[發明專利]一種鉭酸鋰薄膜波導聲光調制器

有效

• 申請號: 202010570977.2
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111708188B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 溫旭杰;王少葳;華平壤;宋偉;崔坤;盧明達;徐佳俊;王旭
• 申請（專利權）人: 中電科技德清華瑩電子有限公司
• 主分類號: G02F1/125
• 分類號: G02F1/125;G02F1/00
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 郭薇

本發明涉及聲光調制器技術領域，尤其是一種鉭酸鋰薄膜波導聲光調制器，由壓電材料、光波導和壓電換能器構成，所述光波導為LT薄膜光波導，所述壓電換能器為分離式叉指換能器，LT薄膜光波導設置在壓電材料上，分離式叉指換能器設置在LT薄膜光波導上，本發明采用Y42?LNOT作為初始材料，使用VPPE技術制備了高質量的LT薄膜光波導，并充分利用材料優良的聲光特性進一步制作出了高Q值、高調制效率、低損耗的LT薄膜波導聲光調制器。

技術領域

本發明涉及聲光調制器技術領域，具體領域為一種鉭酸鋰薄膜波導聲光調制器。

背景技術

聲光調制器是一種控制激光束強度變化的聲光器件，主要由聲光介質和壓電換能器構成。其基本原理是當驅動源(某種特定載波頻率)驅動換能器時，換能器即產生同一頻率的超聲波并傳入聲光介質，使介質的折射率產生周期性的變化，光束通過介質時會發生相互作用而改變光的傳播方向，即產生衍射。目前，科研人員已利用這種基本原理制作出了多種功能各異的聲光器件，如聲光調制器、聲光偏轉器、聲光濾光器、聲光調Q激光器等，被廣泛應用于激光顯示記錄系統、光信號處理、激光諧振腔、光計算及軍事上。

然而，大量已報道的聲光調制器仍普遍存在驅動功率(2W)高，調制效率(約66％)低等問題。為解決上述問題，2019年，LuTong?Cai等人首次選用LNOI作為初始材料，使用電子束光刻和Ar等離子體刻蝕相結合的技術制作出了MZ型波導聲光調制器，開創了使用LNOI制作波導聲光調制器的先河。其結構主要包括壓電材料(LNOI)、MZ型光波導和壓電換能器三部分，利用壓電換能器激勵出聲表面波，通過聲表面波和LNOI的聲光效應來改變光波導的有效折射率，實現聲光調制。由于波導設計在介質的表面，而聲表面波的能量也主要集中在介質表面1～2個波長深度區域內，有利于聲波和光波的耦合，使其驅動功率降低至0.18W，而通過合理設計波導的方向，充分利用材料的非線性光學特性，使得器件的調制效率達到了88％。然而，利用LNOI制作的MZ型波導聲光調制器插入損耗卻高達20dB/cm，這個損耗值對于聲光濾光器、聲光調Q激光器等應用來說太高了。

鉭酸鋰薄膜(LTOI)常被用來制作濾波器和諧振器，與LNOI相比，LTOI具有更高的Q值、更好的阻帶抑制、更低的插入損耗。此外，LTOI還具有優良的聲光性能，可以有效的激發聲表面波。在LTOI材料上制作波導聲光調制器，可以充分利用材料的性能，進一步提高器件的調制效率，降低插入損耗。然而，LTOI上的波導聲光調制器卻一直未有報道，這主要是因為常用的波導制作方法在LTOI上制作波導存在各種不足：首先，普通質子交換法會使得LTOI波導的非線性系數大大降低，無法獲得處于α相的低損耗波導；其次，緩沖質子交換通過減緩交換速度來制作波導，雖然可以保留材料的非線性光學特性，但其制作周期較長，生產效率較低；鈦擴散法制作波導則需要較高的實驗溫度(1100℃)，在如此高溫環境下會使得LTOI的襯底與LT薄膜分離，破壞LTOI的結構。YiWen?Wang等人使用退火質子交換(APE)的方法，先將樣品在200℃下質子交換5分鐘，然后在350℃下退火5個小時，制作出了具有較低損耗的α相LNOI波導。LTOI與LNOI結構和制作方法類似，由此可以看出，LTOI的鍵合可以經受350℃的高溫不會被破壞。此外，R.Osellame等人選用LT作為初始材料，用石英細頸瓶將樣品與質子源隔開，使用氣相質子交換(VPPE)技術，用苯甲酸蒸汽代替液態酸作為質子源進行質子交換，在350℃下處理8h，制作出了具有較低損耗的α相LT波導，其波導損耗低至0.4～0.8dB/cm。結合這兩個團隊的實驗，我們采用LTOI作為初始材料，使用VPPE技術，在350℃下處理8～10h，成功制作出了高質量的LTOI波導，滿足聲光調制器的應用，并在此基礎上進一步開發制作了LTOI波導聲光調制器，推進了波導聲光調制器的發展。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種鉭酸鋰薄膜波導聲光調制器。