[发明专利]基于巨电光系数材料且结构精细的块体电光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电光学领域，尤其针对光调制应用。

背景技术

当前存在被称为“微块体”结构的电光元件。如图1所示，这种元件具有一个玻璃的、硅的、或任何其它类型的衬底(1)，衬底的刚性和热膨胀属性适合该元件工作，支撑一薄铁电块体材料层(4)。衬底与铁电层之间有一个电极(2)；与该电极相对，在铁电层上方有另一个更窄的电极(5)。各构件的厚度可以随应用变化。

这种元件在Marc BOUVROT于2010年2月8日法国贝藏松弗朗什-孔泰大学进行的博士论文《基于巨系数电光晶体的光微调制器(MCRO MODULATEURS DEBASE DE CRISTAUX-OPTIQUESCOEFFICIENTS)》中有叙述。

商用电光调制器采用铌酸锂。铌酸锂的居里温度大约1134℃，可以通过表面扩散制作波导，需要升温大约1000℃。然而，其电光性能仍然一般。

有一些材料被称作巨系数电光材料。例如，被称作SBN或KTN的材料，将在下文中详细定义。然而，它们的居里温度很低，接近环境温度。不过可以用分子冷焊技术把电光材料晶体(铁电型单晶体)固定在衬底上，从而制成元件。但是申请人注意到：巨系数电光材料的优点还没有充分利用。

发明内容

本发明的目的就是改善这一状况。

一种电光元件，其衬底上有一铁电块体材料层，在该衬底与该铁电层之间有一个构成接地面的电极；与该电极相对，在该铁电层上方还安装了另一个线形电极；该电光元件还具有一些槽，这些槽位于铁电层中上面的电极的两侧。

附图说明

阅读下文的描述以及附图后，可以了解到本发明的其它优点和特征。附图包括：

图1，已在前文中引述过，是一种现有电光元件的示意性剖面图；

图2是图1所示电光元件的透视图，在实验布置中连接了两根光纤；

图3是与图2同一类型的视图，但没有安装支撑；图中显示了晶体的期望朝向，以及穿过元件的光场和电场的方向；

图4a至图4d是示意性的剖面图，描绘了本文提出的电光元件的制造过程；

图5是与图1相似的视图，但显示的是一个多通路元件。

图6a至6b是标称化的检测到的强度/电压关系图形表示，分别对应的是KTN的线性方式和二次方式。

附图和下文中的描述及其附录在本质上包含了特定特征的元素。附图至少部分地表示了只有用图形才能更好描述的内容。附图与描述是一个整体，因此不仅有助于更好地理解本发明，而且在必要时还有助于其定义。

本描述后附的表格也起同样的作用。

具体实施方式

在本文中，使用“长度”一词用于与光传播方向(图3中的矢量X)基本上平行的方向。使用“宽度”一词用于与光传播方向基本上垂直并位于元件平面内的方向(图3中的矢量Y)。用“窄”表示宽度小。“上方”、“下方”、“上”、“下”是以元件厚度方向(图3中的矢量Z)为参照的。

如图1所示，微块体结构的电光元件具有一个玻璃的或硅材料的衬底1，该衬底支撑着一铁电块体材料薄层4。在衬底和铁电层之间有一个电极2；还有一个比电极2更窄的电极5位于电极2的对面，在块体材料层的上方。本文所提到的块体材料层是变薄了的。

图2也显示了上述构件，并且还显示了一条输入光纤OF1和一条输出光纤OF2。两条光纤的芯都与铁电层4进行光连接，铁电层4位于电极2和5之间。这种连接定义了一条光路：输入光纤中的LP10，然后铁电层4中的LP11，以及输出光纤OF2中的LP12。

应用为信号处理、近程及远程光纤通信、光传感器，以及激光、偏振开关，或者从一串脉冲(尤其是短脉冲)中选择并隔离一个光脉冲(英文称作“pulse-picking”，脉冲提取)的应用。

该元件的工作基于双折射干涉原理：两列波通过由两个相对电极形成的电容性微结构后发生的双折射干涉。直线偏振的入射光电磁波在所述元件的输入端分成独立的两列波，每列波沿晶体的中性轴(图3中的轴Y和Z)传播。这两个轴上各自不同的折射率(n_o和n_e)导致所述两列波的传播速度不同。这两列波在元件的输出端重新合并成一列光电磁波，其偏振态与在元件输入端处不同。所述元件的电控信号(E)可以控制材料两个中性轴之间的折射率差值(Δn=n_o-n_e)，从而可以改变穿过位于上面的电极5下方激活区的光的偏振态。

铁电层4的晶体尤其根据电光元件所需特性而选择。