高隔离度的多通道高速电光调制器制造技术

本发明专利技术属于集成光学领域，具体为一种高隔离度的多通道高速电光调制器，其包括衬底，在衬底内包括多个并行的光波导通道；在衬底上表面设置有缓冲层，在缓冲层的表面，对应为每个光波导通道设置有行波电极；其中，光波导通道的输入端连接有输入光纤，光波导通道的输出端连接有输出光纤；靠近光波导通道输入端一侧的行波电极端口作为外部射频信号输入，靠近光波导通道输出端一侧的行波电极端口接有终端负载。本发明专利技术不仅实现了单只器件内集成多个调制通道，而且还能解决多通道阵列集成的高速铌酸锂电光调制器通道间的微波隔离度问题。

High Isolation Multichannel High Speed Electro-optic Modulator

【技术实现步骤摘要】
高隔离度的多通道高速电光调制器
本专利技术属于集成光学领域，用于提升单片集成化的多通道高速电光调制器各通道间的信号隔离度，具体为一种高隔离度的多通道高速电光调制器。
技术介绍
集成光学技术起源于二十世纪八十年代初，综合了微电子学的薄膜工艺、微电子图形制作工艺、扩散工艺、微波技术等多门学科，把多个光学分离器件集成在同一芯片上，减小系统的体积和重量，提高系统可靠性。铌酸锂电光调制器具有插入损耗低、高速宽带、抗电磁干扰、保密性能好等优异性能，因此广泛应用于高速网络计算机的互连、传感器融合、数据融合、图像融合、综合探测、光控相控阵雷达、电子战等领域。然而由于铌酸锂电光调制器电光系数较低，因此器件体积通常较大，限制了其在一些对体积有限制的系统中的应用(如相控阵雷达，往往一套系统就需要成百上千只调制器，并且还要保证与天线孔径的匹配等)。常规商用M-Z型波导结构的高速铌酸锂电光调制器芯片结构如图1和图2所示。在这类器件中，调制器芯片由X切晶向的铌酸锂衬底1和设置于铌酸锂衬底上的光波导10(M-Z型)、CPW结构的行波电极4以及偏置电极5组成，行波电极4与铌酸锂衬底1之间设置有缓冲层11。光波导通道的输入端3(IN)连接有输入光纤2，光波导通道的输出端6(OUT)连接有输出光纤7。靠近光波导输入端(IN)一侧的行波电极端口作为外部射频信号输入(将该端口命名为RF_in)，靠近光波导输出端(OUT)一侧的行波电极端口接有终端负载。微波信号通过射频接口(RF_in)被施加到行波电极上形成电场，电场会改变光波导的折射率(电光效应)进而改变在M-Z型光波导中分束后的两臂传输的光的相位，两臂光的相位在发生改变后会导致在合束时因干涉造成光强度的变化，从而将微波信号调制到了光路中。但是该结构仅能实现将一路射频信号调制到光路。基于此，一个可行的技术方案就是在单只器件内集成多个调制通道的集成化电光调制器；但多通道集成化的技术方案中，由于各个通道间的微波隔离度太低，非常容易形成串扰，导致微波信号调制到相邻甚至间隔的另一个光路上去。
技术实现思路
基于现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种用于提升单片集成化的多通道高速电光调制器各通道间的信号隔离度，具体为一种高隔离度的多通道高速电光调制器；其包括衬底，在衬底内包括多个并行的光波导通道；在衬底上表面设置有缓冲层，在缓冲层的表面，对应为每个光波导通道设置有行波电极；所述并行的光波导通道采用反向设置或光波导通道中的内部波导进行转弯处理，即每个通道与其相邻通道的光波传输方向相反；从而使得在光波和微波互作用区中传输的光波信号，其传输方向相反；其中，光波导通道的输入端连接有输入光纤，光波导通道的输出端连接有输出光纤；靠近光波导通道输入端一侧的行波电极端口作为外部射频信号输入，靠近光波导通道输出端一侧的行波电极端口接有终端负载。进一步的，相邻的光波导通道其转弯的位置相反；具体的，所述转弯处理包括奇数位的光波导通道的输入端以弯曲半径r进行转弯，偶数位的光波导通道的输出端以弯曲半径r进行光波导转弯。优选的，所述转弯处理还包括奇数位的光波导通道的输出端以弯曲半径r进行光波导转弯，偶数位的光波导通道的输入端以弯曲半径r进行光波导转弯。优选的，所述弯曲半径r为5微米～5000微米；其转弯的角度为180°。进一步的，相邻的两光波导通道之间的波导间隔为50um～5000um。进一步的，所述衬底为具有电光效应的衬底，包括铌酸锂、硅基、化合物、聚合物及混合集成等具有电光效应的其余衬底电光调制器。进一步的，所述光波导通道包括扩散性光波导或脊型光波导。进一步的，本专利技术方案还可应用于相位调制器、光开关等其余类型的阵列多通道电光调制器。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过采用将多个光波导通道并行设置的处理方式，能够实现将多路射频信号调制到光路中；2、本专利技术通过将相邻两个光波导通道的光波和微波互作用区的光/电信号的传输方向进行反向设置，能够使得由于微波辐射而串扰到相邻光路的微波信号与相邻光路的光波传输方向相反，从而不满足高速调制的基本条件，最终实现了相邻通道微波信号的隔离度提升；3、本专利技术还能够在不将相邻通道的输入输出端口反向设置时，直接通过将光波导通道进行转弯处理，使得相邻光波导通道的光波和微波互作用区相反；从而仍能保证各个通道之间的高隔离度；4、本专利技术的结构简单，容易实施，可行性高，本专利技术的方案不仅可以应用于电光调制器，还可应用于相位调制器、光开关等其余类型的阵列多通道电光调制器。5、基于上述设计，本专利技术可以将通道间的隔离度由20dB提升至60dB以上。附图说明图1为常规商用M-Z型波导结构的高速铌酸锂电光调制器芯片结构示意图；图2为常规商用M-Z型波导结构的高速铌酸锂电光调制器芯片剖面结构示意图；图3为常规商用4通道阵列高速铌酸锂电光调制器芯片结构示意图；图4为实施例1中的4通道阵列高速铌酸锂电光调制器芯片结构示意图；图5为实施例2中具有同向光端口的高隔离度的4通道阵列高速铌酸锂电光调制器芯片结构示意图；图6为实施例3中高隔离度的4通道阵列高速铌酸锂电光调制器；图7为实施例4中高隔离度的4通道阵列高速铌酸锂电光调制器；图中，1、衬底，10、光波导通道，11、缓冲层，2、输入光纤，3、光波导通道的输入端，4、行波电极，45、光波和微波互作用区，5、偏置电极，6、光波导通道的输出端，7、输出光纤。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。如图3所示，常规的4通道阵列高速铌酸锂电光调制器。在该结构中每个单一通道与一个独立的铌酸锂调制器如图1所示的结构基本类似，结合图1和图2，本实施例中的电光调制器包括衬底1，在衬底1内包括多个并行的M-Z型光波导通道10；在衬底1上表面设置有缓冲层11，在缓冲层11的表面对应为每个M-Z型光波导通道10的分别设置有行波电极4以及偏置电极5；在每个M-Z型光波导通道10上形成L/M，即光波和微波互作用区45；其中，光波导通道的输入端3连接有输入光纤2，在光波导通道的输出端6连接有输出光纤7；靠近光波导通道输入端一侧的行波电极端口作为外部射频信号输入(RF_in_1，RF_in_2，RF_in_3，RF_in_4，)，靠近光波导通道输出端一侧的行波电极端口接有终端负载(R1，R2，R3，R4)。可以看出，在该结构中对于通道1～4，光在芯片上光波导中的传输方向从IN_1～IN_4端口进入，从OUT_1～OUT_4端口输出；4组微波信号分别从射频端口RF_in_1～RF_in_4进入，通过4组行波电极对光进行调制。由于微波辐射等效应的影响，一个通道的微波信号除了通过该通道的行波电极调制到该通道对应的光路外，该微波信号还会调制到相邻甚至间隔的另一个光路上去，这被称为串扰。当两两通道间隔设置在250微米时(常规商用光纤的直径)，在X波段测试时发现两相邻通道的微波隔离度仅有约20dB(两相邻通道间的微波隔离度是最低的)，而雷达等微波光子系统通常要求通道间的隔离度至少需达到40dB(部分场合需要达到60dB)。实施例1如图4所示，由于本专利技术不涉及电极结构的设计，因此图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高隔离度的多通道高速电光调制器，其包括衬底，在衬底内包括多个并行的光波导通道；在衬底上表面设置有缓冲层，在缓冲层的表面，对应为每个光波导通道设置有行波电极；其特征在于，所述并行的光波导通道采用反向设置或光波导通道中的内部波导进行转弯处理，即每个通道与其相邻通道的光波信号传输方向相反；从而使得在光波和微波互作用区中传输的光波信号，其传输方向相反；其中，光波导通道的输入端连接有输入光纤，光波导通道的输出端连接有输出光纤；靠近光波导通道输入端一侧的行波电极端口作为外部射频信号输入，靠近光波导通道输出端一侧的行波电极端口接有终端负载。

【技术特征摘要】
1.一种高隔离度的多通道高速电光调制器，其包括衬底，在衬底内包括多个并行的光波导通道；在衬底上表面设置有缓冲层，在缓冲层的表面，对应为每个光波导通道设置有行波电极；其特征在于，所述并行的光波导通道采用反向设置或光波导通道中的内部波导进行转弯处理，即每个通道与其相邻通道的光波信号传输方向相反；从而使得在光波和微波互作用区中传输的光波信号，其传输方向相反；其中，光波导通道的输入端连接有输入光纤，光波导通道的输出端连接有输出光纤；靠近光波导通道输入端一侧的行波电极端口作为外部射频信号输入，靠近光波导通道输出端一侧的行波电极端口接有终端负载。2.根据权利要求1所述的一种高隔离度的多通道高速电光调制器，其特征在于，所述转弯处理包括奇数位的光波导通道的输入端以弯曲半径r进行光波导转弯，偶数位的光波导通道的输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒平，华勇，雷成龙，郑帅峰，胡红坤，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50