CN110989214A - 一种电光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电光调制器，涉及光通信器件技术领域，从下往上依次包括基底层、衬底层、集成波导和覆盖层，且所述覆盖层两侧均设有一金属电极；同时，所述集成波导包括铌酸锂波导和导电层，所述铌酸锂波导位于所述衬底层上，所述导电层位于所述覆盖层和铌酸锂波导之间，且所述导电层位于两个所述金属电极之间，并与两个所述金属电极保持一定间距。本发明提供的电光调制器，具有结构尺寸小、调制带宽高、调节效率高、且工作状态和调节效率不受热释电效果影响的优点。

Description

一种电光调制器
技术领域
本发明涉及光通信器件技术领域，具体涉及一种电光调制器。
背景技术
由于铌酸锂材料性能优异，具有高电光响应、高本征带宽、宽透明窗口(0.35um-5um)和热稳定性好等优点，使得铌酸锂材料已经在电光调制器中得到广泛的研究和应用。特别是随着近年来薄膜铌酸锂的快速发展，铌酸锂波导刻蚀问题的解决，薄膜铌酸锂调制器得到了广泛的研究。相比与传统铌酸锂调制器，薄膜铌酸锂调制器具有调制带宽高、结构尺寸小和调节效率高等优点。
但是，由于铌酸锂材料的特性，无论是传统的铌酸锂调制器还是薄膜铌酸锂调制器中都存在热释电现象，也就是说随着温度的变化，在铌酸锂材料的表面有电荷聚集，将导致铌酸锂波导两侧叠加一个由聚集电荷而产生的电场，从而使得铌酸锂调制器调制效率的变化。最终导致的结果是：一方面铌酸锂调制器的工作状态会实时变化；另一方面铌酸锂调制器输出信号的消光比也会随时间变化。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电光调制器，具有结构尺寸小、调制带宽高、调节效率高、且工作状态和调节效率不受热释电效果影响的优点。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种电光调制器，从下往上依次包括基底层、衬底层、集成波导和覆盖层，且所述覆盖层两侧均设有一金属电极；同时，
所述集成波导包括铌酸锂波导和导电层，所述铌酸锂波导位于所述衬底层上，所述导电层位于所述覆盖层和铌酸锂波导之间，且所述导电层位于两个所述金属电极之间，并与两个所述金属电极保持一定间距。
在上述技术方案的基础上，所述基底层的厚度不小于100um，所述基底层的电阻率不低于10000Ω·cm。
在上述技术方案的基础上，所述衬底层的厚度大于3um，所述衬底层为低折射率材料，且所述衬底层的折射率小于1.8。
在上述技术方案的基础上，所述铌酸锂波导为脊型波导或梯形波导。
在上述技术方案的基础上，所述铌酸锂波导的宽度在400nm到5um之间。
在上述技术方案的基础上，所述铌酸锂波导为X切铌酸锂，且铌酸锂波导的厚度不大于1um。
在上述技术方案的基础上，所述导电层的形状和所述铌酸锂波导的形状匹配，且所述导电层至少覆盖所述铌酸锂波导的顶部和两侧。
在上述技术方案的基础上，所述覆盖层为低折射率材料，且所述覆盖层的折射率小于1.8。
在上述技术方案的基础上，所述铌酸锂波导的脊背和任意一个所述金属电极之间的间距均大于2um。
在上述技术方案的基础上，所述金属电极的高度不小于500nm，且所述金属电极的宽度不小于10um。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的电光调制器具有结构尺寸小、调制带宽高、调节效率高等优点，并且，其工作状态不会受到铌酸锂材料的热释电效果的影响，该电光调制器的工作状态不需要实时调节，从而降低器件的结构复杂度和成本。
附图说明
图1为本发明实施例中电光调制器的结构示意图。
图中：1-基底层，2-衬底层，3-集成波导，301-铌酸锂波导，302-导电层，4-覆盖层，5-金属电极。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明中各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”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”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。需要指出的是，所有附图均为示例性的表示。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。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种电光调制器，从下往上依次包括基底层1、衬底层2、集成波导3和覆盖层4，且所述覆盖层4两侧均设有一金属电极5；同时，
所述集成波导3包括铌酸锂波导301和导电层302，所述铌酸锂波导301位于所述衬底层2上，所述导电层302位于所述覆盖层4和导电层301之间，且所述导电层302位于两个所述金属电极5之间，并与两个所述金属电极5保持一定间距。
更进一步地，在本发明实施例中，所述基底层1的厚度不小于100um，可以对该电光调制器起到很好的支撑作用；并且，所述基底层1的电阻率不低于10000Ω·cm，可以有效降低射频损耗。所述基底层1的材料可以为但不限于高阻硅、石英、铌酸锂，根据实际情况选择合适的材料即可，在本发明实施例中，不做限定。
更进一步地，在本发明实施例中，所述衬底层2的厚度大于3um，所述衬底层2为低折射率材料，且所述衬底层2的折射率小于1.8。所述衬底层2的材料可以为但不限于二氧化硅、氮氧化硅。
更进一步地，在本发明实施例中，所述铌酸锂波导301为脊型波导或梯形波导。
更进一步地，在本发明实施例中，所述铌酸锂波导301的宽度在400nm到5um之间，此处所述铌酸锂波导301的宽度应理解为与所述衬底层2接触的区域的宽度。所述铌酸锂波导301为X切铌酸锂，且铌酸锂波导301的厚度不大于1um。
更进一步地，在本发明实施例中，所述导电层302的形状和所述铌酸锂波导301的形状匹配，且所述导电层302至少覆盖所述铌酸锂波导301的顶部和两侧。
比如，若所述铌酸锂波导301为脊形波导，其顶部和两侧围合成方形结构，此时，优选地，所述导电层302的形状为方形，且正好覆盖所述铌酸锂波导301的顶部和两侧。
在实际使用过程中，所述导电层302也可沿着铌酸锂波导301的宽度方向往外延伸，只需保证所述导电层302与两个所述金属电极5保持一定间距即可。
在本发明实施例中，所述导电层302的材料可以为但不限于掺杂有硅、锗、三五族材料、石墨烯或铟锡氧化物的材料。
优选地，在本发明实施例中，所述导电层302的厚度不大于100nm，可以不增加该电光调制器的光学损耗。
更进一步地，在本发明实施例中，所述覆盖层4为低折射率材料，且所述覆盖层4的折射率小于1.8，所述覆盖层4的材料可以为但不限于氧化硅、氮氧化硅、聚合物材料。
更进一步地，在本发明实施例中，所述铌酸锂波导301的脊背和任意一个所述金属电极5之间的间距均大于2um，即位于左侧的所述金属电极5的右侧边界距离所述铌酸锂波导301的脊背的左侧边界应大于2um，且位于右侧的所述金属电极5的左侧边界距离所述铌酸锂波导301的脊背的右侧边界应大于2um。
更进一步地，在本发明实施例中，所述金属电极5的高度不小于500nm，且所述金属电极5的宽度不小于10um，所述金属电极5的材料可以为但不限于金、银、铜、铝等。
需要说明的是，本发明实施例中的两个金属电极5结构尺寸可以相同，也可以不同，在此不做限定。
优选地，本发明实施例中的电光调制器为左右对称结构，两个金属电极5相同，基底层1、衬底层2、集成波导3和覆盖层4均为左右对称结构，使得结构设计更为简单，实用性更好。
本发明实施例提供的电光调制器的工作原理为：
对于铌酸锂材料来说，在材料的特定方向施加电场，可以导致铌酸锂材料折射率的变化，当光波经过铌酸锂波导时，在外加电场的作用下，光波的传播特性也会随着外加电场的变化而发生改变，光波的折射率与外加电场的关系为：
n＝n0+γE+hE2+…
其中，γ和h为常数，E为施加的电场强度，n0为未施加电场时的光波折射率，n为施加电场后的光波折射率。对于一定长度的铌酸锂的调制器，外界电压改变可以导致折射率n的变化，即改变了光波的相位，从而实现调制的作用。
铌酸锂是一种铁电体材料，存在热释电效应，即材料温度的改变可以使得材料表面有一定的电荷的聚集。聚集的电荷会产生一个新的电场，当使用铌酸锂波导作为调制器时，这个电场将会和外加的调制信号的电场一起作用，改变调制器的工作状态，而且热释电效应产生的电场是会随温度的变化而改变的，导致铌酸锂调制器无法稳定的工作。
而在铌酸锂波导顶部和两侧覆盖的导电材料具有一定的导电性。在热释电效应产生的电场的作用下，可以将铌酸锂波导两侧的载流子中和，消除热释电效应对调制器的影响，保证调制器在温度变化的情况下也能稳定工作。
因此，本发明提供的电光调制器具有结构尺寸小、调制带宽高、调节效率高等优点，并且，其工作状态不会受到铌酸锂材料的热释电效果的影响，该电光调制器的工作状态不需要实时调节，从而降低器件的结构复杂度和成本。
本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种电光调制器，其特征在于，从下往上依次包括基底层(1)、衬底层(2)、集成波导(3)和覆盖层(4)，且所述覆盖层(4)两侧均设有一金属电极(5)；同时，
所述集成波导(3)包括铌酸锂波导(301)和导电层(302)，所述铌酸锂波导(301)位于所述衬底层(2)上，所述导电层(302)位于所述覆盖层(4)和铌酸锂波导(301)之间，且所述导电层(302)位于两个所述金属电极(5)之间，并与两个所述金属电极(5)保持一定间距。
2.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述基底层(1)的厚度不小于100um，所述基底层(1)的电阻率不低于10000Ω·cm。
3.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述衬底层(2)的厚度大于3um，所述衬底层(2)为低折射率材料，且所述衬底层(2)的折射率小于1.8。
4.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述铌酸锂波导(301)为脊型波导或梯形波导。
5.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述铌酸锂波导(301)的宽度在400nm到5um之间。
6.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述铌酸锂波导(301)为X切铌酸锂，且铌酸锂波导(301)的厚度不大于1um。
7.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述导电层(302)的形状和所述铌酸锂波导(301)的形状匹配，且所述导电层(302)至少覆盖所述铌酸锂波导(301)的顶部和两侧。
8.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述覆盖层(4)为低折射率材料，且所述覆盖层(4)的折射率小于1.8。
9.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述铌酸锂波导(301)的脊背和任意一个所述金属电极(5)之间的间距均大于2um。
10.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述金属电极(5)的高度不小于500nm，且所述金属电极(5)的宽度不小于10um。
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