[发明专利]一种基于双层铌酸锂薄膜的光子线脊波导倍频芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种基于双层铌酸锂薄膜的光子线脊波导倍频芯片，其特征在于，包括由顶层铌酸锂薄膜，中层二氧化硅、下层硅基衬底组成的复合结构，所述顶层铌酸锂薄膜为双层铌酸锂薄膜结构，双层铌酸锂薄膜中的上层铌酸锂薄膜与下层铌酸锂薄膜的自发极化方向相反，所述顶层铌酸锂薄膜呈脊波导结构。

2.如权利要求1所述的基于双层铌酸锂薄膜的光子线脊波导倍频芯片，其特征在于，所述双层铌酸锂薄膜的总厚度为560～600nm，所述上层铌酸锂薄膜的厚度为260～280nm，下层铌酸锂薄膜的厚度为300～320nm。

3.如权利要求1所述的基于双层铌酸锂薄膜的光子线脊波导倍频芯片，其特征在于，所述铌酸锂薄膜的切向为x切、z切。

4.如权利要求1所述的基于双层铌酸锂薄膜的光子线脊波导倍频芯片，其特征在于，所述脊波导结构的宽度为0.9～1.4μm。

5.权利要求1所述的基于双层铌酸锂薄膜的光子线脊波导倍频芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在硅基衬底上沉积二氧化硅缓冲层，在二氧化硅缓冲层上通过键合方法制备自发极化方向相反的上层铌酸锂薄膜与下层铌酸锂薄膜，形成双层铌酸锂薄膜结构；将双层铌酸锂薄膜进行清洗后，在双层铌酸锂薄膜表面进行电子束光刻胶旋涂及电子束曝光，形成干法刻蚀所需的刻蚀掩膜，通过干法刻蚀使上层铌酸锂薄膜形成脊波导结构；接着对双层铌酸锂薄膜的两个端面先进行光学研磨抛光，再进行光纤端面耦合和紫外胶固化，即得基于双层铌酸锂薄膜的光子线脊波导倍频芯片。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：

将双层铌酸锂薄膜进行清洗后，在双层铌酸锂薄膜上依次镀制钛膜和铬膜；然后经240～360℃下热退火2～4h后，继续在铬膜表面进行电子束光刻胶旋涂及电子束曝光，形成干法刻蚀所需的刻蚀掩膜。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述清洗的过程为：先使用去离子水对双层铌酸锂薄膜进行冲洗，去除无机物大颗粒；再使用肥皂水进行超声清洗，去除有机沾污及无机物微粒；最后用去离子水冲洗并使用氮气吹干。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用电子束蒸发镀膜方法镀制钛膜和铬膜，所述钛膜的厚度为8～20nm，铬膜的厚度为150～300nm。

9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述电子束光刻胶为负性光刻胶或者正性光刻胶，光刻胶旋涂的厚度为300～700nm；所述干法刻蚀为氩离子束离子束刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀；所述光学研磨抛光过程为：先使用W14的棕刚玉研磨粉、W7的棕刚玉研磨粉分别进行粗磨和精磨，然后使用金刚石研磨液进行粗抛，最后使用粒度在100±10nm的二氧化硅悬浮液进行精抛光，得到光滑平整的端面。

10.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)在硅基衬底上沉积二氧化硅缓冲层，在二氧化硅缓冲层上通过键合方法制备自发极化方向相反的上层铌酸锂薄膜与下层铌酸锂薄膜，形成双层铌酸锂薄膜结构；将双层铌酸锂薄膜样品进行清洗，去除表面的无机物大微粒和有机沾污；

(2)在双层铌酸锂薄膜表面镀制钛膜，钛膜作为中间层；

(3)在钛膜上镀制铬膜，铬膜作为主要掩膜层；

(4)将步骤(3)得到的样品进行240～360℃热退火2～4h；

(5)在铬膜表面进行电子束光刻胶旋涂及电子束曝光，形成干法刻蚀所需的刻蚀掩膜；

(6)将步骤(5)得到的样品进行干法刻蚀形成脊波导结构；

(7)对垂直于脊波导结构的样品两端进行光学研磨抛光；

(8)对波导进行通光实验以测试光波导性能；

(9)性能测试合格后(可根据实际需要设置测试项目及合格标准)，将抛光后的两个端面进行光纤端面耦合和紫外胶固化，光纤跳线两端分别作为输入和输出端，得到基于双层铌酸锂薄膜的光子线脊波导倍频芯片。