【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光通信，尤其涉及一种差分驱动匹配的薄膜铌酸锂调制器及其制作方法。
技术介绍
1、近年来，随着随着5g、云计算以及人工智能等新兴业务的快速发展，带来了高速算力的需求，而高速算力的需求又极大地推动了光通信业务的发展。电光调制器是光通信、光互联和光信号处理的核心器件。随着光通信业务的不断发展，市场对高速调制器芯片在速率、功耗、插损以及集成度等方面提出了越来越高的要求。在现有的技术里，硅光调制器因其成本低，集成度高，与cmos工艺兼容等优势受到了市场的广泛青睐。而随着高速光通信的不断发展，硅光调制器因受限于其载流子迁移率的限制，很难进一步提升其调制带宽。随着光通信业务由400g向800g以及1.6t演进时，硅光调制器很难满足其调制带宽的需求。
2、薄膜铌酸锂调制器作为近几年快速发展的一种调制器技术，已经被证实可以实现>70ghz的电光调制带宽，可以满足800g以及1.6t光通信业务对调制带宽的需求。2018年，哈佛大学在natue上报道的薄膜铌酸锂调制器，实验上证实了其可以在vπ为2.3v时实现>70ghz的电光调制带宽(wang c,zhang m,chen x,et al.integrated lithiumniobateelectro-optic modulators operating at cmos-compatible voltages[j].nature,18,562(7725):1-4.)。hyperlight公司进一步报道了在石英衬底的薄膜铌酸锂晶圆上设计电容负载电极结构可进一步突
3、但目前为止，薄膜铌酸锂调制器仍然以单端驱动的方式进行工作，单端驱动相比于差分驱动方式，调制效率更低，同时信号调制过程中的电磁抗干扰能力较差且信号调制噪声更大。
技术实现思路
1、本申请实施例通过提供一种匹配差分驱动的薄膜铌酸锂调制器，薄膜铌酸锂为x切或y切晶向，通过在其晶轴z向施加电场对铌酸锂材料进行调制，即电场施加方向与波导的模场偏振方向一致，通常为横电模式(te模式)。包括输入端口、分束器、两个波导、正信号电极、负信号电极、接地电极、加热器、合束器、输出端口；所述输入端口用于光的输入，输入端口连接所述分束器，输入光经过所述分束器后分成相同功率的两束光分别进入两个波导，传输后进入所述合束器，所述合束器与所述输出端口进行连接，输出调制后的光信号，所述两个波导位于正信号电极和负信号电极之间，且沿铌酸锂z向晶轴方向具有相反的极化方向。
2、优选的，所述正信号电极和所述负信号电极由t形电极结构组成，所述t形电极结构由条形金属结构负载且呈周期性分布，正信号电极上的t形电极结构与负信号电极上的t形电极结构沿光传播方向交替排列。
3、优选的，所述一个波导位于正信号电极的条形结构和负信号电极t形结构之间，另一个波导位于负信号电极的条形结构与正信号电极的t形结构之间。
4、优选的，所述t形结构宽度a和d的范围在1um-5um，周期p为40um-400um，长度b和c的范围10um-150um，f是正信号电极上的t形结构和相邻的负信号电极上的t形结构的间距，f≥0时表明正负信号电极上的t形结构沿传播方向完全错开，f＜0时表明彼此间有相互交叠的部分，f的取值范围是-70um-30um。
5、优选的，所述正信号电极和所述负信号电极由条形电极结构组成，正负信号电极与波导的间距为500nm-3um，波导间距为500nm-4um，正负信号电极宽度为10um-60um。
6、优选的，所述波导采用非交叉折叠方法，具体为：所述波导直接弯曲，两个波导不交叉，且弯曲后同一个波导沿z轴晶向具有相反的极化方向。
7、优选的，所述波导采用交叉折叠方法，具体为：所述两个波导交叉实现弯曲折叠，弯曲折叠部分通过微波延时设计保证微波信号的延时与光信号的延时相等。
8、优选的，所述正信号电极和所述负信号电极的弯曲半径大于70um。
9、本申请还提供了一种制作上述调制器的基于晶圆平台制作方法，其特征在于，具体包括：
10、步骤1：在埋氧层为二氧化硅的薄膜铌酸锂上制备薄膜铌酸锂光波导，包括输入端口，输出端口波导、分束器、合束器、马赫曾德尔结构的2个波导分支臂等光波导结构；
11、步骤2：制备用于马赫曾德尔分支臂极化的金属电极，用于对特定的波导进行极化；
12、步骤3：通过施加脉冲电压对马赫曾德尔结构的波导进行极化；
13、步骤4：去除用于极化的金属电极；
14、步骤5：在制备的薄膜铌酸锂光波导上沉积一层二氧化硅；
15、步骤6：制备加热器；
16、步骤7：制备金属电极，包括正信号电极、负信号电极以及接地电极；如果正、负信号电极为普通条形电极结构，则制备电极时只需要一次蒸镀或者溅射。如果正、负电极结构为t形或者其他形状的电极结构，则制备过程分2次金属电极的蒸镀或者溅射；
17、步骤8：在制备完的电极结构上沉积一层二氧化硅保护层，用于对电极以及波导结构的保护。
18、本申请还提供了一种制作上述调制器的基于异质集成平台制作方法，其特征在于，具体包括：
19、步骤1：硅基波导的制备，包括输入端口，输出端口，分束器、合束器以及硅基/薄膜铌酸锂耦合器等结构；
20、步骤2：硅基/薄膜铌酸锂异质集成工艺，可以通过bcb等胶水键合或者直接键合的方式，键合后去除薄膜铌酸锂晶圆上的硅基/铌酸锂/石英为衬底，并去除薄膜铌酸锂晶圆上的埋氧层；
21、步骤3：在键合的薄膜铌酸锂上刻蚀光波导结构，包括硅基/薄膜铌酸锂耦合器、马赫曾德尔结构的2个波导分支臂等光波导结构；
22、步骤4：制备用于马赫曾德尔分支臂极化的金属电极，用于对特定的波导进行极化；
23、步骤5：通过施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种匹配差分驱动的薄膜铌酸锂调制器，包括输入端口、分束器、两个波导、正信号电极、负信号电极、接地电极、加热器、合束器、输出端口；所述输入端口用于光的输入，输入端口连接所述分束器，输入光经过所述分束器后分成相同功率的两束光分别进入两个波导，传输后进入所述合束器，所述合束器与所述输出端口进行连接，输出调制后的光信号，其特征在于，所述两个波导位于正信号电极和负信号电极之间，且沿铌酸锂z向晶轴方向具有相反的极化方向。
2.如权利要求1所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述正信号电极和所述负信号电极由T形电极结构组成，所述T形电极结构由条形金属结构负载且呈周期性分布，正信号电极上的T形电极结构与负信号电极上的T形电极结构沿光传播方向交替排列。
3.如权利要求2所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述一个波导位于正信号电极的条形结构和负信号电极T形结构之间，另一个波导位于负信号电极的条形结构与正信号电极的T形结构之间。
4.如权利要求3所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述T形结构宽度a和d的范围在1um-5um，周期p为40um-400um，长度
5.如权利要求1所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述正信号电极和所述负信号电极由条形电极结构组成，正负信号电极与波导的间距为500nm-3um，波导间距为500nm-4um，正负信号电极宽度为10um-60um。
6.如权利要求1所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述波导采用非交叉折叠方法，具体为：所述波导直接弯曲，两个波导不交叉，且弯曲后同一个波导沿z轴晶向具有相反的极化方向。
7.如权利要求1所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述波导采用交叉折叠方法，具体为：所述两个波导交叉实现弯曲折叠，弯曲折叠部分通过微波延时设计保证微波信号的延时与光信号的延时相等。
8.如权利要求6或7任一所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述正信号电极和所述负信号电极的弯曲半径大于70um。
9.一种制作如权利要求1所述调制器的基于晶圆平台制作方法，其特征在于，具体包括：
10.一种制作如权利要求1所述调制器的基于异质集成平台制作方法，其特征在于，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种匹配差分驱动的薄膜铌酸锂调制器，包括输入端口、分束器、两个波导、正信号电极、负信号电极、接地电极、加热器、合束器、输出端口；所述输入端口用于光的输入，输入端口连接所述分束器，输入光经过所述分束器后分成相同功率的两束光分别进入两个波导，传输后进入所述合束器，所述合束器与所述输出端口进行连接，输出调制后的光信号，其特征在于，所述两个波导位于正信号电极和负信号电极之间，且沿铌酸锂z向晶轴方向具有相反的极化方向。
2.如权利要求1所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述正信号电极和所述负信号电极由t形电极结构组成，所述t形电极结构由条形金属结构负载且呈周期性分布，正信号电极上的t形电极结构与负信号电极上的t形电极结构沿光传播方向交替排列。
3.如权利要求2所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述一个波导位于正信号电极的条形结构和负信号电极t形结构之间，另一个波导位于负信号电极的条形结构与正信号电极的t形结构之间。
4.如权利要求3所述的薄膜铌酸锂调制器，其特征在于，所述t形结构宽度a和d的范围在1um-5um，周期p为40um-400um，长度b和c的范围10um-150um，f是正信号电极上的t形结构和相邻的负信号电极上的...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷祥，吴星宇，夏晨曦，花轩，
申请(专利权)人：苏州易缆微半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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