专利名称：一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种布拉格光栅滤波器及其制备方法，具体来说，涉及一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器及其制备方法。
背景技术：
波导光栅滤波器是波分复用系统中的关键器件，已被广泛的应用于波导输入输出率禹合器、分束器、滤波器、传感器中。有机聚合物因具有传输损耗低、稳定和可靠性高、兼容性好、造价低廉、易于集成等优势逐渐成为集成光学中的重要材料。采用有机聚合物材料可使器件设计和制作具有较大的灵活性。集成波导布拉格光栅滤波器主要包括基底、下包层、上包层、直波导和下光栅，下包层固定连接在基底的上表面，下光栅固定连接在直波导的表面，且下光栅的宽度小于直 波导的宽度，直波导的底面和下包层的顶面连接，直波导的顶面和上包层的底面连接。集成波导布拉格光栅滤波器在设置合适参数时，可以得到高反射率，但伴随高反射率一起出现的还有高的旁瓣，高布拉格光栅滤波器旁瓣会在通信系统中对相邻信道造成很大的串扰，影响通信质量。若用文献报道的一些切趾方法将波导光栅滤波器旁瓣去掉提高边模抑制t匕，部分切趾方法工艺复杂难以实现，而且会在提高边模抑制比的同时抑制主峰反射率，达不到系统对高反射率的要求。因此如何在保证边模抑制比大的情况下，大程度降低切趾对主峰反射率的影响成为我们关心的问题。
发明内容
技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器，在保证边模抑制比大的情况下，大幅度降低切趾对主峰反射率的影响，从而达到高反射率、高边模抑制比的切趾效果，同时本发明还提供了一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器的制备方法，该制备方法简单易行，保证制备的滤波器具有高反射率、高边模抑制比的切趾效果。技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器，包括基底、下包层、上包层、直波导和由光栅线组成的下光栅，下包层固定连接在基底的上表面，下光栅的固定连接在直波导的表面，直波导的底面和下包层的顶面连接，直波导的顶面和上包层的底面连接，所述的下光栅中的光栅线呈条状，且光栅线之间相互平行，下光栅沿直波导的竖向中分线相互对称；下光栅的宽度从两端向中间按照钟形包络函数逐渐增加，且位于下光栅端部的光栅线的宽度小于直波导的宽度，位于下光栅中部的光栅线的宽度大于直波导的宽度；所述的直波导的宽度恒定。一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器的制备方法，该制备方法包括以下步骤 第一步在基底上涂覆下包层利用匀胶机在基底的上表面旋转涂覆下包层，用紫外
固化灯对下包层进行固化，然后用烘胶台对下包层进行固化，随后在真空干燥箱中，对覆有下包层的基底进行真空干燥，干燥时间为3. 5一一24小时；
第二 步制作抗刻蚀层利用真空镀膜机在下包层的上表面蒸镀一铝层，作为抗刻蚀
层；
第三步利用匀胶机在下包层上旋涂负性光刻胶，再用紫外固化灯对下包层和负性光刻胶进行固化；
第四步利用掩模板和掩膜曝光机对负性光刻胶进行掩膜曝光，光刻下光栅的外围轮廓区域；
第五步利用紫外波长激光器在第四步形成的下光栅的外围轮廓区域中干涉出下光栅中各光栅线的结构；
第六步采用负胶显影液，对下光栅所在区域进行显影，使得下光栅中各光栅线结构处的负性光刻胶被洗掉，再用酸腐蚀液对由于负性光刻胶被洗掉而露出的金属层进行腐蚀；第七步利用反应离子刻蚀机在第六步中腐蚀掉金属的部位刻蚀出下光栅；
第八步用去胶液去除余下的负性光刻胶，此时金属层位于下包层上方，用酸腐蚀液对该金属层进行腐蚀去除；
第九步利用匀胶机在刻蚀后有下光栅的下包层上旋转涂覆芯层材料，再用紫外固化灯对芯层材料进行固化，然后用烘胶台对芯层材料进行固化，随后在真空干燥箱中，对芯层材料、下包层和基底进行真空干燥，干燥时间为3. 5—24小时；
第十步蒸镀铝层采用真空镀膜机在芯层材料的上表面蒸镀一铝层作为抗刻蚀层；
第H 步用掩膜曝光机和掩模板进行直波导的光刻；
第十二步采用显影液进行直波导以外区域进行显影，再用酸腐蚀液对显影后露出的金属层进行腐蚀，然后利用反应离子刻蚀机对本步骤中被腐蚀掉金属的部位刻蚀出直波导；
第十三步利用匀胶机在直波导的上表面旋转涂覆上包层，用紫外固化灯对上包层进行固化，并用烘胶台坚膜，最后在真空干燥箱中，对基底、下包层、上包层、直波导和下光栅进行真空干燥，干燥时间为3. 5—24小时；
第十四步从真空干燥箱中取出由基底、下包层、上包层、直波导和下光栅组成的整体件，滤波器制备完成。有益效果与现有切趾技术相比，本发明具有的有益效果是在保证边模抑制比大的情况下，大幅度降低切趾对主峰反射率的影响，从而达到高反射率、高边模抑制比的切趾效果。现有的波导光栅切趾方案中，光栅宽度变化的整个范围都在直波导宽度以内，靠芯层模式调制实现切趾，切趾后，虽然旁瓣被切除，边模抑制比提高，但由于整体上，波导光栅周期内有效折射率差(tin )的大小
被限制，切之后主峰反射率同时被抑制。而本发明为了达到切趾的效果，直波导宽度在传输方向上保持不变，在传输方向上，下光栅宽度作由窄到宽再变窄的钟形升余弦变化。传输方向上的有效折射率差亦随下光栅宽度作钟形变化，可实现切去光栅反射谱旁瓣的效果。本发明的滤波器结构，实施传输方向上，下光栅宽度变化的切趾操作，位于中间部分的下光栅宽度变化范围超出直波导的宽度。在实现下光栅宽度钟形变化的同时，提高了整体上有效折射率差)的值，靠芯层模式和包层倏逝模式共同调制实现切趾，达到了去除旁瓣提高边模抑制比，同时减小切趾给主峰反射率带来的影响，并且不增加波导光栅的制作难度。采用本发明的滤波器在切趾操作时，在保证下光栅宽度变化，即周期内有效折射率差(i^)作钟形变化的同时，又提高了整体上有效折射率差(A )值的分布，最终既可以去除旁瓣提高边摸抑制比，又减小切趾对主峰造成的影响，实现高反射率、高边模抑制比的波导布拉格光栅切趾效果。
图I为本发明的纵向剖视图。图2为本发明中的下光栅、直波导和上包层组装后的仰视图。图3为本发明对比试验中均匀波导光栅滤波器的反射谱示意图。图4为本发明对比试验中本发明的滤波器的反射谱示意图。
图中有上包层I、下包层2、直波导3、下光栅4、基底5。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。如图I和图2所示，本发明的一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器，包括基底5、下包层I、上包层2、直波导3和由光栅线组成的下光栅4。由直波导3和下光栅4组成的波导光栅总长度一般是毫米或厘米量级，下光栅4中光栅周期一般是几百纳米。下包层I固定连接在基底5的上表面，下光栅4的固定连接在直波导3的表面，直波导3的底面和下包层I的顶面连接，直波导3的顶面和上包层2的底面连接。下光栅4中的光栅线呈条状，且光栅线之间相互平行，下光栅4沿直波导3的竖向中分线相互对称。下光栅4的宽度从两端向中间按照钟形包络函数逐渐增加，且位于下光栅4端部的光栅线的宽度小于直波导3的宽度，位于下光栅4中部的光栅线的宽度大于直波导3的宽度。直波导3的宽度恒定。直波导3的宽度大小不变，始终是恒定的值。钟形包络函数可以采用升余弦函数，或高斯函
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寸寸O进一步，所述的下光栅4固定在直波导3的底面，且下包层I的顶部设有相互平行的沟槽和台阶，下包层I的台阶嵌在下光栅4的光栅线之间的空隙中，下光栅4的光栅线与下包层I的沟槽相配合。下光栅4设置在直波导3的底面，使得波导光栅的制作更简便易行。本发明的布拉格光栅滤波器包含基底5、下包层I、一个波导光栅和上包层2。其中，波导光栅由下光栅4和直波导3构成。整个波导光栅结构包在上包层2和下包层I之间。为了达到切趾的效果，直波导3宽度在传输方向上保持不变，传输方向上，下光栅4宽度作由窄到宽再变窄的钟形包络变化。结合设计和实际制作工艺的难易程度，本例中的切趾函数以升余弦为例，其他切趾函数也可应用本发明方法。传输方向上的有效折射率差亦随光栅宽度作钟形变化，可实现切去光栅反射谱旁瓣的效果。本发明中的波导光栅结构，实施传输方向上，下光栅4宽度变化的切趾操作，位于中间部分的下光栅4宽度超出直波导3的宽度。在实现光栅宽度钟形变化的同时，相对常见切趾光栅结构，提高了整体上有效折射率差(A )的值，靠芯层模式和包层倏逝模式共同调制实现切趾，达到了去除旁瓣提高边模抑制比，同时减小切趾给主峰反射率带来的影响，并且不增加波导光栅的制作难度。上述的皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器的制备方法，包括以下步骤第一步在基底5上涂覆下包层I :利用匀胶机在基底5的上表面旋转涂覆下包层1，再用紫外固化灯对下包层I进行固化，然后用烘胶台对下包层I进行固化，随后在真空干燥箱中，对覆有下包层I的基底5进行真空干燥，干燥时间为3. 5—24小时。第二步制作抗刻蚀层利用真空镀膜机在下包层I的上表面蒸镀一铝层，作为抗刻蚀层。蒸镀的方法是本领域公知的真空蒸镀的方法。第三步利用匀胶机在下包层I上旋涂负性光刻胶，再用紫外固化灯对下包层I和负性光刻胶进行固化。第四步利用掩模板和掩膜曝光机对负性光刻胶进行掩膜曝光，光刻下光栅4的外围轮廓区域。第五步利用紫外波长激光器在第四步形成的下光栅4的外围轮廓区域中干涉出下光栅4中各光栅线的结构。干涉的过程是本领域公知的双光束干涉法。第六步采用负胶显影液，对下光栅4所在区域进行显影，使得下光栅4中各光栅·线结构处的的负性光刻胶被洗掉，再用酸腐蚀液对由于负性光刻胶被洗掉而露出的金属层进行腐蚀；
第七步利用反应离子刻蚀机在第六步中腐蚀掉金属的部位刻蚀出下光栅4。刻蚀的方法是本领域公知的反应离子刻蚀法。第八步用去胶液去除余下的负性光刻胶，此时金属层位于下包层I上方，用酸腐蚀液对该金属层进行腐蚀去除。第九步利用匀胶机在刻蚀后有下光栅4的下包层I上旋转涂覆芯层材料，再用紫外固化灯对芯层材料进行固化，然后用烘胶台对芯层材料进行固化，随后在真空干燥箱中，对芯层材料、下包层I和基底5进行真空干燥，干燥时间为3. 5-24小时。第十步蒸镀铝层采用真空镀膜机在芯层材料的上表面蒸镀一铝层作为抗刻蚀层。蒸镀的方法是本领域公知的真空蒸镀的方法。第H 步用掩膜曝光机和掩模板进行直波导3的光刻。第十二步采用显影液进行直波导3以外区域进行显影，再用酸腐蚀液对显影后露出的金属层进行腐蚀，然后利用反应离子刻蚀机对本步骤中被腐蚀掉金属的部位刻蚀出直波导3。采用刻蚀的方法为是本领域公知的反应离子刻蚀方法。第十三步利用匀胶机在直波导3的上表面旋转涂覆上包层2，用紫外固化灯对上包层2进行固化，并用烘胶台坚膜，最后在真空干燥箱中，对基底5、下包层I、上包层2、直波导3和下光栅4进行真空干燥，干燥时间为3. 5—24小时。第十四步从真空干燥箱中取出由基底5、下包层I、上包层2、直波导3和下光栅4组成的整体件，滤波器制备完成。下面通过试验来说明本发明的滤波器与现有的滤波器相比，具有高反射率和高边模抑制比的优良性能。结合商用有机聚合物紫外固化ZPU系列材料，试验中采用的本发明的滤波器的参数如表I所示。考虑到制作工艺问题，我们将传输方向上，下光栅4的起始和结束的光栅线的宽度设计为2iim。表 I
设计参量I名称I数值
权利要求
1.一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器，包括基底(5)、下包层(I)、上包层(2)、直波导(3)和由光栅线组成的下光栅(4)，下包层(I)固定连接在基底(5)的上表面，下光栅(4)的固定连接在直波导(3)的表面，直波导(3)的底面和下包层(I)的顶面连接，直波导(3)的顶面和上包层(2)的底面连接，其特征在于，所述的下光栅(4)中的光栅线呈条状，且光栅线之间相互平行，下光栅(4)沿直波导(3)的竖向中分线相互对称；下光栅(4)的宽度从两端向中间按照钟形包络函数逐渐增加，且位于下光栅(4)端部的光栅线的宽度小于直波导(3)的宽度，位于下光栅(4)中部的光栅线的宽度大于直波导(3)的宽度；所述的直波导(3)的宽度恒定。
2.按照权利要求I所述的皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器，其特征在于，所述的下光栅(4)固定在直波导(3)的底面，且下包层(I)的顶部设有相互平行的沟槽和台阶，下包层(I)的台阶嵌在下光栅(4)的光栅线之间的空隙中，下光栅(4)的光栅线与下包层(I)的沟槽相配合。
3.—种权利要求I所述的皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤第一步在基底(5)上涂覆下包层(I):利用匀胶机在基底(5)的上表面旋转涂覆下包层(I )，用紫外固化灯对下包层(I)进行固化，然后用烘胶台对下包层(I)进行固化，随后在真空干燥箱中，对覆有下包层(I)的基底(5)进行真空干燥，干燥时间为3. 5—24小时；第二步制作抗刻蚀层利用真空镀膜机在下包层(I)的上表面蒸镀一铝层，作为抗刻蚀层； 第三步利用匀胶机在下包层(I)上旋涂负性光刻胶，再用紫外固化灯对下包层(I)和负性光刻胶进行固化； 第四步利用掩模板和掩膜曝光机对负性光刻胶进行掩膜曝光，光刻下光栅(4)的外围轮廓区域； 第五步利用紫外波长激光器在第四步形成的下光栅(4)的外围轮廓区域中干涉出下光栅(4)中各光栅线的结构； 第六步采用负胶显影液，对下光栅(4)所在区域进行显影，使得下光栅(4)中各光栅线结构处的负性光刻胶被洗掉，再用酸腐蚀液对由于负性光刻胶被洗掉而露出的金属层进行腐蚀； 第七步利用反应离子刻蚀机在第六步中腐蚀掉金属的部位刻蚀出下光栅(4)； 第八步用去胶液去除余下的负性光刻胶，此时金属层位于下包层(I)上方，用酸腐蚀液对该金属层进行腐蚀去除； 第九步利用匀胶机在刻蚀后有下光栅(4)的下包层(I)上旋转涂覆芯层材料，再用紫外固化灯对芯层材料进行固化，然后用烘胶台对芯层材料进行固化，随后在真空干燥箱中，对芯层材料、下包层(I)和基底(5)进行真空干燥，干燥时间为3. 5—24小时； 第十步蒸镀铝层采用真空镀膜机在芯层材料的上表面蒸镀一铝层作为抗刻蚀层； 第十一步用掩膜曝光机和掩模板进行直波导(3)的光刻； 第十二步采用显影液进行直波导(3)以外区域进行显影，再用酸腐蚀液对显影后露出的金属层进行腐蚀，然后利用反应离子刻蚀机对本步骤中被腐蚀掉金属的部位刻蚀出直波导(3)；第十三步利用匀胶机在直波导(3)的上表面旋转涂覆上包层(2)，用紫外固化灯对上包层(2)进行固化，并用烘胶台坚膜，最后在真空干燥箱中，对基底(5)、下包层(I)、上包层(2)、直波导(3)和下光栅(4)进行真空干燥，干燥时间为3. 5—24小时； 第十四 步从真空干燥箱中取出由基底(5)、下包层(I)、上包层(2)、直波导(3)和下光栅(4)组成的整体件，滤波器制备完成。
全文摘要
本发明提供了一种皱褶式切趾波导布拉格光栅滤波器，包括基底、下包层、上包层、直波导和下光栅，下光栅的宽度按照钟形包络函数逐渐增加，位于端部的光栅线的宽度小于直波导的宽度，位于中部的光栅线的宽度大于直波导的宽度。本发明还提供了该滤波器的制备方法在基底上涂覆下包层；制作抗刻蚀层；旋涂负性光刻胶；进行掩膜曝光；干涉出下光栅的结构；对下光栅区域进行显影，进行腐蚀；刻蚀出下光栅；去除余下的负性光刻胶，进行腐蚀；旋转涂覆芯层材料；蒸镀铝层；进行直波导的光刻；进行直波导以外区域进行显影，再进行腐蚀，制作直波导；旋转涂覆上包层，进行固化和真空干燥。该滤波器具有高反射率、高边模抑制比的切趾效果。
文档编号G02B6/13GK102662218SQ20121017516
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者崔一平, 恽斌峰, 胡国华, 钟嫄, 闫以建 申请人:东南大学