CN112904599A - 一种高速调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速调制器，包括光波导结构和行波电极结构，光波导结构包括第一光波导臂和第二光波导臂，行波电极包括接地电极和信号线，信号线对第一光波导臂和第二光波导臂施加相反方向的电场或电压，第一光波导臂和第二光波导臂均为折叠结构，信号线随第一光波导臂和第二光波导臂折叠，从而使得施加在第一光波导臂和第二光波导臂上的电场或电压均保持不变，或者使得施加在第一光波导臂和第二光波导臂上的电场或电压同步改变。与现有技术相比，本发明的优点在于：光波导的折叠结构，配合地‑信号‑地的共面波导行波电极结构，实现光在波导不同段的调制相加，在有限的器件长度内能够拥有更长的相移波导长度，同时还能确保带宽达到应用要求。

Description

一种高速调制器
技术领域
本发明涉及一种光学元器件，尤其是一种高速调制器。
背景技术
随着光通信系统的不断发展，光通信传输速率的要求不断提高，对调制器的性能要求也越来越高。传统的直调激光器或电吸收调制激光器的性能能够满足中短距离的数据传输，但在超远距离超高传输速率的信号传输上难以有突破性的进展，因此基于相位调制的马赫-曾德(MZ)调制器成为这一代甚至下一代超高性能调制器的不二之选。如今已商用的高速MZ调制器包括传统的体材料铌酸锂调制器、硅光调制器和磷化铟基调制器，而薄膜铌酸锂调制器也因为其卓越的电光性能和较低的材料成本被商业界所青睐，被公认为下一代高速调制器将采用的方案。在这些调制器的工作过程中，由于工作电压较高，需要高带宽、能输出较高电压的驱动器，而这类驱动器通常都非常昂贵，这也是这类调制器的应用有着昂贵成本的重要原因之一。
典型的MZ调制器，其原理是，使用分束器将光信号分为两束，再将电场加在材料上，利用材料的电光效应使得材料的折射率发生改变，从而改变两臂光信号的相位，最终通过合束器将两臂具有相位差的光信号合束，并将相位差转换为强度信号。如申请号为202010409764.1的中国专利公开的一种共面波导线电极结构及调制器，或者如申请号为201710255559.2的中国专利公开的一种硅基铌酸锂高速光调制器及其制备方法。
其中，调制器非常重要的指标为造成π相移所需的电压，即半波电压。半波电压的大小决定了调制器的工作电压大小，如果将调制器的半波电压降低到1.5V以下，调制器的驱动电源将可以由CMOS电路提供，这将大大的减小调制器的应用成本；由于相位调制的特性，在相同波导结构与行波电极结构下，以减小器件的半波电压为目标只能增加调制器的相位调制臂长(C.Wang,M.Zhang,X.Chen,M.Bertrand,A.Shams-Ansari,S.Chandrasekhar,P.Winzer,and M.Loncar,"Integrated lithium niobate electro-optic modulatorsoperating at CMOS-compatible voltages,"Nature 562,101-104(2018).)。
事实上，增加调制器调制臂长的方式虽然会在一定程度上降低器件的调制带宽，且能有效的将半波电压减小到1.5V以下，但这样做的结果就是器件的长度在2厘米以上，除非未来在半波电压-长度乘积值(VπL)上有一个较大的降低，否则器件的长度将很难有较大的减小。而过大的器件长度使得这类器件在商业化的过程中将遭遇不小的困难，在封装的过程中器件的尺寸将成为一个待解决的难题。
综上所述，如今的MZ调制器在实现低半波电压的情况下难以维持一个较小的器件尺寸，急需在片上同时实现低半波电压和较小尺寸的高速调制器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种高速调制器，能够减小器件的半波电压的同时不增加器件的长度，同时还能确保器件的带宽达到应用要求。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高速调制器，包括光波导结构和行波电极结构，所述光波导结构包括第一光波导臂和第二光波导臂，所述行波电极包括接地电极和信号线，所述信号线对第一光波导臂和第二光波导臂施加相反方向的电场或电压，其特征在于：所述第一光波导臂和第二光波导臂均为折叠结构，所述信号线随第一光波导臂和第二光波导臂折叠，从而使得施加在第一光波导臂和第二光波导臂上的电场或电压均保持不变，或者使得施加在第一光波导臂和第二光波导臂上的电场或电压同步改变。
根据本发明的一个方面，两个光波导臂上的电场或电压保持不变，所述第一光波导臂和第二光波导臂均包括直行臂和连接在相邻两个直行臂之间的弯曲臂，每个第一光波导臂的直行臂具有相应的第二光波导臂的直行臂，每个第一光波导臂的弯曲臂具有相应的第二光波导臂的弯曲臂；所述第一光波导臂的直行臂和第二光波导臂相应的直行臂并列间隔设置，所述第一光波导臂的弯曲臂和第二光波导臂的弯曲臂互相交叉；所述行波电极为单驱动结构，所述信号线包括输入电极、中间电极和输出电极，所述中间电极包括直行电极和弯曲电极，所述直行电极与第一光波导臂或第二光波导臂的直行臂相对应，所述直行电极位于第一光波导臂和第二光波导臂相对应的直行臂之间。
根据本发明的一个方面，两个光波导臂上的电场或电压同步改变，所述第一光波导臂和第二光波导臂均包括直行臂和连接在相邻两个直行臂之间的弯曲臂，每个第一光波导臂的直行臂具有相应的第二光波导臂的直行臂，每个第一光波导臂的弯曲臂具有相应的第二光波导臂的弯曲臂；所述第一光波导臂的直行臂和第二光波导臂相应的直行臂并列间隔设置，所述第一光波导臂的弯曲臂和第二光波导臂相应的弯曲臂并列间隔设置而互不交叉；所述行波电极为具有两个信号线的双驱动结构，其中一个信号线包括第一输入电极、第一中间电极和第一输出电极，另一个信号线包括第二输入电极、第二中间电极和第二输出电极；每个中间电极包括直行电极和弯曲电极，所述第一中间电极的直行电极与第一光波导臂对应的直行臂并列设置，所述第一中间电极的弯曲电极与第一光波导臂对应的弯曲臂互相交叉，所述第二中间电极的直行电极与第二光波导臂相对应的直行臂并列设置，所述第二中间电极的弯曲电极与第二光波导臂相对应的弯曲臂互相交叉。
为实现光的输入、调制和输出，所述光波导结构包括第一分束器和第二分束器，作为波导结构的输入端的输入光波导、作为波导结构的输出端的输出光波导、所述第一光波导臂和第二光波导臂各自的一端连接到第一分束器的输出端，所述第一光波导臂和第二光波导臂各自的另一端连接到第二分束器的输入端，所述输出光波导连接到第二分束器的输出端。
为减少器件的耦合损耗，所述光波导结构还包括作为波导结构的输入端的输入光波导以及作为波导结构的输出端的输出光波导，所述输入光波导与输出光波导均采用模斑转换器结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将光波导结构设置成折叠结构，配合地-信号-地的共面波导行波电极结构，实现光在波导不同段的调制相加，在有限的器件长度内能够拥有更长的相移波导长度，即更长的光学长度与相移长度，同时还能确保带宽达到应用要求；两臂的电光效应方向相反，调制造成的相位改变相反，形成天然的推拉效应，减小一半调制器的半波电压，即造成π相移所需的电压；行波电极的微波相速度设计与光的群速度相匹配以获得更高的调制带宽；在调制过程中行波电极的长度与光波导的长度相同，保持光信号与电信号的匹配，减少因信号传播长度不匹配造成的带宽衰减。
附图说明
图1为本发明实施例一的高速调制器的光波导结构示意图。
图2为本发明实施例一的高速调制器行波电极结构示意图。
图3为本发明实施例一的光波导截面结构示意图。
图4为本发明实施例二的高速调制器光波导结构示意图。
图5为本发明实施例二的高速调制器行波电极结构示意图。
图6为本发明实施例一与实施例二中光波导深度与电极间隔与半波电压以及光波导模式损耗的仿真结果图。
图7为本发明实施例一与实施例二的光波导结构特征阻抗仿真图与微波相位折射率的仿真结果图。
图8为本发明实施例一与实施例二的带宽仿真与计算结果图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
参见图1～图3，一种高速调制器，其包括光波导结构和行波电极结构，光波导结构在图2中以虚线示出。
其中，光波导结构包括第一输入光波导11、第二输入光波导12、第一分束器13，第一光波导臂14、第二光波导臂15、第二分束器16、第一输出光波导17和第二输出光波导18。第一输入光波导11和第二输入光波导12作为光波导结构的输入端，第一输出光波导17和第二输出光波导18作为光波导结构的输出端。分束器可以为多模干涉耦合器。
其中，第一分束器13和第二分束器16均为2×2多模干涉耦合器。第一输入光波导11和第二输入光波导12分别连接到第一分束器13的两个输入端，第一光波导臂14和第二光波导臂15则分别连接到第一分束器13的两个输出端。
其中，第一光波导臂14为一体结构，包括依次连接的第一直行臂141、第一弯曲臂142、第二直行臂143、第二弯曲臂144、第三直行臂145。第二光波导臂15为一体结构，包括依次连接的第四直行臂151、第三弯曲臂152、第五直行臂153、第四弯曲臂154和第六直行臂155。第一光波导臂14的每个直行臂对应第二光波导臂15的一个直行臂，第一光波导臂14的每个弯曲臂对应第二光波导臂15的一个弯曲臂。
其中，第一直行臂141的一端连接第一分束器13的一个输出端、另一端连接第一弯曲臂142的一端，第一弯曲臂142的另一端连接第二直行臂143的一端，第二直行臂143的另一端则连接第二弯曲臂144的一端，第二弯曲臂144的另一端则连接第三直行臂145的一端，第三直行臂145的另一端连接到第二分束器16的一个输入端。第四直行臂151的一端连接第一分束器13的另一个输出端、另一端连接第三弯曲臂152的一端，第三弯曲臂152的另一端连接第五直行臂153的一端，第五直行臂153的另一端则连接第四弯曲臂154的一端，第四弯曲臂154的另一端则连接第六直行臂155的一端，第六直行臂155的另一端连接到第二分束器16的另一个输入端。第一输出光波导17和第二输出光波导18分别连接到第二分束器16的两个输出端。
其中，第一直行臂141、第二直行臂143、第三直行臂145、第四直行臂151、第五直行臂153和第六直行臂155并列布置，由图1和图2上看，均为沿着左右方向延伸。上述第一光波导臂14的各直行臂和第二光波导臂15的各直行臂相间布置，即以第四直行臂151、第一直行臂141、第五直行臂153、第二直行臂143、第六直行臂155和第三直行臂145的方式相间布置。由此，第一弯曲臂142和第三弯曲臂152具有第一交叉处191，第二弯曲臂144和第四弯曲臂154具有第二交叉处192。
这种连接方式，使得第一光波导臂14和第二光波导臂15各自的直行臂始终保持相对固定的位置关系，即从图1和图2上看，第一光波导臂14的直行臂位于第二光波导臂15相应位置直行臂的上方(俯视图中的上方)。两个光波导臂的相交部分可调整距离使得相交处为90度垂直以减小光波导交叉导致的损耗和串扰。
优选的，输入光波导与输出光波导可以采用逐渐展宽的结构或者模斑转换器结构以减少器件的耦合损耗。输入输出光波导和两个光波导臂均为单模波导，单模波导与多模干涉耦合器的多模波导区相连部分可以采用锥形渐变波导，降低连接损耗。可以选择合适的波导刻蚀深度与波导宽度以调整光波导中的模式大小从而使得调制电场更好的作用于光波导的芯层同时不造成大的额外的波导损耗。
行波电极的微波相速度设计与光的群速度相匹配以获得更高的调制带宽。行波电极结构为单驱动结构，包括接地电极21、输入电极22、中间电极23和输出电极24，其中，接地电极21覆盖光波导结构，输入电极22、中间电极23和输出电极24构成信号线。输入电极22作为信号线的输入端，输出电极24作为信号线的输出端。光波导结构可仅在输入和输出部分位于接地电极21区域外，使用单输入的行波电极结构配合交叉的光波导结构来实现调制在相位调制臂上每一段光波导调制的叠加。每一部分的尺寸设计和光波导结构设计均使得特征阻抗均在50欧姆附近以减小射频信号在电极上输入、输出与传输过程中的反射，从而增加调制带宽。可以改变行波电极的调制部分(中间电极23)的尺寸设计和光波导结构设计使得微波相速度的大小与光的群速度尽可能接近，以减小因微波相速度与光的群速度的不匹配而造成的带宽衰减。
输入电极22由第四直行臂151远离第一直行臂141一侧接入，从第三直行臂145远离第六直行臂155一侧接出。中间电极23连接在输入电极22和输出电极24之间，其为一体结构，包括依次连接的第一直行电极231、第一弯曲电极232、第二直行电极233、第二弯曲电极234和第三直行电极235，其中，第一直行电极231的一端和输入电极22连接，连接处可为弯曲状，第一直行电极231的另一端则与第一弯曲电极232的一端连接，第一弯曲电极232的另一端与第二直行电极233的一端连接，第二直行电极233的另一端与第二弯曲电极234的一端连接，第二弯曲电极234的另一端与第三直行电极235的一端连接，第三直行电极235的另一端则与输出电极24连接，连接处可为弯曲状。第一光波导臂14的每个直行臂对应中间电极23的一个直行电极，第一光波导臂14的每个弯曲臂对应中间电极23的一个弯曲电极。
其中，第一直行电极231位于第四直行臂151和第一直行臂141之间，第二直行电极233位于第五直行臂153和第二直行臂143之间，第三直行电极235位于第六直行臂155和第三直行臂145之间。优选的，各直行臂互相平行，即每个弯曲臂处进行180°的转向。也就是说，当第一光波导臂14和第二光波导臂15位置互换时，中间电极23的电场方向也发生变化。由此，第一光波导臂14和第二光波导臂15各自施加的电场或电压保持不变，两个光波导臂始终被施加相反的电场或电压。
行波电极结构的信号线的长度与光波导结构的长度相等。行波电极结构的弯曲部分设计，其等效长度与相对应光波导长度相等以减少信号的不匹配。利用电极的弯曲结构使得电极的输入输出端与光波导的输入输出端为互相垂直的方向，方便器件的测试或封装。即参见图2，第一输入光波导11和第二输入光波导12的方向与输入电极22的方向优选的垂直。可以选择合适的电极与光波导间距使得调制电场更好的作用于光波导的芯层同时不造成大的额外的波导损耗。
第一光波导臂14、第二光波导臂15、中间电极23，也可以经过更多次的弯曲，只要保证上述的相对位置不变即可。上述的“一体结构”是指一体延伸，“连接”是为了说明相邻的两段之间的位置关系，而并不是指需要外部的机构帮助连接。
本实施例中所展示的行波电极结构为典型的共面微带线结构的变体，由一条信号线与其共面的两边大面积接地组成，以传导高频信号经过器件最后输出。
在本实施例中，光波导结构为硅上x切铌酸锂薄膜晶片，如图3所示为本发明实施例一的光波导截面结构示意图，从下往上依次为衬底101、掩埋层102、薄膜103、金电极104和盖层105，其中，衬底101为硅材料衬底，掩埋层102为氧化硅层，薄膜103为x切铌酸锂薄膜，盖层105为氧化硅。优选的，掩埋层102的厚度为2μm，薄膜103的厚度为0.6μm，光波导选择浅刻蚀的波导，脊的高度选择在0.3μm，金电极104的厚度选择为0.9μm，盖层105的厚度选择为0.8μm。
材料的电光效应与电场的方向相关，一个电极上的信号为VRF，能够同时朝不同的方向改变两个臂上的折射率，例如x切的薄膜铌酸锂材料中电场方向分别朝+y方向和-y方向时，两臂的调制相位差为单臂的两倍，这样半波电压为单个臂调制的二分之一。
第一光波导臂14和第二光波导臂15可以利用高速偏置器或者由独立的偏置电极利用热光效应、电光效应或者其他方式将光波导的相位调制到工作点，然后第一光波导臂14所对应电极被加上高速调制电信号VRF1，加载到第一光波导臂14上的电场通过电光效应可以改变材料的折射率从而改变光波导中的模式有效折射率Δneff1，第二光波导臂15被施加高速调制信号VRF2，此光波导上的模式有效折射率改变为Δneff2，则两个光波导臂上相位的变化可表示为：
Figure BDA0003009850600000061
上式中，λ为高速调制器的入射光波长，L为光波导臂相移区的长度。
参见图2，本实施例的工作原理为：
外部激光器输出的激光采用端面耦合或者垂直耦合的方式产生的入射光进入第一输入光波导11或第二输入光波导12后被第一分束器13分成两束光分别进入第一光波导臂14和第二光波导臂15；同时，高速RF信号由输入电极22输入进入调制器的相位调制臂(中间电极23)区域，在相位调制臂区域被调制，光和调制信号在调制臂上以相同的速度向前传播，在向右传播的过程中调制信号对上下两个光波导臂的相位调制为相反的(L.Arizmendi,"Photonic applications of lithium niobate crystals,"physicastatus solidi(a)201,253-283(2004).)，分别改变两个光波导臂的有效折射率，使得两个光波导臂的光信号相位分别发生改变，实现低电压的高速调制。在经过光波导结构的第一相交处191之后两光波导臂的光信号向左传播，第一光波导臂14依然在第二光波导臂15的上方，行波电极也经由第一弯曲电极232向左进行传播，依据铌酸锂材料的性质，调制信号在向左调制过程与第一段向右调制过程为相互积累；在经过多次调转方向后，这两束光在第二分束器16中将两臂的相位差信号转化为光的强度信号，完成光的调制。即两个光波导臂被施加相反的相移电场或电压，造成相反的相位改变，最终两臂相位之差为两臂相位调制之和，经过多模干涉耦合器后相位之差转化为强度信息，实现相位调制功能。
通过上述结构，实现了在有限的器件长度实现更高的有效调制长度，显著地降低了单位器件长度的半波电压值；另外由于调制器的分束器与合束器均采用了2×2多模干涉耦合器，因此在特定的输入与输出端口下能实现较高的消光比。
实施例二
参见图4和图5，与上述实施例一的不同之处在于，第一光波导臂14和第二光波导臂15在延伸的过程中，位置发生互换，即第一弯曲臂142和第三弯曲臂152并列布置，第二弯曲臂144和第四弯曲臂154并列布置，第一弯曲臂142的弯曲弧长(包括半径)小于第三弯曲臂152，第二弯曲臂144的弯曲弧长(包括半径)则大于第四弯曲臂154。由此，第一光波导臂14和第二光波导臂15不再有相交处，两者始终保持并列的方式延伸，各直行臂在图4中由下至上依次为第四直行臂151、第一直行臂141、第二直行臂143、第五直行臂153、第六直行臂155和第三直行臂145。
行波电极为双驱动结构，输入电极具有两个，分别为第一输入电极221和第二输入电极222，中间电极同样的具有两个，分别为第一中间电极231和第二中间电极232，输出电极24也具有两个，分别为第一输出电极241和第二输出电极242。行波电极结构用双驱动的行波电极结构配合简单的弯曲折叠光波导来实现调制在相位调制臂上每一段光波导调制的叠加。输入与输出部分可以使用弯曲结构使得两个信号线的输入输出部分长度相同，以减少信号的不匹配。
其中，第一中间电极231为一体结构，包括依次连接的第一直行电极2311、第一弯曲电极2312、第二直行电极2313、第二弯曲电极2314和第三直行电极2315；第二中间电极232为一体结构，包括依次连接的第四直行电极2321、第二弯曲电极2322、第五直行电极2323、第四弯曲电极2324和第六直行电极2325。第一中间电极231的第一弯曲电极2312和第二中间电极232的第三弯曲电极2322并列布置，第一中间电极231的第二弯曲电极2314和第二中间电极232的第四弯曲电极2324并列布置，并列的方式与第一光波导臂14和第二光波导臂15的弯曲臂的并列布置方式相同。
第一中间电极231的第一直行电极2311位于第一光波导臂14的第一直行臂141远离第二光波导臂15的第四直行臂151的一侧，第二直行电极2313位于第二直行臂143朝向第五直行臂153的一侧，第三直行电极2315位于第三直行臂145远离第六直行臂155的一侧。第二中间电极232的第四直行电极2321位于第二光波导臂15的第四直行臂151朝向第一光波导臂14的第一直行臂141的一侧，第五直行电极2323位于第五直行臂153远离第二直行臂143的一侧，第六直行电极2325位于第六直行臂155朝向第三直行臂145的一侧。
也就是说，第一中间电极231沿着第一光波导臂14延伸并且在每一次弯曲时均与第一光波导臂14交叉，第二中间电极232沿着第二光波导臂15延伸并且在每一次弯曲时均与第二光波导臂15交叉。
当两条光波导臂被施加的调制信号存在VRF1＝-VRF2的关系时，即两臂调制信号为差分信号时，电压的改变为2VRF1，因此半波电压为单个臂调制的二分之一。
参见图4，本实施例的工作原理为：
外部激光器输出的激光采用端面耦合或者垂直耦合的方式产生的入射光进入第一输入光波导11或第二输入光波导12后被第一分束器13分成两束光分别进入第一光波导臂14和第二光波导臂15；同时，高速差分RF信号(VRF和-VRF)分别由第一输入电极221和第二输入电极222进入调制器的相位调制臂(第一中间电极231和第二中间电极232)区域，在相位调制臂区域被调制光和调制信号在调制臂上以相同的速度向前传播，在向前传播的过程中调制电极始终在被调制光波导的上方，因此在每一段调制光波导上的调制是累积的；在经过多次调转方向后，这两束光在第二分束器16中将两臂的相位差信号转化为光的强度信号，完成光的调制。
首先，高速调制器的直流情况，在静电场情况下，铌酸锂材料折射率的改变Δn可以表示为以下公式：
Figure BDA0003009850600000091
上式中，ne为铌酸锂的非常光折射率，Ez(x,z)为沿着z方向的电场。因此有效折射率的改变Δneff可以表示为以下公式：
Figure BDA0003009850600000092
Figure BDA0003009850600000093
上式中ez(x,z)为光波导结构中TE模的光场强度，Γ代表模式在铌酸锂波导中的光场限制因子。所以，当光在波导中传输一定距离L时，光的相位变化可表示为以下公式：
Figure BDA0003009850600000094
当相位变化为π时，电极上加的电压就是器件的半波电压Vπ，可以计算出电压-长度常数VπL可表示为以下公式：
Figure BDA0003009850600000095
通过静电场的仿真可以计算出限制因子Γ，从而得到VπL。如图6所示为在长度L等于0.5cm，光波导宽度为1.5μm的条件下，不同光波导刻蚀深度和电极距离的仿真结果图，从图中选取刻蚀深度0.3μm和电极距离5μm作为实施例一与实施例二的光波导结构，此时光波导损耗的仿真结果为0.1dB/cm，而VπL的仿真结果为1.75V·cm。在此仿真结果的基础上，选择实施例一与实施例二中三段调制臂中的每一段臂长为0.4cm，因此有效的调制臂长为1.2cm，对应仿真的半波电压Vπ为1.46V。
接下来利用有限元计算方法对光波导结构的特征阻抗和微波折射率进行仿真计算，得到在金属电极宽度为12.5μm，氧化硅盖层厚度0.8μm时，微波折射率的仿真值与特征阻抗值在50欧姆左右，如图7所示为实施例一与实施例二的光波导结构射频仿真结果。
通过射频仿真结果可以得到理论的电光响应曲线，可由以下公式表示：
Figure BDA0003009850600000096
上式中α为电极的衰减常数，L为电极的长度，b由等式
Figure BDA0003009850600000097
定义，其中nμ为微波折射率，no为光的群折射率，参数b表示微波折射率与光的群折射率的不匹配度。
如图8所示为由上式计算的电光响应曲线，由图中曲线可知，实施例一与实施例二的3-dB带宽理论值可达40GHz。
在上述两个实施例中，光波导均为单模波导，多模干涉耦合器的干涉区实际是多模波导，两者之间采用了锥形渐变波导使其相连，可大大降低连接时的损耗。
从上述描述可知，本发明的应用实施例一和实施例二提供的高速调制器，利用弯曲和/或交叉的折叠波导结构(本发明中的“折叠”是指平面上的折叠，如在图1或图4所示的纸面上的折叠，而并非在如穿透电极方向上的折叠)以及共面波导的行波电极结构，有效实现了长臂长MZ调制器的折叠。本发明具有半波电压小，制作容差大，消光比高的特点，能够实现小长度的高性能高速调制器。
此外，器件芯片材料的选择可以改为其他相位调制的材料，随着材料的改变器件的光波导结构也会有相应的改变，通过本发明的思路同样能够减小器件的长度。光波导的刻蚀深度与宽度可以进行调整以获得不同的调制效果，会影响理论调制的半波电压和波导损耗。金属的间隔可以进行调整以获得不同的调制效果，会影响理论调制的半波电压和波导损耗。可以通过调节上盖层氧化硅和下盖层氧化硅的厚度或材料，进而调整器件的射频参数。可以通过调节金属电极的宽度、金属厚度与金属间隔宽度，进而调整器件的射频参数。可以通过调整波导与电极的弯曲次数以及输出波导的方向实现更多或更少次数的折叠，以此获得不同要求的半波电压与3-dB电光响应带宽。可以通过高频探针外接50欧姆终端电阻或者金丝连接50欧姆终端电阻或者片上制作50欧姆终端电阻的方式实现调制信号的终止。

Claims (5)

1.一种高速调制器，包括光波导结构和行波电极结构，所述光波导结构包括第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)，所述行波电极包括接地电极(21)和信号线，所述信号线对第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)施加相反方向的电场或电压，其特征在于：所述第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)均为折叠结构，所述信号线随第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)折叠，从而使得施加在第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)上的电场或电压均保持不变，或者使得施加在第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)上的电场或电压同步改变。
2.根据权利要求1所述的高速调制器，其特征在于：所述第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)均包括直行臂和连接在相邻两个直行臂之间的弯曲臂，每个第一光波导臂(14)的直行臂具有相应的第二光波导臂(15)的直行臂，每个第一光波导臂(14)的弯曲臂具有相应的第二光波导臂(15)的弯曲臂；所述第一光波导臂(14)的直行臂和第二光波导臂(15)相应的直行臂并列间隔设置，所述第一光波导臂(14)的弯曲臂和第二光波导臂(15)的弯曲臂互相交叉；所述行波电极为单驱动结构，所述信号线包括输入电极(22)、中间电极(23)和输出电极(24)，所述中间电极(23)包括直行电极和弯曲电极，所述直行电极与第一光波导臂(14)或第二光波导臂(15)的直行臂相对应，所述直行电极位于第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)相对应的直行臂之间。
3.根据权利要求1所述的高速调制器，其特征在于：所述第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)均包括直行臂和连接在相邻两个直行臂之间的弯曲臂，每个第一光波导臂(14)的直行臂具有相应的第二光波导臂(15)的直行臂，每个第一光波导臂(14)的弯曲臂具有相应的第二光波导臂(15)的弯曲臂；所述第一光波导臂(14)的直行臂和第二光波导臂(15)相应的直行臂并列间隔设置，所述第一光波导臂(14)的弯曲臂和第二光波导臂(15)相应的弯曲臂并列间隔设置而互不交叉；所述行波电极为具有两个信号线的双驱动结构，其中一个信号线包括第一输入电极(221)、第一中间电极(231)和第一输出电极(241)，另一个信号线包括第二输入电极(222)、第二中间电极(232)和第二输出电极(242)；每个中间电极包括直行电极和弯曲电极，所述第一中间电极(231)的直行电极与第一光波导臂(14)对应的直行臂并列设置，所述第一中间电极(231)的弯曲电极与第一光波导臂(14)对应的弯曲臂互相交叉，所述第二中间电极(232)的直行电极与第二光波导臂(15)相对应的直行臂并列设置，所述第二中间电极(232)的弯曲电极与第二光波导臂(15)相对应的弯曲臂互相交叉。
4.根据权利要求1所述的高速调制器，其特征在于：所述光波导结构包括作为波导结构的输入端的输入光波导、作为波导结构的输出端的输出光波导、第一分束器(13)和第二分束器(16)，所述输入光波导连接到第一分束器(13)的输入端，所述第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)各自的一端连接到第一分束器(13)的输出端，所述第一光波导臂(14)和第二光波导臂(15)各自的另一端连接到第二分束器(16)的输入端，所述输出光波导连接到第二分束器(16)的输出端。
5.根据权利要求1所述的高速调制器，其特征在于：所述波导结构还包括作为波导结构的输入端的输入光波导以及作为波导结构的输出端的输出光波导，所述输入光波导与输出光波导均采用模斑转换器结构。
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