一种弯曲多模光波导及其制作方法
一种弯曲多模光波导及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光互连领域，尤其涉及一种弯曲多模光波导及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着社交网络、流媒体和云计算等互联网业务的出现和快速发展，网络数据流量呈现高速增长的态势，由于网络数据流量的不断增长，传统的基于铜连线的电互连技术遇到能耗、波形失真、电磁干扰、以及互连密度和串扰等多方面的“电子瓶颈”。与电互连相t匕，光互连具有带宽大、互连密度高、无电磁干扰等优势，因此光互连为解决这一瓶颈提供了新的选择。截至目前，在数据中心和高性能计算机中，系统级(机柜间和机柜内部，距离l-100m)的光互连已经获得广泛应用，电路板间和电路板上模块间(0.l-100m)的板级光互连成为下一步重点突破的目标，而且，光互连在模块级和芯片级等各个层面逐步替代电互连进行数据传输已经成为未来互连技术的发展的必然趋势。
[0003]平面光波导是实现电路板级、模块级以及芯片级等各个层次光互连的基本单元。由于波导之间的对准方便，而且可以通过模式复用增加信息传输的带宽，因此多模光波导在互连技术中获得了广泛应用。光波导的弯曲在设计光互连通路中必不可少，这种弯曲波导的设计面临着由模式耦合效应带来的一些难题。与直波导中的各个模式独立传输的情况不同，弯曲波导中模式之间的耦合一般情况下不可避免。这种模式之间的耦合会影响光波导所支持的数据速率，并且，对于模式复用的应用，会使模式之间的串扰增大，影响系统的性能。虽然可以通过减小弯曲波导的曲率使这种模式耦合效应得到一定程度的减轻，但这种方法一方面会增大器件尺寸，另一方面也无法使模式耦合问题获得根本解决。
[0004]目前为解决片上光互连中弯曲波导中的模式耦合效应，在SOI基片上制作了的低模式耦合效应的弯曲光波导，如图1所示。这种光波导中的非对称硅质芯部1采用灰度光刻技术实现，非对称硅质芯部1位于氧化硅层2之上，氧化硅层2下面是硅衬底3。这种光波导的特征在于非对称硅质芯部1具有顶部倾斜的几何形状，在靠近弯曲波导曲率中心的一侧厚度大，而远离弯曲波导曲率中心的一侧厚度小。这种光波导的芯部倾斜带来模场(向曲率中心方向的)偏移效应和弯曲带来的模场(远离曲率中心方向)偏移效应相互抵消，所以这种弯曲光波导的模场分布与直波导的模场分布特征接近。因此具有这种芯部几何形状的弯曲波导的模式耦合效应也被降低。但这种在硅基上采用灰度光刻技术制作倾斜芯部形状的光波导需要特殊的设备，因而面临成本方面的问题，更重要的，这项技术仅限于刻蚀法制备的波导，而对基于扩散原理形成的光波导(譬如，典型的玻璃基离子交换光波导)则不能使用。
[0005]玻璃基片离子交换技术制造的光波导属于扩散原理形成的光波导。这种光波导在板级光互连中有强大的竞争力，原因在于这类光波导有一系列诱人的性质，包括传输损耗低、工艺简单，成本低等。板级光互连中使用的光波导都是多模光波导，如上所述，弯曲光波导在板级光互连网络中不可避免，采用通常的离子交换技术制作的光波导也面临着波导弯曲带来的模式耦合效应。图2给出了采用通常的离子交换技术在玻璃基片4上制作的光波导，这种一次离子交换形成的对称光波导芯部5的折射率分布对称的，因此波导弯曲会使模场发生远离曲率中心方向的偏移，使模式之间发生耦合，影响到光波导的带宽，并且在模式复用的情况下，带来模式之间的串扰。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的主要技术问题是，提供一种弯曲多模光波导及其制作方法，能够降低利用扩散原理形成的弯曲多模光波导的模式耦合效应。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种弯曲多模光波导，包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。
[0008]进一步地，所述弯曲多模光波导包括多个所述弯曲的光波导芯部；所述多个弯曲的光波导芯部依次相连。
[0009]进一步地，所述光波导芯部的内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度，，其中内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度实现了内侧折射率高于外侧折射率。
[0010]进一步地，所述光波导芯部为在玻璃基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部。
[0011 ] 同样为了解决上述技术问题，本发明提供了一种弯曲多模光波导的制作方法，包括:
[0012]利用离子扩散原理在基底上制作至少一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。
[0013]进一步地，利用离子扩散原理在基底上制作所述光波导芯部的过程包括:
[0014]利用离子扩散原理在所述基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部；
[0015]利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部。
[0016]进一步地，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括:
[0017]利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0018]进一步地，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括:
[0019]根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口用于在离子交换过程中供掺杂离子扩散进入所述基底；
[0020]对所述基底进行离子交换，然后去掩膜得到内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0021]进一步地，所述根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口的步骤包括:
[0022]当所述第一光波导芯部的半径与待制作的所述第二光波导芯部的半径相等时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径大于半径所述第一光波导芯部的内侧边界半径小于外侧边界半径；
[0023]当所述第一光波导芯部的半径小于待制作的所述第二光波导芯部的半径时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径与所述第二波导芯部外侧边界半径相等。
[0024]进一步地，所述基底包括玻璃基底。
[0025]进一步地，所述掺杂离子包括银离子、钾离子、铷离子或者铯离子。
[0026]本发明的有益效果是:
[0027]本发明提供了一种弯曲多模光波导及其制作方法，可以降低弯曲多模光波导中模式之间的耦合效应；具体地，本发明提供的弯曲多模光波导，包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率；由于光波导芯部折射率分布具有非对称的特征，即内侧折射率闻于外侧折射率的特征；这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远离 光波导芯部曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，从而减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应；进而减弱了模式耦合带来的带宽减小和串扰增大给传输系统带来的不利影响。
【附图说明】
[0028]图1为SOI基片上的非对称光波导；
[0029]图2为传统的玻璃基片上的弯曲多模光波导；
[0030]图3为本发明实施例一提供的一种弯曲多模光波导的示意图；
[0031]图4为本发明实施例一提供的一种弯曲多模光波导的制作方法的流程示意图；
[0032]图5为本发明实施例二提供的一种弯曲多模光波导的制作流程示意图；
[0033]图6为本发明实施例三提供的一种弯曲多模光波导的制作流程示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0035]实施例一:
[0036]考虑到目前基于扩散原理形成的弯曲光波导的弯曲会使模场发生远离曲率中心方向的偏移，使模式之间发生耦合；本实施例提供了一种可以降低弯曲多模光波导中的模式耦合效应的弯曲多模光波导，具体包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。
[0037]本实施例中光波导芯部的内侧指的是光波导芯部上靠近光波导芯部曲率中心的一侧，光波导芯部的外侧指的是光波导芯部上远离光波导芯部曲率中心的一侧。
[0038]优先地，本实施例中基底可以玻璃基底，本实施例中利用离子扩散原理形成的光波导芯部可以包括利用离子交换技术形成的光波导芯部。
[0039]本实施例提供的弯曲多模光波导，其芯部折射率成非对称分布特性，即内侧折射率闻于外侧折射率。这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远离光波导芯部曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应；因此，减弱了模式耦合带来的带宽减小和串扰增大给传输系统带来的不利影响。
[0040]如图3所示，为本实施例提供一种在玻璃基片上制作的光波导，其包括一个在玻璃基片4上具有离子交换形成的折射率呈非对称的光波导芯部6，光波导芯部6内侧折射率高于外侧折射率；由非对称光波导芯部6带来的模场(向曲率中心方向的)偏移效应与光波导弯曲带来的模场(远离曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应。
[0041]本实施例提供的弯曲多模光波导，可以包括多个所述弯曲的光波导芯部；所述多个弯曲的光波导芯部依次相连；也就是说本实施例的弯曲多模光波导的弯曲方向可以为多个，例如有两个弯曲方向相反的光波导芯部相连构成，且每个光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。
[0042]在本实施例中所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率实现方式可以包括:使得所述光波导芯部的内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度。本实施例中可以通过改变掺杂离子浓度来改变折射率。
[0043]优先地，本实施例中掺杂离子可选择银离子、钾离子、铷离子或铯离子。玻璃基底包括硅酸盐玻璃基底、硼酸盐玻璃基底等。
[0044]实施例二:
[0045]考虑到目前基于扩散原理形成的弯曲光波导的弯曲会使模场发生远离曲率中心方向的偏移，使模式之间发生耦合，本实施例提供了一种弯曲多模光波导的制作方法，可以降低弯曲多模光波导中的模式耦合效应，该制作方法包括:
[0046]利用离子扩散原理在基底上制作至少一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。
[0047]利用本实施例制作方法制作的弯曲多模光波导，其芯部折射率成非对称分布特性，即内侧折射率闻于内侧折射率。这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远尚光波导芯部曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，从而减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应；因此，减弱了模式耦合带来的带宽减小和串扰增大给传输系统带来的不利影响。
[0048]如图4所示，具体地，本实施例方法中利用离子扩散原理在基底上制作所述光波导芯部的过程包括:
[0049]步骤401:利用离子扩散原理在所述基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部。
[0050]本实施例制作方法首先可以根据待制作的光波导的半径和宽度利用扩散原理在基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部，折射率呈对称分布指的是内侧折射率等于外侧折射率；例如可以先在基底上制作一个折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部，同时该第一光波导芯部的半径和宽度与待制作的光波导的半径和宽度相同；又或者可以在基底上制作一个折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部，同时该第一光波导芯部的半径和宽带小于带制作的光波导的半径和宽度。
[0051]本实施例中利用扩散原理在基底上制作弯曲多模光波导包括利用离子交换技术在基底上制作弯曲多模光波导。因此，本步骤可以利用离子交换技术在基底上制作第一光波导芯部。
[0052]步骤402:利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部。
[0053]本实施例制作方法最终制成的弯曲多模光波导是在第一光波导芯部基础上制作成，例如对于半径和宽度与待制成光波导半径和宽度相等的第一光波导芯部，可以利用扩散原理使得第一光波导芯部的折射率由对称变为非对称，此时第一光波导芯部即为第二光波导芯部；又例如，对于半径和宽度小于待制成光波导半径和宽度的第一光波导芯部，可以利用扩散原理进一步在第一光波导芯部上制作出折射率成非对称分布并且半径、宽带符合制作尺寸要求的第二光波导芯部。
[0054]本步骤中可以利用离子交换技术在所述第一光波导芯部基础上制作出第二光波导芯部。
[0055]本实施例方法可以通过步骤401-402制作出一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部，然后通过重复步骤401-402可以制作出多个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。当然也可以先制作出多个折射率呈对称分布的第一光波导芯部，然后在多个第一光波导芯部的基础上利用离子扩散原理制作出多个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。
[0056]本实施例方法可以通过两次或者多次离子扩散原理例如离子交换技术制作出弯曲多模的光波导，所以上述步骤401可以通过一次或者多次扩散原理来形成第一光波导芯部，上述步骤402也可以是通过一次或者多次扩散原理来形成第二光波导芯部；具体次数不受限制，可以根据实际情况而定。
[0057]优先地，本实施例方法中所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括:
[0058]利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0059]也就是说，本实施例方法通过使得光波导芯部内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度的方式来使得光波导芯部的内侧折射率闻于外侧折射率。
[0060]本实施例方法在制作出第一光波导芯部之后，可以通过设计合理的 掩膜形状使得可以利用离子交换技术形成光波导横截面掺杂离子浓度分布具有所需非对称的特征。具体地，采用离子交换技术在所述第一光波导芯部基础上制作出折射率呈非对称分布并且弯曲的第二光波导芯部的过程包括:
[0061]根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口用于在离子交换过程中供掺杂离子扩散进入所述基底；
[0062]对所述基底进行离子交换，然后去掩膜得到内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0063]优先地,在本实施例方法中根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口的具体过程包括:
[0064]当所述第一光波导芯部的半径与待制作的所述第二光波导芯部的半径相等时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径大于半径所述第一光波导芯部的内侧边界半径小于外侧边界半径；
[0065]当所述第一光波导芯部的半径小于待制作的所述第二光波导芯部的半径时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径与所述第二波导芯部外侧边界半径相等。
[0066]通过本实施例的制作方法制成的弯曲多模光波导的折射率分布呈非对称性，减小了弯曲光波导中模式之间的耦合效应，减弱了模式耦合带来的带宽减小和串扰增大给传输系统带来的不利影响。
[0067]实施例三:
[0068]本实施例以制作半径为5cm (50000 μ m)，宽度为50 μ m的弯曲多模光波导(即弯曲波导的内侧边界和外侧边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m)为例，介绍实施例一所述的制作方法；其中基座为钠钙硅玻璃基片、掺杂离子为银离子；制作这种弯曲多模光波导大致包括如下六个步骤，如图5所示，包括:
[0069](A-B)步骤:光刻与掩膜。准备并清洗玻璃基片4，而后采用热蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的铝薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片上制成掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m 和 50000 μ m。
[0070](B-C)步骤:第一次离子交换，将带有掩膜7制作好的玻璃基片4放入260°C下融熔的硝酸钠、硝酸钙以及硝酸银的混和熔盐(硝酸钠与硝酸钙按照质量比为420:580:1)中，保温4小时。在此过程中熔盐中的银离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，形成对称光波导芯部5。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0071](C-D)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0072](D-E)步骤:采用电子束蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片4上制作掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m。
[0073](E-F)步骤:第二次离子交换，将掩膜7制作好的玻璃基片7放入260°C下融熔的硝酸钠、硝酸钙以及硝酸银的混和溶盐(硝酸钠与硝酸钙按照质量比为420:580:1)中，保温4小时。在此过程中熔盐中的银离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，对称光波导芯部5变成非对称光波导芯部6。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0074](F-G)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0075]实施例四:
[0076]本实施例以制作半径为5cm (50000 μ m)，宽度为50 μ m的弯曲多模光波导(即弯曲波导的内侧边界和外侧边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m)为例，来介绍上述实施例一所述的制作方法。其中，基底为钠钙硅玻璃基片、掺杂离子为银离子、这种光波导的大体分如下六步(参见图6，A-B, B-C, C-D，D-E，E_F，F-G)进行:
[0077](A-B)步骤:光刻与掩膜。准备并清洗玻璃基片4，而后采用热蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的铝薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片上制成掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m 50025 μ m。
[0078](B-C)步骤:第一次离子交换，将带有掩膜7制作好的玻璃基片4放入260°C下融熔的硝酸钠、硝酸钙以及硝酸银的混和熔盐(硝酸钠与硝酸钙按照质量比为420:580:1)中，保温4小时。在此过程中熔盐中的银离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，形成对称光波导芯部5。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0079](C-D)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0080](D-E)步骤:采用电子束蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片4上制作掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m和50000 μ m。
[0081](E-F)步骤:第二次离子交换，将掩膜7制作好的玻璃基片7放入260°C下融熔的硝酸钠、硝酸钙以及硝酸银的混和溶盐(硝酸钠与硝酸钙按照质量比为420:580:1)中，保温4小时。在此过程中熔盐中的银离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，对称光波导芯部5变成非对称光波导芯部6。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0082](F-G)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0083]实施例五:
[0084]本实施例以制作半径为5cm(50000 μ m)，宽度为50 μ m的多模光波导(即弯曲波导的内侧边界和外侧边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m)为例，介绍上述实施例一的制作方法，其中基底为钠钙硅玻璃基片、掺杂离子为钾离子。这种光波导的大体分如下六步(类似参见图 5，A-B，B-C，C-D，D-E，E_F，F-G)进行。
[0085](A-B)步骤:光刻与掩膜。准备并清洗玻璃基片4，而后采用热蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的铝薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片上制成掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m 和 50000 μ m。
[0086](B-C)步骤:第一次离子交换，将带有掩膜7制作好的玻璃基片4放入400°C下融熔的硝酸钾熔盐中，保温4小时。在此过程中熔盐中的钾离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，形成对称光波导芯部5。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0087](C-D)步骤:掩膜7去除。用化学腐 蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0088](D-E)步骤:采用电子束蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片4上制作掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m。
[0089](E-F)步骤:第二次离子交换，将掩膜7制作好的玻璃基片7放入260°C下融熔的硝酸钾熔盐中，保温4小时。在此过程中熔盐中的钾离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，对称光波导芯部5变成非对称光波导芯部6。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0090](F-G)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0091]实施例六:
[0092]本实施例同样以制作半径为5cm (50000 μ m)，宽度为50 μ m的多模光波导(即弯曲波导的内侧边界和外侧边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m)为例，介绍实施例一所述的方法，但其中基底为钠钙硅玻璃基片、掺杂离子为钾离子。这种光波导的大体分如下六步(参见图 6，A-B，B-C，C-D，D-E，E_F，F-G)进行。
[0093](A-B)步骤:光刻与掩膜。准备并清洗玻璃基片4，而后采用热蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的铝薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片上制成掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m 50025 μ m。
[0094](B-C)步骤:第一次离子交换，将带有掩膜7制作好的玻璃基片4放入400°C下融熔的硝酸钾熔盐中，保温4小时。在此过程中熔盐中的钾离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，形成对称光波导芯部5。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0095](C-D)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0096](D-E)步骤:采用电子束蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片4上制作掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m和50000 μ m。
[0097](E-F)步骤:第二次离子交换，将掩膜7制作好的玻璃基片7放入260°C下融熔的硝酸钾熔盐中，保温4小时。在此过程中熔盐中的钾离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，对称光波导芯部5变成非对称光波导芯部6。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0098](F-G)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0099]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种弯曲多模光波导，其特征在于，包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。2.如权利要求1所述的弯曲多模光波导，其特征在于，包括多个所述弯曲的光波导芯部；所述多个弯曲的光波导芯部依次相连。3.如权利要求1所述的弯曲多模光波导，其特征在于，所述光波导芯部的内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度，其中内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度实现了内侧折射率高于外侧折射率。4.如权利要求1-3任一项所述的弯曲多模光波导,其特征在于,所述光波导芯部为在玻璃基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部。5.一种弯曲多模光波导的制作方法，其特征在于，包括: 利用离子扩散原理在基底上制作至少一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用离子扩散原理在基底上制作所述光波导芯部的过程包括: 利用离子扩散原理在所述基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部; 利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括: 利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括: 根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口用于在离子交换过程中供掺杂离子扩散进入所述基底； 对所述基底进行离子交换，然后去掩膜得到内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口的步骤包括: 当所述第一光波导芯部的半径与待制作的所述第二光波导芯部的半径相等时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径大于半径所述第一光波导芯部的内侧边界半径小于外侧边界半径； 当所述第一光波导芯部的半径小于待制作的所述第二光波导芯部的半径时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径与所述第二波导芯部外侧边界半径相等。10.如权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于，所述基底包括玻璃基底。11.如权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂离子包括银离子、钾离子、铷离子或者铯离子。
【专利摘要】本发明公开了一种弯曲多模光波导及其制作方法。本发明提供的弯曲多模光波导，包括：至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率；由于光波导芯部折射率分布具有非对称的特征，即内侧折射率高于外侧折射率的特征；这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远离光波导芯部曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，从而减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应。
【IPC分类】G02B6/125, G02B6/13
【公开号】CN105487171
【申请号】CN201410528654
【发明人】郝寅雷, 曾福林, 王志坚, 李敬科, 王根成, 冯泽明
【申请人】中兴通讯股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年10月8日
【公告号】WO2016055006A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及光互连领域，尤其涉及一种弯曲多模光波导及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着社交网络、流媒体和云计算等互联网业务的出现和快速发展，网络数据流量呈现高速增长的态势，由于网络数据流量的不断增长，传统的基于铜连线的电互连技术遇到能耗、波形失真、电磁干扰、以及互连密度和串扰等多方面的“电子瓶颈”。与电互连相t匕，光互连具有带宽大、互连密度高、无电磁干扰等优势，因此光互连为解决这一瓶颈提供了新的选择。截至目前，在数据中心和高性能计算机中，系统级(机柜间和机柜内部，距离l-100m)的光互连已经获得广泛应用，电路板间和电路板上模块间(0.l-100m)的板级光互连成为下一步重点突破的目标，而且，光互连在模块级和芯片级等各个层面逐步替代电互连进行数据传输已经成为未来互连技术的发展的必然趋势。
[0003]平面光波导是实现电路板级、模块级以及芯片级等各个层次光互连的基本单元。由于波导之间的对准方便，而且可以通过模式复用增加信息传输的带宽，因此多模光波导在互连技术中获得了广泛应用。光波导的弯曲在设计光互连通路中必不可少，这种弯曲波导的设计面临着由模式耦合效应带来的一些难题。与直波导中的各个模式独立传输的情况不同，弯曲波导中模式之间的耦合一般情况下不可避免。这种模式之间的耦合会影响光波导所支持的数据速率，并且，对于模式复用的应用，会使模式之间的串扰增大，影响系统的性能。虽然可以通过减小弯曲波导的曲率使这种模式耦合效应得到一定程度的减轻，但这种方法一方面会增大器件尺寸，另一方面也无法使模式耦合问题获得根本解决。
[0004]目前为解决片上光互连中弯曲波导中的模式耦合效应，在SOI基片上制作了的低模式耦合效应的弯曲光波导，如图1所示。这种光波导中的非对称硅质芯部1采用灰度光刻技术实现，非对称硅质芯部1位于氧化硅层2之上，氧化硅层2下面是硅衬底3。这种光波导的特征在于非对称硅质芯部1具有顶部倾斜的几何形状，在靠近弯曲波导曲率中心的一侧厚度大，而远离弯曲波导曲率中心的一侧厚度小。这种光波导的芯部倾斜带来模场(向曲率中心方向的)偏移效应和弯曲带来的模场(远离曲率中心方向)偏移效应相互抵消，所以这种弯曲光波导的模场分布与直波导的模场分布特征接近。因此具有这种芯部几何形状的弯曲波导的模式耦合效应也被降低。但这种在硅基上采用灰度光刻技术制作倾斜芯部形状的光波导需要特殊的设备，因而面临成本方面的问题，更重要的，这项技术仅限于刻蚀法制备的波导，而对基于扩散原理形成的光波导(譬如，典型的玻璃基离子交换光波导)则不能使用。
[0005]玻璃基片离子交换技术制造的光波导属于扩散原理形成的光波导。这种光波导在板级光互连中有强大的竞争力，原因在于这类光波导有一系列诱人的性质，包括传输损耗低、工艺简单，成本低等。板级光互连中使用的光波导都是多模光波导，如上所述，弯曲光波导在板级光互连网络中不可避免，采用通常的离子交换技术制作的光波导也面临着波导弯曲带来的模式耦合效应。图2给出了采用通常的离子交换技术在玻璃基片4上制作的光波导，这种一次离子交换形成的对称光波导芯部5的折射率分布对称的，因此波导弯曲会使模场发生远离曲率中心方向的偏移，使模式之间发生耦合，影响到光波导的带宽，并且在模式复用的情况下，带来模式之间的串扰。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的主要技术问题是，提供一种弯曲多模光波导及其制作方法，能够降低利用扩散原理形成的弯曲多模光波导的模式耦合效应。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种弯曲多模光波导，包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。
[0008]进一步地，所述弯曲多模光波导包括多个所述弯曲的光波导芯部；所述多个弯曲的光波导芯部依次相连。
[0009]进一步地，所述光波导芯部的内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度，，其中内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度实现了内侧折射率高于外侧折射率。
[0010]进一步地，所述光波导芯部为在玻璃基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部。
[0011 ] 同样为了解决上述技术问题，本发明提供了一种弯曲多模光波导的制作方法，包括:
[0012]利用离子扩散原理在基底上制作至少一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。
[0013]进一步地，利用离子扩散原理在基底上制作所述光波导芯部的过程包括:
[0014]利用离子扩散原理在所述基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部；
[0015]利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部。
[0016]进一步地，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括:
[0017]利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0018]进一步地，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括:
[0019]根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口用于在离子交换过程中供掺杂离子扩散进入所述基底；
[0020]对所述基底进行离子交换，然后去掩膜得到内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0021]进一步地，所述根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口的步骤包括:
[0022]当所述第一光波导芯部的半径与待制作的所述第二光波导芯部的半径相等时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径大于半径所述第一光波导芯部的内侧边界半径小于外侧边界半径；
[0023]当所述第一光波导芯部的半径小于待制作的所述第二光波导芯部的半径时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径与所述第二波导芯部外侧边界半径相等。
[0024]进一步地，所述基底包括玻璃基底。
[0025]进一步地，所述掺杂离子包括银离子、钾离子、铷离子或者铯离子。
[0026]本发明的有益效果是:
[0027]本发明提供了一种弯曲多模光波导及其制作方法，可以降低弯曲多模光波导中模式之间的耦合效应；具体地，本发明提供的弯曲多模光波导，包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率；由于光波导芯部折射率分布具有非对称的特征，即内侧折射率闻于外侧折射率的特征；这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远离 光波导芯部曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，从而减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应；进而减弱了模式耦合带来的带宽减小和串扰增大给传输系统带来的不利影响。
【附图说明】
[0028]图1为SOI基片上的非对称光波导；
[0029]图2为传统的玻璃基片上的弯曲多模光波导；
[0030]图3为本发明实施例一提供的一种弯曲多模光波导的示意图；
[0031]图4为本发明实施例一提供的一种弯曲多模光波导的制作方法的流程示意图；
[0032]图5为本发明实施例二提供的一种弯曲多模光波导的制作流程示意图；
[0033]图6为本发明实施例三提供的一种弯曲多模光波导的制作流程示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0035]实施例一:
[0036]考虑到目前基于扩散原理形成的弯曲光波导的弯曲会使模场发生远离曲率中心方向的偏移，使模式之间发生耦合；本实施例提供了一种可以降低弯曲多模光波导中的模式耦合效应的弯曲多模光波导，具体包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。
[0037]本实施例中光波导芯部的内侧指的是光波导芯部上靠近光波导芯部曲率中心的一侧，光波导芯部的外侧指的是光波导芯部上远离光波导芯部曲率中心的一侧。
[0038]优先地，本实施例中基底可以玻璃基底，本实施例中利用离子扩散原理形成的光波导芯部可以包括利用离子交换技术形成的光波导芯部。
[0039]本实施例提供的弯曲多模光波导，其芯部折射率成非对称分布特性，即内侧折射率闻于外侧折射率。这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远离光波导芯部曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应；因此，减弱了模式耦合带来的带宽减小和串扰增大给传输系统带来的不利影响。
[0040]如图3所示，为本实施例提供一种在玻璃基片上制作的光波导，其包括一个在玻璃基片4上具有离子交换形成的折射率呈非对称的光波导芯部6，光波导芯部6内侧折射率高于外侧折射率；由非对称光波导芯部6带来的模场(向曲率中心方向的)偏移效应与光波导弯曲带来的模场(远离曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应。
[0041]本实施例提供的弯曲多模光波导，可以包括多个所述弯曲的光波导芯部；所述多个弯曲的光波导芯部依次相连；也就是说本实施例的弯曲多模光波导的弯曲方向可以为多个，例如有两个弯曲方向相反的光波导芯部相连构成，且每个光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。
[0042]在本实施例中所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率实现方式可以包括:使得所述光波导芯部的内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度。本实施例中可以通过改变掺杂离子浓度来改变折射率。
[0043]优先地，本实施例中掺杂离子可选择银离子、钾离子、铷离子或铯离子。玻璃基底包括硅酸盐玻璃基底、硼酸盐玻璃基底等。
[0044]实施例二:
[0045]考虑到目前基于扩散原理形成的弯曲光波导的弯曲会使模场发生远离曲率中心方向的偏移，使模式之间发生耦合，本实施例提供了一种弯曲多模光波导的制作方法，可以降低弯曲多模光波导中的模式耦合效应，该制作方法包括:
[0046]利用离子扩散原理在基底上制作至少一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。
[0047]利用本实施例制作方法制作的弯曲多模光波导，其芯部折射率成非对称分布特性，即内侧折射率闻于内侧折射率。这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远尚光波导芯部曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，从而减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应；因此，减弱了模式耦合带来的带宽减小和串扰增大给传输系统带来的不利影响。
[0048]如图4所示，具体地，本实施例方法中利用离子扩散原理在基底上制作所述光波导芯部的过程包括:
[0049]步骤401:利用离子扩散原理在所述基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部。
[0050]本实施例制作方法首先可以根据待制作的光波导的半径和宽度利用扩散原理在基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部，折射率呈对称分布指的是内侧折射率等于外侧折射率；例如可以先在基底上制作一个折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部，同时该第一光波导芯部的半径和宽度与待制作的光波导的半径和宽度相同；又或者可以在基底上制作一个折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部，同时该第一光波导芯部的半径和宽带小于带制作的光波导的半径和宽度。
[0051]本实施例中利用扩散原理在基底上制作弯曲多模光波导包括利用离子交换技术在基底上制作弯曲多模光波导。因此，本步骤可以利用离子交换技术在基底上制作第一光波导芯部。
[0052]步骤402:利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部。
[0053]本实施例制作方法最终制成的弯曲多模光波导是在第一光波导芯部基础上制作成，例如对于半径和宽度与待制成光波导半径和宽度相等的第一光波导芯部，可以利用扩散原理使得第一光波导芯部的折射率由对称变为非对称，此时第一光波导芯部即为第二光波导芯部；又例如，对于半径和宽度小于待制成光波导半径和宽度的第一光波导芯部，可以利用扩散原理进一步在第一光波导芯部上制作出折射率成非对称分布并且半径、宽带符合制作尺寸要求的第二光波导芯部。
[0054]本步骤中可以利用离子交换技术在所述第一光波导芯部基础上制作出第二光波导芯部。
[0055]本实施例方法可以通过步骤401-402制作出一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部，然后通过重复步骤401-402可以制作出多个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。当然也可以先制作出多个折射率呈对称分布的第一光波导芯部，然后在多个第一光波导芯部的基础上利用离子扩散原理制作出多个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。
[0056]本实施例方法可以通过两次或者多次离子扩散原理例如离子交换技术制作出弯曲多模的光波导，所以上述步骤401可以通过一次或者多次扩散原理来形成第一光波导芯部，上述步骤402也可以是通过一次或者多次扩散原理来形成第二光波导芯部；具体次数不受限制，可以根据实际情况而定。
[0057]优先地，本实施例方法中所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括:
[0058]利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0059]也就是说，本实施例方法通过使得光波导芯部内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度的方式来使得光波导芯部的内侧折射率闻于外侧折射率。
[0060]本实施例方法在制作出第一光波导芯部之后，可以通过设计合理的 掩膜形状使得可以利用离子交换技术形成光波导横截面掺杂离子浓度分布具有所需非对称的特征。具体地，采用离子交换技术在所述第一光波导芯部基础上制作出折射率呈非对称分布并且弯曲的第二光波导芯部的过程包括:
[0061]根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口用于在离子交换过程中供掺杂离子扩散进入所述基底；
[0062]对所述基底进行离子交换，然后去掩膜得到内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0063]优先地,在本实施例方法中根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口的具体过程包括:
[0064]当所述第一光波导芯部的半径与待制作的所述第二光波导芯部的半径相等时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径大于半径所述第一光波导芯部的内侧边界半径小于外侧边界半径；
[0065]当所述第一光波导芯部的半径小于待制作的所述第二光波导芯部的半径时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径与所述第二波导芯部外侧边界半径相等。
[0066]通过本实施例的制作方法制成的弯曲多模光波导的折射率分布呈非对称性，减小了弯曲光波导中模式之间的耦合效应，减弱了模式耦合带来的带宽减小和串扰增大给传输系统带来的不利影响。
[0067]实施例三:
[0068]本实施例以制作半径为5cm (50000 μ m)，宽度为50 μ m的弯曲多模光波导(即弯曲波导的内侧边界和外侧边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m)为例，介绍实施例一所述的制作方法；其中基座为钠钙硅玻璃基片、掺杂离子为银离子；制作这种弯曲多模光波导大致包括如下六个步骤，如图5所示，包括:
[0069](A-B)步骤:光刻与掩膜。准备并清洗玻璃基片4，而后采用热蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的铝薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片上制成掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m 和 50000 μ m。
[0070](B-C)步骤:第一次离子交换，将带有掩膜7制作好的玻璃基片4放入260°C下融熔的硝酸钠、硝酸钙以及硝酸银的混和熔盐(硝酸钠与硝酸钙按照质量比为420:580:1)中，保温4小时。在此过程中熔盐中的银离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，形成对称光波导芯部5。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0071](C-D)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0072](D-E)步骤:采用电子束蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片4上制作掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m。
[0073](E-F)步骤:第二次离子交换，将掩膜7制作好的玻璃基片7放入260°C下融熔的硝酸钠、硝酸钙以及硝酸银的混和溶盐(硝酸钠与硝酸钙按照质量比为420:580:1)中，保温4小时。在此过程中熔盐中的银离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，对称光波导芯部5变成非对称光波导芯部6。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0074](F-G)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0075]实施例四:
[0076]本实施例以制作半径为5cm (50000 μ m)，宽度为50 μ m的弯曲多模光波导(即弯曲波导的内侧边界和外侧边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m)为例，来介绍上述实施例一所述的制作方法。其中，基底为钠钙硅玻璃基片、掺杂离子为银离子、这种光波导的大体分如下六步(参见图6，A-B, B-C, C-D，D-E，E_F，F-G)进行:
[0077](A-B)步骤:光刻与掩膜。准备并清洗玻璃基片4，而后采用热蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的铝薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片上制成掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m 50025 μ m。
[0078](B-C)步骤:第一次离子交换，将带有掩膜7制作好的玻璃基片4放入260°C下融熔的硝酸钠、硝酸钙以及硝酸银的混和熔盐(硝酸钠与硝酸钙按照质量比为420:580:1)中，保温4小时。在此过程中熔盐中的银离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，形成对称光波导芯部5。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0079](C-D)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0080](D-E)步骤:采用电子束蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片4上制作掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m和50000 μ m。
[0081](E-F)步骤:第二次离子交换，将掩膜7制作好的玻璃基片7放入260°C下融熔的硝酸钠、硝酸钙以及硝酸银的混和溶盐(硝酸钠与硝酸钙按照质量比为420:580:1)中，保温4小时。在此过程中熔盐中的银离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，对称光波导芯部5变成非对称光波导芯部6。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0082](F-G)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0083]实施例五:
[0084]本实施例以制作半径为5cm(50000 μ m)，宽度为50 μ m的多模光波导(即弯曲波导的内侧边界和外侧边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m)为例，介绍上述实施例一的制作方法，其中基底为钠钙硅玻璃基片、掺杂离子为钾离子。这种光波导的大体分如下六步(类似参见图 5，A-B，B-C，C-D，D-E，E_F，F-G)进行。
[0085](A-B)步骤:光刻与掩膜。准备并清洗玻璃基片4，而后采用热蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的铝薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片上制成掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m 和 50000 μ m。
[0086](B-C)步骤:第一次离子交换，将带有掩膜7制作好的玻璃基片4放入400°C下融熔的硝酸钾熔盐中，保温4小时。在此过程中熔盐中的钾离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，形成对称光波导芯部5。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0087](C-D)步骤:掩膜7去除。用化学腐 蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0088](D-E)步骤:采用电子束蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片4上制作掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m。
[0089](E-F)步骤:第二次离子交换，将掩膜7制作好的玻璃基片7放入260°C下融熔的硝酸钾熔盐中，保温4小时。在此过程中熔盐中的钾离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，对称光波导芯部5变成非对称光波导芯部6。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0090](F-G)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0091]实施例六:
[0092]本实施例同样以制作半径为5cm (50000 μ m)，宽度为50 μ m的多模光波导(即弯曲波导的内侧边界和外侧边界的半径分别为49975 μ m和50025 μ m)为例，介绍实施例一所述的方法，但其中基底为钠钙硅玻璃基片、掺杂离子为钾离子。这种光波导的大体分如下六步(参见图 6，A-B，B-C，C-D，D-E，E_F，F-G)进行。
[0093](A-B)步骤:光刻与掩膜。准备并清洗玻璃基片4，而后采用热蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的铝薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片上制成掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m 50025 μ m。
[0094](B-C)步骤:第一次离子交换，将带有掩膜7制作好的玻璃基片4放入400°C下融熔的硝酸钾熔盐中，保温4小时。在此过程中熔盐中的钾离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，形成对称光波导芯部5。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0095](C-D)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0096](D-E)步骤:采用电子束蒸发工艺均匀蒸镀上一层厚度约为200nm-300nm的薄膜，并采用标准的微细加工技术(光刻、腐蚀、去胶等)在玻璃基片4上制作掩膜7。掩膜7形成的离子交换窗口的内边界和外边界的半径分别为49975 μ m和50000 μ m。
[0097](E-F)步骤:第二次离子交换，将掩膜7制作好的玻璃基片7放入260°C下融熔的硝酸钾熔盐中，保温4小时。在此过程中熔盐中的钾离子通过掩膜7形成的离子交换窗口扩散进入玻璃基片4，对称光波导芯部5变成非对称光波导芯部6。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。取出玻璃基片4，冷却至室温，清洗。
[0098](F-G)步骤:掩膜7去除。用化学腐蚀的方法去除玻璃基片4表面的掩膜7。
[0099]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种弯曲多模光波导，其特征在于，包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。2.如权利要求1所述的弯曲多模光波导，其特征在于，包括多个所述弯曲的光波导芯部；所述多个弯曲的光波导芯部依次相连。3.如权利要求1所述的弯曲多模光波导，其特征在于，所述光波导芯部的内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度，其中内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度实现了内侧折射率高于外侧折射率。4.如权利要求1-3任一项所述的弯曲多模光波导,其特征在于,所述光波导芯部为在玻璃基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部。5.一种弯曲多模光波导的制作方法，其特征在于，包括: 利用离子扩散原理在基底上制作至少一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用离子扩散原理在基底上制作所述光波导芯部的过程包括: 利用离子扩散原理在所述基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部; 利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括: 利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括: 根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口用于在离子交换过程中供掺杂离子扩散进入所述基底； 对所述基底进行离子交换，然后去掩膜得到内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口的步骤包括: 当所述第一光波导芯部的半径与待制作的所述第二光波导芯部的半径相等时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径大于半径所述第一光波导芯部的内侧边界半径小于外侧边界半径； 当所述第一光波导芯部的半径小于待制作的所述第二光波导芯部的半径时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径与所述第二波导芯部外侧边界半径相等。10.如权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于，所述基底包括玻璃基底。11.如权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂离子包括银离子、钾离子、铷离子或者铯离子。
【专利摘要】本发明公开了一种弯曲多模光波导及其制作方法。本发明提供的弯曲多模光波导，包括：至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率；由于光波导芯部折射率分布具有非对称的特征，即内侧折射率高于外侧折射率的特征；这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远离光波导芯部曲率中心方向)偏移效应完全或部分抵消，从而减小或消除多模弯曲波导中的模式耦合效应。
【IPC分类】G02B6/125, G02B6/13
【公开号】CN105487171
【申请号】CN201410528654
【发明人】郝寅雷, 曾福林, 王志坚, 李敬科, 王根成, 冯泽明
【申请人】中兴通讯股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年10月8日
【公告号】WO2016055006A1
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