CN110646957A - 基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器及其制备方法，采用氧化锌波导而非钛扩散波导或质子交换波导做为铌酸锂电光调制器的导波结构。氧化锌波导也可对TE偏振模式和TM偏振模式同时进行调制和传输，但具有比钛扩散波导更高的光损伤阈值，且不存在质子交换波导所具有的偏振滤波现象。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信、光纤传感、微波光纤链路、量子通信等技术领域，尤其涉及一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器及其制备方法。
背景技术
铌酸锂是一种集电光、声光、压电、非线性光学等多种性质于一体的晶体材料，是制备电光调制器、声光调制器、热释电红外探测器、非线性波长转换器、量子纠缠光源等集成光学器件的常见材料选择之一。基于光学波导结构的铌酸锂电光调制器，如相位调制器、强度调制器、QPSK调制器、偏振控制器等，在光纤通信、光纤传感、微波光纤链路、量子通信等领域有着十分广泛的应用，可实现相位调制、强度调制、偏振调制等多种功能。现有的铌酸锂电光调制器常采用钛扩散技术和质子交换技术制备光学波导，形成钛扩散波导或质子交换波导。基于上述两种光学波导的铌酸锂电光调制器具有插入损耗低、热稳定性好、调制带宽高、调制线性度高等优点。
钛扩散波导可以同时传输TE和TM两种偏振模式，因此在需要同时对两种偏振模式进行调制和传输的应用领域，如光纤电流传感、电光偏振控制、相干光通信等，基于铌酸锂钛扩散波导的电光调制器有着广泛的应用。但是钛扩散波导存在着光损伤阈值较低的明显缺陷，无法对高功率激光光束进行调制和传输。
基于铌酸锂质子交换波导的电光调制器虽然具有较高的光损伤阈值，但是这种波导只能传输异常光折射率(ne)对应的偏振模式，无法传输寻常光折射率(no)对应的偏振模式，也即这种波导具有天然的偏振滤波特性。对于某些需要需要传输单偏振模式的应用领域，如光纤陀螺，基于铌酸锂质子交换波导的电光调制器是很好的选择，但当需要同时调制和传输两种偏振模式时，此类电光调制器的应用则受到了很大的限制。
发明内容
为解决基于现有光学波导的铌酸锂电光调制器中存在的问题，本发明提出一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其创新之处在于，采用氧化锌波导而非钛扩散波导或质子交换波导做为铌酸锂电光调制器的导波结构。氧化锌波导也可对TE偏振模式和TM偏振模式同时进行调制和传输，但具有比钛扩散波导更高的光损伤阈值，且不存在质子交换波导所具有的偏振滤波现象。
基于上述技术原理，本发明的第一目的在于，提出基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器。所述铌酸锂电光调制器涉及低速率相位调制器、低速率强度调制器、高速率相位调制器和高速率强度调制器。
本发明的第二目的在于，针对低速率相位调制器、低速率强度调制器提出一种基于氧化锌波导的低速率铌酸锂电光调制器的制备方法。
本发明的第三目的在于，针对高速率相位调制器和高速率强度调制器提出一种基于氧化锌波导的高速率铌酸锂电光调制器的制备方法。
为实现本发明的第一目的，本发明提供了
第一种技术方案：
一种基于氧化锌波导的低速率铌酸锂相位调制器，包括：铌酸锂晶片，形成于铌酸锂晶片表面的氧化锌波导，以及放置于铌酸锂晶片表面上方的调制电极。
优选地，所述铌酸锂晶片为光学级，晶体切向为X切，厚度在0.1mm至2mm；
优选地，所述氧化锌波导为直条图形，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
优选地，所述调制电极包括电极分支一和电极分支二，形成集总式电极结构，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在0.1μm至1μm。
第二种技术方案：
一种基于氧化锌波导的高速率铌酸锂相位调制器，包括：铌酸锂晶片，形成于铌酸锂晶片表面的氧化锌波导，放置于铌酸锂晶片表面上方的调制电极，以及放置于氧化锌波导和调制电极之间的缓冲层薄膜。
优选地，所述铌酸锂晶片为光学级，晶体切向为X切或Z切，厚度在0.1mm至2mm；
优选地，所述氧化锌波导为直条图形，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
优选地，所述调制电极采用共面行波电极结构，包括一支信号电极和两支地电极，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在1μm至40μm；
进一步地，对于X切的铌酸锂晶片，为利用铌酸锂晶体的最大电光系数，所述氧化锌波导位于所述调制电极的信号电极和地电极的其中一支的之间，地电极的另外一支放置于信号电极的另外一侧；对于Z切的铌酸锂晶片，为利用铌酸锂晶体的最大电光系数，所述氧化锌波导位于所述调制电极的信号电极的下方，地电极的两支分别位于信号电极的左侧或右侧；
优选地，所述缓冲层薄膜厚度在0.1μm至2μm，薄膜材料采用氧化硅或氧化铝。
第三种技术方案：
一种基于氧化锌波导的低速率铌酸锂强度调制器，包括：铌酸锂晶片，形成于铌酸锂晶片表面的氧化锌波导，以及放置于铌酸锂晶片表面上方的调制电极。
优选地，所述铌酸锂晶片为光学级，晶体切向为X切，厚度在0.1mm至2mm；
优选地，所述氧化锌波导为马赫曾德尔干涉仪结构，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
优选地，所述调制电极包括电极一以及分别放置于电极一左侧和右侧的电极二，形成推挽式的集总电极结构，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在0.1μm至1μm；
第四种技术方案：一种基于氧化锌波导的高速率铌酸锂强度调制器，包括：铌酸锂晶片，形成于铌酸锂晶片表面的氧化锌波导，放置于铌酸锂晶片表面上方的调制电极，以及放置于氧化锌波导和调制电极之间的缓冲层薄膜。
优选地，所述铌酸锂晶片为光学级，晶体切向为X切或Z切，厚度在0.1mm至2mm；
优选地，所述氧化锌波导为马赫曾德尔干涉仪结构，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
优选地，所述调制电极包括一支信号电极和以及分别放置于信号电极左侧和右侧的两支地电极，形成推挽式的共面行波电极结构，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在1μm至40μm；
进一步地，对于X切的铌酸锂晶片，为利用铌酸锂晶体的最大电光系数，所述调制电极的信号电极放置于马赫曾德尔干涉仪结构的波导两臂内侧之间，两支地电极分别放置于马赫曾德尔干涉仪结构的波导两臂外侧；对于Z切的铌酸锂晶片，所述调制电极中的信号电极放置于马赫曾德尔干涉仪结构的波导两臂其中一臂的上方，两支地电极的其中一支放置于马赫曾德尔干涉仪结构的波导两臂另外一臂的上方，即信号电极的左侧或右侧，两支地电极的另外一支相应地放置于信号电极的右侧或左侧。
为实现本发明的第二目的，本发明提供了
一种基于氧化锌扩散光学波导的低速率铌酸锂电光调制器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用光刻工艺在铌酸锂晶片表面制作出具有光学波导图形的光刻胶掩膜，光学波导图形为直条或马赫曾德尔干涉仪结构；
步骤2：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射、化学气相沉积等镀膜工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在10nm至200nm的氧化锌薄膜；
步骤3：采用剥离工艺在铌酸锂晶片表面留下光学波导图形的氧化锌薄膜，氧化锌薄膜的宽度在1μm至20μm；
步骤4：将铌酸锂晶片放置于高温扩散炉中心，通入湿氧，待扩散炉的温度从室温升至1000℃至1100℃的条件下，恒温5～12小时，关闭扩散炉，待炉温降至室温后，取出铌酸锂晶片，得到含有氧化锌扩散波导的铌酸锂晶片；
步骤5：采用化学气相沉积、磁控溅射、离子溅射等镀膜工艺手段之一，在铌酸锂晶片表面制备一层氧化硅或氧化铝的缓冲层薄膜，薄膜厚度在0.1μm至2μm；
步骤6：采用光刻技术在铌酸锂晶片表面制作出具有调制电极图形的光刻胶掩膜；
步骤7：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射、电镀等镀膜工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在0.1μm至1μm的金薄膜，为了增加金薄膜和铌酸锂晶片之间的粘附性，在制备金薄膜前先制备一层厚度在10nm至100nm的金属铬薄膜或金属钛薄膜；
步骤8：采用剥离工艺在铌酸锂晶片表面留下调制电极图形的铬金或钛金薄膜；
步骤9：对铌酸锂晶片的输入端面和输出端面进行精密抛光；
步骤10：采用光纤耦合工艺和微电子封装工艺对铌酸锂电光调制器晶片进行封装。
为实现本发明的第三目的，本发明提供了
一种基于氧化锌扩散光学波导的高速率铌酸锂电光调制器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用光刻工艺在铌酸锂晶片表面制作出具有光学波导图形的光刻胶掩膜，光学波导图形为直条或马赫曾德尔干涉仪结构；
步骤2：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射、化学气相沉积等镀膜工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在10nm至200nm的氧化锌薄膜；
步骤3：采用剥离工艺在铌酸锂晶片表面留下光学波导图形的氧化锌薄膜，氧化锌薄膜的宽度在1μm至20μm；
步骤4：将铌酸锂晶片放置于高温扩散炉中心，通入湿氧，待扩散炉的温度从室温升至1000℃至1100℃的条件下，恒温5～12小时，关闭扩散炉，待炉温降至室温后，取出铌酸锂晶片，得到含有氧化锌扩散波导的铌酸锂晶片；
步骤5：采用化学气相沉积、磁控溅射、离子溅射等镀膜工艺手段之一，在铌酸锂晶片表面制备一层氧化硅或氧化铝的缓冲层薄膜，薄膜厚度在0.1μm至2μm；
步骤6：在铌酸锂晶片表面制备一层金属薄膜作为电镀种子层，金属薄膜的材料可以为钛或铬，薄膜厚度在10nm至500nm；
步骤7：采用光刻技术在铌酸锂晶片表面制作出具有调制电极图形的光刻胶掩膜；
步骤8：将铌酸锂晶片放置于金电镀液中进行电镀加工，得到厚度在1μm至40μm的厚电极结构；
步骤9：去除调制电极光刻胶掩模；
步骤10：对铌酸锂晶片的输入端面和输出端面进行精密抛光；
步骤11：采用光纤耦合工艺和微电子封装工艺对铌酸锂电光调制器晶片进行封装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)与现有基于钛扩散波导的铌酸锂电光调制器相比，本发明所提出的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器具有更高的光损伤阈值，可以对更高光功率的、不同偏振态的波导模式进行传输和调制；
(2)与现有基于质子交换波导的铌酸锂电光调制器相比，本发明所提出的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器不存在偏振模式滤波现象。
附图说明
图1(a)为本发明提供的X切、低速率铌酸锂相位调制器的横截面示意图；
图1(b)为本发明提供的X切、低速率铌酸锂相位调制器的平面示意图；
图2(a)为本发明提供的X切、高速率铌酸锂相位调制器的横截面示意图；
图2(b)为本发明提供的X切、高速率铌酸锂相位调制器的平面示意图；
图2(c)为本发明提供的Z切、高速率铌酸锂相位调制器的横截面示意图；
图2(d)为本发明提供的Z切、高速率铌酸锂相位调制器的平面示意图；
图3(a)为本发明提供的X切、低速率铌酸锂强度调制器的横截面示意图；
图3(b)为本发明提供的X切、低速率铌酸锂强度调制器的平面示意图；
图4(a)为本发明提供的X切、高速率铌酸锂强度调制器的横截面示意图；
图4(b)为本发明提供的X切、高速率铌酸锂强度调制器的平面示意图；
图4(c)为本发明提供的Z切、高速率铌酸锂强度调制器的横截面示意图；
图4(d)为本发明提供的Z切、高速率铌酸锂强度调制器的平面示意图；
图中，各个标记所对应的名称分别为：1、铌酸锂晶片；2、氧化锌扩散波导；3、调制电极；3-1、集总电极结构的电极一；3-2、集总电极结构的电极二；3-3、共面行波电极结构的信号电极；3-4、共面行波电极结构的地电极；4、缓冲层薄膜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
参考图1(a)和图1(b)，为本发明所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器的第一实施例图，图1(a)为电光调制器的横截面示意图，图1(b)为电光调制器的平面示意图。本实施例所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器为低速率相位调制器，包括：
铌酸锂晶片1，其由光学级材料形成，晶体切向为X切，厚度在0.1mm～2mm；
氧化锌波导2，形成在铌酸锂晶片1的表面，波导为直条图形，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
调制电极3，形成在铌酸锂晶片1的上表面，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在0.1μm至1μm，调制电极3采用集总式结构，由电极一3-1(如正电极)和电极二3-2(如负电极)组成，电极一3-1和电极二3-2分别放置于氧化锌波导2上方的两侧。
实施例2
参考图2(a)和图2(b)，图2(a)和图2(b)是表示本发明所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器的第二实施例图，图2(a)为电光调制器的横截面示意图，图2(b)为电光调制器的平面示意图。本实施例所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器为高速率相位调制器，包括：
铌酸锂晶片1，其由光学级材料形成，晶体切向为X切，厚度在0.1mm～2mm；
氧化锌波导2，形成在铌酸锂晶片1的表面，波导为直条图形，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
调制电极3，形成在铌酸锂晶片1的上表面，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在1μm至40μm，由信号电极3-3和地电极3-4组成，信号电极3-3和地电极3-4的其中一支分别放置于氧化锌波导2上方的左右两侧，地电极3-4的另外一支放置于信号电极3-3的另外一侧，构成共面行波电极结构。
缓冲层薄膜4，薄膜材料为氧化硅或氧化铝，薄膜厚度在0.1μm至2μm，放置于氧化锌波导2与调制电极3之间，起到增加光波速率与微波速率匹配程度、提高调制速率的作用。
实施例3
参考图2(c)和图2(d)，图2(c)和图2(d)是表示本发明所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器的第三实施例图，图2(c)为电光调制器的横截面示意图，图2(d)为电光调制器的平面示意图。本实施例所涉及的氧化锌波导铌酸锂电光调制器为高速率相位调制器，包括：
铌酸锂晶片1，其由光学级材料形成，晶体切向为Z切，厚度在0.1mm～2mm；
氧化锌波导2，形成在铌酸锂晶片1的表面，波导为直条图形，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
调制电极3，形成在铌酸锂晶片1的上表面，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在1μm至40μm，调制电极3由信号电极3-3和地电极3-4组成。以图2(c)和图2(d)为例，信号电极3-3放置于氧化锌波导2的上方，地电极3-4的其中一支放置于信号电极3-3的左侧，地电极3-4的另外一支放置于信号电极3-3的右侧，构成共面行波电极结构。
缓冲层薄膜4，薄膜材料为氧化硅或氧化铝，薄膜厚度在0.1μm至2μm，放置于氧化锌波导2与调制电极3之间，一方面起到了隔离氧化锌波导2与信号电极3-3、降低氧化锌波导2插入损耗的作用，另一方面也起到增加光波速率与微波速率匹配程度、提高调制速率的作用。
实施例4
参考图3(a)和图3(b)是表示本发明所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器的第四实施例图，图3(a)为电光调制器的横截面示意图，图3(b)为电光调制器的平面示意图。本实施例所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器为低速率强度调制器，包括：
铌酸锂晶片1，其由光学级材料形成，晶体切向为X切，厚度在0.1mm～2mm；
氧化锌波导2，形成在铌酸锂晶片1的表面，波导为马赫曾德尔干涉仪图形结构，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
调制电极3，放置于铌酸锂晶片1的上表面，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在0.1μm至1μm，由电极一3-1(如正电极)和电极二3-2(如负电极)组成，构成集总式电极结构；
电极一3-1放置于马赫曾德尔干涉仪结构的氧化锌波导2的两臂内侧之间，电极二3-2的两支分别放置于氧化锌波导2的两臂的外侧，构成推挽式电极结构。
实施例5
参考图4(a)和图4(b)，图4(a)和图4(b)是表示本发明所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器的第五实施例图，图4(a)为电光调制器的横截面示意图，图4(b)为电光调制器的平面示意图。本实施例所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器为高速率强度调制器，包括：
铌酸锂晶片1，其由光学级材料形成，晶体切向为X切，厚度在0.1mm～2mm；
氧化锌波导2，形成在铌酸锂晶片1的表面，波导为马赫曾德尔干涉仪图形结构，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
调制电极3，放置于铌酸锂晶片1的上表面，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在1μm至40μm，调制电极3由信号电极3-3和地电极3-4组成，信号电极3-3放置于马赫曾德尔干涉仪结构的氧化锌波导2的两臂内侧之间，地电极3-4的两支分别放置于氧化锌波导的两臂的外侧，构成推挽式行波共面电极结构。
缓冲层薄膜4，薄膜材料为氧化硅或氧化铝，薄膜厚度在0.1μm至2μm，放置于氧化锌波导2与调制电极3之间，起到增加光波速率与微波速率匹配程度、提高调制速率的作用。
实施例6
参考图4(c)和图4(d)，图4(c)和图4(d)是表示本发明所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器的第六实施例图，图4(c)为电光调制器的横截面示意图，图4(d)为电光调制器的平面示意图。本实施例所涉及的基于氧化锌波导的铌酸锂电光调制器为高速率强度调制器，包括：
铌酸锂晶片1，其由光学级材料形成，晶体切向为Z切，厚度在0.1mm～2mm；
氧化锌波导2，形成在铌酸锂晶片1的表面，波导为马赫曾德尔干涉仪图形结构，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
调制电极3，形成在铌酸锂晶片1的上表面，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在1μm至40μm，调制电极3由信号电极3-3和地电极3-4组成。以图4(c)和图4(d)为例，信号电极3-3放置于马赫曾德尔干涉仪结构的氧化锌波导2的两臂右侧一支的上方，地电极3-4的左侧一支放置于马赫曾德尔干涉仪结构的氧化锌波导2的两臂左侧一支的上方，地电极3-4的右侧一支对称地放置于信号电极3-3的右侧，构成推挽式行波共面电极结构。
缓冲层薄膜4，薄膜材料为氧化硅或氧化铝，薄膜厚度在0.1μm至2μm，放置于氧化锌波导2与调制电极3之间，一方面起到了隔离氧化锌波导2与信号电极3-3、降低氧化锌波导2插入损耗的作用，另一方面也起到增加光波速率与微波速率匹配程度、提高调制速率的作用。
实施例7
针对低速率相位调制器、低速率强度调制器提出一种基于氧化锌波导的低速率铌酸锂电光调制器的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤1：采用光刻工艺在铌酸锂晶片1的表面制作出具有光学波导图形的光刻胶掩膜，光学波导图形为直条或马赫曾德尔干涉仪结构；
步骤2：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射、化学气相沉积等镀膜工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在10nm至200nm的氧化锌薄膜；
步骤3：采用剥离工艺在铌酸锂晶片1的表面留下光学波导图形的氧化锌薄膜，氧化锌薄膜的宽度在1μm至20μm；
步骤4：将铌酸锂晶片1放置于高温扩散炉中心，通入湿氧，待扩散炉的温度从室温升至1000℃至1100℃的条件下，恒温5～12小时，关闭扩散炉，待炉温降至室温后，取出铌酸锂晶片1，得到含有氧化锌扩散波导2的铌酸锂晶片1；
步骤5：采用化学气相沉积、磁控溅射、离子溅射等镀膜工艺手段之一，在铌酸锂晶片1的表面制备一层氧化硅或氧化铝的缓冲层薄膜4，薄膜厚度在0.1μm至2μm；
步骤6：采用光刻技术在铌酸锂晶片1表面制作出具有集总式电极图形的光刻胶掩膜；
步骤7：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射、电镀等镀膜工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在0.1μm至1μm的金薄膜，为了增加金膜和铌酸锂晶片1之间的粘附性，在制备金薄膜前先制备一层厚度在10nm至100nm的金属铬薄膜或金属钛薄膜；
步骤8：采用剥离工艺在铌酸锂晶片表面留下调制电极图形的铬金或钛金薄膜，得到调制电极3；
步骤9：对铌酸锂晶片1的输入端面和输出端面进行精密抛光；
步骤10：采用光纤耦合工艺和微电子封装工艺对铌酸锂电光调制器晶片进行封装。
实施例8
针对高速率相位调制器和高速率强度调制器，本发明还提供一种基于氧化锌波导的高速率铌酸锂电光调制器的制造方法。所述制造方法包括以下步骤：
步骤1：采用光刻工艺在铌酸锂晶片1的表面制作出具有光学波导图形的光刻胶掩膜，光学波导图形为直条或马赫曾德尔干涉仪结构；
步骤2：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射、化学气相沉积等镀膜工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在10nm至200nm的氧化锌薄膜；
步骤3：采用剥离工艺在铌酸锂晶片1的表面留下光学波导图形的氧化锌薄膜，氧化锌薄膜的宽度在1μm至20μm；
步骤4：将铌酸锂晶片1放置于高温扩散炉中心，通入湿氧，待扩散炉的温度从室温升至1000℃至1100℃的条件下，恒温5～12小时，关闭扩散炉，待炉温降至室温后，取出铌酸锂晶片1，得到含有氧化锌扩散波导2的铌酸锂晶片1；
步骤5：采用化学气相沉积、磁控溅射、离子溅射等镀膜工艺手段之一，在铌酸锂晶片1的表面制备一层氧化硅或氧化铝的缓冲层薄膜4，薄膜厚度在0.1μm至2μm；
步骤6：在铌酸锂晶片1的表面制备一层金属薄膜作为电镀种子层，金属薄膜的材料可以为钛或铬，薄膜厚度在10nm至500nm；
步骤7：采用光刻技术在铌酸锂晶片1的表面制作出具有行波式调制电极图形的光刻胶掩膜；
步骤8：将铌酸锂晶片1放置于金电镀液中进行电镀加工，得到厚度在1μm至40μm的调制结构3；
步骤9：去除调制电极光刻胶掩模；
步骤10：对铌酸锂晶片1的输入端面和输出端面进行精密抛光；
步骤11：采用光纤耦合工艺和微电子封装工艺对铌酸锂电光调制器晶片进行封装。
上述铌酸锂电光调制器仅为本发明的实施例，本方案不仅可应用于相位调制器和强度调制器，对于其他类型的铌酸锂电光调制器，如偏振控制器、偏振开关、扰偏器、光开关、QPSK调制器等，同样适用。而且，本发明实施例中说明的铌酸锂电光调制器结构中，不管有无缓冲层薄膜，都可使用本发明的构成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其特征在于，包括：铌酸锂晶片，形成于铌酸锂晶片表面的氧化锌波导，以及放置于铌酸锂晶片表面上方的调制电极。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述铌酸锂晶片为光学级，晶体切向为X切，厚度在0.1mm至2mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述氧化锌波导为下述两种结构之一：
第一种结构：所述氧化锌波导为直条图形，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
第二种结构：所述氧化锌波导为马赫曾德尔干涉仪结构，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
当所述氧化锌波导为第一种结构时，所述调制电极包括电极一和电极二，形成集总式电极结构，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在0.1μm至1μm；
当所述氧化锌波导为第二种结构时，所述调制电极包括电极一以及分别放置于电极一左侧和右侧的电极二，形成推挽式的集总电极结构，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在0.1μm至1μm。
4.一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制作如权利要求1所述的基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，包括以下步骤：
步骤1：采用光刻工艺在铌酸锂晶片表面制作出具有光学波导图形的光刻胶掩膜，光学波导图形为直条或马赫曾德尔干涉仪结构；
步骤2：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射、化学气相沉积镀膜工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在10nm至200nm的氧化锌薄膜；
步骤3：采用剥离工艺在铌酸锂晶片表面留下光学波导图形的氧化锌薄膜，氧化锌薄膜的宽度在1μm至20μm；
步骤4：将铌酸锂晶片放置于高温扩散炉中心，通入湿氧，待扩散炉的温度从室温升至1000℃至1100℃的条件下，恒温5～12小时，关闭扩散炉，待炉温降至室温后，取出铌酸锂晶片，得到含有氧化锌扩散波导的铌酸锂晶片；
步骤5：采用化学气相沉积、磁控溅射、离子溅射镀膜工艺手段之一，在铌酸锂晶片表面制备一层氧化硅或氧化铝的缓冲层薄膜，薄膜厚度在0.1μm至2μm；
步骤6：采用光刻技术在铌酸锂晶片表面制作出具有调制电极图形的光刻胶掩膜；
步骤7：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射镀膜、电镀等工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在0.1μm至1μm的金薄膜，为了增加金薄膜和铌酸锂晶片之间的粘附性，在制备金薄膜前先制备一层厚度在10nm至100nm的金属铬薄膜或金属钛薄膜；
步骤8：采用剥离工艺在铌酸锂晶片表面留下调制电极图形的铬金或钛金薄膜；
步骤9：对铌酸锂晶片的输入端面和输出端面进行精密抛光；
步骤10：采用光纤耦合工艺和微电子封装工艺对铌酸锂电光调制器晶片进行封装。
5.一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其特征在于，包括：铌酸锂晶片，形成于铌酸锂晶片表面的氧化锌波导，放置于铌酸锂晶片表面上方的调制电极，以及放置于氧化锌波导和调制电极之间的缓冲层薄膜。
6.根据权利要求5所述的一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述铌酸锂晶片为光学级，晶体切向为X切或Z切，厚度在0.1mm至2mm。
7.根据权利要求5所述的一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其特征在于，所述氧化锌波导为下述两种结构之一：
第一种结构：所述氧化锌波导为直条图形，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
第二种结构，所述氧化锌波导为马赫曾德尔干涉仪结构，波导模式的模场直径在1μm至20μm；
当所述氧化锌波导为第一种结构时，所述调制电极采用共面行波电极结构，包括一支信号电极和两支地电极，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在1μm至40μm；
当所述氧化锌波导为第二种结构时，所述调制电极包括一支信号电极和以及分别放置于信号电极左侧和右侧的两支地电极，形成推挽式的共面行波电极结构，采用的金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度在1μm至40μm。
8.根据权利要求7所述的一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其特征在于，
当所述氧化锌波导为第一种结构时，对于X切的铌酸锂晶片，为利用铌酸锂晶体的最大电光系数，所述氧化锌波导位于所述调制电极的信号电极和地电极的其中一支的之间，地电极的另外一支放置于信号电极的另外一侧；对于Z切的铌酸锂晶片，为利用铌酸锂晶体的最大电光系数，所述氧化锌波导位于所述调制电极的信号电极的下方，地电极的两支分别位于信号电极的左侧或右侧。
9.根据权利要求7所述的一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，其特征在于，
当所述氧化锌波导为第二种结构时，对于X切的铌酸锂晶片，为利用铌酸锂晶体的最大电光系数，所述调制电极的信号电极放置于马赫曾德尔干涉仪结构的波导两臂内侧之间，两支地电极分别放置于马赫曾德尔干涉仪结构的波导两臂外侧；对于Z切的铌酸锂晶片，所述调制电极中的信号电极放置于马赫曾德尔干涉仪结构的波导两臂其中一臂的上方，两支地电极的其中一支放置于马赫曾德尔干涉仪结构的波导两臂另外一臂的上方，即信号电极的左侧或右侧，两支地电极的另外一支相应地放置于信号电极的右侧或左侧。
10.一种基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制作如权利要求5所述的基于氧化锌波导的新型铌酸锂电光调制器，包括以下步骤：
步骤1：采用光刻工艺在铌酸锂晶片表面制作出具有光学波导图形的光刻胶掩膜，光学波导图形为直条或马赫曾德尔干涉仪结构；
步骤2：采用电子束蒸发、磁控溅射、离子溅射、化学气相沉积镀膜工艺手段之一，在光刻胶掩膜上制备一层厚度在10nm至200nm的氧化锌薄膜；
步骤3：采用剥离工艺在铌酸锂晶片表面留下光学波导图形的氧化锌薄膜，氧化锌薄膜的宽度在1μm至20μm；
步骤4：将铌酸锂晶片放置于高温扩散炉中心，通入湿氧，待扩散炉的温度从室温升至1000℃至1100℃的条件下，恒温5～12小时，关闭扩散炉，待炉温降至室温后，取出铌酸锂晶片，得到含有氧化锌扩散波导的铌酸锂晶片；
步骤5：采用化学气相沉积、磁控溅射、离子溅射等镀膜工艺手段之一，在铌酸锂晶片表面制备一层氧化硅或氧化铝的缓冲层薄膜，薄膜厚度在0.1μm至2μm；
步骤6：在铌酸锂晶片表面制备一层金属薄膜作为电镀种子层，金属薄膜的材料可以为钛或铬，薄膜厚度在10nm至500nm；
步骤7：采用光刻技术在铌酸锂晶片表面制作出具有调制电极图形的光刻胶掩膜；
步骤8：将铌酸锂晶片放置于金电镀液中进行电镀加工，得到厚度在1μm至40μm的厚电极结构；
步骤9：去除调制电极光刻胶掩模；
步骤10：对铌酸锂晶片的输入端面和输出端面进行精密抛光；
步骤11：采用光纤耦合工艺和微电子封装工艺对铌酸锂电光调制器晶片进行封装。
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