一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器 |
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| 申请号 | CN201510875527.3 | 申请日 | 2015-12-02 | 公开(公告)号 | CN106033154A | 公开(公告)日 | 2016-10-19 |
| 申请人 | 派尼尔科技(天津)有限公司; | 发明人 | 姜城; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种基于 马 赫-曾德干涉的 硅 基铌酸锂 薄膜 光 调制器 ，包括行波 电极 ，铌酸锂 波导 层，下包层，地电极和衬底，所述的衬底上表面 覆盖 所述的地电极；所述的地电极上表面覆盖所述的下包层；所述的下包层上表面覆盖所述的铌酸锂铌酸锂波导层；所述的铌酸锂波导层上表面覆盖所述的行波电极；所述的铌酸锂波导层包括铌酸锂晶体和 钛 扩散条波导，所述的铌酸锂晶体设置在钛扩散条波导的下表面中部。本发明的铌酸锂波导层的设置，在实现低功耗驱动的同时降低了调制器的尺寸，提高了器件的 稳定性 ，具有制作工艺简便，器件尺寸小，稳定性好等优点，便于推广和使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器，其特征在于，该基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器包括行波电极(1)，铌酸锂波导层(2)，下包层(3)，地电极(4)和衬底(5)，所述的衬底(5)上表面覆盖所述的地电极(4)；所述的地电极(4)上表面覆盖所述的下包层(3)；所述的下包层(3)上表面覆盖所述的铌酸锂铌酸锂波导层(2)； |
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| 说明书全文 | 一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器技术领域[0001] 本发明属于光学领域，尤其涉及一种光调制器。 背景技术[0004] 在网络容量呈指数增长和全球一体化的驱动下，光通信系统正朝着大容量高速率长距离传输的方向快速发展。而调制器的性能和效率首要的决定着光通信系统能否实现这个目标。近年来，由于铌酸锂(LiNbO3)波导的低损耗、高电光效率等特性，基于马赫曾德波导结构的LiNbO3调制器(简称LiNbO3马赫曾德调制器)更是以其啁啾可调，驱动电压低以及带宽大等优点成为光通信系统中使用最广泛的高速调制器。但是由于材料电光系数较小，Z轴方向上LiNbO3的电光系数为32pm/V，为保证较小半波电压，需要增加器件的长度，因此目前基于铌酸锂的马赫曾德调制器尺寸很大，无法满足未来小型化模块的需求，另外要降低驱动电压需要增加长度，由于长度已经太大，因此目前铌酸锂无法实现低驱动，不利于降低功耗。 [0006] 因此，发明一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器显得非常必要。 发明内容[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器，以解决现有技术存在着低功率驱动的同时调制器的尺寸过大，稳定性差，制作工艺复杂的问题，包括行波电极，铌酸锂波导层，下包层，地电极和衬底，所述的衬底上表面覆盖所述的地电极；所述的地电极上表面覆盖所述的下包层；所述的下包层上表面覆盖所述的铌酸锂铌酸锂波导层；所述的铌酸锂波导层上表面覆盖所述的行波电极；所述的铌酸锂波导层包括铌酸锂晶体和钛扩散条波导；所述的铌酸锂晶体设置在钛扩散条波导的下表面中部。 [0008] 所述的铌酸锂晶体采用的是局部掺镁的近化学计量比铌酸锂晶体；所述的铌酸锂晶体位于铌酸锂波导层基底。 [0009] 所述的衬底是硅。 [0010] 所述的铌酸锂波导层采用的是以铌酸锂晶体为基底的钛扩散条波导结构；所述的钛扩散条波导区域的下表面为下包层的上表面。 [0011] 所述的铌酸锂波导层中的钛扩散条波导沿晶体的Y方向。 [0012] 所述行波电极到所述地电极的距离为2μm至20μm；即所述的铌酸锂波导层的厚度为2μm至20μm。 [0013] 所述的铌酸锂波导层上表面覆盖行波电极。 [0014] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：由于本发明的一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器广泛应用于光学领域。在实现低功耗驱动的同时降低了调制器的尺寸，提高了器件的稳定性，具有制作工艺简便，器件尺寸小，稳定性好等优点。附图说明 [0015] 图1是马赫曾德调制器结构示意图。 [0016] 图2是基于本发明实施例的一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器示意图。 [0017] 图中： [0018] 1-行波电极，2-铌酸锂波导层，21-铌酸锂晶体，22-钛扩散条波导，3-下包层，4-地电极，5-衬底。 [0019] 01-输入光纤，02-Y型波导分支，03-行波电极，04-地电极，05-外壳，06-输出光纤。 具体实施方式[0020] 以下结合附图对本发明做进一步描述： [0021] 实施例： [0022] 如附图1至附图2所示 [0023] 本发明实施例提供的一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器如图1所示，包括行波电极1，铌酸锂波导层2，下包层3，地电极4和衬底5，所述的衬底5上表面覆盖所述的地电极4；所述的地电极4上表面覆盖所述的下包层3；所述的下包层3上表面覆盖所述的铌酸锂铌酸锂波导层2；所述的铌酸锂波导层2上表面覆盖所述的行波电极1；所述的铌酸锂波导层2包括铌酸锂晶体21和钛扩散条波导22，所述的铌酸锂晶体21设置在钛扩散条波导22的下表面中部。 [0024] 该光调制器可以通过对行波电极1的电压控制来达到输出光的强度调制。所述的铌酸锂晶体21采用的是局部掺镁的近化学计量比铌酸锂晶体；所述的铌酸锂晶体21位于铌酸锂波导层2基底。 [0025] 所述的铌酸锂波导层2采用的是以铌酸锂晶体21为基底的钛扩散条波导结构；所述的钛扩散条波导22区域的下表面为下包层4的上表面。 [0026] 所述的地电极4可以采用金Au等材料 [0027] 所述的铌酸锂波导层2中的钛扩散条波导22沿晶体的Y方向。 [0028] 所述行波电极1到所述地电极4的距离为2μm至20μm；即所述的铌酸锂波导层2的厚度为2μm至20μm。 [0029] 所述的铌酸锂波导层2上表面覆盖行波电极1； [0031] 该硅基铌酸锂薄膜光调制器的调制原理如图2，其调制电压与所需调制长度的关系如下： [0032] Vpt＝λ·d/(2Γ·n03·γ33·L) [0033] L＝λ·d/(2Γ·n03·γ33·Vpt) [0034] 其中，Vpt为半波电压，λ为波长，Γ为电场交叠因子，n03为折射率，γ33为电光系数，L为行波电极长度，d为电厂路径长度，所述L决定所述调制器的长度。通常情况下，本发明的电场路径相对于传统路径，至少缩小了8至10倍。 [0035] 参考图2，图2是本发明实施例提供的一种模块结构示意图，包括01输入光纤，02Y型波导分支，03行波电极，04地电极，05外壳，06输出光纤： [0036] 所述输入光纤01用于将光传输到所述光调制器； [0037] 所述行波电极1用于根据电信号对所述输入光进行调制； [0038] 所述输出光纤06用于将调制光输出； [0039] 所述外壳05用于对耦合好的光纤与波导进行封装。 [0040] 工作原理 [0041] 本发明中，本发明提供一种基于马赫-曾德干涉的硅基铌酸锂薄膜光调制器，所述调制器包括行波电极1，铌酸锂波导层2，下包层3，地电极4和衬底5，所述的衬底5上表面覆盖所述的地电极4；所述的地电极4上表面覆盖所述的下包层3；所述的下包层3上表面覆盖所述的铌酸锂铌酸锂波导层2；所述的铌酸锂波导层2上表面覆盖所述的行波电极1，可以大幅度减小铌酸锂调制器的尺寸，本发明所述的铌酸锂波导层2的厚度可以为2μm至20μm，对于传统调制器而言，本发明的尺寸至少可以缩小8至10倍，可以用于小型化光模块，微电子或光电子器件，此外，本发明所述的铌酸锂波导层2为局域掺镁的近化学计量比钛扩散条形条波导，能够在常温下实现抗光折变，有效地提高光调制器功能的稳定性。 [0042] 利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。 |
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