在光通信、激光點火起爆及各類高精度光控制系統(tǒng)中，微小型光開關作為關鍵光學器件，其性能直接影響到整個系統(tǒng)的可靠性與效率。長期以來，側壁反射鏡的表面粗糙度過大導致光路傳輸效率低下，一直是行業(yè)面臨的技術瓶頸。一項結合電感耦合等離子體（ICP）與聚焦離子束（FIB）刻蝕的創(chuàng)新工藝，成功將微小型光開關的側壁反射鏡表面粗糙度由190nm大幅降低至56nm，并使光路傳輸效率從10.2%顯著提升至39.1%，為光開關性能優(yōu)化提供了明確可行的技術路徑。

行業(yè)背景與技術挑戰(zhàn)

微小型光開關，尤其是反射式光開關，因其結構緊湊、抗沖擊性能好，在引信安全、光通信交換等場景中廣泛應用。傳統(tǒng)制造工藝，如ICP或CMOS工藝，在刻蝕高深寬比結構時，容易在硅襯底側壁形成粗糙表面。這種粗糙表面對光線產(chǎn)生嚴重散射，導致光信號在傳輸過程中損失巨大，整體光路效率低下，嚴重限制了器件在高要求環(huán)境下的應用。

因此，如何在微米甚至納米尺度上，對側壁反射鏡進行高精度、低粗糙度的表面加工，成為行業(yè)亟待解決的關鍵問題。

創(chuàng)新工藝：ICP與FIB雙工藝結合

為解決上述難題，研究團隊提出并驗證了一套創(chuàng)新的兩步加工法：

1. 初步結構成型——ICP刻蝕
首先，采用雙面ICP刻蝕工藝在SOI硅片上一體化加工出微小型光開關的基本結構。該步驟效率高，適合定義器件的整體三維輪廓，如圖1所示（加工流程圖）及圖2所示（制成的光開關SEM圖）。

圖1：微小型光開關的加工流程圖

圖2：采用雙面ICP刻蝕工藝制成的微小型光開關SEM圖

2. 表面精密拋光——FIB刻蝕
在獲得基礎結構后，關鍵步驟是利用聚焦離子束（FIB）刻蝕技術對側壁反射鏡面進行“精加工”。如圖3所示，通過精確控制高能離子束以特定角度轟擊側壁表面，可逐層、均勻地去除表面材料，實現(xiàn)原子級別的平滑處理。

圖3：FIB加工微小型光開關側壁反射鏡面示意圖

工藝效果驗證：粗糙度與光效率雙提升

為了量化工藝效果，研究團隊采用掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）對加工前后的表面形貌進行了細致表征，并搭建了專用的光路傳輸效率測試系統(tǒng)（如圖4）進行性能驗證。

圖4：光路傳輸效率測試系統(tǒng)示意圖

表面粗糙度變化

SEM圖像清晰展示了FIB刻蝕前后的巨大差異。未經(jīng)處理的側壁表面凹凸不平（圖5c），而經(jīng)過FIB處理后的表面則變得異常光滑平整（圖5d）。

圖5：側壁反射鏡FIB刻蝕前后的SEM對比圖

研究進一步探索了離子劑量（單位面積照射的離子量）對拋光效果的影響。通過設置不同離子劑量進行矩形區(qū)域刻蝕實驗，AFM測量結果（圖6）表明，隨著離子劑量的增加，刻蝕溝槽底部越來越平滑，整體表面粗糙度持續(xù)下降。

圖6：不同離子劑量刻蝕后側壁的AFM形貌圖

圖7的數(shù)據(jù)曲線直觀地反映了這一規(guī)律：當離子劑量達到最優(yōu)值  時，側壁反射鏡的表面粗糙度從原始的190 nm銳減至56 nm。

圖7：側壁反射鏡表面粗糙度隨離子劑量的變化曲線

光路傳輸效率躍升

表面粗糙度的降低直接帶來了光學性能的飛躍。如圖8所示，光路傳輸效率隨離子劑量增加而同步提升。未經(jīng)FIB處理的光開關，其效率僅為10.2%。而經(jīng)過最優(yōu)劑量FIB刻蝕后，效率飆升至39.1%，提升幅度接近300%。這一數(shù)據(jù)充分證明了該工藝對提升微小型光開關整體性能的決定性作用。

圖8：光路傳輸效率隨離子劑量的變化曲線

技術意義與行業(yè)應用前景

本研究成功驗證了“ICP宏觀成型 + FIB微觀拋光”雙工藝組合在解決側壁反射鏡表面質量問題上的卓越有效性。它不僅提供了一種可重復、高精度的加工方法，更重要的是為微小型光開關的性能指標提升找到了關鍵突破口。

更高的光路傳輸效率意味著：

• 更低的系統(tǒng)功耗：在光通信系統(tǒng)中，減少光損失可直接降低對激光光源功率的要求。

• 更高的信號完整性：在傳感和起爆系統(tǒng)中，更強的信號意味著更高的可靠性和安全性。

• 拓寬應用場景：使得微小型光開關能夠滿足更苛刻環(huán)境（如高振動、高沖擊）下的應用需求，尤其在航空航天、國防軍工等領域價值巨大。

擇合適的光開關等光學器件及光學設備是一項需要綜合考量技術、性能、成本和供應商實力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后，詳細對比關鍵參數(shù)，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術扎實、質量可靠、服務專業(yè)的合作伙伴。

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（注：本文部分內容由AI協(xié)助習作，僅供參考）