Using 飞秒激光辐照和化学蚀刻(FLICE) for Waveguide Writing

从微电子到光子学,使用微型制作技术小型化的磁场,从而为广泛的应用打开门。通过实现微流体通道的可能性转化了Optofluidics领域。

通过化学蚀刻和光刻技术通常通过微流体图案和通道进行制造;然而,这些方法主要限于对表面上的2D图案的制造。实际上,对于创造真正的三维结构,几层玻璃基板需要图案化,熔合并蚀刻在一起。

飞秒激光辐照和化学蚀刻(FLICE)启用3D微机器,允许具有多种纵横比和图案的掩埋微通道的直接制造。这是一个掩模技术,并允许新设备的快速低成本原型。

由于可以使用相同的飞秒激光器在3-D几何形状中用于低损耗光波导,因此这些基于飞秒激光的技术可能成为制造微流体通道并将它们与光学电路组合的全面解决方案。

液体制造程序

液体制造的步骤如下:

步骤1.首先是Femtosecond激光照射在激光消融阈值以下的强度完成。图1和2显示了印迹到基板中的微通道设计,得到的结果。

图1。 微通道设计在基板上的印迹

图2。 微通道设计印迹的结果

步骤2.其次,使用HF酸蚀刻飞秒激光改性区域(highly selective).

图3和4分别示出了蚀刻浴和蚀刻的结果。

图3。 蚀刻浴

图4。 结果of etching

应用例1:Mach-Zehnder干涉仪

可以使用Femtosecond激光书写技术在熔融石英衬底中制造不平衡的Mach-Zehnder干涉仪。在350FS激光脉冲的515nm处的SHG输出以1MHz重复率采用,然后聚焦有50倍0.6NA物镜。使用脉冲能量(at 515nm)90nj和翻译速度为100µM / s,设备写入200的深度µ在样品表面下方。

图5。 制造不平衡马赫 - Zehdner干涉仪的示意图

传输功率的公式作为输入波长的函数λ在理想情况下如下所示(n是折射率和ΔS是双臂长度的差异).

该图示出了具有H = 50的干涉仪的测量光谱响应µm,r = 30mm和l = 18mm。观察到超过8dB的条纹可见性。所确定的边缘周期为25.8nm对应于插入物的公式(24.6nm),它给出了周围区域中波长条纹的近似周期性λ0 (assumed to be 1550nm).

图6。 图表显示了与H = 50的干涉仪的测量光谱响应µm,r = 30mm和l = 18mm

应用示例2 - 1x2垂直和水平功率分离器

为了实现复杂的3D光子器件,重要的是制造具有良好引导性能的基本3D光学元件。 1x2 Power Splitter表示具有特定特性的核心元件,例如小尺寸,直接埋在基板中,以及体积中的不同可能的方向(Figures 7, 8 and 9).

该材料是熔融二氧化硅,激光参数是:

  • 波长 - 515nm.
  • 脉冲长度 - 350FS
  • 重复率 - 1MHz
  • 脉冲能量 - 90nj
  • 扫描速度 - 10µm/s
  • 50X聚焦目标,0.6N

遵循的基本规范是:

  • 在水平和垂直分离器的1550nm处的强度模式配置文件
  • 两个波导之间的距离:100µm
  • 分离器尺寸:<2.5mm
  • 总插入损耗低于5 dB @ 1550nm

图7。 具有两个不同方向的1x2电源分路器的方案

图8。 结果– horizontal splitter

图9。 结果– vertical splitter

应用例3 - 微电机速度传感器的3D定向耦合器

应用微电机的必要问题是制造高精度的集成位置传感器的能力(<100nm) and small size (<10mm)。汉诺威激光ZENTRUM开发了该微电机,其中速度传感器的芯装置是在POLITECNCOO DI MILANO制造的3D定向耦合器。

该速度传感器适用于干涉效果,需要三个耦合波导来检测电动机速度的方向和运动(图10,11和12).

材料是硼硅酸盐玻璃,激光参数是:

  • 波长 - 1030nm
  • 脉冲长度 - 350FS
  • 重复率 - 1MHz
  • 脉冲能量 - 300nj
  • 扫描速度 - 10mm / s
  • 20x聚焦目标,0.4na

图10。 微电机的方案,具有集成的干涉速度传感器

图11。 三维方向耦合器的方案由三飞秒激光写入波导组成。

图12。 3-D定向耦合的波导输出处的强度模式配置文件

此信息已被源,审查和调整了光谱物理学提供的材料。

有关此来源的更多信息,请访问 光谱物理学.

引用

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    光谱物理学。(2019, September 13). Using 飞秒激光辐照和化学蚀刻(FLICE) for Waveguide Writing. AZoOptics. Retrieved on May 18, 2021 from //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=988.

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    光谱物理学。2019. Using 飞秒激光辐照和化学蚀刻(FLICE) for Waveguide Writing. AZoOptics, viewed 18 May 2021, //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=988.

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