CN109164602A - 一种具有改进结构的光波导相位调制器芯片 - Google Patents
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Abstract
一种具有改进结构的光波导相位调制器芯片，包括基片，所述基片上设有Y波导，所述Y波导包括入射光波导及与所述入射光波导相连接的两个分支光波导；所述基片上还设有位于所述入射光波导两侧的预相位调制电极组、位于两个所述分支光波导两侧的高速相位调制电极组、位于两个所述分支光波导之间的补偿相位调制电极、位于两个所述分支光波导远离所述入射光波导一端的定向耦合器及与所述定向耦合器相连接的输出光波导；该具有改进结构的光波导相位调制器芯片具有预相位调制功能、调制带宽大且能够输出两路光功率不同的光信号。
Description
技术领域
本发明涉及电光调制器技术领域，具体涉及一种具有改进结构的光波导相位调制器芯片。
背景技术
现有的光波导相位调制器芯片包括基片，基片上设有Y波导及对Y波导内的光信号进行相位调制的调制电极。
入射光信号经过光纤耦合后进入到Y波导内，通过对调制电极加电来对Y波导内的光信号进行相位调制。
但是现有的光波导相位调制器芯片具有以下缺陷：一、不具有预相位调制功能，相位调制效果差；二、调制带宽小，满足不了大调制带宽的需求；三、两个分支光波导输出的光信号的光功率相同，满足不了需要输出两路不同光功率的光信号的需求。
发明内容
(一)本发明提供一种具有改进结构的光波导相位调制器芯片，该具有改进结构的光波导相位调制器芯片具有预相位调制功能、调制带宽大且能够输出两路光功率不同的光信号。
(二)技术方案
为了实现上述技术问题，本发明提供了一种具有改进结构的光波导相位调制器芯片，包括基片，所述基片上设有Y波导，所述Y波导包括入射光波导及与所述入射光波导相连接的两个分支光波导；
所述基片上还设有位于所述入射光波导两侧的预相位调制电极组、位于两个所述分支光波导两侧的高速相位调制电极组、位于两个所述分支光波导之间的补偿相位调制电极、位于两个所述分支光波导远离所述入射光波导一端的定向耦合器及与所述定向耦合器相连接的输出光波导。
本发明提供的具有改进结构的光波导相位调制器芯片通过设置所述预相位调制电极组对所述入射光波导内的光信号进行预相位调制，使所述入射光波导内的光信号处于适于后续所述相位调制电极组调制的相位后，再分别进入到两个所述分支光波导内，便于后续做相位调制，从而增加了相位调制效果；还通过设置所述高速相位调制电极组进行高速相位调制，调制带宽大；再通过所述补偿相位调制电极进行补偿相位调制，使得经过高速相位调制的光信号的相位满足在精度上的要求；还通过设置所述定向耦合器对两个所述分支光波导内的光信号进行耦合，从而输出两路光功率不同的光信号。
进一步地，所述预相位调制电极组包括第一预相位调制电极和第二预相位调制电极，所述第一预相位调制电极和所述第二预相位调制电极分别设置于所述入射光波导位置相对的两侧。
进一步地，所述第一预相位调制电极在所述入射光波导上的投影长度不小于所述第二预相位调制电极在所述入射光波导上的投影长度。
进一步地，所述第二预相位调制电极在所述入射光波导上的投影长度大于0.5mm且小于5mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
进一步地，所述高速相位调制电极组包括
位于两个所述分支光波导之间的第一高速相位调制电极；
位于两个所述分支光波导外一侧，且通过第一电阻与所述第一高速相位调制电极电连接的第二高速相位调制电极；
位于两个所述分支光波导外另一侧，通过至少一根焊线与第二高速相位调制电极电连接，且通过第二电阻与所述第一高速相位调制电极电连接的第三高速相位调制电极。
进一步地，所述第一高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于所述第三高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度。
进一步地，所述第三高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于5mm且小于10mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
进一步地，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值为50Ω～100Ω，实现行波阻抗的匹配。
进一步地，所述第一电阻和所述第二电阻为贴片电阻，耐潮湿和高温，温度系数小，可大大节约空间成本，使设计更精细化。
进一步地，所述第一高速相位调制电极的电极区的面积大于800mm2且小于1500mm2，实现行波阻抗的匹配。
进一步地，所述基片上还设置有：
与所述第一高速相位调制电极电连接，且相互间隔的第一焊盘和第二焊盘；
与所述第二高速相位调制电极电连接，且相互间隔的第三焊盘和第四焊盘；
与所述第三高速相位调制电极电连接的第五焊盘，
所述第三焊盘通过所述第一电阻与所述第二焊盘电连接，所述第二焊盘通过所述第二电阻与所述第五焊盘电连接。
进一步地，所述补偿相位调制电极位于所述第一高速相位调制电极远离所述入射光波导的一侧。
进一步地，所述补偿相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于2mm且小于5mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
进一步地，所述第一预相位调制电极与所述第二高速相位调制电极电连接。
进一步地，所述定向耦合器包括两个耦合光波导及两个耦合电极，每个耦合光波导与对应一个分支光波导远离所述入射光波导的一端相连接，每个耦合电极位于对应一个耦合光波导的一侧。
进一步地，两个所述耦合光波导平行间隔设置，两个所述耦合光波导之间的距离大于2um且小于5um，耦合效果好且光传输损耗小。
进一步地，所述耦合电极在所述耦合光波导上的投影长度大于100um且小于500um，耦合效果好且光传输损耗小。
进一步地，每个耦合电极位于对应一个耦合光波导远离另一个耦合光波导的一侧。
进一步地，所述输出光波导的数量为两个，每个输出光波导连接于对应一个耦合光波导远离所述分支光波导的一端。
进一步地，所述第一预相位调制电极、所述第二预相位调制电极、所述第一高速相位调制电极、所述第二高速相位调制电极、所述第三高速相位调制电极、所述补偿相位调制电极及所述耦合电极均包括Ti层、Pt层和Au层，所述Ti层的厚度为10～50nm，所述Pt层的厚度为10～100nm，所述Au层的厚度大于3um，实现速度匹配，以进行高速相位调制。
进一步地，所述焊线为金丝焊线，所述焊线的直径为15um～30um，传导效果好。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明提供的具有改进结构的光波导相位调制器芯片的结构图；
图2是图1所示的具有改进结构的光波导相位调制器芯片的结构图区域A的放大图；
其中图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1、基片，11、Y波导，111、入射光波导，112、分支光波导，12、预相位调制电极组，121、第一预相位调制电极，122、第二预相位调制电极，123、第一预相位调制电极焊盘，124、第二预相位调制电极焊盘，13、高速相位调制电极组，131、第一高速相位调制电极，1311、第一焊盘，1312、第二焊盘，132、第二高速相位调制电极，1321、第三焊盘，1322、第四焊盘，1323、电极区，133、第三高速相位调制电极，1331、第五焊盘，14、补偿相位调制电极，141、第六焊盘，15、定向耦合器，151、耦合光波导，152、耦合电极，1521、第七焊盘，16、输出光波导，17、第一电阻，18、第二电阻，19、焊线。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参考图1，本发明提供一种具有改进结构的光波导相位调制器芯片，包括基片1，所述基片1为铌酸锂(LiNbO3)基片。
所述基片1上设有Y波导11，所述Y波导11包括入射光波导111及与所述入射光波导111相连接的两个分支光波导112。
所述基片1上还设有位于所述入射光波导111两侧的预相位调制电极组12、位于两个所述分支光波导112两侧的高速相位调制电极组13、位于两个所述分支光波导112之间的补偿相位调制电极14、位于两个所述分支光波导112远离所述入射光波导111一端的定向耦合器15及与所述定向耦合器15相连接的输出光波导16。
具体地，所述预相位调制电极组12包括第一预相位调制电极121和第二预相位调制电极122，所述第一预相位调制电极121和所述第二预相位调制电极122分别设置于所述入射光波导111位置相对的两侧。所述基片1上还设有第一预相位调制电极焊盘123和第二预相位调制电极焊盘124，所述第一预相位调制电极焊盘123与所述第一预相位调制电极121电连接，所述第二预相位调制电极焊盘124与所述第二预相位调制电极122电连接。
所述第一预相位调制电极121在所述入射光波导111上的投影长度不小于所述第二预相位调制电极122在所述入射光波导111上的投影长度。可选地，所述第二预相位调制电极122在所述入射光波导111上的投影长度大于0.5mm且小于5mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
所述高速相位调制电极组13包括
位于两个所述分支光波导112之间的第一高速相位调制电极131；
位于两个所述分支光波导112外一侧，且通过第一电阻17与所述第一高速相位调制电极131电连接的第二高速相位调制电极132；
位于两个所述分支光波导112外另一侧，通过至少一根焊线19与第二高速相位调制电极132电连接，且通过第二电阻18与所述第一高速相位调制电极131电连接的第三高速相位调制电极133。
所述第一电阻17和所述第二电阻18将所述第一高速相位调制电极131、所述第二高速相位调制电极132和所述第三高速相位调制电极133在电极层面连为一体，形成可进行高速相位调制的行波电极结构，调制带宽大。所述第二高速相位调制电极132通过至少一根焊线19与所述第三高速相位调制电极133电连接，使之能够进行共同加电调制，实现速度匹配，以进行高速相位调制，调制带宽大，同时也能够避免与所述第一高速相位调制电极131形成交叉电连接，且通过所述焊线19电连接能够有效降低连接电阻，满足高频调制电极的需求。
所述焊线19为金丝焊线19，所述焊线19的直径为15um～30um，传导效果好。可选地，所述焊线19的数量为两根。
所述第一高速相位调制电极131在所述分支光波导112上的投影长度大于所述第三高速相位调制电极133在所述分支光波导112上的投影长度。可选地，所述第三高速相位调制电极133在所述分支光波导112上的投影长度大于5mm且小于10mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
所述第一电阻17和所述第二电阻18的阻值为50Ω～100Ω，实现行波阻抗的匹配。所述第一电阻17和所述第二电阻18为贴片电阻，耐潮湿和高温，温度系数小，可大大节约空间成本，使设计更精细化。所述第一电阻17和所述第二电阻18的外形尺寸的长均小于2mm且宽均小于2mm，避免因外形尺寸过大而放置不下。
所述第一高速相位调制电极131的电极区1323的面积大于800mm2且小于1500mm2，实现行波阻抗的匹配。
所述基片1上还设置有：
与所述第一高速相位调制电极131电连接，且相互间隔的第一焊盘1311和第二焊盘1312；
与所述第二高速相位调制电极132电连接，且相互间隔的第三焊盘1321和第四焊盘1322；
与所述第三高速相位调制电极133电连接的第五焊盘1331，
所述第三焊盘1321通过所述第一电阻17与所述第二焊盘1312电连接，所述第二焊盘1312通过所述第二电阻18与所述第五焊盘1331电连接。
所述补偿相位调制电极14位于所述第一高速相位调制电极131远离所述入射光波导111的一侧。所述补偿相位调制电极14对经过高速相位调制的光信号进行补充相位调制，进行更精确的相位调制，相位调制精度更好。所述基片1上还设置有与所述补偿相位调制电极14电连接的第六焊盘141。
可选地，所述补偿相位调制电极14在所述分支光波导112上的投影长度大于2mm且小于5mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
所述第一预相位调制电极121与所述第二高速相位调制电极132电连接。可选地，所述第一预相位调制电极121与所述第一高速相位调制电极131为一体式结构。
请参考图2，所述定向耦合器15包括两个耦合光波导151及两个耦合电极152，每个耦合光波导151与对应一个分支光波导112远离所述入射光波导111的一端相连接，每个耦合电极152位于对应一个耦合光波导151的一侧。具体地，每个耦合电极152位于对应一个耦合光波导151远离另一个耦合光波导151的一侧。所述基片1上还设置有两个第七焊盘1521，每个第七焊盘1521与对应一个耦合电极电连接。
两个所述耦合光波导151平行间隔设置，两个所述耦合光波导151之间的距离大于2um且小于5um，耦合效果好且光传输损耗小。
所述耦合电极152在所述耦合光波导151上的投影长度大于100um且小于500um，耦合效果好且光传输损耗小。
所述输出光波导16的数量为两个，每个输出光波导16连接于对应一个耦合光波导151远离所述分支光波导112的一端，所述输出光波导16用于输出光信号。
所述第一预相位调制电极121、所述第二预相位调制电极122、所述第一高速相位调制电极131、所述第二高速相位调制电极132、所述第三高速相位调制电极133、所述补偿相位调制电极14及所述耦合电极152均包括Ti层、Pt层和Au层，所述Ti层的厚度为10～50nm，所述Pt层的厚度为10～100nm，所述Au层的厚度大于3um，实现速度匹配，以进行高速相位调制。
所述入射光波导111、所述分支光波导112、所述耦合光波导151及所述输出光波导16的宽度为5um～7um。
详细的工作原理为：入射光信号经过光纤(图未示)耦合后进入到所述入射光波导111内，对所述第一预相位调制电极121和所述第二预相位调制电极122加电，从而对所述入射光波导111内传播的光信号进行预相位调制，使光信号处于设定相位值。具体地，设定相位值要适于所述第一相位调制电极131和所述第二相位调制电极132做进一步相位调制。经过预相位调制的光信号分为两路光功率相等的光信号分别进入到两个所述分支光波导112内。对所述第一高速相位调制电极131、所述第二高速相位调制电极132和所述第三高速相位调制电极133加电，从而对两个所述分支光波导112内的光信号进行高速相位调制。由于所述第一高速相位调制电极131、所述第二高速相位调制电极132和所述第三高速相位调制电极133通过所述第一电阻17和所述第二电阻18连为一体式行波电极结构，故可以进行高速相位调制。但是高速相位调制由于调制速度过快，在精度上不能满足相位调制需求，进而就需要进行补偿相位调制。
对所述补偿相位调制电极14加电，从而对经过高速相位调制的光信号进行补偿相位调制，以使得光信号的相位满足在精度上的要求。但此时两个所述分支光波导112内的两路光信号的光功率是相等的，进而就需要所述定向耦合器15对其进行光功率分配。
在两个所述耦合光波导151内传输的光信号的消逝场发生叠加形成耦合，通过对所述两个耦合电极152进行加电来改变耦合系数，从而实现对两个所述耦合光波导151内的光的功率的控制及输出比例的分配，从而使得两路光信号的光功率不同，再由两个所述输出光波导16输出。
本发明提供的具有改进结构的光波导相位调制器芯片通过设置所述预相位调制电极组12对所述入射光波导111内的光信号进行预相位调制，所述入射光波导111内的光信号处于适于后续所述相位调制电极组调制的相位后，再分别进入到两个所述分支光波导112内，便于后续做相位调制，从而增加了相位调制效果；还通过设置所述高速相位调制电极组13进行高速相位调制，调制带宽大；再通过所述补偿相位调制电极14进行补偿相位调制，使得经过高速相位调制的光信号的相位满足在精度上的要求；还通过设置所述定向耦合器15对两个所述分支光波导112内的光信号进行耦合，从而输出两路光功率不同的光信号。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (21)
1.一种具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：包括基片，所述基片上设有Y波导，所述Y波导包括入射光波导及与所述入射光波导相连接的两个分支光波导；
所述基片上还设有位于所述入射光波导两侧的预相位调制电极组、位于两个所述分支光波导两侧的高速相位调制电极组、位于两个所述分支光波导之间的补偿相位调制电极、位于两个所述分支光波导远离所述入射光波导一端的定向耦合器及与所述定向耦合器相连接的输出光波导。
2.根据权利要求1所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述预相位调制电极组包括第一预相位调制电极和第二预相位调制电极，所述第一预相位调制电极和所述第二预相位调制电极分别设置于所述入射光波导位置相对的两侧。
3.根据权利要求2所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一预相位调制电极在所述入射光波导上的投影长度不小于所述第二预相位调制电极在所述入射光波导上的投影长度。
4.根据权利要求3所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第二预相位调制电极在所述入射光波导上的投影长度大于0.5mm且小于5mm。
5.根据权利要求1所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述高速相位调制电极组包括
位于两个所述分支光波导之间的第一高速相位调制电极；
位于两个所述分支光波导外一侧，且通过第一电阻与所述第一高速相位调制电极电连接的第二高速相位调制电极；
位于两个所述分支光波导外另一侧，通过至少一根焊线与第二高速相位调制电极电连接，且通过第二电阻与所述第一高速相位调制电极电连接的第三高速相位调制电极。
6.根据权利要求5所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于所述第三高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度。
7.根据权利要求6所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第三高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于5mm且小于10mm。
8.根据权利要求5所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一电阻和所述第二电阻的阻值为50Ω～100Ω。
9.根据权利要求5所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一电阻和所述第二电阻为贴片电阻。
10.根据权利要求5所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一高速相位调制电极的电极区的面积大于800mm2且小于1500mm2。
11.根据权利要求5所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述基片上还设置有：
与所述第一高速相位调制电极电连接，且相互间隔的第一焊盘和第二焊盘；
与所述第二高速相位调制电极电连接，且相互间隔的第三焊盘和第四焊盘；
与所述第三高速相位调制电极电连接的第五焊盘，
所述第三焊盘通过所述第一电阻与所述第二焊盘电连接，所述第二焊盘通过所述第二电阻与所述第五焊盘电连接。
12.根据权利要求5所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述补偿相位调制电极位于所述第一高速相位调制电极远离所述入射光波导的一侧。
13.根据权利要求1所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述补偿相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于2mm且小于5mm。
14.根据权利要求2或5任一所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一预相位调制电极与所述第二高速相位调制电极电连接。
15.根据权利要求1所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述定向耦合器包括两个耦合光波导及两个耦合电极，每个耦合光波导与对应一个分支光波导远离所述入射光波导的一端相连接，每个耦合电极位于对应一个耦合光波导的一侧。
16.根据权利要求15所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：两个所述耦合光波导平行间隔设置，两个所述耦合光波导之间的距离大于2um且小于5um。
17.根据权利要求15所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述耦合电极在所述耦合光波导上的投影长度大于100um且小于500um。
18.根据权利要求15所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：每个耦合电极位于对应一个耦合光波导远离另一个耦合光波导的一侧。
19.根据权利要求15所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述输出光波导的数量为两个，每个输出光波导连接于对应一个耦合光波导远离所述分支光波导的一端。
20.根据权利要求2、5或15任一所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一预相位调制电极、所述第二预相位调制电极、所述第一高速相位调制电极、所述第二高速相位调制电极、所述第三高速相位调制电极、所述补偿相位调制电极及所述耦合电极均包括Ti层、Pt层和Au层，所述Ti层的厚度为10～50nm，所述Pt层的厚度为10～100nm，所述Au层的厚度大于3um。
21.根据权利要求5所述的具有改进结构的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述焊线为金丝焊线，所述焊线的直径为15um～30um。
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