一种平面波导型光放大器芯片的制作方法

1.本实用新型涉及一种平面波导型光放大器芯片，属于集成光学技术领域。


背景技术：

2.目前，随着光纤网络和集成光学的快速发展，光学功能模块的集成需求日显突出。将光源、光有源模块和光无源模块的相互结合集成在越来越多的场景中得到应用。
3.在光信号的传输和处理过程中，光的衰减无法避免，为了保证光信号的强度，光电系统中必须要考虑光放大的功能。因此，光放大的功能模块的集成也是未来集成光学发展的重要方向之一。传统的光放大器由光纤构成，该结构适合光纤系统，但不利于集成光学系统的集成，对此，平面波导型的光放大器的研制就尤为重要。
4.有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种平面波导型光放大器芯片，使其更具有产业上的利用价值。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种易于集成、制作工艺简单、功能易扩展、适合批量生产的方案。
6.本实用新型的一种平面波导型光放大器芯片，芯片截面从上至下由上包层、上多模平板波导层、上胶层、单模掩埋光波导芯层、下包层、下胶层、下多模平板波导层和衬底构成；
7.所述单模掩埋光波导芯层嵌设在下包层内部，所述下包层上下表面分别通过上胶层和下胶层依次与上多模平板波导层和下多模平板波导层连接，所述下多模平板波导层底部设有衬底，所述上多模平板波导层顶面设有上包层；
8.所述单模掩埋光波导芯层材质为光放大材料，传输信号光，所述上多模平板波导层和下多模平板波导层为泵浦光传输层，传输泵浦光，泵浦光通过上多模平板波导层和下多模平板波导层耦合至单模掩埋光波导芯层，对信号光进行泵浦放大。
9.进一步的，所述单模掩埋光波导芯层和下包层材质为具有放大特性的玻璃材料，优选掺铒玻璃、掺镱玻璃或镱铒共掺玻璃。
10.进一步的，所述单模掩埋光波导芯层与下包层的折射率差为0.005～0.020。
11.进一步的，所述上多模平板波导层和下多模平板波导层与单模掩埋光波导芯层的折射率差均为
‑
0.010～
‑
0.003，与下包层的折射率差均为0.002～0.010。
12.进一步的，所述上多模平板波导层和下多模平板波导层的高度均为20～400 μm，宽度均为20～2000μm。
13.进一步的，所述单模掩埋光波导芯层由数量大于等于1的直波导的阵列构成。
14.进一步的，所述单模掩埋光波导芯层的直波导的高度为5～9μm，宽度为 5～9μm。
15.进一步的，所述下包层的厚度为10～20μm。
16.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
17.与现有技术相比，本实用新型在通过平面光波导的方案实现了光放大的功能，适合集成光学系统的集成，同时单模掩埋光波导芯层的数量可以根据需求定制，适合更多的光放大场景。
18.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1是本实用新型平面波导型光放大器芯片的主视图；
21.图2是本实用新型平面波导型光放大器芯片的俯视图；
22.图3是本实用新型实施例1的主视图；
23.图4是本实用新型实施例2的主视图；
24.图5是本实用新型实施例3的主视图；
25.图6是本实用新型实施例4的主视图；
26.其中，图中，
27.1、上包层；2、上多模平板波导层；3、上胶层；4、单模掩埋光波导芯层；5、下包层；6、下胶层；7、下多模平板波导层；8、衬底。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
29.实施例1：
30.一种平面波导型光放大器芯片，芯片截面从上至下由上包层1、上多模平板波导层2、上胶层3、单模掩埋光波导芯层4、下包层5、下胶层6、下多模平板波导层7和衬底8构成，单模掩埋光波导芯4由光放大材料构成，传输信号光；所述上多模平板波导层2和下多模平板波导层7作为泵浦光传输层，传输泵浦光。泵浦光通过上多模平板波导层2和下多模平板波导层7耦合至单模掩埋光波导芯层4，对信号光进行泵浦放大。
31.单模掩埋光波导芯层4和下包层5采用掺铒磷酸盐玻璃。
32.单模掩埋光波导芯层4与下包层5的折射率差为0.005。
33.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7与单模掩埋光波导芯层4的折射率差为
‑
0.003，与下包层5的折射率差为0.002。
34.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7与单模掩埋光波导芯层4分别通过玻璃基离子交换工艺制作。
35.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7的高度为20μm，宽度为20μ m。
36.单模掩埋光波导芯层4由单根直波导构成。
37.单模掩埋光波导芯层4的直波导的高度为5μm，宽度为5μm。
38.下包层5厚度为10μm。
39.与现有技术相比，本实用新型在通过平面光波导的方案实现了光放大的功能，适合集成光学系统的集成，同时单模掩埋光波导芯层的数量可以根据需求定制，适合更多的光放大场景。
40.实施例2：
41.一种平面波导型光放大器芯片，芯片截面从上至下由上包层1、上多模平板波导层2、上胶层3、单模掩埋光波导芯层4、下包层5、下胶层6、下多模平板波导层7和衬底8构成，单模掩埋光波导芯4由光放大材料构成，传输信号光；所述上多模平板波导层2和下多模平板波导层7作为泵浦光传输层，传输泵浦光。泵浦光通过上多模平板波导层2和下多模平板波导层7耦合至单模掩埋光波导芯层4，对信号光进行泵浦放大。
42.单模掩埋光波导芯层4和下包层5采用镱铒共掺磷酸盐玻璃。
43.单模掩埋光波导芯层4与下包层5的折射率差为0.02。
44.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7与单模掩埋光波导芯层4的折射率差为
‑
0.01，与下包层5的折射率差为0.01。
45.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7与单模掩埋光波导芯层4分别通过玻璃基离子交换工艺制作。
46.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7的高度为400μm，宽度为2000 μm。
47.单模掩埋光波导芯层4由数量为60的直波导的阵列构成。
48.单模掩埋光波导芯层4的直波导的高度为9μm，宽度为9μm。
49.下包层5厚度为20μm。
50.与现有技术相比，本实用新型在通过平面光波导的方案实现了光放大的功能，适合集成光学系统的集成，同时单模掩埋光波导芯层的数量可以根据需求定制，适合更多的光放大场景。
51.实施例3：
52.一种平面波导型光放大器芯片，芯片截面从上至下由上包层1、上多模平板波导层2、上胶层3、单模掩埋光波导芯层4、下包层5、下胶层6、下多模平板波导层7和衬底8构成，单模掩埋光波导芯4由光放大材料构成，传输信号光；所述上多模平板波导层2和下多模平板波导层7作为泵浦光传输层，传输泵浦光。泵浦光通过上多模平板波导层2和下多模平板波导层7耦合至单模掩埋光波导芯层4，对信号光进行泵浦放大。
53.单模掩埋光波导芯层4和下包层5采用掺镱硅酸盐玻璃。
54.单模掩埋光波导芯层4与下包层5的折射率差为0.01。
55.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7与单模掩埋光波导芯层4的折射率差为
‑
0.005，与下包层5的折射率差为0.005。
56.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7与单模掩埋光波导芯层4分别通过玻璃基离子交换工艺制作。
57.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7的高度为50μm，宽度为150 μm。
58.单模掩埋光波导芯层4由数量为3的直波导的阵列构成。
59.单模掩埋光波导芯层4的直波导的高度为7.5μm，宽度为7.5μm。
60.下包层5厚度为15μm。
61.与现有技术相比，本实用新型在通过平面光波导的方案实现了光放大的功能，适合集成光学系统的集成，同时单模掩埋光波导芯层的数量可以根据需求定制，适合更多的光放大场景。
62.实施例4：
63.一种平面波导型光放大器芯片，芯片截面从上至下由上包层1、上多模平板波导层2、上胶层3、单模掩埋光波导芯层4、下包层5、下胶层6、下多模平板波导层7和衬底8构成，单模掩埋光波导芯4由光放大材料构成，传输信号光；所述上多模平板波导层2和下多模平板波导层7作为泵浦光传输层，传输泵浦光。泵浦光通过上多模平板波导层2和下多模平板波导层7耦合至单模掩埋光波导芯层4，对信号光进行泵浦放大。
64.单模掩埋光波导芯层4和下包层5采用掺铒硅酸盐玻璃。
65.单模掩埋光波导芯层4与下包层5的折射率差为0.009。
66.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7与单模掩埋光波导芯层4的折射率差为
‑
0.003，与下包层5的折射率差为0.006。
67.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7与单模掩埋光波导芯层4分别通过玻璃基离子交换工艺制作。
68.上多模平板波导层2和下多模平板波导层7的高度为30μm，宽度为300 μm。
69.单模掩埋光波导芯层4由数量为10的直波导的阵列构成。
70.单模掩埋光波导芯层4的直波导的高度为7.5μm，宽度为7.5μm。
71.下包层5厚度为12μm。
72.与现有技术相比，本实用新型在通过平面光波导的方案实现了光放大的功能，适合集成光学系统的集成，同时单模掩埋光波导芯层的数量可以根据需求定制，适合更多的光放大场景。
73.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
74.其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；
75.最后：以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。