CN104749800A - 一种调制器和光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种调制器和光模块，所述调制器包括行波电极、上包层、脊波导、下包层、地电极、衬底，所述衬底的上表面覆盖所述地电极，所述地电极的上表面覆盖所述下包层，所述下包层的上表面覆盖所述脊波导，所述上包层的上表面覆盖所述行波电极，可以大幅减小铌酸锂调制器尺寸，通常情况下，本发明的电场路径至少可以为10um，对于于传统电场路径d为60um而言，本发明调制器的尺寸对比与传统电场路径至少可以缩小5至6倍左右，可以用于小型化光模块，可以降低驱动电压实现低功耗驱动，并且可以大幅降低调制器芯片材料成本。

Description

一种调制器和光模块
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及到一种调制器和光模块。
背景技术
马赫曾德调制器（Mach-Zehnder inter-ferometer，MZ）是基于马赫曾德干涉原理的波导型电介质光调制器件。参考图1，MZ由两端两个Y分支器和中间两个单波导调制器组成的。
光调制器起到电光信号转换的作用，对系统性能有重要影响。LiNbO3材料的MZ光调制器(LN MZ)具有良好的电光调制性能（Pockels effect）和高带宽，目前是100G、40G波分市场主流应用光调制器件。
但是由于材料电光系数较小，Z轴方向上LiNbO3EO系数为32pm/V，为保证较小半波电压，需要增加器件的长度，因此目前LN MZ尺寸很大，无法满足未来小型化模块需求。另外要降低驱动电压需要增加长度，由于长度已经太大，因此目前LN无法实现低驱动，不利降功耗。
发明内容
本发明实施例提供了一种调制器和光模块，旨在解决如何在实现低功耗驱动的同时降低调制器的长度。
第一方面，一种调制器，所述调制器包括行波电极、上包层、脊波导、下包层、地电极、衬底，所述衬底的上表面覆盖所述地电极，所述地电极的上表面覆盖所述下包层，所述下包层的上表面覆盖所述脊波导，所述脊波导的上表面覆盖所述上包层，所述上包层的上表面覆盖所述行波电极。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述脊波导是铌酸锂LN，所述衬底是铌酸锂LN或者硅Si。
结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述行波电极到所述地电极的长度为d，d为1.5微米um-10微米um。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，在d为3微米um，所述调制器的半波电压Vpi为3伏V的情况下，行波电极长度L为3毫米。
第二方面，一种光模块，所述光模块包括光源、调制器和驱动装置；
所述光源用于产生输入光，所述输入光通过光纤传输到所述调制器；
所述驱动装置用于产生电信号，所述电信号通过电路通路传输到所述调制器；
所述调制器用于接收所述输入光和所述电信号，并根据所述电信号对所述输入光进行调制。
所述调制器包括包括第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种可能的实现方式或者第一方面的第三种可能的实现方式中所述的调制器。
本发明实施例提供一种调制器，所述调制器包括行波电极、上包层、脊波导、下包层、地电极、衬底，所述衬底的上表面覆盖所述地电极，所述地电极的上表面覆盖所述下包层，所述下包层的上表面覆盖所述脊波导，所述上包层的上表面覆盖所述行波电极，可以大幅减小铌酸锂调制器尺寸，通常情况下，本发明的电场路径至少可以为10um，对于传统电场路径d为60um而言，本发明调制器的尺寸对比与传统电场路径至少可以缩小5至6倍左右，可以用于小型化光模块，可以降低驱动电压实现低功耗驱动，并且可以大幅降低调制器芯片材料成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种马赫曾德调制器的结构图；
图2是本发明实施例提供的一种调制器的结构图；
图3是现有技术提供的一种调制器的结构图。
图4是本发明实施例提供的一种光模块的装置结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图2，图2是本发明实施例提供的一种调制器的结构图。如图2所示，
所述调制器包括行波电极（traveling-wave electrode）、上包层（clad层）、脊波导（ridge waveguide）、下包层（Bottom）、地电极（Ground electrode）、衬底（substrate）。
所述衬底的上表面覆盖所述地电极，所述衬底可以采用铌酸锂（LiNbO3，LN）或者硅（silicon，Si），所述地电极可以采用金Au等电极材料。
所述地电极的上表面覆盖所述下包层，所述下包层可以采用二氧化硅（silicon oxide，SiO2）。
所述下包层的上表面覆盖所述脊波导，所述脊波导可以采用LN材料。
所述脊波导的上表面覆盖所述上包层。
所述上包层可以采用二氧化硅（silicon oxide，SiO2）。
所述上包层的上表面覆盖所述行波电极，所述可以采用金Au等电极材料。
所述行波电极到所述地电极的长度为d，按照半波电压Vpi不能太高的要求，d在1.5um-10um的范围都是可以的，目前情况下，一般d为3um，半波电压Vpi在3v左右。
如图1所述的铌酸锂马赫曾德干涉仪（LiNbO3Mach-Zehnder inter-ferometer，LN MZ）
Vpi=λ·d/(2Γ·n03·γ33·L)
L=λ·d/(2Γ·n03·γ33·Vpi)
其中，Vpi为半波电压，λ为波长，Γ为电场交叠因子，n03为折射率，γ33为电光系数，L为行波电极长度，d为电场路径长度，所述L决定所述调制器的长度，L越小，则所述调制器的长度越小。
参考图3，图3是现有技术提供的一种调制器的结构图。如图3所示，衬底层的上表面覆盖缓存层，所述缓冲层的上表面覆盖半导体导通层，所述半导体导通层的上表面覆盖行波电极和地电极，光波导由行波电极到地电极的距离为传统电场路径，近似为图3中虚线部分所标识出的圆弧，传统电场路径d为60-100um，R约为20微米um，行波电极长度L为60毫米mm。
而在本发明中，参考图2，d为3微米um，所述调制器的半波电压Vpi为3伏V的情况下，行波电极长度L为3毫米mm，因此，对于图2和图3所揭示的电场路径的典型值而言，本发明调制器的尺寸可以比传统缩小20倍以上。通常情况下，本发明的电场路径至少可以为10um，对于传统电场路径d为60um而言，本发明调制器的尺寸对比与传统电场路径至少可以缩小5至6倍左右。
本发明实施例提供一种光模块，所述光模块包括如图2所示的实施例。
本发明实施例提供一种调制器，所述调制器包括行波电极、上包层、脊波导、下包层、地电极、衬底，所述衬底的上表面覆盖所述地电极，所述地电极的上表面覆盖所述下包层，所述下包层的上表面覆盖所述脊波导，所述上包层的上表面覆盖所述行波电极，可以大幅减小铌酸锂调制器尺寸，通常情况下，本发明的电场路径至少可以为10um，对于传统电场路径d为60um而言，本发明调制器的尺寸对比与传统电场路径至少可以缩小5至6倍左右，可以用于小型化光模块，可以降低驱动电压实现低功耗驱动，并且可以大幅降低调制器芯片材料成本。
参考图4，图4是本发明实施例提供的一种光模块的装置结构图。如图4所示，所述光模块包括光源、调制器和驱动装置；
所述光源用于产生输入光，所述输入光通过光纤传输到所述调制器；
所述驱动装置用于产生电信号，所述电信号通过电路通路传输到所述调制器；
所述调制器用于接收所述输入光和所述电信号，并根据所述电信号对所述输入光进行调制。
所述调制器包括图2对应的实施例所描述的调制器。
本发明实施例提供一种光模块，所述光源用于产生输入光，所述输入光通过光纤传输到所述调制器；所述驱动装置用于产生电信号，所述电信号通过电路通路传输到所述调制器；所述调制器用于接收所述输入光和所述电信号，并根据所述电信号对所述输入光进行调制。所述调制器包括行波电极、上包层、脊波导、下包层、地电极、衬底，所述衬底的上表面覆盖所述地电极，所述地电极的上表面覆盖所述下包层，所述下包层的上表面覆盖所述脊波导，所述上包层的上表面覆盖所述行波电极，可以大幅减小铌酸锂调制器尺寸，通常情况下，本发明的电场路径至少可以为10um，对于传统电场路径d为60um而言，本发明调制器的尺寸对比与传统电场路径至少可以缩小5至6倍左右，可以用于小型化光模块，可以降低驱动电压实现低功耗驱动，并且可以大幅降低调制器芯片材料成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种调制器，所述调制器包括行波电极、上包层、脊波导、下包层、地电极、衬底，其特征在于，所述衬底的上表面覆盖所述地电极，所述地电极的上表面覆盖所述下包层，所述下包层的上表面覆盖所述脊波导，所述脊波导的上表面覆盖所述上包层，所述上包层的上表面覆盖所述行波电极。
2.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述脊波导是铌酸锂LN，所述衬底是铌酸锂LN或者硅Si。
3.根据权利要求1或2所述的调制器，其特征在于，所述行波电极到所述地电极的长度为d，d为1.5微米-10微米。
4.根据权利要求3所述的调制器，其特征在于，在d为3微米，所述调制器的半波电压Vpi为3伏的情况下，所述行波电极的长度L为3毫米。
5.一种光模块，其特征在于，所述光模块包括光源、权利要求1-4任一所述的调制器和驱动装置；
所述光源用于产生输入光，所述输入光通过光纤传输到所述调制器；
所述驱动装置用于产生电信号，所述电信号通过电路通路传输到所述调制器；
所述调制器用于接收所述输入光和所述电信号，并根据所述电信号对所述输入光进行调制。
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