可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法技术

本发明专利技术公开一种可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法，所述双折射率差值的范围在1.5×10-5～4.8×10-3，所述制备方法包括：在清洗干净的Y切铌酸锂晶片上蒸发一层钛膜，所述钛膜的厚度为65nm～105nm；对所述钛膜进行腐蚀，在所述Y切铌酸锂晶片表面形成沿所述Y切铌酸锂晶片Z方向延伸的钛条，得到包括所述Y切铌酸锂晶片以及所述钛条的芯片，所述钛条的宽度为6μm～8.5μm；将清洗干净的所述芯片置于通入湿氧且设定扩散温度的环境下，静止扩散时间后取出所述芯片即为所述Y切Z传铌酸锂波导，所述扩散时间为6小时～12小时。本发明专利技术通过选择钛膜的厚度、钛条的宽度或者扩散时间，从而能够很好地调节Y切Z传铌酸锂波导的双折射率差。

【技术实现步骤摘要】
可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法
本专利技术涉及波导制备相关
，特别是一种可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法。
技术介绍
在反射式光纤电压互感器中，传感头大部分采用的是BGO电光晶体。需要的光学元件多,校准困难,不易进行批量生产,而且运行的稳定性尚有待提高,因此世界各国在改进基于Pockels效应的OVT的同时,对传感头提出了基本的要求，灵敏度高、偏振相关损耗(PDL)低、双折射率差小及温度稳定性好。集成光学OVT具有灵敏度高、频率响应好、可靠性高、易于大规模生产以及不需要透镜等很多优点,因而有非常好的应用前景。因此，现有出现利用铌酸锂波导作为传感头可以与光纤直接耦合的技术，相比于块状晶体传感头，减少了复杂的耦合单元，同时不受电磁干扰，很适合应用于高压传输系统。通常报道的铌酸锂调制器一般采用X切Y传结构，电极2’和波导3’位于铌酸锂晶片1’上，而电极2’位于波导3’两侧，如图1所示。可以利用最大电光系数γ33，该结构的波导钛扩散后两个偏振模式所对应的折射率(ne-no)相差很大，用于系统互易性较差。而Y切Z传铌酸锂波导的固有双折射率差非常低仅为10-5，Y切Z传铌酸锂波导，Z轴对应非寻常折射率ne，X和Y轴对应寻常光折射率no。另外Y切波导的热稳定性优于X切和Z切波导,Y切波导的双折射相移随温度的变化速率为2.4×10-5rad/K,Z切波导为4.1rad/K，考虑到其对响应速度、精度和温度稳定性的要求，提出利用Y切Z传钛扩散铌酸锂直波导作为电压互感器的传感头。(3)铌酸锂作为目前最成熟的电光晶体，已广泛的应用于电光调制器中。铌酸锂波导的制备工艺有两种方案：一，钛扩散工艺；二，质子交换工艺。质子交换只能在X-切，Z-切基片上进行，纯的苯甲酸熔融体对Y-切晶片有腐蚀，质子交换法不适于Y切铌酸锂晶体，因此Y切Z传铌酸锂波导一般采用钛扩散工艺制作。(4)钛扩散是在高温扩散炉中进行的。扩散过程中，钛会向厚度方向和晶体表面的横向方向同时扩散，钛扩散工艺同时增加非寻常光的折射率ne和寻常光的折射率no。然而，现有技术的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法并不能控制所生成的Y切Z传铌酸锂波导的双折射率差值，特别是1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的双折射率差值，1310nm波长为常用的光纤的工作波长，双折射率差值即寻常光对应的TM模式和TE模式的折射率差值。由于所生成的Y切Z传铌酸锂波导的双折射率差值极小很难控制，因此无法很好地将Y切Z传铌酸锂波导作为电压互感器的传感头。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术Y切Z传铌酸锂波导的制备方法并不能控制所生成的Y切Z传铌酸锂波导的双折射率差值的技术问题，提供一种可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法。一种可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法，所述双折射率差值的范围在1.5×10-5～4.8×10-3，所述双折射率差值随扩散时间增大而减少，所述制备方法包括：在清洗干净的Y切铌酸锂晶片上蒸发一层钛膜，所述钛膜的厚度为65nm～105nm；对所述钛膜进行腐蚀，在所述Y切铌酸锂晶片表面形成沿所述Y切铌酸锂晶片Z方向延伸的钛条，得到包括所述Y切铌酸锂晶片以及所述钛条的芯片，所述钛条的宽度为6μm～8.5μm，所述Z方向为垂直所述Y切铌酸锂晶片切面的方向；将清洗干净的所述芯片置于通入湿氧且设定扩散温度的环境下，静止扩散时间后取出所述芯片即为所述Y切Z传铌酸锂波导，所述扩散时间为6小时～12小时。本专利技术通过选择钛膜的厚度、钛条的宽度或者扩散时间，从而能够很好地调节Y切Z传铌酸锂波导的双折射率差，使得所制备的Y切Z传铌酸锂波导能满足作为电压互感器传感头的要求。附图说明图1为现有X切Y传结构铌酸锂波导调制器结构示意图；图2为本专利技术一种可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法的工作流程图；图3为Y切Z传铌酸锂波导的制备材料截面图；图4为本专利技术在Y切铌酸锂晶片上蒸发钛膜示意图；图5为本专利技术所制备的Y切Z传铌酸锂波导的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明。如图2所示为本专利技术一种可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法的工作流程图，包括：步骤S201，在清洗干净的Y切铌酸锂晶片上蒸发一层钛膜；步骤S202，对所述钛膜进行腐蚀，在所述Y切铌酸锂晶片表面形成沿所述Y切铌酸锂晶片Z方向延伸的钛条，得到包括所述Y切铌酸锂晶片以及所述钛条的芯片，所述Z方向为垂直所述Y切铌酸锂晶片切面的方向；步骤S203，将清洗干净的所述芯片通入湿氧且设定扩散温度的环境下，静止扩散时间后取出所述芯片即为所述Y切Z传铌酸锂波导。该Y切Z传铌酸锂波导的制备材料截面图如图3所示，包括钛扩散波导区域11的铌酸锂晶片1，其中铌酸锂晶片1的切面为X-Y平面，与铌酸锂晶片1的切面垂直方向为Z方向。以下描述中，mm为毫米，nm为纳米，μm为微米，h为小时，m3/h为立方米每小时。(1)钛膜厚度的调节对清洗干净的Y切铌酸锂晶片1(尺寸28mm×50mm)，如图4所示，采用等离子增强化学气相沉积(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PEVCD)工艺蒸发一层钛膜2。为了获取钛膜厚度与双折射率差的关系，采用扩展有效折射率法对其进行分析得出近似值。再根据多次工艺摸索，得出钛膜厚度与双折射差的参考值。试验表明，钛膜越厚，双折射率差越大。钛条宽度w＝6.0μm～6.5μm，优选为w＝6.0μm时，钛扩散温度为1040℃-1060℃，优选为1050℃，扩散10h后，钛膜厚度τ在65nm～105nm，优选为70nm～100nm之间时，双折射率差值的范围在5.2×10-5～6.9×10-5。(2)钛条宽度的调节通过光刻湿法腐蚀工艺，在Y切铌酸锂晶片1表面形成宽度为6μm～8.5μm，优选为6μm～8μm的直条钛膜图形，以直条钛膜图形作为钛条，钛条的长度方向沿z方向。在保证单模的条件下，试验表明钛条越宽，双折射率差值越大。选择钛膜厚度τ＝65nm～75nm，优选为70nm，钛扩散温度为1040℃-1060℃，优选为1050℃，扩散10h后，钛条宽度为6μm～8.5μm，优选为6μm～8μm时，双折射率差值为5.2×10-5～8.6×10-5。(3)扩散时间的调节以经过腐蚀形成钛条的Y切铌酸锂晶片作为芯片，将清洗干净的芯片放置于扩散炉中，通湿氧流量0.05m3/h～0.06m3/h，优选为0.06m3/h，温度选择为1040℃-1060℃，优选为1050℃，最终形成如图5所示折射率高于基底的波导芯层3，从横截面看波导芯层3呈半圆形。实验表明扩散时间越长，双折射率差值越小。扩散时间在6h～12h时，选择钛膜厚度τ＝65nm～75nm，优选为70nm，钛条宽度选择为6.0μm～6.5μm，优选为w＝6.0μm时，双折射率差值为1.5×10-5～9.5×10-4。其中，湿氧指的是干燥氧气通过加热的水(常用水温为95)所形成的氧和水汽的混合物。实施例1本专利技术制备1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的实现步骤如下：1)在清洗干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法，其特征在于，所述双折射率差值的范围在1.5×10‑5～4.8×10‑3，所述制备方法包括：在清洗干净的Y切铌酸锂晶片上蒸发一层钛膜，所述钛膜的厚度为65nm～105nm；对所述钛膜进行腐蚀，在所述Y切铌酸锂晶片表面形成沿所述Y切铌酸锂晶片Z方向延伸的钛条，得到包括所述Y切铌酸锂晶片以及所述钛条的芯片，所述钛条的宽度为6μm～8.5μm，所述Z方向为垂直所述Y切铌酸锂晶片切面的方向；将清洗干净的所述芯片置于通入湿氧且设定扩散温度的环境下，静止扩散时间后取出所述芯片即为所述Y切Z传铌酸锂波导，所述扩散时间为6小时～12小时。

【技术特征摘要】
1.一种可调节双折射率差的1310nm波长的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法，其特征在于，所述双折射率差值的范围在1.5×10-5～4.8×10-3，所述双折射率差值随扩散时间增大而减少，所述制备方法包括：在清洗干净的Y切铌酸锂晶片上蒸发一层钛膜，所述钛膜的厚度为65nm～105nm；对所述钛膜进行腐蚀，在所述Y切铌酸锂晶片表面形成沿所述Y切铌酸锂晶片Z方向延伸的钛条，得到包括所述Y切铌酸锂晶片以及所述钛条的芯片，所述钛条的宽度为6μm～8.5μm，所述Z方向为垂直所述Y切铌酸锂晶片切面的方向；将清洗干净的所述芯片置于通入湿氧且设定扩散温度的环境下，静止扩散时间后取出所述芯片即为所述Y切Z传铌酸锂波导，所述扩散时间为6小时～12小时。2.根据权利要求1所述的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法，其特征在于，所述钛膜的厚度为70nm～100nm，所述钛条的宽度为6μm～8μm。3.根据权利要求1所述的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法，其特征在于:所述双折射率差值的范围在5.2×10-5～6.9×10-5，所述钛膜的厚度为65nm～105nm，所述钛条的宽度为6.0μm～6.5μm，所述扩散时间为10小时。4.根据权利要求3所述的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法，其特征在于，所述钛膜的厚度为70nm～100nm，所述钛条的宽度为6.0μm。5.根据权利要求3所述的Y切Z传铌酸锂波导的制备方法，其特征在于，所述双折射率差值随所述钛膜的厚度增大而增大。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊慧，杨成惠，郑远生，杨德伟，郝琰，
申请(专利权)人：北京世维通科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11