【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微納光電子芯片?，尤其涉及一種基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導及其制備方法。
技術介紹
1、偏振是光子編碼信息的自由度，光電子芯片上的偏振控制對于實現特定的功能很重要。部分光電子器件能夠利用偏振自由度增加信息處理的維度和速度，而一些光電子器件支持單偏振工作，其他偏振分量的輸入會產生串擾，使得器件的性能指標產生惡化。為了消除雜散偏振光的干擾，片上需要引入單偏振的波導結構。單偏振波導可以通過設計波導幾何尺寸或者引入金屬等高吸收率材料等方式實現。通過調節波導的幾何尺寸，能夠改變te/tm偏振模式（te模式，中文全稱：橫電模，英文全稱：transverse?electric?mode；tm模式，中文全稱：橫磁模，英文全稱：transverse?magnetic?mode）的等效折射率和輻射損耗；te/tm模式的模場分布不同，在te/tm模式的光場集中區域引入金屬等高吸收率材料能夠引入額外損耗，實現另一偏振模式的單偏振傳輸。單偏振波導結構具有很多應用場景，包括電光調制器、片上陀螺儀、傳感器件等。其性能指標主要包括插入損耗、尺寸以及偏振消光比等。其中最主要的性能是偏振消光比。對于端面耦合的光電子芯片，端面耦合中保偏光纖的偏振軸和芯片的晶向存在對準誤差，會在光波導中激勵起不同偏振的分量，這對于調制效率或者陀螺中的sagnac效應的傳感精度都會造成惡化。此前的技術方案主要是通過高精度的六軸對準平臺結合透過譜測試來確保芯片單偏振工作，隨后再進行紫外固化封裝。
2、現有的幾種實現高偏振消光比鈮酸鋰波導的方案，它們分別存在以下缺
技術實現思路
1、本專利技術提供一種基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導及其制備方法，用以解決現有技術中插入損耗大、偏振消光比低的缺陷，通過引入定向耦合以及金屬吸收的原理，在薄膜鈮酸鋰光電子芯片平臺上通過干法刻蝕實現單偏振傳輸的結構，單個結構能夠在幾十微米以內的傳播長度實現20db以上的te/tm偏振消光比，并且插損在1db以下。
2、本專利技術提供一種基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，包括：鈮酸鋰、包層、襯底和金屬層；
3、所述包層設于所述襯底上，且所述鈮酸鋰的一端暴露于所述包層的第一側暴露，所述鈮酸鋰的另一端嵌入所述包層的內部，所述金屬層設于所述包層的頂部；其中，
4、所述襯底為輸入端口，波導與所述鈮酸鋰暴露的一端耦合，所述包層的頂部為輸出端口。
5、根據本專利技術提供的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，所述鈮酸鋰包括：彼此平行的第一條狀鈮酸鋰和第二條狀鈮酸鋰；所述金屬層包括：第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層位于所述包層的頂部且位于所述第一條狀鈮酸鋰嵌入所述包層內部的一端，所述第二金屬層位于包層的頂部且位于所述第二條狀鈮酸鋰嵌入所述包層內部的一端。
6、根據本專利技術提供的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，所述鈮酸鋰還包括：第三條狀鈮酸鋰，所述第三條狀鈮酸鋰穿過所述包層，且所述第三條狀鈮酸鋰的一端暴露于所述包層的第二側，所述第三條狀鈮酸鋰的另一端暴露于所述包層的第三側。
7、根據本專利技術提供的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，所述第三條狀鈮酸鋰的延伸方向垂直于所述第一條狀鈮酸鋰和所述第二條狀鈮酸鋰的延伸方向。
8、根據本專利技術提供的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，所述包層和所述襯底為一體結構。
9、根據本專利技術提供的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，所述包層包括二氧化硅包層；所述襯底包括二氧化硅襯底。
10、根據本專利技術提供的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，所述金屬層包括金屬鉻、金屬鎳和金屬鉑其中的一種。
11、本專利技術還提供一種根據本專利技術的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導的制備方法，包括：
12、s1、在薄膜鈮酸鋰襯底上進行電子束光刻曝光；
13、s2、通過磁控濺射沉積金屬層用作后續刻蝕中的硬掩膜；
14、s3、將芯片整體置于能洗去電子束光刻膠的試劑中，將eb光刻膠和上面的金屬層抬離，保留定義有刻蝕圖案的金屬層；
15、s4、將三氟甲烷和氬氣作為刻蝕氣體，利用這兩種氣體在刻蝕中分別引入化學反應和物理轟擊，同時實現高刻蝕深寬比和光滑的波導側壁；利用電感耦合等離子體刻蝕將鈮酸鋰層刻透，形成鈮酸鋰條形波導；
16、s5、刻蝕完成后，對芯片進行化學拋光處理；
17、s6、沉積二氧化硅；
18、s7、進行電子束光刻套刻、金屬沉積和抬離加工出波導頂部單偏振工作所需的金屬層；
19、s8、清洗芯片，進一步沉積芯片的包層，用于保護芯片；
20、s9、端面拋光加工出用于耦合輸入和輸出光的端面耦合器結構。
21、根據本專利技術提供的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導的制備方法，采用fdtd仿真進行參數掃描，掃描te/tm的等效折射率和耦合強度，從而確定耦合間距、包層厚度、襯底厚度和金屬層的尺寸。
22、根據本專利技術提供的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導的制備方法，s5中刻蝕完成后，對芯片進行化學拋光處理具體包括：
23、刻蝕完成后，采用過氧化氫、氨水和水以質量比為2:2:1制成混合溶液，并采用水浴加熱方式對芯片進行化學拋光處理。
24、本專利技術提供的一種基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其包括：鈮酸鋰、包層、襯底和金屬層。包層設于襯底上，且鈮酸鋰的一端暴露于包層的第一側暴露，鈮酸鋰的另一端嵌入包層的內部，金屬層設于包層的頂部。襯底為輸入端口，波導與鈮酸鋰暴露的一端耦合，包層的頂部為輸出端口。本專利技術提供的一種基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導及其制備方法，針對耦合條件進行了設計，由于te和tm的模場主要集中在側壁和頂部，這使得tm模式在耦合至左側波導后被金屬強烈吸收，而te模式耦合后由于存在氧化硅的包層間隔吸收較弱，能夠提高片上偏振器件的偏振消光比、降低器件整體損耗。
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1.一種基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，包括：鈮酸鋰、包層（1）、襯底（2）和金屬層（3）；
2.根據權利要求1所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述鈮酸鋰包括：彼此平行的第一條狀鈮酸鋰（41）和第二條狀鈮酸鋰（42）；所述金屬層（3）包括：第一金屬層（3）和第二金屬層（3），所述第一金屬層（3）位于所述包層（1）的頂部且位于所述第一條狀鈮酸鋰（41）嵌入所述包層（1）內部的一端，所述第二金屬層（3）位于包層（1）的頂部且位于所述第二條狀鈮酸鋰（42）嵌入所述包層（1）內部的一端。
3.根據權利要求2所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述鈮酸鋰還包括：第三條狀鈮酸鋰（43），所述第三條狀鈮酸鋰（43）穿過所述包層（1），且所述第三條狀鈮酸鋰（43）的一端暴露于所述包層（1）的第二側，所述第三條狀鈮酸鋰（43）的另一端暴露于所述包層（1）的第三側。
4.根據權利要求3所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述第三條狀鈮酸鋰（43）的延伸方向垂直于所述第一條狀鈮酸鋰（41）和所述第二條狀鈮酸鋰（42）
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述包層（1）和所述襯底（2）為一體結構。
6.根據權利要求1至4中任意一項所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述包層（1）包括二氧化硅包層（1）；所述襯底（2）包括二氧化硅襯底（2）。
7.根據權利要求1至4中任意一項所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述金屬層（3）包括金屬鉻、金屬鎳和金屬鉑其中的一種。
8.一種根據權利要求1至7中任意一項所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導的制備方法，其特征在于，包括：
9.權利要求8所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導的制備方法，其特征在于，采用FDTD仿真進行參數掃描，掃描TE/TM的等效折射率和耦合強度，從而確定耦合間距、包層（1）厚度、襯底（2）厚度和金屬層（3）的尺寸。
10.權利要求8或9所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導的制備方法，其特征在于，S5中刻蝕完成后，對芯片進行化學拋光處理具體包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，包括：鈮酸鋰、包層（1）、襯底（2）和金屬層（3）；
2.根據權利要求1所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述鈮酸鋰包括：彼此平行的第一條狀鈮酸鋰（41）和第二條狀鈮酸鋰（42）；所述金屬層（3）包括：第一金屬層（3）和第二金屬層（3），所述第一金屬層（3）位于所述包層（1）的頂部且位于所述第一條狀鈮酸鋰（41）嵌入所述包層（1）內部的一端，所述第二金屬層（3）位于包層（1）的頂部且位于所述第二條狀鈮酸鋰（42）嵌入所述包層（1）內部的一端。
3.根據權利要求2所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述鈮酸鋰還包括：第三條狀鈮酸鋰（43），所述第三條狀鈮酸鋰（43）穿過所述包層（1），且所述第三條狀鈮酸鋰（43）的一端暴露于所述包層（1）的第二側，所述第三條狀鈮酸鋰（43）的另一端暴露于所述包層（1）的第三側。
4.根據權利要求3所述的基于耦合消光的薄膜鈮酸鋰波導，其特征在于，所述第三條狀鈮酸鋰（43）的延伸方向垂直于所述第一條狀鈮酸鋰（41）和所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馮雪，孔德陽，李永卓，黃翊東，張巍，崔開宇，劉仿，黃鳳彬，李天航，李果，趙曉勇，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：
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