[发明专利]一种用于芯片质子交换的机械臂控制夹具及其使用方法

说明书

本发明公开了一种用于芯片质子交换的机械臂控制夹具，固定于质子交换炉的顶端及内部，包括：固定模块、电机控制装置、传动装置、机械转动悬臂、机械位移臂、夹具卡持模块、芯片夹具。另外，本发明还公开了一种根据机械臂控制夹具进行质子交换的方法。本发明可以机械控制铌酸锂基片的移动，有效地减小质子交换过程中的人工操作及开关质子交换炉给交换过程带来的温度波动，从而减小对操作人员的身体伤害并提高质子交换制作铌酸锂光波导的稳定性。

技术领域

本发明涉及集成光学技术领域，更具体的说，涉及一种用于芯片质子交换的机械臂控制夹具及其使用方法。

背景技术

铌酸锂材料具有优异的电光、声光及非线性光学效应，在光调制领域有着广泛的应用。质子交换铌酸锂波导的折射率增量具有各向异性，异常光折射率增大，寻常光折射率略微减小，因此，质子交换铌酸锂波导还具有偏振效果，是一种单偏振的光波导。质子交换铌酸锂波导集成相位调制器，集分束、合束、偏振、电光调制功能于一身，在光纤陀螺领域有着极其重要的作用。高温退火质子交换技术是制作铌酸锂集成光学调制器的最主流技术。

退火质子交换技术制造铌酸锂光波导的方法主要包括清洗衬底片、在衬底片上制备掩膜、光刻出波导图形、质子交换、退火、端面抛光等步骤。其中的质子交换过程是这一技术的核心，主要包括以下步骤：a、将用于装载铌酸锂基片的石英夹具、用于盛装质子交换液的石英管道和已经光刻出波导图形的铌酸锂基片分别清洗干净；b、用天平称取适量的苯甲酸锂和苯甲酸晶体在石英管道中进行混合，得到用于进行质子交换的苯甲酸混合溶液，在石英管道上安装热电偶后将石英管道放入到加热炉中；c、启动加热炉，将石英管道内的质子交换液加热至200℃，再缓慢升温至240℃并保持稳定；d、将铌酸锂基片装载到石英夹具上，在烘箱中预热至240℃，将预热好的石英夹具从烘箱中取出后迅速放入到质子交换液中进行质子交换。目前，质子交换工艺操作过程主要依靠人工完成。

根据上述质子交换过程的步骤，步骤c中盛装质子交换液的石英管道和步骤d中预热夹具的烘箱是隔开的。从烘箱中取出石英夹具再放入质子交换液的过程中石英夹具的温度会先下降再上升，该操作传统情况下都是人工完成。人工操作难以避免质子交换液的气体挥发，给操作人员身体造成一定伤害。并且打开交换炉的操作还会导致质子交换炉内的温度波动，给质子交换带来难以控制的不确定性。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种用于芯片质子交换的机械臂控制夹具及其使用方法，用以解决质子交换过程中人工操作芯片移动的问题，其具体技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种用于芯片质子交换的机械臂控制夹具，固定于质子交换炉的顶端及内部，包括：

固定模块，所述固定模块包括互相连接的固定底座和温度隔绝机构，所述固定底座安装于所述质子交换炉的顶端；

电机控制装置，所述电机控制装置设于所述温度隔绝机构的内部且其上设置有位移控制按钮；

传动装置，所述传动装置安装于所述温度隔绝机构上且与所述电机控制装置电连接；

机械转动悬臂，所述机械转动悬臂与所述传动装置转动连接；所述传动装置上设置有能够操纵所述机械转动悬臂实现上下运动的摇臂结构，所述摇臂结构由所述电机控制装置控制；

机械位移臂，所述机械转动悬臂远离所述传动装置的端部与所述机械位移臂的一端固连，所述机械位移臂的另外一端伸入机械位移臂滑动槽内且能够实现与所述机械位移臂滑动槽的相对滑动；所述传动装置上还设置有能够操纵所述机械位移臂实现水平运动的伸缩结构，所述伸缩结构由所述电机控制装置控制；

夹具卡持模块，所述机械位移臂滑动槽远离所述机械位移臂的端部与所述夹具卡持模块的一端垂直固连；