[發明專利]一種鈮酸鋰薄膜QPSK光調制器及其制造方法

在審

• 申請號: 201610941780.9
• 申請日: 2016-10-31
• 公開（公告）號: CN108020939A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 李萍;范寶泉
• 申請（專利權）人: 天津領芯科技發展有限公司
• 主分類號: G02F1/035
• 分類號: G02F1/035;G02F1/03
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 張義

本發明公開了一種鈮酸鋰薄膜QPSK光調制器及其制造方法，包括：石英基底晶片、鈮酸鋰薄膜、光學波導、金屬薄膜電極以及金屬封裝管殼。本發明的有益效果如下：1)縮短了彎曲波導長度和行波電極長度，去掉了直流偏移補償電極，實現了鈮酸鋰QPSK光調制器的小型化；2)采用低介電常數的石英材料作為鈮酸鋰單晶薄膜的基底晶片，實現了微波折射率與光波折射率的良好匹配，提高了鈮酸鋰QPSK光調制器的調制帶寬；3)去掉了直流偏移補償電極，降低了鈮酸鋰QPSK光調制器的信號處理復雜性；4)提高了鈮酸鋰薄膜晶圓的利用率，降低了鈮酸鋰薄膜QPSK光調制器的制造成本。

技術領域

本發明涉及超高速/超長距離光通信、相干光通信等光纖通信技術領域等技術領域，特別是涉及一種鈮酸鋰薄膜QPSK光調制器及其制造方法。

背景技術

正交相移鍵控(QPSK)技術以其高光譜利用率、高信噪比和高色散容限等優勢，成為近年來光傳輸技術特別是在密集波分復用(DWDM)系統中實現高比特速率傳輸所廣泛采用的調制格式。

基于鈮酸鋰晶體泡克爾斯電光效應的鈮酸鋰MZ調制器的發展在光纖通信網絡早期的發展中起到了十分重要的作用。盡管采用直調激光器或采用電吸收調制器技術的光發射機在模塊尺寸和成本體現出一定的優勢，但其較低的消光比一直限制了這種光模塊的性能及其在長距離光纖通信系統中的應用。相反，MZ調制器更容易實現較高的幅度消光比，因此采用基于鈮酸鋰MZ調制器結構的QPSK光調制器目前已廣泛應用于高速/長距離光纖通信系統以及相干光纖通信系統。

盡管鈮酸鋰QPSK光調制器目前在高速/長距離光纖通信系統以及相干光纖通信系統中得到了廣泛的采用，但較大的器件尺寸限制了鈮酸鋰QPSK光調制器在下一代相干光通信網絡中的應用。

現有鈮酸鋰QPSK光調制器較長的尺寸主要來自于以下幾個方面：

1)較大的彎曲波導尺寸：鈮酸鋰QPSK光調制器中的光學波導多使用鈦擴散技術制備，鈦擴散光波導的折射率差較小，過小的彎曲半徑會造成過大的彎曲損耗，因此為了降低器件彎曲損耗，現有鈮酸鋰QPSK光調制器的Y分支部分常采用較長的彎曲長度；

2)較長的行波電極：鈮酸鋰QPSK光調制器的電極設計一方面需要滿足高調制帶寬，另一方面需滿足低半波電壓，為了實現高調制帶寬，現有鈮酸鋰QPSK光調制器常采用較大的行波電極間距，但鈮酸鋰光調制器的半波電壓正比于行波電極間距、反比于行波電極長度，因此為了實現鈮酸鋰QPSK光調制器的低半波電壓，行波電極常選擇較長的電光作用距離(即電極長度)；

3)直流偏壓電極的使用：現有鈮酸鋰QPSK光調制器為實現高調制帶寬，必須使用二氧化硅緩沖層以達到微波折射率與光波折射率的良好匹配，然而二氧化硅緩沖層的引入也帶來了直流偏壓漂移的嚴重問題，導致鈮酸鋰QPSK光調制器必須使用集成光探測器以及直流偏壓電極以實時補償直流偏壓漂移，保證光調制器一直處于最佳工作點。直流偏壓電極的使用無疑也增加了現有鈮酸鋰QPSK光調制器的長度。

此外，現有鈮酸鋰QPSK光調制器較長的器件尺寸，也存在著在芯片制造過程中鈮酸鋰晶圓利用率較低的問題，造成了鈮酸鋰晶圓的大量浪費，增加了現有鈮酸鋰QPSK光調制器的制造成本。

發明內容

本發明的目的提供一種鈮酸鋰薄膜QPSK光調制器及其制造方法，以解決上述現有技術中存在的問題。

為實現本發明的目的，本發明提供了一種鈮酸鋰薄膜QPSK光調制器，包括：石英基底晶片、鈮酸鋰薄膜、光學波導、金屬薄膜電極。所述石英基底晶片為光學級、雙面拋光的石英晶片，其厚度為0.1mm至2mm；所述鈮酸鋰薄膜為光學級、具有單晶結構、切向為X切Y傳、厚度為0.1μm至20μm；所述光學波導為鈦擴散波導，其擴散寬度為0.1μm至10μm，擴散深度為0.1μm至10μm；所述金屬薄膜電極具有行波結構、厚度在0.1μm至30μm。