一种铌酸锂光调制器制造技术

一种铌酸锂光调制器，使用非晶硅在铌酸锂基底上制备波导结构，利用非晶硅的高折射率可以有效减小波导尺寸，从而减小金属电极之间的间距，进而使得所需调制电压低。优选使用氢化非晶硅制作波导芯片，其Si：H链的存在能够减小光学损耗。可以通过调节氢化非晶硅的厚度在保证波导尺寸的前提下最大化器件的光电效应。通过控制二氧化硅的厚度以及金属电极的厚度，能够保证较好的射频匹配，而与外界连接的光纤接口通过在穿过波导层的波导线实现，由于上述波导线都在波导层，能够留足封装或测试的金属区域。完善的封装工艺可以降低漏电现象发生的概率，避免因环境潮湿而导致的短路现象的发生，一定程度上提高了铌酸锂光调制器对环境的适应能力。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种铌酸锂光调制器，使用非晶硅在铌酸锂基底上制备波导结构，利用非晶硅的高折射率可以有效减小波导尺寸，从而减小金属电极之间的间距，进而使得所需调制电压低。优选使用氢化非晶硅制作波导芯片，其Si：H链的存在能够减小光学损耗。可以通过调节氢化非晶硅的厚度在保证波导尺寸的前提下最大化器件的光电效应。通过控制二氧化硅的厚度以及金属电极的厚度，能够保证较好的射频匹配，而与外界连接的光纤接口通过在穿过波导层的波导线实现，由于上述波导线都在波导层，能够留足封装或测试的金属区域。完善的封装工艺可以降低漏电现象发生的概率，避免因环境潮湿而导致的短路现象的发生，一定程度上提高了铌酸锂光调制器对环境的适应能力。【专利说明】一种铌酸锂光调制器
本技术涉及一种光纤通信传输通信领域，具体地说是一种铌酸锂光调制器。
技术介绍
光调制器的主要功用在于将无意义的连续光波转换成高频率的负载有效信息的光信号。由于铌酸锂材料的高光电效应，铌酸锂光调制器已经成为现有系统中使用最广泛的光调制器。铌酸锂光调制器的主要组成部分为铌酸锂波导芯片，将铌酸锂波导芯片进行一定的封装工艺便可以获得铌酸锂光调制器。现有的铌酸锂波导芯片主要是用钛掺杂等方式制备而成，但是由于折射率对比度不高，铌酸锂波导芯片的波导尺寸一般比较大。这就导致铌酸锂光调制器的电极间距比较大，因而便需要较高的电压来保证足够的调制驱动场强，或者通过增长调制区域的长度来实现足够的调制器相位变化。无论采用哪一种方式都会一定程度上加大工业制备的难度，也造成了资源的浪费。现有技术中也有人提出使用高硅量的氮化硅材料加在钛掺杂的铌酸锂波导上来改善波导芯片尺寸较大的不足的技术方案，进而改进铌酸锂光调制器的尺寸。如专利号为“CN101620296A”，为“一种光电衬底上的高约束波导”。这种波导虽然在一定程度上利用氮化硅材料本身的高折射对比度达到减少波导尺寸的效果，但是为了取得较好的光连通效果，需要氮化硅波导与钛掺杂铌酸锂波导两层波导相结合使用，最终导致整个波导芯片的尺寸其实并未真正缩小，而且由于氮化硅的折射率相对于铌酸锂来说并没有高太多，所以这种设计的实际尺寸优化效果不是很好。另外，现有的铌酸锂光调制器为了实现较好的射频与匹配，射频波导的信号线往往很细。而为了避免射频信号线与光学波导相冲突，一般需要两层金属连接以实现与外界射频接口的连接。并且现有的铌酸锂光调制器的相关封装工艺还不够完善，例如铌酸锂光调制器的波导线往往是采用裸露的金属线直接与外界光纤接口相连，这种金属线电极间距即使是在6微米级别都有可能因为环境潮湿而导致断路或者短路等的现象，对环境适应能力较差。
技术实现思路
为此，本技术所要解决的技术问题在于现有技术中铌酸锂光调制器的波导芯片的尺寸较大、制备工艺较为复杂、封装工艺较为简陋，从而提出一种制造价格低廉，波导芯片尺寸小，所需调制电压低，并且最大化器件的光电效应的一种铌酸锂光调制器。为解决上述技术问题，技术采用如下技术方案实现。—种铌酸锂光调制器，包括波导芯片以及在所述波导芯片上端的保护层和与外部光纤连接的波导线；所述波导芯片包括铌酸锂基底，以及依次设置于所述铌酸锂基底上的非晶硅层、二氧化硅层和金属电极；其中，所述非晶硅层的厚度小于所述铌酸锂基底的厚度，所述铌酸锂基底和所述非晶硅层共同构成波导；所述二氧化硅层上成型有电极填充区域，所述金属电极设置于所述电极填充区域内；所述波导线设置于所述铌酸锂基底和所述非晶硅层之间。进一步地所述非晶硅层厚度为70nm-200nm。进一步地所述非晶娃层厚度为70nm-150nm。进一步地所述二氧化娃层厚度为lum_2um。进一步地所述非晶硅层为氢化非晶硅层。本技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:(I)本技术所述的铌酸锂光调制器，使用非晶硅制备波导芯片，由于非晶硅超高的折射率，通过合理化设置非晶硅的厚度优化光学损耗，增强光电效应，进而能够减小铌酸锂光调制器中金属电极之间的间距，进而大幅减小实现低电压信号调制所需的调制长度，从而可以大幅度减小铌酸锂光调制器的芯片尺寸。同时整个芯片只需要一个波导就可以实现与外界的光纤通信，无需多个波导以及波导与波导之间的渐变转换，也在一定程度上减少了波导芯片的尺寸。(2)本技术所述的铌酸锂光调制器，优选使用氢化非晶硅制作波导芯片，其包含了大量的S1:H链，其S1:H链的存在能够减小光学损耗。(3)本技术所述的铌酸锂光调制器，通过控制二氧化硅的厚度以及金属电极的厚度，能够保证较好的射频匹配，而与外界连接的光纤接口通过在穿过波导层的波导线实现，由于上述波导线都在波导层，又能够留足封装或测试的金属区域。同时相对于传统的铌酸锂光调制器芯片在制备过程中无法直接进行探针测试或者实现芯片连接，需要在芯片上使用两次光刻步骤才能完全实现金属连接的繁琐步骤，节省了加工过程，简化了流程，能够获得良好的经济效益。(4)本技术所述的铌酸锂光调制器，由二氧化硅包裹波导线，同时在波导芯片上涂覆保护层，并在所述金属电极上的保护层外表面上设置保护结构，进一步保护金属电极。封装工艺可以降低漏电现象发生的概率，避免因环境潮湿而导致的短路现象的发生，一定程度上提高了铌酸锂光调制器对环境的适应能力。【专利附图】【附图说明】为了使本技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本技术的具体实施例并结合附图，对本技术作进一步详细的说明，其中图1是本技术一种实施例所述的波导芯片结构图；图2是本技术一种实施例所述的铌酸锂光调制器结构图；图3是本技术一种实施例所述的铌酸锂光调制器剖面图；图4是本技术一种实施例所述的波导芯片与光纤的连接方式。图中附图标记表示为:1_铌酸锂基底，12-波导，2-非晶硅层，3- 二氧化硅层，4-金属电极，5-保护层，6-保护结构，7-波导线，8-光纤。【具体实施方式】下面结合附图对本实施例所述的铌酸锂光调制器进行具体阐述。如图1、图2和图3所示，本实施例所述的铌酸锂光调制器包括波导芯片以及在所述波导芯片上端的保护层5和与外部光纤连接的波导线7 ;所述波导芯片包括铌酸锂基底1，以及依次设置于所述铌酸锂基底I上的非晶硅层2、二氧化硅层3和金属电极4 ;其中，所述非晶硅层2的厚度小于所述铌酸锂基底I的厚度，所述铌酸锂基底I和所述非晶硅层2共同构成波导12 ;所述二氧化硅层3上成型有电极填充区域，所述金属电极4设置于所述电极填充区域内；所述波导线7设置于所述铌酸锂基底I和所述非晶硅层2之间。所述保护层5通过涂覆保护材料形成，所述保护材料优选为有机硅类胶、环氧类胶以及亚克力胶中的一种。本实施例选用非晶硅作为高折射率材料形成波导在铌酸锂基底上成型。非晶硅材料本身的折射率不仅高于其他一般材料，也远高于氮化硅材料。氮化硅材料的折射率为2.2，非晶硅的折射率则达到了 3.5，非晶硅这一晶体特性，使得波导的集成性得到很大的提闻。一般而言非晶硅的厚度越薄，光学模式就越大的渗透在铌酸锂内，就能够最大化器件的光电效应。但是如果非晶硅的厚度太薄，光学模式会扩大，那就得不到约束性较强的光学模式，不能够减小电极之间的间距。本实施例优选所述非晶硅层2厚度为70nm-200nm，更为优选地所述非晶娃层2厚度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铌酸锂光调制器，其特征在于，包括波导芯片以及在所述波导芯片上端的保护层和与外部光纤连接的波导线；所述波导芯片包括铌酸锂基底，以及依次设置于所述铌酸锂基底上的非晶硅层、二氧化硅层和金属电极；其中，所述非晶硅层的厚度小于所述铌酸锂基底的厚度，所述铌酸锂基底和所述非晶硅层共同构成波导；所述二氧化硅层上成型有电极填充区域，所述金属电极设置于所述电极填充区域内；所述波导线设置于所述铌酸锂基底和所述非晶硅层之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱忻，王子昊，沈雷，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：苏州矩阵光电有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32