一種在鈮酸鋰晶體上制備周期性波導光柵的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于波導光柵領域，具體涉及一種在鈮酸鋰晶體上制備周期性波導光柵的方法。
【背景技術】
[0002]隨著光通信技術的快速發展，傳統光纖光柵由于只能實現基于彈光效應(應力)或者熱光效應(溫度)的慢性調諧，因而在高速光通信及光傳感領域中的應用受到很大的限制。與光纖光柵相比，波導光柵不僅可以突破光纖光柵結構上的局限性，而且波導材料具有多樣性和多功能性，極大地拓展了光柵的應用范圍。調諧波導光柵已經在聚合物、無機晶體、半導體等多種材料上實現，尤其是基于電光效應的可調諧的鈮酸鋰波導光柵，克服了傳統光纖光柵調諧速度慢的弊端，實現了快速調諧，能夠滿足大容量，超高速光通信的技術要求，因而成為快速可調諧光柵的研宄熱點。
[0003]目前，常見波導光柵的制備方法主要有激光寫入法，離子束刻蝕法和電極調制法等，本文提出了一種新的制備波導光柵的方法，即利用二次鈦擴散在鈮酸鋰上形成周期性的波導光柵。而鈦擴散法制備鈮酸鋰波導的工藝已經發展的非常成熟，其實驗操作簡單，實驗精度比較高，且實驗成本比較低，這為利用二次鈦擴散在鈮酸鋰晶體上制備周期性波導光柵提供了很好的工藝基礎，使得實驗易于操作，制備的光柵精密度較高，光柵周期可根據需要做相應調整，且成本較低，有利于推廣應用。
【發明內容】
[0004]本發明目的是針對上述存在問題，提供一種在鈮酸鋰基片中制備周期性波導光柵的方法，該方法是以在鈮酸鋰中進行鈦擴散可以提高鈮酸鋰折射率為原理基礎，利用二次鈦擴散在鈮酸鋰基片中制備周期性波導光柵；該制備方法簡單、易于操作，制備的光柵精密度高，光柵周期可根據需要做相應調整，且成本較低，有利于推廣應用。
[0005]本發明的技術方案:
[0006]一種利用二次鈦擴散在鈮酸鋰基片中制備周期性波導光柵的方法，在鈮酸鋰中利用二次鈦擴散在鈮酸鋰基片中制備周期性波導光柵，所述二次鈦擴散包括兩種方式:第一種方式為第一次鈦擴散在鈮酸鋰基片中形成折射率周期性變化的光柵結構，第二次鈦擴散在鈮酸鋰基片中形成單模條形波導結構；第二種方式為第一次鈦擴散在鈮酸鋰基片中形成單模條形波導結構，第二次鈦擴散在鈮酸鋰基片中形成折射率周期性變化的光柵結構，經第一次和第二次鈦擴散后在鈮酸鋰基片中形成周期性波導光柵。
[0007]所述在鈮酸鋰基片中形成周期性波導光柵的第一種方式，制備方法如下:
[0008](一 )首先通過光刻技術在鈮酸鋰基片上形成周期性光柵結構的鈦條，對鈮酸鋰基片進行第一次高溫鈦擴散，在鈮酸鋰基片中形成折射率周期性變化的光柵結構，步驟如下:
[0009]I)將鈮酸鋰基片依次用酒精和丙酮清洗干凈并放在溫度為120°C的加熱板上進行烘烤，然后對鈮酸鋰基片進行勻膠，在鈮酸鋰基片表面附著一層光刻膠，光刻膠厚度為2_3um ；
[0010]2)利用柵格周期為180-210um或350-370nm的光柵掩膜板對上述均膠后的鈮酸鋰基片進行曝光，在顯影劑中對光刻膠進行顯影，然后將鈮酸鋰基片放置在加熱板上烘烤，溫度為120°C，時間lOmin，固化光刻膠，在鈮酸鋰基片表面的光刻膠形成周期性結構的光柵掩膜；
[0011]3)在上述在步驟2)得到的鈮酸鋰基片表面制備一層厚度為40-80nm的鈦膜，然后將鈮酸鋰基片放入濃度大于99.5%丙酮溶液中Imin對光刻膠進行剝離，在鈮酸鋰基片上形成周期性光柵結構的鈦條；
[0012]4)將上述鈮酸鋰基片放入高溫擴散爐中進行第一次鈦擴散，擴散溫度為980-1150°C，擴散時間為4-8h，在鈮酸鋰基片中形成折射率周期性變化的光柵結構；
[0013]( 二)通過光刻技術鈮酸鋰基片上形成條形波導結構的鈦條，對鈮酸鋰基片進行第二次高溫鈦擴散，在鈮酸鋰基片中形成單模條形波導結構，步驟如下:
[0014]I)用酒精和丙酮清洗(一)中步驟4)得到的鈮酸鋰基片，將鈮酸鋰基片放在溫度為120°C的加熱板上進行烘烤，然后對鈮酸鋰基片進行勻膠，在鈮酸鋰基片表面附著一層光刻膠，光刻膠厚度為2-3um ；
[0015]2)利用條寬為4-8um的波導掩膜板對上述鈮酸鋰基片進行曝光，在顯影劑中對光刻膠進行顯影，然后將鈮酸鋰基片放置在加熱板上烘烤，溫度為120°C，時間lOmin，固化光刻膠，在鈮酸鋰基片表面的光刻膠形成條形結構的波導掩膜；
[0016]3)在上述在步驟2)得到的鈮酸鋰基片表面制備一層厚度為60-90nm的鈦膜，然后將鈮酸鋰基片放入濃度大于99.5%的丙酮溶液中lmin，在鈮酸鋰基片上形成波導結構的鈦條；
[0017]4)將步驟上述鈮酸鋰基片放入高溫擴散爐中進行第二次鈦擴散，擴散溫度為980-1150°C，擴散時間為6-9h，在鈮酸鋰基片中形成單模條形波導結構。
[0018]所述在鈮酸鋰基片中形成周期性波導光柵的第二種方式，制備方法如下:
[0019](一 )首先通過光刻技術在鈮酸鋰基片上形成條形波導結構的鈦條，對鈮酸鋰基片進行第一次高溫鈦擴散，在鈮酸鋰基片中形成單模條形波導結構，步驟如下:
[0020]I)將鈮酸鋰基片依次用酒精和丙酮清洗干凈并放在溫度為120°C的加熱板上進行烘烤，然后對鈮酸鋰基片進行勻膠，在鈮酸鋰基片表面附著一層光刻膠，光刻膠厚度為2_3um ；
[0021]2)利用條寬為4-8um的波導掩膜板對上述鈮酸鋰基片進行曝光，在顯影劑中對光刻膠進行顯影，然后將鈮酸鋰基片放置在加熱板上烘烤，溫度為120°C，時間lOmin，固化光刻膠，在鈮酸鋰基片表面的光刻膠形成條形結構的波導掩膜；
[0022]3)在上述在步驟2)得到的鈮酸鋰基片表面制備一層厚度為40-80nm的鈦膜，然后將鈮酸鋰基片放入濃度大于99.5%的丙酮溶液中lmin，在鈮酸鋰基片上形成波導結構的鈦條；
[0023]4)將上述鈮酸鋰基片放入高溫擴散爐中進行第一次鈦擴散，擴散溫度為980-1150°C，擴散時間為4-8h，在鈮酸鋰基片中形成單模條形波導結構；
[0024]( 二)通過光刻技術在鈮酸鋰基片上形成周期性光柵結構的鈦條，對鈮酸鋰基片進行第二次高溫鈦擴散，在鈮酸鋰基片中形成折射率周期性變化的光柵結構，步驟如下；
[0025]I)用酒精和丙酮清洗(一)中步驟4)得到的鈮酸鋰基片，將鈮酸鋰基片放在溫度為120°C的加熱板上進行烘烤，然后對鈮酸鋰基片進行勻膠，在鈮酸鋰基片表面附著一層光刻膠，光刻膠厚度為2-3um ；
[0026]2)利用柵格周期為180-210um或350-370nm的光柵掩膜板對上述均膠后的鈮酸鋰基片進行曝光，在顯影劑中對光刻膠進行顯影，然后將鈮酸鋰基片放置在加熱板上烘烤，溫度為120°C，時間lOmin，固化光刻膠，在鈮酸鋰基片表面的光刻膠形成周期性結構的光柵掩膜；
[0027]3)在上述在步驟2)得到的鈮酸鋰基片表面制備一層厚度為60_90nm的鈦膜，然后將鈮酸鋰基片放入濃度大于99.5%的丙酮溶液中lmin，在鈮酸鋰基片上形成波導結構的鈦條；
[0028]4)將上述鈮酸鋰基片放入高溫擴散爐中進行第二次鈦擴散，擴散溫度為980-1150°C，擴散時間為6-9h，在鈮酸鋰基片中形成折射率周期性變化的光柵結構。
[0029]所述在鈮酸鋰基片中形成的光柵結構的周期由光柵掩膜板的柵格周期決定，當使用的光柵掩膜板的柵格周期為長周期時，在鈮酸鋰基片中形成的光柵結構的周期為長周期；當使用的光柵掩膜板的柵格周期為短周期時，在鈮酸鋰基片中形成的光柵結構的周期為短周期。
[0030]所述在鈮酸鋰基片中形成光柵結構的方法，在鈮酸鋰基片中形成光柵結構時，最大折射率變化量及折射率分布由鈦膜厚度、擴散時間和擴散溫度決定，當鈦膜厚度為40-80nm、擴散時間為4_8h、擴散溫度為980-1150 °C時，其最大折射率變化量為0.0075-0.0012，折射率分布近似服從高斯分布。
[0031]本發明的工作原理:
[0032]由于在鈮酸鋰晶體中摻雜鈦金屬時，鈮酸鋰晶體的折射率會變大，則可以利用二次鈦擴散的方法來制備鈮酸鋰波導光柵。可以首先通過光刻技術在鈮酸鋰基片上形成周期性光柵結構的鈦條，對鈮酸鋰基片進行第一次高溫鈦