波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器制造技术

本发明专利技术提供波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器，属于光电集成器件领域，包括由下至上层叠的体铌酸锂衬底和多个波导层，各波导层均包括由下至上层叠的二氧化硅缓冲层、铌酸锂薄膜、至少一个光波导、行波电极、刻蚀后二氧化硅缓冲层和电磁屏蔽层，各波导层的所有光波导均对应与其位置相关的二维坐标，所有二维坐标形成波导矩阵，分别记载波导矩阵中各元素所对应的光波导的工作参数，刻蚀后二氧化硅缓冲层底面刻蚀有与行波电极匹配的凹槽，各波导层按照层叠顺序依次制备，电磁屏蔽层由碳纳米材料制成，采用缓冲质子交换技术在铌酸锂薄膜层制作光波导。本发明专利技术能够包含多个可用光波导，可调制多种光波长激光，通用性更强，集成度更高。集成度更高。集成度更高。

【技术实现步骤摘要】
波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器


[0001]本专利技术属于光电集成器件领域，涉及波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器。

技术介绍

[0002]电光调制器是利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体、砷化镓晶体或者坦酸锂晶体的电光效应制成的调制器。当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将发生变化，从而实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态等特性的调制。随着人们对高速、大容量、集成化通信技术日益的迫切需求，人们希望在尽量减小集成器件的尺寸的同时能够保证电光调制器的调制作用。
[0003]然而现有的电光调制器存在损耗高、带宽小、半波电压过大无法与CMOS兼容、无法满足高速通信需求、成本高、稳定性差、损坏后只能对整体器件进行更换、尺寸限制导致集成度不高以及所使用的光波长单一等一系列问题。除上述所存在的一系列问题外，现有技术中，一个电光调制器仅包含一个光波导和一个电极，使用时根据需要的波长和频率对电光调制器进行选择，一般情况下是进行单独定制，这使得使得整个行业均位于一个定制化主导的情况，导致产品的设计、制作和使用周期大大增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器，能够包含多个可用光波导，可调制多种光波长激光，通用性更强，集成度更高。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器，包括由下至上层叠的体铌酸锂衬底和多个波导层，各波导层均包括由下至上层叠的二氧化硅缓冲层、铌酸锂薄膜、至少一个光波导、行波电极、刻蚀后二氧化硅缓冲层和电磁屏蔽层，各波导层的所有光波导均对应与其位置相关的二维坐标，所有二维坐标形成波导矩阵，分别记载波导矩阵中各元素所对应的光波导的工作参数，不同波长光纤可根据需要耦合至对应位置的光波导，刻蚀后二氧化硅缓冲层底面刻蚀有与行波电极匹配的凹槽，各波导层按照层叠顺序依次制备，电磁屏蔽层由碳纳米材料制成，采用缓冲质子交换技术在铌酸锂薄膜层制作光波导。
[0006]进一步，所述工作参数包括光波导的波段和频率，各所述光波导的频率不同。
[0007]进一步，所述光波导的制备步骤包括：步骤S11、在铌酸锂薄膜上镀二氧化硅膜，并进行光刻；步骤S12、腐蚀二氧化硅膜；步骤S13、缓冲质子交换：将经步骤S12处理后的铌酸锂晶体放置在石墨坩埚内，向石墨坩埚内倒入精确称量的苯甲酸和苯甲酸锂粉末，并将密封包装后的石墨坩埚内放置在质子交换炉内，加热使石墨坩埚内物质熔融，得到缓冲质子交换后的样品；步骤S14、将步骤S13的样品置于360℃的温度环境下以进行退火，退火后通过抛光去除剩余的二氧化硅膜，得到光波导。
[0008]进一步，所述行波电极的制备步骤包括：步骤S21、对铌酸锂薄膜依次进行匀胶和光刻；步骤S22、采用Au材料对经步骤S21后的样品进行镀膜；步骤S23、将经步骤S22后的样品放入丙酮溶液中，通过分离的方式去掉剩余的Au，从而制造出所需电极。
[0009]进一步，所述电磁屏蔽层的制备步骤包括：步骤S31、将多壁碳纳米粉末加入曲拉通溶液，在研磨器中研磨后采用去离子水浸泡并搅拌，经单秒间隔超声后，再离心得到均匀稳定的多壁碳纳米管溶液；步骤S32、将烧杯置于冷水浴中，分别将Ti3AlC2、LiF以及去离子水、浓盐酸放入烧杯中，并对烧杯进行密封处理后磁力搅拌；步骤S33、用离子水反复洗涤步骤S32得到的LiF
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HCl刻蚀后的悬浮液，直至悬浮液的pH为6；步骤S34、将步骤S33获得的溶液除杂后进行离心处理，其上层清液就是单层或少层Ti3C2Tx胶体溶液；步骤S35、将碳纳米管溶液与Ti3C2Tx胶体溶液根据不同比例混合，搅拌超声后采用真空抽滤工艺将混合溶液制备成薄膜，得到电磁屏蔽层。
[0010]进一步，所述铌酸锂薄膜采用基于高能氦离子注入和SiO2键合的Smart
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Cut技术制备。
[0011]进一步，所述铌酸锂薄膜层厚度不大于500nm，所述波导层厚度不大于3um。
[0012]进一步，各所述行波电极具有引出端，各所述波导层均设置有露出行波电极引出端的缺口。
[0013]进一步，所述由下至上的各缺口形成逐层变小的阶梯状。
[0014]本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术耦合光纤时，将每种不同波长和频段所对应的光纤耦合至对应的二维坐标的光波导即可，大大降低耦合时长和耦合难度，实现可以一个电光调制器封装多根光纤以同时工作的可能性，也可解决一个波导等损坏就需要更换整个调制器所带来的成本问题，且本专利技术能够作为一个通用性更强的铌酸锂电光调制器面向市场，可调制多种光波长的激光，也省去了冗长的甲乙双方沟通定制环节，省去了采购到不合适的调制器而产生的成本损耗等诸多浪费，还能够同时覆盖低、中、高任意频段，达到超广的带宽，进而满足短中长距离高速通信需求，损耗低，所需半波电压低，更易与其他器件兼容；若在现有技术的调制器内设置多个光波导，因现有调制器的体材料无法纵向叠加，故会导致调制器表面积大大增加，而且最终形成的角度会给测试封装带来很大的问题，本专利技术通过层叠设置多个波导层，各波导层包括至少一个光波导，如此在纵横两个方向上叠加形成多个光波导，器件整体表面积基本不增加，对于后续的测试耦合封装也不会有不良影响；相较于现有技术中将电极裸露待后续封装时再考虑电磁屏蔽的情况，本专利技术每一波导层的电极上端均设置有刻蚀后二氧化硅缓冲层和电磁屏蔽层，能够避免电极裸露在外，从而减少电极损伤，且具有更好的电磁屏蔽效果，后期封装时可不再考虑电磁屏蔽因素，从而减少封装工作量，降低封装难度；因铌酸锂薄膜的厚度为纳米级，故在本专利技术制备过程中，各波导层需按照层叠顺序依次制备，以保证制备成功率与产品质量，并减小制备难度。
附图说明
[0015]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0016]图1为本专利技术的结构示意图（各波导层分开，且去除刻蚀后二氧化硅缓冲层和电磁屏蔽层）。
[0017]图2为本专利技术的截面示意图。
[0018]图3为本专利技术的端面示意图。
[0019]图4为本专利技术的俯视示意图。
[0020]图5为本专利技术光波导的制备流程图。
[0021]图6为本专利技术行波电极的制备流程图。
[0022]图7为本专利技术的依据电极形状腐蚀后的二氧化硅缓冲层的结构示意图。
[0023]其中，1、体铌酸锂衬底；2、波导层；3、二氧化硅缓冲层；4、铌酸锂薄膜；5、光波导；6、行波电极；7、刻蚀后二氧化硅缓冲层；71、凹槽；8、电磁屏蔽层；9、信号引入区。
具体实施方式
[0024]如图1至图4所示，波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器包括由下至上层叠的体铌酸锂衬底1、三个波导层2，波导层2包括由下至上层叠的二氧化硅缓冲层3、铌酸锂薄膜4、光波导5、行波电极6、刻蚀后二氧化硅缓冲层7和电磁屏蔽层8。光波导5由铌酸锂薄膜4顶面向内延伸，行波电极6设置于铌酸锂薄膜4顶面且向外延伸。其中，位于下方的波导层2具有一个光波导5，中间的波导层2波导层2具有两个光波导5，位于上方的波导层2具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：包括由下至上层叠的体铌酸锂衬底和多个波导层，各波导层均包括由下至上层叠的二氧化硅缓冲层、铌酸锂薄膜、至少一个光波导、行波电极、刻蚀后二氧化硅缓冲层和电磁屏蔽层，各波导层的所有光波导均对应与其位置相关的二维坐标，所有二维坐标形成波导矩阵，分别记载波导矩阵中各元素所对应的光波导的工作参数，不同波长光纤可根据需要耦合至对应位置的光波导，刻蚀后二氧化硅缓冲层底面刻蚀有与行波电极匹配的凹槽，各波导层按照层叠顺序依次制备，电磁屏蔽层由碳纳米材料制成，采用缓冲质子交换技术在铌酸锂薄膜层制作光波导。2.根据权利要求1所述的波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：所述工作参数包括光波导的波段和频率，各所述光波导的频率不同。3.根据权利要求1所述的波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：所述光波导的制备步骤包括：步骤S11、在铌酸锂薄膜上镀二氧化硅膜，并进行光刻；步骤S12、腐蚀二氧化硅膜；步骤S13、缓冲质子交换：将经步骤S12处理后的铌酸锂晶体放置在石墨坩埚内，向石墨坩埚内倒入精确称量的苯甲酸和苯甲酸锂粉末，并将密封包装后的石墨坩埚内放置在质子交换炉内，加热使石墨坩埚内物质熔融，得到缓冲质子交换后的样品；步骤S14、将步骤S13的样品置于360℃的温度环境下以进行退火，退火后通过抛光去除剩余的二氧化硅膜，得到光波导。4.根据权利要求1或2或3所述的波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器，其特征在于：所述行波电极的制备步骤包括：步骤S21、对铌酸锂薄膜依次进行匀胶和光刻；步骤S22、采用Au材料对经步骤S21后的样品进行镀膜；步骤S23、将经步骤S22后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张维佳，罗雪婷，刘婷，李佳琦，张文轩，刘体辉，
申请(专利权)人：福建玻尔光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：