一种铌酸锂薄膜电光调制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种铌酸锂薄膜电光调制器，包括：铌酸锂薄膜芯片、高数值孔径光纤、光纤套管，所述高数值孔径光纤放置于所述光纤套管中，所述高数值孔径光纤的光纤纤芯和所述铌酸锂薄膜芯片的光波导精密对准，所述铌酸锂薄膜芯片的端面和所述光纤套管的端面相连接。与采用普通单模光纤进行耦合粘接的铌酸锂薄膜电光调制器相比，本发明专利技术提出的采用高数值孔径光纤的耦合粘接方法具有更好的光波模场匹配程度，可以获得光纤耦合损耗更低、光学插入损耗更低的铌酸锂薄膜电光调制器。

【技术实现步骤摘要】
一种铌酸锂薄膜电光调制器
本技术可应用于光纤通信、微波光子学、量子保密通信
，尤其涉及一种铌酸锂薄膜电光调制器。
技术介绍
基于铌酸锂晶体的低损耗光波导和线性电光效应等优异物理性质的电光调制器、偏振控制器等光器件在光纤传感、光纤通信、微波光纤链路、微波光子雷达、量子保密通信等领域有着十分广泛的应用。近年来，随着大尺寸、低损耗的铌酸锂薄膜晶圆的制备技术的成熟，基于铌酸锂薄膜材料的各种光电器件，体现出了明显优于铌酸锂块状体材料的性能，如光波导弯曲半径更小、光调制驱动电压更低、调制速率更高等，可以制作出体积更小、功耗更低、集成度更高、调制带宽更高的新型铌酸锂光电器件。现有铌酸锂电光调制器常使用保偏或非保偏的普通单模光纤作为光信号的输入端口和输出端口。光纤纤芯的数值孔径一般在0.1～0.15，光纤的纤芯直径一般在8.5±0.5μm，因此在1550nm波长的光波模场直径约为10.0±0.5μm。因此，在现有铌酸锂电光调制器中，为实现低耦合损耗，传输于铌酸锂光波导模式的模场直径一般在8～10μm。然而，形成于铌酸锂薄膜中的光波导的结构尺寸一般在1μm～5μm量级甚至亚μm量级。使用smart-cut工艺制作的铌酸锂薄膜的厚度甚至可达到数百nm的量级，使用精密减薄抛光工艺制作的铌酸锂薄膜的厚度一般在1～20μm量级。因此，铌酸锂薄膜光波导模式的模场直径一般在数μm甚至小于1μm。由此可见，当铌酸锂薄膜光波导与模场直径为10±0.5μm的普通单模光纤进行耦合粘接时，两种光波模式分布的巨大差异必然会导致铌酸锂薄膜电光调制器存在着极大的耦合损耗，无法满足工程领域中的实际应用。例如，在基于微波光子技术的光纤链路系统中，光调制器的插入损耗直接影响着系统的链路增益，因而高性能的微波光子链路系统往往需要低光学插入损耗的光调制器。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种铌酸锂薄膜电光调制器，采用光纤纤芯数值孔径在0.15～0.6、纤芯直径在1.0μm～7.0μm的高数值孔径光纤作为器件的输入光纤和输出光纤，并与铌酸锂薄膜光波导进行耦合粘接。高数值孔径光纤的光波模式分布与铌酸锂薄膜光波导的模式分布之间的匹配程度更好，因而电光调制器可以获得更低的耦合损耗和光学插入损耗。为实现本技术的目的，本技术提供了一种铌酸锂薄膜电光调制器，包括：铌酸锂薄膜芯片、高数值孔径光纤、光纤套管，所述高数值孔径光纤放置于所述光纤套管中，所述高数值孔径光纤的光纤纤芯和所述铌酸锂薄膜芯片的光波导精密对准，所述铌酸锂薄膜芯片的端面和所述光纤套管的端面相耦合粘接连接。其中，所述高数值孔径光纤放置于所述光纤套管的沟槽或圆孔中，沟槽或圆孔与光纤之间的空隙中填充紫外胶水固化，所述铌酸锂薄膜芯片的端面和所述光纤套管的端面之间填充紫外胶水进行耦合粘接连接。其中，所述高数值孔径光纤为纤芯数值孔径在0.15至0.6、纤芯直径在1.0μm～7.0μm的保偏单模光纤或非保偏单模光纤。其中，所述高数值孔径光纤的纤芯数值孔径在0.3至0.5。其中，所述光纤套管采用铌酸锂、钽酸锂、石英、玻璃、硅晶体材料中的其中一种。所述光纤套管可以是表面预先制作有V形、方形、半圆形等形状沟槽的方形或长方形晶体，也可是在圆心处形成有圆孔的圆形或D形晶体。所述高数值孔径光纤放置于所述光纤套管的沟槽或圆孔中，沟槽或圆孔与光纤之间的空隙中填充满紫外胶水并固化完全。其中，为获得光纤和铌酸锂薄膜光波导之间最佳的耦合效率并降低光器件的背向反射，所述铌酸锂薄膜芯片和所述光纤套管的抛光角度适用下述中的任一种：第一种：所述铌酸锂薄膜芯片为75°～90°的角度，所述光纤套管相应地抛光成70°～90°的角度；第二种：所述铌酸锂薄膜芯片抛光为90°～105°的角度，所述光纤套管相应地抛光成90°～110°的角度。其中，所述铌酸锂薄膜芯片和所述光纤套管的抛光角度适用下述中的任一种：第一种：所述铌酸锂薄膜芯片的抛光角度为84.5°±1°，所述光纤套管相应的抛光角度为82°±1°；第二种：所述铌酸锂薄膜芯片的抛光角度为95.5°±1°，所述光纤套管相应的抛光角度为98°±1°。所述光纤套管通过六维精密光纤调节架的微调，将光纤纤芯和所述光波导精密对准后，将所述铌酸锂薄膜芯片的端面和所述光纤套管的端面之间的空隙填充满紫外固化胶水，并采用紫外光曝光固化充分以保证两个端面之间的粘接强度达到最佳。其中，所述铌酸锂薄膜芯片包括：基底晶片、铌酸锂薄膜基板、光波导、金属电极、缓冲层薄膜；所述基底晶片可以采用铌酸锂、钽酸锂、石英、硅等晶体材料，未特别限定。所述基底晶片的厚度在0.2mm～2mm。优选的，所述基底晶片的厚度为1mm，以保证与光纤套管之间足够的粘接面积和粘接强度。所述铌酸锂薄膜基板放置在所述基底晶片上，为具有单晶质量的光学级铌酸锂材料，晶体切向为X切，厚度在0.1μm～30μm。优选的，所述铌酸锂薄膜基板的厚度在0.3μm～5μm。所述铌酸锂薄膜基板与所述基底晶片之间的结合方式，可以是两种材料之间的直接键合，也可以通过粘接剂或氧化物薄膜作为键合过渡层或键合加强层以实现键合。所述光波导形成于所述铌酸锂薄膜基板中，且为马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪状的波导结构。所述光波导的形成方法可以是钛扩散、锌扩散、氧化锌扩散、质子交换、退火质子交换、脊型波导干法刻蚀、脊型波导湿法腐蚀等，也可以通过在铌酸锂薄膜表面通过制作非金属薄膜以形成等效的脊型波导结构。优选的，所述光波导为采用干法刻蚀技术形成的脊型波导。刻蚀形成的脊型波导的顶部宽度不大于所述铌酸锂薄膜基板厚度的3倍。其中，所述缓冲层薄膜放置于所述铌酸锂薄膜基板的上表面，厚度在0.1μm～2μm，用于隔离位于光波导正上方的金属电极以避免金属对光波导中的光能量的吸收。所述缓冲层薄膜可以采用氧化硅、氧化铝、氧化镁等非金属材料的其中一种。其中，所述光波导的输入端口和输出端口具有如下位置设置：第一位置设置，分别位于铌酸锂薄膜基板的左侧和右侧；第二位置设置，作为光波导的输入端口和输出端口分别放置于铌酸锂薄膜基板的底侧。其中，当为第一位置设置时，金属电极包括：调制区电极、90°弯曲电极、锥形过渡电极、电极焊盘，其中，调制区电极用于通过铌酸锂晶体的线性电光效应对传输于光波导中的光波进行相位调制，金属电极的上述各组成部分均由2支接地电极与1支信号电极组成的G-S-G共面波导结构，即信号电极居中放置，两支接地电极分置于信号电极的左右两侧，调制区电极中的信号电极放置于马赫-曾德尔干涉仪光波导的双臂中间的上方，两支接地电极分别放置于信号电极的两侧并相对于双臂对称地放置；在所述调制区电极中，信号电极的宽度W在3μm～100μm，信号电极与接地电极之间的间距G在3μm～30μm。构成所述金属电极的金属薄膜材料可以选择钛-金双层金属、铬-金双层金属、钛-铂-金多层金属等任一种形式，钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，包括：铌酸锂薄膜芯片、高数值孔径光纤、光纤套管，/n所述高数值孔径光纤放置于所述光纤套管中，所述高数值孔径光纤的光纤纤芯和所述铌酸锂薄膜芯片的光波导精密对准，所述铌酸锂薄膜芯片的端面和所述光纤套管的端面相耦合粘接连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，包括：铌酸锂薄膜芯片、高数值孔径光纤、光纤套管，
所述高数值孔径光纤放置于所述光纤套管中，所述高数值孔径光纤的光纤纤芯和所述铌酸锂薄膜芯片的光波导精密对准，所述铌酸锂薄膜芯片的端面和所述光纤套管的端面相耦合粘接连接。


2.根据权利要求1所述的一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，
所述高数值孔径光纤放置于所述光纤套管的沟槽或圆孔中，沟槽或圆孔与光纤之间的空隙中填充紫外胶水固化，所述铌酸锂薄膜芯片的端面和所述光纤套管的端面之间填充紫外胶水进行耦合粘接连接。


3.根据权利要求1所述的一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述高数值孔径光纤为纤芯数值孔径在0.15至0.6、纤芯直径在1.0μm～7.0μm的保偏单模光纤或非保偏单模光纤。


4.根据权利要求3所述的一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述高数值孔径光纤的纤芯数值孔径在0.3至0.5。


5.根据权利要求1所述的一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述光纤套管采用铌酸锂、钽酸锂、石英、玻璃、硅晶体材料中的其中一种。


6.根据权利要求1所述的一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述铌酸锂薄膜芯片和所述光纤套管的抛光角度适用下述中的任一种：
第一种：所述铌酸锂薄膜芯片为75°～90°的角度，所述光纤套管相应地抛光成70°～90°的角度；
第二种：所述铌酸锂薄膜芯片抛光为90°～105°的角度，所述光纤套管相应地抛光成90°～110°的角度。


7.根据权利要求6所述的一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述铌酸锂薄膜芯片和所述光纤套管的抛光角度适用下述中的任一种：
第一种：所述铌酸锂薄膜芯片的抛光角度为84.5°±1°，所述光纤套管相应的抛光角度为82°±1°；
第二种：所述铌酸锂薄膜芯片的抛光角度为95.5°±1°，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，
申请(专利权)人：天津领芯科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12