一种基于铌酸锂波导的电光开关及其制作方法技术

本发明专利技术涉及电光调制，高速光通信技术领域，更具体地，涉及一种基于铌酸锂波导的电光开关及其制作方法。用于解决传统电光开关消光比大、开关频率低、带宽受限的问题。此种电光开关自上而下的结构为：渐变阵列电极、缓冲层和基底；所述渐变阵列电极为一组底边呈规律性变化的等腰三角形微结构阵列电极单元；所述基底为块状铌酸锂或者铌酸锂薄膜集成波导，所述铌酸锂薄膜集成波导为单晶铌酸锂与衬底的结合，所述块状铌酸锂或单晶铌酸锂内部包裹有质子交换铌酸锂波导；所述质子交换铌酸锂波导形成波导区，所述波导区呈Y字形，所述波导区包括输入端、渐变区和输出端，所述波导区之外的区域为非波导区。通过上述技术方案，以实现低损耗、稳定性强、驱动电压低、调制带宽大的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铌酸锂波导的电光开关及其制作方法
本专利技术涉及电光调制，高速光通信的
，更具体地，涉及一种基于铌酸锂波导的电光开关及其制作方法。
技术介绍
光开关可以实现光束在时间、空间、波长上的切换，是光通信、光计算机、光信息处理等光信息系统的关键器件，起着上下路信号和多路信号交叉互联的作用，影响着人们生活的方方面面。近些年来，通信系统的迅速发展对光网络的容量、速率、安全等性能方面提出了更高的要求。光开关可分为机械式和非机械式两大类。机械式光开关又可分为传统机械式光开关和微电子机械系统(MEMS)光开关，工作原理为通过驱动单元带动活动的光纤或者棱镜，在特定的指令要求下完成光学元器件的移动，使传输光路发生改变。非机械式光开关又可分为波导型光开关和全光开关，波导型光开关一般是基于材料的电光效应、声光效应、磁光效应、热光效应等来改变波导介质层的折射率分布，从而使传输光的传输方向发生改变，可实现入射光在两个至两个以上的输出端之间的切换。全光光开关主要是依据半导体材料中的光折射率的改变，通过控制光生载流子激发半导体材料，引起材料折射率的变化，传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铌酸锂波导的电光开关，其特征在于，此种电光开关自上而下的结构为：渐变阵列电极(100)、缓冲层(200)和基底；所述渐变阵列电极为一组底边呈规律性变化的等腰三角形微结构阵列电极单元；所述基底为块状铌酸锂(300)或者铌酸锂薄膜集成波导，所述铌酸锂薄膜集成波导为单晶铌酸锂(300)与衬底(400)的结合，所述块状铌酸锂(300)或单晶铌酸锂(300)内部包裹有质子交换铌酸锂波导；所述质子交换铌酸锂波导形成波导区，所述波导区呈Y字形，所述波导区包括输入端(3101)、渐变区(3102)和输出端(3103)，所述输出端(3103)为两个分支单模波导，所述分支单模波导相对于所述渐变区(31...

【技术特征摘要】
1.一种基于铌酸锂波导的电光开关，其特征在于，此种电光开关自上而下的结构为：渐变阵列电极(100)、缓冲层(200)和基底；所述渐变阵列电极为一组底边呈规律性变化的等腰三角形微结构阵列电极单元；所述基底为块状铌酸锂(300)或者铌酸锂薄膜集成波导，所述铌酸锂薄膜集成波导为单晶铌酸锂(300)与衬底(400)的结合，所述块状铌酸锂(300)或单晶铌酸锂(300)内部包裹有质子交换铌酸锂波导；所述质子交换铌酸锂波导形成波导区，所述波导区呈Y字形，所述波导区包括输入端(3101)、渐变区(3102)和输出端(3103)，所述输出端(3103)为两个分支单模波导，所述分支单模波导相对于所述渐变区(3102)中心对称，所述波导区之外的区域为非波导区。


2.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂波导的电光开关，其特征在于，所述一组底边呈规律性变化的等腰三角形微结构阵列电极单元(110)，具体为所述等腰三角形的底边排列在同一条直线上，且前一个等腰三角形与其后一个等腰三角形的底边之间无缝隙；所述等腰三角形的底边长度呈等差数列递增，等差数列的公差为最小等腰三角形的底边长度。


3.根据权利要求2所述的一种基于铌酸锂波导的电光开关，其特征在于，所述渐变区(3102)设置在渐变阵列电极(100)的正下方；所述渐变区(3102)的俯视图为等腰梯形，所述等腰梯形其中一腰对应等腰三角形的底边，另外一腰则对应所述等腰三角形底边所对应的顶点。


4.根据权利要求3所述的一种基于铌酸锂波导的电光开关，其特征在于，所述等腰三角形的高度由所述渐变区的宽度、渐变区的长度以及等腰三角形底边长度共同决定；所述渐变区的宽度，对应所述等腰梯形的上底和下底；所述渐变区的长度，对应等腰梯形的高。


5.根据权利要求4所述的一种基于铌酸锂波导的电光开关，其特征在于，所述等腰三角形的高度与所述渐变区(3102)的宽度、渐变区(3102)的长度、等腰三角形底边长度的关系为：记所述等腰梯形为等腰梯形OCBA，OCBA为等腰梯形的四个顶点；等腰梯形OCBA两条腰为OC和AB，以OC作为x轴，AB位于OC的上方，并以顶点O为原点，建立二维坐标系；线段OA长度为d1对应所述等腰梯形的上底长度,所在直线为L1；线段CB长度为d2对应所述等腰梯形的下底长度，所在直线为L2；线段OA与线段CB的距离为d3；线段OC与线段AB的长度对应所述等腰梯形的腰长,AB所在直线为L4，所述等腰三角形的底边在线段OC上，底边对应的顶点在AB上；
L1的直线方程为：y1＝k1*x，L2的直线斜率k2为：k2＝k1；
A点坐标记为(xA,yA)，计算得xA＝-|d1*costan-1k1|,yA＝k1*xA；
C点坐标记为(xc,0),计算得
B点坐标记为(xB,yB),计算得xB＝xc-|d2*costan-1k2|,yB＝|d2*sintan-1k2|；
L4所在直线方程为：
记所述等腰三角形底边中点对应的坐标依次为(X1,0)，(X2,0)，……(Xn,0)(n≥1)，X1对应初始等腰三角形的底边中点值，Xn的值为前n-1个等腰三角形的底边长度总和加上第n个等腰三角形底边长的一半；最后，将Xn代入L4所在直线方程，求得的y值即为相应等腰三角形的高。


6.一种基于铌酸锂波导的电光开关的制作方法，其特征在于，首先在铌酸锂(300)表面规划处波导区和的非波导区，所述波导区包括输入端(3101)、渐变区(3102)及输出端(3103)，所述波导区之外的区域为非波导区，所述铌酸锂(300)为块状铌酸锂或铌酸锂薄膜集成波导，所述铌酸锂薄膜集成波导为单晶铌酸锂和二氧化硅衬底的结合；在所述非波导区形成二氧化硅掩膜；再通过退火质子交换方法对所述块状铌酸锂或铌酸锂薄膜集成波导进行加工，在所述块状铌酸锂或铌酸锂薄膜集成波导上形成质子交换铌酸锂波导；然后在所述质子交换铌酸锂波导上覆盖一层二氧化硅层，所述波导区的二氧化硅层与所述非波导区的二氧化硅掩模厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢惠辉，陈哲，张欣悦，尚菊梅，董江莉，关贺元，李克，刘丽玲，丘文涛，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44