[发明专利]一种新型集成波导型光隔离器及其制备工艺

说明书

技术领域

本专利涉及光学、集成光电子学、材料物理等多学科交叉的研究领域，具体涉及一种集成光隔离器及其制备工艺。

背景技术

近年来，随着长距离、高速大容量的光通信系统的发展、全光通信网络（AON）的兴起以及光子集成电路（PICs）技术的日益成熟，对光隔离器的需求显得日益迫切。由于系统内反射光对光源的影响，使得光源产生寄生振荡，影响光源的频率稳定性、限制了它的调制带宽，从而限制了整个系统性能的提高，因此光隔离器是整个系统不可缺少的器件之一。随着BiYIG（铋-钇铁石榴石）薄膜和CeYIG（铈-钇铁石榴石）薄膜的相继出现，为集成光隔离器的研制提供了材料方面的保证。从器件设计的角度来看，磁光波导及器件的理论仿真及计算对于它们在集成光学中的应用具有重要意义。尽管在这一领域的研究已经持续了20多年，集成光隔离器至今还处在实验室研究阶段，尚且没有实用化的器件。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于CeYIG薄膜的集成光隔离器及其制备方法，包括Ce₁Y₂Fe₅O₁₂靶材（CeYIG）的制备，CeYIG磁光薄膜的制备以及光隔离器的制备。具体如下：

CeYIG陶瓷靶材的制备方法，包括如下步骤：

1)将氧化铈（CeO₂）、氧化钇（Y₂O₃）、氧化铁（Fe₂O₃）粉末称量后，按摩尔比1∶1∶2.5的比例均匀混合后放入球磨罐中混合球磨；

2)球磨后进行烘干煅烧；

3)二次球磨、并烘干煅烧；

4)研磨过筛再加粘合剂研磨造粒并放入压靶模具中压制成型并烧结。

进一步，所述步骤2)具体为烘干湿料并在900℃下预煅烧2小时。

进一步，所述步骤3)具体为二次球磨8小时并烘干湿料在1100℃下煅烧2小时。

进一步，所述步骤4)中烧结时的压力为40MP，并在1350℃烧结2小时。

集成光隔离器制备工艺，包括如下步骤：首先在硅（Si）基底(1)上覆盖二氧化硅（SiO₂）层(2)作为隔离器的衬底层，然后溅射生长一层CeYIG磁光薄膜(3)作为芯层并晶化处理，接着进行匀胶光刻工艺，并在光刻的凹槽内填充一定厚度的CeYIG，最后通过刻蚀得到磁光波导。

一种集成波导型光隔离器，包括Si基底(1)、硅基底上覆盖的SiO₂层(2)和SiO₂层上溅射生长的CeYIG磁光薄膜(3)。

本发明的有益效果是：

本发明提出的集成波导型光隔离器，通过薄膜波导形式实现，与半导体激光器同时实现集成，可在集成系统中起到保护激光器的作用。

附图说明

图1（a）为集成光隔离器波导结构图。

图1（b）为波导截面图。

图2为集成光隔离器制备工艺过程示意图。

具体实施方式

图1（a）为集成光隔离器波导结构图，图1（b）为波导截面图。光波导的芯层为CeYIG磁光薄膜，衬底材料为SiO₂/Si，空气为覆盖层。两臂中有一支为非互易臂，磁场方向垂直于光传输方向，且平行于膜面，非互易臂产生非互易相移，当光波正向传输时，两臂相位差为零，干涉增强，光能正常通过；反向传输时，两臂相位差为π/2，干涉相消，光被隔离。

图2为集成光隔离器制备工艺。首先在硅基底上覆盖一定厚度的SiO₂层作为波导隔离器的衬底层，然后溅射生长一层CeYIG磁光薄膜作为芯层，接着进行匀胶光刻工艺，并在凹槽内填充一定厚度的CeYIG，最后通过刻蚀得到所需的磁光波导。

1.Ce₁Y₂Fe₅O₁₂（CeYIG）陶瓷靶材的制备