[发明专利]一种薄膜铌酸锂调制器

说明书

本发明公开一种新型薄膜铌酸锂调制器，涉及光通信器件技术领域。本发明包括光学结构和电学结构。光学结构基于X切薄膜铌酸锂材料，包括：输入波导、分束器、波导臂、合束器、输出波导；波导臂包含常规波导区和调制波导区，调制波导区铌酸锂材料的铁电畴的极化方向相反。电学结构包括信号‑地‑信号电极组成的行波电极结构，包含信号输入区、调制电极区、匹配电阻区，采用差分驱动。本发明的薄膜铌酸锂调制器在采用差分驱动的同时降低了行波电极的电损耗，同时利用折叠结构，实现了低调制电压、高调制带宽和低插入损耗，为调制器的小型化和高度集成化提供了解决方案。

本发明涉及光通信器件技术领域，特别是涉及一种薄膜铌酸锂调制器。

背景技术

薄膜铌酸锂材料解决了传统铌酸锂体材料波导折射率差偏小的问题，能实现更强的模式限制，使得电极能够更靠近波导，从而调制效率更高。另外采用硅或石英等衬底，介电常数低，降低了微波折射率，更容易实现与光波折射率的匹配。基于薄膜铌酸锂材料的调制器更容易实现高调制带宽、低半波电压。同时由于铌酸锂刻蚀技术的进步，以及更高质量模斑转换器的制作，基于薄膜铌酸锂材料的调制器的插损也达到了传统体材料铌酸锂调制器的水准。预计同时具备低调制电压、高调制带宽、低插入损耗的薄膜铌酸锂调制器在未来的光通信中有巨大的潜在应用价值。

薄膜铌酸锂调制器通常采用X切的薄膜铌酸锂材料，基于此材料很容易实现推挽调制，即使单端的调制器也能实现硅光和InP调制器差分调制的效果。但许多驱动是为硅光调制器和InP调制器开发的差分驱动，因此有必要开发兼容这种驱动的基于X切薄膜铌酸锂材料的差分驱动的调制器。此外薄膜铌酸锂调制器的带宽主要受电损耗的限制，通常为了降低调制电压，就需要延长调制臂的长度，但是电损耗会对调制带宽产生严重的限制(C.Wang,M.Zhang,X.Chen,M.Bertrand,A.Shams-Ansari,S.Chandrasekhar,P.Winzer,andM.Lonˇcar,“Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating atCMOS-compatible voltages,”Nature 562,101–104(2018).)，所以也需要开发电损耗更低的薄膜铌酸锂调制器。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄膜铌酸锂调制器，解决差分驱动的同时降低电损耗。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种薄膜铌酸锂调制器，包括光学结构和电学结构。

光学结构包括：输入波导、分束器、两个波导臂、合束器、输出波导；波导臂包含第一波导臂与第二波导臂，每个波导臂都包含调制波导区和常规波导区；

电学结构包括信号-地-信号电极组成的行波电极结构；行波电极结构包含信号输入区、调制电极区、匹配电阻区；

调制电极区的第一信号电极与地电极之间、地电极与第二信号电极之间各有一个调制波导区；第一信号电极、第二信号电极与虚地电极之间各有一个匹配电阻,地电极通过匹配电阻以及电容与虚地电极连接。

所述薄膜铌酸锂调制器的光学结构基于X切薄膜铌酸锂材料，从下往上依次包括衬底层、低折射率下盖层、薄膜铌酸锂层、低折射率上盖层；垂直于薄膜铌酸锂层的方向为x方向，平面内的方向为z方向与y方向；调制电极区的信号电极与地电极之间施加的电场方向为z方向，调制波导区波导方向沿y方向；光学结构采用刻蚀薄膜铌酸锂层形成或在薄膜铌酸锂层上沉积制作波导结构或两者结合。

优选的，所述薄膜铌酸锂调制器的两个调制波导区的铌酸锂材料的铁电畴的极化方向相反；并通过外加高电场极化的方法在这两个区域形成相反的极化方向。

优选的，所述薄膜铌酸锂调制器的信号-地-信号行波电极所加调制信号为差分信号，即第一信号电极与地电极之间加V伏电压，第二信号电极与地电极之间加-V伏电压。