一種蛇形波導及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種波導及其制作方法。
【背景技術】
[0002]硫系基質彎曲波導是由脊型、條形波導和蛇形波導組成的結構新型波導，它與傳統的脊型或是條形波導而言，有很多優點，其中較顯著的優點是此種結構的波導不但可以進行直線傳輸、彎曲傳輸、節省空間、并且制作簡單。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種可以既直線傳輸、又可以彎曲傳輸，節省傳輸空間且制備簡單方便的彎曲平板波導。
[0004]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種蛇形波導，包括并列彎曲呈波浪形的至少一組波導，其特征在于:該至少一組波導包括均勻間隔設置的至少兩條波導，并且每條波導包括襯底材料層和位于襯底材料層上方的薄膜層，所述至少一組波導彎曲所成的半徑范圍為300 μ m-3mm，并且至少兩條波導之間的間隔為30 μπι。
[0005]優選地，所述波導為至少兩組時，每組之間的間隔為300 μm，并且每組波導的寬度沿一個方向逐漸縮小。
[0006]優選地，所述波導為6組，每組波導包括5條，第一組波導每條的寬度為18 μ m-20 μ m，第二組波導每條的寬度為14 μ m-16 μ m，第三組波導每條的寬度為10 μm-12 μm，第四組波導每條的寬度為5 μm_8 μm，第五組波導每條的寬度為2 μπι-4 μπι，第六組波導每條的寬度為I μπι-2 μπι。
[0007]優選地，所述薄膜層的厚度為800nm-1500nm。
[0008]優選地，所述薄膜層為硫系玻璃。
[0009]優選地，所述薄膜層材料為Ge2tlSb15Se65,所述襯底材料層材料為Si02。
[0010]上述蛇形波導的制作方法，其特征在于:包括如下步驟，在基底材料上設置襯底材料層，在襯底材料層上利用磁控濺射涂覆薄膜層，在薄膜層上涂覆光刻膠，然后曝光、顯影，得到所制備的波導的形貌，利用電感耦合等離子體進行蝕刻，完成波導的制備。
[0011]優選地，所述薄膜層的厚度受腔內壓強、起輝氣壓、濺射氣壓、濺射功率、濺射時間、氣體流量等因素的影響，其中采用的腔內壓強為1.0' 10_4Pa-2.0' 10_4Pa，起輝氣壓為3Pa，濺射氣壓為0.2Pa-0.4Pa，濺射功率為25W-30W，濺射時間為I小時30分-3小時，氣體Ar的流量采用的是40sccm-50sccm。
[0012]優選地，所述光刻膠涂覆的過程中選擇的勻膠機的工作參數分別為慢轉轉速為1500rpm-2000rpm，慢轉時間為 3s_5s，快轉轉速為 5000rpm-6000rpm，快轉時間為 25s_30s，所述曝光為利用接觸式系統進行曝光，曝光時間為10s，所述顯影為在氫氧化鈉堿性顯影液中顯影，顯影時間為45s_lmin。
[0013]優選地，所述電感耦合等離子體刻蝕所制備的波導的厚度受刻蝕功率、刻蝕氣體流量、保護氣體流量、刻蝕時間、清洗剩余光刻膠選擇的溶液種類以及清洗時間的影響，其中采用的刻蝕功率為上功率< 100W，下功率< 100W，刻蝕氣體四氟化碳的流量為15sccm-25sccm，保護氣體氧氣的流量為20sccm-40sccm，刻蝕時間為3_9分鐘，蝕刻后清洗剩余光刻膠選擇的試劑是丙酮，清洗時間是1-5分鐘。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點在于該蛇形波導，不但結構新穎，可以進行彎曲傳輸，減少空間，并且制作方便。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例的蛇形波導的示意圖(每組波導均簡化成一條)。
[0016]圖2為本發明實施例的蛇形波導的其中一組波導的示意圖。
[0017]圖3為本發明實施例的蛇形波導的制作示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0019]本發明實施例的波導結構包括薄膜層和襯底材料層，薄膜層是通過磁控濺射的方式鍍在襯底材料層上的，利用光刻和刻蝕的工藝，可以得到此新穎結構的波導。
[0020]本發明實施例中共有六組彎曲波導，每組彎曲波導包括有五條波導，因此同時制備的對稱波導數目是30條，該六組彎曲的波導同向間隔延伸并且整體彎曲呈波浪形，即如蛇行徑時所形成的形狀，因此，也稱作蛇形波導，如圖1所示，該多條波導所彎曲成的半徑范圍為300 μ m-3mm,光在此波導中傳輸時，不但可以進行直線傳輸，而且可以曲線傳輸。
[0021]本發明實施例的蛇形波導，為一種硫系基質彎曲平面波導，包括薄膜層和襯底材料層，所述的薄膜層是通過磁控濺射的方式涂覆在所述的襯底材料層上的，通過光刻、刻蝕之后，所述的蛇形波導的厚度為800nm-1500nm。
[0022]所述的六組波導中，每組波導的總寬度逐漸減小，每組波導中的每條波導的寬度相同，如圖2所示，即第一組波導的寬度a6大于所述的第二組波導寬度a5，大于第三組波導的寬度a4，大于第四組波導的寬度a3，大于第五組波導的寬度a2，大于第六組波導的寬度
al ο
[0023]第二組波導的寬度a5，大于第三組波導的寬度a4，大于第四組波導的寬度a3，大于第五組波導的寬度a2，大于第六組波導的寬度al。依次類推，即該六組波導，沿一個方向，每組波導的寬度逐漸縮小。
[0024]該蛇形波導在制作過程中，薄膜層厚度為800nm-1500nm，薄膜層由Ge2tlSb15Se6^璃材料制成，所述的襯底材料層由S12材料制成。襯底材料層下方還設有基底材料，基底材料為Si。
[0025]與現有技術相比，本發明實施例的波導的優點在于不但可以進行直線傳輸，還可以進行彎曲傳輸，并且可以同時制備30條寬度不完全相同波導。優選地，6組波導中，第一組波導每條的寬度為18 μ m-20 μ m，第二組波導每條的寬度為14 μ m_16 μ m，第三組波導每條的寬度為10 μ m-12 μ m，第四組波導每條的寬度為5 μ m_8 μ m，第五組波導每條的寬度為2 μ m-4 μ m，第六組波導每條的寬度為I μ m_2 μ m，每組波導的每條之間的間隔距離b為30 μ m，如圖3所示，每組波導之間的間距300 μπι。這樣可以提高傳輸效率。
[0026]硫系玻璃是氧元素除外的第VI主族元素(S，Se，Te)同電負性較弱的As、Sb、Ge等形成的非晶化合物，例如As2S3、Ge-As-Se、Ge-Sb-Te和Ge-Sb-Se等。硫系玻璃具有較寬的中紅外透過光譜，透過波長為0.8 μ m-20 μ m，較高的材料折射率，折射率η = 2_3，較高的非線性折射率系數，η2 (η2= 2-20' 10 _18m2/W)是石英材料的100-1000倍，較小的雙光子吸收系數a2= O-Ol-1r 10_12m/W，超快的非線性響應，響應時間小于200fs，其中光克爾效應小于50fs，拉曼散射小于lOOfs，以及硫系元素可與其他元素形成化學計量或是非化學計量組成的玻璃，使其性能具有隨組分連續可調的優勢。以硫系玻璃為基質制備新型的波導結構已經引起了國外許多著名的光電子研宄機構的極大的研宄興趣，而薄膜層由Ge2tlSb15Se65玻璃材料制成，不僅具有I μηι-16μηι的較寬的工作波長范圍，且透過率高并具有無毒環保的特性。
[0027]以下，為該蛇形波導的制作方法，實施例一:如圖2所示，為本發明的實施例的硫系基質彎曲波導的制作過程，在基底材料Si上設置襯底材料層，該蛇形波導包括薄膜層和襯底材料層，薄膜層是通過磁控濺射的方式粘附在襯底材料層上。優選地，薄膜厚度受腔內壓強、起輝氣壓、濺射氣壓、濺射功率、濺射時間、氣體流量等因素的影響，本實施例中采用的腔內壓強為1.0' 10-4Pa-2.0' l(T4Pa，起輝氣壓為3Pa，濺射氣壓為0.2Pa_0.4Pa。濺射功率為25W-30W，濺射時間為I小時30分鐘-2小時，氣體Ar的流量采用的是40sccm_50sccm。所得膜厚為 800nm ?lOOOnm。
[0028]薄膜層為Ge2tlSb15Se65玻璃材料，折射率為2.6?2.8，在薄膜層上涂覆光刻膠，優選的，該光刻膠可為AZ5214，涂覆光刻膠時選擇的勻膠機的工作參數分別為慢轉轉速為1500rpm-2000rpm，慢轉時間為 3s_5s，快轉轉速為 5000rpm-6000rpm，快轉時間為 25s_30s。此時測得光刻膠的厚度為I ym-l.3 μ m，然后在光刻膠上覆蓋掩膜，利用接觸式曝光系統進行曝光，曝光時間為10s，通過在氫氧化鈉堿性顯影液中顯影45s-lmin，此時可以清楚的觀察到所制備的波導的形貌。利