[發(fā)明專利]一種鈮酸鋰電光調(diào)制器及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN114609805A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳玉萍;劉一岸;陳險(xiǎn)峰;顏雄碩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/03;G02F1/035
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發(fā)明提供了一種鈮酸鋰電光調(diào)制器，包括襯底、基于絕緣體上鈮酸鋰薄膜(LNOI)制成的脊型波導(dǎo)、電極、電介質(zhì)(Dielectrics)以及覆蓋層。其中，鈮酸鋰薄膜置于一層微米厚度的絕緣體上，絕緣層為二氧化硅,鈮酸鋰薄膜的厚度為300?900納米。首先在鈮酸鋰薄膜上加工出脊型波導(dǎo)，在脊型波導(dǎo)的兩側(cè)各設(shè)置有電極，在脊型波導(dǎo)與電極之間的區(qū)域填充有電介質(zhì)。在脊型波導(dǎo)、電極以及電介質(zhì)的上方設(shè)置有覆蓋層。電介質(zhì)的介電常數(shù)大于覆蓋層的介電常數(shù)。本發(fā)明還提供了一種制備鈮酸鋰電光調(diào)制器的方法。本發(fā)明提供的鈮酸鋰電光調(diào)制器，可在不改變波導(dǎo)和電極結(jié)構(gòu)的前提下，將半波電壓降低至原本的1/4左右，且不引入額外的生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光信息處理領(lǐng)域，尤其涉及一種鈮酸鋰電光調(diào)制器及其制備方法。

背景技術(shù)

激光外調(diào)制技術(shù)一直是光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。基于鈮酸鋰電光效應(yīng)的相位和強(qiáng)度調(diào)制器具有大帶寬、低損耗，在高速光通信領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。體材料鈮酸鋰上基于鈦擴(kuò)散或質(zhì)子交換波導(dǎo)的電光調(diào)制器已商業(yè)化并被廣泛使用。現(xiàn)有技術(shù)中存在的基于體材料鈮酸鋰的鈦擴(kuò)散或質(zhì)子交換波導(dǎo)，波導(dǎo)寬度為5-8微米，電極與波導(dǎo)用二氧化硅覆蓋。由于波導(dǎo)寬度較大，為了獲得較低的半波電壓，器件設(shè)計(jì)尺寸為0.8-4厘米。波導(dǎo)寬度較大同時(shí)造成了其光局域能力受到限制，導(dǎo)致調(diào)制帶寬受到限制(約10G赫茲)。此外，器件的設(shè)計(jì)尺寸太大導(dǎo)致器件不便于大規(guī)模集成，難以滿足現(xiàn)代通信對于調(diào)制帶寬快速提升的需求。

為了解決以上問題，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了基于絕緣體上鈮酸鋰薄膜(LNOI)的電光調(diào)制器。基于絕緣體上鈮酸鋰薄膜的脊型波導(dǎo)相較于傳統(tǒng)體材料鈮酸鋰中的鈦擴(kuò)散或質(zhì)子交換波導(dǎo)，寬度更小，擁有更強(qiáng)的光局域能力。例如，現(xiàn)有技術(shù)中存在利用CMOS兼容的工藝在鈮酸鋰薄膜上制備的調(diào)制帶寬100G赫茲的馬赫·曾德干涉型強(qiáng)度調(diào)制器。其電極長度為1厘米，半波電壓降低到了2.3伏。

半波電壓作為與器件功耗直接相關(guān)的指標(biāo)，一直是技術(shù)人員最為關(guān)心的指標(biāo)之一。降低半波電壓能夠直接降低器件功耗，在大規(guī)模集成的前提下，單一器件功耗的降低意味著整體功耗大幅降低，因此在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，不影響器件尺寸、調(diào)制能力的前提下，進(jìn)一步發(fā)明一種降低鈮酸鋰電光調(diào)制器的半波電壓的技術(shù)手段是有益的。由于這種降低半波電壓的技術(shù)手段，是通過降低功耗來節(jié)約器件成本的，因此在大規(guī)模集成的生產(chǎn)過程中，優(yōu)選地不應(yīng)引入額外的生產(chǎn)成本，以免抵消因?yàn)楣慕档吞峁┑慕档统杀镜男Ч?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種鈮酸鋰電光調(diào)制器，包括波導(dǎo)、電極和覆蓋層，其特征在于，所述覆蓋層被設(shè)置在所述波導(dǎo)和所述電極的表面，并覆蓋所述波導(dǎo)和所述電極的表面，在所述波導(dǎo)與所述電極之間，設(shè)置有電介質(zhì)(Dielectrics)。

進(jìn)一步地，所述電介質(zhì)所采用的材料的介電常數(shù)大于所述覆蓋層的材料的介電常數(shù)。

進(jìn)一步地，所述波導(dǎo)包括單脊型波導(dǎo)，所述電極為多個(gè)，所述多個(gè)電極中至少包含第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極被分別設(shè)置于所述單脊型波導(dǎo)的兩側(cè)。

進(jìn)一步地，所述電介質(zhì)包括第一部分和第二部分，所述第一部分被設(shè)置于所述第一電極與所述單脊型波導(dǎo)之間，所述第二部分被設(shè)置于所述第二電極與所述單脊型波導(dǎo)之間。

進(jìn)一步地，所述波導(dǎo)包括雙脊型波導(dǎo)，所述雙脊型波導(dǎo)包括第二脊型波導(dǎo)與第三脊型波導(dǎo)，所述電極為多個(gè)，所述多個(gè)電極中至少包含第三電極、第四電極以及第五電極，所述第三電極被設(shè)置于所述第二脊型波導(dǎo)的外側(cè)，所述第四電極被設(shè)置于所述第二脊型波導(dǎo)與第三脊型波導(dǎo)之間，所述第五電極被設(shè)置于所述第三脊型波導(dǎo)外側(cè)。

進(jìn)一步地，所述電介質(zhì)包括第三、第四、第五、第六部分，所述第三部分被設(shè)置于所述第三電極與所述第二脊型波導(dǎo)之間，所述第四部分被設(shè)置于所述第二脊型波導(dǎo)與所述第四電極之間，所述第五部分被設(shè)置于所述第四電極與所述第三脊型波導(dǎo)之間，所述第六部分被設(shè)置于所述第三脊型波導(dǎo)與所述第五電極之間。

進(jìn)一步地，所述雙脊型波導(dǎo)的材料包括X或Y切絕緣體上鈮酸鋰薄膜。