制造平面光波导电路的方法和平面光波导电路技术

本发明专利技术公开了一种制造平面光波导电路的方法，包括如下步骤：在一个硅晶片上形成一个缓冲覆层；在缓冲覆层上形成一个多孔芯层；用毫微尺寸的半导体微粒掺杂多孔芯层，以便形成一个掺杂芯层；烧结掺杂芯层；使掺杂芯层形成图形，以便形成芯部分；以及在缓冲覆层和芯部分上面形成一个上面覆层。此外，本发明专利技术还公开了一种平面光波导电路，包括：一个硅衬底；一个在硅衬底上形成的缓冲覆层；一个在缓冲覆层上形成的芯；一个在缓冲覆层和芯上面形成的上面覆层，其中芯掺杂有毫微尺寸的半导体微粒。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造平面光波导电路的方法和平面光波导电路。
技术介绍
用于光通信的光纤是一种元件，其中利用覆层部分与芯部分之间的光折射率的差而引起的全反射来传输光，覆层部分是由高纯度的石英玻璃制成，而在芯部分中对硅玻璃添加各种元素例如锗(Ge)，以稍微提高光折射率。一般地，制造光纤的过程进一步分为制造光纤预型件的过程，和从光纤预型件抽取光纤的过程。制造光纤预型件的过程利用这种方法，例如改进化学汽相淀积(MCVD)法、汽相轴淀积(VAD)法和外部汽相淀积(OVD)法来完成。此外，为了使光纤具备特别功能性，在MCVD过程中在使芯层淀积并部分地烧结之后，对芯层的烧结部分添加一种含有掺杂物的溶液。图1是用于表示按照一般MCVD法制造功能光纤预型件的过程的流程图。首先，将一种原料气体例如SiCl4、POCl3、CF4和GeCl4与氧气一起吹到一个石英玻璃管里面，并用加热装置将石英玻璃管加热。然后，在石英玻璃管的内部由于热氧化反应而形成象烟炱的氧化沉积物，因而形成覆层和芯层(步骤ST1和ST2)。其后，将芯层部分地烧结，然后掺杂一种掺杂物，以便具有特别功能性(步骤ST3)。进一步，使掺杂有掺杂物的部分干燥，并烧结伴随氧化物(步骤ST4)。其后，使烧结的光纤经受收缩步骤和密封步骤，以便完成光纤预型件的制造(步骤ST5和ST6)。在这种情况下，利用图2所示设备执行以上掺杂步骤ST3和ST4，以下参考图3A至图3D详细地描述这些步骤。如图3A所示，在石英玻璃管31内部形成覆层32和芯层33，并且如图2所示，使石英玻璃管31通过一个特氟隆连接器20与烧瓶10连接。在这种情况下，烧瓶10装有一种含有掺杂物以对石英玻璃管31掺杂的溶液S，并且具有一个气体注入/排出口11，通过该口注入适当气体，例如氩气(Ar)，以将溶液S供给石英玻璃管31内。换句话说，在石英玻璃管31与烧瓶10通过特氟隆连接器20相互连接的状态下，当将预定量的氩气注入烧瓶10的气体注入/排出口11时，由于注入气体而引起的压力，使烧瓶10中装有的溶液S通过特氟隆连接器20注入石英玻璃管31内。也就是，石英玻璃管31保持在如图3B所示状态。其后，当经过预定时间时，使氩气通过烧瓶10的气体注入/排出口11排出。然后，保留在石英玻璃管31中的溶液S通过特氟隆连接器20回到烧瓶10。也就是，如图3C所示，芯层的烧结部分掺杂有溶液。然而，由于图2所示设备将仅执行掺杂过程，所以对于MCVD过程还必须用一个常规设备执行其它各个处理步骤，例如在石英玻璃管内形成覆层和芯层的步骤、烧结步骤、收缩步骤以及密封步骤。因此，在用常规MCVD处理设备在石英玻璃管内形成覆层和芯层之后，将石英玻璃管移到一个附加设备，以执行掺杂过程。然后，再将完成掺杂步骤的石英玻璃管安装在常规MCVD处理设备中，以进行随后步骤，因而使制造光纤预型件的过程复杂化。而且，当如图2所示设备执行掺杂过程时，石英玻璃管垂直放置，在预定时间内充满含有掺杂物的溶液，然后排空，所以充满芯的烧结部分的有些掺杂物趋向随同溶液一起漏出。这样导致由掺杂光纤预型件而给予的功能特性的变坏，如图3D所示。同时，光通信技术的最新发展要求高速非线性光学元件，例如光调制器、光开关和光隔离器。作为一种努力，为了生产这样的非线性光学元件，正在进行用半导体微粒掺杂光纤的研究。然而，在如上所述制造光纤预型件的常规方法中，在掺杂比现有掺杂物的尺寸要大的毫微尺寸的半导体微粒时存在困难。此外，如上所述的掺杂设备限制了芯层的烧结部分，并且因而限制了掺杂物的掺杂量。这样不利地影响功能光纤的特性，特别是非线性光纤的特性，它受掺杂物的掺杂量的影响。
技术实现思路
因此，本专利技术致力于解决相关领域出现的问题而实现，为此，提供一种制造平面光波导电路的方法和一种平面光波导电路。按照本专利技术的一个方面，提供一种制造平面光波导电路的方法，它包括如下步骤准备一个硅晶片；用FHD(火焰水解淀积)方法在硅晶片上淀积由SiO2-P2O5或SiO2-P2O5-B2O3组成的第一沉积物；在高温电炉中烧结第一沉积物，以便形成一个缓冲覆层；用FHD方法在缓冲覆层上淀积由SiO2-GeO2-P2O5、SiO2-GeO2-B2O3或SiO2-GeO2-P2O5-B2O3组成的第二沉积物，从而形成多孔芯层，第二沉积物比缓冲覆层具有更高的折射率；将淀积有多孔芯层的硅晶片浸入一种溶解毫微尺寸的半导体微粒的溶液中；去除溶液使硅晶片干燥，以便形成一个掺杂的芯层；并烧结掺杂的芯层；使烧结的芯层经受反应离子蚀刻(RIE)，以便留下用作光波导的芯部分；用FHD方法在缓冲覆层和芯部分上面淀积与缓冲覆层具有相同成分的第三沉积物；以及烧结第三沉积物，以便形成一个上面覆层。半导体微粒优选地由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一种组成。按照本专利技术的又一个方面，提供一种平面光波导电路，它包括一个硅衬底；一个在硅衬底上形成的缓冲覆层；一个在缓冲覆层上形成的芯；和一个在缓冲覆层和芯部分上面形成的上面覆层，其中芯掺杂有毫微尺寸的半导体微粒。半导体微粒优选地由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一种组成。附图说明在阅读以下连同附图所作的详细描述之后，本专利技术的以上目的及其它特点和优点将变得更加显而易见，其中图1是用于表示通过一般MCVD法制造功能光纤预型件的过程的流程图；图2是用于执行掺杂过程的常规设备的侧视图；图3A至图3D是用于描述图2所示设备的操作的断面图；图4是按照本专利技术的第一实施例的使用MCVD制造光纤预型件的设备的结构图；图5A至图5C是用于表示图4所示设备的掺杂过程的断面图；图6A和图6B是用于表示非线性光纤的光吸收系数的曲线图，它们分别按照使用图2所示设备的常规方法和使用图4所示设备的本专利技术方法掺杂了掺杂物；图7是用于说明按照本专利技术的第二实施例制造的平面波导电路的透视图；以及图8A至图8E是用于说明制造如图7所示的光波导电路的过程的断面图。具体实施例方式由以下连同附图的描述，本专利技术的以上和其它目的、特征和优点将显而易见。图4是按照本专利技术的第一实施例的使用MVCD制造光纤预型件的设备的结构图。如图4所示，在制造光纤预型件的设备中，石英玻璃管52由车床51保持，在部分53用加热装置54加热。例如，使石英玻璃管52沿第一方向55a旋转，并用运载部件56使加热装置54沿第二方向55b移动。也就是，使石英玻璃管52的加热部分53在旋转的同时而移动。同时，通过注射管57从供料器58向石英玻璃管52内注入一种原料，优选地为溶液，它含有一种物质，特别为几毫微尺寸的半导体微粒，用于形成功能光纤预型件。在这种情况下，从供料器58注入石英玻璃管52的半导体微粒包括由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一种组成的微粒。以下，将描述使用具有上述结构的设备制造光纤预型件的过程。首先，如图4所示，在将用于形成光纤预型件的石英玻璃管52安装在车床51上的状态下，通过注射管57将一种特别原料例如SiCl4、POCl3、CF4和GeCl4与氧气一起注入石英玻璃管52内，用于形成覆层和芯层。其后，当使石英玻璃管52沿第一方向55a旋转的同时，使加热装置54沿第二方向5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造平面光波导电路的方法，包括如下步骤：在一个硅晶片上形成一个缓冲覆层；在缓冲覆层上形成一个多孔芯层；用毫微尺寸的半导体微粒掺杂多孔芯层，以便形成一个掺杂芯层；烧结掺杂芯层；使掺杂芯层形成图形，以 便形成芯部分；以及在缓冲覆层和芯部分上面形成一个上面覆层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：韩元泽，曹正植，
申请(专利权)人：奥普托内斯特公司，光州科学技术院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]