偏振无关式电光感应波导制造技术

本发明专利技术提供一种电光感应波导，包括：波导叠层(100、101、102)，所述波导叠层具有芯部层(100)，该芯部层包括用于引导光波的电光材料；以及场生成器，所述场生成器用于在芯部层(100)中生成电场(EF)，其中，场生成器包括电极装置(20‑28)和电压供给装置(30)，所述电极装置具有多个电极(201‑217)，并且电压供给装置用于向电极装置(20‑28)供给至少两个电势(U0、U1、U2)；其中，场生成器被构造为通过生成的电场(EF)在芯部层(100)的第一剖面区域(CR1)中感应电光效应，从而在第一剖面区域(CR1)中使得横向电偏振光波能够传播；其中，场生成器被构造为通过生成的电场(EF)在芯部层(100)的第二剖面区域(CR2)中感应电光效应，从而在第二剖面区域(CR2)中使得横向磁偏振光波能够传播；以及其中第一剖面区域(CR1)和第二剖面区域(CR2)在剖视图中是重叠的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电光感应波导。
技术介绍
用于诸如光学远程通信或远程光学感测等应用的现代光纤网络在它们的架构中包括多种不同的装置，这些装置提供诸如被传输的光学信号的路由、调制、分裂或强度衰减等的功能。也已知为场感应波导或电压感应波导的所谓的电光感应波导(简称为EOIW)可以用作此种装置的设计中的关键元件。在存在外部电场的情况下，光学特性(即材料的折射率n(E))的改变描述了电光效应，该电光效应通过如下的关系式给出： n ( E ) = n 0 + 1 2 n 0 3 r E + 1 2 n 0 3 sE 2 + ... - - - ( 1 ) ]]>E的线性项被称为普克耳斯效应(Pockels effect)，其中r是普克耳斯常数，而E的二次项描述了电光克尔效应(Kerr effect)，其中s是电光克尔常数。普克耳斯效应在非中心对称透明介质中发生并且是较大的，然而电光克尔效应在某些液体和铁电陶瓷中是较大的。这些材料这里分别被称为普克耳斯材料和电光克尔材料。电光感应波导可以由芯部层组成，该芯部层由大电光常数的材料制成，并且被放置在折射率等于芯部或者小于芯部的两个覆层之间，也被放置在电极装置的附近。电光感应波导的原理例如在文献[1]中描述。施加在电极装置的电极之间的并且穿过波导叠层的电场导致芯部材料的折射率的局部改变，并且结果感应出光学波导。借助于操作电场强度可以分别打开和关闭波导。科学出版物[2，3]，专利和专利申请[4-8]提议了用于电光感应波导的电极构造的两种主要设计：一种是“平面内”构造[4]、[6-8]，在图1a中给出了一个示例，另一种是“平面外”构造[5、8]，在图1b中给出了一个示例。电光感应波导可以被用于在光纤网络中的不同光纤之间传输的光信号的切换、调制、功率分配和可变的光学衰减。此外，本领域的技术人员已知的采用小型化的光学具座(optical benches)的光子应用也从基于此波导的该装置中受益，其中，在该光学具座中，需要光的自由空间传播，从而例如减少光束发散等。需要解决的问题是利用至少一个电光感应波导降低具有至少一个电光装置的网络的复杂度和成本。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，通过如下的电光感应波导来解决所述问题，该电光感应波导包括：波导叠层，所述波导叠层具有芯部层，该芯部层包括用于引导光波的电光材料；以及场生成器，所述场生成器用于在芯部层中生成电场，其中，场生成器包括电极装置和电压供给装置，所述电极装置具有多个电极，并且电压供给装置用于向电极装置供给至少两个电势；其中，场生成器被构造为通过生成的电场在芯部层的第一剖面区域中感应电光效应，从而在第一剖面区域中使得横向电偏振光波能够传播；其中，场生成器被构造为通过生成的电场在芯部层的第二剖面区域中感应电光效应，从而在第二剖面区域中使得横向磁偏振光波能够传播；以及其中，场生成器被构造为使得用于横向电偏振光波的耦合效率和用于横向磁偏振光波的耦合效率是相同的；以及其中第一剖面区域和第二剖面区域在剖视图或剖面中是重叠的。光波的一般偏振状态可以被描述为两个线性偏振光波的叠置，并且彼此垂直地偏振。这两个线性偏振光波一般地被称为横向电偏振光波(TE波)，也已知为s-偏振波，以及横向磁偏振光波(TM波)，也已知为p-偏振光波。用于横向电偏振光波的耦合效率和用于横向磁偏振光波的耦合效率是相同的规定意味着耦合效率是相等的或者近似相等的。本专利技术提供一种电光感应光波，其中横向电偏振光波和横向磁偏振光波能够利用相同的耦合效率被同时引导，从而根据本专利技术的电光感应波导能够引导任何偏振状态的光。因此，本专利技术提供偏振无关式电光感应波导。通过提供偏振无关式电光感应波导，具有至少一个电光感应波导的电光装置的复杂度和成本可以被降低。在根据本专利技术的电光感应波导中，光波的TE模式和TM模式可以同时存在，可以具有类似的强度分度，并且可以空间上重叠，从而传输通过光纤的两种模式的光波可以被同样地耦合到波导中。光纤和电光感应波导之间的模式耦合系数和电光感应波导中的传播损耗可以被平衡或一起匹配，从而用于两种模式的整体插入损耗结果是相等的。与根据现有技术的电光感应波导相比，如上所述现有技术的电光感应波导具有基于入射光波的偏振的光学特性。尤其是，如上所述，施加在芯部层上的电场在电光材料中感应额外的双折射。这导致光波沿着波导的传播行为是基于其偏振状态的，即，根据现有技术，TE和TM偏振光波的在波导中的传输特性是不同的。本专利技术提供了对偏振不敏感的电光感应波导，其中，采用特定的电极装置。此种电极装置在下文中将详细说明。根据本专利技术的偏振无关式电光感应波导包括被放置在波导叠层的一侧或两侧的两个或以上电极，从而波导叠层上的施加的电场分布允许同时具有等同或可变的强度模式分布的TE模式和TM模式的共存。根据本专利技术的电光感应波导可以以直接和节省成本的方式使用晶圆级平面技术方法来制造，这允许与其他装置的进一步整合，以及可测量性，该可测量性在很多光学机械部件的制造中是有利的。由于缺少移动部件，操作稳定性和可靠性可以被保证，这相对于基于微机电系统(MEMS)的技术是有利的。制造方法可以基于硅或玻璃晶圆级技术。根据本专利技术的另一方面，一种用于制造偏振无关式电光感应波导的方法包括：1.构建硅或玻璃晶圆；诸如用于光纤的定位的V型槽、锥体、显微镜头和填充有液体和液晶的腔体等；这些可以经由蚀刻方法制造；2.金属电极沉积和电极构建，这可以经由光刻法制造，该方法还可以包括与绝缘层的沉积交替地重复电极沉积和构建；3.例如如果覆层由玻璃、聚合物等制成，则覆层沉积，或者如果覆层由液体或液晶制成，则填充适当地构建的腔体；4.芯部沉积或者利用液体或液晶填充适当地构建的腔体，该液体或液晶经由加热进入到其各向同性相；5.晶圆结合和分割；6.经由导线结合、额外的触点层、晶圆背面中的通孔结合或它们的组合而形成的电接触；7.光纤耦合。根据本专利技术的优选实施例，电极的至少一个电极，优选的所有的电极，是透明电极，其中透明电极的至少一个电极，优选的所有的透明电极，被设置为直接靠近芯部层，和/或透明电极的至少一个电极，优选的所有的透明电极，被设置在芯部层中。对于多个电极构造，在本申请的光波范围内是光学透明的电极可以被使用并且被定位成与芯部层直接接触，或者位于芯部层中，从而获得具有低衰减损耗的波导。根据本专利技术的优选实施例，场生成器被构造为使得在剖视图中，芯部层的第一剖面面积中的电场被取向为横向于波导叠层，芯部层的定位在平行于波导叠层的第一方向上的第二剖面面积中的电场被取向为沿着波导叠层，并且芯部层的定位在与第一方向相反的且平行于波导叠层的第二方向上的第三剖面面积中的电场被取向为沿着波导叠层。这些特征保证第一剖面区域和第二剖面区域以简单的方式重叠。根据本专利技术的优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电光感应波导，包括：波导叠层(100、101、102)，所述波导叠层具有芯部层(100)，所述芯部层包括用于引导光波的电光材料；以及场生成器，所述场生成器用于在芯部层(100)中生成电场(EF)，其中，场生成器包括电极装置(20‑28)和电压供给装置(30)，所述电极装置具有多个电极(201‑217)，并且电压供给装置用于向电极装置(20‑28)供给至少两个电势(U0、U1、U2)；其中，场生成器被构造为通过生成的电场(EF)在芯部层(100)的第一剖面区域(CR1)中感应电光效应，从而在第一剖面区域(CR1)中使得横向电偏振光波能够传播；其中，场生成器被构造为通过生成的电场(EF)在芯部层(100)的第二剖面区域(CR2)中感应电光效应，从而在第二剖面区域(CR2)中使得横向磁偏振光波能够传播；以及其中，场生成器被构造为使得用于横向电偏振光波的耦合效率(CEE)和用于横向磁偏振光波的耦合效率(CEM)是相同的；以及其中第一剖面区域(CR1)和第二剖面区域(CR2)在剖视图中是重叠的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电光感应波导，包括：波导叠层(100、101、102)，所述波导叠层具有芯部层(100)，所述芯部层包括用于引导光波的电光材料；以及场生成器，所述场生成器用于在芯部层(100)中生成电场(EF)，其中，场生成器包括电极装置(20-28)和电压供给装置(30)，所述电极装置具有多个电极(201-217)，并且电压供给装置用于向电极装置(20-28)供给至少两个电势(U0、U1、U2)；其中，场生成器被构造为通过生成的电场(EF)在芯部层(100)的第一剖面区域(CR1)中感应电光效应，从而在第一剖面区域(CR1)中使得横向电偏振光波能够传播；其中，场生成器被构造为通过生成的电场(EF)在芯部层(100)的第二剖面区域(CR2)中感应电光效应，从而在第二剖面区域(CR2)中使得横向磁偏振光波能够传播；以及其中，场生成器被构造为使得用于横向电偏振光波的耦合效率(CEE)和用于横向磁偏振光波的耦合效率(CEM)是相同的；以及其中第一剖面区域(CR1)和第二剖面区域(CR2)在剖视图中是重叠的。2.根据前述权利要求所述的电光感应波导，其中，场生成器被构造为使得在剖视图中，芯部层(100)的第一剖面面积(CA1)中的电场(EF)被取向为横向于波导叠层(100、101、102)，芯部层(100)的定位在平行于波导叠层(100、101、102)的第一方向(D1)上的第二剖面面积(CA2)中的电场(EF)被取向为沿着波导叠层(100、101、102)，并且芯部层(100)的定位在与第一方向(D1)相反的且平行于波导叠层(100、101、102)的第二方向(D2)上的第三剖面面积(CA3)中的电场(EF)被取向为沿着波导叠层(100、101、102)。3.根据前述权利要求的任一项所述的电光感应波导，其中，电极(201-217)的至少一个电极(211-214)，优选的所有的电极(201-217)，是透明电极(211-214)，其中透明电极(211-214)的至少一个电极(211)，优选的所有的透明电极(211-214)，被设置为直接靠近芯部层(100)和/或透明电极(211-214)的至少一个电极(212-214)，优选的所有的透明电极(211-214)，被设置在芯部层(100)中。4.根据前述权利要求的任一项所述的电光感应波导，其中，电极(201-217)中的至少一个电极(201-217)，优选地所有的电极(201-217)是平面的并且被设置为平行于芯部层(100)。5.根据前述权利要求的任一项所述的电光感应波导，其中，电极(201-217)在剖视图中被设置为相对于与芯部层(100)垂直的轴线(300)是对称的。6.根据前述权利要求的任一项所述的电光感应波导，其中，所有电极(205、206；215、116、217)在剖视图中被设置在芯部层(100)的相同侧。7.根据前述权利要求的任一项所述的电光感应波导，其中，电极(201-217)在剖视图中被设置为相对于与芯部层(100)平行的轴线(301)是对称的。8.根据前述权利要求的任一项所述的电光感应波导，其中，电极装置(20-28)包括所述电极(20-28)的设置在一个层中的一组三个电极(202、203、204；208、209、210；212、213、214；215、216、217)，其中所述电势(U1、U2、U0)的第一电势(U1)被施加到所述三个电极(202、203、204；208、209、210；212、213、214；215、216、217)的被设置在中间的一个电极(203；208；213；216)，并且所述电势(U1、U2、U0)的第二电势(U2)被施加到所述一组电极的其他两个电极(202、204；209、210；212、214；215、217)。9.根据前述权利要求的任一项所述的电光感应波导，其中，电极装置(20-28)包括所述电极(201-217...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·布拉斯尔，弗雷塔·考斯塔克，哈尔多尔·哈特韦格，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE