[发明专利]一种行波电极调制器及光子集成芯片

说明书

本申请公开了一种行波电极调制器及光子集成芯片，该行波电极调制器包括硅基板、设于硅基板内的光波导和掺杂的过渡区，以及与过渡区电连接的行波电极结构；该行波电极结构包括至少一层沿光波导延伸方向连续延伸的连续电极和至少一层沿光波导延伸方向周期性变化的周期性电极，以及导电结构；该连续电极和周期性电极之间、以及行波电极结构和过渡区之间通过导电结构相电连接。在行波电极结构上增加了周期性设计的电极，具有更多可设计的参数，提高了行波电极结构设计的灵活性，可使电磁波的传播速度与光波的传播速度具有更高的匹配度，从而可有效提高调制器的电光调制带宽。

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种行波电极调制器及光子集成芯片。

背景技术

在硅基集成光电系统中，行波电极调制器由于具有可得到较高消光比与较易集成的特点而得到广泛应用，其一般基于SOI(silicon-on-insulator，绝缘体上硅)工艺，制成硅基电光调制器。基于SOI工艺的行波电极调制器一般由光波导负载和行波电极组成，电磁波在行波电极间传输，光载波在负载光波导中传输。在光载波和电磁波传输过程中，电磁波与光载波相互作用使光载波的相位发生变化，从而完成电信号到光信号的调制。在行波电极调制器中，其主要的性能评价指标为电光带宽以及阻抗，一般需要设计较高的电光带宽以及合适的阻抗。影响电光带宽的主要因素有两个：一为带负载行波电极的损耗，二为其微波群速度与光载波群速度的匹配程度。在实际使用中，由于电磁波在行波电极中的传播速度和光波在光波导中的传播速度不一致，通常电磁波在行波电极中的传播速度要快于光波在光波导中的传递速度，从而导致电磁波和光波会有一定的失配。这种失配会导致高速信号在调制过程中，不能完全与它进入行波电极时的光波全程作用，最后导致整个行波电极调制器的电光调制带宽下降，从而导致整个调制器性能的明显降低。

发明内容

本申请的目的在于提供一种行波电极调制器及光子集成芯片，具有较高的电光匹配度，可有效提高其电光调制带宽。

为了实现上述目的之一，本申请提供了一种行波电极调制器，包括硅基板、设于所述硅基板内的光波导、设于所述光波导两侧并与所述光波导连接的掺杂的过渡区，以及与所述过渡区电连接的行波电极结构；所述行波电极结构包括至少一层沿所述光波导延伸方向连续延伸的连续电极和至少一层沿所述光波导延伸方向周期性变化的周期性电极，以及导电结构；所述连续电极和所述周期性电极之间、以及所述行波电极结构和所述过渡区之间通过所述导电结构相电连接。

作为实施方式的进一步改进，所述行波电极结构包括两层或多层所述周期性电极，和/或两层或多层所述连续电极。

作为实施方式的进一步改进，所述周期性电极与所述连续电极间隔设置，或者两层或多层所述周期性电极相邻设置。

作为实施方式的进一步改进，位于不同层的所述周期性电极的结构参数相等或不等；所述结构参数包括周期和占空比。

作为实施方式的进一步改进，所述连续电极和所述周期性电极均包括信号极和接地极；位于同一层的所述信号极和接地极之间具有电极间距，位于不同层的所述电极间距相等或不等。

作为实施方式的进一步改进，所述导电结构包括导电过孔。

作为实施方式的进一步改进，所述硅基板包括依次层叠的硅衬底、绝缘层和光波导层，所述光波导和所述过渡区位于所述光波导层；所述行波电极结构设于所述光波导层上方。

作为实施方式的进一步改进，所述硅衬底靠近所述绝缘层的表面设有凹槽，所述凹槽位于所述光波导的下方，沿所述光波导设置；

或者，所述硅衬底位于所述光波导下方的区域设有一贯穿所述硅衬底上下表面的沟槽。

作为实施方式的进一步改进，所述光波导层上方设有覆盖层，所述行波电极结构设于所述覆盖层内。

本申请还提供了一种光子集成芯片，包括上述任一实施例所述的行波电极调制器。