一种薄膜铌酸锂调制器制造技术

本发明专利技术公开一种薄膜铌酸锂调制器，涉及光通信器件领域。该薄膜铌酸锂调制器包括光学结构和电学结构。光学结构基于X切薄膜铌酸锂材料，包括：输入波导、分束器、波导臂、合束器、输出波导；波导臂包含常规波导区和调制波导区。电学结构包括地

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜铌酸锂调制器


[0001]本专利技术涉及光通信器件
，特别是涉及一种薄膜铌酸锂调制器。

技术介绍

[0002]铌酸锂材料具有高电光系数、C波段低损耗的优点，是电光调制器的首选材料。同时，薄膜铌酸锂材料的出现解决了传统铌酸锂体材料波导折射率差偏小的问题，能实现更强的模式限制，是下一代光子集成电路的解决方案。基于薄膜铌酸锂材料的调制器作为下一代低调制电压、高调制带宽、低插入损耗的调制器在未来的光通信领域有巨大的应用价值。
[0003]目前电光调制器的驱动很多是为硅光调制器和InP调制器开发的差分驱动，有必要开发兼容这些驱动的基于X切薄膜铌酸锂材料的差分驱动的调制器。此外，下一代光子集成电路需要电光调制器具有芯片级的尺寸以及与CMOS兼容的工作电压(C.Wang,M.Zhang,X.Chen,M.Bertrand,A.Shams
‑
Ansari,S.Chandrasekhar,P.Winzer,and M.Lon
ˇ
car,“Integrated lithium niobate electro
‑
optic modulators operating at CMOS
‑
compatible voltages,”Nature 562,101
–
104(2018).)，这要求薄膜铌酸锂调制器具有很高的调制效率，所以也需要开发调制效率更高的薄膜铌酸锂调制器。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种薄膜铌酸锂调制器，以提高调制器的调制效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]一种薄膜铌酸锂调制器，包括光学结构和电学结构；
[0007]光学结构包括：输入波导、分束器、波导臂、合束器、输出波导；波导臂包含第一波导臂与第二波导臂，第一波导臂与第二波导臂均包含常规波导区，第一波导臂还包括第一波导臂第一调制波导区、第一波导臂第二调制波导区，第二波导臂还包括第二波导臂第一调制波导区、第二波导臂第二调制波导区；
[0008]电学结构包括地
‑
信号
‑
信号
‑
地电极组成的行波电极结构；行波电极结构包含信号输入区、调制电极区、匹配电阻区，调制电极区包含第一调制电极区和第二调制电极区；第一调制电极区和第二调制电极区顺次连接；第一调制电极区和第二调制电极区都包含第一地电极、第一信号电极、第二信号电极、第二地电极；
[0009]第一调制电极区的第一地电极与第一信号电极之间、第一信号电极与第二信号电极之间各有一个调制波导区；第二调制电极区的第一信号电极与第二信号电极之间、第二信号电极与第二地电极之间各有一个调制波导区；调制电极区的第一信号电极、第二信号电极与虚地电极之间各有一个匹配电阻,地电极通过虚地电极连接。
[0010]所述薄膜铌酸锂调制器的光学结构基于X切薄膜铌酸锂材料，从下往上依次包括衬底层、低折射率下盖层、薄膜铌酸锂层、低折射率上盖层；垂直于薄膜铌酸锂层的方向为x方向，平面内的方向为z方向与y方向；调制电极区的信号电极与地电极之间施加的电场方
向为z方向，调制波导区波导方向沿y方向；波导采用刻蚀薄膜铌酸锂层形成和/或在薄膜铌酸锂层上沉积制作波导结构形成。
[0011]优选的，所述薄膜铌酸锂调制器的地
‑
信号
‑
信号
‑
地行波电极所加调制信号为差分信号，即第一信号电极与第一地电极之间加V伏电压，第二信号电极与第二地电极之间加
‑
V伏电压。
[0012]优选的，所述薄膜铌酸锂调制器的第一(二)波导臂第一调制波导区与第一(二)波导臂第二调制波导区顺次连接，其铁电畴的极化方向依次反向；通过外加高电场极化的方法在这两个区域形成相反的极化方向。
[0013]优选的，所述薄膜铌酸锂调制器的第一波导臂调制波导区与第二波导臂调制波导区的铌酸锂材料的铁电畴的极化方向相同。
[0014]优选的，所述薄膜铌酸锂调制器的波导臂采用折叠结构，行波电极随波导臂一起折叠；
[0015]第一波导臂第一调制波导区位于第一调制电极区的第一地电极与第一信号电极之间，第一波导臂第二调制波导区位于第二调制电极区的第一信号电极与第二信号电极之间；第一波导臂的调制波导区被弯曲波导顺次连接，其铁电畴的极化方向保持相同；
[0016]第二波导臂第一调制波导区位于第一调制电极区的第一信号电极与第二信号电极之间，第二波导臂第二调制波导区位于第二调制电极区的第二信号电极与第二地电极之间，其铁电畴的极化方向与第一波导臂的对应调制波导区的极化方向相同；
[0017]第一波导臂与第二波导臂在连接的弯曲波导部分交叉；第二波导臂第一调制波导区位于第一调制电极区的第一信号电极与第二信号电极之间，第二波导臂第二调制波导区位于第二调制电极区的第一地电极与第一信号电极之间，其铁电畴的极化方向始终与第一波导臂的对应调制波导区的极化方向相同。
[0018]本专利技术的实施例具有以下有益效果：
[0019]本专利技术的实施例利用差分驱动，提高了调制器的调制效率；同时利用折叠结构，降低了调制器的调制电压和器件长度，为薄膜铌酸锂调制器应用于光子集成电路提供了解决方案。
附图说明
[0020]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的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例一的薄膜铌酸锂调制器的俯视示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例一的薄膜铌酸锂调制器的第一调制电极区二维截面示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例一的薄膜铌酸锂调制器的第二调制电极区二维截面示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例二的薄膜铌酸锂调制器的俯视示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例三的薄膜铌酸锂调制器的俯视示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例四的薄膜铌酸锂调制器的俯视示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例一的薄膜铌酸锂调制器的行波电极二维电场图；
[0028]图8为本专利技术实施例一的薄膜铌酸锂调制器行波电极的损耗随调制频率的变化图；
[0029]图9为本专利技术实施例一的薄膜铌酸锂调制器行波电极的特性阻抗随调制频率的变化图；
[0030]图10为本专利技术实施例一的薄膜铌酸锂调制器行波电极的微波折射率随调制频率的变化图；
[0031]图11为本专利技术实施例一的薄膜铌酸锂调制器小信号调制带宽随调制频率的变化图。
[0032]其中，1、输入波导；2、分束器；3、波导臂；3
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1、第一波导臂；3
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2、第二波导臂；3
‑
3、第一波导臂第一调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜铌酸锂调制器，其特征在于：包括光学结构和电学结构；光学结构包括：输入波导(1)、分束器(2)、波导臂(3)、合束器(4)、输出波导(5)；波导臂(3)包含第一波导臂(3
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1)与第二波导臂(3
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2)，第一波导臂(3
‑
1)与第二波导臂(3
‑
2)均包含常规波导区，第一波导臂(3
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1)还包括第一波导臂第一调制波导区(3
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3)、第一波导臂第二调制波导区(3
‑
5)，第二波导臂(3
‑
2)还包括第二波导臂第一调制波导区(3
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4)、第二波导臂第二调制波导区(3
‑
6)；电学结构包括地
‑
信号
‑
信号
‑
地电极组成的行波电极结构；行波电极结构包含信号输入区(6)、调制电极区(7)、匹配电阻区(8)，调制电极区(7)包含第一调制电极区(7
‑
5)和第二调制电极区(7
‑
6)；第一调制电极区(7
‑
5)和第二调制电极区(7
‑
6)顺次连接；第一调制电极区(7
‑
5)和第二调制电极区(7
‑
6)都包含第一地电极(7
‑
1)、第一信号电极(7
‑
2)、第二信号电极(7
‑
3)、第二地电极(7
‑
4)；第一调制电极区(7
‑
5)的第一地电极(7
‑
1)与第一信号电极(7
‑
2)之间、第一信号电极(7
‑
2)与第二信号电极(7
‑
3)之间分别通过第一波导臂第一调制波导区(3
‑
3)、第二波导臂第一调制波导区(3
‑
4)；第二调制电极区(7
‑
6)的第一信号电极(7
‑
2)与第二信号电极(7
‑
3)之间、第二信号电极(7
‑
3)与第二地电极(7
‑
4)之间分别通过第一波导臂第二调制波导区(3
‑
5)、第二波导臂第二调制波导区(3
‑
6)；第二调制电极区(7
‑
6)的第一信号电极(7
‑
2)、第二信号电极(7
‑
3)与虚地电极(8
‑
3)之间分别设有第一信号电极匹配电阻(8
‑
1)、第二信号电极匹配电阻(8
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2)，第一地电极(7
‑
1)与第二地电极(7
‑
4)通过虚地电极(8
‑
3)连接。2.根据权利要求1所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于：光学结构基于X切薄膜铌酸锂材料从下往上依次包括衬底层(9)、低折射率下盖层(10)、薄膜铌酸锂层(11)、低折射率上盖层(12)；垂直于薄膜铌酸锂层(11)的方向为x方向，平面内的方向为z方向与y方向；调制电极区(7)的第一信号电极(7
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2)和第二信号电极(7
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3)与第一地电极(7
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1)和第二地电极(7
‑
4)之间施加的电场方向为z方向，第一波导臂第一调制波导区(3
‑
3)、第一波导臂第二调制波导区(3
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5)、第二波导臂第一调制波导区(3
‑
4)、第二波导臂第二调制波导区(3
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6)的波导方向沿y方向；光学结构采用刻蚀薄膜铌酸锂层(11)形成和/或在薄膜铌酸锂层(11)上沉积制作波导结构形成。3.根据权利要求1所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于：调制电极区(7)的第一信号电极(7
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2)与第一地电极(7
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1)之间加V伏电压，第二信号电极(7
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3)与第二地电极(7
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4)之间加
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V伏电压，以使地
‑
信号
‑
信号
‑
地行波电极所加调制信号为差分信号。4.根据权利要求1所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于：第一波导臂(3
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1)的第一波导臂第...

【专利技术属性】
技术研发人员：国伟华，唐永前，陆巧银，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：