一種高調製效率的鈮酸鋰薄膜電光調製器的製作方法

2024-01-21 18:18:15 3

本實用新型涉及光纖通信與光纖傳感技術領域，特別是涉及一種高調製效率的鈮酸鋰薄膜電光調製器。

背景技術：

不斷增長的光纖帶寬需求推動相干光通信系統向前發展和應用。儘管第一代100G相干光通信系統已經布設在網絡中好幾年了，對帶寬、埠密度以及系統能耗量的要求依然在不斷提高，也推動技術向200G、400G甚至更高速的系統前進。

在早期的光通信技術發展過程中，鈮酸鋰晶體起到了重要的作用。基於鈮酸鋰晶體的馬赫-曾德爾調製器，具有低損耗、高調製帶寬、高消光比以及低啁啾等顯著優勢，作為外調製器廣泛應用在超長距離超高速光網絡中。

然而，隨著光通信技術的不斷發展，由於鈮酸鋰電光調製器本身存在的體積和半波電壓較大的問題，使其在光通信系統特別是相干光通信系統中的應用受到了較大的制約。鈮酸鋰電光調製器體積和半波電壓較大的問題來自於鈮酸鋰電光調製器所採用的行波電極，這種電極結構具有較低的電光調製效率。鈮酸鋰電光調製器的半波電壓和行波電極長度的設計考慮因素由下式決定：

其中，Vπ為調製器的半波電壓，L為行波電極長度，Γ為電光調製效率，d為行波電極中信號電極與地電極之間的間距，λ為器件工作波長，n為光波折射率，γ為鈮酸鋰晶體的電光係數。由上式可見，當鈮酸鋰電光調製器的結構參數(Γ、d、λ、n等)為固定值時，器件的半波電壓和行波電極長度是成反比例關係，即通過延長行波電極長度的方式可實現器件半波電壓的降低，但這會導致器件體積的增大。因此，為降低鈮酸鋰電光調製器的半波電壓，採用縮短電極間距d和提高電光調製效率Γ則是更好的技術方案。然而，縮短電極間距d會導致器件調製帶寬的降低，因此，提高電光調製效率Γ則更為有效。

提高電光調製效率可採用如下兩種技術方案：(1)製作基於脊型鈮酸鋰波導的行波電極結構，(2)降低二氧化矽緩衝層厚度或去除二氧化矽緩衝層。上述兩種提高電光調製效率的技術方案中，方案(1)在製作脊型鈮酸鋰波導時需採用幹法刻蝕或溼法腐蝕的方式，所製作的脊型鈮酸鋰波導傳輸損耗過大，導致器件插入損耗過大；方案(2)降低了二氧化矽緩衝層的厚度，導致了光波與微波折射率匹配程度的下降，會降低器件的工作帶寬。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種高調製效率的鈮酸鋰薄膜電光調製器，以解決上述兩種提高電光調製效率的技術方案導致的問題。

為實現本實用新型的目的，本實用新型提供了一種高調製效率的鈮酸鋰薄膜電光調製器，其特徵在於，基底材料1、下層電極2、下緩衝層3、鈮酸鋰薄膜4、光學波導5、上緩衝層6、上層電極7，所述上層電極7為信號級，包括正電極和負電極，正電極和負電極分別位於左右兩側光學波導5上方，所述下層電極為地電極，所述鈮酸鋰薄膜4為具有單晶結構的、厚度為0.1μm至10μm的鈮酸鋰薄膜材料。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果為，本申請通過將鈮酸鋰電光調製器的電極製備成上下型結構，上層電極(信號極)分別位於光學波導上方，下層電極為地電極，因而上下型電極結構對光學波導可以起到100％的調製效率，遠高於傳統鈮酸鋰電光調製器的40％至50％的電光調製效率；此外，本申請採用具有單晶結構的、厚度為0.1μm至10μm的鈮酸鋰薄膜材料，可實現與傳統鈮酸鋰電光調製器相比更短的電極間距。上述兩方面因素可大幅降低鈮酸鋰電光調製器的半波電壓。

附圖說明

圖1所示為本實用新型實施例1的截面結構示意圖示意圖；

圖2所示為本實用新型實施例2的截面結構示意圖示意圖；

圖3所示為本實用新型實施例3的截面結構示意圖示意圖；

圖中，基底材料1、下層電極2、下緩衝層3、鈮酸鋰薄膜4、光學波導5、上緩衝層6、上層電極7。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬於「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、部件或者模塊、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本申請的實施方式例如能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

為了便於描述，在這裡可以使用空間相對術語，如「在……之上」、「在……上方」、「在……上表面」、「上面的」等，用來描述如在圖中所示的一個部件或者模塊或特徵與其他部件或者模塊或特徵的空間位置關係。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了部件或者模塊在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的部件或者模塊被倒置，則描述為「在其他部件或者模塊或構造上方」或「在其他部件或者模塊或構造之上」的部件或者模塊之後將被定位為「在其他部件或者模塊或構造下方」或「在其他部件或者模塊或構造之下」。因而，示例性術語「在……上方」可以包括「在……上方」和「在……下方」兩種方位。該部件或者模塊也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處於其他方位)，並且對這裡所使用的空間相對描述作出相應解釋。

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

實施例1

如圖1所示，本實施例包括基底材料1、下層電極2、下緩衝層3、鈮酸鋰薄膜4、光學波導5、上緩衝層6、上層電極7，所述上層電極7為信號級，包括正電極和負電極，正電極和負電極分別位於左右兩側光學波導5上方，所述下層電極為地電極，所述鈮酸鋰薄膜4為具有單晶結構的、厚度為5μm至10μm的鈮酸鋰薄膜材料。所述基底材料1採用厚度為0.1mm至2mm的z切鈮酸鋰體晶材料；所述下層電極2採用厚度為0.1um至30um的金或鋁等金屬薄膜；所述下緩衝層3和上緩衝層2採用厚度為0.1um至5um的二氧化矽或氧化鋁等氧化物薄膜；所述鈮酸鋰薄膜4為具有單晶結構的、厚度為0.1μm至10μm的鈮酸鋰薄膜材料，通過鍵合工藝與減薄工藝相結合的工藝手段製備；所述光學波導5為鈦擴散光學波導或退火質子交換光學波導，波導擴散寬度為1至20μm，擴散深度為1至20μm；所述上層電極7採用厚度為0.1um至30um的金或鋁等金屬薄膜，正電極和負電極分別位於左右兩側光學波導5上方。

實施例2

如圖2所示，本實施例與實施例1的區別在於，所述低阻矽基底材料代替了上述方案中的鈮酸鋰體晶基底材料1、下層電極2以及下緩衝層3，通過其低阻值特性起到了下層電極2的作用，並通過導電膠將矽基底與金屬管殼粘接使低阻矽基底成為地電極；所述上緩衝層6採用厚度為0.1um至5um的二氧化矽或氧化鋁等氧化物薄膜；所述上層電極7採用厚度為0.1um至30um的金或鋁等金屬薄膜。

實施例3

本實施例是在實施例1或實施例2基礎上，提供了一種新的鈮酸鋰薄膜(4)結構,其餘的方案與實施例1或實施例2一致。所述鈮酸鋰薄膜(4)由左半側薄膜部分和右半側薄膜部分組成，其中左半側薄膜部分具有+c極化方向或-c極化方向，相對應地，右半側薄膜部分具有-c極化方向或+c極化方向，也就是說，當左半側薄膜部分具有+c極化方向，右半側薄膜部分具有-c極化方向，當左半側薄膜部分具有-c極化方向，右半側薄膜部分具有+c極化方向。如圖3所示，為在實施例1基礎上進行的改進的圖示。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出的是，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。