本发明涉及微加工制造领域，提出了一种在光波导上制备凹面镜的方法。
背景技术：
目前，基于印刷电路板的光背板(opticsprintedcircuitboard,opcbs)互连技术得到了很大发展，成为近年来高端设备信息互连技术领域的研究热点，它具有高带宽、低能耗、低成本等优势。以材料类型划分，背板光波导有两大类，一是聚合光波导，二是无机物光波导，如玻璃光波导。
垂直耦合技术是光背板互连应用的关键技术之一，目前有很多方法可以实现光纤-光波导的垂直耦合，如倾斜镜面反射法(申请公布号：cn105397300a)、弯曲光纤法(high-coupling-efficiencyopticalinterconnectionusinga90-bentfiberarrayconnectorinopticalprintedcircuitboards)、波导光栅法(申请公布号：cn102540349a)等。但光源、光纤及光波导等光学器件之间数值孔径(numericalaperture,na)及模场分布(modefielddistribution,md)的不匹配性往往带来较大的耦合损耗，因此，有的提出在耦合器件中引入凹面镜(专利号：us6529661b2)或凸透镜(专利申请公布号：cn101813806a)以实现光束汇聚的思想。
截止目前，越来越多制备凹面镜的方法(公开号：cn1272182a、cn103395739a，论文：designandfabricationofembeddedmicro-mirrorinsertsforout-of-planecouplinginpcblevelopticalinterconnections)被发掘，但在材料、制备工艺、加工精度等方面存在较多问题，难以满足大批量的光背板工业生产的要求。
申请号201710076388.7，名称为一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法。其加工流程为：在光波导上确定加工区域，根据要加工的反射球形凹面半径r确定激光圆形刻蚀路径半径r’＝r/2，反射球形凹面圆心和圆形刻蚀路径圆心重合；选择激光刻蚀掩膜图形，可以为圆形、椭圆形、自由曲线形等；掩模沿圆形刻蚀路径移动，而掩模周边一点始终与反射球形凹面圆心重合；以半径为r，所作的圆周各点刻蚀深度形同，不同ri，刻蚀深度不同；当激光刻蚀旋转一周，形成类似球形的反射凹面；对得到的双侧球形反射凹面进行处理，获得单侧球形反射凹面。此种方法是基于准分子激光的冷加工形式，需要合适的掩膜图形、精确的参数设置及操作，才能获得良好的反射凹面，但反射凹面粗糙度较大，需要后续热退火工艺处理，总体来说，此种方法加工获得凹面粗糙度较大。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在光波导上制备凹面镜的方法，该方法在金刚石刀制备45°斜面的基础上，进一步地采用二氧化碳激光器对倾斜面进行热加工，由于热加工机理，加工过程具有热退火效用，能够获得粗糙度较低的反射凹面镜。该凹面镜可用于光波导-光纤垂直耦合，提高其垂直耦合效率。
一种在光波导上制备凹面镜的方法，包括以下步骤：步骤1，采用v型金刚石刀切割光波导成v型槽，所用v型槽的一面为45°倾斜面，一面为垂直面；步骤2，采用准分子激光器紧邻v型槽的垂直面为一边，刻蚀立方体槽，所述立方体槽宽度为v型槽深度的2/3-1倍，深度与v型槽深度相同；步骤3，将板件倾斜放置，使得v型槽的倾斜面呈水平状，采用二氧化碳激光器对v型槽的倾斜面进行热加工，使得倾斜面烧蚀成凹面；步骤4，在凹面镀高反射膜形成凹面镜。
作为改进的是，步骤2中立方体槽的宽度为v型槽深度的2/3-1倍，所述刻蚀方式为定点刻蚀。
作为改进的是，步骤3中二氧化碳激光器的参数为激光波长为10.6μm，激光功率为3mw。
作为改进的是，步骤3中二氧化碳激光器的激光需要进行光学变化，使其光斑直径为80μm。
作为改进的是，步骤4中高反射膜为金属膜或反射膜堆。
上述反射膜堆指的是高低折射率交替的全介质多层膜，如g|(hl)sh|a奇数型膜系结构。
进一步改进的是，所述反射膜堆的材料为二氧化钛、二氧化硅、硫化锌或氟化镁。
工作原理：采用v型金刚石刀切割光波导成v型槽，其特点是一面为45°倾斜面，一面为垂直面；采用准分子激光器在紧邻v型槽垂直面区域刻蚀立方体槽，立方体槽宽度约为v型槽深度的2/3-1倍，最终样品形状为“梯”型槽，其特点是，立方体槽深度与v型槽深度一致；把刻蚀好的光波导“梯”型槽样品成45°角放置，如此可使“梯”型槽45°倾斜面变成水平面，再采用二氧化碳激光器对45°倾斜面进行热加工，其激光光斑直径约为80μm，利用红外光的热效应可烧蚀光波导材料，由于激光光斑成高斯分布，其烧蚀效用也不相同，一般为中间深两边逐渐变浅的特点，整体形状为凹面。该凹面镀高反射膜后成凹面镜，可用于光波导-光纤垂直耦合，提高其垂直耦合效率。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)本发明方法是直接在光波导上进行微加工，操作灵活，且所得凹面镜的结构简单；
(2)采用金刚石刀、准分子激光及二氧化碳激光分步骤加工方式，把冷加工与热加工有机结合，提高了凹面制备工艺的可塑性；
(3)采用二氧化碳激光器对倾斜面进行热加工，加工过程具有热退火效用，能够获得粗糙度较低的反射凹面；
(4)对二氧化碳激光光束进行变化，可精确控制光束光斑直径。
附图说明
图1为本发明采用金刚石刀切割光波导时的结构示意图，其中，1-光波导，2-v型金刚石刀，3-v型刀头；
图2为本发明采用准分子激光器的光波导“梯”型槽的结构示意图，其中，4为光波导立方体槽，5为准分子激光；
图3为本发明步骤3中二氧化碳激光器刻蚀形成凹面的操作示意图，其中，6为二氧化碳激光，7为凹面；
图4为本发明所得凹面镜进行垂直耦合的操作示意图，其中8-接收光纤。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明的凹面镜制备方法进行详细描述和说明，其内容是对本发明的解释而非限定本发明的保护范围。
实施例1
一种在聚合物光波导上制备凹面镜的方法，包括以下步骤：步骤1，采用v型金刚石刀切割光波导成v型槽，所用v型的一面为45°倾斜面，一面为垂直面，如图1所示，光波导1包括四层，从下而上依次为衬底、下包层、芯层和上包层，v型金刚石刀头切割到下包层即可；步骤2，采用准分子激光器紧邻v型槽的垂直面为一边，刻蚀立方体槽，所需激光能量为5mj，所述立方体槽宽度为v型槽深度的2/3-1倍，深度与v型槽深度相同；步骤3，将板件倾斜放置，使得v型槽的倾斜面呈水平状，采用二氧化碳激光器对v型槽的倾斜面进行热加工，使得倾斜面烧蚀成凹面；步骤4，在凹面镀高反射膜形成凹面镜。步骤2中所述刻蚀方式为定点刻蚀。步骤3中二氧化碳激光器的参数为激光波长为10.6μm，激光功率为3mw，激光烧蚀时间对凹面半径也具有较大的影响，需根据所需要的凹面形状来设置加工时间。步骤3中二氧化碳激光器的激光需要进行光学整形，使其光斑直径为80μm。步骤4中所镀高反射膜，可以是金属膜，也可以是反射膜堆。
对于不同的聚合物，以上各步骤的加工参数，如步骤2中准分子激光强度及加工时间、步骤3中的二氧化碳激光能量及作用时间等，均可做相应的调整。
实施例2
一种在无机材料(如玻璃)光波导上制备凹面镜的方法，制备方法同实施例1基本一致，但需要改变激光加工参数。步骤2中准分子激光器刻蚀立方体槽时，所需激光能量为7mj之上。步骤3中二氧化碳激光器对v型槽的倾斜面进行热加工烧蚀成凹面时，激光脉冲能量需要增加到102w，且倾斜面烧蚀成凹面后，用fh酸腐蚀，具体的fh酸浓度与腐蚀时间对凹面的半径及粗糙度都有一定影响。再继续进行步骤4，即在凹面镀高反射膜形成凹面镜。
以上具体参数设置，仅是对某一种无机材料光波导的一个具体特例，并不限于本发明其他参数的设置，对于不同的无机材料光波导，具体的激光参数及工艺参数是不同的，需作相应微调。
实施例3
实施例1及实施例2是针对不同材料光波导刻蚀凹面而所作的具体说明，相对于已有凹面制备技术(公开号：cn1272182a、cn103395739a，论文：designandfabricationofembeddedmicro-mirrorinsertsforout-of-planecouplinginpcblevelopticalinterconnections)，本发明克服了材料、制备工艺、加工精度等方面不足与问题，满足大批量的光背板工业生产的要求。技术发明(申请号201710076388.7)，是一种冷加工的形式，需要合适的掩膜图形、精准的参数设置和操作，此种方法加工获得反射凹面粗糙度较大，需要后续热退火工艺处理，本发明课题组提出在金刚石刀制备45°斜面上采用二氧化碳激光器进一步对倾斜面进行热加工，加工过程具有热退火效用，能够获得粗糙度较低的反射凹面，从工艺流程来看，操作简单方便，可获得良好的凹面样品。