聚合物基波导装置及其制造方法

专利名称：聚合物基波导装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用作光放大器或激光波导的波导装置及其制造方法，尤指用作光放大器或激光波导的聚合物基波导装置及其制造方法。
背景技术：
在制作光纤过程中将稀土离子作为增益介质掺入光纤芯中，使用泵浦光可直接对光信号放大，提供光增益。在制造光纤时，把铒离子掺入纤芯中制成的光纤即为掺铒光纤，其常用在掺铒光纤放大器(Erbium-Doped FiberAmplifier，EDFA)中，并可在泵浦光作用下直接对信号光进行放大，是提供光增益的主要部件。
美国专利第5,982,973号揭示一种掺铒平板型波导装置2，请参照图3，其由一基体21、形成于基体21上的内覆层22、覆盖在内覆层22上的活性导引层23和包覆在前述活性导引层23上的外覆层26构成。但是该掺铒平板型波导装置2，因其具偏振相关性而不宜用作波导放大器，且其不仅在所需的线性方向产生光放大，在平面其它方向也产生光放大，而增大光损耗。另，该波导装置的制造周期较长，从而导致成本增加。

发明内容本发明的目的在于提供一种具有低信噪比、低偏振相关性、低串挠、高增益的用作光放大器或激光波导的波导装置。
本发明的另一目的在于提供一种简便、成本较低的制造聚合物基波导装置的方法。
为实现上述目的本发明的聚合物基波导装置，包括一基体、一覆盖在基体上的聚合物内覆层、安置在该聚合物内覆层上的信道波导和一覆盖在聚合物内覆层上且包覆该信道波导的聚合物外覆层，该信道波导由至少一种可激化产生激光的稀土金属离子掺杂复合物制成。该波导装置的制造方法包括制备一基体；在基体上涂敷一聚合物内覆层，并干燥固化；在该聚合物内覆层表面涂敷溶解有稀土金属离子掺杂复合物的第二聚合物，并进行选择性固化和蚀刻，而形成信道波导；在聚合物内覆层和信道波导外涂敷一聚合物外覆层，并干燥固化。
相较于现有技术，由于本发明的聚合物基波导装置的信道波道与基体平行地安置，且安置在聚合物内覆层上并包覆于聚合物外覆层内，加之信道波导的稀土金属离子浓度提高，所以该聚合物基波导装置作为光放大器或激光波导时具有低信噪比、低偏振相关性、低串挠、高增益的优点；另，该聚合物基光波导装置因采用聚合物作材料，所以易于制造、成本较低。

图1是本发明聚合物基波导装置的截面示意图。
图2是图1沿II-II线的剖视图。
图3是现有掺铒平板型波导装置的截面示意图。
具体实施方式
请参照图1，本发明聚合物基波导装置1，可用作光放大器或激光波导，其包括一基体11、一聚合物内覆层12、一聚合物外覆层16和一信道波导13。其中该聚合物内覆层12覆盖在基体11上，信道波导13安置在聚合物内覆层12上且包覆于聚合物外覆层16内。请同时参照图2，信道波导13实质上与基体11平行安置。
制造该聚合物基波导装置1可按如下四步骤进行(1)制备基体11，基体11的材质可以是单晶硅、多晶硅、铌酸锂单晶、石英、光学玻璃或光学树脂，且由现有拉伸或铸造工艺成型；(2)在基体11上涂敷形成聚合物内覆层12，并干燥固化，聚合物内覆层12的材质为含有现有覆层材料的树脂，可通过现有涂敷方法，如旋转喷涂进行涂敷；(3)形成信道波导13，首先将稀土金属掺杂离子封装在第一聚合物的多配位骨架结构中，从而形成稀土金属离子掺杂复合物，之后将该稀土金属离子掺杂复合物溶解在第二聚合物中，而形成涂层材料，然后将该涂层材料涂敷在聚合物内覆层12表面上而形成一活化层，最后保护该活化层的部分区域，对该第一聚合物涂层进行选择性固化和蚀刻，从而形成信道波导13；(4)在聚合物内覆层12和信道波导13外涂敷形成聚合物外覆层16，并干燥固化，该聚合物外覆层16的材质为含有现有覆层材料的树脂，可通过现有涂敷方法，如旋转喷涂进行涂敷。
其中在步骤(3)中，相较于稀土金属离子而言，将稀土金属离子封装在第一聚合物中形成的复合物，在第二聚合物中的溶解度提高，从而提高信道波导13中稀土金属离子的浓度，如是提高光增益，降低信噪比、偏振相关性和串挠。前述稀土金属离子可以是铒(Er)、铥(Tm)、钬(Ho)、镨(Pr)、钐(Sm)、铈(Ce)、镱(Yb)、钕(Nd)、铕(Eu)或钆(Gd)离子，这些稀土金属离子可激化产生激光。该第一聚合物材料可以是光学树脂或氟化聚合物，第二聚合物材料可以是光学树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯。涂敷该活化层的方法可采用旋转喷涂、铸造或RF溅镀等现有技术进行，固化方法可采用紫外光固化，蚀刻方法可以采用湿法蚀刻。
前述聚合物内覆层12与聚合物外覆层16最好用同一种材料制造，以使二者具有相同折射率，且低于信道波导13的折射率，以利于光信号在信道波导13中传输，所以当光信号输入至该波导装置后便可获得一放大光信号并在信道波导13中传输。
如上所建造的波导装置，可在信道波导13与聚合物内覆层12间，及在信道波导13与聚合物外覆层16间分别获得具有折射率分级的明显物理学界面。
选择不同材质时，该聚合物基波导装置1也可建造成具有折射率递减的物理学界面，此时，在信道波导13与聚合物内覆层12间，及在信道波导13与聚合物外覆层16间的物理学界面上实质形成一连续变化的折射率递减分布，即沿信道波导13至聚合物外覆层21的垂直方向折射率递减，且沿信道波导13至聚合物外覆层16的垂直方向折射率递减。
可以理解，本发明的聚合物基波导装置1也可包括数个信道波导13。此种情形下，各信道波导13间互相平行放置，且与基体11平行。同理，在基体11上不同高度处可建立与基体11平行的信道波导13的网络结构。
权利要求
1.一种聚合物基波导装置，包括一基体，形成于该基体上的一内覆层，安置在该内覆层上的信道波导，以及包覆于该信道波导和内覆层上的外覆层，其特征在于该内覆层和外覆层皆为聚合物覆层，且该信道波导是由溶解有稀土金属离子掺杂复合物的第二聚合物制成。
2.如权利要求1所述聚合物基波导装置，其特征在于该基体的材质选自单晶硅、多晶硅、铌酸锂单晶、石英、光学玻璃和光学树脂中的一种。
3.如权利要求1所述聚合物基波导装置，其特征在于该稀土金属离子掺杂复合物是将稀土金属离子封装在一种具有多配位骨架结构的第一聚合物中而形成。
4.如权利要求3所述聚合物基波导装置，其特征在于该稀土金属离子选自铒(Er)、铥(Tm)、钬(Ho)、镨(Pr)、钐(Sm)、铈(Ce)、镱(Yb)、钕(Nd)、铕(Eu)和钆(Gd)离子中至少一种。
5.如权利要求4所述聚合物基波导装置，其特征在于该第一聚合物为氟化聚合物。
6.如权利要求1所述聚合物基波导装置，其特征在于该聚合物内覆层和聚合物外覆层的折射率相同且低于信道波导的折射率。
7.如权利要求1所述聚合物基波导装置，其特征在于该信道波导与基体平行。
8.如权利要求7所述聚合物基波导装置，其特征在于该信道波导有数个，且互相平行安置。
9.一种聚合物基波导装置的制造方法，其包括以下步骤(1)制备一基体；(2)在基体上涂敷形成一聚合物内覆层，并干燥固化；(3)在前述聚合物内覆层表面涂敷溶解有稀土金属离子掺杂复合物的第二聚合物，并进行选择性固化和蚀刻，而形成信道波导；(4)在聚合物内覆层和信道波导外涂敷一聚合物外覆层，并干燥固化。
10.如权利要求9所述聚合物基波导装置的制造方法，其特征在于该稀土金属离子掺杂复合物是将稀土金属离子封装在一种具有多配位骨架结构的第一聚合物中而形成。
11.如权利要求9所述聚合物基波导装置的制造方法，其特征在于该信道波导有数个，且互相平行安置且与基体平行。
12.如权利要求9所述聚合物基波导装置的制造方法，其特征在于该固化是采用紫外光固化工艺，该蚀刻是采用湿法蚀刻。
全文摘要
一种用作光放大器或激光波导的聚合物基波导装置，其包括一基体、一覆盖在基体上的聚合物内覆层、安置在该聚合物内覆层上的信道波导和一覆盖在聚合物内覆层上且包覆该信道波导的聚合物外覆层，该信道波导由至少一种可激化产生激光的稀土金属离子掺杂复合物制成。该波导装置的制造方法包括制备一基体；在基体上涂敷一聚合物内覆层，并干燥固化；在该聚合物内覆层表面涂敷溶解有稀土金属离子掺杂复合物的第二聚合物，并进行选择性固化和蚀刻，而形成信道波导；在聚合物内覆层和信道波导外涂敷一聚合物外覆层，并干燥固化。该波导装置具有良好的光放大功能和传输功能。
文档编号G02B6/12GK1501106SQ0215200
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月15日 优先权日2002年11月15日
发明者陈杰良, 吕昌岳 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司