【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物光波导和二氧化硅波导混合集成光子芯片制备，具体涉及一种聚合物二氧化硅同平面异质波导调制臂的马赫-曾德尔(mach-zenhder，m-z)混合集成光波导温度传感器。
技术介绍
1、多材料混合集成光子芯片是光子芯片领域的重要分支，混合集成光子芯片利用不同性质的波导材料在片上进行集成，以提高光子芯片功能、性能为目的。二氧化硅芯片是重要的无源光子芯片材料，具有低损耗、稳定性高的特点，已经被应用于耦合器、分束器、awg等商用芯片。聚合物材料是光波导器件的重要材料，特别是其高热光系数、高生物兼容性、自愈性，尤其适用于热光器件、可穿戴和传感应用领域。光波导温度传感器是现阶段聚合物和二氧化硅的混合集成光子器件的重要方向，该方向主要利用聚合物的高热光系数，提升温度传感器的传感器灵敏度。
2、m-z光波导传感器是实现温度传感的重要结构，相比于光栅等传感结构，m-z光波导传感器不需要光谱的检测，其制备不需要亚微米工艺精度。现有的m-z光波导传感器两臂主要为同种材料的波导，通过改变两个m-z分支臂的长度或改变分支臂的宽度，进而实现非对称m-z。当温度变化时，非对称m-z两臂的相位差变化不同，从而影响输出光强，将温度和输出光强联系起来，实现传感。虽然改变两臂长度和改变宽度可以增加两臂的相位差，但是当温度变化时，两臂的相位差变化方向是同方向的(因为热光系数是一致的)，因此不利于传感精度的提升。
3、现有的聚合物和二氧化硅集成的m-z温度传感器集成方案中，主要采用多层膜的结构，主要包括结构一：采用聚合物作为波导芯
4、另外还有一种多层集成的结构，这种结构首先制备二氧化硅芯片芯层和包层，然后对表面进行抛光，抛光后灰度光刻制备两侧带有斜面耦合端口的聚合物波导。该结构m-z的两臂当温度变化时，其相位变化方向相反，因此温度变化会带来更大的相位差变化，因此传感精度更高，但是当二氧化硅波导制备后，抛光的成本和制备效率受到影响，同时需要特殊的灰度光刻设备和光刻板，增加的器件的成本。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，该传感器同时具备损耗低、工艺简单、低成本、传感精度高、高灵敏度、结构简单，易于集成等优势。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
3、一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，包括：
4、具有三层膜结构的基底芯片，其从上到下依次包括：
5、高折射率的第一二氧化硅层，其折射率为1.455～1.48；
6、低折射率的第二二氧化硅层，其折射率为1.44～1.45；
7、基层，所述基层为单晶硅层或低折射率二氧化层；
8、在所述低折射率的第二二氧化硅层上形成有m-z光波导结构层，其包括两个分支臂，其中一个分支臂为聚合物波导，另一个分支臂为二氧化硅波导，两个分支臂均位于同一平面上；其中，二氧化硅波导为刻蚀基底芯片中的高折射率二氧化硅层得到；
9、在m-z光波导结构层中，光在其输入端被分为两路，分别沿着两个分支臂传播，随后在其输出端重新合并；其中，由于聚合物波导和二氧化硅波导的热光系数不同，当温度发生变化时，所述聚合物波导和二氧化硅波导的光相位变化方向相反，在m-z光波导结构层的输出端表现为光强的显著变化，从而实现高灵敏的检测温度变化。
10、根据本专利技术提供的一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，所述第一二氧化硅层的厚度为2～8μm，所述第二二氧化硅层的厚度为3～10μm，所述基层的厚度为100～1000μm。
11、根据本专利技术提供的一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，所述聚合物波导和二氧化硅波导的制备步骤包括：
12、提供高折射率的第一二氧化硅层制作m-z光波导结构层的二氧化硅波导部分；
13、选取在垂直方向投影为长方形的三层膜结构的基底薄片；
14、在基底芯片上蒸发掩膜层，用于制作二氧化硅波导的掩膜层；
15、旋涂光刻胶，形成光刻胶薄膜层，厚度为0.1～5μm；
16、采用光刻板或无掩膜光刻机在光刻胶薄膜层上导入图形进行光刻后显影，得到光刻胶掩膜层。
17、根据本专利技术提供的一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，在制作二氧化硅波导时，采用掩膜刻蚀试剂刻蚀掩膜层得到波导掩膜图形；
18、采用等离子体刻蚀或icp刻蚀得到波导芯层，刻蚀深度为d3的深度；
19、用对应光刻胶显影液去除光刻胶掩膜层，用对应溶液去除波导掩膜图形，即可得到二氧化硅波导芯片。
20、根据本专利技术提供的一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，在二氧化硅波导芯片上旋涂波导芯层材料，得到聚合物波导芯层材料薄膜，薄膜厚度d6为1～10μm，等于波导d3厚度；
21、采用m-z图案光刻板，进行光刻或采用无掩膜光刻机导入与所述m-z图案光刻板一致的图形文件，并进行显影后得到聚合物波导，从而形成m-z光波导结构。
22、根据本专利技术提供的一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，在m-z光波导结构旋涂聚合物包层，该包层厚度d7比d6厚1.5～5μm。
23、根据本专利技术提供的一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，对包层后的m-z光波导结构直接切割，沿着投影方向上垂直于输入输出直波导并与la段输入波导垂直相交，即得到双臂为异质的m-z光波导结构层，最后接入光纤与光功率计进行测试。
24、根据本专利技术提供的一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，所述m-z图案光刻板的两个m-z结构包括：
25、输入输出区(a)的长度la为0.02～5mm的直波导；
26、输入输出y分支区(b)的长度lb，该长度为y分支区沿波导传播方向的长度。
27、根据本专利技术提供的一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，在m-z光波导结构层中，两个分支臂间距x6为10～60μm，且保证曲率半径r为3500～7000μm，表示为以下公式：
28、
29、其中，(c)段为波导另一臂，其长度lc为1000～30000μm，两段(d)为并行区域，其光刻板一侧于波导平行且贴合，长度ld为5～500μm；
30、其中，(e)为耦合段，其起始段始于(d)的一端，在z方向上的延伸量为le为50～1000μm，在x方向上的偏移量为x2，使得终点与直波导完全贴合；
31、其中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚合物二氧化硅异质调制臂的M-Z光波导温度传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述聚合物波导和二氧化硅波导的制备步骤包括：
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于：
8.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种聚合物二氧化硅异质调制臂的m-z光波导温度传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述聚合物波导和二氧化硅波导的制备步骤包括：
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：衣云骥，覃胤翔，高瞻宇，张其政，杜育航，吴丹，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：
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