超快雷射的光晶片陣列加工系統及方法與流程
2023-10-05 13:52:34 2
本發明涉及光晶片微納加工技術領域，特別是涉及一種超快雷射的光晶片陣列加工系統及方法。
背景技術：
隨著光纖通信技術的不斷發展，光通信寬帶建設的方向也在逐步由骨幹網、城域網、區域網等向ftth轉移。而作為ftth基本元器件諸如plc、plc光分路器、wdm、awg、半導體雷射器、光柵等也面臨著降低功耗和減小製造成本的壓力。
目前，對光晶片的加工存在著加工工序複雜、加工難度大、加工效率低等問題，傳統加工方法如化學腐蝕法、機械加工法等，對操作人員的要求較高，其加工品質及其依賴於操作人員的技術熟練度。而使用諸如電子束加工則存在需要維持加工環境的真空狀態，其大大地增加了生產成本。雷射加工技術是目前比較理想的加工手段，但其生產效率較低的問題一直困擾著規模化工業生產的實現。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明針對多種光晶片，提供了一種超快雷射的光晶片陣列加工系統及方法，採用雷射陣列加工的方法可以在一次加工中獲得數十個光晶片，其加工效率高、品質一致性好；其次，採用雷射加工的方法，加工設備簡單，對加工環境要求不高，因此大大降低了生產成本。
一種超快雷射的光晶片陣列加工系統，沿光路方向包括雷射光源、空間光調製器、擴束器、反射鏡、微透鏡陣列、六維工作平臺，還包括氣浮平臺、中控計算機，
所述中控計算機分別與雷射光源、空間光調製器、六維工作平臺相連用於整個系統的控制；
所述氣浮平臺設置在六維工作平臺下面用於承載六維工作平臺；
所述雷射光源，用於提供加工所需的雷射；
所述空間光調製器，用於將入射的單光束反射為一定數目、空間分布的多光束，以達到分光的目的；
所述擴束器，用於對入射多束光進行光束整形，從而獲得平行度高、發散角小的光束；
所述反射鏡，用於改變入射多光束的方向，使得整個系統的光路布局更加緊湊；
所述微透鏡陣列，用於對入射多光束進行聚焦，獲得一定大小的聚焦光斑；所述六維工作平臺，用於相對聚焦光斑在六個自由度方向上運動，加工出所需圖案。
其中，所述六維工作平臺，其表面有真空吸附孔，光晶片的基底通過真空吸附孔吸附在六維工作平臺上。
其中，所述雷射光源為飛秒雷射或皮秒雷射。
其中，所述六維工作平臺的六個運動方向為沿x軸移動、沿y軸移動、沿z軸移動、繞x軸旋轉、繞y軸旋轉、繞z軸旋轉。
一種採用上述所述的超快雷射的光晶片陣列加工系統的加工方法，包括以下步驟：
步驟s1、將基底安裝在六維工作平臺上，完成其定位、夾緊工序；
步驟s2、啟動超快雷射的光晶片陣列加工系統，設置雷射光源參數；
步驟s3、分光，利用中控計算機生成的多幅計算機全息圖，將其疊加並加載到空間光調製器上形成多個衍射光柵的疊加；當單光束入射到空間光調製器時，將會得到一定數目、空間分布的多光束；
步驟s4、擴束整形、聚焦，經分光後的多光束經擴束器整形，得到平行度高、發散角小的多光束；整形後的多光束經反射鏡入射到微透鏡陣列，將多光束聚焦到所要加工的光晶片的基底表面；
步驟s5、刻寫加工，被加工的光晶片的基底安裝在六維工作平臺上，隨六維工作平臺在六個方向上運動，根據事先所編寫好的運動程序，每束光即可將焦點處的基底材料去除並形成圖案，最終得到所需的圖案陣列。
其中，還包括步驟s6、對完成加工的光晶片，進行打磨、清洗處理。
有益效果：
本發明提供了一種一種超快雷射的光晶片陣列加工系統及方法，該系統沿光路方向包括雷射光源、空間光調製器、擴束器、反射鏡、微透鏡陣列、六維工作平臺，還包括氣浮平臺、中控計算機，所述中控計算機分別與雷射光源、空間光調製器、六維工作平臺相連用於整個系統的控制；所述氣浮平臺設置在六維工作平臺下面用於承載六維工作平臺。本發明採用雷射陣列加工的方法可以在一次加工中獲得數十個光晶片，其加工效率高、品質一致性好；其次，採用雷射加工的方法，加工設備簡單，對加工環境要求不高，因此大大降低了生產成本。
附圖說明
圖1是本發明超快雷射的光晶片陣列加工系統的結構示意圖；
圖2是本發明實施例中5×5陣列在基底上的劃分。
圖中：
1-雷射光源；2-空間光調製器；3-擴束器；4-反射鏡；5-微透鏡陣列；6-六維工作平臺；7-氣浮平臺；8-中控計算機；9-基底；10-真空吸附孔。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發明的超快雷射的光晶片陣列加工系統及方法作進一步說明。
如圖1所示，本發明的一種超快雷射的光晶片陣列加工系統，沿光路方向包括雷射光源1、空間光調製器2、擴束器3、反射鏡4、微透鏡陣列5、六維工作平臺6，此外還包括氣浮平臺7、中控計算機8、基底9、真空吸附孔10；
所述中控計算機8分別與雷射光源1、空間光調製器2、六維工作平臺6相連用於整個系統的控制；
所述氣浮平臺7設置在六維工作平臺6下面用於承載六維工作平臺6。
所述雷射光源1可以是飛秒雷射、皮秒雷射等超快雷射，提供加工所需的雷射。
所述空間光調製器2，可將入射的單光束反射為一定數目、空間分布的多光束，以此達到分光的目的。
所述擴束器3，用於對入射多束光進行光束整形，從而獲得平行度高、發散角小的光束。
所述反射鏡4，用於改變入射多光束的方向，使得整個系統的光路布局更加緊湊。
所述微透鏡陣列5，根據設計需要，其具有一定數目、空間分布的微透鏡，每束光可對應於一個微透鏡，用於對入射多光束進行聚焦，獲得一定大小的聚焦光斑。
所述六維工作平臺6，其表面有真空吸附孔10，用於帶動光晶片的基底9在六個自由度方向上的運動，從而使得基底9與聚焦光斑之間相對運動，加工出所需圖案。
其中，所述六維工作平臺6的六個運動方向為沿x軸移動、沿y軸移動、沿z軸移動、繞x軸旋轉、繞y軸旋轉、繞z軸旋轉。
應用上述實施例的超快雷射的光晶片陣列加工系統，本發明提供的超快雷射的光晶片陣列加工方法，其步驟如下所述。
以5×5陣列的二氧化矽脊型光波導的加工為例，其步驟如下：
步驟一，準備好合適規格的基底9，本實施例選用的基底9為二氧化矽晶圓基底，將基底9安裝在六維工作平臺6上，完成其定位、夾緊工序。
步驟二，啟動飛秒雷射的光晶片陣列加工系統，設置好飛秒雷射器的功率、重複頻率等參數。
步驟三，分光：多光束中的每束光可由對應的一副計算機全息圖產生，因此由多幅計算機全息圖疊加就可實現多光束；根據加工要求，設計並生成總共25幅計算機全息圖，將其疊加並加載到空間光調製器2上形成25個衍射光柵的疊加；當單光束入射到空間光調製器2時，將會得到總共25束、按5×5陣列分布的多光束。
步驟四，擴束整形、聚焦：經分光後的多光束經擴束器3整形，得到平行度高、發散角小的多光束；整形後的多光束經反射鏡4入射到微透鏡陣列5，其每個光束對應一個微透鏡，將多光束聚焦到所要加工的基底9表面；如圖2所示，基底9上根據預先設計劃分好5×5的網格（用虛線表示），光束聚焦於每個網格的相同位置。
步驟五，刻寫加工：被加工基底9安裝在六維工作平臺6上，隨六維工作平臺6在六個方向（延x軸移動、延y軸移動、延z軸移動、繞x軸旋轉、繞y軸旋轉、繞z軸旋轉）上運動，即經聚焦的多光束保持靜止，六維工作平臺6相對於多光束做六維方向上的運動。根據事先所編寫好的運動程序，每束光即可將焦點處的基底9材料去除並形成圖案，最終會得到所需的圖案陣列。
步驟六，對完成加工的5×5二氧化矽脊型光波導陣列按劃分的網格沿虛線切割，經打磨、清洗等處理得到單個的二氧化矽脊型光波導。
本發明的核心在於提供一種超快雷射的光晶片陣列加工系統及方法，採用雷射陣列加工的方法可以在一次加工中獲得數十個光晶片，其加工效率高、品質一致性好。其次，採用雷射加工的方法，加工設備簡單，對加工環境要求不高，因此大大降低了生產成本。
以上所述為本發明的最佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍落入本發明的保護範圍內。例如：使用不同類型的雷射器作為雷射光源，設置不同的加工參數，生成不同形式的多光束陣列，上述加工系統模塊的不同組合等。