[發明專利]一種鈮酸鋰電光調制器芯片

在審

• 申請號: 201810272816.8
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108663827A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 周建偉;夏君磊;鄭國康;劉瑞丹;喬建坤;寧智超;徐玉亮
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03;G02F1/035
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種鈮酸鋰電光調制器芯片，特別涉及一種低直流漂移鈮酸鋰電光調制器芯片，屬于鈮酸鋰電光調制器技術領域。本發明將直流偏置電極區域的二氧化硅層去除，將直流偏置電極直接制備在鈮酸鋰晶體表面。同時，保留了行波電極下的二氧化硅層，不會影響光波與微波的速度匹配。即保證了調制器的高頻性能，又降低了調制器的直流漂移。

技術領域

本發明涉及一種鈮酸鋰電光調制器芯片，特別涉及一種低直流漂移鈮酸鋰電光調制器芯片，屬于鈮酸鋰電光調制器技術領域，所述的低直流漂移是指本發明中所涉及的鈮酸鋰電光調制器中的直流漂移較現有技術中的鈮酸鋰電光調制器中的直流漂移有所降低。

背景技術

以鈮酸鋰材料為基礎的集成光學器件，例如集成光學電光調制器、光開關、電場傳感器以及磁場傳感器等器件的研究引起了許多研究者的關注。高速鈮酸鋰電光調制器具有光譜工作范圍寬、驅動電壓低、插入損耗小、消光比高、啁啾可以為零或可調、可靠性高和易于大規模生產等優點,成為目前應用于微波光子學、高速長距離光通信等領域的主流調制器。

鈮酸鋰電光調制器中，主要有兩處電極，行波電極和直流偏置電極。其中調制器行波電極采用共面波導(CPW)傳輸線結構，中間為信號電極，兩邊為地電極。微波傳輸方向與光波傳輸方向相同，在光電互作用區域的兩個波導分支上產生大小相等，方向相反的電場，從而對兩路光波產生調制作用。由于鈮酸鋰晶體的電光效應，兩路光波會產生大小相等，符號相反的相位差。當兩路光波發生干涉時，微波信號就可以加載到光波上。

直流偏置電極，主要作用是調節器件的偏置工作點，即施加合適的偏置相位給器件使其正常工作，例如當鈮酸鋰波導強度調制器被運用到模擬射頻傳輸系統中的時候，馬赫-澤德干涉儀必須工作在線性工作點(即偏置相位為π/2)附近，此時器件線性響應最佳；應用于光纖通信系統中的鈮酸鋰外調制器也同樣需要一個穩定的偏置相位，這樣光傳輸系統的誤碼率能夠得到有效的降低；當鈮酸鋰調制器被應用到光開關領域時，這樣的光開光器件同樣需要將器件偏置在合適的工作點處，這樣能夠使光開光的透光率靈活地在最大最小值之間來回轉換，而此時器件對應的分別是固定的“0”和“π”工作點，這樣有利于提高器件的消光比；另外，鈮酸鋰器件在實際的工程應用當中，一些內外界因素例如溫度、外電場、應力等等以及器件本身的缺陷都會對鈮酸鋰集成光學器件的調制相位的穩定性產生非常大的影響，從而使器件的偏置工作點發生漂移，工作點幅度漂移大小有時較小有時非常大，漂移頻率大小也有時較小有時較大。

造成鈮酸鋰器件直流漂移的主要因素之一是鈮酸鋰芯片上的二氧化硅層，二氧化硅層在鈮酸鋰波導調制器中有兩方面的作用。一是由于在芯片結構中不可避免地會存在電極跨過波導表面的情形，這將導致導模的光散射和金屬對光波的吸收，增大了波導的損耗，同時對波導的模場分布也會產生影響。在多波導的器件結構中，如在強度調制器中,如果電極不對稱跨過兩分支波導，會影響強度調制器的消光比；二是可以調節芯片結構的微波有效折射率,實現波導導模與調制信號傳播速度的匹配，從而實現高速調制。這對高速鈮酸鋰電光調制器非常重要。

但是，直流漂移現象的重要原因就是二氧化硅層中的可動電荷在外電場作用下的結果。在外加電壓下，襯底、緩沖層等結構中的可動電荷如H+、K+、Na+等堿金屬離子,會形成一個與外場方向相反的空間電荷場。該空間電荷場的存在降低了外電壓作用在波導上的有效電場。二氧化硅緩沖層中OH、氧缺陷以及堿金屬離子等雜質，對器件的直流漂移有很大的影響。高速鈮酸鋰電光調制器為了實現高速性能，解決速度失配問題，往往采用較厚的二氧化硅層。直流漂移問題更加嚴重。

現有的鈮酸鋰電光調制器結構如圖1所示，其中1為鈮酸鋰襯底、2為波導、3為行波電極、4為直流偏置電極、5為二氧化硅層。二氧化硅層5位于調制器芯片表面直流偏置電極4之下，如圖2所示。

調制器芯片1上設置有2個電極，分別是行波電極3和直流偏置電極4，微波調制與直流調制分別在行波電極3和直流偏置電極4上進行。