【技术实现步骤摘要】
本申请属于光电子器件，更具体地说，是涉及一种光学调制器。
技术介绍
1、硅基光电子芯片一般通过电光、热光以及声光来对光的强度、振幅、频率、相位、偏振以及传播方向等进行调制，其中，利用热光来实现光相位变化的热光移相器是硅基光电子芯片中一种常用的功能性器件。
2、在采用等离子体色散效应的硅基光学调制器中，硅的折射率与载流子浓度相关，且载流子浓度越高，硅的折射率越小，折射率的改变会引起光的相位改变，进而实现光强的调制。
3、但是硅的折射率难以直接被改变，故而传统的硅基光学调制器越来越难以适应市场的需求，有待改进。
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种光学调制器，以解决以下技术问题：
2、常见的硅基光学调制器中，由于硅在c波段有双光子吸收效应，波导损耗较高，且硅的折射率难以直接被改变，故而传统的硅基光学调制器越来越难以适应市场的需求。
3、为实现上述目的，第一方面，本申请采用的技术方案是：
4、提供一种光学调制器，包括功分器、合路器、至少两根由波导形成的连接臂和光学移相器，所述功分器连接于所有所述连接臂的同一侧端部，所述合路器连接于所有所述连接臂的另一侧端部，至少有一个所述光学移相器连接于其中一根所述连接臂上；
5、所述光学移相器包括：
6、至少一个衬底，所述波导位于所述衬底上表面或嵌入所述衬底内部；
7、至少一个能量耦合结构，所述能量耦合结构和所述波导于传输模式中至少有部分能量相互
8、至少两个金属电极，所述金属电极与所述能量耦合结构直接接触或间接接触，所述金属电极的部分表面裸露在空气中，在其中两个所述金属电极的两端加上偏压时，所述能量耦合结构的折射率发生变化并引起所述波导的有效折射率发生改变。
9、为实现上述目的，第二方面，本申请采用的技术方案是：
10、提供一种光学调制器，包括光学移相器和直波导，
11、所述光学移相器包括：
12、至少一个衬底；
13、至少一根波导，所述波导位于所述衬底上表面或嵌入所述衬底内部，所述波导首尾相连形成微环结构；
14、至少一个能量耦合结构，所述能量耦合结构首尾相连形成微环结构，所述能量耦合结构和所述波导于传输模式中至少有部分能量相互耦合；
15、至少两个金属电极，所述金属电极与所述能量耦合结构直接接触或间接接触，所述金属电极的部分表面裸露在空气中，在其中两个所述金属电极的两端加上偏压时，所述能量耦合结构的折射率发生变化并引起所述波导的有效折射率发生改变；
16、所述光学移相器内的其中一个所述金属电极为圆柱结构且位于所述微环结构的内部，所述光学移相器内的另一个所述金属电极为优圆弧结构且间隔环绕所述微环结构布置，所述优圆弧结构的缺口正对所述直波导，所述直波导和所述微环结构于传输模式中至少有部分能量相互耦合。
17、为实现上述目的，第三方面，本申请采用的技术方案是：
18、提供一种光学调制器，包括功分器、合路器、至少两根由直波导形成的连接臂和如上述的光学移相器，所述功分器连接于所有所述连接臂的同一侧端部，所述合路器连接于两根所述连接臂的另一侧端部，至少有一个所述光学移相器连接于其中一根所述连接臂上；
19、所述光学移相器内的其中一个所述金属电极为圆柱结构且位于所述微环结构的内部，所述光学移相器内的另一个所述金属电极为优圆弧结构且间隔环绕所述微环结构布置，所述优圆弧结构的缺口正对与其相邻的所述直波导，所述直波导和所述微环结构于传输模式中至少有部分能量相互耦合，且所述微环结构的损耗能量小于耦合损耗能量。
20、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述光学移相器设置有两组且分别连接于两根所述连接臂上。
21、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述功分器为一分二功分器，所述一分二功分器将一路输入信号能量分成两路相等的输出信号能量；所述合路器为二合一合路器且将两路输入信号能量合成一路输出信号能量。
22、在本申请的一种可实现的技术方案中，部分所述直波导、所述微环结构和两个所述金属电极均掩埋于二氧化硅中。
23、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述直波导和所述能量耦合结构均采用氮化硅材料。
24、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述能量耦合结构的制作材料和所述波导的制作材料相同或者不同。
25、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述波导的制作材料为硅或者氮化硅，所述衬底的制作材料为硅。
26、在本申请的一种可实现的技术方案中，还包括铺设于所述衬底上表面的二氧化硅层。
27、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述波导和所述能量耦合结构均掩埋在所述二氧化硅层中。
28、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述金属电极的上表面裸露在空气中，所述金属电极的其余部分掩埋在所述二氧化硅层中。
29、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述金属电极位于所述二氧化硅层的外侧，且位于所述二氧化硅层的上方。
30、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述波导的形式为以下类型中的任何一种：脊波导、直波导、狭缝波导、光子晶体波导、亚波长光栅波导、亚波长光栅狭缝波导、表面等离子激元狭缝波导。
31、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述能量耦合结构的折射率在以下任何一种效应下发生改变：离子体色散效应、泡克耳斯效应、克尔效应、热光效应、声光效应、压电效应、磁光效应、光弹效应。
32、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述波导为硅脊波导，所述硅脊波导的两个侧部上表面分别和其中两个所述金属电极的底部直接接触，在加偏压的条件下，所述硅脊波导的折射率发生改变。
33、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述能量耦合结构包括氮化硅波导和氮化钛电阻片，所述氮化钛电阻片的两个侧部上表面分别和其中两个所述金属电极的底部直接接触，在加偏压的条件下，所述氮化钛电阻片被加热，导致所述波导和所述氮化硅波导的温度上升、折射率增大。
34、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述能量耦合结构包括氮化硅波导和氮化铝片，其中两个所述金属电极上下间隔布置且所述氮化铝片夹设于两者之间，所述金属电极的端部设置有射频信号源，在加偏压的条件下，所述氮化铝片内产生的声波在所述氮化硅波导和所述波导内引入机械应力，所述机械应力改变所述氮化硅波导和所述波导的折射率。
35、在本申请的一种可实现的技术方案中，所述能量耦合结构包括氮化硅波导和锆钛酸铅涂层，其中两个所述金属电极上下间隔布置且所述锆钛酸铅涂层夹设于两者之间，在加偏压的条件下，所述锆钛酸铅涂层内产生平行于其厚度方向的电场，基于反向压电效应，所述锆钛酸铅涂层变厚、宽度方向变窄，上述尺寸变化均导致所述氮化硅波导和所述波导内部产生压应力，以改变所述氮化硅波导和所述波导的折射率。
【技术保护点】
1.一种光学调制器，其特征在于，包括功分器(101)、合路器(102)、至少两根由波导(43)形成的连接臂(103)和光学移相器(104)，所述功分器(101)连接于所有所述连接臂(103)的同一侧端部，所述合路器(102)连接于所有所述连接臂(103)的另一侧端部，至少有一个所述光学移相器(104)连接于其中一根所述连接臂(103)上；
2.一种光学调制器，其特征在于，包括光学移相器(104)和直波导(105)，
3.一种光学调制器，其特征在于，包括功分器(101)、合路器(102)、至少两根由直波导(105)形成的连接臂(103)和如权利要求2中所述的光学移相器(104)，所述功分器(101)连接于所有所述连接臂(103)的同一侧端部，所述合路器(102)连接于两根所述连接臂(103)的另一侧端部，至少有一个所述光学移相器(104)连接于其中一根所述连接臂(103)上；
4.如权利要求1或3所述的光学调制器，其特征在于，所述光学移相器(104)设置有两组且分别连接于两根所述连接臂(103)上。
5.如权利要求4所述的光学调制器，
6.如权利要求2或3所述的光学调制器，其特征在于，部分所述直波导(105)、所述微环结构和两个所述金属电极(44)均掩埋于二氧化硅中。
7.如权利要求2或3所述的光学调制器，其特征在于，所述直波导(105)和所述能量耦合结构(42)均采用氮化硅材料。
8.如权利要求1至7任一项所述的光学调制器，其特征在于，所述能量耦合结构(42)的制作材料和所述波导(43)的制作材料相同或者不同。
9.如权利要求8所述的光学调制器，其特征在于，所述波导(43)的制作材料为硅或者氮化硅，所述衬底(41)的制作材料为硅。
10.如权利要求9所述的光学调制器，其特征在于，还包括铺设于所述衬底(41)上表面的二氧化硅层(46)。
11.如权利要求10所述的光学调制器，其特征在于，所述波导(43)和所述能量耦合结构(42)均掩埋在所述二氧化硅层(46)中。
12.如权利要求10所述的光学调制器，其特征在于，所述金属电极(44)的上表面裸露在空气中，所述金属电极(44)的其余部分掩埋在所述二氧化硅层(46)中。
13.如权利要求10所述的光学调制器，其特征在于，所述金属电极(44)位于所述二氧化硅层(46)的外侧，且位于所述二氧化硅层(46)的上方。
14.如权利要求8所述的光学调制器，其特征在于，所述波导(43)的形式为以下类型中的任何一种：脊波导、直波导、狭缝波导、光子晶体波导、亚波长光栅波导、亚波长光栅狭缝波导、表面等离子激元狭缝波导。
15.如权利要求8所述的光学调制器，其特征在于，所述能量耦合结构(42)的折射率在以下任何一种效应下发生改变：离子体色散效应、泡克耳斯效应、克尔效应、热光效应、声光效应、压电效应、磁光效应、光弹效应。
16.如权利要求15所述的光学调制器，其特征在于，所述波导(43)为硅脊波导(43)，所述硅脊波导的两个侧部上表面分别和其中两个所述金属电极(44)的底部直接接触，在加偏压的条件下，所述硅脊波导的折射率发生改变。
17.如权利要求15所述的光学调制器，其特征在于，所述能量耦合结构(42)包括氮化硅波导(421)和氮化钛电阻片(422)，所述氮化钛电阻片(422)的两个侧部上表面分别和其中两个所述金属电极(44)的底部直接接触，在加偏压的条件下，所述氮化钛电阻片(422)被加热，导致所述波导(43)和所述氮化硅波导(421)的温度上升、折射率增大。
18.如权利要求15所述的光学调制器，其特征在于，所述能量耦合结构(42)包括氮化硅波导(421)和氮化铝片(423)，其中两个所述金属电极(44)上下间隔布置且所述氮化铝片(423)夹设于两者之间，所述金属电极(44)的端部设置有射频信号源，在加偏压的条件下，所述氮化铝片(423)内产生的声波在所述氮化硅波导(421)和所述波导(43)内引入机械应力，所述机械应力改变所述氮化硅波导(421)和所述波导(43)的折射率。
19.如权利要求15所述的光学调制器，其特征在于，所述能量耦合结构(42)包括氮化硅波导(421)和锆钛酸铅涂层(424)，其中两个所述金属电极(44)上下间隔布置且所述锆钛酸铅涂层(424)夹设...
【技术特征摘要】
1.一种光学调制器，其特征在于，包括功分器(101)、合路器(102)、至少两根由波导(43)形成的连接臂(103)和光学移相器(104)，所述功分器(101)连接于所有所述连接臂(103)的同一侧端部，所述合路器(102)连接于所有所述连接臂(103)的另一侧端部，至少有一个所述光学移相器(104)连接于其中一根所述连接臂(103)上；
2.一种光学调制器，其特征在于，包括光学移相器(104)和直波导(105)，
3.一种光学调制器，其特征在于，包括功分器(101)、合路器(102)、至少两根由直波导(105)形成的连接臂(103)和如权利要求2中所述的光学移相器(104)，所述功分器(101)连接于所有所述连接臂(103)的同一侧端部，所述合路器(102)连接于两根所述连接臂(103)的另一侧端部，至少有一个所述光学移相器(104)连接于其中一根所述连接臂(103)上；
4.如权利要求1或3所述的光学调制器，其特征在于，所述光学移相器(104)设置有两组且分别连接于两根所述连接臂(103)上。
5.如权利要求4所述的光学调制器，其特征在于，所述功分器(101)为一分二功分器(101)，所述一分二功分器(101)将一路输入信号能量分成两路相等的输出信号能量；所述合路器(102)为二合一合路器(102)且将两路输入信号能量合成一路输出信号能量。
6.如权利要求2或3所述的光学调制器，其特征在于，部分所述直波导(105)、所述微环结构和两个所述金属电极(44)均掩埋于二氧化硅中。
7.如权利要求2或3所述的光学调制器，其特征在于，所述直波导(105)和所述能量耦合结构(42)均采用氮化硅材料。
8.如权利要求1至7任一项所述的光学调制器，其特征在于，所述能量耦合结构(42)的制作材料和所述波导(43)的制作材料相同或者不同。
9.如权利要求8所述的光学调制器，其特征在于，所述波导(43)的制作材料为硅或者氮化硅，所述衬底(41)的制作材料为硅。
10.如权利要求9所述的光学调制器，其特征在于，还包括铺设于所述衬底(41)上表面的二氧化硅层(46)。
11.如权利要求10所述的光学调制器，其特征在于，所述波导(43)和所述能量耦合结构(42)均掩埋在所述二氧化硅层(46)中。
12.如权利要求10所述的光学调制器，其特征在于，所述金属电极(44)的上表面裸露在空气中，所述金属电极(44)的其余部分掩埋在所述二氧化硅层(46)中。
13.如权利要求10所述的光学调制器，其特征在于，所述金属电极(44)位于所述二氧化硅层(46)的外侧，且位于所述二氧化硅层(46)的上方。
14.如权利要求8所述的光学调制器，其特征在于，所述波导(43)的形式为以下类型中的任何一种：脊波导、直波导、狭缝波导、光子晶体波导、亚波长光栅波导、亚波长光栅狭缝波导、表面等离子激元狭缝波导。
15.如权利要求8所述的光学调制器，其特征在于，所述能量耦合结构(4...
【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，
申请(专利权)人：武汉万集光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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