專(zhuān)利名稱：溶膠凝膠光誘導(dǎo)制作列陣波導(dǎo)光柵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種波分復(fù)用器件的制作方法，特別涉及溶膠凝膠光誘導(dǎo)折射率變化法制作摻錫SiO2/Si基列陣波導(dǎo)光柵的方法。
背景技術(shù)：
列陣波導(dǎo)光柵(AWG)是密集波分復(fù)用/解復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，它傳播損耗小，與光纖耦合效率高，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的一種新型波分復(fù)用器件。AWG器件的結(jié)構(gòu)包括，在單晶硅襯底上順次生長(zhǎng)有下包層、波導(dǎo)芯層、上包層，在波導(dǎo)芯層制作有AWG圖形。
列陣波導(dǎo)光柵通常是采用火焰水解法加反應(yīng)離子刻蝕法制作的。即，用火焰水解法在單晶硅襯底上淀積一層二氧化硅(SiO2)材料的厚膜作為下包層，經(jīng)過(guò)高溫致密化處理后再在上包層上淀積一層摻雜氧化鍺(GeO2)的SiO2厚膜作為波導(dǎo)芯層；再次高溫致密化處理后用帶有AWG圖形的掩膜板放在波導(dǎo)芯層上進(jìn)行掩膜，運(yùn)用反應(yīng)離子刻蝕法在波導(dǎo)芯層上刻蝕出AWG圖形；最后淀積一層SiO2厚膜作為上包層，第三次高溫致密化處理制作出AWG器件。
這種制作AWG器件的方法由于采用反應(yīng)離子刻蝕法刻蝕AWG圖形，刻蝕中需要的反應(yīng)氣體和掩膜材料要精心考慮，存在工藝流程復(fù)雜、刻蝕設(shè)備昂貴、中心波長(zhǎng)不可調(diào)及容易偏離設(shè)計(jì)值等問(wèn)題；由于波導(dǎo)芯層摻Ge，折射率改變非常小，不利于AWG器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，制作出的AWG器件往往不能滿足應(yīng)用上的要求；由于采用火焰水解法制作波導(dǎo)芯層，波導(dǎo)芯層的厚度及摻雜成分都不易控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是克服背景技術(shù)的不足，尋找一種經(jīng)濟(jì)快捷的工藝制造AWG器件，不再使用昂貴的刻蝕設(shè)備，并可以使中心波長(zhǎng)得到調(diào)整；利于優(yōu)化設(shè)計(jì)；易于控制波導(dǎo)芯層厚度和摻雜的工藝過(guò)程制作AWG器件。
本發(fā)明的溶膠凝膠光誘導(dǎo)制作列陣波導(dǎo)光柵的方法，以單晶硅為襯底，在襯底上順次生長(zhǎng)SiO2材料的下包層、波導(dǎo)芯層、SiO2材料的上包層，并進(jìn)行致密化處理；在波導(dǎo)芯層制作列陣波導(dǎo)光柵圖形。
跟背景技術(shù)不同的是波導(dǎo)芯層及制作列陣波導(dǎo)光柵圖形是采用溶膠凝膠光誘導(dǎo)方法完成的，具體過(guò)程為調(diào)制溶膠—旋涂—燒結(jié)—掩膜—光誘導(dǎo)。
所說(shuō)的調(diào)制溶膠是以正硅酸乙脂、乙醇為原料，以鹽酸為催化劑，乙醇與鹽酸的配比按體積比為1∶(1.3～0.8)，正硅酸乙脂與乙醇按體積比為1∶(1.2～0.8)，混合反應(yīng)后用去離子水稀釋制得膠體，再加入占膠體質(zhì)量0.3～0.6％的含錫(Sn)的先驅(qū)體，經(jīng)陳化、過(guò)濾生成含有Sn的SiO2溶膠。所說(shuō)的旋涂是將能自由流動(dòng)的溶膠涂覆在致密化處理過(guò)的下包層上，旋轉(zhuǎn)襯底，使溶膠均勻涂在下包層上。所說(shuō)的燒結(jié)是使溶膠中液體揮發(fā)并在350～450℃溫度下處理，去除有機(jī)溶劑并得到致密化的含Sn的SiO2膜。經(jīng)旋涂和燒結(jié)過(guò)程制作出波導(dǎo)芯層。所說(shuō)的掩膜是將帶有列陣波導(dǎo)光柵圖形的掩膜板放置在含Sn的SiO2膜上。所說(shuō)的光誘導(dǎo)是用準(zhǔn)分子激光器發(fā)出的紫外光照射掩膜板，使掩膜板的透光部分的含Sn的SiO2膜的折射率發(fā)生變化形成波導(dǎo)，即波導(dǎo)芯層未被掩膜部分在準(zhǔn)分子激光照射下折射率發(fā)生變化形成波導(dǎo)。
在硅襯底上生長(zhǎng)下包層、上包層，并進(jìn)行致密化處理，可以采用火焰水解法經(jīng)高溫致密化處理，也可以采用本發(fā)明的制作波導(dǎo)芯層的溶膠凝膠方法實(shí)現(xiàn)。
在調(diào)制溶膠中，配制好的膠體最好陳化20～40小時(shí)，最好用0.1微米及0.1微米以下的過(guò)濾器過(guò)濾。光誘導(dǎo)可以在可移動(dòng)的平臺(tái)上進(jìn)行，將掩膜后的波導(dǎo)芯層置于平臺(tái)上，該平臺(tái)在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下能按相互垂直的兩個(gè)方向平移，使整個(gè)掩膜板都被紫外光照射。
波導(dǎo)芯層中摻雜Sn的多少可以通過(guò)溶膠配料時(shí)容易地得到控制；波導(dǎo)芯層的厚度可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到甩膠速度、甩膠時(shí)間、溶膠濃度與波導(dǎo)芯層膜厚之間的關(guān)系，選取確定的方案進(jìn)行制作，就可以制作出所需的膜厚。
AWG器件的中心波長(zhǎng)如果與設(shè)計(jì)值有偏離，可以通過(guò)再次紫外光照射，以及控制激光器能量、輻射頻率、照射時(shí)間得到糾正，制得符合優(yōu)化設(shè)計(jì)要求的理想的AWG器件。
綜上所述，本發(fā)明的方法由于采用溶膠凝膠方法制作波導(dǎo)芯層，容易控制波導(dǎo)芯層的摻雜量及厚度，可以提高成品率，進(jìn)而降低成本；由于采用光誘導(dǎo)折射率變化方法刻蝕AWG圖形，可省去昂貴的反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備，中心波長(zhǎng)可調(diào)，可以容易地達(dá)到較高的精度，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，制作出適合應(yīng)用的AWG器件；由于波導(dǎo)芯層是摻Sn的SiO2膜，光誘導(dǎo)折射率調(diào)整幅度大，不僅省去了增敏過(guò)程，還具有良好的可控性，亦可提高成品率。本發(fā)明的方法適合于大批量生產(chǎn)適于實(shí)際應(yīng)用的AWG器件。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、溶膠的制備取正硅酸乙脂10毫升、工業(yè)用乙醇10毫升作原料，取濃度為0.1M的HCl溶液10毫升作催化劑，加適量去離子水稀釋?zhuān)旌蠑嚢?。再加?.5毫升Sn(OH)2膠體攪拌。在室溫下靜置陳化24小時(shí)后，用0.1微米的過(guò)濾器過(guò)濾，用去離子水調(diào)到能自由流動(dòng)的濃度，備用。
實(shí)施例2、一種旋涂的方式將實(shí)施例1制備的溶膠涂覆在制作中的AWG器件的SiO2膜，即下包層上。以3000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)AWG器件，每旋轉(zhuǎn)40～50秒，再涂覆溶膠，經(jīng)10次反復(fù)涂覆溶膠旋轉(zhuǎn)。甩膠旋涂后揮發(fā)并經(jīng)400℃燒結(jié)，制得的波導(dǎo)芯層厚度在6～8微米。
實(shí)施例3、一種光誘導(dǎo)的方式將實(shí)施例2制作出波導(dǎo)芯層的AWG器件放置在由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的平臺(tái)上，控制激光器能量在200毫焦左右，脈沖頻率在10赫茲，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使紫外光照射AWG器件6～10分鐘。通過(guò)適時(shí)監(jiān)測(cè)制得合乎設(shè)計(jì)要求的列陣波導(dǎo)光柵。
權(quán)利要求
1.一種溶膠凝膠光誘導(dǎo)制備列陣波導(dǎo)光柵的方法，以單晶硅為襯底，在襯底上順次生長(zhǎng)SiO2材料的下包層、波導(dǎo)芯層、SiO2材料的上包層，并進(jìn)行致密化處理；在波導(dǎo)芯層制作列陣波導(dǎo)光柵圖形；其特征是，波導(dǎo)芯層及制作列陣波導(dǎo)光柵圖形是采用溶膠凝膠光誘導(dǎo)方法完成的，具體過(guò)程為調(diào)制溶膠—旋涂—燒結(jié)—掩膜—光誘導(dǎo)，所說(shuō)的調(diào)制溶膠是以正硅酸乙脂、乙醇為原料，以鹽酸為催化劑，乙醇與鹽酸的配比按體積比為1∶(1.3～0.8)，正硅酸乙脂與乙醇按體積比為1∶(1.2～0.8)，混合反應(yīng)后用去離子水稀釋制得膠體，再加入占膠體質(zhì)量0.3～0.6％的含錫的先驅(qū)體，經(jīng)陳化、過(guò)濾生成含錫的SiO2溶膠；所說(shuō)的旋涂是將溶膠涂覆在致密化處理過(guò)的下包層上，旋轉(zhuǎn)襯底，使溶膠均勻涂在下包層上；所說(shuō)的燒結(jié)是使溶膠中液體揮發(fā)并在350～450℃溫度下處理，去除有機(jī)溶劑并得到致密化的含Sn的SiO2膜；所說(shuō)的掩膜是將帶有列陣波導(dǎo)光柵圖形的掩膜板放置在含Sn的SiO2膜上；所說(shuō)的光誘導(dǎo)是用準(zhǔn)分子激光器發(fā)出的紫外光照射掩膜板，使掩膜板的透光部分的含Sn的SiO2膜的折射率發(fā)生變化形成波導(dǎo)。
2.按照權(quán)利要求1所述的溶膠凝膠光誘導(dǎo)制備列陣波導(dǎo)光柵的方法，其特征是，所說(shuō)的調(diào)制溶膠中，將膠體陳化20～40小時(shí)，用0.1微米及0.1微米以下的過(guò)濾器過(guò)濾；所說(shuō)的光誘導(dǎo)是將掩膜后的波導(dǎo)芯層置于平臺(tái)上，該平臺(tái)在步進(jìn)電極帶動(dòng)下能按相互垂直的兩個(gè)方向平移，使整個(gè)掩膜板都被紫外光照射。
全文摘要
本發(fā)明屬溶膠凝膠光誘導(dǎo)折射率變化法制作摻錫SiO
文檔編號(hào)G02B6/124GK1372150SQ02109178
公開(kāi)日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2002年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月7日
發(fā)明者張玉書(shū), 邢華, 吳遠(yuǎn)大, 李?lèi)?ài)武 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)