[發明專利]一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210109306.5
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114415400A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 蔡鑫倫;潘穎
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02F1/035
• 分類號: G02F1/035;G02B27/28;G02F1/21;G02F1/225;G02F1/01;G02B6/34;G02B6/136
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

1.一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，包括基底層(1)，所述基底層(1)頂部設置有薄膜鈮酸鋰平板層(103)，所述薄膜鈮酸鋰平板層(103)上設置有作為輸入波導的第一端面耦合器(2)、偏振旋轉分束器(3)、兩個馬赫曾德爾干涉儀(4)、偏振旋轉合束器(5)、作為輸出波導的第二端面耦合器(6)，以及用于輸入射頻信號和偏置電壓的電極；所述兩個馬赫曾德爾干涉儀(4)在薄膜鈮酸鋰平板層(103)上對稱設置；

其中，輸入光通過第一端面耦合器(2)輸入到偏振旋轉分束器(3)，所述偏振旋轉分束器(3)將輸入光轉換為相同偏振的兩束光分量后，分別通過兩條波導傳輸至兩個馬赫曾德爾干涉儀(4)中；通過對所述電極輸入射頻信號，對馬赫曾德爾干涉儀(4)中的光分量進行單偏振態調制，然后經過偏振旋轉合束器(5)對光分量進行合束，通過兩條波導傳輸至第二端面耦合器(6)進行耦合輸出。

2.根據權利要求1所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，所述馬赫曾德爾干涉儀(4)包括作為光分束器的1×2多模干涉儀(401)和作為光合束器的2×2多模干涉儀(402)，且所述1×2多模干涉儀(401)與2×2多模干涉儀(402)之間通過兩條光波導(403)連接；所述2×2多模干涉儀(402)的第一輸出端與所述偏振旋轉合束器(5)的輸入端連接，所述2×2多模干涉儀(402)的第二輸出端連接有光柵耦合器(7)。

3.根據權利要求2所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，所述電極包括用于輸入射頻信號實現調制的行波電極(8)，以及用于調節調制器偏置點的電調電極(9)；所述行波電極(8)采用GSG結構或GSGSG、GSSG差分電極結構中的一種，且所述馬赫曾德爾干涉儀(4)中的一條光波導(403)設置在G行波電極(8)與S行波電極(8)之間；所述電調電極(9)包括正電極和負電極，所述馬赫曾德爾干涉儀(4)中的另一條光波導(403)設置在正電調電極(9)與負電調電極(9)之間。

4.根據權利要求3所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，所述行波電極(8)采用T型電容負載式周期性電極結構。

5.根據權利要求4所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，所述基底層(1)包括由下至上依次設置的襯底(101)和埋氧層(102)，所述薄膜鈮酸鋰平板層(103)設置在埋氧層(102)上方，所述薄膜鈮酸鋰平板層(103)上方覆蓋有二氧化硅層(104)，所述電極設置在二氧化硅層(104)上方。

6.根據權利要求5所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，所述行波電極(8)位置對應的襯底(101)采用各向同性刻蝕技術進行刻蝕去除。

7.根據權利要求1～6任一項所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，所述第一端面耦合器(2)和第二端面耦合器(6)分別包括上下兩層倒錐形波導。

8.根據權利要求1～6任一項所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，所述第一端面耦合器(2)的輸入端、所述第二端面耦合器(6)的輸出端耦合設置有拉錐光纖。

9.根據權利要求1～6任一項所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器，其特征在于，所述偏振旋轉分束器(3)包括依次連接的倒錐形模式轉換器(301)、定向耦合器(302)和1×1多模干涉儀(303)；所述偏振旋轉合束器(5)包括依次連接的1×1多模干涉儀、定向耦合器和倒錐形模式轉換器。

10.一種如權利要求1～9任一項所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振無關電光調制器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用光刻和刻蝕技術制備器件波導結構的上層波導，所述器件波導結構包括作為輸入波導的第一端面耦合器(2)、偏振旋轉分束器(3)、兩個馬赫曾德爾干涉儀(4)、偏振旋轉合束器(5)、作為輸出波導的第二端面耦合器(6)和光柵耦合器(7)；

S2、在所述S1步驟得到的樣品上光刻制作第一端面耦合器(2)、第二端面耦合器(6)的下層波導；

S3、在所述S2步驟得到的樣品上旋涂光刻膠，并利用紫外光刻制作用于保護所述器件波導結構的掩模；

S4、在所述S3步驟得到的樣品上刻蝕制備器件波導結構的其他下層波導；

S5、對所述S4步驟得到的樣品進行清洗，去除殘余的光刻膠和掩模；

S6、對所述S5步驟得到的樣品高溫生長一層覆蓋層；

S7、對所述S6步驟得到的樣品旋涂光刻膠，并在光刻膠上光刻制備電極的掩模版；

S8、對所述S7步驟得到的樣品使用電子束蒸鍍一層黏附層和金屬電極，然后利用金屬剝離工藝去除多余金屬；

S9、對所述S8步驟得到的樣品旋涂光刻膠，并利用紫外光刻制作保護金屬電極和器件波導層的掩模，并形成金屬電極之間的刻蝕孔；

S10、對所述S9步驟得到的樣品刻蝕制備金屬電極懸空結構，去除金屬電極下方的襯底(101)；

S11、對所述S10步驟得到的樣品通過研磨拋光工藝制作拋光端面，形成完整的偏振無關電光調制器。