[发明专利]一种铌酸锂薄膜QPSK光调制器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种铌酸锂薄膜QPSK光调制器及其制造方法，包括：石英基底晶片、铌酸锂薄膜、光学波导、金属薄膜电极以及金属封装管壳。本发明的有益效果如下：1)缩短了弯曲波导长度和行波电极长度，去掉了直流偏移补偿电极，实现了铌酸锂QPSK光调制器的小型化；2)采用低介电常数的石英材料作为铌酸锂单晶薄膜的基底晶片，实现了微波折射率与光波折射率的良好匹配，提高了铌酸锂QPSK光调制器的调制带宽；3)去掉了直流偏移补偿电极，降低了铌酸锂QPSK光调制器的信号处理复杂性；4)提高了铌酸锂薄膜晶圆的利用率，降低了铌酸锂薄膜QPSK光调制器的制造成本。

技术领域

本发明涉及超高速/超长距离光通信、相干光通信等光纤通信技术领域等技术领域，特别是涉及一种铌酸锂薄膜QPSK光调制器及其制造方法。

背景技术

正交相移键控(QPSK)技术以其高光谱利用率、高信噪比和高色散容限等优势，成为近年来光传输技术特别是在密集波分复用(DWDM)系统中实现高比特速率传输所广泛采用的调制格式。

基于铌酸锂晶体泡克尔斯电光效应的铌酸锂MZ调制器的发展在光纤通信网络早期的发展中起到了十分重要的作用。尽管采用直调激光器或采用电吸收调制器技术的光发射机在模块尺寸和成本体现出一定的优势，但其较低的消光比一直限制了这种光模块的性能及其在长距离光纤通信系统中的应用。相反，MZ调制器更容易实现较高的幅度消光比，因此采用基于铌酸锂MZ调制器结构的QPSK光调制器目前已广泛应用于高速/长距离光纤通信系统以及相干光纤通信系统。

尽管铌酸锂QPSK光调制器目前在高速/长距离光纤通信系统以及相干光纤通信系统中得到了广泛的采用，但较大的器件尺寸限制了铌酸锂QPSK光调制器在下一代相干光通信网络中的应用。

现有铌酸锂QPSK光调制器较长的尺寸主要来自于以下几个方面：

1)较大的弯曲波导尺寸：铌酸锂QPSK光调制器中的光学波导多使用钛扩散技术制备，钛扩散光波导的折射率差较小，过小的弯曲半径会造成过大的弯曲损耗，因此为了降低器件弯曲损耗，现有铌酸锂QPSK光调制器的Y分支部分常采用较长的弯曲长度；

2)较长的行波电极：铌酸锂QPSK光调制器的电极设计一方面需要满足高调制带宽，另一方面需满足低半波电压，为了实现高调制带宽，现有铌酸锂QPSK光调制器常采用较大的行波电极间距，但铌酸锂光调制器的半波电压正比于行波电极间距、反比于行波电极长度，因此为了实现铌酸锂QPSK光调制器的低半波电压，行波电极常选择较长的电光作用距离(即电极长度)；

3)直流偏压电极的使用：现有铌酸锂QPSK光调制器为实现高调制带宽，必须使用二氧化硅缓冲层以达到微波折射率与光波折射率的良好匹配，然而二氧化硅缓冲层的引入也带来了直流偏压漂移的严重问题，导致铌酸锂QPSK光调制器必须使用集成光探测器以及直流偏压电极以实时补偿直流偏压漂移，保证光调制器一直处于最佳工作点。直流偏压电极的使用无疑也增加了现有铌酸锂QPSK光调制器的长度。

此外，现有铌酸锂QPSK光调制器较长的器件尺寸，也存在着在芯片制造过程中铌酸锂晶圆利用率较低的问题，造成了铌酸锂晶圆的大量浪费，增加了现有铌酸锂QPSK光调制器的制造成本。

发明内容

本发明的目的提供一种铌酸锂薄膜QPSK光调制器及其制造方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种铌酸锂薄膜QPSK光调制器，包括：石英基底晶片、铌酸锂薄膜、光学波导、金属薄膜电极。所述石英基底晶片为光学级、双面抛光的石英晶片，其厚度为0.1mm至2mm；所述铌酸锂薄膜为光学级、具有单晶结构、切向为X切Y传、厚度为0.1μm至20μm；所述光学波导为钛扩散波导，其扩散宽度为0.1μm至10μm，扩散深度为0.1μm至10μm；所述金属薄膜电极具有行波结构、厚度在0.1μm至30μm。