一种离子交换折射率的精确测量方法与流程

1.本发明属于光学技术领域，具体的，涉及一种离子交换折射率的精确测量方法。


背景技术：

2.现有离子交换技术多采用棱镜扫描方法测量折射率，其测量范围存在一定局限性，无法测试更高折射率，不利于实际生产工艺的摸索与改进，基于这种情况，需要一种测量范围更大，测量结果更精确地折射率测试方法，为了解决上述问题，进一步扩展了离子交换方法的应用场景，本发明提出了以下解决方案。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种离子交换折射率的精确测量方法，解决现有技术中棱镜扫描方法测量折射率存在测量范围具有一定局限性，无法测试更高折射率的问题。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种离子交换折射率的精确测量方法，包括：
6.第一步，将光刻板上的图形通过光刻显影的方式转移至玻璃基板上；
7.第二步，通过离子交换工艺，在光刻图形基础上交换出所需要的测试器件；
8.所述测试器件包括并列设置的弯曲波导与直波导，其中直波导的长度为固定值；
9.第三步，基于光谱仪及宽带光源的对光扫描，即通过耦合对光的方式，测试器件输入端连接宽带光源，输出端连接光谱仪，完成该器件的波长扫描图，得到在不同光波长下其输出的光功率，进而得到测试器件的有效折射率。
10.作为本发明的进一步方案，第三步中测试器件输入端通过y分支器将输入光分为能量相等的两部分，两部分光场表示为e1＝e2＝0.5*sin x，其中输入光总能量为，一部分光通过直波导传输，另一部分通过弯曲波导传输。
11.作为本发明的进一步方案，第二步中通过对弯曲波导的半径进行调整，使弯曲波导与直波导间的长度差为固定值。
12.作为本发明的进一步方案，弯曲波导与直波导之间的长度差精度为微米级。
13.作为本发明的进一步方案，取弯曲波导与直波导内两路光的几何路程差为l，折射率为n，则弯曲波导与直波导两通道间的光程差可以表示为n*l；对于不同的输入光波长λ，其相位差为其中％为取余符号，由此得到所通过光能量随相位差发生周期性变化，在光谱扫描图上表现为能量-波长关系图呈现余弦型曲线。
14.作为本发明的进一步方案，对于能量峰值，其对应的波长满足n*l＝mλ，其中m＝1,2,3
…
，则对于相邻能量峰得到其波长对应关系n*l＝m0λ1＝(m0+1)λ2，计算得其中λ1与λ2为相邻能量峰对应波长；
15.即通过相邻能量峰值所在波长，求出测试器件的有效折射率。
16.作为本发明的进一步方案，弯曲波导与直波导内两路光的几何路程差l的计算方
式为：直波导长度为固定值，弯曲波导长度通过计算圆弧半径角度求得，弯曲波导与直波导长度的差值即为两路光的几何路程差l。
17.本发明的有益效果：
18.(1)本发明通过制作测试器件，并测试其对应的波长扫描图，可以计算出该器件所在晶圆的折射率，方便对该晶圆上其他器件折射率进行测算，相对于传统折射率测量方法，该测量方法使用光谱仪进行测量，所使用的光谱仪精度为0.1nm，依靠光谱仪精度，可以精确得到离子交换完成后的有效折射率，对本次工艺下其他器件有极高的参考意义，便于后续设计的优化改进；
19.(2)本发明基于马赫曾德尔干涉原理的光程差控制方法及测试器件设计思路，不限于双路，不限于形状，不限于长度，具有良好的通用性。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
21.图1是本发明测试器件的结构示意图；
22.图2是波长扫描谱示意图。
23.图中：1、弯曲波导；2、直波导；3、y分支器。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.一种离子交换折射率的精确测量方法，包括：
26.第一步，将光刻板上的图形通过光刻显影的方式转移至玻璃基板上；
27.第二步，通过离子交换工艺，在光刻图形基础上交换出所需要的测试器件；
28.所述测试器件根据马赫曾德尔原理设计，马赫曾德尔原理的主要内容是单光源发射的光束分裂成两道光束之后，经过不同长度路径后产生的相对相移变化，两束不同相位的光干涉引起输出光的强度变化，强度变化量取决于两束光之间的相位差，而在长度差固定的情况下，相位差随折射率进行变化；
29.如图1所示，所述测试器件包括并列设置的弯曲波导1与直波导2，其中直波导2的长度为固定值，弯曲波导1的长度可通过弯曲波导1的半径进行调整，使弯曲波导1与直波导2两者的长度差为固定值；
30.第三步，基于光谱仪及宽带光源的对光扫描，即通过耦合对光的方式，测试器件输入端连接宽带光源，输出端连接光谱仪，完成该器件的波长扫描图，得到在不同光波长下其输出的光功率，进而得到测试器件的有效折射率；
31.第三步中的具体方法为：
32.通过y分支器3将输入光分为能量相等的两部分，两部分光场可以表示为e1＝e2＝0.5*sin x，其中输入光总能量为1；
33.一部分光通过固定长度的直波导2传输，另一部分通过弯曲波导1传输；
34.通过对弯曲波导1的半径进行调整，使弯曲波导1与直波导2间的距离为固定值，
35.需要注意的是，弯曲波导1与直波导2之间的长度差需要精确到微米级；
36.取弯曲波导1与直波导2内两路光的几何路程差为l，折射率为n，则弯曲波导1与直波导2两通道间的光程差可以表示为n*l；对于不同的输入光波长λ，其相位差为其中％为取余符号，由此可得所通过光能量随相位差发生周期性变化，在其光谱扫描图上则表现为能量-波长关系图呈现余弦型曲线。
37.弯曲波导1与直波导2内两路光的几何路程差l的计算方式为：直波导长度2为固定值，弯曲波导1长度可通过计算其圆弧半径角度进而求得，弯曲波导1与直波导2长度的差值即为两路光的几何路程差l。
38.对于能量峰值，其对应的波长满足n*l＝mλ，其中m＝1,2,3
…
，则对于相邻能量峰可得其波长对应关系n*l＝m0λ1＝(m0+1)λ2，则可计算得即可通过相邻能量峰值所在波长，求出测试器件的有效折射率；
39.其中λ1与λ2为相邻能量峰对应波长；
40.如图2所示，在本发明的一个实施例中，l为已知设计值，具体的，l＝38252.74nm，此外λ1＝1273nm，λ2＝1301nm，可得n*l＝59149.0357，根据上述计算方法，折射率n＝1.546。
41.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。


技术特征：
1.一种离子交换折射率的精确测量方法，其特征在于，包括：第一步，将光刻板上的图形通过光刻显影的方式转移至玻璃基板上；第二步，通过离子交换工艺，在光刻图形基础上交换出所需要的测试器件；所述测试器件包括并列设置的弯曲波导(1)与直波导(2)，其中直波导(2)的长度为固定值；第三步，基于光谱仪及宽带光源的对光扫描，即通过耦合对光的方式，测试器件输入端连接宽带光源，输出端连接光谱仪，完成该器件的波长扫描图，得到在不同光波长下其输出的光功率，进而得到测试器件的有效折射率。2.根据权利要求1所述的一种离子交换折射率的精确测量方法，其特征在于，第三步中测试器件输入端通过y分支器(3)将输入光分为能量相等的两部分，两部分光场表示为e1＝e2＝0.5*sinx，其中输入光总能量为(1)，一部分光通过直波导(2)传输，另一部分通过弯曲波导(1)传输。3.根据权利要求1所述的一种离子交换折射率的精确测量方法，其特征在于，第二步中通过对弯曲波导(1)的半径进行调整，使弯曲波导(1)与直波导(2)间的长度差为固定值。4.根据权利要求3所述的一种离子交换折射率的精确测量方法，其特征在于，弯曲波导(1)与直波导(2)之间的长度差精度为微米级。5.根据权利要求4所述的一种离子交换折射率的精确测量方法，其特征在于，取弯曲波导(1)与直波导(2)内两路光的几何路程差为l，折射率为n，则弯曲波导(1)与直波导(2)两通道间的光程差可以表示为n*l；对于不同的输入光波长λ，其相位差为其中％为取余符号，由此得到所通过光能量随相位差发生周期性变化，在光谱扫描图上表现为能量-波长关系图呈现余弦型曲线。6.根据权利要求5所述的一种离子交换折射率的精确测量方法，其特征在于，对于能量峰值，其对应的波长满足n*l＝mλ，其中m＝1,2,3
…
，则对于相邻能量峰得到其波长对应关系n*l＝m0λ1＝(m0+1)λ2，计算得其中λ1与λ2为相邻能量峰对应波长；即通过相邻能量峰值所在波长，求出测试器件的有效折射率。7.根据权利要求5所述的一种离子交换折射率的精确测量方法，其特征在于，弯曲波导(1)与直波导(2)内两路光的几何路程差l的计算方式为：直波导长度(2)为固定值，弯曲波导(1)长度通过计算圆弧半径角度求得，弯曲波导(1)与直波导(2)长度的差值即为两路光的几何路程差l。

技术总结
本发明公开了一种离子交换折射率的精确测量方法，通过制作测试器件，并测试其对应的波长扫描图，可以计算出该器件所在晶圆的折射率，方便对该晶圆上其他器件折射率进行测算，相对于传统折射率测量方法，该测量方法使用光谱仪进行测量，所使用的光谱仪精度为0.1nm，依靠光谱仪精度，可以精确得到离子交换完成后的有效折射率，对本次工艺下其他器件有极高的参考意义，便于后续设计的优化改进。便于后续设计的优化改进。便于后续设计的优化改进。


技术研发人员：白永杰 孔祥君 张云风
受保护的技术使用者：马鞍山新地科技有限公司
技术研发日：2022.04.08
技术公布日：2022/9/30