一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器。包括衬底、埋氧层、铌酸锂层和包层，包层下有薄膜铌酸锂光波导，包层上有差分行波电极，差分行波电极包括周期结构电极、正信号电极、负信号电极和接地电极；周期结构电极包括连接于正、负信号电极的金属电极组，每组金属电极组均包括沿波导方向间隔均布的且多个呈T形或者土字形的金属电极，纵向金属条连接到正信号电极/负信号电极，横向金属条均平行于波导方向布置；正、负信号电极的金属电极依次交替布置、相互嵌插布置。本发明专利技术首次在薄膜铌酸锂平台上将差分驱动与推挽结构相结合，通过引入特定结构的周期性电极，实现双倍电压调制。双倍电压调制。双倍电压调制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器


[0001]本专利技术涉及光通信、光传感及光集成
的一种电光调制器及其制备方法，具体为一种基于差分驱动电容负载型周期结构电极的新型薄膜铌酸锂电光调制器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着信息时代的不断发展，一大批的新型信息化产业不断走近人们的日常生活当中，例如5G，云计算，大数据处理，人工智能等等，这些新型技术为我们的日常生活带来非常多便利的同时，也同样促使了我们对高速率，大带宽，低功耗的数据处理与传输技术的需求不断变得强烈(I.P.Kaminow,“Optical integrated circuits:A personal perspective,”J.Lightw.Technol.,vol.26,no.9,pp.994
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1004,May 2008.)。以短距光通信中的典型应用——数据中心为例，在光通信行业龙头CISCO公司给出的数据对比中，从17年到21年，单纯数据中心的网络流量将提高174％，而整体的数据中心内部的数据容量将高达70％，功耗压力也不断地增加，因此，如何有效地解决大容量，低功耗的数据传输成为目前光通信行业急需解决的燃眉之急。
[0003]而目前，以硅作为衬底的硅基光电子集成技术由于其成本低，无源性能出色，CMOS兼容等优势得到了飞速的发展。但是由于硅本身不具备电光效应(G.T.Reed and A.P.Knights,Silicon Photonics:An Introduction:John Wiley&Sons,Inc.,2004.)，只能够利用电吸收F
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K效应或者载流子注入型效应等其他方式实现电光调制，调制速率无法达到非常高速(ns量级)。除了调制速率没办法达到很高的速度以外，基于纯硅的电光调制带宽目前只能做到40GHz左右，无法满足目前所需的100G，400G甚至是未来1.6T的带宽需求。因此，具有大带宽，低功耗，低插损，高速率的基于薄膜铌酸锂的电光调制器近年来得到广泛的关注。
[0004]在最近的五年里，有关薄膜铌酸锂电光调制器的研究持续不断地升温。在2018年，哈佛大学课题组在Nature上提出了首款由CMOS驱动的薄膜铌酸锂电光调制器(C.Wang,M.Zhang,X.Chen,M.Bertrand,A.Shams
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Ansari,S.Chandrasekhar,P.Winzer,and M.Loncar,“Integrated lithium niobate electro
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optic modulators operating at CMOS
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compatible voltages,”Nature 562,101(2018).)，实现了驱动电压为1.4V，电光带宽高达45GHz的大带宽，低功耗的薄膜铌酸锂电光调制器。一年过后，本课题组在Nature Photonics上提出了首个硅基异质集成的薄膜铌酸锂电光调制器(L.Liu,X.Cai,et al,“High
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performance hybrid silicon and lithium niobate Mach
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Zehnder modulators for 100Gbit s
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1and beyond,”Nature Photonics 13,359
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364(2019))并且实现了驱动电压为5.1V，电光带宽高达70GHz，证明了薄膜铌酸锂电光调制器在硅基上实现异质集成的可行性。然而，在目前的高速光通信领域，调制速率已经由100G总体向400G过渡，未来很有可能直接向1.6T的调制速率前进，针对这一现状，我们需要实现单波更高速率的电光调制器，同时降低驱动电压，满足更低功耗的需求。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种基于差分驱动电容负载型周期结构电极的新型薄膜铌酸锂电光调制器及其制备方法。
[0006]本专利技术首次在薄膜铌酸锂调制器上使差分驱动与推挽结构相结合，同时该专利技术结构可以应用于目前的硅基异质集成平台上，同样提高了该新型电光调制器未来应用于光通信等其他领域的可行性。
[0007]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一、一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器：
[0009]包括从下到上依次布置的衬底、埋氧层、铌酸锂层、包层，所述的包层下设有薄膜铌酸锂光波导，在包层上设有沿波导方向布置的差分行波电极，差分行波电极包括周期结构电极、正信号电极、负信号电极和接地电极；正信号电极、负信号电极分别布置于薄膜铌酸锂光波导正上方的两侧，两个接地电极分别布置于正信号电极、负信号电极的各自外侧，周期结构电极设置在薄膜铌酸锂光波导正上方的包层上。
[0010]所述的周期结构电极是由周期性结构的金属电极布置构成。
[0011]所述的周期结构电极包括连接于正信号电极的一组金属电极组和连接于负信号电极的另一组金属电极组，每组金属电极组均由沿波导方向间隔均布的且连接正信号电极/负信号电极的多个金属电极构成，金属电极呈T形或者土字形，T形或者土字形中位于中间的纵向金属条连接到正信号电极/负信号电极，横向金属条均平行于波导方向布置；同一组金属电极组中金属电极的形状相同，正信号电极的金属电极组中的金属电极和负信号电极的金属电极组中的金属电极沿波导方向依次交替且布置，正信号电极金属电极组中的金属电极的横向分支部与负信号电极金属电极组的金属电极的横向分支部相互嵌插布置。
[0012]所述的差分行波电极是镀在包层上形成。所述差分行波电极上施加电压，用于调制光波信号。
[0013]所述的薄膜铌酸锂光波导是在铌酸锂层上刻蚀形成且被包层包覆。
[0014]所述的薄膜铌酸锂光波导包含了1*2分束器、马赫曾德尔结构和2*1合束器，1*2分束器和2*1合束器分别位于马赫曾德尔结构的两侧，1*2分束器的输入端用于输入光信号，1*2分束器的两个输出端经马赫曾德尔结构和2*1合束器的两个输入端连接，2*1合束器的输出端用于输出光信号；正信号电极、负信号电极分别布置于马赫曾德尔结构正上方的两侧，周期结构电极设置在马赫曾德尔结构正上方上。
[0015]所述的马赫曾德尔结构包括两个分支臂，1*2分束器的两个输出端分别经各自的一个分支臂和2*1合束器的两个输入端连接。光经过1*2分束器分成两束，分别经过马赫曾德尔结构上下两分支臂，最后经过2*1合束器合成一束。
[0016]所述的马赫曾德尔结构的两个分支臂位于金属信号电极、中间的下方，同时位于周期结构电极中间的下方。
[0017]由差分行波电极构成了差分驱动结构，由差分行波电极和马赫曾德尔结构构成了推挽结构。
[0018]本专利技术设置了周期结构电极，周期结构电极中的金属电极两两交替排布，均位于金属的正、负信号电极、中间。这样引入了周期结构电极，能够将差分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器，包括从下到上依次布置的衬底(1)、埋氧层(2)、铌酸锂层(3)、包层(5)，所述的包层(5)下设有薄膜铌酸锂光波导(4)，其特征在于：在包层(5)上设有沿波导方向布置的差分行波电极，差分行波电极包括周期结构电极(6)、正信号电极(7)、负信号电极(8)和接地电极(9)；正信号电极(7)、负信号电极(8)分别布置于薄膜铌酸锂光波导(4)正上方的两侧，两个接地电极(9)分别布置于正信号电极(7)、负信号电极(8)的外侧，周期结构电极(6)设置在薄膜铌酸锂光波导(4)正上方上。2.根据权利要求1所述的一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：所述的周期结构电极(6)是由周期性结构的金属电极布置构成。3.根据权利要求2所述的一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：所述的周期结构电极(6)包括连接于正信号电极(7)的一组金属电极组和连接于负信号电极(8)的另一组金属电极组，每组金属电极组均由沿波导方向间隔均布的且连接正信号电极(7)/负信号电极(8)的多个金属电极构成，金属电极呈T形或者土字形，T形或者土字形中位于中间的纵向金属条连接到正信号电极(7)/负信号电极(8)，横向金属条均平行于波导方向布置；同一组金属电极组中金属电极的形状相同，正信号电极(7)的金属电极组中的金属电极和负信号电极(8)的金属电极组中的金属电极沿波导方向依次交替且布置，正信号电极(7)金属电极组中的金属电极的横向分支部与负信号电极(8)金属电极组的金属电极的横向分支部相互嵌插布置。4.根据权利要求1所述的一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：所述的差分行波电极是镀在包层(5)上形成。5.根据权利要求1所述的一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：所述的薄膜铌酸锂光波导(4)是在铌酸锂层(3)上刻蚀形成且被包层(5)包覆。6.根据权利要求1所述的一种基于差分驱动和推挽的薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：所述的薄膜铌酸锂光...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴道锌，王迈，陈耿鑫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：