具有相对于调制电极横向移位的导电平面的高频光学调制器制造技术

描述了一种光学调制器，该光学调制器具有Mach‑Zehnder干涉仪和与Mach‑Zehnder干涉仪连接的一对RF电极，其中，Mach‑Zehnder干涉仪包括由半导体材料形成的光波导。光学调制器还包括接地平面，该接地平面与传输线电极在不同的平面中隔开，该传输线电极由与Mach‑Zehnder干涉仪连接的一对RF电极的组合形成。接地平面可以与子基座相关联，其中包括Mach‑Zehnder干涉仪和一对RF电极在内的光学芯片安装在子基座上，其中两个半导体光波导朝向子基座取向。描述了形成调制器的方法。

A high frequency optical modulator with a conducting plane transversely shifted relative to the modulation electrode

An optical modulator is described. The optical modulator has a Mach \u2011 Zehnder interferometer and a pair of RF electrodes connected with the Mach \u2011 Zehnder interferometer. The Mach \u2011 Zehnder interferometer includes an optical waveguide formed of semiconductor materials. The optical modulator also includes a ground plane, which is separated from the transmission line electrode in different planes. The transmission line electrode is formed by a pair of RF electrodes connected with the Mach \u2011 Zehnder interferometer. The ground plane can be associated with the sub base, wherein the optical chip including Mach \u2011 Zehnder interferometer and a pair of RF electrodes are installed on the sub base, and two semiconductor optical waveguides are oriented towards the sub base. The method of forming modulator is described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有相对于调制电极横向移位的导电平面的高频光学调制器相关申请的交叉引用本申请要求Chen等人于2017年3月17日提交的题为“HighFrequencyOpticalModulatorWithLaterallyDisplacedConductionPlaneRelativetoModulatingElectrodes”的美国专利申请15/462,099的优先权，该专利申请要求Chen等人于3017年3月3日提交的题为“HighFrequencyOpticalModulatorWithLaterallyDisplacedConductionPlaneRelativetoModulatingElectrodes”的美国临时专利申请62/466,694的优先权，二者通过引用合并于此。
本专利技术涉及可以在光通信中用于各种信息传递的光学调制器。光学调制器可以用于高带宽RF调制，其利用与半导体光波导耦合的RF传输线来传送。
技术介绍
结合了Mach-Zehnder干涉仪结构的光学调制器可以用于对光学信号(例如来自激光源的光)施加RF调制。RF调制可以对光信号内的信息进行编码，以通过光通信网络传输到远程位置。编码信息可以包括例如数据信号、语音信号、视频信号和/或其他通信信息。Mach-Zehnder干涉仪结构将光信号分成两个臂，两个臂在重新组合时会产生干涉。使用RF传输线经由电磁RF信号改变光波导的折射率将RF信号叠加到光信号上。随着RF信号的频率增加以适应光信号中的更高带宽，RF信号到光信号的调制中的高保真传输变得更具有挑战性。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术涉及一种光学调制器，包括子基座、被设计为承载RF信号的导电路径；以及光学芯片，该光学芯片包括基板和两个半导体光波导，沿着光波导表面的至少一部分具有导电元件。在一些实施例中，光学芯片被附接到子基座，其中光学芯片基板被定向为背离子基座取向，并且两个半导体光波导朝向子基座取向。子基座可以包括自光学芯片的导电RF电极偏移的导电平面。通常，光学芯片还包括两个导电RF电极和附加导电元件，两个导电RF电极分别与对应的光波导相邻，附加导电元件将导电RF电极中的一个沿对应的半导体波导的表面连接到对应的导电元件，并且导电路径电连接到光学芯片的导电RF电极。在另一方面，本专利技术涉及一种光学调制器，包括Mach-Zehnder干涉仪和与Mach-Zehnder干涉仪连接的一对RF电极，所述Mach-Zehnder干涉仪包括光分束器、两个光波导臂和光合束器，光分束器连接到光输入波导，两个光波导臂光连接到光分束器，光合束器光连接到两个光波导和输出波导。光波导可以包括半导体光学材料，并且电触点可以位于光波导臂表面的部分上。一对RF电极中的每一个包括传输线电极，传输线电极通过附加电极连接到相应光波导上的电触点。在一些实施例中，接地平面与传输线电极在不同的平面中间隔开。光学调制器可以用于调制光电信信号的方法中，其中，方法包括：使在Mach-Zehnder干涉仪的两个光波导之间分束的激光曝光以分离沿RF传输线传输的RF电场；以及将来自两个光波导的光重新结合以形成经调制的光信号。此外，该方法还可以包括具有四个Mach-Zehnder干涉仪的光学调制器的实施例，向每个单独的Mach-Zehnder干涉仪传送单独的RF电场；以及通过在正交相位状态和偏振状态下组合所得的光信号来复用光信号。在另一方面，本专利技术涉及一种形成光学调制器的方法，其中该方法包括：将倒置光学芯片结合到子基座。倒置的光学芯片可以包括具有光波导的Mach-Zehnder干涉仪和与Mach-Zehnder干涉仪的不同臂相关联的两个RF电极。子基座可以包括电触点，该电触点与沿波导结构的相邻表面的电接触点对准。子基座可以包括与子基座的安装表面间隔开的接地平面。附图说明图1是本申请的光学调制器的示意性透视图，其中光学芯片与子基座连接。图2是图1的光学芯片和子基座的示意性透视图，其中光学芯片与子基座断连并且被倒置以示出与子基座连接的光学芯片的表面。图3是图2的光学芯片的一部分的局部放大图。图4是在线4处截取的图1和图2的调制器的截面侧视图。图5是在线5处截取的图1和图2的调制器的示出了桥接电极的截面侧视图。图6是具有子基座的备选实施例的沿与图4的相同视图的调制器的截面侧视图。图7是具有图6所示的子基座的备选实施例的沿与图5的相同视图的调制器的截面侧视图。图8是用于本申请的调制器的成对的代表性半导体光波导的截面侧视图，半导体光波导在相应基板上，在光波导的顶表面上具有电连接。图9是光学芯片的局部透视图，其中光波导与传输线RF电极连接。图10是图9中的结构的一部分的放大图。图11是图10中的结构的一部分的进一步放大图，其中示出了电触点与光波导连接。图12是本申请的调制器的示意性俯视图，其中光学芯片的基板是不可见的以示出光学芯片与子基座之间的界面。图13是具有与RF微带发射器连接的4个Mach-Zehnder波导的光学调制器的局部示意图。图14是图13的光学调制器的示意图，其中光学芯片的一部分被移除以示出底层结构。图15是本申请的与光发射器的其他组件连接的光学调制器的示意图。图16是双偏振正交相移键控调制器的示意图。图17是通过偏振器和偏振光耦合器的图16的X输出波导和Y输出波导的耦合的示意图。具体实施方式可以使用具有导电平面的安装结构或子基座以及带有用于Mach-Zehnder干涉仪的臂的光波导的光学芯片来形成具有期望高频性能的光学调制器，所述Mach-Zehnder干涉仪的臂可以与光波导上的RF电极放置在一起。导电平面提供了方便的电学接地平面，以支持RF行波，该行波调制通过光波导——通常是半导体波导，但可能是其他类型的电光波导——传输的相邻光信号。所得到的配置有效地将电场主要限制在该结构内，以提供与相邻结构的低串扰。通常，所得的安装结构形成RF传输线。将光学芯片直接安装到子基座上提供了方便的RF电极配置，该配置引入了与关联光学组件的整合一致的制造效率。具体地，可以使用球或凸块接合工艺来形成对准的导电元件之间的电连接，使得加热使与导电元件之一相关联的导电金属(例如金或银)的沉积物流动，以在很少或没有人工产生的连接的情况下形成导电结合。本文描述的调制器被设计为在扩展到大于40GHz的RF频率下提供适当的宽带信号调制，这些RF频率对于当前光通信系统以及未来预期的系统而言是理想的。在高RF频率下，可以适当地设计本文的RF电极配置，以使RF传输速度与通过半导体或其他电光波导的光传输的适当对准。可以使用光学调制器将调制引入连续波光传输中，以使用所需的数据信号对光传输进行编码。为了提供光传输的调制，将射频(RF)传输线放置在光波导附近。可以选择光信号的波长以合并到光通信网络中，例如使用1530nm至1565nm的C波段或1460nm至1530nm的S波段、或1565nm至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学调制器，包括：子基座、被设计为承载RF信号的导电路径、以及光学芯片，所述光学芯片包括基板和两个半导体光波导，沿着光波导表面的至少一部分具有导电元件，其中，所述光学芯片附接到所述子基座，其中光学芯片基板背离所述子基座取向并且所述两个半导体光波导朝向所述子基座取向，其中，所述子基座包括从所述光学芯片的导电RF电极偏移的导电平面，其中，所述光学芯片还包括两个导电RF电极和附加导电元件，所述两个导电RF电极分别与对应的光波导相邻，所述附加导电元件将所述导电RF电极中的一个导电RF电极沿对应的半导体波导的表面连接到对应的导电元件，并且其中所述导电路径电连接到所述光学芯片的导电RF电极。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170303 US 62/466,694;20170317 US 15/462,0991.一种光学调制器，包括：子基座、被设计为承载RF信号的导电路径、以及光学芯片，所述光学芯片包括基板和两个半导体光波导，沿着光波导表面的至少一部分具有导电元件，其中，所述光学芯片附接到所述子基座，其中光学芯片基板背离所述子基座取向并且所述两个半导体光波导朝向所述子基座取向，其中，所述子基座包括从所述光学芯片的导电RF电极偏移的导电平面，其中，所述光学芯片还包括两个导电RF电极和附加导电元件，所述两个导电RF电极分别与对应的光波导相邻，所述附加导电元件将所述导电RF电极中的一个导电RF电极沿对应的半导体波导的表面连接到对应的导电元件，并且其中所述导电路径电连接到所述光学芯片的导电RF电极。


2.根据权利要求1所述的光学调制器，其中，所述光学芯片还包括分别与所述半导体光波导的端部连接的两个光耦合器/分束器。


3.根据权利要求2所述的光学调制器，其中，一个光耦合器光连接到激光源，并且其中另一个光耦合器/分束器光连接到光纤。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学调制器，其中，所述导电路径位于所述子基座上，并且其中附加导电材料在所述导电RF电极与所述子基座上的导电路径之间形成电连接。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学调制器，其中，所述导电路径连接到RF源。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学调制器，还包括绝缘柱，在所述光学芯片和所述子基座上的位置之间，使所述光学调制器稳定。


7.一种光学调制器，包括Mach-Zehnder干涉仪和与所述Mach-Zehnder干涉仪接口连接的一对RF电极，所述Mach-Zehnder干涉仪包括光分束器、两个光波导臂和光合束器，所述光分束器连接到光输入波导，所述两个光波导臂光连接到所述光分束器，所述光合束器光连接到两个光波导和输出波导，其中，所述光波导包括半导体光学材料，电触点位于光波导臂表面的部分上，并且所述一对RF电极中的每一个包括传输线电极和接地平面，所述传输线电极通过附加电极连接到相应光波导上的电触点，并且所述接地平面在不同的平面中与所述传输线电极间隔开。


8.根据权利要求7所述的光学调制器，其中，所述半导体光波导各自包括固有的或不导电的半导体基层、相对于所述基层在所述固有的半导体层上方的掺杂的或导电的半导体层、相对于所述基层在所述第一掺杂的或导电的半导体层上方的第二固有的或不导电的半导体堆叠层、以及在所述第二固有的或不导电的半导体层上方的掺杂的或导电的半导体层，从而形成n-c-n-c结构，其中n表示不导电，并且c表示导电。


9.根据权利要求7或8所述的光学调制器，还包括子基座，并且其中所述半导体光波导的至少一部分被集成在与所述子基座组装的光学芯片上，并且其中所述子基座包括所述接地平面。


10.根据权利要求9所述的光学调制器，还包括导电引线结合球，在所述光学芯片和所述子基座上的位置之间，使所述光学调制器稳定。


11.根据权利要求7至10中任一项所述的光学调制器，还包括一个附加的Mach-Zehnder干涉仪和与所述附加的Mach-Zehnder干涉仪相关联的一对附加的RF电极，其中，所述附加的Mach-Zehnder干涉仪包括与光输入波导连接的光分束器、与所述光分束器光连接的两个光波导臂、以及与两个光波导和输出波导光连接的光合束器，每个Mach-Zehnder干涉仪的两个输入波导通过分束器连接到单个光输入，每个Mach-Zehnder干涉仪的两个输出波导通过合束器连接到单个光输出，其中所述光波导包括半...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈承坤，马克西姆·普瓦里耶，拉古拉姆·纳拉扬，米林德·戈卡莱，马塞尔·热拉尔·布德罗，
申请(专利权)人：新飞通光电公司，
类型：发明
国别省市：美国;US