一種在線可調的集成光功率分配器與製備方法
2023-06-12 13:39:11 1
一種在線可調的集成光功率分配器與製備方法
【專利摘要】本發明屬於集成光學領域，涉及一種在線可調的集成光功率分配器與製備方法，包括：選擇襯底材料，並在襯底材料上沉積下包層和芯層；採用刻蝕技術將設計的芯層圖形刻蝕到芯層，刻蝕後芯層包括輸入波導區、過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區；沉積上包層將芯層覆蓋，並在耦合波導區的上包層製作加熱電阻；在加熱電阻上沉積SiO2薄膜，採用刻蝕技術將設計的電極圖形刻蝕到SiO2薄膜形成加熱電阻的電極，完成晶圓的製備；對完成的晶圓切割成單個晶片。通過在耦合波導區上包層設立加熱電阻，波導芯層材料受熱光係數的影響，發生折射率的改變，從而實現光功率的不均勻分配。
【專利說明】一種在線可調的集成光功率分配器與製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於集成光學【技術領域】，尤其涉及一種在線可調的集成光功率分配器與製備方法。
【背景技術】
[0002]在光纖網絡布設中，由於通信終端(Optical Network Unit, 0NU)距離主幹網絡結點距離不同，導致不同鏈路上光信號的損耗不同，因此不能保證各個通信終端(OpticalNetwork Unit, 0NU)接收相同的光功率。
[0003]但由於集成光波導一次成型工藝的限制，現有的集成光功率分配器都是均勻分配，難以讓集成光功分配器實現光功率分配可調的功能，這制約了架設光網絡結構中按照不同鏈路損耗，靈活分配光功率的實現，很大程度上造成了浪費。
【發明內容】
[0004]本發明實施例提供一種在線可調的集成光功率分配器與製備方法，旨在解決現有技術中的集成光功率分配器都是均勻分配不可調的問題。
[0005]本發明實施例是這樣實現的，一種在線可調的集成光功率分配器的製備方法，所述方法包括:
[0006]A.選擇襯底材料，並在所述襯底材料上沉積下包層和芯層；
[0007]B.採用刻蝕技術將設計的芯層圖形刻蝕到所述芯層，其中，刻蝕後芯層包括輸入波導區、過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區；
[0008]C.沉積上包層將芯層覆蓋，並在所述耦合波導區的上包層製作加熱電阻；
[0009]D.在所述加熱電阻上沉積SiO2薄膜，採用刻蝕技術將設計的電極圖形刻蝕到SiO2薄膜形成加熱電阻的電極，完成晶圓的製備；
[0010]E.對完成的晶圓切割成單個晶片。
[0011]本發明實施例還提供一種在線可調的集成光功率分配器，所述分配器包括輸入波導區，過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區，所述輸入波導區，過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區依次連接，所述耦合波導區的上包層上設置有加熱電阻，所述加熱電阻上設置有SiO2薄膜保護層；
[0012]其中，襯底、下包層、芯層以及上包層作為光波導。
[0013]本發明的集成光功率分配器製備方法通過在襯底材料上沉積下包層和芯層，採用刻蝕技術將設計的芯層圖形刻蝕到芯層，其中，所述芯層包括輸入波導區、過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區，沉積上包層將芯層覆蓋，並在耦合波導區的上包層製作加熱電阻，在加熱電阻上沉積Si02薄膜，採用刻蝕技術將設計的電極圖形刻蝕到Si02薄膜形成加熱電阻的電極，在耦合波導區，通過在上包層設立加熱電阻，在施加電壓或者電流的時，通過芯層的加熱，電阻工作，並且加熱電阻的效率隨施加的電壓或者電流成比例增加，波導芯層材料受熱光係數的影響，發生折射率的改變，從而實現光功率的不均勻分配，並且改變量隨電壓或者電流的增加而增大。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1表示本發明實施例提供的一種在線可調的集成光功率分配器的製備方法流程圖。
[0015]圖2表示本發明實施例提供的一種在線可調的集成光功率分配器的製備方法流程圖。
[0016]圖3表示本發明實施例提供的一種在線可調的集成光功率分配器結構圖。
[0017]圖4 (a)、4 (b)、4 (c)、4 (d)表示本發明實施例提供的一種在線可調的集成光功率分配器的測試效果圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0019]圖1示出了本發明實施例提供的一種在線可調的集成光功率分配器的製備方法流程圖，詳述如下:
[0020]在步驟SlOl中，選擇襯底材料，並在襯底材料上沉積下包層和芯層；
[0021]在本發明實施例中，集成光功率分配器包括了襯底材料、下包層、芯層以及上包層，在製備集成光功率分配器時，首選選擇晶圓的襯底材料，一般採用矽基晶圓或者鈮酸鋰，也可以採用其他襯底材料，然後在襯底材料上沉積下包層和芯層。
[0022]在步驟S102中，採用刻蝕技術將設計的芯層圖形刻蝕到芯層，其中，刻蝕後芯層包括輸入波導區、過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區；
[0023]在本發明實施例中，採用刻蝕技術將設計好的芯層圖形刻蝕到沉積的芯層上，通過刻蝕將芯層刻蝕出輸入波導區，過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區。
[0024]在步驟S103中，沉積上包層將芯層覆蓋，並在所述耦合波導區的上包層製作加熱電阻；
[0025]在本發明實施例中，沉積好芯層後，在芯層上再沉積上包層，將芯層覆蓋，並在耦合波導區的上包層製作加熱電阻，通過芯層的加熱，可以使得加熱區的材料光係數發生改變，使得折射率改變，從而實現光功率的不均勻分配，達到在線實時可調。
[0026]在步驟S104中，在加熱電阻上沉積SiO2薄膜，採用刻蝕技術將設計的電極圖形刻蝕到SiO2薄膜形成加熱電阻的電極，完成晶圓的製備。
[0027]在本發明實施例中，在加熱電阻上沉積Si02薄膜，採用刻蝕技術將設計的電極圖形刻蝕到Si02薄膜形成加熱電阻的電極，在施加電壓或者電流的時，通過芯層的加熱，電阻工作，並且加熱電阻的效率隨施加的電壓或者電流成比例增加，波導芯層材料受熱光係數的影響，發生折射率的改變，從而實現光功率的不均勻分配，並且改變量隨電壓或者電流的增加而增大。
[0028]在步驟S105中，對完成的晶圓切割成單個晶片。
[0029]圖2示出了本發明實施例提供的一種在線可調的集成光功率分配器的製備方法流程圖，詳述如下:
[0030]在步驟S201中，選擇襯底材料，對襯底材料進行表面拋光；
[0031]在步驟S202中，在襯底材料上沉積下包層並退火，沉積厚度為12 μ m以上；
[0032]在本發明實施例中，在襯底材料上沉積下包層，採用化學氣相沉積法沉積，其厚度為12μ--以上,然後對其退火,消除應力。
[0033]在步驟S203中，在下包層上沉積芯層並退火，沉積厚度大於3 μ m ;
[0034]在本發明實施例中，沉積芯層，採用化學氣相沉積法沉積，其厚度大於3 μ m，然後對其退火，消除應力。
[0035]在步驟S204中，通過蒸發或測控濺射的方法沉積刻蝕芯層的掩膜Cr層，對Cr層進行光刻顯影，將設計的芯層圖形轉移到Cr層，沉積厚度為150nm以上；
[0036]在本發明實施例中，沉積刻蝕芯層的掩膜Cr層，採用蒸發或者磁控濺射的方式，厚度為150nm以上，通過採用掩膜Cr層的形式，抗打擊能力更強。
[0037]在步驟S205中，採用刻蝕技術去除Cr掩膜層，保留芯層，其中，刻蝕後芯層包括輸入波導區、過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區；
[0038]在本發明實施例中，對CR層進行光刻和顯影，完好的把設計圖形轉移到CR層上去；用CR作為刻蝕掩膜 ，通過刻蝕的方法把CR的圖形轉移到芯層上面，採用刻蝕的工藝，去除CR掩膜層，只保留芯層，刻蝕後，芯層包括了輸入波導區、過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區。
[0039]在步驟S206中，在所述芯層上沉積上包層，沉積厚度為12 μ m以上；並採用蒸發或測控濺射的方法在所述耦合波導區的上包層上製作加熱電阻材料。
[0040]在本發明實施例中，在芯層上採用化學氣相沉積法或火焰水解法沉積上包層，將芯層覆蓋，沉積厚度為12 μ m以上，並且在耦合波導區的上包層上製作加熱電阻材料。
[0041]在步驟S207中，對加熱電阻材料進行光刻顯影，將設計的電阻圖形轉移到加熱電阻材料上去並刻蝕形成加熱電阻；
[0042]在本發明實施例中，通過對加熱電阻材料進行光刻顯影，將設計好的電阻圖形轉移到電阻材料上去,再對電阻材料進行刻蝕形成加熱電阻。
[0043]在步驟S208中，在加熱電阻上沉積SiO2薄膜，對SiO2薄膜進行光刻顯影，將設計的電極圖形轉移到SiO2薄膜；
[0044]在本發明實施例中，在加熱電阻上沉積SiO2薄膜，形成一層保護膜，對加熱電阻進行保護，通過對SiO2薄膜進行光刻顯影將設計好的電極圖形轉移到SiO2薄膜上，其中，SiO2薄膜採用等離子體增強化學氣相沉積法沉積。
[0045]在步驟S209中，採用刻蝕技術對SiO2薄膜進刻蝕，形成加熱電阻的電極，完成晶圓的製備；
[0046]在步驟S210中，對完成的晶圓切割成單個晶片。
[0047]在步驟S211中，對單個晶片的輸入端和輸出端進行斜8度角拋光；
[0048]在步驟S212中，對輸入端和輸出端進行光纖耦合；
[0049]在步驟S213中，將封裝好的產品固定在底座上，添加電路使加熱電阻工作。
[0050]圖3示出了本發明實施例提供的一種在線可調的集成光功率分配器結構圖，詳述如下:[0051]圖4(a)_(d)示出了在線可調的集成光功率分配器的測試效果，一種在線可調的集成光功率分配器，分配器包括輸入波導區1，過渡波導區2、耦合波導區3以及輸出波導區4，輸入波導區1，過渡波導區2、耦合波導區3以及輸出波導區4依次連接，耦合波導區3的上包層上設置有加熱電阻，加熱電阻上設置有SiO2薄膜保護層；其中，襯底、下包層、芯層以及上包層作為光波導。
[0052]在本發明實施例中，利用在耦合區域加熱電阻的熱量，導致該區域的折射率發生改變，從而導致光功率在分支點的功率不均勻分配，並且這種不均勻分配的量，隨加熱電阻產生的熱量增加而增加。
[0053]輸出波導區的輸出端的輸出光信號數量小於或等於8路光波導輸出，且每兩路光波導輸出的波導間距為250 μ m,輸出波導區的輸出端的輸出光信號數量大於8路光波導輸出，且每兩路光波導輸出的波導間距為127 μ m。
[0054]在本發明實施例中，通過上述方式，可以將輸出光信號數量一分為二，再分4，再分8等。
[0055]其中，分配器的下包層的厚度大於12 μ m，芯層的厚度大於3 μ m，上包層的厚度大於 12 μ m。
[0056]本發明的集成光功率分配器製備方法通過在襯底材料上沉積下包層和芯層，採用刻蝕技術將設計的芯層圖形刻蝕到芯層，其中，所述芯層包括輸入波導區1、過渡波導區2、耦合波導區3以及輸出波導區4，沉積上包層將芯層覆蓋，並在耦合波導區3的上包層製作加熱電阻，在加熱電阻上沉積Si02薄膜，採用刻蝕技術將設計的電極圖形刻蝕到Si02薄膜形成加熱電阻的電極，在耦合波導區，通過在上包層設立加熱電阻，在施加電壓或者電流的時，通過芯層的加熱，電阻工作，並且加熱電阻的效率隨施加的電壓或者電流成比例增加，波導芯層材料受熱光係數的影響，發生折射率的改變，從而實現光功率的不均勻分配，並且改變量隨電壓或者電流的增加而增大。
[0057]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種在線可調的集成光功率分配器的製備方法，其特徵在於，所述方法包括: A.選擇襯底材料，並在所述襯底材料上沉積下包層和芯層； B.採用刻蝕技術將設計的芯層圖形刻蝕到所述芯層，其中，刻蝕後芯層包括輸入波導區、過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區； C.沉積上包層將芯層覆蓋，並在所述耦合波導區的上包層製作加熱電阻； D.在所述加熱電阻上沉積SiO2薄膜，採用刻蝕技術將設計的電極圖形刻蝕到SiO2薄膜形成加熱電阻的電極，完成晶圓的製備； E.對完成的晶圓切割成單個晶片。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟A具體包括: 選擇襯底材料，對所述襯底材料進行表面拋光； 在所述襯底材料上沉積下包層並退火，所述沉積厚度為12 μ m以上； 在所述下包層上沉積芯層並退火，所述沉積厚度為3 μ m以上。
3.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟B具體包括: 通過蒸發或測控濺射的方法沉積刻蝕所述芯層的掩膜Cr層，對所述Cr層進行光刻顯影，將設計的芯層圖 形轉移到Cr層，所述沉積厚度為150nm以上； 採用刻蝕技術去除Cr掩膜層，保留芯層，其中，刻蝕後芯層包括輸入波導區、過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區。
4.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟C具體包括: 在所述芯層上沉積上包層，沉積厚度為12 μ m以上，並採用蒸發或測控濺射的方法在所述耦合波導區的上包層上製作加熱電阻材料； 對所述加熱電阻材料進行光刻顯影，將設計的電阻圖形轉移到加熱電阻材料上去並刻蝕形成加熱電阻。
5.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟D具體包括: 在所述加熱電阻上沉積SiO2薄膜，對所述SiO2薄膜進行光刻顯影，將設計的電極圖形轉移到SiO2薄膜； 採用刻蝕技術對SiO2薄膜進刻蝕，形成加熱電阻的電極； 完成晶圓的製備。
6.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，在所述步驟E之後還包括: 對所述單個晶片的輸入端和輸出端進行斜8度角拋光； 對所述輸入端和輸出端進行光纖耦合； 將封裝好的集成光功率分配器固定在底座上，添加電路使所述加熱電阻工作。
7.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述下包層以及芯層採用化學氣相沉積法沉積，所述上包層採用化學氣相沉積法或火焰水解法沉積，所述SiO2薄膜採用等離子體增強化學氣相沉積法沉積。
8.一種應用權利要求1所述製備方法製備的集成光功率分配器，其特徵在於，所述分配器包括輸入波導區，過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區，所述輸入波導區，過渡波導區、耦合波導區以及輸出波導區依次連接，所述耦合波導區的上包層上設置有加熱電阻，所述加熱電阻上設置有SiO2薄膜保護層； 其中，襯底、下包層、芯層以及上包層作為光波導。
9.如權利要求8所述的集成光功率分配器，其特徵在於，所述輸出波導區的輸出端的輸出光信號數量小於或等於8路光波導輸出，且每兩路光波導輸出的波導間距為250 μ m,所述輸出波導區的輸出端的輸出光信號數量大於8路光波導輸出，且每兩路光波導輸出的波導間距為127 μ m。
10.如權利要求8所述的集成光功率分配器，其特徵在於，所述下包層的厚度大於.12 μ m,所述芯層的厚度大於3 μ m,所述上包層的厚度大於12 μ m。
【文檔編號】G02F1/01GK103744196SQ201310633008
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】胡翱翔, 金興弟 申請人:寧波天翔通訊設備有限公司