[发明专利]热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器及制备方法

说明书

本发明公开了一种热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器及制备方法，可以高效地利用硅材料固有的高热光系数，实现一个高集成度、高稳定性的偏置点控制，在调制器方面保留了混合集成将硅高折射率、易于集成和铌酸锂高电光系数、线性高速远距离调制相结合的优点，相比较传统的利用铌酸锂普克尔斯效应的直流偏压控制偏置点具有更好的稳定性。

技术领域

本发明涉及集成光学器件领域，更具体地，涉及一种热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器及制备方法。

背景技术

在各种集成光学器件中，集成光波导电光调制器占据着重要的地位，在光通信、光传感与光信息处理领域具有重要的应用价值，是这些系统的关键器件之一。而铌酸锂晶体具有宽透光范围(0.35μm-5μm)、低光学损耗和大的二阶电光系数(31pm/V)的特点，这使得它成为制作调制器的最佳材料之一。利用铌酸锂晶体可以制作高速、宽带和大容量的集成光子调制器件。在各种类型的调制器中，偏置工作点的稳定性将直接决定调制器的工作性能，在现有的调制器中，偏置点是由通过每个马赫曾德尔臂的控制电压调整，偏置电压由交流通道的偏置分支或者独立的相电极施加，这类结构会引起封装的复杂性以及影响器件的整体尺寸，同时由于铌酸锂材料的特殊性，外加电场会引起调制器工作点的漂移问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有的直流偏压控制铌酸锂调制器工作点的方法存在普遍的封装以及尺寸问题，同时有效抑制直流漂移问题，提出一种热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器及制备方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器，连接在绝缘体衬底上，包括第一硅基光学结构、第二硅基光学结构、第一光学分束结构、第二光学分束结构、导热结构、第一光场模式转换结构、第二光场模式转换结构、加热金属电极、键合介质层、铌酸锂波导、信号金属电极、接地金属电极、加热电极两端偏压电极；其中所述第一光学分束结构和第二光学分束结构均为Y型结构；所述第一光学分束结构的开口一端分别连接有第一光场模式转换结构，第一光学分束结构的相对另一端与第一硅基光学结构连接；所述第一光场模式转换结构与铌酸锂波导的一端连接，所述铌酸锂波导的另一端与第二光学分束结构连接；所述第二光学分束结构的开口一端分别连接有第二光场模式转换结构，第二光学分束结构的相对另一端与第二硅基光学结构连接；所述铌酸锂波导数量为2个，两个铌酸锂波导之间连接有信号金属电极，所述铌酸锂波导的上下两侧连接有接地金属电极；所述第二光学分束结构的Y型开口的两侧均连接有加热金属电极；所述加热金属电极与第二光学分束结构上的Y型开口分支平行；所述加热金属电极的两端连接有加热电极两端偏压电极；所述键合介质层覆盖在第一硅基光学结构及第二硅基光学结构的表面。

优选的是，所述热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器还包括导热结构，所述导热结构覆盖连接在第二光学分束结构上的Y型开口分支上。

优选的是，所述导热结构为用于加热的浅刻蚀楔形波导结构。

优选的是，所述导热结构的厚度为5～10nm。

优选的是，所述加热金属电极的材质包括镍铬合金或钛。

优选的是，所述第一光场模式转换结构、第二光场模式转换结构均为楔形结构。

优选的是，所述键合介质层的厚度为10～300nm。

优选的是，所述加热金属电极和加热电极两端偏压电极均由粘附层金属和金构成，所述粘附层金属包括钛或铬。

一种热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器的制备方法，包括以下步骤：

S1：在绝缘体硅薄膜的基片上利用光刻蚀技术制作第一硅基光学结构、第二硅基光学结构；

S2：在步骤S1上得到的第一硅基光学结构和第二硅基光学结构上旋涂键合介质材料；