差动驱动光调制器制造技术

本发明专利技术提供一种差动输入光调制器，适于带互补输出的电驱动器。一个实施例用Ｘ－切割的ＬｉＮｂＯ３衬底，带或不带缓冲层，从而与采用Ｚ－切割的ＬｉＮｂＯ～衬底的一些已知器件相比能降低成本。这些现有技术器件既需要缓冲层又需要电荷泄放层。本发明专利技术还包括准对称电极结构，其中外加场与衬底表面平行行进。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及用在光通信系统中的光调制器，尤其涉及可与低压调制信号兼容的差动驱动光调制器。在中长通信距离的电信市场中，光的外部调制需要光调制器。密集波分复用(DWDM)允许系统的信号负荷量增加40倍以上。每个DWDM信道成本的降低为电信设备制造商提供了竞争优势。每个信道需要调制器和合适的电气RF驱动器。已经开发出的调制器要求仅2-3V的开关信号，能用低成本的电气驱动器作为输入调制信号源。这些源也以低功率耗散为特征。铌酸锂(LiNbO3)和半导体型的低开关电压调制器是可利用的。铌酸锂器件用电光效应在马赫陈德尔干涉仪(MZI)内部产生调相，同时半导体器件利用在MZI内部的调相或者经电吸附(EA)效应直接对调制进行放大。半导体器件内部的多量子阱(MQW)结构具有固有的远大于用铌酸锂观察到的波长关系式。使半导体器件适于DWDM应用所需的紧密过程控制难以实现，从而使得它们不能使用或者不适于很多中长通信距离DWDM的应用。低开关电压铌酸锂器件本身是宽带比波长，但是，当与半导体调制器相比时，由于每个晶片上的器件数量较少，成本较高。美国专利US5,303,079公开了一种器件，其中在为波导提供基本相同的输入光束的双波导器件中实现外部调制，并对通过其电极的每个波导进行单独、互斥控制。为每个波导提供控制信号，用于将调制线性调频脉冲参数调整为理想的固定的非零值。将从波导引出的调制后的光波信号合并，形成适于在光纤中传输的单输出信号。但是，最初打算生产受控线性调频脉冲的′079设备是用Z-切割的铌酸锂制造的，并且发现与低成本电驱动器一起使用非常有效。此外，其特性是本身是非波长依赖型的；所以，更适于用于DWDM应用中。但是，′079设备需要缓冲层和电荷泄放层，这增加了生产成本。美国专利US5,138,480公开了在X-切割的铌酸锂上的行进波光调制器。行进波光调制器的阻抗可以增大到理想输入阻抗而不会对驱动电压或调制器的速度匹配造成负面影响。这是在′480设备中通过将接地电极的宽度减小到不大于热电极宽度的3倍来实现的。美国专利5,101,450公开了光通信方法和设备，以高光谱效率在单光纤上用不同的光学载波频率传输两个或两个以上光信号。每个光学载波用多个调制后的副载波调制。光调相器消去了每个光信号中的二阶相互调制分量，从而允许光学载波频率间隔2fmax1，其中fmax是最大调制频率。在另一个实施例中，单边带光调制器消去了二阶相互调制分量和一个信号边带，从而允许光学载波频率隔开fmax。现有技术包括利用电吸附(EA)或马赫陈德尔干涉仪(MZI)光调制器的器件，装配在InP这样的半导体衬底上。这些半导体器件的驱动电压适合输出电压约2伏的低成本电驱动器。但是，EA器件在从ON到OFF状态的过渡过程中会遇到光波长中感应的线性调频脉冲。EA和MZI半导体器件的特性也是波长依赖型的，所以它们都难以为了应用而制造，这些应用例如密集波分复用(DWDM)，其中必须牢牢控制工作波长。本专利技术的目的是提供一种在具有差动输入的光通信系统中使用的光调制器。本专利技术的另一个目的是提供一种前面所述类型的光调制器，它与具有互补输出的低成本、低电压输出电驱动器兼容。本专利技术的再一个目的是提供一种前面所述类型的光调制器，它允许使用X-切割的LiNbO3衬底，代替Z-切割的LiNbO3衬底。本专利技术的另一个目的是提供一种前面所述类型的光调制器，它去掉了现有技术器件中的缓冲层和电荷泄放层。本专利技术的另一个目的是提供一种前面所述类型的光调制器，其特征在于降低了制造成本。根据本专利技术的一个方面，一种用在光信号通过其中的光通信系统中的电光调制器具有电光衬底，电光轴的方向与衬底的上表面平行。有适于接收光信号的光波导，光信号形成在衬底的上表面中。光波导具有彼此隔开的第一和第二腿。在衬底上表面上形成有第一和第二输入电极，每个输入电极配置成与其中相应的一个光波导腿电光通信但实质上不与其对准。调制器还包括形成在衬底上表面上的第一和第二接地电极，第一和第二接地电极与所述输入电极中对应的一个电极隔开并配置成与光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准。根据本专利技术的另一个方面，一种用于调制通过光通信系统的光信号的电光调制设备，包括具有电光衬底的光调制器，电光轴的方向与衬底的上表面平行。有适于接收形成在衬底上表面中的光信号的光波导。光波导具有彼此隔开的第一和第二腿。有形成在衬底上表面上的第一和第二输入电极，每个输入电极配置成与光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准。有形成在衬底上表面上的第一和第二接地电极，第一和第二接地电极与所述输入电极中对应的一个电极隔开并配置成与光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准。设备还包括接收用于调制光束的调制信号的接口结构。接口结构配置成与光调制器第一和第二输入电极电通信。附图说明图1是具有Z-切割铌酸锂衬底的现有技术光调制器的简化示意图。图2是图1光调制器的另一个视图，示出了负责调制的外加场的方向。图3是图1光调制器的顶视图，示出了从衬底相对侧上路由选择的电信号。图4是根据本专利技术制造的光调制器的简化截面示意图。图5是图4光调制器的另一个简化示意图，示出了器件衬底中波导内外加场的方向。图6是图4光调制器的简化示意图，示出了输入电信号的同侧布线。图7是本专利技术提供的光调制器另一个实施例的简化示意图。图8是简化示意图，示出了与图7的光调制器一起使用的信号换向带状线馈电装置的一部分。图9是概略视图，描绘了作为对图4光调制器的调制信号中频率函数的理想和不理想的调制响应。图10是图4光调制器的顶视图，示出了用于降低调制信号中寄生RF模式的补充引线键合点(wire bond)。图11是部分RF接口结构的截面简化示意图，示出了光调制器内的电场路径。图12是本专利技术提供的RF接口结构一部分的截面简化示意图，示出了电场路径。图13是根据本专利技术制造的光调制器的第二可替换实施例的简化示意图。图14是根据本专利技术制造的光调制器的部分电极结构的顶视图，具有倒相区域。图15是根据本专利技术制造的光调制器的部分电极结构的顶视图，具有利用5个电极的倒相区域。图16更详细地描绘了在用于本专利技术所提供的光调制器的热电极附近的电场。如上所述，可以得到铌酸锂(LiNbO3)和半导体型的低开关电压光调制器。低开关电压铌酸锂器件具有固有的宽带-波长特性，尽管当与半导体光调制器相比较时，由于每个晶片上的器件较少，成本较高。图1以简化示意图的形式示出了现有技术光调制器10的横截面。光调制器10制作在Z-切割的LiNbO3衬底12上，通过在输入电极14和16上接收低压开关(调制)信号来工作。接地电极18、20、22也包括在现有技术光调制器10中。器件中还包括电荷耗散层24和缓冲层26，它们都制作在衬底的上表面上和电极下面。还有与电极14和16对准形成的光波导28、30。图2示意性地示出了负责调制(通过电光效应)横穿波导的外加光信号的外加场32、34。这些场平行于结晶Z轴36行进，方向分别如箭头所示。图3示出了光调制器10的顶视图。光调制器10的特征在于两个输入电极38和40，这两个电极使器件与具有互补输出的驱动器兼容。从图3还可看到布置在光调制器10相邻侧面上的RF接口结构42、44。每个R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电光调制器，用在转接光信号的光通信系统中，调制器包括：电光衬底，电光轴的方向与衬底的上表面平行；光波导，适于接收光信号且形成在所述衬底的上表面中，所述光波导具有彼此隔开的第一和第二腿；第一和第二输入电极，形成在所述衬底上表面 且适于接收调制信号，每个所述输入电极配置成与其中相应的一个所述光波导腿电光通信但实质上不与其对准；以及第一和第二接地电极，形成在所述衬底上表面，与所述输入电极中对应的一个电极隔开并配置成与所述光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其 对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔基萨，格里高利迈克布莱恩，爱德华伍顿，
申请(专利权)人：单相电信产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]