[发明专利]一种在平面光波导表面制备微纳结构的方法

说明书

本发明公开了一种在平面光波导表面制备微纳结构的方法，包括以下步骤：(1)选取表面具有凸起平面光波导的基片，在所述基片的表面上设置光刻胶；(2)利用掩膜对所述凸起平面光波导上的光刻胶进行局部曝光，在所述凸起平面光波导上形成曝光窗口，并对所述曝光窗口显影；(3)在显影后的基片上设置微纳米球；(4)在设有微纳米球的基片上设置材料薄膜；(5)去除曝光窗口区域上的微纳米球，在所述微纳米球之间的空隙处形成材料薄膜，即构成所述平面光波导表面的微纳结构。该方法利用掩膜和微纳米球在平面光波导表面制备微纳结构，经济实惠、耗时短、使用灵活、稳定可靠，可实现批量化生产。

技术领域

本发明属于平面光波导器件技术领域，具体涉及一种在平面光波导表面制备微纳结构的方法，尤其涉及一种利用掩膜和微纳米球在平面光波导表面制备微纳结构的方法。

背景技术

光通信器件的发展借助集成光路技术得以走向集成化、微型化，至今已有半个世纪。集成光路技术也称平面光波导技术，其在一块小小的光学衬底上就能实现光信号的各种传播及处理功能，相较于集成电路，集成光路拥有强大的抗电磁干扰能力，对信息的处理速度更快、开关响应速度更高。近年来，信息化社会发展迅速，网络流量呈爆发式增长，对集成光路高容量、高速率、高智能的需求也愈加迫切，为满足这一点，平面光波导器件的集成度亟需进一步提高、光学功能也应更加丰富，于是人们将目光投向光学性能优异、功能丰富的微纳结构，将微纳结构做到波导上去，赋予集成光路器件更高的内涵。

相比于纯波导结构，带有微纳结构的波导拥有更高的集成度，还能拥有更加丰富的功能，如拉曼信号检测、生物化学传感、光开关、光镊等，如今已成为国内外研究的热点。然而在波导上制备微纳结构，目前还主要采取聚焦离子束刻蚀(FIB)、电子束曝光(EBL)等方式来实现，这些技术的工艺设备都相当昂贵，且在加工方式上均采用逐点扫描的方式，当结构复杂或面积较大时工作效率极低。另一方面，微纳米球刻蚀技术，作为一种低成本、灵活易操作的技术，一出现就受到广大研究者的热烈欢迎，以球做掩膜，可实现大面积的三角形、圆孔、圆环、圆盘、月牙等微纳阵列结构的制备，然而其本身却有走向不稳定、随机性缺陷、可重复性差等缺点，如何将它准确地码在波导上，是一个非常值得考究的问题。

因此，需要寻找一种经济实惠、耗时短、使用灵活、稳定可靠的方法在平面光波导表面批量制备出多种微纳结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在平面光波导表面制备微纳结构的方法，该方法利用掩膜和微纳米球在平面光波导表面制备微纳结构，经济实惠、耗时短、使用灵活、稳定可靠，可实现批量化生产。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种在平面光波导表面制备微纳结构的方法，包括以下步骤：

(1)选取表面具有凸起平面光波导的基片，在所述基片的表面上设置光刻胶；

(2)利用掩膜对所述凸起平面光波导上的光刻胶进行局部曝光，在所述凸起平面光波导上形成曝光窗口，并对所述曝光窗口显影；

(3)在显影后的基片上设置微纳米球；

(4)在设有微纳米球的基片上设置材料薄膜；

(5)去除曝光窗口区域上的微纳米球，在所述微纳米球之间的空隙处形成材料薄膜，即构成所述平面光波导表面的微纳结构。

在上述在平面光波导表面制备微纳结构中：

优选的，步骤(1)中所述平面光波导基片可以为绝缘体上的硅(Silicon-on-Insulator，SOI)、玻璃/二氧化硅(Quartz/Silica/SiO₂)、铌酸锂(LiNbO₃)、III-V族半导体化合物(如InP(磷化铟)，GaAs(砷化镓)等)、氮氧化硅(SiON)、高分子聚合物(Polymer)等拥有凸起光波导通道的平面光波导器件。

优选的，所述平面光波导至少为一个。