[發明專利]一種低驅動電壓鈮酸鋰電光調制器及其制造方法

在審

• 申請號: 201611204740.2
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN108241225A
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 李萍;范寶泉;尚含予
• 申請（專利權）人: 天津領芯科技發展有限公司
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03;G02F1/035
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 徐慰明

本發明公開了一種低驅動電壓鈮酸鋰電光調制器，通過在X切Y傳鈮酸鋰晶體上制作脊型波導結構，并將電光調制器的電極結構制作于脊型波導結構的兩側，使電光調制器電極結構之間的電場可以沿著水平方向分布。與現有鈮酸鋰電光調制器相比，本發明提出的鈮酸鋰電光調制器可以大幅提升電場對光場的調制效率，降低器件的驅動電壓。另外在其他方案中，還可以采用低介電常數材料作為鈮酸鋰薄膜的基底晶片并在鈮酸鋰薄膜上制作脊型波導結構，既可以有效地提升鈮酸鋰電光調制器的工作帶寬，又可以降低鈮酸鋰電光調制器的驅動電壓。還提供一種低驅動電壓鈮酸鋰電光調制器的制造方法。

技術領域

本發明涉及光纖通信、相干光通信、微波光子學技術領域，特別是涉及一種低驅動電壓鈮酸鋰電光調制器及其制造方法。

背景技術

電光調制器是光纖通信系統中的核心器件之一，承載著電信號向光信號進行轉換的關鍵作用。隨著通信技術的不斷發展，以采用超低損耗的光纖作為信息傳輸介質的技術也被應用于相干光通信以及微波光子學等技術領域。

在光纖通信特別是相干光通信系統中，所使用的光模塊在向著低功耗的技術方向發展，而光模塊功耗的降低必然要求電光調制器的驅動電壓做進一步地降低。在微波光子學領域，電光調制器作為微波或毫米波信號加載到光信號的核心器件，其驅動電壓的降低對于提升微波/毫米波光纖鏈路的鏈路增益、降低鏈路信噪比，起到了十分關鍵的作用。

鈮酸鋰晶體以其較高的電光系數、熱穩定性以及成熟的波導結構制備工藝，是當前商業化電光調制器產品中最為廣泛采用的材料。然而，鈮酸鋰電光調制器目前仍存在著驅動電壓較高的問題。鈮酸鋰電光調制器較高的驅動電壓主要來自于以下兩個方面：

(1)鈮酸鋰電光調制器采用的是共面電極結構，加載在共面電極結構上的電場對光場的調制效率不高，增加了調制器驅動電壓；

(2)為了實現鈮酸鋰電光調制器，特別是高頻電光調制器，工作頻率或帶寬的提升，常需在鈮酸鋰表面制備一層厚度在0.2μm至2μm的二氧化硅膜作為緩沖層，以降低微波/毫米波信號的有效折射率、提升特征阻抗，而緩沖層的引入不可避免地導致了分壓作用，增加了電光調制器的驅動電壓。

為了提升鈮酸鋰電光調制器的電光調制效率，常選擇使用Z切鈮酸鋰晶體制作電光調制器，或在Z切鈮酸鋰晶體上制作脊型結構光學波導，以實現對電場更強地束縛，降低鈮酸鋰電光調制器的驅動電壓。但是，采用Z切鈮酸鋰晶體制作的電光調制器，直流漂移現象十分明顯，對器件的長期性能穩定性造成了較大的影響。此外，制作脊型結構光學波導常采用等離子刻蝕的干法刻蝕技術或采用氫氟酸腐蝕的濕法腐蝕技術，存在著制作工藝復雜、X切鈮酸鋰晶體刻蝕或腐蝕難度大、脊型結構光學波導傳輸損耗高等問題。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種低驅動電壓鈮酸鋰電光調制器及其制造方法，通過在X切Y傳鈮酸鋰晶體上制作脊型波導結構，并將電光調制器的電極結構制作于脊型波導結構的兩側，使電光調制器電極結構之間的電場可以沿著水平方向分布。

為了實現上述目的，本發明采用的第一技術方案如下：

一種低驅動電壓鈮酸鋰電光調制器，包括鈮酸鋰晶片1、脊型結構2、光學波導3、二氧化硅薄膜4、調制電極5，

所述鈮酸鋰晶片1為鈮酸鋰單晶材料，晶體切向為X切Y傳，厚度在0.1mm至2mm；

所述脊型結構2制作于鈮酸鋰晶片1上，其寬度在1μm至10μm，高度在1μm至10μm；

所述光學波導3采用鈦擴散工藝或退火質子交換工藝制備，為直條結構，形成于脊型結構2中；

所述二氧化硅薄膜4起到了減小速度失配、提升阻抗匹配的作用，其厚度在0.1μm至5μm；