低偏压大带宽电光调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种低偏压大带宽电光调制器。所述电光调制器为具有电光调制波导的相位调制器、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，用调制电极向电光调制波导施加电场实现相位或者光强的调制，调制电极与电光调制波导形成电连接；电光调制波导是沿传输方向相以同相同周期性或者变化周期交替布置方式构成的波导结构。本发明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，具有大调制带宽、低工作电压、高调制效率、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。

Low bias large bandwidth electrooptic modulator

The invention discloses a low bias large bandwidth electrooptic modulator. The electro-optic modulator with electro-optic modulation waveguide phase modulator, Maher Ceng De type electro-optic modulator and micro ring resonator type electro-optic modulator, the modulation electrode to the electro-optic modulation waveguide electric field is applied to realize the modulation or phase modulation of light intensity, electrode and electro optical modulation waveguide is electrically connected; electro-optic modulation waveguide is a waveguide structure along the direction of transmission phase to the same periodic or periodic change of alternate arrangement form. The invention can electro-optic phase modulation and electro-optic light intensity modulation in a communication system, has the advantages of high bandwidth, low working voltage, high efficiency, low energy consumption, the modulation device has the advantages of simple structure, small size, simple design, simple process etc..

【技术实现步骤摘要】
低偏压大带宽电光调制器
本专利技术属于光通信
，尤其是涉及了一种基于电光调制波导的低偏压大带宽电光调制器，适用于光通信系统中对光的相位和强度进行调制。
技术介绍
二十一世纪人类社会已经迈入信息时代，互联网科技的飞速发展引发了新一次科技革命，对通信容量的需求成指数增长。光通信技术凭借其高带宽、低串扰、抗干扰、低损耗等优点，已经成为当前通信的主流技术。光电器件作为光通信技术中的核心器件，其性能指标已经难以满足日益增长的超高速传输需求，逐渐成为超大容量光通信技术发展的瓶颈。在已经提出的各种解决方案中，硅基光子集成回路作为最具潜力的方案之一，自其概念被提出以来就受到极大关注，并取在单个器件的性能方面已经取得相当显著的进展，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，硅光子技术凭借其先天优势，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。电光调制器作为最重要的有源器件之一，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，一直是硅基集成光电子器件中急需突破的关键技术。实现高速的电光调制，最有效的方法之一是利用电光效应，即在电光材料中，折射率变化与外加电场变化成线性关系。但硅材料中这种线性电光效应微乎其微，因而无法直接用以实现基于硅材料的电光效应的高速光调制器。另一种方法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，综合考虑器件尺寸、功耗、驱动电压、插入损耗等指标，全硅调制器与已有商用的基于铌酸锂的分立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(例如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)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基的电光聚合材料调制器相关报道，但仍然只是单一性能指标(调制速率/带宽、工作电压、器件尺寸)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，本专利技术的目的在于提供了一种基于电光调制波导的低偏压大带宽电光调制器，可以实现更小的驱动电压、更紧凑的尺寸、更大的调制带宽和更低的工作能耗，同时本专利技术具有结构简单、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。本专利技术所采用的技术方案是：所述电光调制器为具有电光调制波导的相位调制器、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，用调制电极向电光调制波导施加电场实现光强或者相位的调制，调制电极与电光调制波导形成电连接。所述的电光调制波导是由多个波导单元沿传输方向以相同周期或者变化周期的叉指交替布置方式构成的波导结构，波导单元间的间隙和波导单元的尺寸为可以相同或者不同。波导结构的周期尺寸小于等于工作波长。所述具有电光调制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、电光调制波导、第一调制电极、第二调制电极和输出波导；输入波导、电光调制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电光调制波导附近的两侧，并分别与电光调制波导中两侧的周期结构波导电连接。两侧可以是沿传输方向的左右两侧或上下两侧。所述的具有电光调制波导的马赫-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、第一电光调制波导、第二电光调制波导、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电光调制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电光调制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电光调制波导和第二电光调制波导的两外侧，第二调制电极位于第一电光调制波导和第二电光调制波导之间，从而使得第一调制电极和第二调制电极分别位于第一电光调制波导附近的两侧，并分别与第一电光调制波导中两侧的周期结构波导电连接；同时第二调制电极和第三调制电极分别位于第二电光调制波导附近的两侧，并分别与第二电光调制波导中两侧的周期结构波导电连接。两侧可以是沿传输方向的左右两侧或上下两侧。所述的具有电光调制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、电光调制波导、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，第二耦合波导和电光调制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电光调制波导附近的两侧，并分别与电光调制波导中内外侧的周期结构波导电连接。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(垂直传输方向的截面)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，不对称是指折射率不同或者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指折射率不同或者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指折射率不同或者厚度和宽度中至少有一个不相同。各个所述波导作为芯层，为全刻蚀波导、单侧脊型波导或者双侧脊型波导；当为双侧脊型波导时，两侧脊的层数、高度或者长度可以相等或者不相等。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、下包层内部或者上包层与下包层之间，或者各个所述调制电极分别位于上包层上部、上包层内部、下包层内部或者上包层与下包层之间中的多个不同位置(优选在两侧对称位置)。各个所述调制电极与波导芯层直接电连接或者通过其他导电材料与其点连接。所述的上包层和下包层中，至少有一种使用高电光系数的电光材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低偏压大带宽电光调制器，其特征在于：所述电光调制器为具有电光调制波导的相位调制器、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，用调制电极向电光调制波导施加电场实现光强或者相位的调制，调制电极与电光调制波导形成电连接。

【技术特征摘要】
1.一种低偏压大带宽电光调制器，其特征在于：所述电光调制器为具有电光调制波导的相位调制器、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，用调制电极向电光调制波导施加电场实现光强或者相位的调制，调制电极与电光调制波导形成电连接。2.根据权利要求1所述的一种低偏压大带宽电光调制器，其特征在于：所述的电光调制波导是由多个波导单元沿传输方向以相同周期或者变化周期的叉指交替布置方式构成的波导结构，波导单元间的间隙和波导单元的尺寸为可以相同或者不同。3.根据权利要求1所述的一种低偏压大带宽电光调制器，其特征在于：所述具有电光调制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)、电光调制波导(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)、电光调制波导(4)和输出波导依次相连(8)，第一调制电极(5a)和第二调制电极(5b)分别位于电光调制波导(4)附近的两侧，并分别与电光调制波导(4)电连接。4.根据权利要求1所述的一种低偏压大带宽电光调制器，其特征在于：所述的具有电光调制波导的马赫-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)、第一电光调制波导(4a)、第二电光调制波导(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)输出端经第一电光调制波导(4a)和第三连接波导(6a)输入端连接，第二连接波导(3b)输出端经第二电光调制波导(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)分别位于第一电光调制波导(4a)附近的两侧，并分别与第一电光调制波导(4a)电连接；同时第二调制电极(5b)和第三调制电极(5c...

【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：发明
国别省市：浙江,33