CN101909403A - 提高电光调制器调制带宽的可集成化方法 - Google Patents

Abstract

一种提高电光调制器调制带宽的可集成化方法，该方法包括如下制作步骤：步骤1：在高速电路板上制作高通滤波器，高通滤波器输入端电极与高速电路板边缘靠齐；步骤2：将同轴射频转接头与高速电路板上的高通滤波器的输入端电极焊接在一起；步骤3：在靠近高通滤波器的输出电极的端部、在高速电路板上涂敷粘结剂，将电光调制器芯片固定在高速电路板上；步骤4：利用互连金丝将电光调制器的输入端电极与高通滤波器的输出端电极互连在一起，完成器件的制作。

Description

提高电光调制器调制带宽的可集成化方法

技术领域

本发明属于半导体光电技术领域，特别是指一种提高电光调制器调制带宽的可集成化方法。

背景技术

密集波分复用(DWDM)系统具有传输容量大、组网灵活等显著特点，已成为长距离光纤通信的主流技术。电光调制器作为DWDM系统关键之一，其作用是将连续光波(载波)调制成携带有特定信息的光信号。电光调制器按照其调制原理主要可分为电光调制器、热光调制器、声光调制器、全光调制器等。电光调制器的原理是利用材料折射率受外加电场的影响而发生改变，从而使调制器的输入光的相位发生改变，并利用光学干涉结构如马赫-曾德干涉仪(MZI)实现对输入光的调制，因此其具有调制速度快、功率消耗低、集成性好等优势。

本发明中所用的电光调制器制作在绝缘衬底上的硅(SOI)基片上，其调制原理是基于硅材料中自由载流子色散效应，即当调制器上外加周期性调制电信号时，硅材料的自由载流子浓度将发生改变，材料的折射率随之发生变化，入射光强将随着折射率的变化而周期性变化，最终实现对光的调制。

高通滤波器可以使高于某个频率的频率成分不受衰减地通过，而低于这个频率的频率成分受到极大的衰减。因此可以在调制器的输入端串联一个高通滤波器，使得输入调制器的信号低频部分得到抑制，而高频部分得到补偿，从而使得调制器的调制带宽得到展宽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高电光调制器调制带宽的可集成化方法，这种方法工艺制作简单；可对已制作好的器件进行后处理，且不会对原有器件性能带来影响；滤波器和调制器集成在同一电路板上，便于测试和应用；可以显著提高电光调制器的调制带宽。

本发明提供一种提高电光调制器调制带宽的可集成化方法，该方法包括如下制作步骤：

步骤1：在高速电路板上制作高通滤波器，高通滤波器输入端电极与高速电路板边缘靠齐；

步骤2：将同轴射频转接头与高速电路板上的高通滤波器的输入端电极焊接在一起；

步骤3：在靠近高通滤波器的输出电极的端部、在高速电路板上涂敷粘结剂，将电光调制器芯片固定在高速电路板上；

步骤4：利用互连金丝将电光调制器的输入端电极与高通滤波器的输出端电极互连在一起，完成器件的制作。

其中步骤1所说的高速电路板为环氧树脂玻璃布层压板，高通滤波器为微带线型或共面型，其结构采用交叉指形。

其中步骤2所说的高通滤波器的输入端电极、输出端电极一端采用过渡线结构，以便使同轴射频转接头、电光调制器与高通滤波器阻抗匹配，减少微波反射损耗。

其中步骤3中的电光调制器是制作在绝缘衬底上的硅基片上，电光调制器的光学结构为马赫-曾德干涉型结构，电学结构为正向p型-本征型-n型结构。

附图说明

为了清楚地解释本发明的技术特征，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明电光调制器与高通滤波器集成的主视图；

图2是图1的俯视剖面图；

图3是电光调制器与微带型高通滤波器集成的侧面剖视图。

图4是本发明电光调制器横截面剖视图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明一种提高电光调制器调制带宽的可集成化方法，该方法包括如下制作步骤：

步骤1：在高速电路板5上制作高通滤波器2，高通滤波器2输入端电极21与高速电路板5边缘靠齐，以便同轴射频转接头1与高通滤波器2接触良好；其中步骤1所说的高速电路板5为环氧树脂玻璃布层压板(FR4)，介电常数为4.4，板的厚度为1.6mm，高通滤波器2直接通过在高速电路板5上敷铜线制成，其基本类型为微带线型或共面波导型，微带线型的接地线与信号线不在同一平面内，通常接地面位于高速电路板的底部，因此在两个平面之间需要通过制作一通孔将两个面连接在一起，而共面波导型的接地线与信号线位于同一平面内，两种类型的高通滤波器都采用交叉指形结构；

步骤2：将同轴射频转接头1按照高通滤波器2信号线和地线的相对位置安插在合适的位置，使得两者信号端、接地端一一对应式接触，在各个接触点涂敷助焊剂、焊料后进行焊接，使得同轴射频转接头1与高速电路板5上的高通滤波器2的输入端电极21固定在一起；其中步骤2所说的高通滤波器2的输入端电极21、输出端电极22一端采用过渡线3结构，以便使同轴射频转接头1、电光调制器4与高通滤波器2阻抗匹配，减少微波反射损耗；

步骤3：在靠近高通滤波器2的输出电极22的端部、在高速电路板5上按照调制器尺寸大小涂敷粘结剂，其粘结剂可采用导电环氧树脂、金属焊料，采用芯片粘结机进行贴片，将电光调制器芯片4精确固定在高速电路板5上，使得调制器电极4与高通滤波器2的输出端对准，芯片固定后通过烘箱加热进行固化操作；其中步骤3中的电光调制器芯片4是制作在绝缘衬底上的硅基片(S0I)上，电光调制器4的光学结构为马赫-曾德干涉型结构，电学结构为正向p型-本征型-n型结构；

步骤4：利用互连金丝34将电光调制器4的输入端电极41与高通滤波器2的输出端电极22互连在一起，其互连技术采用超声波压焊中的金丝球焊技术：首先，在一定条件下，在一端的焊盘上进行热压球焊，其次，毛细管一边送线，一边移动到另一端的焊盘上，再次热超声焊，形成新的键合面，完成器件的制作。

本发明还公开了两种制作高通滤波器的结构，一种是共面波导型，另一种为微带线型。两种方法都采用交叉指型的结构，并且输入、输出端都采用过渡线结构，其线宽和间距都是渐变型，其主视图可参见图1中的高通滤波器2，两者不同点在于，前者信号线与地线都位于同一个平面内，高速电路板的背面为绝缘体，未加金属层，其侧面剖视图为图2；后者侧面剖视图为图3，其信号线与接地线不在同一个平面内，接地线位于高速电路板的背面，在这位置加一层金属层，作为高通滤波器的接地平面30，其中信号平面与接地平面之间用通孔31相连。

硅基电光调制器的横截面示意图如图4所示，12、14分别为接地电极和信号电极区域，通过在此区域施加足够强的高频电信号，使得n型掺杂区16和p型掺杂区17的自由载流子浓度按照一定的关系发生改变，从而使波导区域13的折射率发生改变，光通过光纤耦合至波导区域13，传输一定距离后，被调制成携带有特定信息的光信号，从而实现调制效果。

电光调制器的调制带宽指交流小信号加载到调制器后，输出的光功率减小为初始频率光功率一半时的频率，一般以3dB带宽作为电光调制器的调制带宽。调制带宽是衡量调制器性能优劣的重要指标，调制带宽越高，其高频性能越好，为了提高调制器的调制带宽，可以通过改善器件结构或改进工艺条件获得，但这些方法都局限于器件本身，无法对已经制作完成的芯片进行性能上的改善。

尽管参照其特定的实施例详细地展示和描述了本发明，但还应该指出，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变，而不脱离所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (4)

1.一种提高电光调制器调制带宽的可集成化方法，该方法包括如下制作步骤：

步骤1：在高速电路板上制作高通滤波器，高通滤波器输入端电极与高速电路板边缘靠齐；

步骤2：将同轴射频转接头与高速电路板上的高通滤波器的输入端电极焊接在一起；

步骤3：在靠近高通滤波器的输出电极的端部、在高速电路板上涂敷粘结剂，将电光调制器芯片固定在高速电路板上；

步骤4：利用互连金丝将电光调制器的输入端电极与高通滤波器的输出端电极互连在一起，完成器件的制作。

2.根据权利要求1所述的提高电光调制器调制带宽的可集成化方法，其中步骤1所说的高速电路板为环氧树脂玻璃布层压板，高通滤波器为微带线型或共面型，其结构采用交叉指形。

3.根据权利要求1所述的提高电光调制器调制带宽的可集成化方法，其中步骤2所说的高通滤波器的输入端电极、输出端电极一端采用过渡线结构，以便使同轴射频转接头、电光调制器与高通滤波器阻抗匹配，减少微波反射损耗。

4.根据权利要求1所述的提高电光调制器调制带宽的可集成化方法，其中步骤3中的电光调制器是制作在绝缘衬底上的硅基片上，电光调制器的光学结构为马赫-曾德干涉型结构，电学结构为正向p型-本征型-n型结构。

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