CN108519688A - 台阶式薄膜波导电光调制器制作方法 - Google Patents

台阶式薄膜波导电光调制器制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108519688A
CN108519688A CN201810251374.9A CN201810251374A CN108519688A CN 108519688 A CN108519688 A CN 108519688A CN 201810251374 A CN201810251374 A CN 201810251374A CN 108519688 A CN108519688 A CN 108519688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
batio
film
crystal film
fillet
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810251374.9A
Other languages
English (en)
Inventor
孙德贵
罗梦希
孙翔宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun University of Science and Technology
Original Assignee
Changchun University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun University of Science and Technology filed Critical Changchun University of Science and Technology
Priority to CN201810251374.9A priority Critical patent/CN108519688A/zh
Publication of CN108519688A publication Critical patent/CN108519688A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0305—Constructional arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0305—Constructional arrangements
    • G02F1/0316—Electrodes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

台阶式薄膜波导电光调制器制作方法属于光通信技术领域。现有技术制作的BaTiO3晶体薄膜脊形波导电光调制器的最大电光场重叠积分值也就是0.65而已。本发明之台阶式薄膜波导电光调制器制作方法包括以下步骤，在MgO晶体基底上制作BaTiO3晶体薄膜，膜厚为400～550nm；再将BaTiO3晶体薄膜两侧部分按某一深度刻蚀掉一层，BaTiO3晶体薄膜的中间部分成为BaTiO3薄膜窄条，膜厚为200～400nm；接着将BaTiO3晶体薄膜两侧与BaTiO3薄膜窄条侧壁相距某一距离的部分按某一深度刻蚀掉一层，然后在刚刚刻蚀掉的一层BaTiO3晶体薄膜的位置制作调制边电极，调制边电极的高度大于所述刚刚刻蚀掉的一层BaTiO3晶体薄膜的厚度，完成制作。所制作的电光调制器最大电光场重叠积分值能够达到0.85。

Description

台阶式薄膜波导电光调制器制作方法
技术领域
本发明涉及一种台阶式薄膜波导电光调制器制作方法，该电光调制器用于光纤通信和计算机内部数值通信，用来产生光数字脉冲信号，或者用作高电光调制效率(单位电压所能产生的折射率变化量)功能器件，属于光通信技术领域。
背景技术
光纤通信和计算机内部数值通信的快速发展对光信号发射系统的数字信号速率的要求越来越高，这取决于高效率的电光调制器件。电光调制器件是一种利用电场信号对入射光进行调制使其按电信号模式输出的器件，它通过电光作用把高频率甚至超高频率的数字脉冲电信号(亦即微波信号)转换为数字脉冲光信号。
现有LiNbO3(铌酸锂)晶体波导电光调制器中的LiNbO3晶体材料以块状形式存在，利用离子沉积和质子交换的方法使其中一部分的折射率发生变化，从而形成波导通道。所述LiNbO3晶体波导电光调制器中的波导通道与调制电极在同一个平面上，形成一个通用的共面波导结构(coplanarwaveguide,CPW)，也就是光波导和微波波导(即调制电极)处在一个平面上，这种波导通道的导波模式可控性很差，致使这种电光调制器的电光场重叠积分值(电场-光场相互作用重叠积分值)只能达到0.5～0.55的水平，这一指标反映了器件的电光调制效率。之后的LiNbO3晶体薄膜波导电光调制器由于仍然采取共面波导结构，其电光调制效率仍然很低。并且，由于LiNbO3晶体薄膜波导电光调制器的制作方法的限制，导波模式的光能量损耗太高，成本也很高，尚未实现产品的实用化。
在现有技术中，BaTiO3(钛酸钡)晶体薄膜波导电光调制器的一种制作方法如下所述。如图1所示，在MgO(氧化镁，其晶格常数与BaTiO3晶体的非常接近)晶体基底1上制作BaTiO3晶体薄膜2，膜厚最大可达400～500nm；再在BaTiO3晶体薄膜上面镀一层100～300nm厚的Si3N4薄膜，然后将Si3N4薄膜两侧部分刻蚀掉，留下的中间部分成为Si3N4薄膜窄条3，与BaTiO3晶体薄膜2一起形成Si3N4/BaTiO3晶体薄膜脊形波导；最后在脊形波导两侧、BaTiO3晶体薄膜2的上面制作调制电极4，完成制作。然而，在所述BaTiO3晶体薄膜波导电光调制器中，与LiNbO3晶体薄膜波导电光调制器相比，光波导与调制电极依然共面，也就是Si3N4薄膜窄条3和调制电极4都是在BaTiO3晶体薄膜2的上表面制作完成，即使在导波模式和电极结构同步优化后，所制作的BaTiO3晶体薄膜脊形波导电光调制器的最大电光场重叠积分值也就是0.65而已。
再有，在所述BaTiO3晶体薄膜波导电光调制器中，真正的波导通道是在Si3N4薄膜窄条3下面的BaTiO3晶体薄膜2中，由于导波模式的形成在物理上讲是由边界条件限制形成，而所述波导通道对导波模式的限制力很弱，因此，弯曲损耗非常大，使得所述BaTiO3(钛酸钡)晶体薄膜波导电光调制器可应用性很差。
发明内容
为了进一步提高电光调制器波导的电光场重叠积分值，提高电光调制器的可应用性，我们发明了一种台阶式薄膜波导电光调制器制作方法。
本发明之台阶式薄膜波导电光调制器制作方法包括以下步骤，如图2～图4所示，在MgO晶体基底1上制作BaTiO3晶体薄膜5，膜厚为400～550nm；再将BaTiO3晶体薄膜5两侧部分按某一深度刻蚀掉一层，BaTiO3晶体薄膜5的中间部分成为BaTiO3薄膜窄条6，膜厚为200～400nm；接着将BaTiO3晶体薄膜5两侧与BaTiO3薄膜窄条6侧壁相距某一距离的部分按某一深度刻蚀掉一层，然后在刚刚刻蚀掉的一层BaTiO3晶体薄膜的位置制作调制边电极7，调制边电极7的高度大于所述刚刚刻蚀掉的一层BaTiO3晶体薄膜的厚度，完成制作。
本发明其技术效果在于，采用电光调制系数大的BaTiO3晶体作为光波导材料，依然采用晶格常数与BaTiO3晶体的非常接近的MgO晶体作为基底材料。BaTiO3晶体薄膜5经过两次刻蚀，形成具有两级台阶结构的全BaTiO3晶体薄膜波导，其两侧的调制边电极7的底面与BaTiO3薄膜窄条6的底面之间呈非共面形态。而所述具有两级台阶结构的全BaTiO3晶体薄膜波导其对导波模式的限制力较强，从而能够大幅减小弯曲损耗，使得所制作的电光调制器的可应用性得到提高。同时，波导两侧的调制边电极7的底面与BaTiO3薄膜窄条6的底面之间的非共面形态能够使所制作的电光调制器的电光场重叠积分值提高到0.85以上，电光调制效率显著提高。
附图说明
图1是现有BaTiO3晶体薄膜波导电光调制器结构示意图。图2～图4是本发明之台阶式薄膜波导电光调制器制作方法各步骤示意图，图4同时也是由本发明之制作方法制作的电光调制器结构及工作状态示意图，图4还作为摘要附图。图5是本发明之制作方法第二次刻蚀深度达到基底上表层状态示意图。
具体实施方式
本发明之台阶式薄膜波导电光调制器制作方法包括以下步骤，如图2～图4所示：
第一步，在MgO晶体基底1上制作BaTiO3晶体薄膜5，膜厚为400～550nm，例如，采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)方法在MgO晶体基底1上生长BaTiO3晶体薄膜5。
第二步，将BaTiO3晶体薄膜5两侧部分按某一深度刻蚀掉一层，BaTiO3晶体薄膜5的中间部分成为BaTiO3薄膜窄条6，膜厚为200～400nm，BaTiO3薄膜窄条6的宽度为2～4μm；所述某一深度为200～400nm，且BaTiO3薄膜窄条6与BaTiO3晶体薄膜5的膜厚值范围从最小值到最大值呈对应关系，例如，当BaTiO3晶体薄膜5的膜厚值为最小值400nm时，BaTiO3薄膜窄条6的膜厚值为最小值200nm，当BaTiO3晶体薄膜5的膜厚值为最大值550nm时，BaTiO3薄膜窄条6的膜厚值为最大值400nm；本步骤的刻蚀方式为干刻。
第三步，将BaTiO3晶体薄膜5两侧与BaTiO3薄膜窄条6侧壁相距某一距离的部分按某一深度刻蚀掉一层，然后在刚刚刻蚀掉的一层BaTiO3晶体薄膜的位置制作调制边电极7，所述调制边电极7其材质为Au、Cu或者Al；调制边电极7的高度大于所述刚刚刻蚀掉的一层BaTiO3晶体薄膜的厚度；调制边电极7的高度等于或者低于BaTiO3薄膜窄条6上表面高度，调制边电极7的长度与BaTiO3薄膜窄条6的长度相同；所述某一距离与拟达到的电光场重叠积分值相关；所述某一深度达到MgO晶体基底1，或者达到MgO晶体基底1上表层，如图5所示。
第一步中的BaTiO3晶体薄膜5经过第二步、第三步中的两次刻蚀后，余下部分构成具有两级台阶结构的全BaTiO3晶体薄膜波导。

Claims (5)

1.一种台阶式薄膜波导电光调制器制作方法，其特征在于，在MgO晶体基底(1)上制作BaTiO3晶体薄膜(5)，膜厚为400～550nm；再将BaTiO3晶体薄膜(5)两侧部分按某一深度刻蚀掉一层，BaTiO3晶体薄膜(5)的中间部分成为BaTiO3薄膜窄条(6)，膜厚为200～400nm；接着将BaTiO3晶体薄膜(5)两侧与BaTiO3薄膜窄条(6)侧壁相距某一距离的部分按某一深度刻蚀掉一层，然后在刚刚刻蚀掉的一层BaTiO3晶体薄膜的位置制作调制边电极(7)，调制边电极(7)的高度大于所述刚刚刻蚀掉的一层BaTiO3晶体薄膜的厚度，完成制作。
2.根据权利要求1所述的台阶式薄膜波导电光调制器制作方法，其特征在于，所述BaTiO3薄膜窄条(6)的宽度为2～4μm。
3.根据权利要求1所述的台阶式薄膜波导电光调制器制作方法，其特征在于，BaTiO3薄膜窄条(6)与BaTiO3晶体薄膜(5)的膜厚值范围从最小值到最大值呈对应关系。
4.根据权利要求1所述的台阶式薄膜波导电光调制器制作方法，其特征在于，所述调制边电极(7)其材质为Au、Cu或者Al；调制边电极7的高度等于或者低于BaTiO3薄膜窄条(6)上表面高度，调制边电极(7)的长度与BaTiO3薄膜窄条(6)的长度相同。
5.根据权利要求1所述的台阶式薄膜波导电光调制器制作方法，其特征在于，所述某一距离与拟达到的电光场重叠积分值相关；所述将BaTiO3晶体薄膜(5)两侧与BaTiO3薄膜窄条(6)侧壁相距某一距离的部分按某一深度刻蚀掉一层中的某一深度达到MgO晶体基底(1)，或者达到MgO晶体基底(1)上表层。
CN201810251374.9A 2018-03-26 2018-03-26 台阶式薄膜波导电光调制器制作方法 Pending CN108519688A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810251374.9A CN108519688A (zh) 2018-03-26 2018-03-26 台阶式薄膜波导电光调制器制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810251374.9A CN108519688A (zh) 2018-03-26 2018-03-26 台阶式薄膜波导电光调制器制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108519688A true CN108519688A (zh) 2018-09-11

Family

ID=63434316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810251374.9A Pending CN108519688A (zh) 2018-03-26 2018-03-26 台阶式薄膜波导电光调制器制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108519688A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020197500A1 (en) * 2019-03-26 2020-10-01 National University Of Singapore Structure for an optoelectronics platform and method of fabricating a structure for an optoelectronics platform
CN112764245A (zh) * 2021-01-26 2021-05-07 济南晶正电子科技有限公司 一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件
CN113359330A (zh) * 2021-06-23 2021-09-07 上海交通大学 一种下沉电极铌酸锂薄膜电光调制器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103427332A (zh) * 2013-08-08 2013-12-04 中国科学院半导体研究所 硅基锗激光器及其制备方法
KR20130143239A (ko) * 2012-06-21 2013-12-31 청주대학교 산학협력단 나노 박막을 이용한 전기 광학 변조기 및 그 제조방법
CN103852915A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电光调制器及其制造方法
CN103885210A (zh) * 2012-12-19 2014-06-25 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电光调制器
CN104795730A (zh) * 2015-04-10 2015-07-22 西安理工大学 一种利用量子阱混杂制作的基模半导体激光器及制作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130143239A (ko) * 2012-06-21 2013-12-31 청주대학교 산학협력단 나노 박막을 이용한 전기 광학 변조기 및 그 제조방법
CN103852915A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电光调制器及其制造方法
CN103885210A (zh) * 2012-12-19 2014-06-25 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电光调制器
CN103427332A (zh) * 2013-08-08 2013-12-04 中国科学院半导体研究所 硅基锗激光器及其制备方法
CN104795730A (zh) * 2015-04-10 2015-07-22 西安理工大学 一种利用量子阱混杂制作的基模半导体激光器及制作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.M.GILL等: "Thin-film channel waveguide electro-optic modulator in epitaxial BaTiO3", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
DEGUI SUN等: "Theoretical Feasibility Demonstration for Over 100 GHz Electro-Optic Modulators With c-Axis Grown BaTiO3Crystal Thin-Films", 《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020197500A1 (en) * 2019-03-26 2020-10-01 National University Of Singapore Structure for an optoelectronics platform and method of fabricating a structure for an optoelectronics platform
CN113678040A (zh) * 2019-03-26 2021-11-19 新加坡国立大学 光电平台结构和制造光电平台结构的方法
CN112764245A (zh) * 2021-01-26 2021-05-07 济南晶正电子科技有限公司 一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件
CN113359330A (zh) * 2021-06-23 2021-09-07 上海交通大学 一种下沉电极铌酸锂薄膜电光调制器及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108519688A (zh) 台阶式薄膜波导电光调制器制作方法
US5790719A (en) Optical control device
US5563965A (en) Optical waveguide device with additional electrode structure
CN111487793A (zh) 实现调制效率提高的z切lnoi电光调制器及其应用
JPH0750265B2 (ja) 広帯域進行波形光変調器
US20060140530A1 (en) Symmetric optical modulator with low driving voltage
CN110308573A (zh) 一种基于硅/plzt混合波导的马赫曾德尔电光调制器
CN206133134U (zh) 一种高调制效率的铌酸锂薄膜电光调制器
CN206363035U (zh) 一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器
CN113419364B (zh) 一种基于铌酸锂薄膜的凹槽辅助式声光调制器
JPH1039266A (ja) 光制御デバイス
CN104460054A (zh) 一种铌酸锂光调制器及其制备与封装方法
CN206133132U (zh) 基于特氟龙材料缓冲层的新型宽带铌酸锂电光调制器
WO2024007500A1 (zh) 一种铌酸锂线电光调制器及其制备方法
CN115167014B (zh) 一种基于二氧化钒超材料结构的c波段硅基调制器
CN117031851A (zh) 基于拓扑慢光波导的薄膜铌酸锂电光调制器
JP7052477B2 (ja) 光導波路素子
CN115166898B (zh) 一种电光调制集成波导结构
CN111443426A (zh) 慢波匹配结构薄膜型电光调制器
CN113687529A (zh) 一种基于低折射率高介电常数的薄膜铌酸锂电光调制器
JP5314060B2 (ja) 光変調器
CN115335759A (zh) 光波导元件与使用光波导元件的光调制器件与光发送装置
JP5104805B2 (ja) 光制御デバイス
CN116931367B (zh) 一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器及其制备方法
CN116626922B (zh) 内置电极式薄膜铌酸锂电光调制器的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180911