一种基于透明导电氧化物的双偏振同时独立调制的电光强度调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于透明导电氧化物的双偏振同时独立调制的电光强度调制器，其特征在于，基底层上设置有脊型波导层；所述脊型波导的脊型凸起结构的顶部及两侧面依次覆盖第一介质层和透明导电氧化物层，且顶部的透明导电氧化物层与左右两侧面的所述透明导电氧化物层无连接；脊型波导的平板区上覆盖第二介质层；波导区两侧上表面分别设置一电极，即第一电极、第二电极；左右两侧面的透明导电氧化物层上分别设置一电极，即第三电极、第四电极；顶部的透明导电氧化物层上设置第五电极。本发明专利技术可对双偏振同时独立调制，可应用于但不限于偏振复用光通信系统，有效降低系统复杂度，提高端口密度。

An electrooptic intensity modulator with double polarization and simultaneous independent modulation based on transparent conducting oxide

The invention discloses a double polarization modulator based on transparent conductive oxide and independent modulation, which is characterized in that the base layer is arranged on the ridge waveguide layer; the top ridge uplift structure of the ridge waveguide and the two side in order to cover the first dielectric layer and the transparent conductive oxide layer, transparent conductive oxide the top layer and with two sides of the transparent conductive oxide layer without connecting plate area; ridge waveguide covered second dielectric layer; waveguide region on both sides of the surface are respectively provided with an electrode, the first electrode and the second electrode are respectively arranged on the electrode; a transparent conductive oxide layer around two sides, namely the third electrode and the fourth electrode; fifth electrode is arranged on the top of the transparent conductive oxide layer. The invention can simultaneously modulate two polarization simultaneously, but it can be applied to but not limited to the polarization multiplexing optical communication system, which effectively reduces system complexity and improves port density.

【技术实现步骤摘要】
一种基于透明导电氧化物的双偏振同时独立调制的电光强度调制器
本专利技术涉及光通信、光互联以及光器件集成领域，具体说，涉及一种基于透明导电氧化物(Transparent-Conducting-Oxide,TCO)双偏振同时独立调制的电光强度调制器。
技术介绍
在未来的光互联和光通信的芯片中，高容量，尺寸紧凑，成本低的光电子集成电路(PIC)将成为人们的首选。目前有几种方法实现容量的增加，其中偏振复用因其可将通信容量翻倍成为一种有效的方案。然而大部分的电光调制器是偏振敏感的，目前实现偏振复用光通信系统一般需要偏振分束器分为TE和TM模，而后利用偏振旋转器或波片将TE(TM)模转换为TM(TE)模，分别送入两个支持TE或TM模的电光调制器中进行调制，最后将两个偏振的调制信号进行合束。在该种方案中需要偏振分束器、偏振旋转器、两个电光调制器和合束器。即使使用偏振不敏感的电光调制器，也仅仅减少了一个偏振旋转器。如此复杂的系统不但成本高，而且不利于高密度的集成。透明导电氧化物具有光透明特性和良好的导电性，在集成光电子领域得到广泛应用，例如铝掺杂氧化锌(AZO)，镓掺杂氧化锌(GZO)，锡铟氧化物(ITO)。例如ITO由于其较低的电阻率，与金属相比较小的损耗，相对介电常数近零(Epsilon-Near-Zero,ENZ)区域在通信波段成为制作电光调制器最有潜力的有源材料。TCO的光学特性受其载流子浓度的影响，利用TCO构成类似于金属-氧化物-半导体(Metal-oxide-semiconductor,MOS)电容型结构时，通过改变外加电压使载流子浓度发生变化，当相对介电常数调制到ENZ区域时，场被限制在损耗较大的TCO中从而实现调制。基于TCO的调制器往往具有尺寸小，调制深度大的特点。另外TCO与传统的CMOS制作工艺兼容，使其在光电子领域具有广阔的应用空间。目前也有一系列的基于TCO的电光调制器的报道。但是由于边界条件的限制，这些调制器大部分是偏振敏感的，只能对特定方向偏振的光进行调制。即使有少部分偏振不敏的调制器设计也无法实现双偏振同时独立的调制。这限制了其在高密度端口，高速率的传输系统中的应用。正如前所述的基于TCO的电光调制器乃至所有电光调制器领域所面临的问题，都是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于TCO的双偏振同时独立调制的电光强度调制器。本专利技术的技术方案为：一种基于透明导电氧化物的双偏振同时独立调制的电光强度调制器，其特征在于，包括基底层；基底层上设置有脊型波导层；所述脊型波导的脊型凸起结构的顶部及两侧面依次覆盖第一介质层和透明导电氧化物层；所述脊型波导的平板区上覆盖第二介质层；所述脊型波导的波导区两侧上表面分别设置一电极，即第一电极、第二电极；顶部的所述透明导电氧化物层与左右两侧面的所述透明导电氧化物层无连接；左右两侧面的所述透明导电氧化物层上分别设置一电极，即第三电极、第四电极；顶部的所述透明导电氧化物层上设置第五电极。进一步的，顶部的所述透明导电氧化物层两侧面分别覆盖一第三介质层。进一步的，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层均由绝缘材料制成。进一步的，所述脊型凸起结构两侧的透明导电氧化物层延伸覆盖部分所述第二介质层；所述第三电极、第四电极设置于覆盖在所述第二介质层上的透明导电氧化物层上。进一步的，所述第一电极、第二电极均为能与所述平板波导形成欧姆接触的金属。进一步的，所述第三电极、第四电极和第五电极为能与透明导电氧化物形成欧姆接触的金属。与现有技术相比，本专利技术的积极效果为：本专利技术利用ITO构成MOS电容结构，通过电压控制载流子变化实现双偏振(TE与TM)同时独立调制。本专利技术可以用于偏振复用的光通信系统，大大缩减偏振复用系统成本与尺寸。附图说明图1本专利技术的调制器横截面图；图2TE调制时的损耗曲线图；图3TM调制时的损耗曲线图；图4TE和TM同时调制时的损耗曲线图。图中标记：1-基底层，2-波导层，3-第二介质层，4-透明导电氧化物层，5-第一介质层，6-第三介质层，71-第一电极，72-第二电极，73-第三电极，74-第四电极，75-第五电极。具体实施方式为使本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。本专利技术的调制器结构参见附图1。一种基于透明导电氧化物的双偏振同时独立调制的电光强度调制器，包括基底层(1)；基底层上设置有脊型波导层(2)；脊型波导的脊型凸起结构的顶部及两侧依次覆盖第一介质层(5)和透明导电氧化物层(4)；所述脊型波导的平板区上覆盖第二介质层(3)；所述脊型波导的波导区两侧上表面分别设置一电极，即第一电极(71)、第二电极(72)；顶部的所述透明导电氧化物层与左右两侧的所述透明导电氧化物层无连接；左右两侧的所述透明导电氧化物层上分别设置一电极，即第三电极(73)、第四电极(74)；顶部的所述透明导电氧化物层上设置第五电极(75)。顶部的所述透明导电氧化物层两侧分别覆盖一第三介质层(6)。所述第一介质层(5)、第二介质层(3)、第三介质层(6)均由绝缘材料制成。所述脊型凸起结构两侧的透明导电氧化物层延伸覆盖部分所述第二介质层(3)；所述第三电极(73)、第四电极(74)设置于覆盖在所述第二介质层上的透明导电氧化物层上。所述第一电极(71)、第二电极(72)均为能与所述平板波导形成欧姆接触的金属。所述第三电极(73)、第四电极(74)和第五电极(75)为能与透明导电氧化物形成欧姆接触的金属。本专利技术的电光调制器的工作原理为：调制器工作时，通过电极将偏置电压分别加在顶部的TCO层和两侧的ITO层，将顶部TCO层与波导层的电压差记为VTM，将两侧的TCO层与波导层的电压差记为VTE。VTM与VTE分别控制顶部的TCO层和两侧的ITO层的载流子浓度，从而动态调节顶部的TCO层和两侧的TCO层的相对介电常数。由于边界条件的限制，TCO会与垂直于介质分界面的光信号发生强相互作用，使TM模的损耗由控制VTM，TE模的损耗由VTE控制，从而实现双偏振同时独立的调制。实施例结合附图1，本实施例的所述基底层(1)为氧化硅，所述波导层为硅，脊型波导(2)的平板厚度tslab为30nm，脊型区高度h为190nm，脊型区宽度w为250nm。脊型凸起区覆盖第一介质层(5)为氧化铪，厚度td1为5nm；波导平板区上覆盖第二介质层(3)为氧化硅，厚度td2为30nm；透明导电氧化物为锡铟氧化物，透明导电氧化物(4)分别置于第一介质层上表面与左右两侧，顶部的透明导电氧化物与左右两侧无连接；第一电极(71)、第二电极(72)，第三电极(73)、第四电极(74)和第五电极(75)为铝；顶部的透明导电氧化物层两侧覆盖的第三介质(6)为氧化硅。图2是本专利技术实施例在TE模式调制(VTE为0V至-5V变化，VTM为0)下的TE模与TM模的损耗曲线，可以看出，在两侧的锡铟氧化物上施加电压VTE会导致TE模的损耗随着VTE变化，而TM模的损耗基本保持恒定。图3是本专利技术实施例在TM模式调制(VTM为0V至-5V变化，VTE为0)下的TE模与TM模的损耗曲线，可以看出，在顶部的锡铟氧化物上施加电压VTM会导致TM模的损耗随着VTM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于透明导电氧化物的双偏振同时独立调制的电光强度调制器，其特征在于，包括基底层，所述基底层上设置有波导层，所述波导层为脊型波导；所述脊型波导的脊型凸起结构的顶部及两侧面依次覆盖第一介质层和透明导电氧化物层，且顶部的所述透明导电氧化物层与左右两侧面的所述透明导电氧化物层无连接；所述脊型波导的平板区上覆盖第二介质层；所述脊型波导的波导区两侧上表面分别设置一电极，即第一电极、第二电极；所述脊型凸起结构的两侧面上的所述透明导电氧化物层上分别设置一电极，即第三电极、第四电极，顶部的所述透明导电氧化物层上设置第五电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于透明导电氧化物的双偏振同时独立调制的电光强度调制器，其特征在于，包括基底层，所述基底层上设置有波导层，所述波导层为脊型波导；所述脊型波导的脊型凸起结构的顶部及两侧面依次覆盖第一介质层和透明导电氧化物层，且顶部的所述透明导电氧化物层与左右两侧面的所述透明导电氧化物层无连接；所述脊型波导的平板区上覆盖第二介质层；所述脊型波导的波导区两侧上表面分别设置一电极，即第一电极、第二电极；所述脊型凸起结构的两侧面上的所述透明导电氧化物层上分别设置一电极，即第三电极、第四电极，顶部的所述透明导电氧化物层上设置第五电极。2.如权利要求1所述的电光强度调制器，其特征在于，顶部的所述透明导电氧化物层两侧面分别覆盖一第三介质层。3.如权利要求2所述的电光强度调制器，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层均由绝缘材料制成。4.如权利要求2或3所述的电光强度调制器，其特征在于，所述第一介质层为氧化铪，厚度为5nm；所述第二介质层为氧化硅，厚度为30nm；第三介质为氧化硅。5.如权利要求1或2或3所述的电光...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇晓明，李艳萍，张帆，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11