一種光波導的簡易制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光波導的簡易制備方法，其先在其中一塊襯底的一個表面上沿長度方向開設一個凹槽，然后將兩塊襯底疊放整齊，并使其中一塊襯底的具有凹槽的表面與另一塊襯底的一個表面相對，接著用平口鉗調(diào)整兩塊襯底之間的間隙，之后對兩塊襯底相對齊的點焊端面進行點焊，再將已焊接在一起的兩塊襯底放入石英玻璃管的內(nèi)腔中，向石英玻璃管的內(nèi)腔中灌入低熔點的玻璃原材料，對石英玻璃管的內(nèi)腔進行抽真空，對石英玻璃管進行封管，最后對已封管的石英玻璃管進行階梯升溫加熱，熔融玻璃原材料，之后階梯降溫至室溫得到光波導；優(yōu)點是工藝過程簡單、可控，且使用的設備成本低。
【專利說明】一種光波導的簡易制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種波導制備技術(shù)，尤其是涉及一種光波導的簡易制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息時代要求的不斷提升，光學器件的發(fā)展已經(jīng)從傳統(tǒng)的離散光學器件發(fā)展到目前的集成光學器件階段。光波導是各種集成光學器件重要的基礎(chǔ)性部件，其能夠?qū)⒐獠ㄏ抻蛟诠獠ㄩL量級尺寸的介質(zhì)中，無輻射地傳輸。
[0003]現(xiàn)有的光波導制備方法較為復雜，一般的光波導制備方法都是在薄膜制備方法的基礎(chǔ)上，通過一系列復雜的工藝實現(xiàn)的?，F(xiàn)有的光波導制備方法主要有光刻法、剝離法及激光直寫法等，這些制備方法所使用的設備昂貴，且在刻蝕薄膜過程中存在繁瑣的工藝過程及復雜的工藝參數(shù)，這就給光波導的制備帶來了很大的難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種光波導的簡易制備方法，其工藝過程簡單、可控，且使用的設備成本低。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種光波導的簡易制備方法，其特征在于包括以下步驟:
①選取兩塊尺寸大小相同的高熔點的襯底，每塊襯底的兩個表面均為光學水平面，并將每塊襯底對稱的其中兩個側(cè)面作為耦合端面、對稱的另外兩個側(cè)面作為點焊端面；
②在其中一塊襯底的一個表面上沿長度方向開設一個凹槽；
③將兩塊襯底疊放整齊，并使其中一塊襯底的具有凹槽的表面與另一塊襯底的一個表面相對，然后用平口鉗夾持住兩塊襯底，再通過調(diào)節(jié)平口鉗對兩塊襯底施加的壓力，并在超景深顯微鏡下觀察兩塊襯底之間的間隙，完成對兩塊襯底之間的間隙的調(diào)整；
④在調(diào)整好兩塊襯底之間的間隙后固定平口鉗，然后將兩塊襯底相對齊的點焊端面進行點焊；在此，采用點焊不會影響后續(xù)玻璃液浸入兩塊襯底之間的間隙的效果；
⑤從平口鉗上取下已焊接在一起的兩塊襯底，然后對已焊接在一起的兩塊襯底進行清洗，在清洗干凈后進行烘干，接著將烘干的已焊接在一起的兩塊襯底放入石英玻璃管的內(nèi)腔中，之后向石英玻璃管的內(nèi)腔中灌入低熔點的玻璃原材料，再對石英玻璃管的內(nèi)腔進行抽真空，最后對石英玻璃管進行封管；
⑥對已封管的石英玻璃管進行階梯升溫加熱，在溫度高于玻璃原材料的熔點80°C?150°C后恒溫24小時以上，之后階梯降溫至室溫；
⑦從石英玻璃管中取出已制備得到的帶有襯底的光波導，光波導的兩塊襯底之間為玻璃膜層，襯底的折射率低于玻璃膜層的折射率。
[0006]所述的步驟②中的凹槽為矩形凹槽，所述的矩形凹槽的縱向中心線與襯底的表面的長度方向的中心線平行；在此，一方面，在其中一塊襯底的一個表面上設置的凹槽為矩形凹槽，也可以為其它形狀的凹槽，通過設置不同的凹槽會使最終制備得到的滿足單模傳輸條件的光波導的結(jié)構(gòu)不同，這樣就可以滿足根據(jù)原材料自行設計不同尺寸和結(jié)構(gòu)的凹槽，從而制備得到不同尺寸和結(jié)構(gòu)的光波導；另一方面，一般要求凹槽的縱向中心線與襯底的表面的長度方向的中心線平行，這是因為兩者的中心線平行與否會影響制備得到的光波導端面的形狀，進而會影響制備得到的光波導的耦合效果。
[0007]所述的步驟③執(zhí)行之前，先對兩塊襯底各自的兩個表面和兩個耦合端面進行拋光處理，以增強光波導測試階段光波與襯底的兩個耦合端面的耦合效率。
[0008]所述的步驟③執(zhí)行之前，且在對兩塊襯底各自的兩個表面和兩個耦合端面進行拋光處理后，對兩塊襯底進行清洗，然后對清洗干凈的兩塊襯底進行烘干。
[0009]所述的步驟③執(zhí)行之前對兩塊襯底進行清洗，然后對清洗干凈的兩塊襯底進行烘干的具體過程為:③-1、將兩塊襯底浸入丙酮中，并用超聲波清洗15?25分鐘-2、在第一次清洗完成后，從丙酮中取出兩塊襯底后浸入甲醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘；③-3、在第二次清洗完成后，從甲醇中取出兩塊襯底后浸入異丙醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘；(D _4、將清洗干凈的兩塊襯底放入烘烤箱中，以110°C?130°C恒溫烘烤15?25分鐘；在此，對兩塊襯底進行三次清洗，目的是為了完全去除雜質(zhì)污染，以保證兩塊襯底疊放整齊后其中一塊襯底的具有凹槽的表面與另一塊襯底的一個表面即兩個疊合面干凈。
[0010]所述的步驟④中的平口鉗采用手動精密平口鉗；在此，采用可手動調(diào)節(jié)的精密平口鉗，可方便地向兩塊襯底施加壓力，來實現(xiàn)對兩塊襯底之間的間隙的調(diào)整，且調(diào)整精度聞。
[0011]所述的步驟④中調(diào)整兩塊襯底之間的間隙為1.64!11?2.44111;實際上兩塊襯底之間的間隙是根據(jù)用戶自己的實際要求進行調(diào)整的，即制備得到的光波導中的玻璃膜層的厚度是用戶根據(jù)自行需要設定的。
[0012]所述的步驟⑤中對已焊接在一起的兩塊襯底進行清洗，在清洗干凈后進行烘干的具體過程為:⑤-1、將已焊接在一起的兩塊襯底浸入丙酮中，并用超聲波清洗15?25分鐘；? _2、在第一次清洗完成后，從丙酮中取出已焊接在一起的兩塊襯底后浸入甲醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘；? _3、在第二次清洗完成后，從甲醇中取出已焊接在一起的兩塊襯底后浸入異丙醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘；? _4、將清洗干凈的已焊接在一起的兩塊襯底放入烘烤箱中，以110°C?130°C恒溫烘烤15?25分鐘；在此，由于兩塊襯底相對齊的點焊端面點焊時會對襯底造成污染，因此需對點焊后的襯底進行嚴格的清洗，以保證襯底的各個面潔凈。
[0013]所述的步驟⑤中向石英玻璃管的內(nèi)腔中灌入的玻璃原材料的量為在玻璃原材料熔化成玻璃液后玻璃液能夠完全浸沒兩塊襯底為準；所述的步驟⑤中對石英玻璃管的內(nèi)腔進行抽真空至7.0X10_2pa時停止；實際操作時可根據(jù)經(jīng)驗估計灌入一定的玻璃原材料，一般可稍微多灌入一些，但最好不要過多，如果過多則玻璃原材料熔化后玻璃液會完全覆蓋襯底，這樣會增加取出制備好的光波導的難度；在實際操作時至少要抽到l(T2pa以下，如果能夠更低，則更好，目的只是為了排除空氣對制備的光波導的性能的影響。
[0014]所述的步驟⑥中的階梯升溫和階梯降溫的梯度為大于50°C且小于100°C ;實際操作時階梯升溫和階梯降溫的梯度不大于100°c就可以，如果梯度太大，則會對加熱設備造成不良的影響。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于: I)本發(fā)明方法的工藝流程簡單、可控，工藝成本低，且無需昂貴的設備，適宜推廣。
[0016]2)本發(fā)明方法將襯底放入熔融的玻璃液中，并通過長時間使玻璃液進入兩塊襯底之間的間隙中，能夠大幅度地提高所制備的光波導內(nèi)組分的均一性，很好地保證了光波導的質(zhì)量，避免了不必要的光學損耗。
[0017]3)利用本發(fā)明方法制備光波導時，可通過調(diào)節(jié)兩塊襯底之間的間隙來制備不同厚度的光波導，可通過選取不同的玻璃原材料及襯底結(jié)構(gòu)來制備不同結(jié)構(gòu)的光波導。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為開設有凹槽的襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為制備得到的光波導的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0020]本發(fā)明提出的一種光波導的簡易制備方法，其包括以下步驟:
①選取兩塊尺寸大小相同的高熔點的襯底，每塊襯底的兩個表面均為光學水平面，并將每塊襯底對稱的其中兩個側(cè)面作為耦合端面、對稱的另外兩個側(cè)面作為點焊端面。
[0021]在本實施例中，襯底采用石英片，如可選取兩塊長為30mm寬為8mm高為Imm的兩塊石英片。
[0022]實際處理時可將長X高的兩個側(cè)面作為點焊端面，且將寬X高的兩個側(cè)面作為耦合端面，也可以將寬X高的兩個側(cè)面作為點焊端面，且將長X高的兩個側(cè)面作為耦合端面，選取不同的側(cè)面作為耦合端面，制備得到的光波導的長度也就不一樣，一般情況下將寬X高的兩個側(cè)面作為耦合端面，這樣制備得到的光波導的長度相對較長。圖2中寬X高的兩個側(cè)面為耦合端面。
[0023]②如圖1所示，在其中一塊襯底的一個表面上沿長度方向開設一個凹槽，圖1中I指代襯底，11指代凹槽。
[0024]在本實施例中，凹槽可以為矩形凹槽，也可以為其它形狀的凹槽；采用矩形凹槽時，可要求矩形凹槽的縱向中心線與襯底的表面的長度方向的中心線平行。
[0025]③先對兩塊襯底各自的兩個表面和兩個耦合端面進行拋光處理，以增強光波導測試階段光波與襯底的兩個耦合端面的耦合效率，如圖2所示；然后對兩塊襯底進行清洗，再對清洗干凈的兩塊襯底進行烘干；接著將烘干的兩塊襯底疊放整齊，并使其中一塊襯底的具有凹槽的表面(即長為30mm寬為8mm的表面)與另一塊襯底的同尺寸的一個表面(即長為30mm寬為8mm的表面)相對，然后用清凈的手動精密平口鉗夾持住兩塊襯底并放于超景深顯微鏡下，再通過超景深顯微鏡觀察兩塊襯底之間的間隙，并慢慢調(diào)節(jié)手動精密平口鉗對兩塊襯底施加的壓力，完成對兩塊襯底之間的間隙的調(diào)整，在實際調(diào)整時可將兩塊襯底之間的間隙調(diào)整為1.6μηι?2.4μηι如調(diào)整為2 μ m。
[0026]在本實施例中，步驟③中對兩塊襯底進行清洗，然后對清洗干凈的兩塊襯底進行烘干的具體過程為:③-1、將兩塊襯底浸入丙酮中，并用超聲波清洗15?25分鐘，如實際清洗時可清洗20分鐘_2、在第一次清洗完成后，從丙酮中取出兩塊襯底后浸入甲醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘，如實際清洗時可清洗5分鐘_3、在第二次清洗完成后，從甲醇中取出兩塊襯底后浸入異丙醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘，如實際清洗時可清洗5分鐘_4、將清洗干凈的兩塊襯底放入烘烤箱中，以110°C?130°C恒溫烘烤15?25分鐘，如實際操作時可以120°C恒溫烘烤20分鐘。
[0027]④在調(diào)整好兩塊襯底之間的間隙后固定手動精密平口鉗，然后在乙炔、氧火焰槍的作用下采用玻璃絲將兩塊襯底相對齊的點焊端面進行多處點焊牢固，如圖2所示。
[0028]⑤從手動精密平口鉗上取下已焊接在一起的兩塊襯底，然后對已焊接在一起的兩塊襯底進行清洗，在清洗干凈后進行烘干，接著將烘干的已焊接在一起的兩塊襯底放入已處理潔凈的石英玻璃管的內(nèi)腔中，之后向石英玻璃管的內(nèi)腔中灌入低熔點的玻璃原材料如硫系玻璃，再對石英玻璃管的內(nèi)腔進行抽真空至7.0X 10_2pa時停止，最后對石英玻璃管進行封管，以保證石英玻璃管內(nèi)的加熱環(huán)境為絕氧狀態(tài)。
[0029]在本實施例中，步驟⑤中對已焊接在一起的兩塊襯底進行清洗，在清洗干凈后進行烘干的具體過程為:⑤-1、將已焊接在一起的兩塊襯底浸入丙酮中，并用超聲波清洗15?25分鐘，如實際清洗時可清洗20分鐘；? _2、在第一次清洗完成后，從丙酮中取出已焊接在一起的兩塊襯底后浸入甲醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘，如實際清洗時可清洗5分鐘；? _3、在第二次清洗完成后，從甲醇中取出已焊接在一起的兩塊襯底后浸入異丙醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘，如實際清洗時可清洗5分鐘；? _4、將清洗干凈的已焊接在一起的兩塊襯底放入烘烤箱中，以110°C?130°C恒溫烘烤15?25分鐘，如實際操作時可以120°C恒溫烘烤20分鐘。
[0030]在本實施例中，向石英玻璃管的內(nèi)腔中灌入的玻璃原材料的量為在玻璃原材料熔化成玻璃液后玻璃液能夠完全浸沒兩塊襯底為準。
[0031 ] ⑥將已封管的石英玻璃管放入加熱爐中，對加熱爐中的石英玻璃管進行階梯升溫加熱，在溫度高于玻璃原材料的熔點80°C?150°C (如100°C)后恒溫24小時以上，如在溫度為400°C時恒溫24小時以上，之后階梯降溫至室溫。在此，在加熱玻璃原材料時維持24小時以上，目的是為了保證玻璃液能夠充分地進入兩塊襯底之間的間隙中，使玻璃液均勻地填滿兩塊襯底之間的間隙；階梯升溫和階梯降溫的梯度為大于50°C且小于100°C，一般小于100°C即可。
[0032]⑦從石英玻璃管中取出已制備得到的帶有襯底的光波導，實際處理時可輕輕敲碎石英玻璃管及附著在襯底表面的玻璃原料，取出制備得到的光波導，光波導的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，光波導的兩塊襯底之間為玻璃膜層，襯底的折射率低于玻璃膜層的折射率。在圖2和圖3中，I指代襯底，11指代凹槽，2指代玻璃膜層，3指代點焊形成的焊點。
[0033]在使用本發(fā)明方法制備光波導時，應注意選取的襯底應是高熔點的材料，選用的玻璃原材料應是低熔點的玻璃材料，且襯底的折射率不得高于形成的玻璃膜層的折射率。
[0034]本發(fā)明提出的光波導的制備方法，不僅局限于基于上述玻璃原材料和襯底，該制備方法同樣也適用于平板光波導的制備，唯一區(qū)別在于其選用的是兩片相同的無結(jié)構(gòu)的襯
。
【權(quán)利要求】
1.一種光波導的簡易制備方法，其特征在于包括以下步驟: ①選取兩塊尺寸大小相同的高熔點的襯底，每塊襯底的兩個表面均為光學水平面，并將每塊襯底對稱的其中兩個側(cè)面作為耦合端面、對稱的另外兩個側(cè)面作為點焊端面； ②在其中一塊襯底的一個表面上沿長度方向開設一個凹槽； ③將兩塊襯底疊放整齊，并使其中一塊襯底的具有凹槽的表面與另一塊襯底的一個表面相對，然后用平口鉗夾持住兩塊襯底，再通過調(diào)節(jié)平口鉗對兩塊襯底施加的壓力，并在超景深顯微鏡下觀察兩塊襯底之間的間隙，完成對兩塊襯底之間的間隙的調(diào)整； ④在調(diào)整好兩塊襯底之間的間隙后固定平口鉗，然后將兩塊襯底相對齊的點焊端面進行點焊； ⑤從平口鉗上取下已焊接在一起的兩塊襯底，然后對已焊接在一起的兩塊襯底進行清洗，在清洗干凈后進行烘干，接著將烘干的已焊接在一起的兩塊襯底放入石英玻璃管的內(nèi)腔中，之后向石英玻璃管的內(nèi)腔中灌入低熔點的玻璃原材料，再對石英玻璃管的內(nèi)腔進行抽真空，最后對石英玻璃管進行封管； ⑥對已封管的石英玻璃管進行階梯升溫加熱，在溫度高于玻璃原材料的熔點80°C?150°C后恒溫24小時以上，之后階梯降溫至室溫； ⑦從石英玻璃管中取出已制備得到的帶有襯底的光波導，光波導的兩塊襯底之間為玻璃膜層，襯底的折射率低于玻璃膜層的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟②中的凹槽為矩形凹槽，所述的矩形凹槽的縱向中心線與襯底的表面的長度方向的中心線平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟③執(zhí)行之前，先對兩塊襯底各自的兩個表面和兩個耦合端面進行拋光處理，以增強光波導測試階段光波與襯底的兩個耦合端面的耦合效率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟③執(zhí)行之前，且在對兩塊襯底各自的兩個表面和兩個耦合端面進行拋光處理后，對兩塊襯底進行清洗，然后對清洗干凈的兩塊襯底進行烘干。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟③執(zhí)行之前對兩塊襯底進行清洗，然后對清洗干凈的兩塊襯底進行烘干的具體過程為:③-1、將兩塊襯底浸入丙酮中，并用超聲波清洗15?25分鐘_2、在第一次清洗完成后，從丙酮中取出兩塊襯底后浸入甲醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘_3、在第二次清洗完成后，從甲醇中取出兩塊襯底后浸入異丙醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘_4、將清洗干凈的兩塊襯底放入烘烤箱中，以110°C?130°C恒溫烘烤15?25分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟③中的平口鉗采用手動精密平口鉗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟③中調(diào)整兩塊襯底之間的間隙為1.6 μ m?2.4 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟⑤中對已焊接在一起的兩塊襯底進行清洗，在清洗干凈后進行烘干的具體過程為:⑤-1、將已焊接在一起的兩塊襯底浸入丙酮中，并用超聲波清洗15?25分鐘；? _2、在第一次清洗完成后，從丙酮中取出已焊接在一起的兩塊襯底后浸入甲醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘；⑤-3、在第二次清洗完成后，從甲醇中取出已焊接在一起的兩塊襯底后浸入異丙醇中，并用超聲波清洗3?7分鐘；? _4、將清洗干凈的已焊接在一起的兩塊襯底放入烘烤箱中，以110°C?130°C恒溫烘烤15?25分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟⑤中向石英玻璃管的內(nèi)腔中灌入的玻璃原材料的量為在玻璃原材料熔化成玻璃液后玻璃液能夠完全浸沒兩塊襯底為準；所述的步驟⑤中對石英玻璃管的內(nèi)腔進行抽真空至7.0X10-2pa時停止。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種光波導的簡易制備方法，其特征在于所述的步驟⑥中的階梯升溫和階梯降溫的梯度為大于50°C且小于100°C。
【文檔編號】G02B6/00GK104375231SQ201410598388
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】沈祥, 李雙, 齊磊, 徐培鵬, 王國祥, 李軍, 王訓四, 戴世勛, 徐鐵峰, 聶秋華 申請人:寧波大學