專利名稱：一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種布拉格光柵濾波器及其制備方法，具體來說，涉及一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器及其制備方法。
背景技術：
波導光柵濾波器是波分復用系統(tǒng)中的關鍵器件，已被廣泛的應用于波導輸入輸出率禹合器、分束器、濾波器、傳感器中。有機聚合物因具有傳輸損耗低、穩(wěn)定和可靠性高、兼容性好、造價低廉、易于集成等優(yōu)勢逐漸成為集成光學中的重要材料。采用有機聚合物材料可使器件設計和制作具有較大的靈活性。集成波導布拉格光柵濾波器主要包括基底、下包層、上包層、直波導和下光柵，下包層固定連接在基底的上表面，下光柵固定連接在直波導的表面，且下光柵的寬度小于直 波導的寬度，直波導的底面和下包層的頂面連接，直波導的頂面和上包層的底面連接。集成波導布拉格光柵濾波器在設置合適參數(shù)時，可以得到高反射率，但伴隨高反射率一起出現(xiàn)的還有高的旁瓣，高布拉格光柵濾波器旁瓣會在通信系統(tǒng)中對相鄰信道造成很大的串擾，影響通信質量。若用文獻報道的一些切趾方法將波導光柵濾波器旁瓣去掉提高邊模抑制t匕，部分切趾方法工藝復雜難以實現(xiàn)，而且會在提高邊模抑制比的同時抑制主峰反射率，達不到系統(tǒng)對高反射率的要求。因此如何在保證邊模抑制比大的情況下，大程度降低切趾對主峰反射率的影響成為我們關心的問題。
發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器，在保證邊模抑制比大的情況下，大幅度降低切趾對主峰反射率的影響，從而達到高反射率、高邊模抑制比的切趾效果，同時本發(fā)明還提供了一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器的制備方法，該制備方法簡單易行，保證制備的濾波器具有高反射率、高邊模抑制比的切趾效果。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是
一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器，包括基底、下包層、上包層、直波導和由光柵線組成的下光柵，下包層固定連接在基底的上表面，下光柵的固定連接在直波導的表面，直波導的底面和下包層的頂面連接，直波導的頂面和上包層的底面連接，所述的下光柵中的光柵線呈條狀，且光柵線之間相互平行，下光柵沿直波導的豎向中分線相互對稱；下光柵的寬度從兩端向中間按照鐘形包絡函數(shù)逐漸增加，且位于下光柵端部的光柵線的寬度小于直波導的寬度，位于下光柵中部的光柵線的寬度大于直波導的寬度；所述的直波導的寬度恒定。一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器的制備方法，該制備方法包括以下步驟 第一步在基底上涂覆下包層利用勻膠機在基底的上表面旋轉涂覆下包層，用紫外
固化燈對下包層進行固化，然后用烘膠臺對下包層進行固化，隨后在真空干燥箱中，對覆有下包層的基底進行真空干燥，干燥時間為3. 5一一24小時；
第二 步制作抗刻蝕層利用真空鍍膜機在下包層的上表面蒸鍍一鋁層，作為抗刻蝕
層；
第三步利用勻膠機在下包層上旋涂負性光刻膠，再用紫外固化燈對下包層和負性光刻膠進行固化；
第四步利用掩模板和掩膜曝光機對負性光刻膠進行掩膜曝光，光刻下光柵的外圍輪廓區(qū)域；
第五步利用紫外波長激光器在第四步形成的下光柵的外圍輪廓區(qū)域中干涉出下光柵中各光柵線的結構；
第六步采用負膠顯影液，對下光柵所在區(qū)域進行顯影，使得下光柵中各光柵線結構處的負性光刻膠被洗掉，再用酸腐蝕液對由于負性光刻膠被洗掉而露出的金屬層進行腐蝕；第七步利用反應離子刻蝕機在第六步中腐蝕掉金屬的部位刻蝕出下光柵；
第八步用去膠液去除余下的負性光刻膠，此時金屬層位于下包層上方，用酸腐蝕液對該金屬層進行腐蝕去除；
第九步利用勻膠機在刻蝕后有下光柵的下包層上旋轉涂覆芯層材料，再用紫外固化燈對芯層材料進行固化，然后用烘膠臺對芯層材料進行固化，隨后在真空干燥箱中，對芯層材料、下包層和基底進行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時；
第十步蒸鍍鋁層采用真空鍍膜機在芯層材料的上表面蒸鍍一鋁層作為抗刻蝕層；
第H 步用掩膜曝光機和掩模板進行直波導的光刻；
第十二步采用顯影液進行直波導以外區(qū)域進行顯影，再用酸腐蝕液對顯影后露出的金屬層進行腐蝕，然后利用反應離子刻蝕機對本步驟中被腐蝕掉金屬的部位刻蝕出直波導；
第十三步利用勻膠機在直波導的上表面旋轉涂覆上包層，用紫外固化燈對上包層進行固化，并用烘膠臺堅膜，最后在真空干燥箱中，對基底、下包層、上包層、直波導和下光柵進行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時；
第十四步從真空干燥箱中取出由基底、下包層、上包層、直波導和下光柵組成的整體件，濾波器制備完成。有益效果與現(xiàn)有切趾技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是在保證邊模抑制比大的情況下，大幅度降低切趾對主峰反射率的影響，從而達到高反射率、高邊模抑制比的切趾效果?，F(xiàn)有的波導光柵切趾方案中，光柵寬度變化的整個范圍都在直波導寬度以內，靠芯層模式調制實現(xiàn)切趾，切趾后，雖然旁瓣被切除，邊模抑制比提高，但由于整體上，波導光柵周期內有效折射率差(tin )的大小
被限制，切之后主峰反射率同時被抑制。而本發(fā)明為了達到切趾的效果，直波導寬度在傳輸方向上保持不變，在傳輸方向上，下光柵寬度作由窄到寬再變窄的鐘形升余弦變化。傳輸方向上的有效折射率差亦隨下光柵寬度作鐘形變化，可實現(xiàn)切去光柵反射譜旁瓣的效果。本發(fā)明的濾波器結構，實施傳輸方向上，下光柵寬度變化的切趾操作，位于中間部分的下光柵寬度變化范圍超出直波導的寬度。在實現(xiàn)下光柵寬度鐘形變化的同時，提高了整體上有效折射率差)的值，靠芯層模式和包層倏逝模式共同調制實現(xiàn)切趾，達到了去除旁瓣提高邊模抑制比，同時減小切趾給主峰反射率帶來的影響，并且不增加波導光柵的制作難度。采用本發(fā)明的濾波器在切趾操作時，在保證下光柵寬度變化，即周期內有效折射率差(i^)作鐘形變化的同時，又提高了整體上有效折射率差(A )值的分布，最終既可以去除旁瓣提高邊摸抑制比，又減小切趾對主峰造成的影響，實現(xiàn)高反射率、高邊模抑制比的波導布拉格光柵切趾效果。
圖I為本發(fā)明的縱向剖視圖。圖2為本發(fā)明中的下光柵、直波導和上包層組裝后的仰視圖。圖3為本發(fā)明對比試驗中均勻波導光柵濾波器的反射譜示意圖。圖4為本發(fā)明對比試驗中本發(fā)明的濾波器的反射譜示意圖。
圖中有上包層I、下包層2、直波導3、下光柵4、基底5。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器，包括基底5、下包層I、上包層2、直波導3和由光柵線組成的下光柵4。由直波導3和下光柵4組成的波導光柵總長度一般是毫米或厘米量級，下光柵4中光柵周期一般是幾百納米。下包層I固定連接在基底5的上表面，下光柵4的固定連接在直波導3的表面，直波導3的底面和下包層I的頂面連接，直波導3的頂面和上包層2的底面連接。下光柵4中的光柵線呈條狀，且光柵線之間相互平行，下光柵4沿直波導3的豎向中分線相互對稱。下光柵4的寬度從兩端向中間按照鐘形包絡函數(shù)逐漸增加，且位于下光柵4端部的光柵線的寬度小于直波導3的寬度，位于下光柵4中部的光柵線的寬度大于直波導3的寬度。直波導3的寬度恒定。直波導3的寬度大小不變，始終是恒定的值。鐘形包絡函數(shù)可以采用升余弦函數(shù)，或高斯函
激坐坐
寸寸O進一步，所述的下光柵4固定在直波導3的底面，且下包層I的頂部設有相互平行的溝槽和臺階，下包層I的臺階嵌在下光柵4的光柵線之間的空隙中，下光柵4的光柵線與下包層I的溝槽相配合。下光柵4設置在直波導3的底面，使得波導光柵的制作更簡便易行。本發(fā)明的布拉格光柵濾波器包含基底5、下包層I、一個波導光柵和上包層2。其中，波導光柵由下光柵4和直波導3構成。整個波導光柵結構包在上包層2和下包層I之間。為了達到切趾的效果，直波導3寬度在傳輸方向上保持不變，傳輸方向上，下光柵4寬度作由窄到寬再變窄的鐘形包絡變化。結合設計和實際制作工藝的難易程度，本例中的切趾函數(shù)以升余弦為例，其他切趾函數(shù)也可應用本發(fā)明方法。傳輸方向上的有效折射率差亦隨光柵寬度作鐘形變化，可實現(xiàn)切去光柵反射譜旁瓣的效果。本發(fā)明中的波導光柵結構，實施傳輸方向上，下光柵4寬度變化的切趾操作，位于中間部分的下光柵4寬度超出直波導3的寬度。在實現(xiàn)光柵寬度鐘形變化的同時，相對常見切趾光柵結構，提高了整體上有效折射率差(A )的值，靠芯層模式和包層倏逝模式共同調制實現(xiàn)切趾，達到了去除旁瓣提高邊模抑制比，同時減小切趾給主峰反射率帶來的影響，并且不增加波導光柵的制作難度。上述的皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器的制備方法，包括以下步驟第一步在基底5上涂覆下包層I :利用勻膠機在基底5的上表面旋轉涂覆下包層1，再用紫外固化燈對下包層I進行固化，然后用烘膠臺對下包層I進行固化，隨后在真空干燥箱中，對覆有下包層I的基底5進行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時。第二步制作抗刻蝕層利用真空鍍膜機在下包層I的上表面蒸鍍一鋁層，作為抗刻蝕層。蒸鍍的方法是本領域公知的真空蒸鍍的方法。第三步利用勻膠機在下包層I上旋涂負性光刻膠，再用紫外固化燈對下包層I和負性光刻膠進行固化。第四步利用掩模板和掩膜曝光機對負性光刻膠進行掩膜曝光，光刻下光柵4的外圍輪廓區(qū)域。第五步利用紫外波長激光器在第四步形成的下光柵4的外圍輪廓區(qū)域中干涉出下光柵4中各光柵線的結構。干涉的過程是本領域公知的雙光束干涉法。第六步采用負膠顯影液，對下光柵4所在區(qū)域進行顯影，使得下光柵4中各光柵·線結構處的的負性光刻膠被洗掉，再用酸腐蝕液對由于負性光刻膠被洗掉而露出的金屬層進行腐蝕；
第七步利用反應離子刻蝕機在第六步中腐蝕掉金屬的部位刻蝕出下光柵4?？涛g的方法是本領域公知的反應離子刻蝕法。第八步用去膠液去除余下的負性光刻膠，此時金屬層位于下包層I上方，用酸腐蝕液對該金屬層進行腐蝕去除。第九步利用勻膠機在刻蝕后有下光柵4的下包層I上旋轉涂覆芯層材料，再用紫外固化燈對芯層材料進行固化，然后用烘膠臺對芯層材料進行固化，隨后在真空干燥箱中，對芯層材料、下包層I和基底5進行真空干燥，干燥時間為3. 5-24小時。第十步蒸鍍鋁層采用真空鍍膜機在芯層材料的上表面蒸鍍一鋁層作為抗刻蝕層。蒸鍍的方法是本領域公知的真空蒸鍍的方法。第H 步用掩膜曝光機和掩模板進行直波導3的光刻。第十二步采用顯影液進行直波導3以外區(qū)域進行顯影，再用酸腐蝕液對顯影后露出的金屬層進行腐蝕，然后利用反應離子刻蝕機對本步驟中被腐蝕掉金屬的部位刻蝕出直波導3。采用刻蝕的方法為是本領域公知的反應離子刻蝕方法。第十三步利用勻膠機在直波導3的上表面旋轉涂覆上包層2，用紫外固化燈對上包層2進行固化，并用烘膠臺堅膜，最后在真空干燥箱中，對基底5、下包層I、上包層2、直波導3和下光柵4進行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時。第十四步從真空干燥箱中取出由基底5、下包層I、上包層2、直波導3和下光柵4組成的整體件，濾波器制備完成。下面通過試驗來說明本發(fā)明的濾波器與現(xiàn)有的濾波器相比，具有高反射率和高邊模抑制比的優(yōu)良性能。結合商用有機聚合物紫外固化ZPU系列材料，試驗中采用的本發(fā)明的濾波器的參數(shù)如表I所示?？紤]到制作工藝問題，我們將傳輸方向上，下光柵4的起始和結束的光柵線的寬度設計為2iim。表 I
設計參量I名稱I數(shù)值
權利要求
1.一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器，包括基底(5)、下包層(I)、上包層(2)、直波導(3)和由光柵線組成的下光柵(4)，下包層(I)固定連接在基底(5)的上表面，下光柵(4)的固定連接在直波導(3)的表面，直波導(3)的底面和下包層(I)的頂面連接，直波導(3)的頂面和上包層(2)的底面連接，其特征在于，所述的下光柵(4)中的光柵線呈條狀，且光柵線之間相互平行，下光柵(4)沿直波導(3)的豎向中分線相互對稱；下光柵(4)的寬度從兩端向中間按照鐘形包絡函數(shù)逐漸增加，且位于下光柵(4)端部的光柵線的寬度小于直波導(3)的寬度，位于下光柵(4)中部的光柵線的寬度大于直波導(3)的寬度；所述的直波導(3)的寬度恒定。
2.按照權利要求I所述的皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器，其特征在于，所述的下光柵(4)固定在直波導(3)的底面，且下包層(I)的頂部設有相互平行的溝槽和臺階，下包層(I)的臺階嵌在下光柵(4)的光柵線之間的空隙中，下光柵(4)的光柵線與下包層(I)的溝槽相配合。
3.—種權利要求I所述的皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟第一步在基底(5)上涂覆下包層(I):利用勻膠機在基底(5)的上表面旋轉涂覆下包層(I )，用紫外固化燈對下包層(I)進行固化，然后用烘膠臺對下包層(I)進行固化，隨后在真空干燥箱中，對覆有下包層(I)的基底(5)進行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時；第二步制作抗刻蝕層利用真空鍍膜機在下包層(I)的上表面蒸鍍一鋁層，作為抗刻蝕層； 第三步利用勻膠機在下包層(I)上旋涂負性光刻膠，再用紫外固化燈對下包層(I)和負性光刻膠進行固化； 第四步利用掩模板和掩膜曝光機對負性光刻膠進行掩膜曝光，光刻下光柵(4)的外圍輪廓區(qū)域； 第五步利用紫外波長激光器在第四步形成的下光柵(4)的外圍輪廓區(qū)域中干涉出下光柵(4)中各光柵線的結構； 第六步采用負膠顯影液，對下光柵(4)所在區(qū)域進行顯影，使得下光柵(4)中各光柵線結構處的負性光刻膠被洗掉，再用酸腐蝕液對由于負性光刻膠被洗掉而露出的金屬層進行腐蝕； 第七步利用反應離子刻蝕機在第六步中腐蝕掉金屬的部位刻蝕出下光柵(4)； 第八步用去膠液去除余下的負性光刻膠，此時金屬層位于下包層(I)上方，用酸腐蝕液對該金屬層進行腐蝕去除； 第九步利用勻膠機在刻蝕后有下光柵(4)的下包層(I)上旋轉涂覆芯層材料，再用紫外固化燈對芯層材料進行固化，然后用烘膠臺對芯層材料進行固化，隨后在真空干燥箱中，對芯層材料、下包層(I)和基底(5)進行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時； 第十步蒸鍍鋁層采用真空鍍膜機在芯層材料的上表面蒸鍍一鋁層作為抗刻蝕層； 第十一步用掩膜曝光機和掩模板進行直波導(3)的光刻； 第十二步采用顯影液進行直波導(3)以外區(qū)域進行顯影，再用酸腐蝕液對顯影后露出的金屬層進行腐蝕，然后利用反應離子刻蝕機對本步驟中被腐蝕掉金屬的部位刻蝕出直波導(3)；第十三步利用勻膠機在直波導(3)的上表面旋轉涂覆上包層(2)，用紫外固化燈對上包層(2)進行固化，并用烘膠臺堅膜，最后在真空干燥箱中，對基底(5)、下包層(I)、上包層(2)、直波導(3)和下光柵(4)進行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時； 第十四 步從真空干燥箱中取出由基底(5)、下包層(I)、上包層(2)、直波導(3)和下光柵(4)組成的整體件，濾波器制備完成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種皺褶式切趾波導布拉格光柵濾波器，包括基底、下包層、上包層、直波導和下光柵，下光柵的寬度按照鐘形包絡函數(shù)逐漸增加，位于端部的光柵線的寬度小于直波導的寬度，位于中部的光柵線的寬度大于直波導的寬度。本發(fā)明還提供了該濾波器的制備方法在基底上涂覆下包層；制作抗刻蝕層；旋涂負性光刻膠；進行掩膜曝光；干涉出下光柵的結構；對下光柵區(qū)域進行顯影，進行腐蝕；刻蝕出下光柵；去除余下的負性光刻膠，進行腐蝕；旋轉涂覆芯層材料；蒸鍍鋁層；進行直波導的光刻；進行直波導以外區(qū)域進行顯影，再進行腐蝕，制作直波導；旋轉涂覆上包層，進行固化和真空干燥。該濾波器具有高反射率、高邊模抑制比的切趾效果。
文檔編號G02B6/13GK102662218SQ20121017516
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權日2012年5月31日
發(fā)明者崔一平, 惲斌峰, 胡國華, 鐘嫄, 閆以建 申請人:東南大學