金屬/介質多層薄膜結構10.6μm紅外波段的光極化分離器制造技術

本發明專利技術涉及一種金屬／介質多層薄膜結構１０．６μｍ紅外波段的光極化分離器。該光極化分離器由敷設在二氧化硅基底上的金屬性的碳化硅薄膜和介質特性的二氧化硅薄膜交替構成。本發明專利技術的光極化分離器具有良好的極化消光系數，且具有結構簡單，容易實現，便于安裝等優點，可以廣泛應用于光通訊交換、光信息測量和光耦合等光學系統中。為光學系統中極化分離和極化變換的實現提供了一條新的途徑。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種10.6ym紅外波段光極化分離器，屬于信息光學
，是用于使不 同極化的光波沿不同光路傳播而達到分離效果的光學器件。
技術介紹
在光通訊交換、光信息測量和光耦合等諸多光學系統中，日益要求設備向著體積小、重量 輕的方向發展。光極化分離器是這些光學系統中的基礎器件。傳統的光極化分離是采用光波 導傳播的方式來實現，對于光波導的尺寸和形狀有著極其嚴格的要求。10.6ixm紅外激光在 軍事、科研等領域應用廣泛，這一波段對于傳統的光極化分離器件有著很高的工藝要求，成 為制約該波段光學設備往小型化發展的一個瓶頸，限制了光學設備在一些特殊環境下的應用 (如激光制導)。
技術實現思路
專利技術目的本專利技術針對現有技術的不足，提供一種高效的10.6um紅外波段光極化分離 器，該光極化分離器完全屏棄了光波導傳播的方式，而是根據等效介質理論，采用金屬/介質 多層薄膜結構來實現極化分離，同時保證該分離器呈平面結構，具有低剖面的優點。技術方案本專利技術所述的10.6um紅外波段光極化分離器的理論基礎是等效介質理論， 在二氧化硅基底上由碳化硅薄膜和二氧化硅薄膜交替構成； 一層碳化硅薄膜和一層二氧化硅 薄膜的組合單元的厚度應遠小于波長(至多為波長的1/4)，且至少要20個單元；碳化硅薄膜 和二氧化硅薄膜的厚度具有一個合適的比例C(;極化分離器中相同材料的薄膜厚度相等，并 根據ct選取一個合適的薄膜取向0。當一束圓極化10.6 y m紅外激光從極化分離器的一側垂 直入射時，TE波分量的光波在該結構中會沿著薄膜的取向進行無反射傳播，從而產生明顯的 波束平移效果，而TM波分量則幾乎沒有平移，這樣就起到了極化分離的效果。在不考慮損 耗的情況下，TE波的透射系數為1， TM波的透射系數為0.9301。在實際情況下，由于碳化 硅薄膜是有耗材料，兩種極化波存在微弱衰減，但此衰減可以通過增加入射波功率進行補償 或通過減少光極化分離器整體厚度進行控制。TE波分量平移量越大，極化分離效果越明顯。平移量的調節可以有兩種方式 一、光極 化分離器整體厚度不變，通過調節cc使得薄膜取向具有更大的傾角，此方法可用于對光波衰 減要求較高的情況；二、薄膜取向不變，增加光極化分離器整體厚度，此方法可用于對光波 衰減要求不高的情況。有益效果本專利技術與現有10.6um波段光極化分離器相比，其顯著優點是1、結構簡單， 呈現平面結構，具有低剖面，小體積，并可與其他相關光信息處理器件方便地集成在一片基 片上，實現共形；2、工藝水平要求相對較底，均為微米級蝕刻和光學鍍膜等標準微電子平面 工藝；3、適應性強，可以根據不同情況用不同方法實現TE波分量平移量的調節。附圖說明圖1是本專利技術的光極化分離器結構主視圖。 圖2是本專利技術的光極化分離器結構后視圖。 圖3是本專利技術的光極化分離器結構側面方向的剖視圖。 圖4是本專利技術的光極化分離器在不考慮損耗情況下的TE波透射仿真結果。 圖5是本專利技術的光極化分離器在不考慮損耗情況下的TM波透射仿真結果。 圖6是本專利技術的光極化分離器在考慮實際損耗后圓極化波的透射仿真結果。 在所有的上述附圖中，相同的標號表示具有相同、相似或相應的特征或功能。 具體實施例方式下面結合附圖，通過具體的實施例詳細說明本專利技術的技術方案。實施例1:首先參考圖1 4描述的本專利技術的光極化分離器的結構圖。二氧化硅基底(1)的上面是碳化硅薄膜(2)和二氧化硅薄膜(3)交替組合的多層薄膜 結構。多層結構中，碳化硅薄膜(2)和二氧化硅薄膜(3)的厚度具有一個合適的比例ct， 且相同材料的薄膜厚度相等。 一個碳化硅薄膜(2)和二氧化硅薄膜(3)組合單元的厚度應 遠小于所應用波段的波長，且至少要20個單元。薄膜的取向0由a確定。首先我們在不考慮損耗的情況下進行了基于有限元方法的全波電磁仿真。取10.6 P m紅 外波段碳化硅介電常數的實部^=0.44， 二氧化硅的介電常數&=3.92。 一個組合單元的總厚 度為2.4um，其中碳化硅薄膜和二氧化硅薄膜的厚度比ct-2:l。根據cc=2:l求得廬38.33°。 多層結構的總厚度為20um。圖4是TE波透射仿真結果。TE波透射系數理論計算值為1，仿真值為0.9998。 TE波完 全透射，并且在多層結構中延薄膜取向傳播，產生明顯平移。圖5是TM波透射仿真結果。TM波透射系數理論計算值為0.9301，仿真值為0.9117。 TM波的絕大部分能量也透射過去，但未見明顯平移。實施例2:考慮碳化硅實際電磁參數的仿真結果。仍然是實施例1的模型，但采用真實的碳化硅的電磁參數&二0.44-0.086i。其他條件不變。 入射波為圓極化波。圖6為仿真結果。圖中顯示光極化分離器的總厚度為20"m時，TE波 分量衰減-3dB，極化消光系數(兩種極化的能量密度比)為34dB; TM波分量衰減-3.5dB， 極化消光系數為30dB?？梢娝p不大，且極化消光系數符合光極化分離器的指標。實施例3:上述光極化分離器的制作方法，包括如下步驟(1) 在二氧化硅基底上按照設計的薄膜取向和厚度利用光刻工藝并采用離子刻蝕的方法 刻出相應深度的槽,其精度可到納米級。(2) 在二氧化硅基底上刻蝕出的槽中鍍滿碳化硅薄膜。(3) 將鍍上碳化硅薄膜的那一面進行加工，利用CMP平坦工藝除去槽以外的碳化硅。(4) 按照所需要的大小進行切割。4以上所述，僅為本專利技術的優選實施例，并不能以此限定本專利技術實施的范圍，即凡依本專利技術權 利要求及專利技術說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬于本專利技術專利覆蓋的范圍。權利要求1、一種金屬/介質多層薄膜結構10.6μm紅外波段的光極化分離器，其特征是該光極化分離器包括一個二氧化硅為基底(1)，碳化硅薄膜(2)和二氧化硅薄膜(3)交替組合敷設在二氧化硅基底上。光從左邊入射后，根據極化的不同(TE/TM)形成不同的光路從右邊透射出，實現極化分離的功能。2、 根據權利要求1所述的金屬/介質多層薄膜結構10.6um紅外波段的光極化分離器， 其特征是一個碳化硅薄膜(2)和二氧化硅薄膜(3)組合單元的厚度應遠小于所應用波段的 波長，且至少要20個單元。3、 根據權利要求1所述的金屬/介質多層薄膜結構10.6um紅外波段的光極化分離器， 其特征是碳化硅薄膜(2)和二氧化硅薄膜(3)的厚度具有一個合適的比例ot，且相同材料 的薄膜厚度相等。4、 根據權利要求1所述的金屬/介質多層薄膜結構10.6um紅外波段的光極化分離器， 其特征是根據ct來確定薄膜的取向6。全文摘要本專利技術涉及一種金屬/介質多層薄膜結構10.6μm紅外波段的光極化分離器。該光極化分離器由敷設在二氧化硅基底上的金屬性的碳化硅薄膜和介質特性的二氧化硅薄膜交替構成。本專利技術的光極化分離器具有良好的極化消光系數，且具有結構簡單，容易實現，便于安裝等優點，可以廣泛應用于光通訊交換、光信息測量和光耦合等光學系統中。為光學系統中極化分離和極化變換的實現提供了一條新的途徑。文檔編號G02F1/29GK101477287SQ20091002509公開日2009年7月8日 申請日期2009年2月18日 優先權日2009年2月18日專利技術者馮一軍, 田 姜, 鈺 左, 林 趙, 玙 郝 申請人:南京大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金屬／介質多層薄膜結構１０．６μｍ紅外波段的光極化分離器，其特征是該光極化分離器包括一個二氧化硅為基底（１），碳化硅薄膜（２）和二氧化硅薄膜（３）交替組合敷設在二氧化硅基底上。光從左邊入射后，根據極化的不同（ＴＥ／ＴＭ）形成不同的光路從右邊透射出，實現極化分離的功能。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮一軍，郝玙，姜田，趙林，左鈺，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]