一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，包括行波電極，鈮酸鋰波導(dǎo)層，下包層，地電極和襯底，所述的襯底上表面覆蓋所述的地電極；所述的地電極上表面覆蓋所述的下包層；所述的下包層上表面覆蓋所述的鈮酸鋰鈮酸鋰波導(dǎo)層；所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層上表面覆蓋所述的行波電極；所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層包括鈮酸鋰晶體和鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)，所述的鈮酸鋰晶體設(shè)置在鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)的下表面中部。本發(fā)明的鈮酸鋰波導(dǎo)層的設(shè)置，在實(shí)現(xiàn)低功耗驅(qū)動(dòng)的同時(shí)降低了調(diào)制器的尺寸，提高了器件的穩(wěn)定性，具有制作工藝簡(jiǎn)便，器件尺寸小，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，便于推廣和使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種光調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]馬赫曾德(Mach-Zehnder)調(diào)制器是基于馬赫曾德干涉原理的波導(dǎo)型電介質(zhì)光調(diào)制器件，MZ由兩端的兩個(gè)Y分支器和中間兩個(gè)單波導(dǎo)調(diào)制器組成。
[0003]調(diào)制器是產(chǎn)生光信號(hào)的關(guān)鍵器件。在TDM和WDM系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中，從連續(xù)波(CW)激光器發(fā)出的光載波信號(hào)進(jìn)入調(diào)制器，高速數(shù)據(jù)流以驅(qū)動(dòng)電壓的方式迭加到光載波信號(hào)上從而完成調(diào)制。
[0004]在網(wǎng)絡(luò)容量呈指數(shù)增長(zhǎng)和全球一體化的驅(qū)動(dòng)下，光通信系統(tǒng)正朝著大容量高速率長(zhǎng)距離傳輸?shù)姆较蚩焖侔l(fā)展。而調(diào)制器的性能和效率首要的決定著光通信系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。近年來(lái)，由于鈮酸鋰(LiNb03)波導(dǎo)的低損耗、高電光效率等特性，基于馬赫曾德波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的LiNb03調(diào)制器(簡(jiǎn)稱(chēng)LiNb03馬赫曾德調(diào)制器)更是以其啁啾可調(diào)，驅(qū)動(dòng)電壓低以及帶寬大等優(yōu)點(diǎn)成為光通信系統(tǒng)中使用最廣泛的高速調(diào)制器。但是由于材料電光系數(shù)較小，Z軸方向上LiNb03的電光系數(shù)為32pm/V，為保證較小半波電壓，需要增加器件的長(zhǎng)度，因此目前基于鈮酸鋰的馬赫曾德調(diào)制器尺寸很大，無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)小型化模塊的需求，另外要降低驅(qū)動(dòng)電壓需要增加長(zhǎng)度，由于長(zhǎng)度已經(jīng)太大，因此目前鈮酸鋰無(wú)法實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)，不利于降低功耗。
[0005]目前的鈮酸鋰光調(diào)制器產(chǎn)品多使用同成分的鈮酸鋰晶體作為基底，然而在光調(diào)制過(guò)程中，對(duì)于不同波長(zhǎng)、不同強(qiáng)度的光信號(hào)，對(duì)應(yīng)的光損耗也不同，作為全光通信的核心器件，其穩(wěn)定新尚有欠缺。
[0006]因此，發(fā)明一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器顯得非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在著低功率驅(qū)動(dòng)的同時(shí)調(diào)制器的尺寸過(guò)大，穩(wěn)定性差，制作工藝復(fù)雜的問(wèn)題，包括行波電極，鈮酸鋰波導(dǎo)層，下包層，地電極和襯底，所述的襯底上表面覆蓋所述的地電極；所述的地電極上表面覆蓋所述的下包層；所述的下包層上表面覆蓋所述的鈮酸鋰鈮酸鋰波導(dǎo)層；所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層上表面覆蓋所述的行波電極；所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層包括鈮酸鋰晶體和鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)；所述的鈮酸鋰晶體設(shè)置在鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)的下表面中部。
[0008]所述的鈮酸鋰晶體采用的是局部摻鎂的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體；所述的鈮酸鋰晶體位于鈮酸鋰波導(dǎo)層基底。
[0009]所述的襯底是娃。
[0010]所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層采用的是以鈮酸鋰晶體為基底的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)區(qū)域的下表面為下包層的上表面。
[0011]所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層中的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)沿晶體的Y方向。
[0012]所述行波電極到所述地電極的距離為2 μπι至20 μπι ;即所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層的厚度為 2 μπι 至 20 μπι。
[0013]所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層上表面覆蓋行波電極。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:由于本發(fā)明的一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器廣泛應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域。在實(shí)現(xiàn)低功耗驅(qū)動(dòng)的同時(shí)降低了調(diào)制器的尺寸，提高了器件的穩(wěn)定性，具有制作工藝簡(jiǎn)便，器件尺寸小，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是馬赫曾德調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是基于本發(fā)明實(shí)施例的一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器示意圖。
[0017]圖中:
[0018]1-行波電極，2-鈮酸鋰波導(dǎo)層，21-鈮酸鋰晶體，22-鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)，3-下包層，4-地電極，5-襯底。
[0019]01-輸入光纖，02-Υ型波導(dǎo)分支，03-行波電極，04-地電極，05-外殼，06-輸出光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0021]實(shí)施例:
[0022]如附圖1至附圖2所示
[0023]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器如圖1所示，包括行波電極1，鈮酸鋰波導(dǎo)層2，下包層3，地電極4和襯底5，所述的襯底5上表面覆蓋所述的地電極4 ;所述的地電極4上表面覆蓋所述的下包層3 ;所述的下包層3上表面覆蓋所述的鈮酸鋰鈮酸鋰波導(dǎo)層2 ;所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2上表面覆蓋所述的行波電極I ;所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2包括鈮酸鋰晶體21和鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)22，所述的鈮酸鋰晶體21設(shè)置在鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)22的下表面中部。
[0024]該光調(diào)制器可以通過(guò)對(duì)行波電極I的電壓控制來(lái)達(dá)到輸出光的強(qiáng)度調(diào)制。所述的鈮酸鋰晶體21采用的是局部摻鎂的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體；所述的鈮酸鋰晶體21位于鈮酸鋰波導(dǎo)層2基底。
[0025]所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2采用的是以鈮酸鋰晶體21為基底的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)22區(qū)域的下表面為下包層4的上表面。
[0026]所述的地電極4可以采用金Au等材料
[0027]所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2中的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)22沿晶體的Y方向。
[0028]所述行波電極I到所述地電極4的距離為2 μπι至20 μπι ;即所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2的厚度為2 μπι至20 μπι。
[0029]所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2上表面覆蓋行波電極I ;
[0030]所述下包層3可以采用二氧化硅。
[0031]該硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器的調(diào)制原理如圖2，其調(diào)制電壓與所需調(diào)制長(zhǎng)度的關(guān)系如下:
[0032]Vpt = λ.d/ (2 Γ.η03.γ 33.L)
[0033]L= λ.d/ (2 Γ.η03.γ 33.Vpt)
[0034]其中，Vpt為半波電壓，λ為波長(zhǎng)，Γ為電場(chǎng)交疊因子，η03為折射率，γ 33為電光系數(shù)，L為行波電極長(zhǎng)度，d為電廠路徑長(zhǎng)度，所述L決定所述調(diào)制器的長(zhǎng)度。通常情況下，本發(fā)明的電場(chǎng)路徑相對(duì)于傳統(tǒng)路徑，至少縮小了 8至10倍。
[0035]參考圖2，圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種模塊結(jié)構(gòu)示意圖，包括01輸入光纖，02Y型波導(dǎo)分支，03行波電極，04地電極，05外殼，06輸出光纖:
[0036]所述輸入光纖01用于將光傳輸?shù)剿龉庹{(diào)制器；
[0037]所述行波電極I用于根據(jù)電信號(hào)對(duì)所述輸入光進(jìn)行調(diào)制；
[0038]所述輸出光纖06用于將調(diào)制光輸出；
[0039]所述外殼05用于對(duì)耦合好的光纖與波導(dǎo)進(jìn)行封裝。
[0040]工作原理
[0041]本發(fā)明中，本發(fā)明提供一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，所述調(diào)制器包括行波電極1，鈮酸鋰波導(dǎo)層2，下包層3，地電極4和襯底5，所述的襯底5上表面覆蓋所述的地電極4 ;所述的地電極4上表面覆蓋所述的下包層3 ;所述的下包層3上表面覆蓋所述的鈮酸鋰鈮酸鋰波導(dǎo)層2 ;所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2上表面覆蓋所述的行波電極1，可以大幅度減小鈮酸鋰調(diào)制器的尺寸，本發(fā)明所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2的厚度可以為2 μπι至20 μπι，對(duì)于傳統(tǒng)調(diào)制器而言，本發(fā)明的尺寸至少可以縮小8至10倍，可以用于小型化光模塊，微電子或光電子器件，此外，本發(fā)明所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層2為局域摻鎂的近化學(xué)計(jì)量比鈦擴(kuò)散條形條波導(dǎo)，能夠在常溫下實(shí)現(xiàn)抗光折變，有效地提高光調(diào)制器功能的穩(wěn)定性。
[0042]利用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，或本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案的啟發(fā)下，設(shè)計(jì)出類(lèi)似的技術(shù)方案，而達(dá)到上述技術(shù)效果的，均是落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，其特征在于，該基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器包括行波電極(1)，鈮酸鋰波導(dǎo)層(2)，下包層(3)，地電極⑷和襯底(5)，所述的襯底(5)上表面覆蓋所述的地電極⑷；所述的地電極⑷上表面覆蓋所述的下包層(3);所述的下包層(3)上表面覆蓋所述的鈮酸鋰鈮酸鋰波導(dǎo)層(2);所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(2)上表面覆蓋所述的行波電極(I);所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(2)包括鈮酸鋰晶體(21)和鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)(22);所述的鈮酸鋰晶體(21)設(shè)置在鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)(22)的下表面中部。2.如權(quán)利要求1所述的基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，其特征在于，所述的鈮酸鋰晶體(21)采用的是局部摻鎂的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體；所述的鈮酸鋰晶體(21)位于鈮酸鋰波導(dǎo)層(2)基底。3.如權(quán)利要求1所述的基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，其特征在于，所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(2)采用的是以鈮酸鋰晶體(21)為基底的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)(22)區(qū)域的下表面為下包層(3)的上表面。4.如權(quán)利要求1所述的基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，其特征在于，所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(2)中的鈦擴(kuò)散條波導(dǎo)(22)沿晶體的Y方向。5.如權(quán)利要求1所述的基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，其特征在于，所述行波電極⑴到所述地電極⑷的距離為2μπι至20μπι;即所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(2)的厚度為2 μπι至20 μπι。6.如權(quán)利要求1所述的基于馬赫-曾德干涉的硅基鈮酸鋰薄膜光調(diào)制器，其特征在于，所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(2)上表面覆蓋行波電極(I)。
【文檔編號(hào)】G02F1/035GK106033154SQ201510875527
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日
【發(fā)明人】姜城
【申請(qǐng)人】派尼爾科技（天津）有限公司