專利名稱：聚合物微型諧振環(huán)波分復用器及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光通信無源器件，涉及一種采用波導技術制作的聚合物微型諧振環(huán)與直波導垂直耦合的新型波分復用器。
背景技術：
密集波分復用(DWDM)技術因其高速、大容量光纖傳輸已經(jīng)成為包括中國在內(nèi)的世界各國光纖網(wǎng)絡建設的首選方案，近幾年獲得了長足的發(fā)展，得到了廣泛的應用。隨著DWDM的發(fā)展，對各種光通信器件的需求也越來越高，目前常用的波分復用器有角色散型(如光柵和棱鏡)、干涉型(如薄膜濾波器型和Mach-Zahnder濾波器型)和平面波導光柵型(AWG)。光柵型波分復用器具有優(yōu)良的波長選擇性，但插入損耗大、對溫度和偏振敏感，光通路帶寬不理想。DTF干涉型濾波器可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化器件，但插入損耗隨復用通路增多而加大。
微型諧振環(huán)是近年發(fā)展起來的器件結(jié)構(gòu)，在光網(wǎng)絡可以作為濾波器、調(diào)制器、激光器等。近年來，以微型諧振環(huán)為基本功能單元的光器件的研究因其結(jié)構(gòu)簡單、便于制作、有利于光電集成、串擾低、輸出平坦等特點吸引了越來越多光電子領域科技工作者的興趣，國際上將其作為大規(guī)模集成光電子回路的基本元件對其理論和技術展開深入研究和探討。微型諧振環(huán)波分復用器在我國尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術中的波分復用器插入損耗大、對溫度和偏振敏感、光通路帶寬不理想等技術問題，本發(fā)明采用不同折射率聚合物作為信道和微環(huán)波導芯層和包層材料制作光波導，本發(fā)明將提供一種聚合物多通道微型諧振環(huán)波分復用器及其制作工藝技術。
本發(fā)明器件包括硅基板1、信道波導下包層2、輸入直波導3、輸出直波導4、緩沖層5、微型諧振環(huán)6，在硅基板1的上面旋涂有信道波導下包層2，在信道波導下包層2的本體上有輸入直波導3和輸出直波導4，且輸入直波導3和輸出直波導4相互垂直，在信道波導下包層2的上面有緩沖層5，在緩沖層5的上面有微型諧振環(huán)6，微型諧振環(huán)6與輸入直波導3和輸出直波導4相切。輸出直波導4和微型諧振環(huán)6分別采用N個(N＝1，2，....N)，微型諧振環(huán)6的半徑分別為R1，R2，...Rn，n＝1，2，3...N，相鄰微型諧振環(huán)6的半徑差為ΔR。輸入直波導3、輸出直波導4、微型諧振環(huán)6的寬度可選擇為1μm-2.5μm、厚度為0.5μm-2.5μm。信道波導下包層2的厚度可選擇為6μm-10μm。緩沖層5的厚度可選擇為0.4μm-1μm。
本發(fā)明解復用和復用過程為含有不同波長的復信號光從輸入直波導的端口輸入并耦合進入不同半徑的微型諧振環(huán)后，每個微型諧振環(huán)中只有一個波長的光滿足諧振條件而引起諧振，不同半徑的微型諧振環(huán)中諧振光的波長也不相同，因而耦合進入不同的輸出直波導后具有最大輸出光強的光的波長也互不相同，從而完成了解復用功能。反之，從輸出直波導的端口輸入不同波長的信號光耦合進入不同半徑的微型諧振環(huán)諧振后，再耦合進入輸入直波導后的輸出光為這些波長的復合光，從而完成了復用功能。
本發(fā)明的工藝步驟如下A.對硅基板清潔處理，在硅基板上旋涂聚合物材料，在60°C--100℃下烘焙0.5小時-1.5小時，制成信道波導下包層；B.將步驟A再次旋涂一層信道波導下包層，在100℃-150℃下烘焙固化1小時-3小時；C.在步驟B形成的信道波導下包層上真空濺射鍍鋁，涂光刻膠并堅膜，采用負性掩膜板曝光，顯影、反應離子刻蝕刻出輸入直波導和輸出直波導的凹槽；D.在步驟C形成的結(jié)構(gòu)上旋涂輸入直波導和輸出直波導的芯層，在100℃-150℃下烘焙固化1小時-3小時，反應離子刻蝕，直到鋁掩膜層上的芯層完全刻蝕掉，然后腐蝕去鋁；E.將步驟D旋涂緩沖層；F.將步驟E旋涂微型諧振環(huán)的芯層材料；G.在步驟F真空濺射鍍鋁，再涂光刻膠并堅膜，正性掩膜板曝光、顯影、反應離子刻蝕、腐蝕去鋁，完成器件制作。
發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明解決了已有技術中波分復用器中結(jié)構(gòu)設計、材料選擇和制作工藝的問題。
本發(fā)明是一種采用具有很多優(yōu)越性的聚合物材料制作的全新結(jié)構(gòu)的波分復用器。本發(fā)明采用微型諧振環(huán)與輸入直波導和輸出直波導在不同平面內(nèi)垂直耦合的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的分波性能良好，在中心輸出波長1.55μm附近波長間隔Δλ在0.8nm-5.6nm范圍內(nèi)，采用聚合物材料具有損耗低、熱光穩(wěn)定性好、折射率易調(diào)整等優(yōu)點，利用鋁掩膜和反應離子刻蝕技術，使器件工藝簡單且成本低廉。解決了背景技術中的波分復用器插入損耗大、對溫度和偏振敏感、光通路帶寬不理想等技術問題，封裝后器件的尺寸在1平方厘米范圍內(nèi)，這樣小的器件大大提高了集成度、具有插入損耗小、輸出信道間的串擾小等優(yōu)點，是一種性能良好的微型諧振環(huán)波分復用器結(jié)構(gòu)，適用于現(xiàn)代光通信系統(tǒng)的波分復用技術。


圖1是本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)原理示意2是本發(fā)明器件一個分波單元結(jié)構(gòu)3是一個分波單元中輸入直波導3或輸出直波導4和微型諧振環(huán)的橫截面示意圖
具體實施例方式下面對照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述將會使本發(fā)明上述的以及其他的優(yōu)點和特性更加清楚。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括硅基板1、信道波導下包層2、輸入直波導3、輸出直波導4、緩沖層5、微型諧振環(huán)6；信道波導下包層2、輸入直波導3、輸出直波導4、緩沖層5和微型諧振環(huán)6采用聚合物材料；輸出直波導4和微型諧振環(huán)6分別采用N＝8，微型諧振環(huán)6的半徑分別為R1，R2，...R8，n＝1，2，3...8，相鄰的微型諧振環(huán)6的半徑差為ΔR可選擇為0.1μm或0.3μm或0.5μm。輸入直波導3、輸出直波導4、微型諧振環(huán)6的寬度a可選擇為1μm或1.5或2.5μm；輸入直波導3和輸出直波導4的深度b1為1μm或1.5μm或2μm；微型諧振環(huán)6的深度b2為1μm或1.5μm或2μm。信道波導下包層2的厚度h可選擇為6μm或7μm或10μm。緩沖層5的厚度d可選擇為0.4μm或0.8μm或2μm。
首先在硅基板上1旋涂一層信道波導下包層2，在60℃或80℃或100℃下烘焙0.5小時或1小時或1.5小時；再次旋涂一層信道波導下包層，在100℃或120℃或150℃下烘焙固化1小時或2小時或3小時，信道波導下包層2厚度h大于6μm，旨在減小泄露損耗，利用鋁掩膜技術和反應離子刻蝕技術進行光刻和光波導制作，制作出垂直交叉的輸入直波導3、輸出直波導4的凹槽，旋涂輸入直波導3、輸出直波導4的芯層，在100℃或130℃或150℃下烘焙固化1小時或2小時或3小時，輸入直波導3、輸出直波導4和微型諧振環(huán)6的芯層使用同一種材料其折射率為n1，信道波導下包層2和緩沖層5材料折射率為n2，聚合物材料可以選擇PMMA、CYTOP、BCB等，調(diào)整聚合物組分使其具有不同的折射率。微型諧振環(huán)6的上限制層為空氣，其折射率為n3＝1(n2＞n1＞n3)。在此垂直交叉輸入直波導3和輸出直波導4平面上旋涂另一緩沖層5，為達到理想耦合效率，此緩沖層5厚度d應保持在2μm(圖3中d)以內(nèi)。微型諧振環(huán)6置于此緩沖層5之上，且分別與相對應的輸入直波導3和輸出直波導4相切。八個微型諧振環(huán)6中微型諧振環(huán)6-1的半徑R1′在10μm--100μm之間，即可選擇為10μm或、20μm或30μm或50μm或80μm或100μm等，微型諧振環(huán)6-2，微型諧振環(huán)6-3，微型諧振環(huán)6-4，微型諧振環(huán)6-5，微型諧振環(huán)6-6，微型諧振環(huán)6-7，微型諧振環(huán)6-8的半徑分別為R2，...R8，R2＝R1+ΔR；R3＝R1+2ΔR；...R8＝R1+(8-1)ΔR。相鄰微型諧振環(huán)6的半徑差為ΔR可根據(jù)所選擇聚合物材料和分波范圍Δλ以及加工工藝條件決定，ΔR可選擇在0.1μm-0.5μm之間，即為0.1μm或0.2μm或0.3μm或0.4μm或0.5μm。微型諧振環(huán)6的制作工藝與輸入直波導3和輸出直波導4相同。
可以理解對上述實施例的改變和修改對于本領域的熟練技術人員來說是清楚和預料之中的。因此，應當將上面的詳細說明看作例子而不是限制，可以理解下面的權利要求，包括所有等同物應當確定了本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
權利要求
1.聚合物微型諧振環(huán)波分復用器，其特征在于包括硅基板(1)、信道波導下包層(2)、輸入直波導(3)、輸出直波導(4)、緩沖層(5)、微型諧振環(huán)(6)，在硅基板(1)的上面旋涂有信道波導下包層(2)，在信道波導下包層(2)的本體上有輸入直波導(3)和輸出直波導(4)，且輸入直波導(3)和輸出直波導(4)相互垂直，在信道波導下包層(2)的上面有緩沖層(5)，在緩沖層(5)的上面有微型諧振環(huán)(6)，微型諧振環(huán)(6)與輸入直波導(3)和輸出直波導(4)相切。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚合物微型諧振環(huán)波分復用器，其特征在于輸出直波導(4)和微型諧振環(huán)(6)分別采用N個，微型諧振環(huán)(6)的半徑分別為R1，R2，…Rn，相鄰微型諧振環(huán)(6)的半徑差為ΔR。
3.根據(jù)權利要求1所述的聚合物微型諧振環(huán)波分復用器，其特征在于輸入直波導(3)、輸出直波導(4)、微型諧振環(huán)(6)的寬度可選擇為1μm-2.5μm、厚度為0.5μm-2.5μm；信道波導下包層(2)的厚度可選擇為6μm-10μm；緩沖層5的厚度可選擇為0.4μm-2μm。
4.聚合物微型諧振環(huán)波分復用器的制備方法，工藝步驟如下A.對硅基板清潔處理，在硅基板上旋涂聚合物材料，在60℃--100℃下烘焙0.5小時-1.5小時，制成信道波導下包層；B.將步驟A再次旋涂一層信道波導下包層，在100℃-150℃下烘焙固化1小時-3小時；C.在步驟B形成的信道波導下包層上真空濺射鍍鋁，涂光刻膠并堅膜，采用負性掩膜板曝光，顯影、反應離子刻蝕刻出輸入直波導和輸出直波導的凹槽；D.在步驟C形成的結(jié)構(gòu)上旋涂輸入直波導和輸出直波導的芯層，在100℃-150℃下烘焙固化1小時-3小時，反應離子刻蝕，直到鋁掩膜層上的芯層完全刻蝕掉，然后腐蝕去鋁；E.將步驟D旋涂緩沖層；F.將步驟E旋涂微型諧振環(huán)的芯層材料；G.在步驟F真空濺射鍍鋁，再涂光刻膠并堅膜，正性掩膜板曝光、顯影、反應離子刻蝕、腐蝕去鋁，完成器件制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及微型諧振環(huán)與直波導垂直耦合的新型波分復用器。硅基板1、下包層2、輸入直波導3、輸出直波導4、緩沖層5、微型諧振環(huán)6；在硅基板上旋涂聚合物材料，制成下包層；再次旋涂一層下包層；下包層上刻蝕刻出輸入直波導和輸出直波導的凹槽；旋涂輸入直波導和輸出直波導的芯層；旋涂緩沖層；旋涂微型諧振環(huán)的芯層材料；真空濺射鍍鋁、涂光刻膠堅膜、曝光、顯影、反應離子刻蝕、腐蝕去鋁完成器件制作。分波性能良好，在中心輸出波長1.55μm附近波長間隔Δλ在0.8nm－5.6nm范圍內(nèi)，具有損耗低、熱光穩(wěn)定性好、折射率易調(diào)整、集成度高、輸出信道間串擾小，工藝簡單成本低廉。解決波分復用器插入損耗大、對溫度和偏振敏感、光通路帶寬不理想問題。
文檔編號H04B10/12GK1893334SQ20051001693
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月1日 優(yōu)先權日2005年7月1日
發(fā)明者鄂書林, 鄧文淵, 孫德貴, 王鵬飛 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所