[发明专利]一种有机无机混合集成的聚合物温度传感器及其制备方法

说明书

一种有机无机混合集成的聚合物温度传感器及其制备方法，属于聚合物光波导温度传感器技术领域。由硅衬底、在硅衬底上制备的二氧化硅下包层、在二氧化硅下包层上制备的掺锗的二氧化硅芯层波导、在二氧化硅下包层上制备的掺硼和磷的二氧化硅上包层、在掺硼和磷的二氧化硅上包层上制备的聚合物芯层波导、在掺硼和磷的二氧化硅上包层上及聚合物芯层波导上制备的聚合物包层组成。当温度发生变化时，二氧化硅的热光系数为正，聚合物的热光系数为负，二氧化硅芯层的折射率会增大，聚合物芯层的折射率会减小，折射率的改变会使得原本的相位差进一步发生变化，使得谐振峰的位置发生变化。通过计算谐振峰的波长偏移，来表征温度变化，实现了温度传感的功能。

技术领域

本发明属于聚合物光波导温度传感器技术领域，具体涉及用于有机/无机混合集成的非对称马赫-泽德尔干涉仪(Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer,AMZI)结构的聚合物温度传感器及其制备方法。

背景技术

温度测量在工业制造、医用器材、生命科学、军工业乃至我们的日常生活等各个领域中都扮演者重要的角色。目前，温度传感器朝着高可靠性、更加安全、更高精度，总线标准化，以及更多功能的方向快速发展。其中，光学温度传感器由于具有着高灵敏度、抗电磁干扰、检测带宽大的优点，近些年被国内外学者广泛研究并且开发成为商用产品。相比于光纤传感器，平板光波导传感器有着与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor,CMOS)工艺兼容的特点，因此易于实现大规模、低成本的制造，并且可以在单片上集成多个温度传感器，实现分布式温度传感。当前，二氧化硅基平板光波导器件(Planar Lightwave Circuit,PLC)，由于其具有着低损耗、高稳定性、易与光纤集成等优点，在光通信领域开展了大量研究，并且实现了产品的商业化。然而二氧化硅的热光系数仅为+1.19×10^-5K^-1，制备的温度传感器灵敏度很低。于二氧化硅相比，聚合物材料具有着有较高的热光系数(-1.86×10^-4K^-1)，是用来制作高灵敏度的温度传感器的理想材料。为了综合两种平板光波导器件的优势，制备低损耗，高灵敏的平板光波导温度传感器，在本专利中，利用聚合物易于与其他材料混合集成的特点，提出了一种基于非对称马赫-泽德尔干涉仪(Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer,AMZI)的有机无机混合集成的温度传感器，该器件采用三维集成的方法，实现了超紧凑、高灵敏度、低损耗的温度传感器，在光子集成、光学传感等领域具有着巨大的应用前景。

发明内容

为了对现有技术的不足进行改进，本发明提出了一种基于有机无机混合集成工艺的AMZI结构的温度传感器及其制备方法。

本发明所述的一种有机无机混合集成的AMZI结构的聚合物温度传感器，从下至上由以下6部分组成：

1)硅衬底(11)；

2)在硅衬底(11)上制备的二氧化硅下包层(121)；

3)在二氧化硅下包层(121)上制备的掺锗的二氧化硅芯层波导，沿光的传播方向，二氧化硅芯层波导由彼此分立的掺锗的二氧化硅输入波导单元(131)、掺锗的二氧化硅调制臂(132)和掺锗的二氧化硅输出波导单元(133)组成；

4)在二氧化硅下包层(121)上制备的掺硼和磷的二氧化硅上包层(122)；

5)在掺硼和磷的二氧化硅上包层(122)上制备的聚合物芯层波导；沿光的传播方向，聚合物芯层波导由聚合物输入波导单元(151)、基于垂直多模干涉器结构的第一聚合物3dB分束器(141)、聚合物调制臂(152)、基于垂直多模干涉器结构的第二聚合物3dB分束器(142)和聚合物输出波导单元(153)组成；

6)在掺硼和磷的二氧化硅上包层(122)上及聚合物芯层上制备的聚合物包层(16)；