[發(fā)明專利]一種基于模式轉(zhuǎn)換的硅基鈮酸鋰偏振無關(guān)光調(diào)制器

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• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111487719A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸榮國;王玉姣;沈黎明;林瑞;呂江泊;蔡松煒;陳進(jìn)湛;周勇;劉永
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125;G02B6/126;G02B6/122
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 鄧蕓

本發(fā)明公開了一種基于模式轉(zhuǎn)換的硅基鈮酸鋰偏振無關(guān)光調(diào)制器，涉及光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明包括基底層，基底層上端面設(shè)置有模式轉(zhuǎn)換器、非對稱定向耦合器、兩個結(jié)構(gòu)相同的并排設(shè)置MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器，模式轉(zhuǎn)換器包括對稱設(shè)置在對應(yīng)MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器兩端的結(jié)構(gòu)相同的輸入端模式轉(zhuǎn)換器與輸出端模式轉(zhuǎn)換器，非對稱定向耦合器包括對稱設(shè)置在對應(yīng)MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器兩端的結(jié)構(gòu)相同的輸入端非對稱定向耦合器與輸出端非對稱定向耦合器；本發(fā)明將硅與鈮酸鋰混合在一起，把鈮酸鋰的線性電光效應(yīng)引入到硅基平臺上，通過結(jié)合硅和鈮酸鋰這兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，來提高光調(diào)制器的性能；能實現(xiàn)偏振無關(guān)的光調(diào)制器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體的是涉及一種基于模式轉(zhuǎn)換的硅基鈮酸鋰偏振無關(guān)光調(diào)制器。

背景技術(shù)

硅基光子學(xué)平臺是當(dāng)下最好的集成光學(xué)平臺。硅基光子學(xué)平臺由于其與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容，具有高折射率差，使得硅基光子學(xué)平臺具有易于大規(guī)模制作、易于集成兩大優(yōu)勢。硅基平臺十分適合制作無源器件，但是硅的基本特性導(dǎo)致實現(xiàn)一些有源器件有巨大的挑戰(zhàn)。硅本身是中心對稱的晶體結(jié)構(gòu)，因此硅沒有線性電光效應(yīng)，而線性電光效應(yīng)是目前高性能光調(diào)制器所需的硅基調(diào)制器需要依靠等離子體色散效應(yīng)，通常利用離子注入形成PN結(jié)的方式實現(xiàn)，通過改變PN結(jié)的載流子濃度來改變硅波導(dǎo)的折射率，進(jìn)而實現(xiàn)對光波振幅的調(diào)制。不過這種方式在改變硅波導(dǎo)的折射率的同時，也會改變硅波導(dǎo)的損耗，是在犧牲消光比的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高帶寬，這使得硅基調(diào)制器在長距離數(shù)字光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制，此外，由于載流子效應(yīng)本身是一個非線性過程，因此硅基調(diào)制器的線性度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上傳統(tǒng)的鈮酸鋰器件，而未來的5G移動通信系統(tǒng)，微波光子學(xué)，以及下一代光纖通信的應(yīng)用中，線性度的要求越來越高。

綜上所述，盡管硅基光子器件有非常大的技術(shù)優(yōu)勢，但是基于載流子效應(yīng)的硅基調(diào)制器在性能上仍然無法與商用的鈮酸鋰調(diào)制器相比擬。鈮酸鋰材料具有優(yōu)越的線性電光效應(yīng)，是高性能光調(diào)制器的首選材料。

然而基于硅基鈮酸鋰的電光調(diào)制器具有明顯的偏振敏感特性，只能對特定偏振方向的光波產(chǎn)生有效的調(diào)制，而對其他偏振方向的光波調(diào)制效果不明顯，這限制了這種光調(diào)制器的適用范圍。

正如上述現(xiàn)有的基于硅基鈮酸鋰電光調(diào)制器中存在的問題，都是本領(lǐng)域人員需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：為了解決傳統(tǒng)硅基鈮酸鋰調(diào)制器對入射光波的偏振方向敏感技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于模式轉(zhuǎn)換的硅基鈮酸鋰偏振無關(guān)光調(diào)制器。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的具體采用以下技術(shù)方案：

一種基于模式轉(zhuǎn)換的硅基鈮酸鋰偏振無關(guān)光調(diào)制器，包括基底層，基底層上端面設(shè)置有模式轉(zhuǎn)換器、非對稱定向耦合器、兩個結(jié)構(gòu)相同的并排設(shè)置MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器，模式轉(zhuǎn)換器包括對稱設(shè)置在對應(yīng)MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器兩端的結(jié)構(gòu)相同且分別與對應(yīng)MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器兩端連接的輸入端模式轉(zhuǎn)換器與輸出端模式轉(zhuǎn)換器，非對稱定向耦合器包括對稱設(shè)置在對應(yīng)MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器兩端的結(jié)構(gòu)相同的且分別與對應(yīng)MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器兩端連接的輸入端非對稱定向耦合器與輸出端非對稱定向耦合器；每個MZ結(jié)構(gòu)調(diào)制器均包括硅基光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、光學(xué)分束結(jié)構(gòu)、硅楔形波導(dǎo)光學(xué)模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、鍵合介質(zhì)層、脊形鈮酸鋰波導(dǎo)、信號金屬電極和接地金屬電極，硅基光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與光學(xué)分束結(jié)構(gòu)的輸入端連接，光學(xué)分束結(jié)構(gòu)的兩個輸出端分別通過硅楔形波導(dǎo)光學(xué)模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與脊形鈮酸鋰波導(dǎo)連接；信號金屬電極設(shè)置到光學(xué)分束結(jié)構(gòu)的兩個輸出端相對的一側(cè)；接地金屬電極設(shè)置在光學(xué)分束結(jié)構(gòu)兩個輸出端相背的一側(cè)；硅楔形波導(dǎo)光學(xué)模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)置在鍵合介質(zhì)層內(nèi)，脊形鈮酸鋰波導(dǎo)、信號金屬電極和接地金屬電極設(shè)置在鍵合介質(zhì)層上方。