[发明专利]一种在铌酸锂晶体上同时制备波导及光栅的方法

说明书

一种在铌酸锂基片上同时制备波导及光栅的方法，通过在铌酸锂中进行钛扩散或质子交换改变铌酸锂的折射率，在铌酸锂基片上实现波导及光栅一体化制备。本发明的优点是：该制备方法简单，易于实现，制备的波导光栅精度较高，波导光栅可一次成型，实验操作方便，光栅结构和周期可根据需要做相应的调整，并且利用该方法制备波导光栅成本低廉，有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于波导光栅领域，具体涉及一种在铌酸锂晶体上同时制备波导及光栅的方法。

背景技术

随着光通信技术的快速发展，传统光纤光栅由于只能实现基于弹光效应(应力)或者热光效应(温度)的慢性调谐，因而在高速光通信及光传感领域中的应用受到很大的限制。与光纤光栅相比，波导光栅不仅可以突破光纤光栅结构上的局限性，而且波导材料具有多样性和多功能性，极大地拓展了光栅的应用范围。目前调谐波导光栅已经在聚合物、无机晶体、半导体等多种材料上实现，尤其是基于电光效应的可调谐的铌酸锂波导光栅，克服了传统光纤光栅调谐速度慢的弊端，实现了快速调谐，能够满足大容量，超高速光通信的技术要求，因而成为快速可调谐光栅的研究热点。

目前，常见波导光栅的制备方法主要有激光写入法、离子束刻蚀法和电极调制法等，本发明提出了一种新的制备波导光栅的方法，即利用制备铌酸锂波导的方法在铌酸锂基片上实现波导及光栅一体化制备。而制备铌酸锂波导的工艺已经发展的非常成熟，其实验操作简单、实验精度比较高，且实验成本比较低，这为在铌酸锂基片上同时制备波导及光栅提供了很好的工艺基础，使得实验易于操作，可一次性制备波导光栅，光栅结构可根据需要做相应调整，且成本较低，有利于推广应用。

发明内容

本发明目的是针对上述技术分析，提供一种在铌酸锂基片上同时制备波导及光栅的方法，该方法只需进行一次钛扩散或质子交换，即可在铌酸锂基片上形成波导光栅结构；制备方法简单、实验易于操作，可根据需要进行不同光栅结构和周期的设计，且光栅制作成本较低，有利于推广应用。

本发明的技术方案：

一种在铌酸锂基片上同时制备波导及光栅的方法，步骤如下：

1)依次用浓度不小于99.7v％的酒精和丙酮清洗铌酸锂基片后，将铌酸锂基片放在温度为120-180℃的加热板上烘烤2-5min，然后对铌酸锂基片进行匀胶，在铌酸锂基片表面附着一层光刻胶，光刻胶的厚度为100-300nm；

2)利用电子束蚀刻系统(EBL)对上述铌酸锂基片进行曝光，在显影剂中对光刻胶进行显影，然后将铌酸锂基片放置在温度为110℃的加热板上烘烤2-4min，固化光刻胶，在铌酸锂基片表面的光刻胶形成波导光栅一体化掩模，制备的掩模结构为矩形结构、正弦形结构、三角形结构或锯齿形结构，掩膜结构集波导掩膜结构和光栅掩膜结构于一体，且波导传输方向和光栅传输方向一致，波导掩模结构与光栅掩模结构具有重叠部分或无缝相邻；

3)以波导光栅一体化掩模为基础，利用钛扩散法或质子交换法在上述铌酸锂基片上制备波导光栅结构。

所述利用钛扩散法在铌酸锂基片上制备波导光栅结构的方法，步骤如下：

1)将步骤2)得到的铌酸锂基片表面利用溅射法制备一层厚度为60-100nm的钛膜，然后放入浓度不小于99.5v％的丙酮溶液中，在铌酸锂基片上形成波导光栅结构的钛条；

2)将上述铌酸锂基片放入高温扩散炉中进行钛扩散，扩散温度为980-1150℃，扩散时间为6-10h，在铌酸锂基片上形成布拉格波导光栅结构。

所述利用质子交换法在铌酸锂基片上制备波导光栅结构的方法，步骤如下：

1)选择苯甲酸作为质子源，先将质子源和步骤2)得到的铌酸锂基片放入玻璃管内，封住管口后放入标准恒温质子交换炉中，在温度160-250℃下让铌酸锂基片预热30-60min，通过转动玻璃管，使苯甲酸浸没铌酸锂基片并进行氢离子与锂离子的交换，交换时间为10-15min；