[實用新型]一種片上多物理場調控裝置

有效

• 申請號: 202222206677.3
• 申請日: 2022-08-22
• 公開（公告）號: CN218037583U
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 徐小川;李艷梅;馮玚;丁盧煒;顏利康;姚勇;何楓
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G02F1/035
• 分類號: G02F1/035;G02F1/03;G02F2/00
• 代理公司: 深圳市添源創鑫知識產權代理有限公司 44855
• 代理人: 周椿

本實用新型提供了一種片上多物理場調控裝置，包括信號發生器、光源及異質集成光調制器，信號發生器及光源分別與異質集成光調制器連接，信號發生器輸出調制電信號至異質集成光調制器，光源輸出光載波至異質集成光調制器，異質集成光調制器包括電極層、光波導層及電光材料層，電光材料層覆蓋在光波導層的表面，電極層設于電光材料層的表面，光波導層內設有用于限制光載波的基于微納結構的空隙結構。本實用新型提出的多物理場調控裝置在工藝上兼容現有的微納加工工藝，可以融合多介質材料的優勢，結構上基于微納結構的空隙結構，可以增強光載波、調制電信號與電光材料之間的相互作用，提高了電光調制器的調制效率和帶寬性能。

技術領域

本實用新型屬于芯片領域，尤其涉及一種片上多物理場調控裝置。

背景技術

隨著數據中心、光通信的發展，數據流量呈現爆炸式增長，研究新一代具有超帶寬、高調制效率的片上光調制器變得尤為重要。傳統的基于鈮酸鋰材料的調制器，受限于鈮酸鋰本身電光系數低，器件的尺寸一般在厘米量級，對于大規模集成非常具有挑戰性，也增加了片上光調制器設備的成本。隨著硅基光子學的發展，人們開始探索在硅基上實現光調制器，然而由于硅材料本身是中心對稱晶體，缺少二階非線性效應，目前硅基電光調制器大多基于等離子體色散效應，通過調控載流子的濃度進而改變硅材料的折射率。然而該調制機理的調制速率和調制帶寬受到載流子壽命的限制，并且難以實現單獨的相位調制。

常見的多物理場調控的設計方案：空隙波導異質集成光調制器、亞波長光柵波導異質集成光調制器、表面等離子體激元-介質異質集成光調制器，這種方案中空隙波導異質集成光調制器隨著空隙寬度的增加會大幅度降低對光載波的限制能力，降低空隙波導的寬度也會給制作帶來挑戰性，同時空隙波導對于制作誤差的容忍度較低；亞波長光柵波導異質集成光調制器可以將光載波擴散到電光材料中，但是介質塊之間的電光材料極化效率低，同時電極的間距增大，降低了光調制器的調制效率；基于表面等離子激元結構-介質異質集成光調制器可以將光載波強約束在金屬的表面與電光材料強相互作用，但是器件整體的光損耗大。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種片上多物理場調控裝置，旨在解決現有的電光調制器的調制效率低的問題。

本實用新型是這樣實現的，一種片上多物理場調控裝置，包括信號發生器、光源及異質集成光調制器，所述信號發生器及光源分別與所述異質集成光調制器連接，所述信號發生器輸出調制電信號至所述異質集成光調制器，所述光源輸出光載波至所述異質集成光調制器，所述異質集成光調制器包括電極層、光波導層及電光材料層，所述電光材料層覆蓋在所述光波導層的表面，所述電極層設于所述電光材料層的表面，所述光波導層內設有用于限制光載波的基于微納結構的空隙結構。

本實用新型的進一步技術方案是：所述光波導層包括輸入光單元、調制單元及輸出光單元，所述輸入光單元的輸入端與所述光源連接，所述輸入光單元的輸出端與所述調制單元的輸入端連接，所述輸出光單元的輸入端與所述調制單元的輸出端連接。

本實用新型的進一步技術方案是：所述調制單元包括電連接結構及空隙結構，所述空隙結構包括第一波導塊及第二波導塊，所述電連接結構包括用于接入調制電信號的第一電連接塊及第二電連接塊，所述第一波導塊垂直設于所述第一電連接塊的一端，所述第二波導塊垂直設于所述第二電連接塊的一端且靠近所述第一波導塊設置，所述第一波導塊與所述第二波導塊相對設置。

本實用新型的進一步技術方案是：所述第一波導塊與所述第二波導塊之間形成納米間隙，所述納米間隙中填充有低折射率的電光材料，所述光載波在所述納米間隙內傳輸。

本實用新型的進一步技術方案是：所述電連接結構的表面設有用于調控介質整體折射率的孔洞。

本實用新型的進一步技術方案是：所述孔洞的外形采用圓形或矩形或菱形。

本實用新型的進一步技術方案是：所述電連接結構的整體等效折射率小于所述空隙結構材料的折射率。