[發(fā)明專利]一種高速調(diào)制器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110372403.9
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112904599A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 國(guó)偉華;劉曄;陸巧銀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/03
• 分類號(hào): G02F1/03;G02F1/035
• 代理公司: 寧波誠(chéng)源專利事務(wù)所有限公司 33102
• 代理人: 張一平;林輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種高速調(diào)制器，包括光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和行波電極結(jié)構(gòu)，光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括第一光波導(dǎo)臂和第二光波導(dǎo)臂，行波電極包括接地電極和信號(hào)線，信號(hào)線對(duì)第一光波導(dǎo)臂和第二光波導(dǎo)臂施加相反方向的電場(chǎng)或電壓，第一光波導(dǎo)臂和第二光波導(dǎo)臂均為折疊結(jié)構(gòu)，信號(hào)線隨第一光波導(dǎo)臂和第二光波導(dǎo)臂折疊，從而使得施加在第一光波導(dǎo)臂和第二光波導(dǎo)臂上的電場(chǎng)或電壓均保持不變，或者使得施加在第一光波導(dǎo)臂和第二光波導(dǎo)臂上的電場(chǎng)或電壓同步改變。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：光波導(dǎo)的折疊結(jié)構(gòu)，配合地?信號(hào)?地的共面波導(dǎo)行波電極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)光在波導(dǎo)不同段的調(diào)制相加，在有限的器件長(zhǎng)度內(nèi)能夠擁有更長(zhǎng)的相移波導(dǎo)長(zhǎng)度，同時(shí)還能確保帶寬達(dá)到應(yīng)用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)元器件，尤其是一種高速調(diào)制器。

背景技術(shù)

隨著光通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，光通信傳輸速率的要求不斷提高，對(duì)調(diào)制器的性能要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的直調(diào)激光器或電吸收調(diào)制激光器的性能能夠滿足中短距離的數(shù)據(jù)傳輸，但在超遠(yuǎn)距離超高傳輸速率的信號(hào)傳輸上難以有突破性的進(jìn)展，因此基于相位調(diào)制的馬赫-曾德(MZ)調(diào)制器成為這一代甚至下一代超高性能調(diào)制器的不二之選。如今已商用的高速M(fèi)Z調(diào)制器包括傳統(tǒng)的體材料鈮酸鋰調(diào)制器、硅光調(diào)制器和磷化銦基調(diào)制器，而薄膜鈮酸鋰調(diào)制器也因?yàn)槠渥吭降碾姽庑阅芎洼^低的材料成本被商業(yè)界所青睞，被公認(rèn)為下一代高速調(diào)制器將采用的方案。在這些調(diào)制器的工作過(guò)程中，由于工作電壓較高，需要高帶寬、能輸出較高電壓的驅(qū)動(dòng)器，而這類驅(qū)動(dòng)器通常都非常昂貴，這也是這類調(diào)制器的應(yīng)用有著昂貴成本的重要原因之一。

典型的MZ調(diào)制器，其原理是，使用分束器將光信號(hào)分為兩束，再將電場(chǎng)加在材料上，利用材料的電光效應(yīng)使得材料的折射率發(fā)生改變，從而改變兩臂光信號(hào)的相位，最終通過(guò)合束器將兩臂具有相位差的光信號(hào)合束，并將相位差轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度信號(hào)。如申請(qǐng)?zhí)枮?02010409764.1的中國(guó)專利公開(kāi)的一種共面波導(dǎo)線電極結(jié)構(gòu)及調(diào)制器，或者如申請(qǐng)?zhí)枮?01710255559.2的中國(guó)專利公開(kāi)的一種硅基鈮酸鋰高速光調(diào)制器及其制備方法。

其中，調(diào)制器非常重要的指標(biāo)為造成π相移所需的電壓，即半波電壓。半波電壓的大小決定了調(diào)制器的工作電壓大小，如果將調(diào)制器的半波電壓降低到1.5V以下，調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電源將可以由CMOS電路提供，這將大大的減小調(diào)制器的應(yīng)用成本；由于相位調(diào)制的特性，在相同波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與行波電極結(jié)構(gòu)下，以減小器件的半波電壓為目標(biāo)只能增加調(diào)制器的相位調(diào)制臂長(zhǎng)(C.Wang,M.Zhang,X.Chen,M.Bertrand,A.Shams-Ansari,S.Chandrasekhar,P.Winzer,and M.Loncar,Integrated lithium niobate electro-optic modulatorsoperating at CMOS-compatible voltages,Nature 562,101-104(2018).)。

事實(shí)上，增加調(diào)制器調(diào)制臂長(zhǎng)的方式雖然會(huì)在一定程度上降低器件的調(diào)制帶寬，且能有效的將半波電壓減小到1.5V以下，但這樣做的結(jié)果就是器件的長(zhǎng)度在2厘米以上，除非未來(lái)在半波電壓-長(zhǎng)度乘積值(V_πL)上有一個(gè)較大的降低，否則器件的長(zhǎng)度將很難有較大的減小。而過(guò)大的器件長(zhǎng)度使得這類器件在商業(yè)化的過(guò)程中將遭遇不小的困難，在封裝的過(guò)程中器件的尺寸將成為一個(gè)待解決的難題。

綜上所述，如今的MZ調(diào)制器在實(shí)現(xiàn)低半波電壓的情況下難以維持一個(gè)較小的器件尺寸，急需在片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)低半波電壓和較小尺寸的高速調(diào)制器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高速調(diào)制器，能夠減小器件的半波電壓的同時(shí)不增加器件的長(zhǎng)度，同時(shí)還能確保器件的帶寬達(dá)到應(yīng)用要求。