CN103744196A - 一种在线可调的集成光功率分配器与制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集成光学领域，涉及一种在线可调的集成光功率分配器与制备方法，包括：选择衬底材料，并在衬底材料上沉积下包层和芯层；采用刻蚀技术将设计的芯层图形刻蚀到芯层，刻蚀后芯层包括输入波导区、过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区；沉积上包层将芯层覆盖，并在耦合波导区的上包层制作加热电阻；在加热电阻上沉积SiO2薄膜，采用刻蚀技术将设计的电极图形刻蚀到SiO2薄膜形成加热电阻的电极，完成晶圆的制备；对完成的晶圆切割成单个芯片。通过在耦合波导区上包层设立加热电阻，波导芯层材料受热光系数的影响，发生折射率的改变，从而实现光功率的不均匀分配。
Description
技术领域
本发明属于集成光学技术领域，尤其涉及一种在线可调的集成光功率分配器与制备方法。
背景技术
在光纤网络布设中，由于通信终端（Optical Network Unit,ONU）距离主干网络结点距离不同，导致不同链路上光信号的损耗不同，因此不能保证各个通信终端（Optical Network Unit,ONU）接收相同的光功率。
但由于集成光波导一次成型工艺的限制，现有的集成光功率分配器都是均匀分配，难以让集成光功分配器实现光功率分配可调的功能，这制约了架设光网络结构中按照不同链路损耗，灵活分配光功率的实现，很大程度上造成了浪费。
发明内容
本发明实施例提供一种在线可调的集成光功率分配器与制备方法，旨在解决现有技术中的集成光功率分配器都是均匀分配不可调的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种在线可调的集成光功率分配器的制备方法，所述方法包括：
A.选择衬底材料，并在所述衬底材料上沉积下包层和芯层；
B.采用刻蚀技术将设计的芯层图形刻蚀到所述芯层，其中，刻蚀后芯层包括输入波导区、过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区；
C.沉积上包层将芯层覆盖，并在所述耦合波导区的上包层制作加热电阻；
D.在所述加热电阻上沉积SiO2薄膜，采用刻蚀技术将设计的电极图形刻蚀到SiO2薄膜形成加热电阻的电极，完成晶圆的制备；
E.对完成的晶圆切割成单个芯片。
本发明实施例还提供一种在线可调的集成光功率分配器，所述分配器包括输入波导区，过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区，所述输入波导区，过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区依次连接，所述耦合波导区的上包层上设置有加热电阻，所述加热电阻上设置有SiO2薄膜保护层；
其中，衬底、下包层、芯层以及上包层作为光波导。
本发明的集成光功率分配器制备方法通过在衬底材料上沉积下包层和芯层，采用刻蚀技术将设计的芯层图形刻蚀到芯层，其中，所述芯层包括输入波导区、过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区，沉积上包层将芯层覆盖，并在耦合波导区的上包层制作加热电阻，在加热电阻上沉积SiO2薄膜，采用刻蚀技术将设计的电极图形刻蚀到SiO2薄膜形成加热电阻的电极，在耦合波导区，通过在上包层设立加热电阻，在施加电压或者电流的时，通过芯层的加热，电阻工作，并且加热电阻的效率随施加的电压或者电流成比例增加，波导芯层材料受热光系数的影响，发生折射率的改变，从而实现光功率的不均匀分配，并且改变量随电压或者电流的增加而增大。
附图说明
图1表示本发明实施例提供的一种在线可调的集成光功率分配器的制备方法流程图。
图2表示本发明实施例提供的一种在线可调的集成光功率分配器的制备方法流程图。
图3表示本发明实施例提供的一种在线可调的集成光功率分配器结构图。
图4（a）、4（b）、4（c）、4（d）表示本发明实施例提供的一种在线可调的集成光功率分配器的测试效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的一种在线可调的集成光功率分配器的制备方法流程图，详述如下：
在步骤S101中，选择衬底材料，并在衬底材料上沉积下包层和芯层；
在本发明实施例中，集成光功率分配器包括了衬底材料、下包层、芯层以及上包层，在制备集成光功率分配器时，首选选择晶圆的衬底材料，一般采用硅基晶圆或者铌酸锂，也可以采用其他衬底材料，然后在衬底材料上沉积下包层和芯层。
在步骤S102中，采用刻蚀技术将设计的芯层图形刻蚀到芯层，其中，刻蚀后芯层包括输入波导区、过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区；
在本发明实施例中，采用刻蚀技术将设计好的芯层图形刻蚀到沉积的芯层上，通过刻蚀将芯层刻蚀出输入波导区，过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区。
在步骤S103中，沉积上包层将芯层覆盖，并在所述耦合波导区的上包层制作加热电阻；
在本发明实施例中，沉积好芯层后，在芯层上再沉积上包层，将芯层覆盖，并在耦合波导区的上包层制作加热电阻，通过芯层的加热，可以使得加热区的材料光系数发生改变，使得折射率改变，从而实现光功率的不均匀分配，达到在线实时可调。
在步骤S104中，在加热电阻上沉积SiO2薄膜，采用刻蚀技术将设计的电极图形刻蚀到SiO2薄膜形成加热电阻的电极，完成晶圆的制备。
在本发明实施例中，在加热电阻上沉积SiO2薄膜，采用刻蚀技术将设计的电极图形刻蚀到SiO2薄膜形成加热电阻的电极，在施加电压或者电流的时，通过芯层的加热，电阻工作，并且加热电阻的效率随施加的电压或者电流成比例增加，波导芯层材料受热光系数的影响，发生折射率的改变，从而实现光功率的不均匀分配，并且改变量随电压或者电流的增加而增大。
在步骤S105中，对完成的晶圆切割成单个芯片。
图2示出了本发明实施例提供的一种在线可调的集成光功率分配器的制备方法流程图，详述如下：
在步骤S201中，选择衬底材料，对衬底材料进行表面抛光；
在步骤S202中，在衬底材料上沉积下包层并退火，沉积厚度为12μm以上；
在本发明实施例中，在衬底材料上沉积下包层，采用化学气相沉积法沉积，其厚度为12μm以上，然后对其退火，消除应力。
在步骤S203中，在下包层上沉积芯层并退火，沉积厚度大于3μm；
在本发明实施例中，沉积芯层，采用化学气相沉积法沉积，其厚度大于3μm，然后对其退火，消除应力。
在步骤S204中，通过蒸发或测控溅射的方法沉积刻蚀芯层的掩膜Cr层，对Cr层进行光刻显影，将设计的芯层图形转移到Cr层，沉积厚度为150nm以上；
在本发明实施例中，沉积刻蚀芯层的掩膜Cr层，采用蒸发或者磁控溅射的方式，厚度为150nm以上，通过采用掩膜Cr层的形式，抗打击能力更强。
在步骤S205中，采用刻蚀技术去除Cr掩膜层，保留芯层，其中，刻蚀后芯层包括输入波导区、过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区；
在本发明实施例中，对CR层进行光刻和显影，完好的把设计图形转移到 CR层上去；用CR作为刻蚀掩膜，通过刻蚀的方法把CR的图形转移到芯层上面，采用刻蚀的工艺，去除CR掩膜层，只保留芯层，刻蚀后，芯层包括了输入波导区、过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区。
在步骤S206中，在所述芯层上沉积上包层，沉积厚度为12μm以上；并采用蒸发或测控溅射的方法在所述耦合波导区的上包层上制作加热电阻材料。
在本发明实施例中，在芯层上采用化学气相沉积法或火焰水解法沉积上包层，将芯层覆盖，沉积厚度为12μm以上，并且在耦合波导区的上包层上制作加热电阻材料。
在步骤S207中，对加热电阻材料进行光刻显影，将设计的电阻图形转移到加热电阻材料上去并刻蚀形成加热电阻；
在本发明实施例中，通过对加热电阻材料进行光刻显影，将设计好的电阻图形转移到电阻材料上去，再对电阻材料进行刻蚀形成加热电阻。
在步骤S208中，在加热电阻上沉积SiO2薄膜，对SiO2薄膜进行光刻显影，将设计的电极图形转移到SiO2薄膜；
在本发明实施例中，在加热电阻上沉积SiO2薄膜，形成一层保护膜，对加热电阻进行保护，通过对SiO2薄膜进行光刻显影将设计好的电极图形转移到SiO2薄膜上，其中，SiO2薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法沉积。
在步骤S209中，采用刻蚀技术对SiO2薄膜进刻蚀，形成加热电阻的电极，完成晶圆的制备；
在步骤S210中，对完成的晶圆切割成单个芯片。
在步骤S211中，对单个芯片的输入端和输出端进行斜8度角抛光；
在步骤S212中，对输入端和输出端进行光纤耦合；
在步骤S213中，将封装好的产品固定在底座上，添加电路使加热电阻工作。
图3示出了本发明实施例提供的一种在线可调的集成光功率分配器结构图，详述如下：
图4(a)-(d)示出了在线可调的集成光功率分配器的测试效果，一种在线可调的集成光功率分配器，分配器包括输入波导区1，过渡波导区2、耦合波导区3以及输出波导区4，输入波导区1，过渡波导区2、耦合波导区3以及输出波导区4依次连接，耦合波导区3的上包层上设置有加热电阻，加热电阻上设置有SiO2薄膜保护层；其中，衬底、下包层、芯层以及上包层作为光波导。
在本发明实施例中，利用在耦合区域加热电阻的热量，导致该区域的折射率发生改变，从而导致光功率在分支点的功率不均匀分配，并且这种不均匀分配的量，随加热电阻产生的热量增加而增加。
输出波导区的输出端的输出光信号数量小于或等于8路光波导输出，且每两路光波导输出的波导间距为250μm，输出波导区的输出端的输出光信号数量大于8路光波导输出，且每两路光波导输出的波导间距为127μm。
在本发明实施例中，通过上述方式，可以将输出光信号数量一分为二，再分4，再分8等。
其中，分配器的下包层的厚度大于12μm，芯层的厚度大于3μm，上包层的厚度大于12μm。
本发明的集成光功率分配器制备方法通过在衬底材料上沉积下包层和芯层，采用刻蚀技术将设计的芯层图形刻蚀到芯层，其中，所述芯层包括输入波导区1、过渡波导区2、耦合波导区3以及输出波导区4，沉积上包层将芯层覆盖，并在耦合波导区3的上包层制作加热电阻，在加热电阻上沉积SiO2薄膜，采用刻蚀技术将设计的电极图形刻蚀到SiO2薄膜形成加热电阻的电极，在耦合波导区，通过在上包层设立加热电阻，在施加电压或者电流的时，通过芯层的 加热，电阻工作，并且加热电阻的效率随施加的电压或者电流成比例增加，波导芯层材料受热光系数的影响，发生折射率的改变，从而实现光功率的不均匀分配，并且改变量随电压或者电流的增加而增大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种在线可调的集成光功率分配器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
A.选择衬底材料，并在所述衬底材料上沉积下包层和芯层；
B.采用刻蚀技术将设计的芯层图形刻蚀到所述芯层，其中，刻蚀后芯层包括输入波导区、过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区；
C.沉积上包层将芯层覆盖，并在所述耦合波导区的上包层制作加热电阻；
D.在所述加热电阻上沉积SiO2薄膜，采用刻蚀技术将设计的电极图形刻蚀到SiO2薄膜形成加热电阻的电极，完成晶圆的制备；
E.对完成的晶圆切割成单个芯片。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
选择衬底材料，对所述衬底材料进行表面抛光；
在所述衬底材料上沉积下包层并退火，所述沉积厚度为12μm以上；
在所述下包层上沉积芯层并退火，所述沉积厚度为3μm以上。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：
通过蒸发或测控溅射的方法沉积刻蚀所述芯层的掩膜Cr层，对所述Cr层进行光刻显影，将设计的芯层图形转移到Cr层，所述沉积厚度为150nm以上；
采用刻蚀技术去除Cr掩膜层，保留芯层，其中，刻蚀后芯层包括输入波导区、过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
在所述芯层上沉积上包层，沉积厚度为12μm以上，并采用蒸发或测控溅射的方法在所述耦合波导区的上包层上制作加热电阻材料；
对所述加热电阻材料进行光刻显影，将设计的电阻图形转移到加热电阻材料上去并刻蚀形成加热电阻。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：
在所述加热电阻上沉积SiO2薄膜，对所述SiO2薄膜进行光刻显影，将设计的电极图形转移到SiO2薄膜；
采用刻蚀技术对SiO2薄膜进刻蚀，形成加热电阻的电极；
完成晶圆的制备。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤E之后还包括：
对所述单个芯片的输入端和输出端进行斜8度角抛光；
对所述输入端和输出端进行光纤耦合；
将封装好的集成光功率分配器固定在底座上，添加电路使所述加热电阻工作。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述下包层以及芯层采用化学气相沉积法沉积，所述上包层采用化学气相沉积法或火焰水解法沉积，所述SiO2薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法沉积。
8.一种应用权利要求1所述制备方法制备的集成光功率分配器，其特征在于，所述分配器包括输入波导区，过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区，所述输入波导区，过渡波导区、耦合波导区以及输出波导区依次连接，所述耦合波导区的上包层上设置有加热电阻，所述加热电阻上设置有SiO2薄膜保护层；
其中，衬底、下包层、芯层以及上包层作为光波导。
9.如权利要求8所述的集成光功率分配器，其特征在于，所述输出波导区的输出端的输出光信号数量小于或等于8路光波导输出，且每两路光波导输出的波导间距为250μm，所述输出波导区的输出端的输出光信号数量大于8路光波导输出，且每两路光波导输出的波导间距为127μm。
10.如权利要求8所述的集成光功率分配器，其特征在于，所述下包层的厚度大于12μm，所述芯层的厚度大于3μm，所述上包层的厚度大于12μm。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN104880768A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-09-02 | 电子科技大学 | 一种可调谐光功率分配器 |
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2013
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| CN104880768A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-09-02 | 电子科技大学 | 一种可调谐光功率分配器 |
| CN104880768B (zh) * | 2015-05-20 | 2017-12-01 | 电子科技大学 | 一种可调谐光功率分配器 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140423 |