[发明专利]一种钛扩散制备铌镁酸铅钛酸铅光波导的方法

说明书

本发明公开了一种钛扩散制备铌镁酸铅钛酸铅光波导的方法，对PMN‑PT单晶样品进行抛光，得到具有平整、无划痕的光学级表面的基片，清洗后利用光刻工艺制备特定图案的钛金属膜，将表面附着钛金属膜的单晶基片放在氧化铝板上，并将氧化铝板放在底部均匀撒上氧化铅粉末的氧化铝坩埚中，在湿氧环境下进行退火扩散后得到PMN‑PT晶体光波导。本发明的工艺步骤简单、易于操作、重复性好，制备出的PMN‑PT晶体光波导用于电光调制器件中能够有效降低驱动电压和器件尺寸，具有十分重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种光波导的制备方法，具体涉及一种在高电光特性材料铌镁酸铅钛酸铅(PMN-PT)晶体中制备光波导的钛扩散方法。

背景技术

随着远程通信和计算机技术的飞速发展，传统基于电子领域的通信系统已难以满足日益增加的业务需要，因此光通信得到了迅速发展。光纤通信网络由于具有信息容量大、体积小、抗电磁干扰强等优势已经被广泛应用于公用、专用通信网。光波导是一种由具有电光效应的光透明介质制成的光导行结构，是电光调制器、定向耦合器、光开关等光通信核心部件的重要基础结构。目前光通信系统核心部件电光调制器通常是在铌酸锂晶体上制备光波导，利用铌酸锂晶体的电光效应来实现器件的调制功能。但受到铌酸锂晶体自身电光特性限制，铌酸锂基光波导电光调制器的调制电压和器件尺寸等性能参数的进一步优化遇到瓶颈，因此采用电光系数更高的铌镁酸铅钛酸铅(PMN-PT)单晶制备光波导有望大幅度降低器件驱动电压和尺寸。与现有铌酸锂基电光调制器相比，PMN-PT单晶基电光调制器的驱动电压和器件尺寸预计可减小1～2个数量级。因此研究高电光性能PMN-PT单晶制备光波导的方法具有十分重要的应用价值。

在实际应用方面，为得到更低的驱动电压，必须制备波导型电光调制器，这就要求能够在PMN-PT晶体中形成高质量的光波导结构。目前，国内外关于PMN-PT晶体电光性能的研究已经比较充分，但是在PMN-PT晶体中制备波导结构的研究较少，报道出来的制备方法包括薄膜波导、离子注入波导等。从文献报道的研究结果来看，PMN-PT薄膜波导难以保持晶体的高电光特性且波导损耗过大，离子注入工艺较为复杂，两种方法均难以形成高质量的PMN-PT晶体波导。

在分析国内外关于在PMN-PT晶体中制备光波导的研究后可以得出，利用钛扩散法制备高质量PMN-PT晶体光波导具备可行性。与文献中报道的薄膜波导和离子注入波导相比，钛扩散法工艺较为简单，制备光波导的损耗较低，同时可以保持PMN-PT晶体的优异电光性能，且与主流的铌酸锂波导制备工艺兼容。目前，关于利用钛扩散法制备PMN-PT晶体光波导的研究极为匮乏，迫切需要开展系统的理论与实验研究来推动相关技术进步，解决PMN-PT晶体电光调制器应用的关键瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛扩散制备铌镁酸铅钛酸铅(PMN-PT)光波导的方法，以探索新的波导电光调制器芯片材料，克服现有铌酸锂基光波导制备的电光调制器存在的调制电压高、器件尺寸大等缺陷，本发明的工艺步骤简单、易于操作、重复性好，具有重大的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛扩散制备铌镁酸铅钛酸铅光波导的方法，包括以下步骤：

步骤一：对PMN-PT样品进行精密抛光，得到表面平整且无明显划痕的基片；

步骤二：将步骤一得到的基片进行退火消除内部应力，取出后进行二次抛光，得到具有平整且无明显划痕的光学级表面的基片；

步骤三：将步骤二得到的基片清洗干净；

步骤四：在步骤三得到的基片的抛光表面上光刻特定图案的钛膜；

步骤五：将步骤四得到的基片钛膜面向上放在垫板上，并将垫板放在底部均匀撒上氧化铅粉末的坩埚中；

步骤六：将步骤五得到的装有PMN-PT基片的氧化铝坩埚放置到管式扩散炉恒温区，并将炉管封好；