CN112612079A - 一种集成的偏振旋转调制器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种集成的偏振旋转调制器件及其制备方法，偏振旋转调制器件包括：偏振旋转部分与调制部分；其中，偏振旋转部分用于将入射光分解在两个相互垂直的方向，两个相互垂直的方向的折射率不同，以使入射光的偏振方向产生旋转，偏振旋转部分与调制部分的晶向不同，偏振旋转部分与调制部分均具有波导结构，在偏振旋转部分与调制部分相结合的端面，偏振旋转部分与调制部分的波导结构实现端面耦合。本发明提供的偏振旋转调制器件无需刻蚀复杂的渐变结构，可以降低制备难度和结构的复杂度，并且能够同时适用于脊波导和体波导。
Description
技术领域
本发明涉及集成光电子和光通信技术领域，特别涉及一种集成的偏振旋转调制器件及其制备方法。
背景技术
集成光电子学是现在光通信领域的发展前沿之一，它包括把各种波导、偏振旋转、耦合器、激光器、探测器和调制器等有源无源光电子器件单片集成在同一衬底上或者将不同衬底的器件混合集成。其中，集成的光收发模块可用于短距离数据中心之间的互联，也可用于长距离光通信。光收发模块主要包括激光器、调制器和探测器，以及分束器、耦合器、偏振旋转、模斑变换等部分。
目前，用于偏振旋转的集成方法，主要包括扭曲光纤、片上绝热耦合模式渐变、片上基于等离子体的偏振旋转。但是，扭曲光纤操作困难且损耗大，而后两者对工艺的要求很高，例如片上绝热耦合模式渐变需要刻蚀复杂的渐变结构，且后两者只是针对脊波导，无法适用在体波导中。因此，如何提供一种结构简单，制备难度小，无需刻蚀复杂的渐变结构，且同时适用于脊波导和体波导的偏振旋转集成器件，成为本领域一项亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成的偏振旋转调制器件及其制备方法，该偏振旋转调制器件无需刻蚀复杂的渐变结构，从而降低制备难度和结构的复杂度，并且能同时适用于脊波导和体波导。
为达到上述目的，本发明实施例提供一种集成的偏振旋转调制器件，包括：
偏振旋转部分与调制部分；
其中，所述偏振旋转部分用于将入射光分解在两个相互垂直的方向，所述两个相互垂直的方向的折射率不同，以使所述入射光的偏振方向产生旋转，所述偏振旋转部分与所述调制部分的晶向不同，所述偏振旋转部分与所述调制部分均具有波导结构，在所述偏振旋转部分与所述调制部分相结合的端面，所述偏振旋转部分与所述调制部分的波导结构实现端面耦合。
在一实施例中，所述偏振旋转部分的晶向与长度根据入射光经过所述偏振旋转部分后所需要旋转的角度进行确定。
在一实施例中，所述偏振旋转部分与所述调制部分的波导结构为脊波导或体波导。
在一实施例中，所述偏振旋转部分与所述调制部分的晶向夹角为0度至90度。
在一实施例中，所述调制部分为铌酸锂体材料电光调制器或铌酸锂薄膜电光调制器。
在一实施例中，所述调制部分的波导为x切且使得光沿着y方向传输，或者为y切且使得光沿着x方向传输，所述偏振旋转部分的波导的端面通过以所述调制部分的波导的光传输方向为轴，顺时针或者逆时针旋转预定角度后，形成与所述偏振旋转部分的晶向差异。
在一实施例中，所述调制部分的波导与所述偏振旋转部分的波导其中一个为x切且光沿y方向传输，另一个为y切且光沿x方向传输。
本发明实施例还提供一种用于制备上述任一实施例所述的偏振旋转调制器件的方法，其特征在于，包括：
制备调制部分以及指定长度的偏振旋转部分，所述指定长度根据入射光经过所述偏振旋转部分后所需要旋转的角度进行确定；
在所述调制部分以及所述偏振旋转部分制备波导结构；
将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成。
在一实施例中，通过外延将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成，或者通过键合将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成，或者在预先选择的衬底上混合集成所述偏振旋转部分与所述调制部分。
在一实施例中，通过预先制备多个不同长度的偏振旋转部分，并将入射光所需要旋转的角度与入射光经过各个不同长度的偏振旋转部分后旋转的角度进行比较，以确定所述指定长度的取值。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明提供的偏振旋转调制器件包括偏振旋转部分与调制部分，两部分可以通过外延、键合或者混合集成在一起，不需要刻蚀复杂的渐变结构，从而结构简单，制备难度小，尺寸小，可用于单片集成，并且可以同时适用于脊波导和体波导。
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中记载的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种集成的偏振旋转调制器件的三维透视图，其中，波导为体波导；
图2为本发明实施例提供的另一种集成的偏振旋转调制器件的三维透视图，其中，波导为脊波导；
图3为图1所示的偏振旋转调制器件的调制部分的直波导位置处的横截面；
图4为图1所示的偏振旋转调制器件的偏振旋转部分的直波导位置处的横截面；
图5为光偏振变化示意图，其中，(a)为入射光的方向，(b)为偏振旋转部分与调制部分的交界面处光的方向，(c)为出射光的方向；
图6为本发明实施例提供的一种集成的偏振旋转调制器件的制备方法流程图。
附图标记说明：
1-偏振旋转部分，2-调制部分，3-体波导，4-脊波导。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求限定的范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明实施例提供一种集成的偏振旋转调制器件，可以包括：
偏振旋转部分与调制部分；
其中，所述偏振旋转部分用于将入射光分解在两个相互垂直的方向，所述两个相互垂直的方向的折射率不同，以使所述入射光的偏振方向产生旋转，所述偏振旋转部分与所述调制部分的晶向不同，所述偏振旋转部分与所述调制部分均具有波导结构，在所述偏振旋转部分与所述调制部分相结合的端面，所述偏振旋转部分与所述调制部分的波导结构实现端面耦合。
具体的，偏振旋转部分的晶向与长度根据入射光经过所述偏振旋转部分后所需要旋转的角度进行确定。
具体的，偏振旋转部分与调制部分的波导结构为脊波导或体波导。
例如，参考图1所示，波导结构为体波导。参考图2所示，波导结构为脊波导。
具体的，偏振旋转部分与调制部分的晶向夹角可以为0度至90度。
例如，参考图3所示，为图1所示的偏振旋转调制器件的调制部分的直波导位置处的横截面，图3中的实线箭头表示调制部分的晶向。参考图4所示，为图1所示的偏振旋转调制器件的偏振旋转部分的直波导位置处的横截面，图4中的虚线箭头表示调制部分的晶向，实线箭头表示偏振旋转部分的晶向，从图4可以看出，偏振旋转部分的晶向为调制部分的晶向顺时针旋转45度。
具体的，由于铌酸锂不仅具有电光效应，还是负单轴晶体，其nx＝ny＝n0＞nz＝ne，因此，偏振旋转部分与调制部分的材料可以选用铌酸锂晶体。
例如，调制部分可以是铌酸锂体材料电光调制器，或铌酸锂薄膜电光调制器，当然也可以是其他类型的铌酸锂调制芯片，对此，本申请不做限定。
具体的，所述调制部分的波导为x切且使得光沿着y方向传输，或者为y切且使得光沿着x方向传输，所述偏振旋转部分的波导的端面通过以所述调制部分的波导的光传输方向为轴，顺时针或者逆时针旋转预定角度后，形成与所述偏振旋转部分的晶向差异。例如，所述调制部分的波导与所述偏振旋转部分的波导其中一个为x切且光沿y方向传输，另一个为y切且光沿x方向传输。
参考图5所示，为一个具体的光偏振变化示意图，其中，(a)为入射光的方向，(b)为偏振旋转部分与调制部分的交界面处光的方向，(c)为出射光的方向，从图5可以看出，出射光的方向(图5中的z方向)相较于入射光的方向(图5中的x方向)顺时针旋转了90度，实现了光由TMO模式转变为TEO模式。
参考图6所示，为本发明实施例还提供一种集成的偏振旋转调制器件的制备方法，可以包括以下步骤：
S1：制备调制部分以及指定长度的偏振旋转部分，所述指定长度根据入射光经过所述偏振旋转部分后所需要旋转的角度进行确定。
S2：在所述调制部分以及所述偏振旋转部分制备波导结构。
S3：将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成。
具体的，可以通过干法刻蚀、化学机械抛光、钛扩散以及质子交换等工艺，制备波导结构。
具体的，可以通过外延将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成，或者通过键合将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成，或者在预先选择的衬底上混合集成所述偏振旋转部分与所述调制部分。
具体的，通过预先制备多个不同长度的偏振旋转部分，并将入射光所需要旋转的角度与入射光经过各个不同长度的偏振旋转部分后旋转的角度进行比较，以确定所述指定长度的取值。
还需要说明的是，上述步骤S2和S3的顺序可以进行互换，也就是在制备时，可以先将指定长度的偏振旋转部分与调制部分进行集成，再制备波导结构。
在一个具体的实施例中，可以通过以下工艺流程进行制备：
首先，选择X切Y传的铌酸锂单晶制备衬底，设计确定调制器芯片的整体结构，包括波导结构、电极结构等，制作掩膜层，掩膜层的材料包括但不限于氧化硅材料，然后通过光刻工艺制作波导图形结构，随后利用质子交换和退火工艺制作出波导结构，利用蒸发、电镀等工艺制作出调制器芯片的电极结构，并对调制器芯片的光电性能进行测试。
之后，选定偏振选择部分的晶向为调制器芯片的晶向顺时针旋转45度。在第一次制备该偏振旋转调制器件时，需要先在偏振旋转部分上，使用和调制部分相同的波导制作工艺制备波导结构，然后测试偏振旋转部分的性能，使得进入的光模式由TM0转变为TE0，然后确定长度，在测试长度左右范围选定20个不同的偏振旋转部分的长度，进行切割，并将切割得到的20个不同长度的偏振旋转部分分别和调制部分集成在一起，最后进行整体封装测试，通过测试结果，确定偏振旋转部分的长度。
在第二次和第二次之后制备该偏振旋转调制器件时，可以省略掉确定偏振旋转部分的长度的步骤，直接按照预先确定好的指定长度进行切割，得到预定长度的偏振旋转部分，然后将偏振旋转部分和调制部分通过键合工艺，集成在一起，再在集成后的偏振旋转部分和调制部分上制备波导结构，最后利用蒸发、电镀等工艺制作出芯片电极结构电极，并封装测试。
本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。
以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种集成的偏振旋转调制器件，其特征在于，包括：
偏振旋转部分与调制部分；
其中，所述偏振旋转部分用于将入射光分解在两个相互垂直的方向，所述两个相互垂直的方向的折射率不同，以使所述入射光的偏振方向产生旋转，所述偏振旋转部分与所述调制部分的晶向不同，所述偏振旋转部分与所述调制部分均具有波导结构，在所述偏振旋转部分与所述调制部分相结合的端面，所述偏振旋转部分与所述调制部分的波导结构实现端面耦合。
2.根据权利要求1所述的偏振旋转调制器件，其特征在于，所述偏振旋转部分的晶向与长度根据入射光经过所述偏振旋转部分后所需要旋转的角度进行确定。
3.根据权利要求1所述的偏振旋转调制器件，其特征在于，所述偏振旋转部分与所述调制部分的波导结构为脊波导或体波导。
4.根据权利要求1所述的偏振旋转调制器件，其特征在于，所述偏振旋转部分与所述调制部分的晶向夹角为0度至90度。
5.根据权利要求1所述的偏振旋转调制器件，其特征在于，所述调制部分为铌酸锂体材料电光调制器或铌酸锂薄膜电光调制器。
6.根据权利要求1所述的偏振旋转调制器件，其特征在于，所述调制部分的波导为x切且使得光沿着y方向传输，或者为y切且使得光沿着x方向传输，所述偏振旋转部分的波导的端面通过以所述调制部分的波导的光传输方向为轴，顺时针或者逆时针旋转预定角度后，形成与所述偏振旋转部分的晶向差异。
7.根据权利要求6所述的偏振旋转调制器件，其特征在于，所述调制部分的波导与所述偏振旋转部分的波导其中一个为x切且光沿y方向传输，另一个为y切且光沿x方向传输。
8.一种用于制备权利要求1至7中任一项所述的偏振旋转调制器件的方法，其特征在于，包括：
制备调制部分以及指定长度的偏振旋转部分，所述指定长度根据入射光经过所述偏振旋转部分后所需要旋转的角度进行确定；
在所述调制部分以及所述偏振旋转部分制备波导结构；
将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过外延将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成，或者通过键合将所述偏振旋转部分与所述调制部分进行集成，或者在预先选择的衬底上混合集成所述偏振旋转部分与所述调制部分。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过预先制备多个不同长度的偏振旋转部分，并将入射光所需要旋转的角度与入射光经过各个不同长度的偏振旋转部分后旋转的角度进行比较，以确定所述指定长度的取值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| 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 |
Application publication date: 20210406 |
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