[发明专利]基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片及制法

权利要求书

1.一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片，其特征在于，该集成光学芯片主要由玻璃衬底和离子交换掩埋光波导组成；所述的离子交换掩埋光波导位于玻璃衬底内部，与玻璃衬底上表面的距离为0～7500μm。

2.根据权利要求1所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片，其特征在于，所述的离子交换掩埋光波导与玻璃衬底上表面的距离为离子交换掩埋光波导的波导边缘与玻璃衬底上表面的距离，当离子交换掩埋光波导的波导上侧未完全从玻璃衬底上表面分离时，所述的离子交换掩埋光波导与玻璃衬底上表面的距离为0μm。

3.根据权利要求1所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片，其特征在于，所述的离子交换掩埋光波导为折射率渐变型波导，在玻璃衬底内水平方向上分为三个区域：输入波导区、功能结构区和输出波导区，所述的功能结构区连接输入波导区和输出波导区。

4.根据权利要求3所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片，其特征在于，所述的输入波导区由单直波导或2～256端口的直波导阵列构成；所述的功能结构区的结构为满足无源光器件的拓扑结构；所述的输出波导区为单直波导或2～256端口的直波导阵列。

5.根据权利要求4所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片，其特征在于，所述的功能结构区的结构为分路结构或耦合结构。

6.一种如权利要求1所述的基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)镀膜：在玻璃晶圆上表面镀上一层厚度为50～1000nm的掩膜；

2)光刻：通过旋涂在掩膜上形成一层光刻胶膜，接着采用加热烘烤方式固化光刻胶膜，然后采用曝光和显影技术将光刻板上的图样转印至光刻胶膜上，最后再次加热烘烤完成光刻胶膜的再固化；

3)腐蚀：将带有光刻胶膜的玻璃晶圆放置于加热的腐蚀液中，通过腐蚀液对掩膜的选择性腐蚀将光刻胶膜的图样转印至掩膜上；

4)去胶：将光刻胶膜从玻璃晶圆上去除；

5)一次交换：将带有图样的掩膜的玻璃晶圆放置于一次交换的熔盐中，通过源离子的自由热扩散或是电场辅助扩散在玻璃晶圆表面无掩膜区形成离子交换表面光波导；

6)二次交换：去除玻璃晶圆表面的掩膜，将带有离子交换表面光波导的玻璃晶圆放置于二次交换的熔盐中，通过自由热扩散或是电场辅助扩散的方式将玻璃晶圆的表面光波导掩埋至玻璃晶圆上表面下方0～7500um处；

7)划片：将二次交换完成的玻璃晶圆按照离子交换掩埋光波导图样上的切割标记分割成尺寸一致的芯片单元；

8)研磨抛光：将芯片单元进行切割端面的研磨抛光形成基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片。

7.根据权利要求6所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的掩膜的镀膜材料为金属镀膜材料或非金属镀膜材料，所述的金属镀膜材料为耐高温抗强氧化性的金属镀膜材料，所述的非金属镀膜材料为氧化物或氮化物镀膜材料。

8.根据权利要求7所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片的制备方法，其特征在于，所述的金属镀膜材料为铝、金、钛或铂；所述的非金属镀膜材料为二氧化硅、氧化铝、三氧化二铬、氧化铜或氮化硅。

9.根据权利要求6所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的光刻板上的图样以集成光学芯片的器件设计图为单元，通过周期型排列组合而成。

10.根据权利要求9所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片的制备方法，其特征在于，所述的光刻板上的图样为1×8的光分路器设计单元周期型排列组合而成的光刻板图样。

11.根据权利要求6所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的加热烘烤方式为热板或烘箱加热烘烤方式，加热烘烤的温度为90-100℃，时间为0.5-1h。

12.根据权利要求6所述的一种基于玻璃基离子交换掩埋光波导的集成光学芯片的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的腐蚀液的腐蚀温度为30～300℃；腐蚀液为掩膜材料对应的常规化学腐蚀剂。