專利名稱：紫外寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于在紫外寫入波導(dǎo)上制備布拉格光柵，特別涉及一種紫外寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法。
背景技術(shù)：
目前二氧化硅波導(dǎo)通常采用刻蝕的方法制備，這種方法工藝復(fù)雜，成本很高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。自從K.O.Hill發(fā)現(xiàn)紫外激光曝光能使摻鍺的二氧化硅材料折射率改變，便產(chǎn)生了一種新的二氧化硅波導(dǎo)制作方法——紫外寫入法。紫外寫入法有兩種方式一是通過對欲形成波導(dǎo)的區(qū)域進(jìn)行紫外激光曝光，使該區(qū)域的折射率上升，形成導(dǎo)光結(jié)構(gòu)；另一種方法是對欲形成波導(dǎo)區(qū)以外的區(qū)域進(jìn)行高能量密度和高累積能量的曝光，使曝光區(qū)域的折射率下降，也形成了導(dǎo)光結(jié)構(gòu)。目前這兩種方式所能實(shí)現(xiàn)的飽和折射率變化都為10-4～10-3量級。形成紫外寫入波導(dǎo)時材料的折射率變化已經(jīng)達(dá)到飽和值，再在上面形成I型光柵十分困難。但在波導(dǎo)器件中，波導(dǎo)光柵是經(jīng)常采用的一種結(jié)構(gòu)，所以迫切需要找到在紫外寫入波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在紫外寫入波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，關(guān)鍵在于該方法形成的是II型布拉格光柵，通過對波導(dǎo)特定區(qū)域進(jìn)行高能量密度的長時間周期性曝光，使曝光區(qū)的折射率下降直至曝光區(qū)的折射率小于原始折射率，形成II型布拉格光柵。
本發(fā)明是通過以下方法實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種在紫外寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在硅襯底或二氧化硅襯底1上依次形成下包層，波導(dǎo)層和上包層；(2)通過紫外寫入法在波導(dǎo)層中形成波導(dǎo)；(3)對紫外寫入波導(dǎo)進(jìn)行載氫；(4)然后在波導(dǎo)上寫入布拉格光柵；(5)退火，穩(wěn)定光柵性能。
其中下包層、波導(dǎo)層和上包層的形成方法是火焰水解法或等離子氣相沉積法或熱氧化法或陽極氧化法或以上方法的組合。
其中上包層、波導(dǎo)層和下包層均為摻雜或未摻雜的二氧化硅玻璃，其中波導(dǎo)層摻雜了適量的光敏劑鍺或錫和折射率降低劑硼或氟，下包層是純的二氧化硅玻璃和是摻雜了折射率降低劑硼或氟的二氧化硅玻璃，上包層4的摻雜劑為硼、氟或磷或其組合。
其中紫外寫入形成波導(dǎo)的方法是直接寫入法或掩膜寫入法。
其中光柵的寫入方式是任何可以形成光柵的方法，如雙光束全息相干法或相位掩膜法或振幅掩膜法或逐點(diǎn)寫入法。
其中布拉格光柵的類型為II型布拉格光柵。
其中紫外寫入法所使用的激光波長為紫外激光，波長范圍為100-400nm。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1雙光束全息相干法在紫外寫入波導(dǎo)上寫入光柵的示意圖；圖2相位掩膜法在紫外寫入波導(dǎo)上寫入光柵的示意圖；圖3振幅掩膜法在紫外寫入波導(dǎo)上寫入光柵的示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1請參閱圖1所示，本發(fā)明一種在紫外寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，包括如下步驟(1)在硅襯底或二氧化硅襯底1上依次形成下包層2，波導(dǎo)層3和上包層4，其中下包層2、波導(dǎo)層3和上包層4的形成方法是火焰水解法或等離子氣相沉積法或熱氧化法或陽極氧化法或以上方法的組合；其中上包層4、波導(dǎo)層3和下包層2均為摻雜或未摻雜的二氧化硅玻璃，其中下包層2和上包層4中不含鍺，波導(dǎo)層3中含有8％的鍺和少量的硼，鍺作為光敏劑，硼作為折射率降低劑，下包層2，波導(dǎo)層3和上包層4的厚度分別為15/8/20微米。然后通過紫外寫入法在波導(dǎo)層3中形成波導(dǎo)5。
(2)通過紫外寫入法在波導(dǎo)層3中形成波導(dǎo)5，其中紫外寫入形成波導(dǎo)5的方法是掩膜寫入法。寫入波導(dǎo)時所用激光波長為193nm，能量密度150mj/cm2/脈沖，頻率20Hz，曝光時間15分鐘。
(3)對紫外寫入波導(dǎo)5進(jìn)行載氫，即將寫有波導(dǎo)的芯片在氫氣氣氛下，600℃保溫72小時。
(4)然后在波導(dǎo)5上寫入布拉格光柵，其中光柵的寫入方式是任雙光束全息相干法。雙光束全息相干法就是把一束激光6通過分束器7分為兩條光束，兩條光束經(jīng)反射鏡8反射后形成周期性干涉條紋9，從而對波導(dǎo)區(qū)進(jìn)行了周期性的曝光，使波導(dǎo)上曝光區(qū)的折射率下降，形成II型布拉格光柵。所用紫外激光6為248nm，400mj/cm2/脈沖，20Hz，曝光時間為40分鐘。
(5)退火，在120℃保溫10小時，穩(wěn)定光柵性能。
實(shí)施例3(如圖3所示)首先在硅襯底1上用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)依次生長二氧化硅下包層2，波導(dǎo)層3和上包層4，其中下包層2和上包層4中不含鍺，波導(dǎo)層3中含有15％的鍺和少量的B，下包層2，波導(dǎo)層3和上包層4的厚度分別為15/6/20微米。然后通過紫外寫入法在波導(dǎo)層3中形成波導(dǎo)5。寫入波導(dǎo)時所用激光波長為244nm，能量密度100mj/cm2/脈沖，頻率20Hz，曝光時間20分鐘。將寫有波導(dǎo)的芯片放入充滿氫氣的高壓容器中，壓力為12MPa，在室溫下放置兩周，進(jìn)行載氫。然后將振幅掩膜至于波導(dǎo)上方，并用紫外激光6對振幅掩膜11曝光。所用紫外激光6波長為244nm，能量密度400mj/cm2/脈沖，20Hz，曝光時間為45分鐘。然后在120℃退火10小時。
權(quán)利要求
1.一種在紫外寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在硅襯底或二氧化硅襯底上依次形成下包層，波導(dǎo)層和上包層；(2)通過紫外寫入法在波導(dǎo)層中形成波導(dǎo)；(3)對紫外寫入波導(dǎo)進(jìn)行載氫；(4)然后在波導(dǎo)上寫入布拉格光柵；(5)退火，穩(wěn)定光柵性能。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的紫外激光寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，其中下包層、波導(dǎo)層和上包層的形成方法是火焰水解法或等離子氣相沉積法或熱氧化法或陽極氧化法或以上方法的組合。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的紫外激光寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，其中上包層、波導(dǎo)層和下包層均為摻雜或未摻雜的二氧化硅玻璃，其中波導(dǎo)層摻雜了適量的光敏劑鍺或錫和折射率降低劑硼或氟，下包層是純的二氧化硅玻璃和是摻雜了折射率降低劑硼或氟的二氧化硅玻璃，上包層的摻雜劑為硼、氟或磷或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的紫外激光寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，其中紫外寫入形成波導(dǎo)的方法是直接寫入法或掩膜寫入法。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的紫外激光寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，其中光柵的寫入方式是任何可以形成光柵的方法，如雙光束全息相干法或相位掩膜法或振幅掩膜法或逐點(diǎn)寫入法。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的紫外激光寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，其中布拉格光柵的類型為II型布拉格光柵。
7.根據(jù)權(quán)利1所述的紫外激光寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，其中紫外寫入法所使用的激光波長為紫外激光，波長范圍為100-400nm。
全文摘要
一種在紫外寫入二氧化硅波導(dǎo)上制備布拉格光柵的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在硅襯底或二氧化硅襯底上依次形成下包層，波導(dǎo)層和上包層；(2)通過紫外寫入法在波導(dǎo)層中形成波導(dǎo)；(3)對紫外寫入波導(dǎo)進(jìn)行載氫；(4)然后在波導(dǎo)上寫入布拉格光柵；(5)退火，穩(wěn)定光柵性能。
文檔編號G02B5/18GK1743878SQ200410074149
公開日2006年3月8日 申請日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月3日
發(fā)明者夏君磊, 吳遠(yuǎn)大, 安俊明, 郜定山, 李健, 龔春娟, 胡雄偉 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所