[发明专利]一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置

说明书

本发明公开了一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，包括衬底层、下包层、脊型光波导、介质层、第一聚合物支撑层、第二聚合物支撑层和微球，所述衬底层上表面与下包层接触连接，所述下包层上表面与脊型光波导连接，所述脊型光波导上表面与介质层接触连接，所述介质层左右两侧分别设有第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层，所述第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层放置在衬底层上，两个支撑层之间放置有微球，并与微球接触；本发明的一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，与现有的CMOS工艺兼容，具有集成度高，稳定性好，不易受外界空气扰动的影响的优点。

技术领域

本发明涉及集成光子器件研究领域，具体涉及一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置。

背景技术

光学谐振腔，能够把光场限制在很小的空间区域，这个区域的光场具有很高的能量密度和特定的光场分布，这对于研究光与物质的相互作用、发展光子器件，实现光信息处理具有重要意义。光学谐振腔主要包括法布里珀罗腔、光子晶体微腔以及回音壁模式微腔，其中回音壁模式微腔由于具有品质因子高、模式体积小、易于制备等优点引起了研究者们的极大兴趣，成为近20年来研究最为广泛的光学微腔。回音壁模式微腔中典型的结构包括微盘腔、微芯圆环腔、微柱腔、微球腔等，其中微球腔由于加工制作工艺相对简单、易于与光纤耦合等优点得到了越来越多的关注，已经在高敏传感器、低阈值激光器、非线性光学、腔光力学光信息处理等领域发挥了很大的应用价值。但是由于微球腔的尺寸只有50-500um，难以实现片上集成，需要通过精密调谐平台实现其与拉锥光纤的耦合。该耦合系统的缺点是笨重，不易实现移动、结构复杂、性能不稳定、易受周围空气温度等的影响，这些劣势限制了微球在实际中的测试与应用。为了实现牢固，稳定的耦合系统，已经有研究人员报道了微球与锥形光纤耦合的一体化封装技术，主要有两种实现手段，分别为全包裹封装结构和点封装结构。

全包裹封装结构利用紫外光固胶将微球和拉锥光纤整个耦合系统包裹起来，所用光固胶的折射率要小于微球以及光纤的折射率，并且损耗要很小，该结构的优点是整个结构被封装起来，不受外界灰尘等的影响，耦合方式固定，不易受外界振动等的影响，但是由于整个结构被包裹起来，减少了外界介质对微球腔谐振模式的影响，从而限制了微球倏逝场在传感、生物分子探测等领域的应用。

点封装技术是把折射率较低、损耗较低的胶水填充在微球和锥形光纤的耦合区域，该结构与全包裹封装技术相比，没有影响到微球腔的倏逝场传感应用，但是这种封装技术的操作难度较大，封装点过大或者过小都会给微球的实际应用带来影响。因此本发明提出一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，克服了以上耦合方案带来的问题。

发明内容

有鉴于此，为上述现有技术中的问题，本发明提供了一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，与现有的CMOS工艺兼容，具有集成度高，稳定性好，不易受外界空气扰动的影响的优点。

为实现上述技术，本发明的技术方案如下。

一种高稳定性的硫系微球片上耦合装置，其特征在于：包括衬底层、下包层、脊型光波导、介质层、第一聚合物支撑层、第二聚合物支撑层和微球，所述衬底层上表面与下包层接触连接，所述下包层上表面与脊型光波导连接，所述脊型光波导上表面与介质层接触连接，所述介质层左右两侧分别设有第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层，所述第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层放置在衬底层上，两个支撑层之间放置有微球，并与微球接触。

进一步地，所述的下包层由二氧化硅材料制成，厚度为3～5um，折射率为1.44。

进一步地，所述脊型光波导和微球均由As₂S₃或As₂Se₃材料制成，在测试波段为1550nm时候，折射率为2.39。

进一步地，所述第一聚合物支撑层和第二聚合物支撑层均由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或光刻胶材料制成，厚度均为2um。