸收损耗的影响均不超过0.5dB/cm，综上所述，器件对光波长的依赖性较弱，即器件对波长变化不敏感。
实施例3：滤除E11模式和E12模式的双模式滤波器的制备
A：基片的清洁处理
用沾有丙酮的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底11，再用沾有乙醇的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底11，然后用去离子水冲洗干净，最后用氮气吹干后，再在100℃条件下烘烤1小时去除水气；
B：聚合物波导下包层的制备
采用旋涂工艺将聚合物波导包层材料EpoClad旋涂在清洗干净的硅片衬底11上，旋涂转速为2000转/分钟，然后在120 ℃条件下加热50分钟，加热完毕后静置2小时降至室温，制得厚度为10 µm的聚合物波导下包层；
C：金属直波导芯层14的制备
在聚合物波导下包层上，采用蒸镀工艺蒸镀上一层厚度为180 nm 的金薄膜，然后旋涂一层正性光刻胶ARP6200.13，在150 ℃条件下前烘2分钟；将器件放入电子束光刻设备舱中，并移动到预先设置的扫描位置，然后导入设计好的版图文件对器件进行扫描，在器件表面的特定位置形成与需要制备的金属直波导芯层14结构相同的波导图形，然后对波导图形之外的光刻胶进行电子束光刻，电子束的加速电压为15 kV，束流为100 pA；电子束光刻完成后，将器件从电子束光刻设备舱中取出，使用专用显影液进行浸泡去除电子束光刻后的光刻胶，时长为8分钟，用去离子水清洗并吹干，再使用碘化钾的碘溶液对未被光刻胶覆盖的金薄膜进行溶解；最后，将器件放紫外灯下进行整体曝光，取出后用专用显影液清洗掉剩余的光刻胶，得到金属直波导芯层14；
D：聚合物直波导芯层13的制备
采用旋涂工艺将具有负热光系数的聚合物直波导芯层材料EpoCore旋涂在聚合物波导下包层和金属直波导芯层14上形成聚合物直波导芯层，旋涂速度为3000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60℃条件下处理20分钟进行前烘，然后在紫外灯下曝光10秒，最后在90 ℃条件下处理10分钟，加热完毕后静置2小时降温至室温，制得厚度为8 µm的聚合物直波导芯层；
降温完成后，在波长为400nm的紫外光下对聚合物直波导芯层进行对版光刻，掩膜版为与需要制备的聚合物直波导芯层13互补的结构，曝光时间为10秒；光刻完成后从光刻机上取下，在60℃加热20分钟，然后在90℃温度下加热10分钟进行中烘，加热完毕后在室温下降温处理2小时；降温完毕后进行显影，先在聚合物直波导芯层材料对应的显影液中湿法刻蚀30秒，将未被曝光的聚合物直波导芯层去除，然后放入异丙醇溶液中洗去硅片表面残留的聚合物直波导芯层材料和显影液，再用去离子水反复冲洗（冲洗时应顺着波导方向冲洗，防止波导被破坏），去除硅片表面的异丙醇，最后用氮气吹干；最后，在120℃加热30分钟进行后烘坚膜，加热完毕后在室温下降温处理2小时，这样就制得了聚合物直波导芯层13；
E：聚合物波导上包层的制备
采用旋涂工艺将聚合物波导包层材料EpoClad旋涂在聚合物直波导芯层13和聚合物波导下包层之上，旋涂转速为2000转/分钟，然后在120℃条件下加热50分钟，位于聚合物直波导芯层13之上的聚合物波导上包层厚度为10 μm，聚合物波导下包层和聚合物波导上包层合称为聚合物波导包层12；从而制备得到本发明所述的滤除E11模式和E12模式的双模式滤波器。
实施例4：滤除E11模式和E21模式的双模式滤波器的制备
A：基片的清洁处理
用沾有丙酮的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底21，再用沾有乙醇的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底21，然后用去离子水冲洗干净，最后用氮气吹干后，再在100 ℃条件下烘烤1小时去除水气；
B：聚合物波导下包层的制备
采用旋涂工艺将聚合物波导包层材料EpoClad旋涂在清洗干净的硅片衬底21上，旋涂转速为2000 转/分钟，然后在120 ℃条件下加热30分钟，加热完毕后静置2小时降至室温，制得厚度为10 µm的聚合物波导下包层；
C：下半部分聚合物直波导芯层的制备
采用旋涂工艺将聚合物直波导芯层材料EpoCore旋涂在聚合物波导下包层上形成薄膜，旋涂转速为3000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60 ℃条件下处理20分钟进行前烘，再在紫外灯下曝光10秒，最后在90 ℃条件下处理10分钟，加热完毕后静置2小时降温至室温，制得厚度为4 µm的下半部分聚合物直波导芯层；
D：金属直波导芯层24的制备
在下半部分聚合物直波导芯层上，采用蒸镀工艺蒸镀上一层厚度为180 nm 的金薄膜，然后旋涂一层正性光刻胶ARP6200.13，在150 ℃条件下前烘2分钟；将器件放入电子束光刻设备舱中，并移动到预先设置的扫描位置，然后导入设计好的版图文件对器件进行扫描，在器件表面的特定位置形成与需要制备的金属直波导芯层24结构相同的波导图形，然后对波导图形之外的光刻胶进行电子束光刻，电子束的加速电压为15 kV，束流为100pA；电子束光刻完成后，将器件从电子束光刻设备舱中取出，使用专用显影液进行浸泡去除电子束光刻后的光刻胶，时长为8分钟，用去离子水清洗并吹干，再使用金属溶解溶液对未被光刻胶覆盖的金属薄膜进行溶解；最后，将器件放紫外灯下进行整体曝光，取出后用专用显影液清洗掉剩余的光刻胶，得到截面为正方形结构的金属直波导芯层24；
E：上半部分聚合物直波导芯层的制备
采用旋涂工艺将聚合物直波导芯层材料EpoCore旋涂在下半部分聚合物直波导芯层和金属直波导芯层24上形成薄膜，旋涂速度为4000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60℃条件下处理20分钟进行前烘，再在紫外灯下曝光10秒，最后在90 ℃条件下处理10分钟，加热完毕后静置1小时降温至室温，制备得到厚度4 µm的上半部分聚合物直波导芯层；
F：聚合物直波导芯层23的制备
在上半部分聚合物直波导芯层上蒸镀一层厚度为150 nm的Al掩膜，采用旋涂工艺在Al掩膜上旋涂一层正性光刻胶BP212，在85 ℃条件下前烘20分钟；然后，在光刻机上，将其与波导掩膜版紧密接触进行对版光刻，波导掩膜版上具有与需要制备的聚合物直波导芯层结构相同的波导图形，曝光时间为7秒；除去波导掩膜版，经过专用显影液显影去除未曝光的光刻胶，再在100 ℃条件下烘烤10分钟，从而在Al掩膜上得到与需要制备的聚合物直波导芯层结构相同的光刻胶图形；再次，将其放在浓度为5‰的NaOH溶液中进行溶解，以去除未被光刻胶掩盖的Al掩膜；然后将器件放在感应耦合等离子体刻蚀机中对无Al掩膜覆盖的下半部分和上半部分聚合物直波导芯层进行干法刻蚀，刻蚀的射频功率为400 mW，偏置功率为50 W，氧气流量为40sccm，刻蚀时间为100 s；最后，将刻蚀完成的器件放在光刻机下充分曝光，使剩余的Al掩膜之上的正性光刻胶全部曝光，并用浓度为5‰的NaOH溶液去除光刻胶及由其覆盖的Al掩膜，再用去离子水冲洗干净后用氮气吹干，从而制得了截面为矩形结构的聚合物直波导芯层23；并使金属直波导芯层24位于聚合物直波导芯层23左或右内侧面的中间位置；
G：聚合物波导上包层的制备
采用旋涂工艺将聚合物波导包层材料EpoClad旋涂在聚合物直波导芯层23和聚合物波导下包层之上，旋涂转速为2000转/分钟，然后在120℃条件下加热30分钟，位于聚合物直波导芯层23之上的聚合物波导上包层的厚度为10 μm，聚合物波导下包层和聚合物波导上包层合称为聚合物波导包层22；从而制备得到本发明所述的滤除E11模式和E21模式的双模式滤波器。
Claims (5)
1.一种基于聚合物和金属混合波导的双模式滤模器，其特征在于：用来滤除E11模式和E12模式，整个器件为矩形直波导结构，由硅片衬底（11）、聚合物波导包层（12）、聚合物直波导芯层（13）、金属直波导芯层（14）组成，金属直波导芯层（14）被包覆在聚合物直波导芯层（13）之中，聚合物直波导芯层（13）被包覆在聚合物波导包层（12）之中；聚合物波导包层（12）位于硅片衬底（11）之上，金属直波导芯层（14）位于聚合物直波导芯层（13）内底面的中间位置；聚合物直波导芯层（13）的截面为矩形，宽度w为3~14 μm，厚度h为6~16μm；金属直波导芯层（14）的截面为正方形，边长m为100~200 nm；位于聚合物直波导芯层（13）之上和之下的聚合物波导包层的厚度相等，为10~20 μm；聚合物直波导芯层材料的折射率高于聚合物包层材料的折射率。
2.一种基于聚合物和金属混合波导的双模式滤模器，其特征在于：用来滤除E11模式和E21模式，整个器件为矩形直波导结构，由硅片衬底（21）、聚合物波导包层（22）、聚合物直波导芯层（23）、金属直波导芯层（24）组成，金属直波导芯层（24）被包覆在聚合物直波导芯层（23）之中，聚合物直波导芯层（23）被包覆在聚合物波导包层（22）之中；聚合物波导包层（22）位于硅片衬底（21）之上，金属直波导芯层（24）位于聚合物直波导芯层（23）左或右内侧面的中间位置；聚合物直波导芯层（23）的截面为矩形，宽度w为3~14 μm，厚度h为6~16μm；金属直波导芯层（24）的截面为正方形，边长m为100~200 nm；位于聚合物直波导芯层（23）之上和之下的聚合物波导包层的厚度相等，为10~20 μm；聚合物直波导芯层材料的折射率高于聚合物包层材料的折射率。
3.如权利要求1或2所述的一种基于聚合物和金属混合波导的双模式滤模器，其特征在于：聚合物波导包层材料为聚甲基丙烯酸甲酯或EpoClad；聚合物直波导芯层材料为SU-82002、SU-8 2005、EpoCore或EpoClad；金属直波导芯层的材料为金、铝、铜或银。
4.权利要求1或3所述的一种基于聚合物和金属混合波导的双模式滤模器的制备方法，其步骤如下：
A：基片的清洁处理
用沾有丙酮的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底（11），再用沾有乙醇的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底（11），然后用去离子水冲洗干净，最后用氮气吹干后，再在90~120 ℃条件下烘烤1~2小时去除水气；
B：聚合物波导下包层的制备
采用旋涂工艺将聚合物波导包层材料旋涂在清洗干净的硅片衬底（11）上，旋涂转速为2000~6000 转/分钟，然后在120~150 ℃条件下加热30~60分钟，加热完毕后静置1~2小时降至室温，制得厚度为10~20 µm的聚合物波导下包层；
C：金属直波导芯层（14）的制备
在聚合物波导下包层上，采用蒸镀工艺蒸镀上一层厚度为100~200 nm 的金属薄膜，然后旋涂一层正性光刻胶，在100~200 ℃条件下前烘1~3分钟；将器件放入电子束光刻设备舱中，并移动到预先设置的扫描位置，然后导入设计好的版图文件对器件进行扫描，在器件表面的特定位置形成与需要制备的金属直波导芯层14结构相同的波导图形，然后对波导图形之外的光刻胶进行电子束光刻，电子束的加速电压为10~20 kV，束流为50~150 pA；电子束光刻完成后，将器件从电子束光刻设备舱中取出，使用专用显影液进行浸泡去除电子束光刻后的光刻胶，时长为5~10分钟，用去离子水清洗并吹干，再使用金属溶解溶液对未被光刻胶覆盖的金属薄膜进行溶解；最后，将器件放紫外灯下进行整体曝光，取出后用专用显影液清洗掉剩余的光刻胶，得到截面为正方形结构的金属直波导芯层（14）；
D：聚合物直波导芯层（13）的制备
采用旋涂工艺将具有负热光系数的聚合物直波导芯层材料旋涂在聚合物波导下包层和金属直波导芯层（14）上形成聚合物直波导芯层，旋涂速度为2000~6000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60℃~100℃条件下处理5~30分钟进行前烘，然后在紫外灯下曝光0~20秒，最后在75~100 ℃条件下处理10~30分钟，加热完毕后静置1~2小时降温至室温，制得厚度为6~16 µm的聚合物直波导芯层；
降温完成后，在波长为350~400nm的紫外光下对聚合物直波导芯层进行对版光刻，掩膜版为与需要制备的聚合物直波导芯层（13）互补的结构，曝光时间为5~40秒；光刻完成后从光刻机上取下，在50℃~100℃加热10~30分钟，然后在80℃~100℃温度下加热20~30分钟进行中烘，加热完毕后在室温下降温处理1~2小时；降温完毕后进行显影，先在聚合物直波导芯层材料对应的显影液中湿法刻蚀15~40秒，将未被曝光的聚合物直波导芯层去除，然后放入异丙醇溶液中洗去硅片表面残留的聚合物直波导芯层材料和显影液，再用去离子水反复冲洗，去除硅片表面的异丙醇，最后用氮气吹干；最后，在120℃~150℃加热30~60分钟进行后烘坚膜，加热完毕后在室温下降温处理1~2小时，制得聚合物直波导芯层（13）；
E：聚合物波导上包层的制备
采用旋涂工艺将与步骤B相同的聚合物波导包层材料旋涂在聚合物直波导芯层（13）和聚合物波导下包层之上，旋涂转速为2000~5000转/分钟，然后在120℃~150℃条件下加热30~60分钟，位于聚合物直波导芯层（13）之上的聚合物波导上包层厚度为10~20 μm，聚合物波导下包层和聚合物波导上包层合称为聚合物波导包层（12）；从而制备得到所述的滤除E11模式和E12模式的双模式滤波器。
5.权利要求2或3所述的一种基于聚合物和金属混合波导的双模式滤模器的制备方法，其步骤如下：
A：基片的清洁处理
用沾有丙酮的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底（21），再用沾有乙醇的棉球横向单向多次擦拭硅片衬底（21），然后用去离子水冲洗干净，最后用氮气吹干后，再在90~120 ℃条件下烘烤1~2小时去除水气；
B：聚合物波导下包层的制备
采用旋涂工艺将聚合物波导包层材料旋涂在清洗干净的硅片衬底（21）上，旋涂转速为2000~6000 转/分钟，然后在120~150 ℃条件下加热30~60分钟，加热完毕后静置1~2小时降至室温，制得厚度为10~20 µm的聚合物波导下包层；
C：下半部分聚合物直波导芯层的制备
采用旋涂工艺将聚合物直波导芯层材料旋涂在聚合物波导下包层上形成薄膜，旋涂转速为2000~6000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60~100 ℃条件下处理5~30分钟进行前烘，再在紫外灯下曝光0~20秒，最后在75~100 ℃条件下处理10~30分钟，加热完毕后静置1~2小时降温至室温，制得厚度为3~8 µm的下半部分聚合物直波导芯层；
D：金属直波导芯层（24）的制备
在下半部分聚合物直波导芯层上，采用蒸镀工艺蒸镀上一层厚度为100~200 nm 的金属薄膜，然后旋涂一层正性光刻胶，在100~200 ℃条件下前烘1~3分钟；将器件放入电子束光刻设备舱中，并移动到预先设置的扫描位置，然后导入设计好的版图文件对器件进行扫描，在器件表面的特定位置形成与需要制备的金属直波导芯层（24）结构相同的波导图形，然后对波导图形之外的光刻胶进行电子束光刻，电子束的加速电压为10~20 kV，束流为50~150 pA；电子束光刻完成后，将器件从电子束光刻设备舱中取出，使用专用显影液进行浸泡去除电子束光刻后的光刻胶，时长为5~10分钟，用去离子水清洗并吹干，再使用金属溶解溶液对未被光刻胶覆盖的金属薄膜进行溶解；最后，将器件放紫外灯下进行整体曝光，取出后用专用显影液清洗掉剩余的光刻胶，得到截面为正方形结构的金属直波导芯层（24）；
E：上半部分聚合物直波导芯层的制备
采用旋涂工艺将与步骤C相同的聚合物直波导芯层材料旋涂在下半部分聚合物直波导芯层和金属直波导芯层（24）上形成薄膜，旋涂速度为2000~6000 转/分钟；然后采用阶梯升温的方法，在60℃~100℃条件下处理5~30分钟进行前烘，再在紫外灯下曝光0~20秒，最后在75~100 ℃条件下处理10~30分钟，加热完毕后静置1~2小时降温至室温，制备得到厚度3~8µm的上半部分聚合物直波导芯层；
F：聚合物直波导芯层（23）的制备
在上半部分聚合物直波导芯层上蒸镀一层厚度为100~200 nm的Al掩膜，采用旋涂工艺在Al掩膜上旋涂一层正性光刻胶，在80~100 ℃条件下前烘15~30分钟；然后，在光刻机上，将其与波导掩膜版紧密接触进行对版光刻，波导掩膜版上具有与需要制备的聚合物直波导芯层结构相同的波导图形，曝光时间为5~10秒；除去波导掩膜版，经过专用显影液显影去除未曝光的光刻胶，再在80~120 ℃条件下烘烤10分钟，从而在Al掩膜上得到与需要制备的聚合物直波导芯层结构相同的光刻胶图形；再次，将其放在浓度为3~10‰的NaOH溶液中进行溶解，以去除未被光刻胶掩盖的Al掩膜；然后将器件放在感应耦合等离子体刻蚀机中对无Al掩膜覆盖的下半部分和上半部分聚合物直波导芯层进行干法刻蚀，刻蚀的射频功率为300~500 mW，偏置功率为20~80 W，氧气流量为20~60 sccm，刻蚀时间为50~250 s；最后，将刻蚀完成的器件放在光刻机下充分曝光，使剩余的Al掩膜之上的正性光刻胶全部曝光，并用浓度为3~10‰的NaOH溶液去除光刻胶及由其覆盖的Al掩膜，再用去离子水冲洗干净后用氮气吹干，从而制得了截面为矩形结构的聚合物直波导芯层（23）；并使金属直波导芯层（24）位于聚合物直波导芯层（23）左或右内侧面的中间位置；
G：聚合物波导上包层的制备
采用旋涂工艺将与步骤B相同的聚合物波导包层材料旋涂在聚合物直波导芯层（23）和聚合物波导下包层之上，旋涂转速为2000~5000转/分钟，然后在120℃~150℃条件下加热30~60分钟，位于聚合物直波导芯层（23）之上的聚合物波导上包层的厚度为10~20 μm，聚合物波导下包层和聚合物波导上包层合称为聚合物波导包层（22）；从而制备得到所述的滤除E11模式和E21模式的双模式滤波器。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5940556A (en) * | 1997-03-07 | 1999-08-17 | Ifos | Fiber-optic mode-routed add-drop filter |
| US6285504B1 (en) * | 1999-04-30 | 2001-09-04 | Jds Uniphase Inc. | Variable optical filter |
| JP2002277663A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-25 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 光導波路製造方法 |
| CN101403811A (zh) * | 2008-10-10 | 2009-04-08 | 东南大学 | 表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器 |
| CN104204880A (zh) * | 2012-03-30 | 2014-12-10 | 富士通株式会社 | 光元件、光发送元件、光接收元件、混合波导激光器、光发送装置 |
| CN105938929A (zh) * | 2015-03-04 | 2016-09-14 | 天工方案公司 | 电介质填充表面安装波导装置以及耦合微波能量的方法 |
| CN108981681A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-11 | 南京博内特信息科技有限公司 | 一种用于物联网加速器的等离激元谐振腔陀螺芯片 |
| CN110780374A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-11 | 吉林大学 | 一种基于石墨烯/聚合物混合波导结构的偏振器及其制备方法 |
| CN113296292A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-24 | 吉林大学 | 一种有机无机混合集成的聚合物可变光衰减器及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004170924A (ja) * | 2002-11-05 | 2004-06-17 | Tdk Corp | 導波路埋め込み型光回路及びこれに用いる光学素子 |
-
2022
- 2022-08-10 CN CN202210953876.2A patent/CN115308835B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5940556A (en) * | 1997-03-07 | 1999-08-17 | Ifos | Fiber-optic mode-routed add-drop filter |
| US6285504B1 (en) * | 1999-04-30 | 2001-09-04 | Jds Uniphase Inc. | Variable optical filter |
| JP2002277663A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-25 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 光導波路製造方法 |
| CN101403811A (zh) * | 2008-10-10 | 2009-04-08 | 东南大学 | 表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器 |
| CN104204880A (zh) * | 2012-03-30 | 2014-12-10 | 富士通株式会社 | 光元件、光发送元件、光接收元件、混合波导激光器、光发送装置 |
| CN105938929A (zh) * | 2015-03-04 | 2016-09-14 | 天工方案公司 | 电介质填充表面安装波导装置以及耦合微波能量的方法 |
| CN108981681A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-11 | 南京博内特信息科技有限公司 | 一种用于物联网加速器的等离激元谐振腔陀螺芯片 |
| CN110780374A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-11 | 吉林大学 | 一种基于石墨烯/聚合物混合波导结构的偏振器及其制备方法 |
| CN113296292A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-24 | 吉林大学 | 一种有机无机混合集成的聚合物可变光衰减器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Mode-selective modulator and switch based on graphene-polymer hybrid waveguides;TIANHANG LIAN等;《Optics EXPRESS》;全文 * |
| Surface plasmon resonance refractive index sensor based on ultraviolet bleached polymer waveguide;Lanting Ji等;《Sensors and Actuators B: Chemical》;全文 * |
| 聚合物MZI平面光波导器件及集成技术研究;王希斌;《信息科技辑》;全文 * |
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