CN1147745C - 微型液芯集成光波导结构及其制造方法 - Google Patents
微型液芯集成光波导结构及其制造方法Info
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Abstract
微型液芯集成光波导结构及其制造方法，包括：平面衬底、液芯光波导线，液芯光波导线包括：上层包层、下层包层、液体光波导介质和中空微通道，平面衬底上设置液芯光波导线，在下层包层和上层包层之间设有中空微通道，中空微通道内为液体光波导介质；具体的制作工艺为：在平面衬底上通过热氧化或溅射的工艺获得二氧化硅作为下层包层，通过光刻和电镀的方法得到铜微线条，在铜微线条上用化学气相沉积法或溅射工艺获得二氧化硅作为上层包层，通过化学腐蚀，将铜微线条除去，则得到中空微通道，在中空微通道内引入液体光波导介质。本发明使光束在液体波导介质中无断面地传播；对环境温度不敏感；其成本比固体光波导介质的成本低，工艺简单。
Description
技术领域：本发明涉及的是一种微型液芯集成光波导结构及其制造方法，属于光纤通信领域。
背景技术：通过光导线传输光信号，较之传统的通过电导线传输电信号来实现数据传输和信号交换，具有抗电磁干扰能力强、保密性好、体积小、质量轻、功耗低和安装简单等一系列独特的优点，因此光纤通信自1970年开始发展以来，已在邮电通信、广播电视、电子计算机数据通信、科学研究、工业、交通和国防等领域获得广泛应用。然而在网络中，数据的传输通常采用打包的开关技术，它的好处是提高资源的利用率，它的缺点是高密度阵列式光开关结构的发展跟不上。目前，随MEMS(微型机械电子***)技术的发展，已出现用于微型光开关的集成式光波导结构。US6,055,344(Apr.25,2000)描述了由波导基片、加热基片和液体填充槽构成的集成式光开关结构。其中光波导基片上有高密度的固态光波导线，且相互交叉，采用微细加工工艺在光波导线交叉处构造微槽结构，并在槽内填充与固态波导线折射率相同的液体，通过加热基片加热驱动液体的流动，实现光路的切换。该专利的思想是用固态光波导线来约束光路的传输，其优点是可以实现光路的高密度集成和约束光路的行走路径；但为了实现光路尽可能无损耗的切换，不得不在光路交叉转换处设计复杂的沟槽，引入折射率匹配的液体。这使得整体结构复杂化，增加了工艺难度，提高了器件成本。
发明内容：本发明主要包括：平面衬底、液芯光波导线，液芯光波导线主要包括：上层包层、下层包层、液体光波导介质和中空微通道，平面衬底上设置液芯光波导线，在下层包层和上层包层之间设有中空微通道，中空微通道内为液体光波导介质。具体的制作工艺为：在单晶硅平面衬底上通过热氧化或溅射的工艺获得二氧化硅作为下层包层，通过光刻和电镀的方法得到铜微线条，在铜微线条上用化学气相沉积法或溅射工艺获得二氧化硅作为上层包层，通过化学腐蚀，将铜微线条除去，则得到中空微通道，在中空微通道内引入液体光波导介质，即制成微型液芯集成光波导线。
在光路的交叉处，即液芯光波导线的交叉处，可以***微型光学器件，例如***平面反射镜形成光开关。整个液芯集成光波导结构与外接裸光纤的耦合是通过光芯与液芯光波导线的对准实现。这样，将光纤网络中的光信号引入液芯集成光波导结构中。液芯的下层包层和上层包层可用溅射法沉积，速度快，工艺简单且重复性好。为了得到中空的微管道，首先构造相应的牺牲性芯。溅射了上层包层后，再除去芯料，得到中空的微通道结构。采用图形转移技术，可以实现任一平面上走向变化和尺寸变化的微通道结构，使光路按任意要求行走，并且通过微通道尺寸的变化避免传播中光的损耗。采用液体光波导介质，其优点在于：在光路中断，被其它光学器件，例如反射镜所作用时，不存在固体/空气断面，由于毛细作用，液体光波导介质将浸润光学器件，使光束在液体波导介质中无断面地传播；当光学器件从光路中抽出，由于液体的自愈合作用，光路自行恢复，仍然不会存在液体/空气断面。采用液体光波导介质的优点还在于：当它仅用作光传导时，对环境温度不敏感；另外采用液体波导介质的成本比固体光波导介质的成本低，制造工艺简单。因此本发明具有工艺简单、成本低、光路集成密度高、损耗小的特点。
附图说明：以下结合附图对本发明进一步描述：
图1本发明结构示意图
图2本发明实施例示意图
具体实施方式：如图1所示，本发明主要包括：平面衬底1、液芯光波导线2，液芯光波导线2主要包括：上层包层3、下层包层4、液体光波导介质5和中空微通道6，平面衬底1上设置液芯光波导线2，在下层包层4和上层包层3之间设有中空微通道6，中空微通道6内为液体光波导介质5。
具体的制作工艺为：在单晶硅平面衬底1上通过热氧化或溅射工艺获得二氧化硅作为下层包层4，通过光刻和电镀的方法得到铜微线条，在铜微线条上用化学气相沉积法或溅射获得二氧化硅作为上层包层3，通过化学腐蚀，将铜微线条除去，则得到中空微通道6，在该中空微通道6内引入液体光波导介质5，即制成微型液芯集成光波导线。
如图2所示，用该液芯集成光波导技术制造的2×2微光开关结构特例示意图。当平面反射镜7如图所示***光路中时，就实现了光路的切换，在液芯波导线2交叉断开的区域9，仍然填充有液体光波导介质5，因此，光束8从液芯光波导线2传出时并不存在断面，因此不存在损耗。当平面反射镜7被驱动离开光路时，液体光波导介质5自动愈合，光束8在区域9内沿原方向前进，液芯传导依然保持连续性。但是由于没有上层包层3的约束，光束8在区域9传输时会出现一定的发散，这可以通过改变液芯光波导线2的输入端10和输出端11的尺寸实现。对于任一光波导线，在光的输入端的尺寸总是大于在光的输出端的尺寸，这样能将光的损耗降至最低。基于这种2×2微光开关结构，将其扩展，可以容易地实现8×8以上的大型光开关阵列。
Claims (2)
1、一种微型液芯集成光波导结构，包括：平面衬底(1)、液体光波导介质(5)，其特征在于，还包括：液芯光波导线(2)，液芯光波导线(2)包括：上层包层(3)、下层包层(4)、液体光波导介质(5)和中空微通道(6)，平面衬底(1)上设置液芯光波导线(2)，在下层包层(4)和上层包层(3)之间设有中空微通道(6)，中空微通道(6)内为液体光波导介质(5)。
2、一种微型液芯集成光波导结构的制造方法，其特征还在于具体的制作工艺为：在平面衬底(1)上通过热氧化或溅射工艺获得二氧化硅作为下层包层(4)，通过光刻和电镀的方法得到铜微线条，在铜微线条上用化学气相沉积法或溅射获得二氧化硅作为上层包层(3)，通过化学腐蚀，将铜微线条除去，则得到中空微通道(6)，在该中空微通道(6)内引入液体光波导介质(5)。
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