WO2016180061A1 - 光波导制造方法、光波导和计算机存储介质 - Google Patents

光波导制造方法、光波导和计算机存储介质 Download PDF

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WO2016180061A1
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region
glass substrate
optical waveguide
molten salt
mask
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PCT/CN2016/073791
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郝寅雷
曾福林
王志坚
孙海龙
冯泽明
王根成
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中兴通讯股份有限公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method

Definitions

  • the present invention relates to the field of optical devices, integrated optics, and optical interconnects, and more particularly to an optical waveguide manufacturing method, optical waveguide, and computer storage medium.
  • optical fiber transmission networks spread across the globe on a large scale and continue to penetrate from long distances to short distances and ultra-short distances. After the optical fiber successfully replaces the traditional copper connection in the global network, the wide area network, the metropolitan area network and the local area network, the data transmission using the light as the carrier is also widely used in the storage area network and the transmission system of the shorter distance.
  • optical fiber is used as a medium for data transmission at different levels of data connections within the data center, such as between cabinets and inside the cabinet.
  • optical interconnection between boards and on the circuit board is the next major breakthrough.
  • the ion doping region of the glass surface is flat due to the lateral diffusion of the doped ions, so the mode distribution of the optical waveguide mode is asymmetric, and the coupling loss between the optical waveguide and the optical fiber
  • the ion doping region of the glass surface is located on the surface of the glass substrate, and the scattering of the optical waveguide at the surface defect of the glass will introduce a high transmission loss.
  • the embodiments of the present invention are intended to provide an optical waveguide manufacturing method and an optical waveguide, which at least partially solve the problems of high coupling loss, transmission loss, high cost, and difficulty in practical use caused by the existing optical waveguide manufacturing method.
  • Embodiments of the present invention provide a method of fabricating an optical waveguide, the method comprising the steps of:
  • a region on both sides of the waveguide core forms a molten salt diffusion region containing a cation
  • a region of the waveguide core forms an ion doped region
  • the surface of the ion doped region forms an undoped region.
  • the step of forming a molten salt diffusion region containing a cation on a region on both sides of the waveguide core comprises:
  • the mask-formed glass substrate is placed in a molten salt containing a cation for a first predetermined period of time, and a cation containing a cation is formed in a region on both sides of the mask of the glass substrate. Salt diffusion zone.
  • the step of forming a mask for the molten salt diffusion region containing a cation on the glass substrate comprises:
  • a film having a width of a first predetermined width above the waveguide core region on the glass substrate is retained by a photolithography and wet etching process as a mask for a molten salt diffusion region containing a cation.
  • the cation in the molten salt containing a cation is a potassium ion.
  • the mask-formed glass substrate is placed in a molten salt containing a cation for a first predetermined period of time, and a region is formed on both sides of the mask of the glass substrate.
  • the steps of the cation salt diffusion zone include:
  • the mask on the surface of the glass substrate is removed by etching.
  • the surface of the ion doped region forms a dedoped region
  • the steps include:
  • the step of forming a dedoping region on the surface of the ion doped region includes:
  • the refractive index of the dedoping region is lower than the refractive index of the waveguide core; the refractive index of the glass substrate in the lower portion of the ion doping region is lower than the refractive index of the waveguide core.
  • the potassium ion diffusion region has a refractive index lower than a refractive index of the waveguide core.
  • Embodiments of the present invention also provide an optical waveguide which is an optical waveguide manufactured as described above.
  • the optical waveguide manufacturing method provided by the invention forms a molten salt diffusion region containing a cation by ion exchange technology, and the left and right sides of the buried ion doping region are respectively connected to a molten salt diffusion region containing a cation, and the Restriction of the suppression of doping ions by the molten salt diffusion region of a cation
  • the lateral dimension of the buried ion doped region improves the symmetry of the optical waveguide mode field distribution, reducing coupling loss and transmission loss.
  • the dedoping region is formed by the ion reverse exchange technique to ensure that the formed optical waveguide is a buried optical waveguide, which reduces the coupling loss of the optical waveguide and the transmission loss introduced due to the scattering at the surface defect of the glass substrate.
  • FIG. 1 is a schematic flow chart of a method for manufacturing an optical waveguide according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic view showing a glass substrate and a molten salt containing a cation after forming a molten salt diffusion region according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a flow chart showing the process of forming an ion doped region according to Embodiment 6 of the present invention.
  • an embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a waveguide, the method comprising the following steps:
  • a glass substrate 1 is provided; the glass substrate 1 is made of silicate glass or borosilicate glass or phosphate glass or borate glass.
  • Step 12 on the glass substrate 1, the region on both sides of the waveguide core 2 forms a molten salt diffusion region 3 containing a cation;
  • Step 13 on the glass substrate 1 forming a molten salt diffusion region 3 containing a cation, the region of the waveguide core 2 forms an ion doped region 4;
  • Step 14 on the glass substrate 1 on which the ion doping region 4 is formed, the surface of the ion doping region 4 forms a dedoping region 5.
  • Step 21 on the glass substrate 1, forming a mask 6 for a molten salt diffusion region 3 containing a cation; and the mask 6 covers a region where the waveguide core 2 is located;
  • Step 22 the glass substrate 1 on which the mask 6 is formed is placed in a molten salt 7 containing a cation and held for a first predetermined period of time on both sides of the mask 6 of the glass substrate 1.
  • the region forms a molten salt diffusion region 3 containing a cation; alternatively, the cation in the molten salt 7 containing a cation is a potassium ion.
  • step 21 may include:
  • the mask 6 is made of aluminum or chrome-copper alloy or silicon dioxide; the waveguide is strip-shaped, and the mask 6 covers the strip waveguide core 2 region, and the center of the mask 6 The position coincides with a center position of the strip waveguide, and the length of the mask 6 is greater than or equal to the length of the core of the strip waveguide.
  • a film having a width of a first predetermined width over the region of the waveguide core 2 on the glass substrate 1 is retained by photolithography and a wet etching process as a mask for the molten salt diffusion region 3 containing a cation.
  • step 22 may include:
  • the glass substrate 1 on which the mask 6 is formed is placed in a potassium nitrate molten salt at 330-420 ° C for a first predetermined period of time;
  • the potassium ions in the potassium nitrate molten salt form a potassium ion diffusion region in a region on both sides of the mask 6 of the glass substrate 1 by thermal diffusion.
  • step 13 may include:
  • Step 31 removing the mask 6 from the glass substrate 1;
  • Step 32 placing the glass substrate 1 in a molten salt 8 containing dopant ions for a second predetermined period of time, the dopant ions diffusing into a region of the waveguide core 2 to form an ion doping region 4
  • the two sides of the ion doping region 4 are respectively connected to the potassium ion diffusion region; optionally, the dopant ions are at least one of titanium ions, silver ions or strontium ions;
  • the molten salt 8 of the ion is a mixed molten salt of sodium nitrate, calcium carbonate and silver nitrate; wherein the molar percentages of the three components of sodium nitrate, calcium carbonate and silver nitrate are 10-90%, 10-90%, 0.1-5, respectively. %.
  • step 31 may include:
  • the mask 6 on the surface of the glass substrate 1 is removed by etching.
  • step 14 can include:
  • the glass substrate 1 is placed in a molten salt 9 having no doping ions for a third predetermined period of time, and ions on the surface of the ion doping region 4 enter the molten salt 9 having no doping ions.
  • a dedoping region 5 is formed on the surface of the ion doping region 4.
  • the glass substrate 1 is placed in a molten salt 9 having no doping ions for a third predetermined period of time, and ions on the surface of the ion doping region 4 enter a melting without doping ions.
  • the step of forming the dedoping region 5 on the surface of the ion doping region 4 includes:
  • the glass substrate 1 is placed in a mixed molten salt of sodium nitrate and calcium carbonate at 220-300 ° C to ensure Holding ions of the surface of the ion doping region 4 into the molten salt 9 without doping ions for a third predetermined period of time, forming a dedoping region 5 on the surface of the ion doping region 4;
  • the molar percentages of the two components of sodium nitrate and calcium carbonate are 10-90% and 10-90%, respectively.
  • the present invention also provides an optical waveguide which is an optical waveguide manufactured by the above method.
  • a region below the dedoping region 5 is a waveguide core 2
  • the refractive index of the dedoping region 5 is lower than the refractive index of the waveguide core 2; the refractive index of the glass substrate 1 at the lower portion of the ion doping region 4 is lower than the refractive index of the waveguide core 2
  • the refractive index of the potassium ion diffusion region is lower than the refractive index of the waveguide core 2.
  • Embodiment 1 Referring to FIG. 8, an optical waveguide having a core size of about 10 ⁇ m is formed;
  • step 41 a glass substrate 1 having a thickness of 1.5 mm is provided.
  • Step 42 forming an aluminum film having a thickness of 80 to 200 nm on the upper surface of the glass substrate 1 by thermal evaporation or sputtering, and preserving the optical waveguide on the glass substrate 1 by photolithography and wet etching.
  • a film having a width of 15 to 40 ⁇ m is used as a mask 6 in the region.
  • Step 43 the glass substrate 1 on which the mask 6 is formed is placed in a potassium nitrate molten salt at 330-420 ° C for 20-200 minutes; during this process, the potassium ions in the potassium nitrate molten salt are thermally diffused. Forming a potassium ion diffusion region in a region on both sides of the mask 6 of the glass substrate 1;
  • Step 44 after the glass substrate 1 is cooled, the mask 6 of the surface of the glass substrate 1 is removed by etching;
  • Step 45 the glass substrate 1 is placed in a mixed molten salt of sodium nitrate, calcium carbonate and silver nitrate for 5 to 60 minutes, and the region of the waveguide core 2 forms an ion doped region 4; wherein, the three components
  • the molar percentage is 10-90%, 10-90%, 0.1-5%; the temperature in the process is between 220-300 ° C;
  • Step 46 the glass substrate 1 is placed in a mixed melting of sodium nitrate and calcium carbonate at 220-300 ° C.
  • the salt for 3 to 60 minutes, ions on the surface of the ion doping region 4 enter the molten salt 9 without doping ions, and a dedoping region 5 is formed on the surface of the ion doping region 4;
  • the region below the dedoping region 5 is the waveguide core portion 2; wherein the molar percentages of the two components of sodium nitrate and calcium carbonate are 10-90% and 10-90%, respectively.
  • Embodiment 2 Referring to FIG. 9, an optical waveguide having a core size of about 50 ⁇ m is fabricated;
  • Step 51 providing a glass substrate 1 having a thickness of 1.5 mm;
  • Step 52 forming an aluminum film having a thickness of 80-200 nm on the upper surface of the glass substrate 1 by thermal evaporation or sputtering, and preserving the optical waveguide on the glass substrate 1 by photolithography and wet etching.
  • a film having a width of 100 to 150 ⁇ m on the region serves as a mask 6.
  • Step 53 the glass substrate 1 formed with the mask 6 is placed in a potassium nitrate molten salt at 330-420 ° C for 60-900 minutes; during this process, the potassium ions in the potassium nitrate molten salt are thermally diffused. Forming a potassium ion diffusion region in a region on both sides of the mask 6 of the glass substrate 1;
  • Step 54 after the glass substrate 1 is cooled, the mask 6 on the surface of the glass substrate 1 is removed by etching;
  • Step 55 the glass substrate 1 is placed in a mixed molten salt of sodium nitrate, calcium carbonate and silver nitrate for 20-240 minutes, and the region of the waveguide core 2 forms an ion doped region 4; wherein, the three components
  • the molar percentage is 10-90%, 10-90%, 0.1-5%; the temperature in the process is between 220-300 ° C;
  • Step 56 the glass substrate 1 is placed in a mixed molten salt of sodium nitrate and calcium carbonate at 220-300 ° C for 20-180 minutes, and ions on the surface of the ion-doped region 4 are not doped.
  • a dedoping region 5 is formed on the surface of the ion doping region 4; in the ion doping region 4, a region below the dedoping region 5 is a waveguide core 2;
  • the molar percentages of the two components of sodium nitrate and calcium carbonate are 10-90% and 10-90%, respectively.
  • the optical waveguide manufacturing method provided by the present invention forms a molten salt diffusion region 3 containing a cation by ion exchange technology, and the left and right sides of the buried ion doping region 4 are respectively melted with a cation.
  • the salt diffusion zone 3 is connected, and the suppression of the doping ions by the molten salt diffusion zone 3 containing a cation limits the lateral dimension of the buried ion doping region 4, thereby improving the symmetry of the optical waveguide mode field distribution and reducing Coupling loss and transmission loss.
  • the dedoping region 5 is formed by an ion reverse exchange technique to ensure that the formed optical waveguide is a buried optical waveguide, which reduces the coupling loss of the optical waveguide and the transmission loss introduced due to scattering at the surface defect of the glass substrate 1.
  • the embodiment of the present invention further describes a computer storage medium, wherein the computer storage medium stores a computer program, and the computer program is used to execute the optical waveguide manufacturing method shown in FIG. 1 , FIG. 2 and FIG. 4 in the embodiment of the present invention. At least one of them.
  • the computer storage medium may be a storage medium such as an optical disk, a hard disk, or a magnetic disk, and may be a non-transitory storage medium.

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Abstract

光波导制造方法、光波导和计算机存储介质。该光波导的制造方法包括以下步骤：提供一玻璃基片(1)；在该玻璃基片(1)上，波导芯部两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区(3)；在形成含一种阳离子的熔盐扩散区(3)的该玻璃基片(1)上，波导芯部的区域形成离子掺杂区(4)；在形成离子掺杂区(4)的该玻璃基片(1)上，该离子掺杂区(4)的表面形成去掺杂区(5)。

Description

光波导制造方法、光波导和计算机存储介质 技术领域
本发明涉及光器件、集成光学和光互连领域，特别涉及一种光波导制造方法、光波导和计算机存储介质。
背景技术
随着云计算、流媒体和移动互联网等各种数据通信业务和电信业务需求的爆炸性增长，路由器、终端设备、交换机的吞吐量迅速增大，这些设备的功能模块中板到板，板到背板之间的互连遇到了新问题，如瓶颈阻塞、时钟歪斜、串话、功耗等。随着芯片集成度、互连密度和传输速率的不断提高，这些问题造成的影响变得日益突出。而且，由于电互连内在物理机制的限制，在电互连的范畴，这些问题很难得到获得根本的解决。
光互连的引入为解决上述问题开辟了新途径。光纤传输网络在全球范围内大规模铺展，并且不断从长距离向短距离和超短距离渗透。继光纤在全球网、广域网、城域网和局域网中成功取代传统的铜连线之后，以光作为载波的数据传输在存储区域网络及更短距离的传输系统中也获得日益广泛的应用。典型地，光纤作为数据传输的媒介在数据中心内部不同层次的数据连接，如机柜之间和机柜内部，目前，电路板之间和电路板上的光互连成为下一步重点突破的目标。
光波导是实现电路板间和电路板上光互连的基础。目前用于板级光互连的光波导技术主要包括两类，一类是基于离子交换技术的光波导技术，另一类是聚合物基光波导技术。与后者相比，离子交换技术的光波导技术具有传输带宽大、传输损耗低，环境稳定性好的显著特性，因此受到研究者们的重视。
通常使用的离子交换技术是在玻璃基片表面制作薄膜，并在薄膜上制作离子交换窗口，形成光波导制作所用掩膜，然后将带有掩膜的玻璃基片放入含有掺杂离子的熔盐中进行离子交换，含有掺杂离子的熔盐中的掺杂离子通过光波导制作所用掩膜形成的离子交换窗口与玻璃基片中的钠离子进行交换，掺杂离子进入玻璃基片并形成玻璃表面的离子掺杂区，作为表面光波导的芯层。然而，在玻璃表面的离子掺杂区形成过程中，由于掺杂离子的横向扩散，玻璃表面的离子掺杂区呈扁平状，因此其光波导模场分布不对称，光波导与光纤的耦合损耗很大；另一方面，玻璃表面的离子掺杂区位于玻璃基片的表面，光导波在玻璃表面缺陷处的散射将引入很高的传输损耗。
制作掩埋式的光波导可以改善光波导芯层折射率分布的对称性，因此可以使光波导模场分布的对称性得到改善，降低光波导器件与光纤的耦合损耗。同时，使光波导的芯部埋入玻璃表面以下，可消除玻璃表面缺陷引起的光导波的散射，降低器件的传输损耗。掩埋式光波导的制作通常采用电场辅助离子迁移的方式，对一次离子交换后的玻璃基片进行电场辅助离子迁移，在此过程中，在玻璃基片两侧的不含掺杂离子的熔盐中分别插入两根分别连接直流电源的正电极和负电极的电极引线，在玻璃基片的两侧施加直流偏压。在此直流偏压的作用下，离子交换形成的玻璃表面的离子掺杂区被掩埋进入玻璃基片，形成掩埋式的离子掺杂区，而玻璃基片表面形成去掺杂区。这种电场辅助离子迁移技术虽然可以获得性能优良的光波导，但由于电场辅助离子迁移需要在高温下进行，而且同时要保证玻璃基片两侧的不含掺杂离子的熔盐之间彼此绝缘，因此通过这项技术制作掩埋式光波导需要较高的成本，也使大尺寸的光波导器件的制作相当困难，因此制作用于光互连的光波导难以实用化。
发明内容
本发明实施例期望提供了一种光波导制造方法及光波导，至少部分解决现有的光波导制造方法引起较高的耦合损耗、传输损耗以及成本高、难以实用化的问题。
本发明的实施例提供了一种光波导的制造方法，该方法包括以下步骤：
提供一玻璃基片；
在所述玻璃基片上，波导芯部两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区；
在形成含一种阳离子的熔盐扩散区的所述玻璃基片上，波导芯部的区域形成离子掺杂区；
在形成离子掺杂区的所述玻璃基片上，所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区。
可选地，在所述玻璃基片上，波导芯部两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区的步骤包括：
在所述玻璃基片上，形成含一种阳离子的熔盐扩散区所用的掩膜；且所述掩膜覆盖波导芯部所在的区域；
将形成有掩膜的玻璃基片置于含一种阳离子的的熔盐中，并保持第一预设时间段，在所述玻璃基片的掩膜两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区。
可选地，在所述玻璃基片上，形成含一种阳离子的熔盐扩散区所用的掩膜的步骤包括：
在所述玻璃基片的上表面用热蒸发或者溅射的方法制作一层薄膜；
通过光刻和湿法腐蚀工艺保留所述玻璃基片上波导芯部区域上方宽度为第一预设宽度的薄膜，作为含一种阳离子的熔盐扩散区所用的掩膜。
可选地，所述掩膜的材质为铝或铬铜合金或二氧化硅。
可选地，所述含一种阳离子的熔盐中的阳离子为钾离子。
可选地，将形成有掩膜的玻璃基片置于含一种阳离子的的熔盐中，并保持第一预设时间段，在所述玻璃基片的掩膜两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区的步骤包括：
将形成有掩膜的玻璃基片置于330-420℃的硝酸钾熔盐中，保持第一预设时间段；
所述硝酸钾熔盐中的钾离子经热扩散作用在所述玻璃基片的掩膜两侧的区域形成钾离子扩散区。
可选地，所述波导为条形，所述掩膜覆盖条形波导芯部区域，所述掩膜的中心位置与所述条形波导的中心位置重合，所述掩膜的长度大于或等于所述条形波导的芯部的长度。
可选地，在形成含一种阳离子的熔盐扩散区的所述玻璃基片上，波导芯部的区域形成离子掺杂区的步骤包括：
从所述玻璃基片上去除所述掩膜；
将所述玻璃基片置于含有掺杂离子的熔盐中，保持第二预设时间段，所述掺杂离子扩散进入波导芯部的区域，形成离子掺杂区，所述离子掺杂区的两侧分别与所述钾离子扩散区相连。
可选地，所述掺杂离子为钛离子、银离子或铯离子中的至少一种。
可选地，从所述玻璃基片上去除所述掩膜的步骤包括：
将所述玻璃基片冷却后，采用腐蚀的方法去除所述玻璃基片表面的掩膜。
可选地，所述含有掺杂离子的熔盐为硝酸钠、碳酸钙和硝酸银的混合熔盐；其中，硝酸钠、碳酸钙和硝酸银三种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％、0.1-5％。
可选地，在所述玻璃基片上，所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区的 步骤包括：
将所述玻璃基片置于不含掺杂离子的熔盐中，保持第三预设时间段，所述离子掺杂区的表面的离子进入不含掺杂离子的熔盐中，在所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区。
进一步的，将所述玻璃基片置于不含掺杂离子的熔盐中，保持第三预设时间段，所述离子掺杂区的表面的离子进入不含掺杂离子的熔盐中，在所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区的步骤包括：
将所述玻璃基片置入220-300℃下硝酸钠和碳酸钙的混合熔盐中，保持第三预设时间段，所述离子掺杂区的表面的离子进入不含掺杂离子的熔盐中，在所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区；其中，硝酸钠和碳酸钙两种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％。
可选地，所述离子掺杂区中，所述去掺杂区以下的区域为波导芯部。
可选地，所述去掺杂区的折射率低于所述波导芯部的折射率；所述离子掺杂区下部的玻璃基片的折射率低于所述波导芯部的折射率。
可选地，所述钾离子扩散区的折射率低于所述波导芯部的折射率。
可选地，所述玻璃基片的材质为硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃或磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃。
本发明实施例还提供了一种光波导，该光波导是如上述方法制造的光波导。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述光波导的制造方法的至少其中之一。
本发明提供的光波导制造方法通过离子交换技术形成含一种阳离子的熔盐扩散区，掩埋式的离子掺杂区的左右两侧分别与含一种阳离子的熔盐扩散区相连，通过含一种阳离子的熔盐扩散区对掺杂离子的压制作用限制 掩埋式的离子掺杂区的横向尺寸，使光波导模场分布的对称性得到改善，降低了耦合损耗与传输损耗。通过离子反交换技术形成去掺杂区，保证所形成的光波导为掩埋式光波导，降低了光波导的耦合损耗以及由于玻璃基片表面缺陷处的散射引入的传输损耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光波导的制造方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供给的一种形成熔盐扩散区的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的形成熔盐扩散区之后的玻璃基片以及含一种阳离子的熔盐的示意图；
图4为本发明实施六提供的形成离子掺杂区的流程流程图；
图5为本发明实施例提供的形成离子掺杂区之后的玻璃基片以及含掺杂离子的熔盐的示意图；
图6为本发明实施例提提供的形成去掺杂区之后的玻璃基片以及不含掺杂离子的的熔盐的示意图；
图7为本发明实施例所述的光波导的示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种光波导的制造方法的流程示意图；
图9为本发明实施例提供的又一种光波导的制造方法的流程示意图。
附图标记说明：
1、玻璃基片；2、波导芯部；3、含一种阳离子的熔盐扩散区；4、离子掺杂区；5、去掺杂区；6、掩膜；7、含一种阳离子的熔盐；8、含有掺杂离子的熔盐；9、不含掺杂离子的熔盐。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明实施例提供了一种波导的制造方法，该方法包括以下步骤：
步骤11，提供一玻璃基片1；所述玻璃基片1的材质为硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃或磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃。
步骤12，在所述玻璃基片1上，波导芯部2两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区3；
步骤13，在形成含一种阳离子的熔盐扩散区3的所述玻璃基片1上，波导芯部2的区域形成离子掺杂区4；
步骤14，在形成离子掺杂区4的所述玻璃基片1上，所述离子掺杂区4的表面形成去掺杂区5。
参见图2及图3，步骤12可包括：
步骤21，在所述玻璃基片1上，形成含一种阳离子的熔盐扩散区3所用的掩膜6；且所述掩膜6覆盖波导芯部2所在的区域；
步骤22，将形成有掩膜6的玻璃基片1置于含一种阳离子的的熔盐7中，并保持第一预设时间段，在所述玻璃基片1的掩膜6两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区3；可选地，所述含一种阳离子的熔盐7中的阳离子为钾离子。
可选地，步骤21可包括：
在所述玻璃基片1的上表面用热蒸发或者溅射的方法制作一层薄膜；
可选地，所述掩膜6的材质为铝或铬铜合金或二氧化硅；所述波导为条形，所述掩膜6覆盖条形波导芯部2区域，所述掩膜6的中心位置与所述条形波导的中心位置重合，所述掩膜6的长度大于或等于所述条形波导的芯部的长度。
通过光刻和湿法腐蚀工艺保留所述玻璃基片1上波导芯部2区域上方宽度为第一预设宽度的薄膜，作为含一种阳离子的熔盐扩散区3所用的掩 膜6。
可选地，步骤22可包括：
将形成有掩膜6的玻璃基片1置于330-420℃的硝酸钾熔盐中，保持第一预设时间段；
所述硝酸钾熔盐中的钾离子经热扩散作用在所述玻璃基片1的掩膜6两侧的区域形成钾离子扩散区。
参见图4及图5，步骤13可包括：
步骤31，从所述玻璃基片1上去除所述掩膜6；
步骤32，将所述玻璃基片1置于含有掺杂离子的熔盐8中，保持第二预设时间段，所述掺杂离子扩散进入波导芯部2的区域，形成离子掺杂区4，所述离子掺杂区4的两侧分别与所述钾离子扩散区相连；可选地，所述掺杂离子为钛离子、银离子或铯离子中的至少一种；所述含有掺杂离子的熔盐8为硝酸钠、碳酸钙和硝酸银的混合熔盐；其中，硝酸钠、碳酸钙和硝酸银三种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％、0.1-5％。
可选地，步骤31可包括：
将所述玻璃基片1冷却后，采用腐蚀的方法去除所述玻璃基片1表面的掩膜6。
参见图6，步骤14可包括：
将所述玻璃基片1置于不有掺杂离子的熔盐9中，保持第三预设时间段，所述离子掺杂区4的表面的离子进入不有掺杂离子的熔盐9中，在所述离子掺杂区4的表面形成去掺杂区5。
进一步的，将所述玻璃基片1置于不有掺杂离子的熔盐9中，保持第三预设时间段，所述离子掺杂区4的表面的离子进入不有掺杂离子的熔盐9中，在所述离子掺杂区4的表面形成去掺杂区5的步骤包括：
将所述玻璃基片1置入220-300℃下硝酸钠和碳酸钙的混合熔盐中，保 持第三预设时间段，所述离子掺杂区4的表面的离子进入不有掺杂离子的熔盐9中，在所述离子掺杂区4的表面形成去掺杂区5；其中，硝酸钠和碳酸钙两种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％。
参见图7，本发明还提供了一种光波导，该光波导是如上述方法制造的光波导，所述离子掺杂区4中，所述去掺杂区5以下的区域为波导芯部2；所述去掺杂区5的折射率低于所述波导芯部2的折射率；所述离子掺杂区4下部的玻璃基片1的折射率低于所述波导芯部2的折射率；所述钾离子扩散区的折射率低于所述波导芯部2的折射率。
为了更加清楚描述本发明的技术内容，以下以两个具体实施例详细说明。
实施例一：参见图8，制作芯部尺寸约为10微米的光波导；
步骤41，提供一厚度为1.5毫米的玻璃基片1。
步骤42，在所述玻璃基片1上表面用热蒸发或溅射的方法制作一层厚度为80～200纳米的铝膜，通过光刻和湿法腐蚀工艺保留玻璃基片1上制作光波导的区域上宽度为15-40微米的薄膜，作为掩膜6。
步骤43，将形成有掩膜6的玻璃基片1置于330-420℃的硝酸钾熔盐中保持20-200分钟；此过程中，所述硝酸钾熔盐中的钾离子经热扩散作用在所述玻璃基片1的掩膜6两侧的区域形成钾离子扩散区；
步骤44，将所述玻璃基片1冷却后，采用腐蚀的方法去除所述玻璃基片1表面的掩膜6；
步骤45，将所述玻璃基片1置于硝酸钠、碳酸钙和硝酸银的混合熔盐中保持5-60分钟，波导芯部2的区域形成离子掺杂区4；其中，三种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％、0.1-5％；此过程中的温度在220-300℃之间；
步骤46，将所述玻璃基片1置入220-300℃下硝酸钠和碳酸钙的混合熔 盐中，保持3-60分钟，所述离子掺杂区4的表面的离子进入不有掺杂离子的熔盐9中，在所述离子掺杂区4的表面形成去掺杂区5；所述离子掺杂区4中，所述去掺杂区5以下的区域为波导芯部2；其中，硝酸钠和碳酸钙两种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％。
实施例二：参见图9，制作芯部尺寸约为50微米的光波导；
步骤51，提供一厚度为1.5毫米的玻璃基片1；
步骤52，在所述玻璃基片1上表面用热蒸发或溅射的方法制作一层厚度为80～200纳米的铝膜，通过光刻和湿法腐蚀工艺保留玻璃基片1上制作光波导的区域上宽度为100-150微米的薄膜，作为掩膜6。
步骤53，将形成有掩膜6的玻璃基片1置于330-420℃的硝酸钾熔盐中保持60-900分钟；此过程中，所述硝酸钾熔盐中的钾离子经热扩散作用在所述玻璃基片1的掩膜6两侧的区域形成钾离子扩散区；
步骤54，将所述玻璃基片1冷却后，采用腐蚀的方法去除所述玻璃基片1表面的掩膜6；
步骤55，将所述玻璃基片1置于硝酸钠、碳酸钙和硝酸银的混合熔盐中保持20-240分钟，波导芯部2的区域形成离子掺杂区4；其中，三种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％、0.1-5％；此过程中的温度在220-300℃之间；
步骤56，将所述玻璃基片1置入220-300℃下硝酸钠和碳酸钙的混合熔盐中，保持20-180分钟，所述离子掺杂区4的表面的离子进入不有掺杂离子的熔盐9中，在所述离子掺杂区4的表面形成去掺杂区5；所述离子掺杂区4中，所述去掺杂区5以下的区域为波导芯部2；其中，硝酸钠和碳酸钙两种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％。
本发明提供的光波导制造方法通过离子交换技术形成含一种阳离子的熔盐扩散区3，掩埋式的离子掺杂区4的左右两侧分别与含一种阳离子的熔 盐扩散区3相连，通过含一种阳离子的熔盐扩散区3对掺杂离子的压制作用限制掩埋式的离子掺杂区4的横向尺寸，使光波导模场分布的对称性得到改善，降低了耦合损耗与传输损耗。通过离子反交换技术形成去掺杂区5，保证所形成的光波导为掩埋式光波导，降低了光波导的耦合损耗以及由于玻璃基片1表面缺陷处的散射引入的传输损耗。
本发明实施例还记载一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本发明实施例中图1、图2及图4所示光波导的制作方法的至少其中之一。
所述计算机存储介质可为光盘、硬盘或磁盘等存储介质，可选为非瞬间存储介质。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (19)

  1. 一种光波导的制造方法，包括以下步骤：
    提供一玻璃基片；
    在所述玻璃基片上，波导芯部两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区；
    在形成含一种阳离子的熔盐扩散区的所述玻璃基片上，波导芯部的区域形成离子掺杂区；
    在形成离子掺杂区的所述玻璃基片上，所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区。
  2. 如权利要求1所述的光波导的制造方法，其中，在所述玻璃基片上，波导芯部两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区的步骤包括：
    在所述玻璃基片上，形成含一种阳离子的熔盐扩散区所用的掩膜；且所述掩膜覆盖波导芯部所在的区域；
    将形成有掩膜的玻璃基片置于含一种阳离子的的熔盐中，并保持第一预设时间段，在所述玻璃基片的掩膜两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区。
  3. 如权利要求2所述的光波导的制造方法，其中，在所述玻璃基片上，形成含一种阳离子的熔盐扩散区所用的掩膜的步骤包括：
    在所述玻璃基片的上表面用热蒸发或者溅射的方法制作一层薄膜；
    通过光刻和湿法腐蚀工艺保留所述玻璃基片上波导芯部区域上方宽度为第一预设宽度的薄膜，作为含一种阳离子的熔盐扩散区所用的掩膜。
  4. 如权利要求3所述的光波导的制造方法，其中，所述掩膜的材质为铝或铬铜合金或二氧化硅。
  5. 如权利要求2所述的光波导的制造方法，其中，所述含一种阳离子的熔盐中的阳离子为钾离子。
  6. 如权利要求5所述的光波导的制造方法，其中，将形成有掩膜的玻璃基片置于含一种阳离子的的熔盐中，并保持第一预设时间段，在所述玻璃基片的掩膜两侧的区域形成含一种阳离子的熔盐扩散区的步骤包括：
    将形成有掩膜的玻璃基片置于330-420℃的硝酸钾熔盐中，保持第一预设时间段；
    所述硝酸钾熔盐中的钾离子经热扩散作用在所述玻璃基片的掩膜两侧的区域形成钾离子扩散区。
  7. 如权利要求1所述的光波导的制造方法，其中，所述波导为条形，所述掩膜覆盖条形波导芯部区域，所述掩膜的中心位置与所述条形波导的中心位置重合，所述掩膜的长度大于或等于所述条形波导的芯部的长度。
  8. 如权利要求6所述的光波导的制造方法，其中，在形成含一种阳离子的熔盐扩散区的所述玻璃基片上，波导芯部的区域形成离子掺杂区的步骤包括：
    从所述玻璃基片上去除所述掩膜；
    将所述玻璃基片置于含有掺杂离子的熔盐中，保持第二预设时间段，所述掺杂离子扩散进入波导芯部的区域，形成离子掺杂区，所述离子掺杂区的两侧分别与所述钾离子扩散区相连。
  9. 如权利要求8所述的光波导的制造方法，其中，所述掺杂离子为钛离子、银离子或铯离子中的至少一种。
  10. 如权利要求8所述的光波导的制造方法，其中，从所述玻璃基片上去除所述掩膜的步骤包括：
    将所述玻璃基片冷却后，采用腐蚀的方法去除所述玻璃基片表面的掩膜。
  11. 如权利要求9所述的光波导的制造方法，其中，所述含有掺杂离子的熔盐为硝酸钠、碳酸钙和硝酸银的混合熔盐；其中，硝酸钠、碳酸钙 和硝酸银三种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％、0.1-5％。
  12. 如权利要求8所述的光波导的制造方法，其中，在所述玻璃基片上，所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区的步骤包括：
    将所述玻璃基片置于不含掺杂离子的熔盐中，保持第三预设时间段，所述离子掺杂区的表面的离子进入不含掺杂离子的熔盐中，在所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区。
  13. 如权利要求12所述的光波导的制造方法，其中，将所述玻璃基片置于不含掺杂离子的熔盐中，保持第三预设时间段，所述离子掺杂区的表面的离子进入不含掺杂离子的熔盐中，在所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区的步骤包括：
    将所述玻璃基片置入220-300℃下硝酸钠和碳酸钙的混合熔盐中，保持第三预设时间段，所述离子掺杂区的表面的离子进入不含掺杂离子的熔盐中，在所述离子掺杂区的表面形成去掺杂区；其中，硝酸钠和碳酸钙两种成分的摩尔百分数分别为10-90％、10-90％。
  14. 如权利要求12所述的光波导的制造方法，其中，所述离子掺杂区中，所述去掺杂区以下的区域为波导芯部。
  15. 如权利要求14所述的光波导的制造方法，其中，所述去掺杂区的折射率低于所述波导芯部的折射率；所述离子掺杂区下部的玻璃基片的折射率低于所述波导芯部的折射率。
  16. 如权利要求14所述的光波导的制造方法，其中，所述钾离子扩散区的折射率低于所述波导芯部的折射率。
  17. 如权利要求1所述的光波导的制造方法，其中，所述玻璃基片的材质为硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃或磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃。
  18. 一种光波导，其中，该光波导是如权利要求1-17任一项所述的方法制造的光波导。
  19. 一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1至17所述光波导的制造方法的至少其中之一。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106746740A (zh) * 2016-12-06 2017-05-31 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法
CN106746743A (zh) * 2016-12-06 2017-05-31 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种通过飞秒激光诱导玻璃表面选择性析晶的方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3740796A1 (en) * 2018-01-18 2020-11-25 Corning Incorporated Low-loss waveguides formed in high-transmission glass using ag-na ion exchange
CN108828718A (zh) * 2018-06-15 2018-11-16 深圳市慧康精密仪器有限公司 一种提高玻璃基光波导芯片均匀性的方法
CN111208608A (zh) * 2020-02-08 2020-05-29 浙江大学深圳研究院 一种离子交换玻璃基掩埋波导模斑转换器的制作方法
CN111158084A (zh) * 2020-02-08 2020-05-15 浙江大学深圳研究院 一种离子交换玻璃基表面波导模斑转换器的制作方法
CN111239898A (zh) * 2020-02-09 2020-06-05 浙江大学深圳研究院 一种有槽热板温度梯度离子扩散制作玻璃基掩埋式模斑转换器的方法
CN111208607A (zh) * 2020-02-09 2020-05-29 浙江大学深圳研究院 一种有槽热板温度梯度离子扩散制作玻璃基模斑转换器的方法
CN113391396B (zh) * 2021-06-08 2023-09-19 浙江大学绍兴微电子研究中心 一种采用内阻挡层提高玻璃基光波导芯部对称性的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5151958A (en) * 1990-08-23 1992-09-29 Oy Nokia Ab Adaptor device for coupling together optical waveguides produced by k-na ion exchange with optical waveguides produced by ag-na ion exchange
CN1719291A (zh) * 2005-05-25 2006-01-11 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种玻璃光波导的制作方法
CN1746709A (zh) * 2005-10-12 2006-03-15 浙江南方通信集团股份有限公司 离子掩模法制作玻璃掩埋光波导器件的方法
CN1844964A (zh) * 2006-05-08 2006-10-11 浙江南方通信集团股份有限公司 一种离子掩膜制作玻璃光波导的方法
CN1844963A (zh) * 2006-05-08 2006-10-11 浙江南方通信集团股份有限公司 单侧熔盐电场辅助离子交换制备掩埋式玻璃光波导的方法
CN102645701A (zh) * 2012-05-04 2012-08-22 上海光芯集成光学股份有限公司 采用离子交换法在玻璃基片表面制作光波导的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5151958A (en) * 1990-08-23 1992-09-29 Oy Nokia Ab Adaptor device for coupling together optical waveguides produced by k-na ion exchange with optical waveguides produced by ag-na ion exchange
CN1719291A (zh) * 2005-05-25 2006-01-11 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种玻璃光波导的制作方法
CN1746709A (zh) * 2005-10-12 2006-03-15 浙江南方通信集团股份有限公司 离子掩模法制作玻璃掩埋光波导器件的方法
CN1844964A (zh) * 2006-05-08 2006-10-11 浙江南方通信集团股份有限公司 一种离子掩膜制作玻璃光波导的方法
CN1844963A (zh) * 2006-05-08 2006-10-11 浙江南方通信集团股份有限公司 单侧熔盐电场辅助离子交换制备掩埋式玻璃光波导的方法
CN102645701A (zh) * 2012-05-04 2012-08-22 上海光芯集成光学股份有限公司 采用离子交换法在玻璃基片表面制作光波导的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106746740A (zh) * 2016-12-06 2017-05-31 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法
CN106746743A (zh) * 2016-12-06 2017-05-31 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种通过飞秒激光诱导玻璃表面选择性析晶的方法
CN106746740B (zh) * 2016-12-06 2019-06-28 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法
CN106746743B (zh) * 2016-12-06 2019-06-28 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种通过飞秒激光诱导玻璃表面选择性析晶的方法

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