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一种大带宽电光调制器制造技术

技术编号:21639309 阅读:75 留言:0更新日期:2019-07-17 15:00
本实用新型专利技术公开了一种大带宽电光调制器。电光调制器为具有周期结构波导的电光相位调制器、马赫‑曾德型电光强度调制器和微环谐振腔型电光强度调制器,用调制电极向周期结构波导施加电场实现相位或者光强的调制,调制电极不与周期结构波导形成电连接;周期结构波导是沿传输方向以相同周期性或者变化周期布置的波导结构。本实用新型专利技术可用于光通信系统中的电光相位调制和电光强度调制,具有大工作带宽、低工作电压、低工作能耗、小器件尺寸、结构简单、设计简易、工艺简便等优点。

A Wide Bandwidth Electro-Optic Modulator

【技术实现步骤摘要】
一种大带宽电光调制器
本技术属于光通信
,尤其是涉及了一种采用周期结构波导的大带宽电光调制器,适用于光通信系统中对光的相位和强度进行高速调制。
技术介绍
21世纪是信息时代,随着互联网科技的飞速发展,对通信容量的需求日益增长。光通信技术凭借其低损耗、抗干扰、低串扰、高带宽等优点,成为目前通信的主流技术。光电器件是光通信技术中的核心器件,目前,各种光电功能器件性能指标难以满足日益增长的超高速传输需求,正成为超大容量光通信技术发展的瓶颈。硅基光子集成回路为此提供了解决方案,自其概念被提出以来就受到极大关注,并取得了相当显著的进展,特别是近年来硅光子技术的成熟,吸引了全世界相关行业的广泛关注。对于无源光子集成器件,硅光子技术具有先天优势,目前已实现了各类高性能器件。然而,对于有源器件,硅材料由于其自身特性受到限制。作为最重要的有源器件之一,硅基的电光调制器一直是急需突破的关键技术,其功能是实现电信号到光信号的转换,是发射机的核心元件。实现高速光调制,最有效的一种方法是利用电光材料的电光效应,即在电光材料中,折射率变化与外加电场变化成线性关系。作为一种最常用的电光材料,铌酸锂已被广泛应用于商用的分立电光调制器器件。但硅材料几乎没有这种线性电光效应,因而无法直接用以实现基于电光效应的高速光调制器。方法之一是利用基于等离子体色散效应的技术,即:通过外加电场调控半导体内载流子浓度,从而引起半导体材料折射率实部和虚部变化,由此实现光调制功能。硅材料中载流子浓度调控是一个纳秒-皮秒量级的过程,可实现几十Gbps的高速光调制。对于已报道的基于等离子体色散效应的全硅调制器,其尺寸为10mm2左右,半波电压约8V,偏置电压约5V,同时需要较多热光相移器辅助工作,仍然存在器件尺寸较大、功耗较高、偏压高等缺点。因此,若综合考虑器件尺寸、功耗、驱动电压、插入损耗等指标,全硅调制器与已有的LiNbO3基商用电光调制器仍然有较大差距。在硅光子集成回路中另一种较具潜力的调制器实现方法,是将电光材料与硅纳米波导相结合。电光聚合物材料是一种常用在硅基集成器件上的电光材料,拥有电光系数大、薄膜工艺简单、与现有工艺基本集成等优点,非常适合制作低工作电压、高调制效率、小器件尺寸的调制器,同时由于电光聚合物材料通常是绝缘的介质,因此可以实现超低功耗的电光调制器。尽管目前已有一些硅-有机物混合型电光调制器相关报道,但仍然只是在调制带宽等单一性能指标的突破,在综合性能上仍存在诸多不足,因此硅基的大调制带宽、低工作电压、高调制效率、低工作能耗和小器件尺寸的电光调制器仍然是一个挑战。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题,本技术的目的在于提供了一种采用周期结构波导的大带宽电光调制器,可用于光通信系统中的电光相位调制和电光强度调制,可以拥有更大工作带宽、更小的驱动电压、更紧凑的尺寸和更低的工作能耗,同时本技术具有结构简单、设计简易、工艺简便等优点,在硅光子集成回路中,有着重要的作用。本技术所采用的技术方案是:所述大带宽电光调制器为具有周期结构波导的相位调制器、马赫-曾德型电光强度调制器和微环谐振腔型电光强度调制器,用调制电极向周期结构波导施加电场实现光的相位或者强度的调制,调制电极不与周期结构波导形成电连接。所述的周期结构波导是由多个波导结构单元沿传输方向相同周期或者变化周期性布置的波导结构。波导结构单元的尺寸可以相同或者不同。一个周期内的不同波导结构单元或者宽度不等、或者高度不等、或者宽度和高度都不等。所述具有周期结构波导的相位调制器包括包层结构及其被包覆在包层结构内的输入波导、周期结构波导、第一调制电极、第二调制电极和输出波导;输入波导、周期结构波导和输出波导依次相连,第一调制电极和第二调制电极分别位于周期结构波导附近的两侧。两侧可以是沿传输方向的左右两侧或上下两侧。所述的具有周期结构波导的马赫-曾德型电光强度调制器包括包层结构及其被包覆在包层结构内的输入波导、功率分配器、第一连接波导、第二连接波导、第一周期结构波导、第二周期结构波导、第一调制电极、第二调制电极、第三调制电极、第三连接波导、第四连接波导、功率合束器和输出波导;输入波导和功率分配器的输入端口相连,功率分配器的两个输出端口分别和第一连接波导、第二连接波导输入端相连,第一连接波导输出端经第一周期结构波导和第三连接波导输入端连接,第二连接波导输出端经第二周期结构波导和第四连接波导输入端连接,第三连接波导、第四连接波导输出端分别和功率合束器的两个输入端口相连,功率合束器输出端口和输出波导相连;第一调制电极和第三调制电极分别位于第一周期结构波导和第二周期结构波导的两外侧,第二调制电极位于第一周期结构波导和第二周期结构波导之间,从而使得第一调制电极和第二调制电极分别位于第一周期结构波导附近的两侧,并且第二调制电极和第三调制电极分别位于第二周期结构波导附近的两侧。两侧可以是沿传输方向的左右两侧或上下两侧。所述的具有周期结构波导的微环谐振腔型电光强度调制器包括包层结构及其被包覆在包层结构内的输入波导、第一耦合波导、第二耦合波导、周期结构波导、第一调制电极、第二调制电极和输出波导;输入波导、第一耦合波导和输出波导依次相连,第一耦合波导和第二耦合波导相耦合布置,第二耦合波导和周期结构波导首尾相连形成一个微环谐振腔;第一调制电极和第二调制电极分别布置在周期结构波导附近的两侧。两侧可以是沿传输方向的左右两侧或上下两侧。所述包层结构为具有对称或者非对称波导截面(传输截面)的包层结构。具体来说是,波导作为芯层被上包层和下包层包覆,上包层和下包层可以采用同种电光材料或者不同电光材料,折射率、电光系数可相同或者不同。所述包层结构主要由上包层和下包层构成,波导作为芯层,上包层覆盖于芯层之上,下包层位于芯层之下,上包层和下包层折射率相等。所述包层结构在沿传输方向的截面上以芯层为中心上下不对称或者左右不对称,不对称是指折射率、厚度和宽度中至少有一个不相同。所述包层结构沿传输方向的截面上下不对称是指作为芯层的波导上下两侧的上包层和下包层的折射率、厚度和宽度中至少有一个不相同。所述包层结构沿传输方向的截面左右不对称是指作为芯层的波导左右两侧的包层的折射率、宽度和高度中至少有一个不相同。各个所述波导作为芯层,为非脊型波导或者脊型波导;当为脊型波导时,脊型的两侧或者一侧被刻蚀,脊两侧刻蚀深度相同或不同,脊的层数为一层或多层,两侧脊的层数相同或不同。所述包层结构主要由覆盖于芯层之上的上包层和位于芯层之下的下包层构成,波导作为芯层;各个所述调制电极同时位于上包层上部、上包层内部、下包层内部或者下包层下部,或者各个所述调制电极分别位于上包层上部、上包层内部、下包层内部和下包层下部中的多个不同位置。(优选在两侧对称位置)本技术所述的上下包层材料中,至少有一种采用电光材料,其电光系数r33可高达~192pm/V,普通商用电光材料的电光系数一般不超过100pm/V。本技术具有的有益效果是:本技术结构简单、设计简易、工艺简便,与成熟的CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺基本兼容。在性能方面,本技术的周期结构波导的结构中,光与电光材料的作用得到明显增强,波导中模式的等效折射率变化与电光材料折射率变本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种大带宽电光调制器,其特征在于:所述电光调制器为具有周期结构波导的相位调制器、马赫‑曾德型电光强度调制器和微环谐振腔型电光强度调制器,用调制电极向周期结构波导周围的电光材料施加电场实现光相位或者强度的调制,调制电极不与周期结构波导形成电连接;所述的周期结构波导是由波导结构单元沿传输方向以相同周期或者变化周期布置的波导结构。

【技术特征摘要】
1.一种大带宽电光调制器,其特征在于:所述电光调制器为具有周期结构波导的相位调制器、马赫-曾德型电光强度调制器和微环谐振腔型电光强度调制器,用调制电极向周期结构波导周围的电光材料施加电场实现光相位或者强度的调制,调制电极不与周期结构波导形成电连接;所述的周期结构波导是由波导结构单元沿传输方向以相同周期或者变化周期布置的波导结构。2.根据权利要求1所述的一种大带宽电光调制器,其特征在于:所述具有周期结构波导的相位调制器包括包层结构及其被包覆在包层结构内的输入波导(1)、周期结构波导(4)、第一调制电极(5a)、第二调制电极(5b)和输出波导(8);输入波导(1)、周期结构波导(4)和输出波导(8)依次相连,第一调制电极(5a)和第二调制电极(5b)分别位于周期结构波导(4)附近。3.根据权利要求1所述的一种大带宽电光调制器,其特征在于:所述的具有周期结构波导的马赫-曾德型电光强度调制器包括包层结构及其被包覆在包层结构内的输入波导(1)、功率分配器(2)、第一连接波导(3a)、第二连接波导(3b)、第一周期结构波导(4a)、第二周期结构波导(4b)、第一调制电极(5a)、第二调制电极(5b)、第三调制电极(5c)、第三连接波导(6a)、第四连接波导(6b)、功率合束器(7)和输出波导(8);输入波导(1)和功率分配器(2)的输入端口相连,功率分配器(2)的两个输出端口分别和第一连接波导(3a)、第二连接波导(3b)输入端相连,第一连接波导(3a)输出端经第一周期结构波导(4a)和第三连接波导(6a)输入端连接,第二连接波导(3b)输出端经第二周期结构波导(4b)和第四连接波导(6b)输入端连接,第三连接波导(6a)、第四连接波导(6b)输出端分别和功率合束器(7)的两个输入端口相连,功率合束器(7)输出端口和输出波导(8)相连;第一调制电极(5a)和第二调制电极(5b)分别位于第一周期结构波导(4a)附近的两侧,并且第二调制电极(5b)和第三调制电极(5c)分别...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴道锌吴昊
申请(专利权)人:浙江大学
类型:新型
国别省市:浙江,33

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