[发明专利]基于铌酸锂薄膜的同相正交调制器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于铌酸锂的同相正交调制器，包括衬底、铌酸锂薄膜、铌酸锂光波导、1×2光学分束器、马赫曾德尔调制器、90°偏置结构；所述铌酸锂薄膜键合于衬底上，所述铌酸锂光波导、1×2光学分束器、马赫曾德尔调制器、90°偏置结构均设置在铌酸锂薄膜上；所述光束通过1×2光学分束器分出两支光束，两支光束分别通过不同的马赫曾德尔调制器，马赫曾德尔调制器输出端输出两支光束，其中一支光束进入90°偏置结构后输出，另一支光束用于检测输出。本发明具有低功耗、小型化、低驱动电压、高带宽的高阶相位和强度调制器件。本发明适用于光学信号调制领域。

技术领域

本发明涉及一种光学调制器领域，更具体的，涉及一种基于铌酸锂薄膜的同相正交调制器及该同相正交调制器的制备方法。

背景技术

同相正交调制器在现代通信领域中具有非常重要的作用。其结构由两个并行的马赫曾德调尔制器和一个90°相位偏置器组成，同向和正交两组信号相互正交，可同时实现相位和强度调制。

随着硅基电光集成技术的发展，IQ调制器在硅基光子平台上已经得到应用，并实现了高速正交相移键控，以及双偏振16阶和32阶正交强度调制的信号调制。

硅基电光调制器主要是载流子输运、载流子注入、载流子累积效应。其中，调制器的带宽与线性度数载流子输运机制最优，但由于光场分布与输运区的非均匀性重叠，导致该效应引入非线性的二阶失真和三阶互调失真项。近年来，硅基通过参杂浓度控制，或与III-V多量子阱结合的混合集成芯片有陆续实现了低驱动电压，高带宽，高线性度的马赫曾德调尔制器。但在高频应用中，微波在硅材料中损耗明显增大，从而限制了带宽。

基于InP的双偏振IQ调制器具有低驱动电压以及高带宽的特点，其体积小，可与激光器，高速探测器混合集成。但III-V其电光效应折射率改变量包含线性项与非线性项，电场小线性项占主导，电场变大二阶效应突出。

铌酸锂，其具有突出的线性电光效应，已在商用的高速相位和强度调制器中得到广泛的应用。传统的商用铌酸锂调制器采用钛扩散工艺在铌酸锂体材料中形成弱限制波导，其模斑面积达几十微米，导致两旁的电极间距较宽，典型值约30um以上；体积大，即封装后约135mm×13.5mm，应用于光纤传输网络。随着铌酸锂薄膜的切割和键合工艺的成熟，近年来，铌酸锂薄膜调制器的研究受到学术界和工业界的广泛关注。目前成熟的铌酸锂薄膜厚度从百纳米级到微米级，可直接或间接键合在硅、二氧化硅、石英和蓝宝石衬底上。由于其折射率高于二氧化硅(Δn～0.67)，可获得相对传统体材料中更强的光模场限制。通过等离子体刻蚀工艺可获得亚微米级的模斑面积。更小的光模场分布有利于金属电极可以制作更紧密，也有利于获得更高的光场与电场的重叠度，可获得小体积，高调制效率，低功耗的电光调制器。

综上所述，针对硅基调制器的高频射频损耗大；III-V的电光效应线性度不足；目前商用的铌酸锂IQ调制器体型大，高驱动电压高，将IQ调制器运用到铌酸锂薄膜上，可获得低损耗、小型化、低驱动电压、高带宽的高阶相位和强度调制器件。

发明内容

本发明为了解决硅基调制器的高频射频损耗大、III-V的电光效应线性度不足，以及目前商用的铌酸锂IQ调制器体型大，高驱动电压高的问题，提供了基于铌酸锂薄膜的同相正交调制器，其具有低功耗、小型化、低驱动电压、高线性度的特点。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种基于铌酸锂的同相正交调制器，包括衬底、设置在衬底上的铌酸锂薄膜，以及制备在铌酸锂薄膜上的1×2光学分束器A、两路马赫曾德尔调制器、90°偏置结构，和制备在铌酸锂薄膜上用于传递光束的光波导；1×2光学分束器A与两路马赫曾德尔调制器的输入端连接，两路马赫曾德尔调制器的输出端与90°偏置结构连接。

优选地，还包括二氧化硅包层，所述二氧化硅包层覆盖在铌酸锂薄膜上；所述二氧化硅包层的厚度大于1μm；所述的二氧化硅包层上设置有金属引线，金属引线的一端通过二氧化硅包层的开窗与外界连通，马赫曾德尔调制器、90°偏置结构与金属引线的另一端连接。