CN1183402C - 周期极化掺镁铌酸锂全光开关及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光开关及其制备工艺，特别是用新颖的周期极化掺镁铌酸锂晶体制作的全光开关和工艺制备，属于光通信器件领域。现在用于光信息处理技术中的光开关有机械式的和光学式的，但都适应不了高速光纤通信的需要。本发明提供了一种新颖的周期极化掺镁铌酸锂全光开关的设计及其制备工艺，方案是：使用高掺镁的铌酸性晶体，切成晶片，对晶片进行抛磨、极化、刻蚀，制作反转光栅区、质子退火交换光波导，得到全光开关。该开关具有快速全光透明、速度快、噪声低、所需控制光功率小，且可实现THz调制等特点的光开关。同时克服了本征铌酸锂晶体不易加工等缺点，进一步提高了输出变换效率，使其在全光通信网中具有更佳的性能和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种光开关及其制备工艺，特别是用新颖的周期极化掺镁铌酸锂晶体制作的全光开关和工艺制备，属于光通信器件领域。
背景技术
光纤密集型多波分复用(DWDM)可以提高光纤传输容量，包含多个节点的复杂高速光传输网络需要有效的全光开关直接切换与关断光信息，防止波长阻塞，使波长可以重复利用，提高网络管理的灵活性。现在用于光信息处理技术中的光开关大致有两大类：机械式和光学式。其中机械式光开关发展较早，此类开关响应速度低，一般需要毫秒，它虽能满足测试工作要求，但不能满足音频、视频传输系统的要求，更谈不上满足高速光纤通信的需要了。而光学式光开关最近几年发展十分迅速，目前研究主要集中在利用晶体的场致双折射效应研制的集成光波导式光开关，铁电晶体畴反转结构中级联非线性效应光开关，Mach Zender干涉仪式光开关，热光光开关等。
发明内容
本发明的目的是提供一种新颖的周期极化掺镁铌酸锂全光开关的设计和制备工艺。其技术方案是：开关是大小20×25×1.0mm左右的晶片，高掺镁铌酸锂晶体材料，具有扇形变周期极化结构(4)、退火质子交换光波导(5)、强抗光折变能力和较低的正极化电场结构的全光开关。
使用高掺镁铌酸锂晶体，沿晶体的3个晶向X、Y、Z切成大小20×25×1.0mm左右的晶片，对晶片进行抛磨加工、极化，制作周期反转光栅区结构(4)，进行质子交换退火工艺处理，得到退火质子交换光波导(5)。
对晶片进行加工，需要设计光刻掩模板，光刻掩模板的设计首先是对和频与差频级联二阶非线性效应的耦合模方程进行求解，同时将控制光、信号光、转换光波的波长与折射率代入到准相位匹配式中，在满足准相位匹配条件下，得出极化结构光栅的周期和沿通光方向的总光栅长度。根据所得到的值设计周期极化光栅结构光刻掩模板。
本发明的有益效果是：具有快速全光透明、速度快、噪声低、所需控制光功率小，且可实现THz调制等特点的光开关。同时克服了本征铌酸锂晶体抗光折变性能低且由于极化电场高所用晶片薄不易加工等缺点，进一步提高了输出交换效率，使其在全光通信网中具有更佳的性能和应用前景。
附图说明
附图：周期极化掺镁铌酸锂全光开关示意图
图中1、信号光波 2、控制光波 3、转换光波 4、周期极化掺镁铌酸锂结构 5、退火质子交换光波导
具体实施方式
这种周期极化掺镁铌酸锂全光开关，是大小20×25×1.0mm左右的晶片，高掺镁铌酸锂晶体材料，具有扇形变周期极化结构4、退火质子交换光波导5、强抗光折变能力和较低的正极化电场结构的全光开关。
这种周期极化掺镁铌酸锂全光开关的制备工艺：使用高掺镁铌酸锂晶体，沿晶体的3个晶向X、Y、Z切成大小20×25×1.0mm左右的晶片，对晶片进行抛磨加工、极化，制作周期反转光栅区结构4，进行质子交换退火工艺处理，得到退火质子交换光波导5。
所述的对晶片的抛磨加工、极化、退火处理，依次分为下列工艺步骤：
(1)对其±Z面进行光学抛磨；
(2)在晶片+Z表面进行光刻；
(3)刻蚀出按所设计掩模板结构的金属Al电极，然后在电极上均匀涂抹一层高绝缘抗蚀胶；
(4)在室温下，将晶片的±Z面与NaCl液体电极相连，接到脉冲电源上，对其进行极化，将极化后的样品进行去膜和清洗；
(5)在晶片+Z面极化反转光栅区域沿着通光方向刻蚀上氧化硅栅条，将其放入到盛有苯甲酸的石英玻璃器皿中，将器皿放入到恒温炉中在一定温度下进行质子交换，交换一定时间后快速将其放入到退火炉中进行退火，然后腐蚀掉氧化硅，得到退火质子交换光波导；
(6)对通光端面进行光学抛磨加工，得到周期极化掺镁铌酸锂全光开关。
所述的掩模板的设计首先对和频与差频级联二阶非线性效应的耦合模方程进行求解，同时将控制光、信号光、转换光波的波长与折射率代入到准相位匹配式中，在满足准相位匹配条件下，得出极化结构光栅的周期和沿通光方向的总光栅长度，根据所得到的值设计周期极化光栅结构光刻掩模板。
下面结合附图对本发明的技术方案作具体的说明：如附图所示，是周期极化掺镁铌酸锂全光开关，它是使用高掺镁的铌酸锂晶体沿着晶体的3个方向X、Y、Z切割到底的，尺寸为大小20×25×1.0mm左右的晶片，掺镁的浓度为＞5mol％。对晶体进行抛磨加工、制作扇形变周期极化和周期反转光栅结构，进行质子交换退火工艺处理，得到退火质子交换光波导的全光开关，其具体的制备工艺步骤如下：
(1)对晶片±Z面进行光学抛磨；
(2)在晶片+Z表面进行光刻；
(3)刻蚀出按所设计掩模板结构的金属AI电极，然后在电极上均匀涂抹一层高绝缘抗蚀胶；
(4)在室温下，将晶片的±Z面与NaCl液体电极相连，接到脉冲电源上，对其进行极化，将极化后的样品进行去膜和清洗；
(5)在晶片+Z面极化反转光栅区域沿着通光方向刻蚀上氧化硅栅条，将其放入到盛有苯甲酸的石英玻璃器皿中，将器皿放入到恒温炉中在一定温度下进行质子交换，交换一定时间后快速将其放入到退火炉中进行退火，然后腐蚀掉氧化硅，得到退火质子交换光波导；
(6)对通光端面进行光学抛磨加工，得到周期极化掺镁铌酸锂全光开关。
Claims (4)
1.一种周期极化掺镁铌酸锂全光开关，其特征在于：开关是大小20×25×1.0mm左右的晶片，高掺镁铌酸锂晶体材料，具有扇形变周期极化结构(4)、退火质子交换光波导(5)、强抗光折变能力和较低的正极化电场结构的全光开关。
2.一种周期极化掺镁铌酸锂全光开关的制备工艺，其特征在于：使用高掺镁铌酸锂晶体，沿晶体的3个晶向X、Y、Z切成大小20×25×1.0mm左右的晶片，对晶片进行抛磨加工、极化，制作周期反转光栅区结构(4)，进行质子交换退火工艺处理，得到退火质子交换光波导(5)。
3.根据权利要求2所述的周期极化掺镁铌酸锂全光开关的制备工艺，其特征在于：所述的对晶片的抛磨加工、极化、退火处理，依次分为下列工艺步骤：
(1)对其±Z面进行光学抛磨；
(2)在晶片+Z表面进行光刻；
(3)刻蚀出按所设计掩模板结构的金属Al电极，然后在电极上均匀涂抹一层高绝缘抗蚀胶；
(4)在室温下，将晶片的±Z面与NaCl液体电极相连，接到脉冲电源上，对其进行极化，将极化后的样品进行去膜和清洗；
(5)在晶片+Z面极化反转光栅区域沿着通光方向刻蚀上氧化硅栅条，将其放入到盛有苯甲酸的石英玻璃器皿中，将器皿放入到恒温炉中在一定温度下进行质子交换，交换一定时间后快速将其放入到退火炉中进行退火，然后腐蚀掉氧化硅，得到退火质子交换光波导；
(6)对通光端面进行光学抛磨加工，得到周期极化掺镁铌酸锂全光开关。
4.根据权利要求3所述的周期极化掺镁铌酸锂全光开关的制备工艺，其特征在于：所述的掩模板的设计首先对和频与差频级联二阶非线性效应的耦合模方程进行求解，同时将控制光、信号光、转换光波的波长与折射率代入到准相位匹配式中，在满足准相位匹配条件下，得出极化结构光栅的周期和沿通光方向的总光栅长度，根据所得到的值设计周期极化光栅结构光刻掩模板。
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