一種在鈮酸鋰晶體上同時制備波導及光柵的方法
【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同時制備波導及光柵的方法。
【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。目前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，本發明提出了一種新的制備波導光柵的方法，即利用制備鈮酸鋰波導的方法在鈮酸鋰基片上實現波導及光柵一體化制備。而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，這為在鈮酸鋰基片上同時制備波導及光柵提供了很好的工藝基礎，使得實驗易于操作，可一次性制備波導光柵，光柵結構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技術分析，提供一種在鈮酸鋰基片上同時制備波導及光柵的方法，該方法只需進行一次鈦擴散或質子交換，即可在鈮酸鋰基片上形成波導光柵結構；制備方法簡單、實驗易于操作，可根據需要進行不同光柵結構和周期的設計，且光柵制作成本較低，有利于推廣應用。
[0005]本發明的技術方案:
[0006]一種在鈮酸鋰基片上同時制備波導及光柵的方法，步驟如下:
[0007]I)依次用濃度不小于99.7v%的酒精和丙酮清洗鈮酸鋰基片后，將鈮酸鋰基片放在溫度為120-180°C的加熱板上烘烤2-5min，然后對銀酸鋰基片進行勻膠，在銀酸鋰基片表面附著一層光刻膠，光刻膠的厚度為100-300nm ;
[0008]2)利用電子束蝕刻系統(EBL)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溫度為110°C的加熱板上烘烤2-4min，固化光刻膠，在鈮酸鋰基片表面的光刻膠形成波導光柵一體化掩模，制備的掩模結構為矩形結構、正弦形結構、三角形結構或鋸齒形結構，掩膜結構集波導掩膜結構和光柵掩膜結構于一體，且波導傳輸方向和光柵傳輸方向一致，波導掩模結構與光柵掩模結構具有重疊部分或無縫相鄰；
[0009]3)以波導光柵一體化掩模為基礎，利用鈦擴散法或質子交換法在上述鈮酸鋰基片上制備波導光柵結構。
[0010]所述利用鈦擴散法在鈮酸鋰基片上制備波導光柵結構的方法，步驟如下:
[0011]I)將步驟2)得到的鈮酸鋰基片表面利用濺射法制備一層厚度為60-100nm的鈦膜，然后放入濃度不小于99.5v%的丙酮溶液中，在鈮酸鋰基片上形成波導光柵結構的鈦條;
[0012]2)將上述鈮酸鋰基片放入高溫擴散爐中進行鈦擴散，擴散溫度為980_1150°C，擴散時間為6-10h，在鈮酸鋰基片上形成布拉格波導光柵結構。
[0013]所述利用質子交換法在鈮酸鋰基片上制備波導光柵結構的方法，步驟如下:
[0014]I)選擇苯甲酸作為質子源，先將質子源和步驟2)得到的鈮酸鋰基片放入玻璃管內，封住管口后放入標準恒溫質子交換爐中，在溫度160-250°C下讓鈮酸鋰基片預熱30-60min，通過轉動玻璃管，使苯甲酸浸沒鈮酸鋰基片并進行氫離子與鋰離子的交換，交換時間為10-15min ；
[0015]2)達到交換時間后，轉動玻璃管，使鈮酸鋰基片從質子源中脫離出來，關閉交換爐電源降至室溫后，取出鈮酸鋰基片，用無水乙醇清洗鈮酸鋰基片表面以去除殘留的苯甲酸，在鈮酸鋰基片上形成波導光柵結構。
[0016]所述在鈮酸鋰基片上形成波導光柵結構與波導光柵一體化掩模結構保持一致；在鈮酸鋰基片上形成波導光柵結構為周期性的或非周期性的，波導光柵為長周期波導光柵或布拉格波導光柵；若波導光柵一體化掩模結構是周期性的，則在鈮酸鋰基片上形成的波導光柵結構是周期性的；若波導光柵一體化掩模結構是布拉格波導光柵結構，則在鈮酸鋰基片上形成布拉格波導光柵結構。
[0017]本發明的原理:
[0018]由于在鈮酸鋰晶體中進行鈦擴散(或質子交換)時，鈮酸鋰晶體的折射率會改變，則可以利用一次鈦擴散(或質子交換)的方法來制備鈮酸鋰波導光柵。首先在鈮酸鋰基片上制備一層一定厚度的光刻膠，利用EBL在鈮酸鋰基片上制備出波導光柵一體化掩模，然后以波導光柵一體化掩模為基礎，利用鈦擴散法(或質子交換法)在鈮酸鋰基片上制備波導光柵結構。
[0019]本發明的優點和有益效果:
[0020]本制備方法簡單，易于實現，制備的波導光柵精度較高，波導光柵可一次成型，實驗操作方便，光柵結構和周期可根據需要做相應的調整，并且利用該方法制備波導光柵成本低廉，有著廣闊的應用前景。
【具體實施方式】
[0021]實施例1:
[0022]一種在鈮酸鋰基片上同時制備波導及光柵的方法，步驟如下:
[0023]I)依次用濃度為99.7%的酒精和丙酮清洗鈮酸鋰基片后，將鈮酸鋰基片放在溫度為120°C的加熱板上烘烤5min，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，光刻膠的厚度為250nm ；
[0024]2)利用電子束蝕刻系統(EBL)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溫度為110°C的加熱板上烘烤2min，固化光刻膠，在鈮酸鋰基片表面的光刻膠形成波導光柵一體化掩模，制備的掩模結構為矩形結構，光柵的周期為360nm，掩膜結構集波導掩膜結構和光柵掩膜結構于一體，且波導傳輸方向和光柵傳輸方向一致，波導掩模結構與光柵掩模結構無縫相鄰；
[0025]3)以波導