[发明专利]一种含Cu离子的光波导

说明书

技术领域

本发明涉及集成光器件技术，特别是涉及一种含Cu离子的光波导。

背景技术

集成光路是指在同一块衬底的表面上，用折射率略高的材料制作光波导，并以此为基础再制作光源、光栅等各种光学器件。通过这种集成化，可以实现光学系统的小型化、轻量化、稳定化和高性能化的目的。随着现代光纤通信技术和光纤传感技术的发展，集成光器件越来越受到人们的重视。

用于集成光器件制作的材料主要有Si、二氧化硅、砷化镓磷化铟等III-V族半导体材料，聚合物、玻璃等。基于离子交换技术的玻璃光波导器件具有成本低、工艺简单、传输损耗低、PDL(偏振相关性)小、制作容差性大、可批量生产等显著特点。

玻璃基光波导器件一般采用离子交换法制作。离子交换过程中，玻璃基片中的一价阳离子(通常是Na⁺)与外界的较高极化率的离子(譬如Ag⁺，Cu⁺，Cs⁺或Tl⁺)进行离子交换，高极化率离子在玻璃基片上形成离子交换区，该离子交换区具有较高的折射率，形成波导的芯部。

近年来，采用Cu离子交换制作的光波导器件的制作成为近年来研究者们关注的热点。Cu离子交换形成的光波导具有蓝绿发光特性，因而Cu离子交换平面波导可以用于非线性光波导器件的制作，或者实现蓝绿波段激光器与放大器。

通常的Cu离子交换光波导的制作方法如图1所示。包括在玻璃基片1上制作掩膜2，将带有掩膜2玻璃基片放入含有Cu⁺或者Cu²⁺离子的熔盐中进行离子交换，熔盐中的Cu⁺或者Cu²⁺离子进入玻璃基片，并在玻璃基片中形成条形Cu离子扩散区3。条形Cu离子扩散区3具有比玻璃基片1更高的折射率，作为光波导的芯层。这种光波导的缺点在于：由于含有Cu离子的盐具有较高的熔点，另一方面Cu离子在玻璃中的扩散速度很慢，Cu离子交换的交换温度很高，通常在530℃以上，对掩膜2的耐高温和耐腐蚀特性提出了较高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含Cu离子的光波导。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在玻璃基片上表面设有平板状Cu离子扩散区，在平板状Cu离子扩散区中设有条形高极化率离子扩散区，高极化率离子扩散区作为光波导的芯层，条形高极化率离子扩散区的折射率高于玻璃基片的折射率，也高于平板状Cu离子扩散区的折射率。

本发明具有的有益效果是：

这种Cu离子交换光波导第一次离子交换过程在玻璃基片1上形成平板状Cu离子扩散区4不需要掩膜。避免了通常的Cu离子交换形成条形光波导的过程中的高温过程对掩膜耐腐蚀性和耐高温性的影响。

这种Cu离子交换光波导通过第二次离子交换形成条形高极化率离子扩散区5，作为光波导的芯层。第二次离子交换形成光波导芯层的过程温度较低，譬如采用Ag离子交换，离子交换温度在300℃左右，对离子扩散掩膜的耐高温和耐腐蚀性能的要求大幅度降低。

这种Cu离子交换光波导的形成过程采用了两次离子交换工艺，第二次离子交换工艺交换温度远低于第一次离子交换工艺，在第二次离子交换工艺中Cu离子扩散系数小，因此可以保持第一次离子交换形成的平板状Cu离子扩散区4中Cu离子浓度分布保持不变，便于离子交换工艺的设计。

这种Cu离子交换光波导的制备过程具有传统的离子交换工艺的优点，采用常规的工艺即可实现。

由于在条形高极化率离子扩散区5平板状Cu离子扩散区4的基础上形成，条形高极化率离子扩散区5中含有Cu离子，因此，与采用通常的Cu离子交换光波导相同，这种Cu离子交换光波导具有蓝绿发光特性。

附图说明

图1是传统离子交换光波导的横截面结构示意图。

图2是本发明所涉及Cu离子交换光波导横截面结构示意图。

图3是本发明所涉及Cu离子交换光波导第一次离子交换后的横截面结构示意图。

图4是本发明所涉及Cu离子交换光波导第二次离子交换后的横截面结构示意图(条形高极化率离子扩散区比平板状Cu离子扩散区浅)。

图5是本发明所涉及Cu离子交换光波导第二次离子交换后的横截面结构示意图(条形高极化率离子扩散区比平板状Cu离子扩散区深)。

图中：1、玻璃基片，2、掩膜，3、条形Cu离子扩散区，4、平板状Cu离子扩散区，5、条形高极化率离子扩散区。

具体实施方式