專利名稱：一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種布拉格光柵濾波器及其制備方法，具體來說，涉及一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器及其制備方法。
背景技術(shù)：
波導(dǎo)光柵濾波器是波分復(fù)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，已被廣泛的應(yīng)用于波導(dǎo)輸入輸出率禹合器、分束器、濾波器、傳感器中。有機(jī)聚合物因具有傳輸損耗低、穩(wěn)定和可靠性高、兼容性好、造價低廉、易于集成等優(yōu)勢逐漸成為集成光學(xué)中的重要材料。采用有機(jī)聚合物材料可使器件設(shè)計和制作具有較大的靈活性。集成波導(dǎo)布拉格光柵濾波器主要包括基底、下包層、上包層、直波導(dǎo)和下光柵，下包層固定連接在基底的上表面，下光柵固定連接在直波導(dǎo)的表面，且下光柵的寬度小于直 波導(dǎo)的寬度，直波導(dǎo)的底面和下包層的頂面連接，直波導(dǎo)的頂面和上包層的底面連接。集成波導(dǎo)布拉格光柵濾波器在設(shè)置合適參數(shù)時，可以得到高反射率，但伴隨高反射率一起出現(xiàn)的還有高的旁瓣，高布拉格光柵濾波器旁瓣會在通信系統(tǒng)中對相鄰信道造成很大的串?dāng)_，影響通信質(zhì)量。若用文獻(xiàn)報道的一些切趾方法將波導(dǎo)光柵濾波器旁瓣去掉提高邊模抑制t匕，部分切趾方法工藝復(fù)雜難以實現(xiàn)，而且會在提高邊模抑制比的同時抑制主峰反射率，達(dá)不到系統(tǒng)對高反射率的要求。因此如何在保證邊模抑制比大的情況下，大程度降低切趾對主峰反射率的影響成為我們關(guān)心的問題。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器，在保證邊模抑制比大的情況下，大幅度降低切趾對主峰反射率的影響，從而達(dá)到高反射率、高邊模抑制比的切趾效果，同時本發(fā)明還提供了一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器的制備方法，該制備方法簡單易行，保證制備的濾波器具有高反射率、高邊模抑制比的切趾效果。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器，包括基底、下包層、上包層、直波導(dǎo)和由光柵線組成的下光柵，下包層固定連接在基底的上表面，下光柵的固定連接在直波導(dǎo)的表面，直波導(dǎo)的底面和下包層的頂面連接，直波導(dǎo)的頂面和上包層的底面連接，所述的下光柵中的光柵線呈條狀，且光柵線之間相互平行，下光柵沿直波導(dǎo)的豎向中分線相互對稱；下光柵的寬度從兩端向中間按照鐘形包絡(luò)函數(shù)逐漸增加，且位于下光柵端部的光柵線的寬度小于直波導(dǎo)的寬度，位于下光柵中部的光柵線的寬度大于直波導(dǎo)的寬度；所述的直波導(dǎo)的寬度恒定。一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器的制備方法，該制備方法包括以下步驟 第一步在基底上涂覆下包層利用勻膠機(jī)在基底的上表面旋轉(zhuǎn)涂覆下包層，用紫外
固化燈對下包層進(jìn)行固化，然后用烘膠臺對下包層進(jìn)行固化，隨后在真空干燥箱中，對覆有下包層的基底進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5一一24小時；
第二 步制作抗刻蝕層利用真空鍍膜機(jī)在下包層的上表面蒸鍍一鋁層，作為抗刻蝕
層；
第三步利用勻膠機(jī)在下包層上旋涂負(fù)性光刻膠，再用紫外固化燈對下包層和負(fù)性光刻膠進(jìn)行固化；
第四步利用掩模板和掩膜曝光機(jī)對負(fù)性光刻膠進(jìn)行掩膜曝光，光刻下光柵的外圍輪廓區(qū)域；
第五步利用紫外波長激光器在第四步形成的下光柵的外圍輪廓區(qū)域中干涉出下光柵中各光柵線的結(jié)構(gòu)；
第六步采用負(fù)膠顯影液，對下光柵所在區(qū)域進(jìn)行顯影，使得下光柵中各光柵線結(jié)構(gòu)處的負(fù)性光刻膠被洗掉，再用酸腐蝕液對由于負(fù)性光刻膠被洗掉而露出的金屬層進(jìn)行腐蝕；第七步利用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)在第六步中腐蝕掉金屬的部位刻蝕出下光柵；
第八步用去膠液去除余下的負(fù)性光刻膠，此時金屬層位于下包層上方，用酸腐蝕液對該金屬層進(jìn)行腐蝕去除；
第九步利用勻膠機(jī)在刻蝕后有下光柵的下包層上旋轉(zhuǎn)涂覆芯層材料，再用紫外固化燈對芯層材料進(jìn)行固化，然后用烘膠臺對芯層材料進(jìn)行固化，隨后在真空干燥箱中，對芯層材料、下包層和基底進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時；
第十步蒸鍍鋁層采用真空鍍膜機(jī)在芯層材料的上表面蒸鍍一鋁層作為抗刻蝕層；
第H 步用掩膜曝光機(jī)和掩模板進(jìn)行直波導(dǎo)的光刻；
第十二步采用顯影液進(jìn)行直波導(dǎo)以外區(qū)域進(jìn)行顯影，再用酸腐蝕液對顯影后露出的金屬層進(jìn)行腐蝕，然后利用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)對本步驟中被腐蝕掉金屬的部位刻蝕出直波導(dǎo)；
第十三步利用勻膠機(jī)在直波導(dǎo)的上表面旋轉(zhuǎn)涂覆上包層，用紫外固化燈對上包層進(jìn)行固化，并用烘膠臺堅膜，最后在真空干燥箱中，對基底、下包層、上包層、直波導(dǎo)和下光柵進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時；
第十四步從真空干燥箱中取出由基底、下包層、上包層、直波導(dǎo)和下光柵組成的整體件，濾波器制備完成。有益效果與現(xiàn)有切趾技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是在保證邊模抑制比大的情況下，大幅度降低切趾對主峰反射率的影響，從而達(dá)到高反射率、高邊模抑制比的切趾效果?，F(xiàn)有的波導(dǎo)光柵切趾方案中，光柵寬度變化的整個范圍都在直波導(dǎo)寬度以內(nèi)，靠芯層模式調(diào)制實現(xiàn)切趾，切趾后，雖然旁瓣被切除，邊模抑制比提高，但由于整體上，波導(dǎo)光柵周期內(nèi)有效折射率差(tin )的大小
被限制，切之后主峰反射率同時被抑制。而本發(fā)明為了達(dá)到切趾的效果，直波導(dǎo)寬度在傳輸方向上保持不變，在傳輸方向上，下光柵寬度作由窄到寬再變窄的鐘形升余弦變化。傳輸方向上的有效折射率差亦隨下光柵寬度作鐘形變化，可實現(xiàn)切去光柵反射譜旁瓣的效果。本發(fā)明的濾波器結(jié)構(gòu)，實施傳輸方向上，下光柵寬度變化的切趾操作，位于中間部分的下光柵寬度變化范圍超出直波導(dǎo)的寬度。在實現(xiàn)下光柵寬度鐘形變化的同時，提高了整體上有效折射率差)的值，靠芯層模式和包層倏逝模式共同調(diào)制實現(xiàn)切趾，達(dá)到了去除旁瓣提高邊模抑制比，同時減小切趾給主峰反射率帶來的影響，并且不增加波導(dǎo)光柵的制作難度。采用本發(fā)明的濾波器在切趾操作時，在保證下光柵寬度變化，即周期內(nèi)有效折射率差(i^)作鐘形變化的同時，又提高了整體上有效折射率差(A )值的分布，最終既可以去除旁瓣提高邊摸抑制比，又減小切趾對主峰造成的影響，實現(xiàn)高反射率、高邊模抑制比的波導(dǎo)布拉格光柵切趾效果。
圖I為本發(fā)明的縱向剖視圖。圖2為本發(fā)明中的下光柵、直波導(dǎo)和上包層組裝后的仰視圖。圖3為本發(fā)明對比試驗中均勻波導(dǎo)光柵濾波器的反射譜示意圖。圖4為本發(fā)明對比試驗中本發(fā)明的濾波器的反射譜示意圖。
圖中有上包層I、下包層2、直波導(dǎo)3、下光柵4、基底5。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器，包括基底5、下包層I、上包層2、直波導(dǎo)3和由光柵線組成的下光柵4。由直波導(dǎo)3和下光柵4組成的波導(dǎo)光柵總長度一般是毫米或厘米量級，下光柵4中光柵周期一般是幾百納米。下包層I固定連接在基底5的上表面，下光柵4的固定連接在直波導(dǎo)3的表面，直波導(dǎo)3的底面和下包層I的頂面連接，直波導(dǎo)3的頂面和上包層2的底面連接。下光柵4中的光柵線呈條狀，且光柵線之間相互平行，下光柵4沿直波導(dǎo)3的豎向中分線相互對稱。下光柵4的寬度從兩端向中間按照鐘形包絡(luò)函數(shù)逐漸增加，且位于下光柵4端部的光柵線的寬度小于直波導(dǎo)3的寬度，位于下光柵4中部的光柵線的寬度大于直波導(dǎo)3的寬度。直波導(dǎo)3的寬度恒定。直波導(dǎo)3的寬度大小不變，始終是恒定的值。鐘形包絡(luò)函數(shù)可以采用升余弦函數(shù)，或高斯函
激坐坐
寸寸O進(jìn)一步，所述的下光柵4固定在直波導(dǎo)3的底面，且下包層I的頂部設(shè)有相互平行的溝槽和臺階，下包層I的臺階嵌在下光柵4的光柵線之間的空隙中，下光柵4的光柵線與下包層I的溝槽相配合。下光柵4設(shè)置在直波導(dǎo)3的底面，使得波導(dǎo)光柵的制作更簡便易行。本發(fā)明的布拉格光柵濾波器包含基底5、下包層I、一個波導(dǎo)光柵和上包層2。其中，波導(dǎo)光柵由下光柵4和直波導(dǎo)3構(gòu)成。整個波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)包在上包層2和下包層I之間。為了達(dá)到切趾的效果，直波導(dǎo)3寬度在傳輸方向上保持不變，傳輸方向上，下光柵4寬度作由窄到寬再變窄的鐘形包絡(luò)變化。結(jié)合設(shè)計和實際制作工藝的難易程度，本例中的切趾函數(shù)以升余弦為例，其他切趾函數(shù)也可應(yīng)用本發(fā)明方法。傳輸方向上的有效折射率差亦隨光柵寬度作鐘形變化，可實現(xiàn)切去光柵反射譜旁瓣的效果。本發(fā)明中的波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)，實施傳輸方向上，下光柵4寬度變化的切趾操作，位于中間部分的下光柵4寬度超出直波導(dǎo)3的寬度。在實現(xiàn)光柵寬度鐘形變化的同時，相對常見切趾光柵結(jié)構(gòu)，提高了整體上有效折射率差(A )的值，靠芯層模式和包層倏逝模式共同調(diào)制實現(xiàn)切趾，達(dá)到了去除旁瓣提高邊模抑制比，同時減小切趾給主峰反射率帶來的影響，并且不增加波導(dǎo)光柵的制作難度。上述的皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器的制備方法，包括以下步驟第一步在基底5上涂覆下包層I :利用勻膠機(jī)在基底5的上表面旋轉(zhuǎn)涂覆下包層1，再用紫外固化燈對下包層I進(jìn)行固化，然后用烘膠臺對下包層I進(jìn)行固化，隨后在真空干燥箱中，對覆有下包層I的基底5進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時。第二步制作抗刻蝕層利用真空鍍膜機(jī)在下包層I的上表面蒸鍍一鋁層，作為抗刻蝕層。蒸鍍的方法是本領(lǐng)域公知的真空蒸鍍的方法。第三步利用勻膠機(jī)在下包層I上旋涂負(fù)性光刻膠，再用紫外固化燈對下包層I和負(fù)性光刻膠進(jìn)行固化。第四步利用掩模板和掩膜曝光機(jī)對負(fù)性光刻膠進(jìn)行掩膜曝光，光刻下光柵4的外圍輪廓區(qū)域。第五步利用紫外波長激光器在第四步形成的下光柵4的外圍輪廓區(qū)域中干涉出下光柵4中各光柵線的結(jié)構(gòu)。干涉的過程是本領(lǐng)域公知的雙光束干涉法。第六步采用負(fù)膠顯影液，對下光柵4所在區(qū)域進(jìn)行顯影，使得下光柵4中各光柵·線結(jié)構(gòu)處的的負(fù)性光刻膠被洗掉，再用酸腐蝕液對由于負(fù)性光刻膠被洗掉而露出的金屬層進(jìn)行腐蝕；
第七步利用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)在第六步中腐蝕掉金屬的部位刻蝕出下光柵4?？涛g的方法是本領(lǐng)域公知的反應(yīng)離子刻蝕法。第八步用去膠液去除余下的負(fù)性光刻膠，此時金屬層位于下包層I上方，用酸腐蝕液對該金屬層進(jìn)行腐蝕去除。第九步利用勻膠機(jī)在刻蝕后有下光柵4的下包層I上旋轉(zhuǎn)涂覆芯層材料，再用紫外固化燈對芯層材料進(jìn)行固化，然后用烘膠臺對芯層材料進(jìn)行固化，隨后在真空干燥箱中，對芯層材料、下包層I和基底5進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5-24小時。第十步蒸鍍鋁層采用真空鍍膜機(jī)在芯層材料的上表面蒸鍍一鋁層作為抗刻蝕層。蒸鍍的方法是本領(lǐng)域公知的真空蒸鍍的方法。第H 步用掩膜曝光機(jī)和掩模板進(jìn)行直波導(dǎo)3的光刻。第十二步采用顯影液進(jìn)行直波導(dǎo)3以外區(qū)域進(jìn)行顯影，再用酸腐蝕液對顯影后露出的金屬層進(jìn)行腐蝕，然后利用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)對本步驟中被腐蝕掉金屬的部位刻蝕出直波導(dǎo)3。采用刻蝕的方法為是本領(lǐng)域公知的反應(yīng)離子刻蝕方法。第十三步利用勻膠機(jī)在直波導(dǎo)3的上表面旋轉(zhuǎn)涂覆上包層2，用紫外固化燈對上包層2進(jìn)行固化，并用烘膠臺堅膜，最后在真空干燥箱中，對基底5、下包層I、上包層2、直波導(dǎo)3和下光柵4進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時。第十四步從真空干燥箱中取出由基底5、下包層I、上包層2、直波導(dǎo)3和下光柵4組成的整體件，濾波器制備完成。下面通過試驗來說明本發(fā)明的濾波器與現(xiàn)有的濾波器相比，具有高反射率和高邊模抑制比的優(yōu)良性能。結(jié)合商用有機(jī)聚合物紫外固化ZPU系列材料，試驗中采用的本發(fā)明的濾波器的參數(shù)如表I所示?？紤]到制作工藝問題，我們將傳輸方向上，下光柵4的起始和結(jié)束的光柵線的寬度設(shè)計為2iim。表 I
設(shè)計參量I名稱I數(shù)值
權(quán)利要求
1.一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器，包括基底(5)、下包層(I)、上包層(2)、直波導(dǎo)(3)和由光柵線組成的下光柵(4)，下包層(I)固定連接在基底(5)的上表面，下光柵(4)的固定連接在直波導(dǎo)(3)的表面，直波導(dǎo)(3)的底面和下包層(I)的頂面連接，直波導(dǎo)(3)的頂面和上包層(2)的底面連接，其特征在于，所述的下光柵(4)中的光柵線呈條狀，且光柵線之間相互平行，下光柵(4)沿直波導(dǎo)(3)的豎向中分線相互對稱；下光柵(4)的寬度從兩端向中間按照鐘形包絡(luò)函數(shù)逐漸增加，且位于下光柵(4)端部的光柵線的寬度小于直波導(dǎo)(3)的寬度，位于下光柵(4)中部的光柵線的寬度大于直波導(dǎo)(3)的寬度；所述的直波導(dǎo)(3)的寬度恒定。
2.按照權(quán)利要求I所述的皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器，其特征在于，所述的下光柵(4)固定在直波導(dǎo)(3)的底面，且下包層(I)的頂部設(shè)有相互平行的溝槽和臺階，下包層(I)的臺階嵌在下光柵(4)的光柵線之間的空隙中，下光柵(4)的光柵線與下包層(I)的溝槽相配合。
3.—種權(quán)利要求I所述的皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟第一步在基底(5)上涂覆下包層(I):利用勻膠機(jī)在基底(5)的上表面旋轉(zhuǎn)涂覆下包層(I )，用紫外固化燈對下包層(I)進(jìn)行固化，然后用烘膠臺對下包層(I)進(jìn)行固化，隨后在真空干燥箱中，對覆有下包層(I)的基底(5)進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時；第二步制作抗刻蝕層利用真空鍍膜機(jī)在下包層(I)的上表面蒸鍍一鋁層，作為抗刻蝕層； 第三步利用勻膠機(jī)在下包層(I)上旋涂負(fù)性光刻膠，再用紫外固化燈對下包層(I)和負(fù)性光刻膠進(jìn)行固化； 第四步利用掩模板和掩膜曝光機(jī)對負(fù)性光刻膠進(jìn)行掩膜曝光，光刻下光柵(4)的外圍輪廓區(qū)域； 第五步利用紫外波長激光器在第四步形成的下光柵(4)的外圍輪廓區(qū)域中干涉出下光柵(4)中各光柵線的結(jié)構(gòu)； 第六步采用負(fù)膠顯影液，對下光柵(4)所在區(qū)域進(jìn)行顯影，使得下光柵(4)中各光柵線結(jié)構(gòu)處的負(fù)性光刻膠被洗掉，再用酸腐蝕液對由于負(fù)性光刻膠被洗掉而露出的金屬層進(jìn)行腐蝕； 第七步利用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)在第六步中腐蝕掉金屬的部位刻蝕出下光柵(4)； 第八步用去膠液去除余下的負(fù)性光刻膠，此時金屬層位于下包層(I)上方，用酸腐蝕液對該金屬層進(jìn)行腐蝕去除； 第九步利用勻膠機(jī)在刻蝕后有下光柵(4)的下包層(I)上旋轉(zhuǎn)涂覆芯層材料，再用紫外固化燈對芯層材料進(jìn)行固化，然后用烘膠臺對芯層材料進(jìn)行固化，隨后在真空干燥箱中，對芯層材料、下包層(I)和基底(5)進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時； 第十步蒸鍍鋁層采用真空鍍膜機(jī)在芯層材料的上表面蒸鍍一鋁層作為抗刻蝕層； 第十一步用掩膜曝光機(jī)和掩模板進(jìn)行直波導(dǎo)(3)的光刻； 第十二步采用顯影液進(jìn)行直波導(dǎo)(3)以外區(qū)域進(jìn)行顯影，再用酸腐蝕液對顯影后露出的金屬層進(jìn)行腐蝕，然后利用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)對本步驟中被腐蝕掉金屬的部位刻蝕出直波導(dǎo)(3)；第十三步利用勻膠機(jī)在直波導(dǎo)(3)的上表面旋轉(zhuǎn)涂覆上包層(2)，用紫外固化燈對上包層(2)進(jìn)行固化，并用烘膠臺堅膜，最后在真空干燥箱中，對基底(5)、下包層(I)、上包層(2)、直波導(dǎo)(3)和下光柵(4)進(jìn)行真空干燥，干燥時間為3. 5—24小時； 第十四 步從真空干燥箱中取出由基底(5)、下包層(I)、上包層(2)、直波導(dǎo)(3)和下光柵(4)組成的整體件，濾波器制備完成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種皺褶式切趾波導(dǎo)布拉格光柵濾波器，包括基底、下包層、上包層、直波導(dǎo)和下光柵，下光柵的寬度按照鐘形包絡(luò)函數(shù)逐漸增加，位于端部的光柵線的寬度小于直波導(dǎo)的寬度，位于中部的光柵線的寬度大于直波導(dǎo)的寬度。本發(fā)明還提供了該濾波器的制備方法在基底上涂覆下包層；制作抗刻蝕層；旋涂負(fù)性光刻膠；進(jìn)行掩膜曝光；干涉出下光柵的結(jié)構(gòu)；對下光柵區(qū)域進(jìn)行顯影，進(jìn)行腐蝕；刻蝕出下光柵；去除余下的負(fù)性光刻膠，進(jìn)行腐蝕；旋轉(zhuǎn)涂覆芯層材料；蒸鍍鋁層；進(jìn)行直波導(dǎo)的光刻；進(jìn)行直波導(dǎo)以外區(qū)域進(jìn)行顯影，再進(jìn)行腐蝕，制作直波導(dǎo)；旋轉(zhuǎn)涂覆上包層，進(jìn)行固化和真空干燥。該濾波器具有高反射率、高邊模抑制比的切趾效果。
文檔編號G02B6/13GK102662218SQ20121017516
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者崔一平, 惲斌峰, 胡國華, 鐘嫄, 閆以建 申請人:東南大學(xué)