CN101776782B - 一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 - Google Patents
一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101776782B CN101776782B CN201010100228XA CN201010100228A CN101776782B CN 101776782 B CN101776782 B CN 101776782B CN 201010100228X A CN201010100228X A CN 201010100228XA CN 201010100228 A CN201010100228 A CN 201010100228A CN 101776782 B CN101776782 B CN 101776782B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- doped region
- glass
- emitting function
- bar shaped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 46
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N caesium(1+) Chemical compound [Cs+] NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 thallium ion Chemical class 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片。在玻璃基片表面的局部区域具有铜离子扩散区;用离子交换法在玻璃基片中形成条形掺杂区,在条形掺杂区与铜离子扩散区重叠区中形成具有发光功能的条形掺杂区;条形掺杂区的折射率高于玻璃基片的折射率,具有发光功能的条形掺杂区的折射率高于铜离子扩散区的折射率,条形掺杂区的其余部分和具有发光功能的条形掺杂区以端面耦合的方式共同形成条形光波导的芯部。本发明在光波导芯片上的所需区域实现光波导的发光功能,实现玻璃基片上发光功能的集成,并且具有制作工艺简单,耦合效率高等显著特点,为实现玻璃基集成光学芯片的发光功能的集成提供了新的结构,使玻璃基集成光学芯片的设计更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及集成光器件,尤其是涉及一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片。
背景技术
集成光路是指在同一块衬底的表面上,用折射率略高的材料制作光波导,并以此为基础再制作光源、光栅等各种光学器件。通过这种集成化,可以实现光学***的小型化、轻量化、稳定化和高性能化的目的。随着现代光纤通信技术和光纤传感技术的发展,集成光器件越来越受到人们的重视。
用于集成光器件制作的材料主要有Si、二氧化硅、砷化镓磷化铟等III-V族半导体材料,聚合物、玻璃等。基于离子交换技术的玻璃光波导器件具有成本低、工艺简单、传输损耗低、PDL(偏振相关性)小、制作容差性大、可批量生产等显著特点。
玻璃基光波导器件一般采用离子交换法制作。离子交换过程中,玻璃基片中的一价阳离子(通常是钠离子)与来自熔盐或者金属膜的掺杂离子(譬如银离子,钾离子,铜离子,铯离子,铊离子)进行离子交换,掺杂离子在玻璃基片上形成离子交换区,该离子交换区具有较高的折射率,形成波导的芯部。
近年来,采用铜离子交换制作的光波导器件的制作引起研究者们越来越多的关注。铜离子交换形成的光波导具有非线性光学和蓝绿发光特性,因而铜离子交换平面波导在非线性光波导器件的制作,以及蓝绿波段激光器与放大器方面具有诱人的应用前景。
通常铜离子交换光波导芯片的结构如图1所示。在玻璃基片上1具有通过离子交换工艺制作的条形铜离子扩散区2’。条形铜离子扩散区2’具有比玻璃基片1更高的折射率,作为光波导的芯层。这种结构光波导的整体具有铜离子的发光特性,但这种光波导只能在整个条形铜离子扩散区2’中实现发光功能,难以实现在玻璃基片1选定的区域实现发光功能,在光波导芯片设计过程中灵活性不强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
本发明在玻璃基片表面的局部区域具有铜离子扩散区;用离子交换法在玻璃基片中形成条形掺杂区,在条形掺杂区与铜离子扩散区重叠区中形成具有发光功能的条形掺杂区;条形掺杂区的折射率高于玻璃基片的折射率,具有发光功能的条形掺杂区的折射率高于铜离子扩散区的折射率,条形掺杂区的其余部分和具有发光功能的条形掺杂区以端面耦合的方式共同形成条形光波导的芯部。
本发明具有的有益效果是:
本发明可以在光波导芯片上的所需区域实现光波导的发光功能,实现玻璃基片上发光功能的集成,并且具有制作工艺简单,耦合效率高等显著特点,为实现玻璃基集成光学芯片的发光功能的集成提供了新的结构,使玻璃基集成光学芯片的设计更加灵活。
附图说明
图1是常用的铜离子交换光波导芯片结构示意图。
图2是本发明所涉及铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片结构示意图。
图3是本发明所涉及铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片制作过程示意图。
图中:1、玻璃基片,2’、条形铜离子扩散区,2、铜离子扩散区,3、条形掺杂区,4、具有发光功能的条形掺杂区,5、Cr-Au膜,6、Al膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示,本发明在玻璃基片1表面的局部区域具有铜离子扩散区;用离子交换法在玻璃基片1中形成条形掺杂区3,在条形掺杂区3与铜离子扩散区2重叠区中形成具有发光功能的条形掺杂区4;条形掺杂区3的折射率高于玻璃基片1的折射率,具有发光功能的条形掺杂区4的折射率高于铜离子扩散区2的折射率,条形掺杂区3的其余部分和具有发光功能的条形掺杂区4以端面耦合的方式共同形成条形光波导的芯部。
本发明所涉及的集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片通过如下步骤实施(英文字母序号对应于图3中各图的序号):
A..准备玻璃基片1,准备双面抛光的硅酸盐玻璃基片。
B.制作掩膜,采用热蒸发的方法在玻璃基片制作Cr-Au膜5;而后光刻在Cr-Au膜5上获得Cu离子扩散所用的窗口。
C.铜离子掺杂,采用离子交换法,将带有掩膜的玻璃片放入CuSO4和Na2SO4(CuSO4和Na2SO4的摩尔比1∶1)的高温(540~580℃)混合熔盐中进行离子交换,交换时间10~30分钟。高温下熔盐中的铜离子扩散进入玻璃,在玻璃基片局部形成铜离子扩散区,铜离子扩散区具有发光功能。
D.采用化学腐蚀的方法去除掩膜,去除Cr-Au膜5。
E.采用热蒸发的方法在玻璃基片制作Al膜6;而后光刻在Al膜6上获得Ag离子功能化所用的窗口。
F.离子交换,采用离子交换法,将带有掩膜的玻璃片放入NaNO3和AgNO3的高温(280~400℃)混合熔盐中进行离子交换,NaNO3和AgNO3的摩尔比在1∶0.1~1∶0.001之间,交换时间50~120分钟。离子交换在玻璃基片1中形成的条形掺杂区3,同时在铜离子扩散区2中形成具有发光功能的条形掺杂区4;条形掺杂区3的折射率高于玻璃基片1的折射率,具有发光功能的条形掺杂区(4)的折射率高于铜离子扩散区2的折射率,条形掺杂区3和具有发光功能的条形掺杂区4作为条形光波导的芯部。
G.采用化学腐蚀的方法去除Al膜6。
Claims (1)
1.一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片,在玻璃基片(1)表面的局部区域具有铜离子扩散区;其特征在于:用离子交换法在玻璃基片(1)中形成条形掺杂区(3),在条形掺杂区(3)与铜离子扩散区(2)重叠区中形成具有发光功能的条形掺杂区(4);条形掺杂区(3)的折射率高于玻璃基片(1)的折射率,具有发光功能的条形掺杂区(4)的折射率高于铜离子扩散区(2)的折射率,条形掺杂区(3)的其余部分和具有发光功能的条形掺杂区(4)以端面耦合的方式共同形成条形光波导的芯部。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010100228XA CN101776782B (zh) | 2010-01-25 | 2010-01-25 | 一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010100228XA CN101776782B (zh) | 2010-01-25 | 2010-01-25 | 一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101776782A CN101776782A (zh) | 2010-07-14 |
CN101776782B true CN101776782B (zh) | 2011-05-18 |
Family
ID=42513285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201010100228XA Expired - Fee Related CN101776782B (zh) | 2010-01-25 | 2010-01-25 | 一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101776782B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102109638A (zh) * | 2011-03-14 | 2011-06-29 | 浙江大学 | 一种玻璃热极化层中的条形光波导 |
CN103400759B (zh) * | 2013-08-06 | 2016-04-20 | 东南大学 | 磷化铟基平面光波光路波导芯片的研磨方法及夹具 |
CN105158848A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-12-16 | 中国科学院微电子研究所 | 一种玻璃基底的多模波导阵列耦合结构及其制作方法 |
CN107643560A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-01-30 | 河南工业大学 | 一种磁光玻璃基离子交换制备磁光平面波导的方法 |
CN114014558A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-02-08 | 天津光电通信技术有限公司 | 一种bk7玻璃复合波导 |
-
2010
- 2010-01-25 CN CN201010100228XA patent/CN101776782B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101776782A (zh) | 2010-07-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101776782B (zh) | 一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 | |
CN101882752B (zh) | 一种表面等离子体纳米激光器 | |
CN102645701A (zh) | 采用离子交换法在玻璃基片表面制作光波导的方法 | |
CN104656187B (zh) | 一种集成磁光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 | |
JP2006309222A (ja) | 量子ドット導波層を含む光導波路および製造方法 | |
CN102515507B (zh) | 金属芯微结构光纤及其制备方法 | |
WO2016180061A1 (zh) | 光波导制造方法、光波导和计算机存储介质 | |
CN1844963A (zh) | 单侧熔盐电场辅助离子交换制备掩埋式玻璃光波导的方法 | |
CN100570419C (zh) | 一种含Cu离子的光波导 | |
CN102148476A (zh) | 深度亚波长表面等离子体激元微腔激光器 | |
CN102645700A (zh) | 玻璃基掩埋光波导的制作方法 | |
US11307352B2 (en) | Optical waveguide article with laminate structure and method for forming the same | |
CN110147023A (zh) | 一种基于石墨烯和硅基纳米线的拉曼放大器及其制备方法 | |
CN102193146B (zh) | 一种玻璃基全掩埋式条形光波导堆栈的制作方法 | |
Li et al. | Potassium and silver ion‐exchanged dual‐core glass waveguides with gratings | |
CN1844964A (zh) | 一种离子掩膜制作玻璃光波导的方法 | |
CN110989080A (zh) | 一种基于反向耦合原理的光栅辅助型起偏器 | |
CN111221068A (zh) | 一种基于亚波长光栅结构的起偏器 | |
CN101021594A (zh) | 一种玻璃-玻璃复合光波导 | |
CN103809238A (zh) | 亚波长y分支波导及制备方法 | |
CN102633434B (zh) | 一种集成光学用玻璃基片材料及其制备方法 | |
CN111487718A (zh) | 一种离子交换玻璃基掩埋型分段式模斑转换器 | |
JP2007194390A5 (zh) | ||
CN203690325U (zh) | 基于标准cmos工艺的新型光互连结构 | |
CN212846019U (zh) | 一种离子交换玻璃基表面型分段式模斑转换器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110518 Termination date: 20120125 |