一种铌酸锂电光调制器芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种铌酸锂电光调制器芯片，特别涉及一种低直流漂移铌酸锂电光调制器芯片，属于铌酸锂电光调制器技术领域。本发明专利技术将直流偏置电极区域的二氧化硅层去除，将直流偏置电极直接制备在铌酸锂晶体表面。同时，保留了行波电极下的二氧化硅层，不会影响光波与微波的速度匹配。即保证了调制器的高频性能，又降低了调制器的直流漂移。

A lithium niobate electrooptic modulator chip

The invention relates to a lithium niobate electro-optic modulator chip, in particular to a low DC drift lithium niobate electro-optic modulator chip, belonging to the technical field of lithium niobate electro-optic modulator. The invention removes the silica layer in the area of the DC bias electrode and directly prepares the DC bias electrode on the surface of the lithium niobate crystal. At the same time, the silicon dioxide layer under the traveling wave electrode is retained, which does not affect the speed matching between the light wave and the microwave. That is, the high frequency performance of the modulator is guaranteed, and the DC drift of the modulator is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种铌酸锂电光调制器芯片
本专利技术涉及一种铌酸锂电光调制器芯片，特别涉及一种低直流漂移铌酸锂电光调制器芯片，属于铌酸锂电光调制器
，所述的低直流漂移是指本专利技术中所涉及的铌酸锂电光调制器中的直流漂移较现有技术中的铌酸锂电光调制器中的直流漂移有所降低。
技术介绍
以铌酸锂材料为基础的集成光学器件，例如集成光学电光调制器、光开关、电场传感器以及磁场传感器等器件的研究引起了许多研究者的关注。高速铌酸锂电光调制器具有光谱工作范围宽、驱动电压低、插入损耗小、消光比高、啁啾可以为零或可调、可靠性高和易于大规模生产等优点,成为目前应用于微波光子学、高速长距离光通信等领域的主流调制器。铌酸锂电光调制器中，主要有两处电极，行波电极和直流偏置电极。其中调制器行波电极采用共面波导(CPW)传输线结构，中间为信号电极，两边为地电极。微波传输方向与光波传输方向相同，在光电互作用区域的两个波导分支上产生大小相等，方向相反的电场，从而对两路光波产生调制作用。由于铌酸锂晶体的电光效应，两路光波会产生大小相等，符号相反的相位差。当两路光波发生干涉时，微波信号就可以加载到光波上。直流偏置电极，主要作用是调节器件的偏置工作点，即施加合适的偏置相位给器件使其正常工作，例如当铌酸锂波导强度调制器被运用到模拟射频传输系统中的时候，马赫-泽德干涉仪必须工作在线性工作点(即偏置相位为π/2)附近，此时器件线性响应最佳；应用于光纤通信系统中的铌酸锂外调制器也同样需要一个稳定的偏置相位，这样光传输系统的误码率能够得到有效的降低；当铌酸锂调制器被应用到光开关领域时，这样的光开光器件同样需要将器件偏置在合适的工作点处，这样能够使光开光的透光率灵活地在最大最小值之间来回转换，而此时器件对应的分别是固定的“0”和“π”工作点，这样有利于提高器件的消光比；另外，铌酸锂器件在实际的工程应用当中，一些内外界因素例如温度、外电场、应力等等以及器件本身的缺陷都会对铌酸锂集成光学器件的调制相位的稳定性产生非常大的影响，从而使器件的偏置工作点发生漂移，工作点幅度漂移大小有时较小有时非常大，漂移频率大小也有时较小有时较大。造成铌酸锂器件直流漂移的主要因素之一是铌酸锂芯片上的二氧化硅层，二氧化硅层在铌酸锂波导调制器中有两方面的作用。一是由于在芯片结构中不可避免地会存在电极跨过波导表面的情形，这将导致导模的光散射和金属对光波的吸收，增大了波导的损耗，同时对波导的模场分布也会产生影响。在多波导的器件结构中，如在强度调制器中,如果电极不对称跨过两分支波导，会影响强度调制器的消光比；二是可以调节芯片结构的微波有效折射率,实现波导导模与调制信号传播速度的匹配，从而实现高速调制。这对高速铌酸锂电光调制器非常重要。但是，直流漂移现象的重要原因就是二氧化硅层中的可动电荷在外电场作用下的结果。在外加电压下，衬底、缓冲层等结构中的可动电荷如H+、K+、Na+等碱金属离子,会形成一个与外场方向相反的空间电荷场。该空间电荷场的存在降低了外电压作用在波导上的有效电场。二氧化硅缓冲层中OH、氧缺陷以及碱金属离子等杂质，对器件的直流漂移有很大的影响。高速铌酸锂电光调制器为了实现高速性能，解决速度失配问题，往往采用较厚的二氧化硅层。直流漂移问题更加严重。现有的铌酸锂电光调制器结构如图1所示，其中1为铌酸锂衬底、2为波导、3为行波电极、4为直流偏置电极、5为二氧化硅层。二氧化硅层5位于调制器芯片表面直流偏置电极4之下，如图2所示。调制器芯片1上设置有2个电极，分别是行波电极3和直流偏置电极4，微波调制与直流调制分别在行波电极3和直流偏置电极4上进行。微波信号输入到行波电极上后，沿着行波电极传播，完成微波对光波的调制作用。为了解决微波和光波的速度失配问题，调制器芯片上有一层二氧化硅层5，二氧化硅层的厚度较厚，一般在1微米左右。直流偏置电压加载在直流偏置电极4上，控制调制器的偏置工作点。二氧化硅层5会导致较严重的直流漂移问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种低直流漂移铌酸锂电光调制器芯片，在保证铌酸锂电光调制器微波与光波速度匹配，保证调制器高频性能的同时，降低了直流漂移问题。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种铌酸锂电光调制器芯片，该芯片包括铌酸锂衬底、波导、行波电极、直流偏置电极和二氧化硅缓冲层；所述的铌酸锂衬底的上表面生长有一层二氧化硅缓冲层；所述的波导位于铌酸锂衬底上表面的内部；所述的行波电极位于二氧化硅缓冲层的上表面；所述的波导位于行波电极之间；所述的行波电极右侧的二氧化硅缓冲层上开有窗口，在窗口的位置处、铌酸锂衬底的上表面加工直流偏置电极。所述的波导为马赫-泽德干涉光路，位于铌酸锂衬底上表面的内部。所述的波导马赫-泽德干涉光路的两臂位于行波电极之间。所述的行波电极为共面波导结构。所述的行波电极由个金属条构成，中心的金属条为信号电极，两侧的金属条为地电极。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：本专利技术将直流偏置电极区域的二氧化硅层去除，将直流偏置电极直接制备在铌酸锂晶体表面。同时，保留了行波电极下的二氧化硅层，不会影响光波与微波的速度匹配。即保证了调制器的高频性能，又降低了调制器的直流漂移。附图说明图1是现有的铌酸锂电光调制器结构俯视图；图2是现有的铌酸锂电光调制器结构剖面图；图3是本专利技术的铌酸锂电光调制器芯片结构俯视示意图；图4是本专利技术的铌酸锂电光调制器芯片结构剖面示意图。具体实施方式一种低直流漂移铌酸锂电光调制器芯片，该芯片包括铌酸锂衬底1、波导2、行波电极3、直流偏置电极4和二氧化硅缓冲层5；所述的铌酸锂衬底1的上表面生长有一层二氧化硅缓冲层5；所述的波导2位于铌酸锂衬底1上表面的内部；所述的行波电极3位于二氧化硅缓冲层5的上表面；所述的波导2位于行波电极3之间；所述的波导2为马赫-泽德干涉光路，位于铌酸锂衬底1上表面的内部；所述的行波电极3位于二氧化硅缓冲层5上表面，为共面波导结构，由3个金属条构成，中心的金属条为信号电极，两侧的金属条为地电极；所述的波导2马赫-泽德干涉光路的两臂位于行波电极3之间；所述的行波电极3右侧的二氧化硅缓冲层5上开有窗口6，在窗口6的位置处、铌酸锂衬底1的上表面加工直流偏置电极4。工作过程：光波从铌酸锂衬底1左端输入，进入波导2，经过整个波导2的马赫-泽德干涉光路后，从铌酸锂衬底1右端输出。行波电极3设置于波导2之间，中间为信号电极，上下两端为地电极。直流偏置电压加载到直流偏置电极4上，对光波进行直流工作点的调控。一种低直流漂移铌酸锂电光调制器芯片，包括：包括铌酸锂衬底1、波导2、行波电极3、直流偏置电极4和二氧化硅缓冲层5；所述的铌酸锂衬底1的上表面生长有一层二氧化硅缓冲层5；所述的波导2位于铌酸锂衬底1上表面的内部；所述的行波电极3位于二氧化硅缓冲层5的上表面；所述的波导2位于行波电极3之间；所述的波导2为马赫-泽德干涉光路，位于铌酸锂衬底1上表面的内部；所述的行波电极3位于二氧化硅缓冲层5上表面，为共面波导结构，由3个金属条构成，中心的金属条为信号电极，两侧的金属条为地电极；所述的波导2马赫-泽德干涉光路的两臂位于行波电极3之间；行波电极3右侧的二氧化硅缓冲层5上开有窗口6，在窗口6的位置处、铌酸锂衬底1的上表面加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铌酸锂电光调制器芯片，其特征在于：该芯片包括铌酸锂衬底(1)、波导(2)、行波电极(3)、直流偏置电极(4)和二氧化硅缓冲层(5)；所述的铌酸锂衬底(1)的上表面生长有一层二氧化硅缓冲层(5)；所述的波导(2)位于铌酸锂衬底(1)上表面的内部；所述的行波电极(3)位于二氧化硅缓冲层(5)的上表面；所述的波导(2)位于行波电极(3)之间；所述的行波电极(3)右侧的二氧化硅缓冲层(5)上开有窗口(6)，在窗口(6)的位置处、铌酸锂衬底(1)的上表面加工直流偏置电极(4)。

【技术特征摘要】
1.一种铌酸锂电光调制器芯片，其特征在于：该芯片包括铌酸锂衬底(1)、波导(2)、行波电极(3)、直流偏置电极(4)和二氧化硅缓冲层(5)；所述的铌酸锂衬底(1)的上表面生长有一层二氧化硅缓冲层(5)；所述的波导(2)位于铌酸锂衬底(1)上表面的内部；所述的行波电极(3)位于二氧化硅缓冲层(5)的上表面；所述的波导(2)位于行波电极(3)之间；所述的行波电极(3)右侧的二氧化硅缓冲层(5)上开有窗口(6)，在窗口(6)的位置处、铌酸锂衬底(1)的上表面加工直流偏置电极(4)。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建伟，夏君磊，郑国康，刘瑞丹，乔建坤，宁智超，徐玉亮，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11