專利名稱：一種集成銅離子發(fā)光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成光器件，尤其是涉及一種集成銅離子發(fā)光功能的玻璃基離子交換
光波導(dǎo)芯片。
背景技術(shù)：
集成光路是指在同一塊襯底的表面上，用折射率略高的材料制作光波導(dǎo)，并以此 為基礎(chǔ)再制作光源、光柵等各種光學(xué)器件。通過這種集成化，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化、 輕量化、穩(wěn)定化和高性能化的目的。隨著現(xiàn)代光纖通信技術(shù)和光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，集成光 器件越來越受到人們的重視。 用于集成光器件制作的材料主要有Si、二氧化硅、砷化鎵磷化銦等III-V族半導(dǎo)
體材料，聚合物、玻璃等。基于離子交換技術(shù)的玻璃光波導(dǎo)器件具有成本低、工藝簡單、傳輸
損耗低、PDL(偏振相關(guān)性)小、制作容差性大、可批量生產(chǎn)等顯著特點(diǎn)。 玻璃基光波導(dǎo)器件一般采用離子交換法制作。離子交換過程中，玻璃基片中的一
價陽離子(通常是鈉離子)與來自熔鹽或者金屬膜的摻雜離子(譬如銀離子，鉀離子，銅離
子，銫離子，鉈離子)進(jìn)行離子交換，摻雜離子在玻璃基片上形成離子交換區(qū)，該離子交換
區(qū)具有較高的折射率，形成波導(dǎo)的芯部。 近年來，采用銅離子交換制作的光波導(dǎo)器件的制作引起研究者們越來越多的關(guān) 注。銅離子交換形成的光波導(dǎo)具有非線性光學(xué)和藍(lán)綠發(fā)光特性，因而銅離子交換平面波導(dǎo) 在非線性光波導(dǎo)器件的制作，以及藍(lán)綠波段激光器與放大器方面具有誘人的應(yīng)用前景。
通常銅離子交換光波導(dǎo)芯片的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在玻璃基片上1具有通過離子交 換工藝制作的條形銅離子擴(kuò)散區(qū)2'。條形銅離子擴(kuò)散區(qū)2'具有比玻璃基片1更高的折射 率，作為光波導(dǎo)的芯層。這種結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)的整體具有銅離子的發(fā)光特性，但這種光波導(dǎo)只能 在整個條形銅離子擴(kuò)散區(qū)2'中實(shí)現(xiàn)發(fā)光功能，難以實(shí)現(xiàn)在玻璃基片1選定的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)發(fā)光 功能，在光波導(dǎo)芯片設(shè)計(jì)過程中靈活性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種集成銅離子發(fā)光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是 本發(fā)明在玻璃基片表面的局部區(qū)域具有銅離子擴(kuò)散區(qū)；用離子交換法在玻璃基片
中形成條形摻雜區(qū)，在條形摻雜區(qū)與銅離子擴(kuò)散區(qū)重疊區(qū)中形成具有發(fā)光功能的條形摻雜
區(qū)；條形摻雜區(qū)的折射率高于玻璃基片的折射率，具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)的折射率高
于銅離子擴(kuò)散區(qū)的折射率，條形摻雜區(qū)和具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)以端面耦合的方式共
同形成條形光波導(dǎo)的芯部。 本發(fā)明具有的有益效果是 本發(fā)明可以在光波導(dǎo)芯片上的所需區(qū)域?qū)崿F(xiàn)光波導(dǎo)的發(fā)光功能，實(shí)現(xiàn)玻璃基片上 發(fā)光功能的集成，并且具有制作工藝簡單，耦合效率高等顯著特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)玻璃基集成光學(xué)
3芯片的發(fā)光功能的集成提供了新的結(jié)構(gòu)，使玻璃基集成光學(xué)芯片的設(shè)計(jì)更加靈活。


圖1是常用的銅離子交換光波導(dǎo)芯片結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明所涉及銅離子發(fā)光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明所涉及銅離子發(fā)光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片制作過程示 意圖。 圖中1、玻璃基片，2'、條形銅離子擴(kuò)散區(qū)，2、銅離子擴(kuò)散區(qū)，3、條形摻雜區(qū)，4、具 有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)，5、 Cr-Au膜，6、 Al膜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 如圖2所示，本發(fā)明在玻璃基片1表面的局部區(qū)域具有銅離子擴(kuò)散區(qū)；用離子交換 法在玻璃基片1中形成條形摻雜區(qū)3，在條形摻雜區(qū)3與銅離子擴(kuò)散區(qū)2重疊區(qū)中形成具有 發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)4 ;條形摻雜區(qū)3的折射率高于玻璃基片1的折射率，具有發(fā)光功能 的條形摻雜區(qū)4的折射率高于銅離子擴(kuò)散區(qū)2的折射率，條形摻雜區(qū)3和具有發(fā)光功能的 條形摻雜區(qū)4以端面耦合的方式共同形成條形光波導(dǎo)的芯部。 本發(fā)明所涉及的集成銅離子發(fā)光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片通過如下步
驟實(shí)施(英文字母序號對應(yīng)于圖3中各圖的序號) A..準(zhǔn)備玻璃基片l，準(zhǔn)備雙面拋光的硅酸鹽玻璃基片。 B.制作掩膜，采用熱蒸發(fā)的方法在玻璃基片制作Cr-Au膜5 ;而后光刻在Cr-Au膜 5上獲得Cu離子擴(kuò)散所用的窗口 。 C.銅離子摻雜，采用離子交換法，將帶有掩膜的玻璃片放入CuS04和Na2S04 (CuS04 和Na2S04的摩爾比1 : 1)的高溫(540 580°C )混合熔鹽中進(jìn)行離子交換，交換時間10 30分鐘。高溫下熔鹽中的銅離子擴(kuò)散進(jìn)入玻璃，在玻璃基片局部形成銅離子擴(kuò)散區(qū)，銅離子 擴(kuò)散區(qū)具有發(fā)光功能。 D.采用化學(xué)腐蝕的方法去除掩膜，去除Cr-Au膜5。 E.采用熱蒸發(fā)的方法在玻璃基片制作A1膜6 ;而后光刻在Al膜6上獲得Ag離子 功能化所用的窗口。 F.離子交換，采用離子交換法，將帶有掩膜的玻璃片放入NaN03和AgN03的高溫 (280 400°C)混合熔鹽中進(jìn)行離子交換，Na冊3和AgN03的摩爾比在l : 0. 1 1 : 0.001 之間，交換時間50 120分鐘。離子交換在玻璃基片1中形成的條形摻雜區(qū)3，同時在銅 離子擴(kuò)散區(qū)2中形成具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)4 ;條形摻雜區(qū)3的折射率高于玻璃基片 1的折射率，具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)(4)的折射率高于銅離子擴(kuò)散區(qū)2的折射率，條形 摻雜區(qū)3和具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)4作為條形光波導(dǎo)的芯部。
G.采用化學(xué)腐蝕的方法去除Al膜6。
權(quán)利要求
一種集成銅離子發(fā)光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片，在玻璃基片(1)表面的局部區(qū)域具有銅離子擴(kuò)散區(qū)；其特征在于用離子交換法在玻璃基片(1)中形成條形摻雜區(qū)(3)，在條形摻雜區(qū)(3)與銅離子擴(kuò)散區(qū)(2)重疊區(qū)中形成具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)(4)；條形摻雜區(qū)(3)的折射率高于玻璃基片(1)的折射率，具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)(4)的折射率高于銅離子擴(kuò)散區(qū)(2)的折射率，條形摻雜區(qū)(3)和具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)(4)以端面耦合的方式共同形成條形光波導(dǎo)的芯部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成銅離子發(fā)光功能的玻璃基離子交換光波導(dǎo)芯片。在玻璃基片表面的局部區(qū)域具有銅離子擴(kuò)散區(qū)；用離子交換法在玻璃基片中形成條形摻雜區(qū)，在條形摻雜區(qū)與銅離子擴(kuò)散區(qū)重疊區(qū)中形成具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)；條形摻雜區(qū)的折射率高于玻璃基片的折射率，具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)的折射率高于銅離子擴(kuò)散區(qū)的折射率，條形摻雜區(qū)和具有發(fā)光功能的條形摻雜區(qū)以端面耦合的方式共同形成條形光波導(dǎo)的芯部。本發(fā)明在光波導(dǎo)芯片上的所需區(qū)域?qū)崿F(xiàn)光波導(dǎo)的發(fā)光功能，實(shí)現(xiàn)玻璃基片上發(fā)光功能的集成，并且具有制作工藝簡單，耦合效率高等顯著特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)玻璃基集成光學(xué)芯片的發(fā)光功能的集成提供了新的結(jié)構(gòu)，使玻璃基集成光學(xué)芯片的設(shè)計(jì)更加靈活。
文檔編號G02B6/134GK101776782SQ201010100228
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者周強(qiáng), 李錫華, 楊建義, 江曉清, 王明華, 谷金輝, 鄭偉偉, 郝寅雷 申請人:浙江大學(xué)