一种新型推挽式高效宽带声光调制器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型推挽式高效宽带声光调制器及其制备方法，所述声光调制器包括基片以及设置在基片上的铌酸锂

【技术实现步骤摘要】
一种新型推挽式高效宽带声光调制器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电子
，特别是涉及一种新型推挽式高效宽带声光调制器及其制备方法。

技术介绍

[0002]声光调控器件是一种利用声波和光波相互作用的多物理场耦合元件，是声波与光波相互转换中不可或缺的桥梁。目前市面上发展了各种不同类型的声光器件，如声光调制器、声光移频器、声光偏转器、声光滤波器以及声光Q开关等，用于实现光波传输强度、方向和频率的有效控制。这些声光功能器件，本质上来讲，是基于布拉格光栅衍射效应和多普勒效应，结合电声换能器与压电晶体材料，对入射光波信号相关参数进行多维度调控的物理器件。其中声光调制器是一种常见且应用最为广泛的声光调控器件，声光调制器目前分为体波驱动与表面波驱动，声表面波调制器由于其驱动功率小、体积小、调制效率高、易于集成等优点，在光通信、激光加工技术、激光测距技术、光学雷达技术以及激光医疗技术等领域有着广阔的应用和发展前景。然而在声光调制器的发展中面临着调制效率、调制带宽以及调制速率等挑战，因此如何在小尺度范围内增强声波与光波的相互作用强度同时提高调制速率、效率以及带宽是未来发展的必然之势。
[0003]近年来，研究人员基于不同的器件结构，列如：悬浮结构、一维光子晶体纳米梁、二维光子晶体谐振器以及光机械谐振腔等，从实验上探究了声表面波对波导的调制效果。然而存在着器件尺寸太大、调制效率太低、带宽窄以及工艺复杂等缺陷，由此可见，实现高速高效宽带的声光调制还存在着诸多困难，因此开展高速高效宽带的片上声光调制器的研究具有突出的实际意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种新型推挽式高效宽带声光调制器及其制备方法，结合硫系玻璃材料的声光特性、铌酸锂薄膜的压电效应，利用叉指换能器激发汇聚型声表面波，充分利用声波能量，提高光波工作带宽，进而实现推挽模式高效宽带声光调制，具有调制效率高、制作容易、带宽大、易实现片上大规模集成的特点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种新型推挽式高效宽带声光调制器，包括：基片以及设置在基片上的铌酸锂
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硫系玻璃异质层和叉指换能器，所述铌酸锂
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硫系玻璃异质层相对于基片来说为非悬浮状态；所述铌酸锂
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硫系玻璃异质层包括铌酸锂薄膜以及铌酸锂薄膜上异质集成的硫系光波导，所述叉指换能器设置在所述铌酸锂薄膜上，所述叉指换能器采用聚焦型叉指换能器或长度不等的双电极叉指换能器，所述叉指换能器包括若干的叉指电极。
[0007]进一步的，所述硫系光波导为MZI型光波导、RT跑道型光波导、一维光子晶体纳米梁、二维光子晶体谐振器或光机械谐振腔波导结构。
[0008]进一步的，所述MZI型光波导上臂由四个90度小弯曲半径波导与直波导构成。
[0009]进一步的，所述叉指换能器在特定频率下，对于MZI型光波导而言，叉指换能器的叉指数为奇数个；对于RT跑道型光波导而言，叉指换能器的叉指数为偶数个，叉指换能器置于光波导两臂之间，且中心距离光波导两臂距离相同。
[0010]进一步的，所述铌酸锂薄膜厚度为100nm～1500nm；所述叉指换能器可实现100MHz～10GHz瑞利声表面波的激发；所述硫系光波导宽度为300nm～30μm，高度为350nm～2500nm，工作波长为800nm～10000nm。
[0011]本专利技术还提供了一种新型推挽式高效宽带声光调制器的制备方法，应用于上述的新型推挽式高效宽带声光调制器，包括以下步骤：
[0012]S1，在覆盖铌酸锂薄膜的基片采用热蒸镀法沉积一层硫系玻璃薄膜；
[0013]S2，基片通过曝光显影刻蚀后即可完成光波导的制作；
[0014]S3，经过二次曝光显影后利用蒸镀或微电镀的方法在曝光显影后的基片上镀上一层金属膜后经过剥离工艺即可完成叉指换能器的制作。
[0015]进一步的，所述步骤S2，基片通过曝光显影刻蚀后即可完成光波导的制作，具体包括：
[0016]S201、利用电子束直写系统将正性电子胶APR6200曝光在预先制备的ChG薄膜上；厚度约为400nm，之后在130℃的热板上烘烤5min后，利用二甲苯显影后，即可在电子胶上获得MZI形状的掩膜图形；
[0017]S202、利用反应离子刻蚀设备，以电子胶上所获图形为掩膜，借助CHF3气体与氩气进行干法刻蚀，要求侧壁形貌光滑陡直，设定刻蚀功率为60W，刻蚀气压60mTorr，刻蚀气体流速为25与30sccm；
[0018]S203、将刻蚀后的基片放入腔室，利用氧气等离子体刻蚀气体去除残余在顶部的电子胶，其中，气体流速为50sccm，射频功率为20W，感应耦合等离子体ICP功率为1000W，工艺结束后即可完成基片上MZI图形的转移加工，完成光波导的制作。
[0019]进一步的，所述步骤S3，经过二次曝光显影后利用蒸镀或微电镀的方法在曝光显影后的基片上镀上一层金属膜后经过剥离工艺即可完成聚焦型叉指换能器的制作，具体包括：
[0020]S301、利用电子束直写系统将正性电子胶APR6200曝光在刻蚀后的基片上；厚度约为500nm，之后在130℃的热板上烘烤5min后，利用二甲苯显影后即可在电子胶上获得聚焦型叉指换能器的掩膜图形；
[0021]S302、在显影曝光后的基片上用热蒸镀法沉积厚度为100nm的金；
[0022]S303、将沉积后的基片浸泡在有机溶液去除基片表面的电子胶以及电子胶上的金属膜，即可完成叉指换能器的制作。
[0023]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的新型推挽式高效宽带声光调制器及其制备方法，第一，基于铌酸锂
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硫系玻璃的混合异质集成波导结构，充分发挥了铌酸锂优异的压电效应与硫系玻璃显著的弹光效应，明显的提升了光波导产生的折射率改变量；第二，聚焦型叉指换能器结构，充分利用了传统叉指换能器不参与调制部分的声波能量，进一步提高调制效率；第三，长度不等的双电极叉指换能器能有效的消除电极反射问题，提高微波工作带宽。光波导处于聚焦型叉指换能器的两侧，首先克服了传统声光调制器中声波经过第一个光波导导致的声波能量损耗问题，其次叉指换能器两
侧的波导分别处于声波的波峰与波谷处从而解决了传统声光调制器难以进行精确推挽模式的缺陷；最后改善了传统声光调制器工作带宽过窄的问题。对比目前现有技术，该方案的提出将会为研制推挽式高效宽带声光调制器提供思路。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例一新型推挽式高效宽带声光调制器的俯视结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例一新型推挽式高效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型推挽式高效宽带声光调制器，其特征在于，包括：基片以及设置在基片上的铌酸锂
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硫系玻璃异质层和叉指换能器，所述铌酸锂
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硫系玻璃异质层相对于基片来说为非悬浮状态；所述铌酸锂
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硫系玻璃异质层包括铌酸锂薄膜以及铌酸锂薄膜上异质集成的硫系光波导，所述叉指换能器设置在所述铌酸锂薄膜上，所述叉指换能器采用聚焦型叉指换能器或长度不等的双电极叉指换能器，所述叉指换能器包括若干的叉指电极。2.根据权利要求1所述的新型推挽式高效宽带声光调制器，其特征在于，所述硫系光波导为MZI型光波导、RT跑道型光波导、一维光子晶体纳米梁、二维光子晶体谐振器或光机械谐振腔波导结构。3.根据权利要求2所述的新型推挽式高效宽带声光调制器，其特征在于，所述MZI型光波导上臂由四个90度小弯曲半径波导与直波导构成。4.根据权利要求2所述的新型推挽式高效宽带声光调制器，其特征在于，所述叉指换能器在特定频率下，对于MZI型光波导而言，叉指换能器的叉指数为奇数个；对于RT跑道型光波导而言，叉指换能器的叉指数为偶数个，叉指换能器置于光波导两臂之间，且中心距离光波导两臂距离相同。5.根据权利要求1所述的新型推挽式高效宽带声光调制器，其特征在于，所述铌酸锂薄膜厚度为100nm～1500nm；所述叉指换能器可实现100MHz～10GHz瑞利声表面波的激发；所述硫系光波导宽度为300nm～30μm，高度为350nm～2500nm，工作波长为800nm～10000nm。6.一种新型推挽式高效宽带声光调制器的制备方法，其特征在于，应用于权利要求1
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5任一所述的新型推挽式高效宽带声光调制器，包括以下步骤：S1，在覆盖铌酸锂薄膜的基片采用热蒸镀法沉积一层硫系玻璃薄膜；S2，基...

【专利技术属性】
技术研发人员：万磊，周文丰，温美逊，江建滔，罗杨，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：