一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感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偏振不敏感的电光强度调制器，涉及光通信、光互联以及光器件集成领域。本发明专利技术的电光强度调制器包括基底层；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区覆盖介质层；所述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；所述介质层上覆盖透明导电氧化物层；所述透明导电氧化物层上设置第三电极。本发明专利技术可对双偏振(TE和TM模)的损耗实现动态一致的调制，从而实现偏振不敏感调制；本发明专利技术可以降低偏振复用光通信系统的复杂度，降低成本，同时可以降低单偏振系统的偏振控制要求。

A polarization insensitive electrooptic intensity modulator based on transparent conducting oxide

The invention discloses a polarization insensitive electro-optic intensity modulator based on transparent conductive oxide, which relates to the field of optical communication, optical interconnection and optical device integration. The invention of the electro-optic modulator includes a base layer; the substrate layer is arranged on the waveguide layer, the waveguide layer for ridge waveguide; ridge uplift of the ridge waveguide covering the dielectric layer; the waveguide waveguide region on both sides of the surface are respectively provided with an electrode, the first electrode and the second electrode; transparent cover a conductive oxide layer of the dielectric layer; the third electrode is arranged on the transparent conductive oxide layer. The invention can dynamically modulate the loss of double polarization (TE and TM mode) to achieve polarization insensitive modulation. The invention can reduce the complexity of the polarization multiplexing optical communication system, reduce the cost and reduce the polarization control requirements of the single polarization system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光强度调制器
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)的偏振不敏感的电光强度调制器。
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旋转器，不但导致系统复杂，而且成本高，限制了偏振复用在高密度，高速率光互联中的应用。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，这使得偏振复用系统中需要偏振旋转器。虽然也有一些可以实现TE模和TM模同时调制，但是两个偏振方向的调制深度不同，这对应用中偏振控制提出了较高的要求。正如前所述的基于TCO的电光调制器所面临的偏振敏感问题，限制了该种调制器的应用场景，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偏振不敏感的电光强度调制器。本专利技术的技术方案为：一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光强度调制器，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区覆盖介质层；所述波导层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；所述介质层上覆盖透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层上设置第三电极。进一步的，所述介质层由绝缘材料制成。进一步的，所述第一电极、第二电极为能与所述波导层形成欧姆接触的金属。进一步的，所述第三电极为能与所述透明导电氧化物层形成欧姆接触的金属。进一步的，所述基底层为氧化硅，所述波导层为硅，所述脊型波导的平板厚度为30nm，脊型区高度为195nm，脊型区宽度为270nm。进一步的，所述介质层为氧化铪，厚度为5nm。进一步的，所述第一电极、第二电极、第三电极均为铝电极。本专利技术的电光强度调制器，包括基底层；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区覆盖介质层；所述波导层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；所述介质层上覆盖透明导电氧化物层；所述透明导电氧化物层上设置第三电极。其中，所述介质层由绝缘材料制成。所述第一电极、第二电极为能与所述波导层形成欧姆接触的金属。所述第三电极为能与所述透明导电氧化物层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)动态一致的损耗变化，从而实现偏振不敏感的电光强度调制功能。本专利技术具有结构简单，尺寸小，CMOS兼容的优点。附图说明图1为本专利技术的调制器横截面图；图2为TE模与TM模在不同调制电压下的损耗曲线与偏振相关损耗图；其中，1-基底层，2-波导层，31-第一电极，32-第二电极，33-第三电极，4-介质层，5-透明导电氧化物层。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，包括基底层(1)；基底层上设置波导层(2)，所述波导层为脊型波导；所述脊型波导的脊型凸起区覆盖介质层(4)；所述波导的波导区两侧上表面设置一电极，即第一电极(31)，第二电极(32)；所述介质层上覆盖透明导电氧化物层(5)；所述透明导电氧化物上设置第三电极(33)。所述介质层(4)由绝缘材料制成。所述第一电极(31)、第二电极(32)为能与波导层形成欧姆接触的金属。所述第三电极(33)为能与透明导电氧化物层形成欧姆接触的金属。所述基底层(1)为氧化硅，所述波导层(2)为硅，所述脊型波导的平板厚度为30nm，脊型区高度为195nm，脊型区宽度为270nm。所述介质层(4)为氧化铪，厚度为5nm。所述第一电极(31)、第二电极(32)、第三电极(33)均为铝电极。本专利技术的电光调制器的工作原理为：透明导电氧化物与介质表面的载流子浓度随着波导层与透明导电氧化物层间的偏置电压的变化而动态变化，从而导致透明导电氧化物的相对介电常数动态变化。当透明导电氧化物的相对介电常数变化到零附近时，由于边界条件的限制，将对垂直于透明导电氧化物和介质分界面的场有较强的作用，通过合理的设置结构参数可以实现TE模和TM模损耗的动态一致变化。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，所述脊型波导(2)的平板厚度tslab为30nm，脊型区高度h为195nm，脊型区宽度w为270nm。所述脊型凸起区覆盖介质层(4)为氧化铪，厚度td为5nm；所述波导区两侧上表面设置第一电极(31)，第二电极(32)为铝，所述透明导电氧化物上设置的第三电极(33)为铝。所述第一电极(31)与第三电极(33)的电压差为V，所述第二电极(32)与第三电极(33)的电压差为V。图2是本专利技术实施例的波导层与透明导电氧化物层的电压差为V时，TE模和TM模损耗曲线和偏振相关损耗的曲线。由模式损耗曲线可以看出，TE模和TM损耗随调制电压的变化情况基本一致。为进一步研究TE模与TM模损耗之间的差异，图2中给出了偏振相关损耗(最大输出功率与最小输出功率的比值)的曲线图，可以看出，偏振相关损耗基本可以维持在±0.0025dB/μm之间，在门限电压3V左右偏振相关损耗有所增大，但仍未超过0.015dB/μm。模式损耗曲线与偏振相关损耗曲线可以证明本专利技术的调制器可以实现TE模和TM模偏振不敏感的强度调制。尽管前面公开的内容示出了本专利技术的示例性实施例，但应注意，在不背离权利要求限定的本专利技术的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。所述实施例及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述专利技术人的专利技术验证过程，并非用以限制本专利技术的专利保护范围。本实例中采用的SOI材料，目的是标准的COMS制作工艺兼容，还可以应用到其他材料。因此，本专利技术的保护范围应当由所附的权利要求书本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光强度调制器，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区覆盖介质层；所述波导层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；所述介质层上覆盖透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层上设置第三电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光强度调制器，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区覆盖介质层；所述波导层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；所述介质层上覆盖透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层上设置第三电极。2.如权利要求1所述的电光强度调制器，其特征在于，所述介质层由绝缘材料制成。3.如权利要求1所述的电光强度调制器，其特征在于，所述第一电极、第二电极为能与所述波导层形成...

【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