[发明专利]一种基于铌酸锂薄膜的凹槽辅助式声光调制器

说明书

本发明公开了一种基于铌酸锂薄膜的凹槽辅助式声光调制器，其中，所述声光调制器包括：铌酸锂薄膜层；设置于所述铌酸锂薄膜层上的铌酸锂薄膜波导和叉指换能器，其中，所述铌酸锂薄膜波导的顶部刻有凹槽。由于传统的基于铌酸锂薄膜设计的声光调制器中采用的光波导结构均为规则的条形波导，规则的条形波导基于表面声波产生的声光互作用效率不高，而本发明在铌酸锂薄膜波导的顶部刻有凹槽，可以增强铌酸锂薄膜波导基于表面声波产生的形变位移场与波导光学电磁场之间的相互作用，从而解决了现有声光调制器中声光互作用效率低的问题。

技术领域

本发明涉及集成光子学技术领域，尤其涉及的是一种基于铌酸锂薄膜的凹槽辅助式声光调制器。

背景技术

集成光子学是在统一的基底材料上(如常用的SOI晶圆)集成众多高性能、多功能的无源、有源器件以实现特定功能的一门科学，该技术通过片上集成的方法提高器件系统的集成度、稳定性与可靠性并同时降低器件系统的尺寸、功耗与成本，拥有传统分立光学系统难以媲美的技术优势。近来随着微纳加工工艺的进步，兼具优异电光、声光、压电、非线性光学与光折变特性的铌酸锂单晶薄膜(Lithium Niobate On Insulator,LNOI)被成功制备，随即受到了学术界与产业界的高度关注。当前铌酸锂薄膜技术已成为集成光子学领域的一项革命性技术，将推动更高性能、更低功耗、更大规模有源无源集成、更低成本的全新光子集成回路的研发进程与产业化，也必将引领集成光子学发展的新浪潮。

由于铌酸锂薄膜层与掩埋氧化层(如二氧化硅)之间存在较高的折射率差，输入光场将被极大地限制在铌酸锂薄膜层中传输，因此可以从根本上解决铌酸锂光子器件小型化问题，而且较小的器件尺寸可以增强光与铌酸锂薄膜的互作用强度提升器件性能。目前，能够将铌酸锂薄膜多项优势融合在一起的器件就是工作于多个不同物理场的声光调制器，可实现“微波—声波—光波”三个物理场在LNOI平台上的高效耦合与转换。并且随着铌酸锂薄膜的成功制备，片上集成化的声光调制器成为了研究与市场关注的热点，将为片上光电子集成回路、量子计算、微波光子信号处理等领域提供性能更加优越的多物理场调控器件。

基于铌酸锂薄膜设计的声光调制器，通常由产生表面声波的叉指换能器、形成声学谐振腔的两个反射器和光波导组成，所有器件都在铌酸锂薄膜上单片集成。然而，现有的利用叉指换能器产生表面声波引起机械形变，该形变量与波导光学电磁场之间的相互作用比较弱，导致器件的声光互作用效率较低。

因此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于铌酸锂薄膜的凹槽辅助式声光调制器，旨在解决现有技术中由于表面声波产生的机械形变与波导光学电磁场之间的弱相互作用，导致器件声光互作用效率较低的问题。

本发明解决问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种声光调制器，其中，所述声光调制器包括：

铌酸锂薄膜层；

设置于所述铌酸锂薄膜层上的铌酸锂薄膜波导和叉指换能器，其中，所述铌酸锂薄膜波导的顶部刻有凹槽。

在一种实施方式中，所述铌酸锂薄膜波导与所述叉指换能器分别位于所述铌酸锂薄膜层的两侧，且间隔预设距离。

在一种实施方式中，所述铌酸锂薄膜波导为梯形柱状波导，且所述铌酸锂薄膜波导与所述铌酸锂薄膜层的接触面为所述梯形柱状波导中面积最大的一个面。

在一种实施方式中，所述凹槽包括若干个子凹槽，所述若干个子凹槽以所述铌酸锂薄膜波导上表面的中心线为对称轴对称分布。

在一种实施方式中，所述若干个子凹槽包括第一子凹槽和第二子凹槽，所述第一子凹槽和所述第二子凹槽均为梯形凹槽，且所述第一子凹槽和所述第二子凹槽的两端均设置有锥形结构。