1.本发明实施例涉及光栅加工领域，尤其涉及一种平面波导基片的光栅加工方法及系统。
技术背景
2.随着社会的进步，由于光相对于点具有传播速度快，抗干扰能力强和低衰减等特性，通信系统和传感系统越来越多采用光领域方面的技术。光波导可以束缚光的传播路径，控制光的传播方面，实现光器件的芯片化。光波导可用于同时携带数据、视频和语音信号，将信号从一个地方传输到另一个地方。目前一根光纤内可传输多路信号，每路光信号具有不同的波长，并且所有的波长都分隔足够远，保证不同路光信号不会发生重叠。在传输端多路混合后在接收端可以分离出不同的波长信道。这种多路信息在一条光波段内进行传输的技术被称为波分复用技术。因此，光栅的刻写尤为重要，既稳定又要效率高。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种平面波导基片的光栅加工方法及系统，可灵活刻写不同长度和中心波长的光栅，效率高，加工方便。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供了一种平面波导基片的光栅加工方法，包括：
5.将平面波导基片放置于载物台上，调节所述载物台以使飞秒激光器发射的激光聚焦于所述平面波导基片的波导芯区的中心位置；
6.获取所述飞秒激光器的激光重复频率，根据所述激光重复频率确定所述载物台的移动速度，并控制所述载物台以确定的所述移动速度进行移动；
7.根据所述激光重复频率控制所述飞秒激光器发射激光；
8.通过偏振控制片对所述激光进行功率调节，得到加工激光；
9.采用逐点加工方式，通过所述加工激光对所述波导芯区进行光栅刻写。
10.进一步地，所述将平面波导基片放置于载物台上，调节所述载物台以使飞秒激光器发射的激光聚焦于所述平面波导基片的波导芯区的中心位置包括：
11.将所述平面波导基片放置于所述载物台上，所述平面波导基片包括波导芯区；
12.调节所述载物台以使所述飞秒激光器发射的激光依次经过反射镜以及物镜聚焦于所述波导芯区的中心位置。
13.进一步地，所述偏振控制片包括玻片和格兰棱片，所述通过偏振控制片对所述激光进行功率调节，得到加工激光包括：
14.通过所述玻片调节所述激光的入射角度；
15.根据所述入射角度，将所述激光通过所述格兰棱片进行功率调节，得到加工激光。
16.进一步地，所述采用逐点加工方式，通过所述加工激光对所述波导芯区进行光栅刻写包括：
17.获取所述波导芯区的折射率以及所述光栅的阶数；
18.根据所述折射率、所述阶数、所述激光重复频率以及所述移动速度得到所述光栅的加工波长；
19.采用逐点加工方式，对所述波导芯区按照所述加工波长进行光栅刻写。
20.进一步地，所述根据所述折射率、所述阶数、所述激光重复频率以及所述移动速度得到所述光栅的加工波长包括：
21.通过第一公式计算得到所述加工波长；
22.所述第一公式为：λ＝2nv/mfr，其中，λ为加工波长；n为折射率，n为常数；m为光栅的阶数，m为常数；fr为激光重复频率，v为移动速度。
23.进一步地，所述采用逐点加工方式，通过所述加工激光对所述波导芯区按照所述加工波长进行光栅刻写包括：
24.通过改变所述光栅的阶数改变所述加工波长；
25.将所述不同加工波长的光栅，通过逐点加工方式刻写在所述波导芯区上。
26.进一步地，所述方法还包括：
27.在所述平面波导基片上设置光输入口以及多个光输出口，所述多个光输出口对应于所述不同的加工波长的光栅。
28.进一步地，所述方法还包括：
29.在所述平面波导基片的光输入口处耦合红光；
30.通过所述红光将所述光栅的刻写过程经过反射镜投射到电荷耦合器件上，以进行图像观察。
31.进一步地，所述方法还包括：
32.通过光开关控制所述激光的通断；和/或
33.所述载物台为三维调节平台。
34.为实现上述目的，本发明实施例提供了一种平面波导基片的光栅加工系统，包括：
35.飞秒光栅器，用于发射激光；
36.第一偏振片，用于调节所述激光的入射角度；
37.第二偏振片，用于基于所述入射角度调节所述激光的偏振状态，以对所述激光进行功率调节得到加工激光；
38.光开关，用于对所述加工激光进行通断控制；
39.反射镜，用于对所述加工激光进行反射；
40.物镜，用于将经所述反射镜反射的加工激光进行聚焦；
41.载物台，放置有平面波导基片，用于移动所述波导基片，以使聚焦后的加工激光在所述平面波导基片上进行光栅刻写。
42.本发明实施例提供的一种平面波导基片的光栅加工方法及系统，通过飞秒激光器发射激光，将激光进行偏振调节后，聚焦于波导芯片上进行光栅加工，通过设置不同的激光重复频率以及移动速率可改变光栅的的间距，进而改变光栅的中心波长，以灵活刻写出不同长度和中心波长的光栅，效率高。
附图说明
43.图1为本发明平面波导基片的光栅加工方法实施例一的流程图。
44.图2为本发明实施例一中步骤s100的流程图。
45.图3为本发明实施例一中步骤s160的流程图。
46.图4为本发明实施例一中步骤s180的流程图。
47.图5为本发明实施例一中步骤s183的流程图。
48.图6为本发明实施例一中步骤s190的流程图。
49.图7为本发明平面波导基片的光栅加工系统实施例二的示意图。
50.图8为本发明实施例一的第一效果示意图。
51.图9为本发明实施例一的第二效果示意图。
52.图10为本发明实施例一的第三效果示意图。
53.图11为本发明实施例一的平面波导基片的结构示意图。
具体实施方式
54.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.实施例一
56.如图1所示，本发明实施例描述了一种平面波导基片的光栅加工方法。
57.步骤s100，将平面波导基片放置于载物台上，调节所述载物台以使飞秒激光器发射的激光聚焦于所述平面波导基片的波导芯区的中心位置。
58.具体地，载物台优选为三维调节平台，包括x维平台、y维平台以及z维平台，平面波导基片放置于x、y维平台组成的平面上，飞秒激光器发射的激光从z维平面进行射入，聚焦于平面波导基片的波导芯区的中心位置。
59.示例性地，参阅图2，所述步骤s100进一步包括：
60.所述步骤s101，将所述平面波导基片放置于所述载物台上，所述平面波导基片包括波导芯区。
61.具体地，如图11所示，平面波导基片为嵌入式沟状波导，包括上衬底、下衬底以及中间的波导芯区部分。
62.所述步骤s102，调节所述载物台以使所述飞秒激光器发射的激光依次经过反射镜以及物镜聚焦于所述波导芯区的中心位置。
63.具体地，采用高倍率聚焦物镜，可以将飞秒激光器发射的激光聚焦在芯区的中心区域，以进行光栅加工。
64.步骤s120，获取所述飞秒激光器的激光重复频率，根据所述激光重复频率确定所述载物台的移动速度，并控制所述载物台以确定的所述移动速度进行移动。
65.具体地，飞秒激光器的参数可以通过飞秒激光器的控制器进行控制，如配套的上位机进行参数配置即可。配置的参数包括但不限于激光波长与激光重复频率。并且此时的移动速度根据激光重复频率进行设置，以实现对波导芯区的折射率进行周期性调制，确保加工出不同周期的光栅。
66.步骤s140，根据所述激光重复频率控制所述飞秒激光器发射激光。
67.具体地，确定好激光重复频率后，以确定的激光重复频率发射激光，采用逐点加工方式，实现对芯区折射率周期性调制。
68.步骤s160，通过偏振控制片对所述激光进行功率调节，得到加工激光。
69.具体地，飞秒激光器发出的激光经过二分之一玻片w和格兰镜p进行功率调节。因为飞秒激光器发出的激光是线偏振光，线偏振光经过玻片依旧是偏振光，但偏振状态和激光入射角度及玻片存在一定的关系，通过控制这个角度可以控制激光的偏振状态，结合格兰棱镜的角度可以进行功率调节。
70.示例性地，所述偏振控制片包括玻片和格兰棱片，参阅图3，所述步骤s160进一步包括：
71.步骤s161，通过所述玻片调节所述激光的入射角度。
72.具体地，飞秒激光器首先经过二分一玻片进行入射角度调节，激光经过二分一玻片时，入射角度是出射角度的二分一，调节好激光的入射角度，以使经过反光镜的出射角度经过物镜聚焦于平面波导基片上。
73.步骤s162，根据所述入射角度，将所述激光通过所述格兰棱片进行功率调节，得到加工激光。
74.具体地，格兰棱片将入射角度出来的偏振激光的频率最大化，得到加工激光，以更好的进行光栅加工。
75.步骤s180，采用逐点加工方式，通过所述加工激光对所述波导芯区进行光栅刻写。
76.具体地，逐点加工方式即逐行加工，在波导芯区加工出每行相同宽度的光栅。飞秒激光器逐点在平面波导加工光栅可直接进行刻写，无需增加相位掩膜板，可灵活刻写不同长度和中心波长的光栅，成本低，效率高，加工方便。
77.示例性地，参阅图4，所述步骤s180进一步包括：
78.步骤s181，获取所述波导芯区的折射率以及所述光栅的阶数。
79.具体地，平面波导基片的上下衬底可由石英材料组成，折射率为m，波导芯区材料可为掺锗石英，折射率为n，n折射率大于n折射率的值，高折射率的波导芯区被包裹在低折射率的衬底内部，在边界形成一个光密和光疏的边界，光在波导芯区传输时满足全反射现象而束缚在芯区进行无损传输。光栅阶数由光栅的周期进行设置。
80.步骤s182，根据所述折射率、所述阶数、所述激光重复频率以及所述移动速度得到所述光栅的加工波长。
81.示例性地，所述步骤s182进一步包括：
82.通过第一公式计算得到所述加工波长；
83.所述第一公式为：λ＝2nv/mfr，其中，λ为加工波长；n为折射率，n为常数；m为光栅的阶数，m为常数；fr为激光重复频率，v为移动速度。
84.具体地，进行光栅刻写时，通过折射率、阶数、激光重复频率以及移动速度可对光栅的中心波长进行设置。同样的，当需要加工某个中心波长时，可根据光栅的周期确定激光重复频率和移动速度。
85.步骤s183，采用逐点加工方式，对所述波导芯区按照所述加工波长进行光栅刻写。
86.具体地，采用飞秒激光器的超短脉冲激光对波导材料进行非线性加工，可直接调制波导的折射率周期性改变，通过控制飞秒激光器逐点加工的间距实现不同周期的光栅的
刻写，进而达到不同中心波长的布拉格光栅的刻写。
87.示例性地，参阅图5，所述步骤s183进一步包括：
88.步骤s183a，通过改变所述光栅的阶数改变所述加工波长。
89.具体的，布拉格光栅是平面波导的一部分，布拉格光栅具有一个特定的反射波长称为布拉格波长，布拉格中心波长由波导的折射率和光栅周期决定，λ＝2aλ；其中λ为光栅的布拉格波长，a为波导芯区的有效折射率，λ为光栅的周期。由此可知，周期的间距决定了光栅的布拉格波长，即中心波长。
90.步骤s183b，将所述不同加工波长的光栅，通过逐点加工方式刻写在所述波导芯区上。
91.具体地，改变光栅的加工波长后，可在波导芯区上刻写出不同周期的波长，以传导不同波长的光。如图8所示，加工好的平面波导基片包括平面波导衬底和四组波导芯区结构，通过在芯区结构分别加工一个布拉格光栅得到，其栅区周期各部相同，分别为d1、d2、d3、d4，因此四个布拉格光栅具有不同的布拉格中心波长，可以对不同的中心波长的光进行选择，从图9的对应关系可以看出，光栅周期d1、d2、d3、d4分别对应不同的中心波长的反射峰λ1、λ2、λ3，λ4，分别可以选择λ1、λ2、λ3、λ4的光。
92.示例性地，加工后的波导可实现将不同波长的光选择出来并通过制定输出接口输出。从输入口5输入的多信道混合信号经过第一个光栅4，中心波长为λ4的信道的光将被反射，并从接口4输出；混合信号经过光栅3，中心波长为λ3的信道的光将被反射，并从接口3输出；混合信号经过光栅2，中心波长为λ2的信道的光将被反射，并从接口2输出；混合信号经过光栅1，中心波长为λ1的信道的光将被反射，并从接口1输出；光器件实现了波长选择输出的功能。
93.示例性地，所述方法还包括：
94.在所述平面波导基片上设置光输入口以及多个光输出口，所述多个光输出口对应于所述不同的加工波长的光栅。
95.具体地，如图10所示，在衬底上预先加工了特殊结构的波导输入输出口，分别包括一个光输入口5，一个光输出口6和四个侧面输出口1、2、3、4，波导呈现分支结构，在图示位置分别加工光栅1、2、3、4，其反射中心波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4。
96.示例性地，参阅图6，所述方法还包括步骤s190：
97.步骤s191，在所述平面波导基片的光输入口处耦合红光。
98.具体地，通过在平面波导基片中引入红光，可增强观察的图像效果。在光波导的输入端使用准直器进行耦合，通过对接方式即可将红光耦合到波导中，红光有红光激光器产生。
99.步骤s192，通过所述红光将所述光栅的刻写过程经过反射镜投射到电荷耦合器件上，以进行图像观察。
100.具体地，图10为光栅加工过程中通过ccd看到的图像，ccd(电荷耦合器件)用于对加工区域进行成像，观察加工的效果。
101.示例性地，所述方法还包括：
102.通过光开关控制所述激光的通断；和/或
103.所述载物台为三维调节平台。
104.具体地，可通过光开关控制激光向平面波导基片的传输，飞秒激光器关闭不及时，可通过光开关进行关闭。载物台为三维调节平台，三维调节平台采用高精度电控位移平台，可实现亚微米精度的位移控制。
105.实施例二
106.如图7所示，本发明实施例描述了一种平面波导基片的光栅加工系统，包括：
107.飞秒光栅器，用于发射激光；
108.第一偏振片，用于调节所述激光的入射角度；
109.第二偏振片，用于基于所述入射角度调节所述激光的偏振状态，以对所述激光进行功率调节得到加工激光；
110.光开关，用于对所述加工激光进行通断控制；
111.反射镜，用于对所述加工激光进行反射；
112.物镜，用于将经所述反射镜反射的加工激光进行聚焦；
113.载物台，放置有平面波导基片，用于移动所述波导基片，以使聚焦后的加工激光在所述平面波导基片上进行光栅刻写。
114.具体地，首先将平面波导固定在三维调节平台，调节三维平台的俯仰和倾斜的角度，使平面波导水平放置，调节物镜和平面波导的距离，将物镜的焦点聚焦到波动的芯区中心位置，确定激光器光斑聚焦于芯区中心。飞秒激光器发出的激光经过二分之一玻片w和格兰镜p进行功率调节，光开关进行光路的通断和闭合，经反射镜反射进入物镜后聚焦，作用用于放置在三维调节台上的平面波导进行微纳加工，三维调节平台采用高精度电控位移平台，可实现亚微米精度的位移控制。ccd用于对加工区域进行成像，观察加工的效果。
115.本发明实施例提供的一种平面波导基片的光栅加工方法及系统，通过飞秒激光器发射激光，将激光进行偏振调节后，聚焦于波导芯片上进行光栅加工，通过设置不同的激光重复频率以及移动速率可改变光栅的的间距，进而改变光栅的中心波长，以灵活刻写出不同长度和中心波长的光栅，效率高。且飞秒激光器逐点在平面波导加工光栅可直接进行刻写，无需增加相位掩膜板，成本低，加工方便。
116.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
117.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。
118.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。