[发明专利]一种基于模式转换的硅基铌酸锂偏振无关光调制器

说明书

本发明公开了一种基于模式转换的硅基铌酸锂偏振无关光调制器，涉及光电子器件技术领域，本发明包括基底层，基底层上端面设置有模式转换器、非对称定向耦合器、两个结构相同的并排设置MZ结构调制器，模式转换器包括对称设置在对应MZ结构调制器两端的结构相同的输入端模式转换器与输出端模式转换器，非对称定向耦合器包括对称设置在对应MZ结构调制器两端的结构相同的输入端非对称定向耦合器与输出端非对称定向耦合器；本发明将硅与铌酸锂混合在一起，把铌酸锂的线性电光效应引入到硅基平台上，通过结合硅和铌酸锂这两种材料的优点，来提高光调制器的性能；能实现偏振无关的光调制器。

技术领域

本发明涉及光电子器件技术领域，更具体的是涉及一种基于模式转换的硅基铌酸锂偏振无关光调制器。

背景技术

硅基光子学平台是当下最好的集成光学平台。硅基光子学平台由于其与传统CMOS工艺兼容，具有高折射率差，使得硅基光子学平台具有易于大规模制作、易于集成两大优势。硅基平台十分适合制作无源器件，但是硅的基本特性导致实现一些有源器件有巨大的挑战。硅本身是中心对称的晶体结构，因此硅没有线性电光效应，而线性电光效应是目前高性能光调制器所需的硅基调制器需要依靠等离子体色散效应，通常利用离子注入形成PN结的方式实现，通过改变PN结的载流子浓度来改变硅波导的折射率，进而实现对光波振幅的调制。不过这种方式在改变硅波导的折射率的同时，也会改变硅波导的损耗，是在牺牲消光比的基础上实现高带宽，这使得硅基调制器在长距离数字光通信系统中的应用受到限制，此外，由于载流子效应本身是一个非线性过程，因此硅基调制器的线性度远远比不上传统的铌酸锂器件，而未来的5G移动通信系统，微波光子学，以及下一代光纤通信的应用中，线性度的要求越来越高。

综上所述，尽管硅基光子器件有非常大的技术优势，但是基于载流子效应的硅基调制器在性能上仍然无法与商用的铌酸锂调制器相比拟。铌酸锂材料具有优越的线性电光效应，是高性能光调制器的首选材料。

然而基于硅基铌酸锂的电光调制器具有明显的偏振敏感特性，只能对特定偏振方向的光波产生有效的调制，而对其他偏振方向的光波调制效果不明显，这限制了这种光调制器的适用范围。

正如上述现有的基于硅基铌酸锂电光调制器中存在的问题，都是本领域人员需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决传统硅基铌酸锂调制器对入射光波的偏振方向敏感技术问题，本发明提供一种基于模式转换的硅基铌酸锂偏振无关光调制器。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种基于模式转换的硅基铌酸锂偏振无关光调制器，包括基底层，基底层上端面设置有模式转换器、非对称定向耦合器、两个结构相同的并排设置MZ结构调制器，模式转换器包括对称设置在对应MZ结构调制器两端的结构相同且分别与对应MZ结构调制器两端连接的输入端模式转换器与输出端模式转换器，非对称定向耦合器包括对称设置在对应MZ结构调制器两端的结构相同的且分别与对应MZ结构调制器两端连接的输入端非对称定向耦合器与输出端非对称定向耦合器；每个MZ结构调制器均包括硅基光波导结构、光学分束结构、硅楔形波导光学模式转换结构、键合介质层、脊形铌酸锂波导、信号金属电极和接地金属电极，硅基光波导结构与光学分束结构的输入端连接，光学分束结构的两个输出端分别通过硅楔形波导光学模式转换结构与脊形铌酸锂波导连接；信号金属电极设置到光学分束结构的两个输出端相对的一侧；接地金属电极设置在光学分束结构两个输出端相背的一侧；硅楔形波导光学模式转换结构设置在键合介质层内，脊形铌酸锂波导、信号金属电极和接地金属电极设置在键合介质层上方。