CN117706680A - 一种大芯径光波导的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大芯径光波导的制作方法，属于光波导制备技术领域。本申请不进行常规的波导掩埋工艺，即进行一次热离子交换后再进行一次电场辅助离子交换，而是直接进行电场辅助离子交换，电场辅助离子交换步骤中的交换熔盐含有银离子，随后再进行一次退火工艺使掩埋波导截面图更加偏向圆形，随后去除膜层，用光学胶水将两片玻璃衬底粘连后，切割磨抛得到所设计的大芯径光波导芯片。由于只有单离子交换工艺步骤，且折射率只由银离子浓度决定，折射率能够有效地控制。常规工艺热离子交换所占时间较长，采用单工艺步骤使得波导成型快，工艺时间大大缩短，有效地减少工艺成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种大芯径光波导的制作方法，属于光波导制备技术领域。
背景技术
目前，大芯径光波导是一种特殊的光纤，其结构类似光纤，具有限制激光模式、高单程增益、高表体比等特点。它通常由石英玻璃等材料制造而成，可以用于激光传能、通信、传感等领域。但是常规大芯径光波导的制备工艺流程，制备成本高，且工艺流程长，同时对折射率的要求也很严格。
针对上述相关技术，发明人发现使用常规的离子交换工艺进行大芯径光波导芯片的制备，不能保证制备出的光波导的折射率符合设计要求，且常规离子交换工艺的流程时间过长，其次，现有大芯径光波导制备的方案中，大芯径光波导掩埋截面图大都不太趋于半圆，不能有效地保证与波导的匹配程度。
有鉴于上述的缺陷，本发明以期创设一种大芯径光波导的制作方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种大芯径光波导的制作方法。首先对玻璃衬底进行镀膜工艺，在玻璃衬底的膜层上光刻出所需形状后；直接进行电场辅助离子交换，电场辅助离子交换所使用的交换熔盐中包含银离子。完成电场辅助离子交换后，将玻璃衬底放置在高温烘箱中进行退火工艺，使掩埋光波导截面趋于半圆，随后用铝腐蚀液腐蚀掉膜层，得到完成交换工艺的玻璃衬底。随后用光学胶水对玻璃衬底进行粘连，并进行切割，即可得到所设计的大芯径光波导芯片。
本发明的一种大芯径光波导的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、镀膜：对玻璃衬底进行镀膜处理，形成膜层，膜层为铝膜；
S2、光刻：使用匀胶机对玻璃衬底进行匀胶工艺，在膜层上形成光刻胶层，随后用光刻机对玻璃衬底进行光刻工艺，将设计好的波导图形光刻在玻璃衬底上的膜层表面，用铝腐蚀液腐蚀出对应波导图形后，进行去胶处理；
S3、电场辅助离子交换：将带有光波导图形膜层的玻璃衬底，浸入含有银离子的交换熔盐中，将光波导图形掩埋进玻璃衬底中；
S4、退火：将完成电场辅助离子交换工艺的玻璃衬底放入高温环境中进行退火处理，使掩埋进玻璃衬底中的光波导图形横截面形貌更加良好，偏向半圆形；
S5、去除膜层：将所镀膜层去除，得到完成光波导掩埋工艺的玻璃衬底；
S6、光学胶水粘连：使用光学胶水进行粘连，将两片玻璃衬底粘连完毕；
S7、完成大芯径光波导的制备。
进一步的，所述银离子交换熔盐配比为：
按摩尔百分比为1:1:0.02，将硝酸钠、硝酸钙和硝酸银搅拌混合，得到电场辅助离子交换熔盐。
进一步的，所述最终成型的大芯径光波导的半径为250～450μm。
进一步的，所述最终成型的大芯径光波导的设计半径为170～380μm。
进一步的，所述步骤S4中高温环境的高温烘箱设定温度为190℃～260℃。
6、根据权利要求1所述的一种大芯径光波导的制备方法，其特征在于，所述光学胶水(62)与最终成型的大芯径光波导的折射率差为～0.02～0.02。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本申请优化了大芯径光波导的制备方法，通过单一工艺步骤，能够更加准确地控制折射率。
(2)本申请优化了大芯径光波导的制备方法，通过单一工艺步骤，有效缩短了工艺时间，波导成型快。
(3)本申请优化了大芯径光波导的制备方法，用该制备方法完成工艺的光波导图形，其掩埋横截面形貌好，偏向圆形，能够更好地与波导进行匹配。
(4)本申请不进行常规的波导掩埋工艺，即进行一次热离子交换后再进行一次电场辅助离子交换，而是直接进行电场辅助离子交换，电场辅助离子交换步骤中的交换熔盐含有银离子，随后再进行一次退火工艺使掩埋波导截面图更加偏向圆形，随后去除膜层，用光学胶水将两片玻璃衬底粘连后，切割磨抛得到所设计的大芯径光波导芯片。由于只有单离子交换工艺步骤，且折射率只由银离子浓度决定，折射率能够有效地控制。常规工艺热离子交换所占时间较长，采用单工艺步骤使得波导成型快，工艺时间大大缩短，有效地减少工艺成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请的膜层和玻璃衬底组合图；
图2是本申请的热离子交换俯视图；
图3是本申请的电场辅助离子交换侧视图；
图4是本申请完成掩埋工艺的光波导截面图；
图5是本申请大芯径光波导的成品图；
其中，图中；
11、膜层； 12、玻璃衬底；
31、交换熔盐； 32、光波导图形横截面；
41、高温环境；
61、完成光波导掩埋工艺的玻璃衬底；62、光学胶水。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
制备银离子交换熔盐：按摩尔百分比为1:1:0.02，将硝酸钠、硝酸钙和硝酸银搅拌混合，得到电场辅助离子交换熔盐。
所述光学胶水的折射率与高折射率波导的折射率相差～0.02～0.02
实施例1
参见图1至图5
波导设计半径为250μm，最终成型半径为345μm。
高温环境温度设置为240℃。
S1、镀膜：对玻璃衬底12进行镀膜处理，形成膜层11，膜层为铝膜；
S2、光刻：使用匀胶机对玻璃衬底进行匀胶工艺，在膜层11上形成光刻胶层，随后用光刻机对玻璃衬底进行光刻工艺，将设计好的波导图形光刻在玻璃衬底12上的膜层11表面，用铝腐蚀液腐蚀出对应波导图形后，进行去胶处理；
S3、电场辅助离子交换：将带有光波导图形膜层的玻璃衬底图2，浸入含有银离子的交换熔盐31中，将光波导图形32掩埋进玻璃衬底中；
S4、退火：将完成电场辅助离子交换工艺的玻璃衬底放入高温环境41中进行退火处理，使掩埋进玻璃衬底中的光波导图形横截面32形貌更加良好，偏向半圆形；
S5、去除膜层：将所镀膜层11去除，得到完成光波导掩埋工艺的玻璃衬底61；
S6、光学胶水粘连：使用光学胶水62进行粘连，将两片玻璃衬底61粘连完毕；
S7、完成大芯径光波导图5的制备工艺。
实施例2
参见图1至图5
波导设计半径为170μm，最终成型半径为250μm。
高温环境温度设置为220℃。
S1、镀膜：对玻璃衬底12进行镀膜处理，形成膜层11，膜层为铝膜；
S2、光刻：使用匀胶机对玻璃衬底进行匀胶工艺，在膜层11上形成光刻胶层，随后用光刻机对玻璃衬底进行光刻工艺，将设计好的波导图形光刻在玻璃衬底12上的膜层11表面，用铝腐蚀液腐蚀出对应波导图形后，进行去胶处理；
S3、电场辅助离子交换：将带有光波导图形膜层的玻璃衬底图2，浸入含有银离子的交换熔盐31中，将光波导图形32掩埋进玻璃衬底中；
S4、退火：将完成电场辅助离子交换工艺的玻璃衬底放入高温环境41中进行退火处理，使掩埋进玻璃衬底中的光波导图形横截面32形貌更加良好，偏向半圆形；
S5、去除膜层：将所镀膜层21去除，得到完成光波导掩埋工艺的玻璃衬底61；
S6、光学胶水粘连：使用光学胶水62进行粘连，将两片玻璃衬底61粘连完毕；
S7、完成大芯径光波导图5的制备工艺。
实施例3
参见图1至图5
波导设计半径为380μm，最终成型半径为450μm。
高温环境温度设置为260℃。
S1、镀膜：对玻璃衬底12进行镀膜处理，形成膜层11，膜层为铝膜；
S2、光刻：使用匀胶机对玻璃衬底进行匀胶工艺，在膜层11上形成光刻胶层，随后用光刻机对玻璃衬底进行光刻工艺，将设计好的波导图形光刻在玻璃衬底12上的膜层11表面，用铝腐蚀液腐蚀出对应波导图形后，进行去胶处理；
S3、电场辅助离子交换：将带有光波导图形膜层的玻璃衬底图2，浸入含有银离子的交换熔盐31中，将光波导图形32掩埋进玻璃衬底中；
S4、退火：将完成电场辅助离子交换工艺的玻璃衬底放入高温环境41中进行退火处理，使掩埋进玻璃衬底中的光波导图形横截面32形貌更加良好，偏向半圆形；
S5、去除膜层：将所镀膜层11去除，得到完成光波导掩埋工艺的玻璃衬底61；
S6、光学胶水粘连：使用光学胶水62进行粘连，将两片玻璃衬底61粘连完毕；
S7、完成大芯径光波导图5的制备工艺。以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种大芯径光波导的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1、镀膜：对玻璃衬底进行镀膜处理，形成膜层，膜层为铝膜；
S2、光刻：使用匀胶机对玻璃衬底进行匀胶工艺，在膜层上形成光刻胶层，随后用光刻机对玻璃衬底进行光刻工艺，将设计好的波导图形光刻在玻璃衬底上的膜层表面，用铝腐蚀液腐蚀出对应波导图形后，进行去胶处理；
S3、电场辅助离子交换：将带有光波导图形膜层的玻璃衬底，浸入含有银离子的交换熔盐中，将光波导图形掩埋进玻璃衬底中；
S4、退火：将完成电场辅助离子交换工艺的玻璃衬底放入高温环境中进行退火处理，使掩埋进玻璃衬底中的光波导图形横截面形貌更加良好，偏向半圆形；
S5、去除膜层：将所镀膜层去除，得到完成光波导掩埋工艺的玻璃衬底；
S6、光学胶水粘连：使用光学胶水进行粘连，将两片玻璃衬底粘连完毕；
S7、完成大芯径光波导的制备。
2.根据权利要求1所述的一种大芯径光波导的制备方法，其特征在于：所述银离子交换熔盐配比为：
按摩尔百分比为1:1:0.02，将硝酸钠、硝酸钙和硝酸银搅拌混合，得到电场辅助离子交换熔盐。
3.根据权利要求1所述的一种大芯径光波导的制备方法，其特征在于：所述最终成型的大芯径光波导的半径为250～450μm。
4.根据权利要求1所述的一种大芯径光波导的制备方法，其特征在于，所述最终成型的大芯径光波导的设计半径为170～380μm。
5.根据权利要求1所述的一种大芯径光波导的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中高温环境的高温烘箱设定温度为190℃～260℃。
6.根据权利要求1所述的一种大芯径光波导的制备方法，其特征在于，所述光学胶水(62)与最终成型的大芯径光波导的折射率差为～0.02～0.02。
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