一种提高电光调制器带宽的电极结构制造技术

本发明专利技术涉及一种提高电光调制器带宽的电极结构，属于铌酸锂电光调制技术领域。为了解决电光调制器的相速失配问题，本发明专利技术在调制器芯片行波电极底部设计了一个镂空结构，可以不填充材料，也可以填充二氧化硅等低介电常数材料，经过计算能够有效降低微波等效折射率，大幅增大电光调制器的器件带宽，为提高铌酸锂电光调制器带宽提供了新的方法。

An Electrode Structure for Enhancing the Bandwidth of Electro-optic Modulator

【技术实现步骤摘要】
一种提高电光调制器带宽的电极结构
本专利技术涉及一种提高电光调制器带宽的电极结构，属于铌酸锂电光调制

技术介绍
高带宽铌酸锂强度调制器采用的是共面波导行波电极结构。行波电极等效于传输线结构，以电极作为共面传输线，让光波与微波沿电极的同一方向传播，电场分量对光产生调制作用。当光波和微波信号的相速相同时，可以得到极大的调制带宽；但是由于铌酸锂材料自身的高介电常数，导致微波在其中的折射率要比光波大得多。例如，1550nm波长下，微波在铌酸锂中的折射率为4.225，光波折射率为2.138，微波折射率约为光波的两倍，这造成了两者速度不匹配。达到速度匹配的一个可行办法是在电极周围放置低介电常数材料，让微波泄漏到这些区域来减小微波的有效折射率。为了实现微波速度匹配已经提出了很多方法，采用在共面波导上加厚电极、厚缓冲层的方法切实有效，很早就得到了广泛应用，然而在对带宽等综合性能提出了更高要求的今天，显现出了一定的局限性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种将行波电极镂空的结构，来降低微波有效折射率，缓解速度不匹配本专利技术所采用的技术方案是：一种提高电光调制器带宽的电极结构，在铌酸锂衬底上制作光波导及调制光波导中光相位的共面波导结构的行波电极，行波电极包括信号电极和地电极，信号电极和地电极为平行的条状，所述的光波导位于铌酸锂衬底上表面内部；在铌酸锂衬底上表面设置缓冲层，所述的行波电极位于缓冲层上表面，并且将所述信号电极底部沿中心线走向做贯通的条状镂空。所述的铌酸锂衬底为x切铌酸锂。所述缓冲层为二氧化硅材料。所述条状镂空的截面形状为矩形。所述条状镂空填充低介电常数材料或不填充。所述的光波导为马赫曾德尔干涉光路，所述的行波电极的信号电极位于中间，其地电极位于信号电极的两侧，所述马赫曾德尔光路的两臂位于行波电极的信号电极和地电极之间。所述的行波电极的信号电极和地电极采用金属条。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在调制器芯片行波电极底部设计了一个贯通的条状镂空，能够有效降低微波等效折射率，缓解速度失配，大幅增大调制器件带宽。附图说明图1为本专利技术一种提高电光调制器带宽的电极结构的一个实施例的示意图；图2是图1所示实施例的截面及尺寸示意图；图3是本专利技术的调制器电极镂空结构与传统电极结构的频率响应曲线对比图。图中，1、铌酸锂衬底，2、行波电极，3、缓冲层，4、条状镂空，5、光波导。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一个实施例做作详细说明。如图1和图2所示，该方案结构包括铌酸锂衬底1、行波电极2、缓冲层3、条状镂空4和光波导5；所述的光波导5为马赫增德尔干涉光路，位于铌酸锂衬底1上表面的内部；所述的缓冲层3为二氧化硅材料，位于铌酸锂衬底1上表面；所述的条状镂空4位于行波电极2信号电极的底部正中心，贯通信号电极，为矩形柱，并填充材料为二氧化硅和不填充；所述的行波电极2位于缓冲层3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；所述的光波导5马赫增德尔干涉光路的两臂位于行波电极2之间；共面波导行波电极2的厚度为15微米，信号电极宽度为8微米，电极间距为15微米，电极倾角为87°，缓冲层3厚度为1微米，矩形镂空的尺寸为宽4微米、高0.5微米，电极长度为2.3厘米。微波在共面波导行波电极2上传输时，会经过条状镂空区域4，由于二氧化硅或空气的介电常数小于微波在铌酸锂中的折射率4.225，综合作用下，使得整个微波传输的有效折射率降低。图3是本专利技术的铌酸锂芯片频率响应函数与传统结构对比图，计算的结构参数如上所述。频率响应函数为：α为传输线电极衰减系数，单位为Np/m，L为传输线电极长度，neff为微波等效折射率，no为光波折射率。图3中，三条线分别代表传统结构、镂空结构填充二氧化硅和无填充的频率响应曲线，当时，可得到传统结构、填充结构和无填充结构的3dB器件带宽分别为27GHz、39.5GHz和45GHz，相比传统结构，镂空电极结构带宽分别提高了12.5GHz和18GHz。射频信号频率为10GHz时，微波等效折射率分别从2.27降到了2.22和2.16。上述实施案例中，镂空结构可以在工艺允许范围内随意改变尺寸和填充材料，视实际需要而定。本专利技术在调制器行波电极信号电极底部设计镂空结构，能够有效降低微波等效折射率，大幅增大器件带宽。以上所述的实施案例只是本专利技术较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本专利技术技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高电光调制器带宽的电极结构，在铌酸锂衬底(1)上制作光波导(5)及调制光波导(5)中光相位的共面波导结构的行波电极(2)，行波电极(2)包括信号电极和地电极，信号电极和地电极为平行的条状，其特征在于：所述的光波导(5)位于铌酸锂衬底(1)上表面内部；在铌酸锂衬底(1)上表面设置缓冲层(3)，所述的行波电极(2)位于缓冲层(3)上表面，并且将所述信号电极底部沿中心线走向做贯通的条状镂空(4)。

【技术特征摘要】
1.一种提高电光调制器带宽的电极结构，在铌酸锂衬底(1)上制作光波导(5)及调制光波导(5)中光相位的共面波导结构的行波电极(2)，行波电极(2)包括信号电极和地电极，信号电极和地电极为平行的条状，其特征在于：所述的光波导(5)位于铌酸锂衬底(1)上表面内部；在铌酸锂衬底(1)上表面设置缓冲层(3)，所述的行波电极(2)位于缓冲层(3)上表面，并且将所述信号电极底部沿中心线走向做贯通的条状镂空(4)。2.根据权利要求1所述的一种提高电光调制器带宽的电极结构，其特征在于：所述的铌酸锂衬底(1)为x切铌酸锂。3.根据权利要求1或2所述的一种提高电光调制器带宽的电极结构，其特征在于：所述缓冲层(3)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨登才，陈雨康，向美华，王云新，刘萍萍，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11