[发明专利]一种用于分子检测的宽带红外复合光波导及其制备方法

权利要求书

1.一种用于分子检测的宽带红外复合光波导，其特征在于，该复合波导结构包括至少两层波导单元，波导单元与波导单元之间层叠设置组合为复合光波导结构，所述的波导单元由下至上依次包括基底层、下波导层、低折射率中间夹缝层以及上波导层。

2.根据权利要求1所述的用于分子检测的宽带红外复合光波导，其特征在于，所述的上波导层和下波导层均为硫系玻璃材料，包括但不限于硫化砷As₂S₃、Ge-As-Se、Ge-As-Se-Te、Ge-Sb-Se、Ge-Sb-S或Ge-As-S。

3.根据权利要求2所述的用于分子检测的宽带红外复合光波导，其特征在于，所述的硫系玻璃下波导层和硫系玻璃上波导层的折射率均高于中间夹缝层的折射率。

4.根据权利要求2所述的用于分子检测的宽带红外复合光波导，其特征在于，所述的中间夹缝层的材料包括但不限于二氧化硅、氟化镁或氮化硅。

5.根据权利要求2至4任一项所述的用于分子检测的宽带红外复合光波导，其特征在于，所述的复合光波导传输波段覆盖小于等于0.6微米至大于等于5微米波段。

6.根据权利要求2至4任一项所述的用于分子检测的宽带红外复合光波导，其特征在于，所述的复合光波导结构的整体色散曲线在1.2～5微米波段范围内近零且平坦，色散系数在±20ps/nm/km以内。

7.根据权利要求5所述的用于分子检测的宽带红外复合光波导，其特征在于，泵浦波长的选择根据泵浦两端发生的高阶色散引入的高阶相位匹配位置确定。

8.根据权利要求5所述的用于分子检测的宽带红外复合光波导，其特征在于，当泵浦波长位于2100nm～2300nm，波导长度在0.5cm～2.5cm，入射泵浦功率为0.5W～1.5W时，所述复合光波导结构的波长转换3dB带宽能够覆盖近红外通讯波段和中红外分子特征吸收峰波段。

9.一种用于分子检测的宽带红外复合光波导的制备方法，其特征在于，复合光波导结构由至少两层波导单元层叠设置组合而成，所述的波导单元的制备方法包括以下步骤：

S1.在基底材料表面上通过热蒸镀法镀一层硫系薄膜，作为下波导层；

S2.在下波导层表面上通过原子层沉积法沉积一层低折射率材料薄膜，作为中间夹缝层；

S3.在中间夹缝层表面上通过热蒸镀法再镀一层硫系薄膜，作为上波导层；

S4.在上波导层表面上旋涂一层电子束胶；

S5.对电子束胶进行选择性电子束曝光；

S6.曝光后，将样品置入显影液中显影，形成电子束胶图案层；

S7.对样品进行加热，实现电子束胶的热回流，使其侧壁光滑无形变；

S8.对样品进行反应离子刻蚀，将电子束胶图案层未覆盖区域刻蚀去除，形成波导结构；

S9.去除残留的电子束胶；

其中，上波导层和下波导层材料的折射率高于中间夹缝层材料的折射率。