[发明专利]一种高调制效率的铌酸锂薄膜电光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信与光纤传感技术领域，特别是涉及一种高调制效率的铌酸锂薄膜电光调制器。

背景技术

不断增长的光纤带宽需求推动相干光通信系统向前发展和应用。尽管第一代100G相干光通信系统已经布设在网络中好几年了，对带宽、端口密度以及系统能耗量的要求依然在不断提高，也推动技术向200G、400G甚至更高速的系统前进。

在早期的光通信技术发展过程中，铌酸锂晶体起到了重要的作用。基于铌酸锂晶体的马赫-曾德尔调制器，具有低损耗、高调制带宽、高消光比以及低啁啾等显著优势，作为外调制器广泛应用在超长距离超高速光网络中。

然而，随着光通信技术的不断发展，由于铌酸锂电光调制器本身存在的体积和半波电压较大的问题，使其在光通信系统特别是相干光通信系统中的应用受到了较大的制约。铌酸锂电光调制器体积和半波电压较大的问题来自于铌酸锂电光调制器所采用的行波电极，这种电极结构具有较低的电光调制效率。铌酸锂电光调制器的半波电压和行波电极长度的设计考虑因素由下式决定：

其中，V_π为调制器的半波电压，L为行波电极长度，Γ为电光调制效率，d为行波电极中信号电极与地电极之间的间距，λ为器件工作波长，n为光波折射率，γ为铌酸锂晶体的电光系数。由上式可见，当铌酸锂电光调制器的结构参数(Γ、d、λ、n等)为固定值时，器件的半波电压和行波电极长度是成反比例关系，即通过延长行波电极长度的方式可实现器件半波电压的降低，但这会导致器件体积的增大。因此，为降低铌酸锂电光调制器的半波电压，采用缩短电极间距d和提高电光调制效率Γ则是更好的技术方案。然而，缩短电极间距d会导致器件调制带宽的降低，因此，提高电光调制效率Γ则更为有效。

提高电光调制效率可采用如下两种技术方案：(1)制作基于脊型铌酸锂波导的行波电极结构，(2)降低二氧化硅缓冲层厚度或去除二氧化硅缓冲层。上述两种提高电光调制效率的技术方案中，方案(1)在制作脊型铌酸锂波导时需采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方式，所制作的脊型铌酸锂波导传输损耗过大，导致器件插入损耗过大；方案(2)降低了二氧化硅缓冲层的厚度，导致了光波与微波折射率匹配程度的下降，会降低器件的工作带宽。

发明内容

本发明的目的是提供一种高调制效率的铌酸锂薄膜电光调制器，以解决上述两种提高电光调制效率的技术方案导致的问题。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种高调制效率的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，基底材料1、下层电极2、下缓冲层3、铌酸锂薄膜4、光学波导5、上缓冲层6、上层电极7，所述上层电极7为信号级，包括正电极和负电极，正电极和负电极分别位于左右两侧光学波导5上方，所述下层电极为地电极，所述铌酸锂薄膜4为具有单晶结构的、厚度为0.1μm至10μm的铌酸锂薄膜材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，本申请通过将铌酸锂电光调制器的电极制备成上下型结构，上层电极(信号极)分别位于光学波导上方，下层电极为地电极，因而上下型电极结构对光学波导可以起到100％的调制效率，远高于传统铌酸锂电光调制器的40％至50％的电光调制效率；此外，本申请采用具有单晶结构的、厚度为0.1μm至10μm的铌酸锂薄膜材料，可实现与传统铌酸锂电光调制器相比更短的电极间距。上述两方面因素可大幅降低铌酸锂电光调制器的半波电压。

附图说明

图1所示为本发明实施例1的截面结构示意图示意图；

图2所示为本发明实施例2的截面结构示意图示意图；

图3所示为本发明实施例3的截面结构示意图示意图；

图中，基底材料1、下层电极2、下缓冲层3、铌酸锂薄膜4、光学波导5、上缓冲层6、上层电极7。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。