CN113467106A - 折叠型马赫曾德尔调制器 - Google Patents

Abstract

提供一种折叠型马赫曾德尔调制器，包括：分光元件，包括第一输入端、第一输出端和第二输出端；合光元件，包括第二输入端、第三输入端和第三输出端；第一波导臂和第二波导臂，材料为电光材料且整体呈折叠状，第一波导臂和第二波导臂在每个转弯区一体交叉，第一波导臂连接第一输出端和第二输入端，第二波导臂连接第二输出端和第三输入端；及，射频电极，包括整体呈折叠状且无交叉依次排列的第一地电极、第一信号电极和第二地电极，在每个射频调制区，第一地电极和第一信号电极配置为向第一波导臂施加射频电压，第二地电极和第一信号电极配置为向第二波导臂施加射频电压。本公开实施例可以在满足器件性能需求的前提下，实现器件的小型化设计。

Description

折叠型马赫曾德尔调制器

技术领域

本公开涉及光通信技术领域，特别是涉及一种折叠型马赫曾德尔(Mach-Zehnder)调制器。

背景技术

近年来，随着物联网、无人驾驶、远程医疗、远程教育等新兴网络应用业务的飞速发展，对于高速大容量通信技术提出了更高的要求。光通信因其带宽大、可靠性高、成本低、抗干扰能力强等特点，在高速、大容量通信方向取得了飞速的发展。如何将高速电信号加载到光载波上是一项核心研究内容。

电光调制器是基于电光材料(Electro-optic materials)的电光效应制成的一种调制器。电光效应是指，当对例如铌酸锂晶体、砷化稼晶体或钽酸锂晶体等电光材料施加电压时，电光材料的折射率会发生变化，进而引起通过该电光材料的光波的特性发生变化。利用电光效应，可以实现对光信号相位、幅度、强度以及偏振状态等参数的调制。

马赫曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator)是电光调制器的一种，其是将输入光信号等分成两个分支光信号，使之分别进入两个波导臂，这两个波导臂采用电光材料，其折射率随外加调制电压的变化而变化。波导臂的折射率变化会引起分支光信号的相位变化，因此，两个分支光信号汇合后输出的是一个强度随调制电压变化的干涉信号。简而言之，马赫曾德尔调制器通过控制施加在两个波导臂上的调制电压，可以实现不同边带的调制。马赫曾德尔调制器作为将电信号转换成光信号的器件，是光互连、光计算、光通信系统中常见的核心器件之一。

随着人们对于高速、大容量通信技术的需求日益迫切，对于马赫曾德尔调制器的器件性能和器件尺寸均提出了更高的要求。

发明内容

本公开实施例提供了一种折叠型马赫曾德尔调制器，以在满足器件性能需求的前提下，实现器件的小型化设计。

本公开实施例提供的折叠型马赫曾德尔调制器，包括N个沿长度方向延伸的射频调制区和N-1个转弯区，N≥2，折叠型马赫曾德尔调制器包括：分光元件，包括第一输入端、第一输出端和第二输出端；合光元件，包括第二输入端、第三输入端和第三输出端；第一波导臂和第二波导臂，材料为电光材料且整体呈折叠状，第一波导臂和第二波导臂在每个转弯区一体交叉，第一波导臂连接第一输出端和第二输入端，第二波导臂连接第二输出端和第三输入端；及，射频电极，包括整体呈折叠状且无交叉依次排列的第一地电极、第一信号电极和第二地电极，在每个射频调制区，第一地电极和第一信号电极配置为向第一波导臂施加射频电压，第二地电极和第一信号电极配置为向第二波导臂施加射频电压。

在一些实施例中，第一波导臂和第二波导臂在每个转弯区一体垂直交叉。

在一些实施例中，第一地电极、第一信号电极和第二地电极在转弯区呈同心圆弧状弯曲。

在一些实施例中，第一波导臂和第二波导臂与第一地电极、第一信号电极和第二地电极的转弯同步；或者，第一波导臂和第二波导臂相比第一地电极、第一信号电极和第二地电极的转弯滞后；或者，第一波导臂和第二波导臂相比第一地电极、第一信号电极和第二地电极的转弯超前。

在一些实施例中，折叠型马赫曾德尔调制器包括依次设置的衬底、隔离层、波导层、电极层、绝缘材料层和电桥层，其中，第一波导臂和第二波导臂位于波导层；第一信号电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第一信号电极的位于电桥层的部分与第一信号电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第一信号电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂有交叠。

在一些实施例中，第一地电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第一地电极的位于电桥层的部分与第一地电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第一地电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂有交叠；和/或，第二地电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第二地电极的位于电桥层的部分与第二地电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第二地电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂有交叠。

在一些实施例中，第一地电极位于电极层，并且在垂直于衬底的方向上，第一地电极与第一波导臂、第二波导臂无交叠；或者，第一地电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第一地电极的位于电桥层的部分与第一地电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第一地电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂无交叠。

在一些实施例中，第二地电极位于电极层，并且在垂直于衬底的方向上，第二地电极与第一波导臂、第二波导臂无交叠；或者，第二地电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第二地电极的位于电桥层的部分与第二地电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第二地电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂无交叠。

在一些实施例中，波导层为脊波导层，包括平板层和位于平板层之上的脊凸层，第一波导臂和第二波导臂位于脊凸层，电极层形成在平板层的远离衬底的表面；或者

波导层为脊波导层，包括平板层和位于平板层之上的脊凸层，第一波导臂和第二波导臂位于脊凸层，平板层具有刻槽，电极层嵌入刻槽内；或者

波导层为包括第一波导臂和第二波导臂的脊凸层，电极层形成在隔离层的远离衬底的表面。

在一些实施例中，折叠型马赫曾德尔调制器还包括：

设于射频电极与分光元件之间、或者设于射频电极与合光元件之间的相位补偿调制模块。

根据本公开的一个或多个实施例，由于采用了折叠设计，相比传统型马赫曾德尔调制器，可以大大缩减长度方向的尺寸。为了获得更佳的器件性能，可以根据需求设计增加波导臂的长度，而对器件的整体长度影响较小。第一波导臂和第二波导臂采用相同的材料并且在每个转弯区一体交叉，这样可以降低光在第一波导臂和第二波导臂中的各自的传输损耗以及减少相互之间的串扰，有利于提升器件的性能。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：

图1是传统型马赫曾德尔调制器的简化结构俯视图；

图2是根据本公开一些示例性实施例的折叠型马赫曾德尔调制器的结构俯视图及局部结构剖视图；

图3是根据本公开另一些示例性实施例的折叠型马赫曾德尔调制器的结构俯视图及局部结构剖视图；

图4是根据本公开又一些示例性实施例的折叠型马赫曾德尔调制器的结构俯视图及局部结构剖视图；

图5是根据本公开再一些示例性实施例的折叠型马赫曾德尔调制器的结构俯视图及局部结构剖视图；及

图6是根据本公开再一些示例性实施例的折叠型马赫曾德尔调制器的结构俯视图及局部结构剖视图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

如图1所示，为一种传统型马赫曾德尔调制器的结构示意图。在理想状态下，马赫曾德尔调制器001的两个波导臂02绝对相同。马赫曾德尔调制器001不工作时，两个波导臂02均不发生电光效应，输入光经过分光元件01后被等分为两个分支光信号，两个分支光信号在各自经过一个波导臂02后相位仍然相同，因此，会从合光元件05输出两个分支光信号的相干加强信号。马赫曾德尔调制器001工作时，调制电极04(例如包括信号电极040、第一地电极041和第二地电极042)对两个波导臂02施加调制电压，两个分支光信号在各自经过一个波导臂02后相位可以相差Π的奇数倍或偶数倍，当相位相差Π的偶数倍时，合光元件05输出两个分支光信号的相干加强信号，当相位相差Π的奇数倍时，合光元件05输出两个分支光信号的相干抵消信号。

从图中可以看出，这种传统型马赫曾德尔调制器的结构特点是细长型，其长度通常在毫米或者厘米量级，而其宽度通常在几百微米量级，此外，为了尽量降低驱动电压，也会设计增加两个波导臂的长度。虽然马赫曾德尔调制器的宽度尺寸较小，但其整体尺寸仍主要由长度尺寸决定，因此，如何在不影响器件性能的前提下，实现器件的小型化设计，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

本公开实施例提供了一种折叠型马赫曾德尔调制器，其可以在满足器件性能需求的前提下，实现器件的小型化设计。

如图2所示，本公开一些实施例提供了一种折叠型马赫曾德尔调制器1，包括N个沿长度方向延伸的射频调制区101和N-1个转弯区102，其中，N≥2(该实施例中，以N＝2示意)。折叠型马赫曾德尔调制器1的主要结构包括分光元件210、合光元件220、第一波导臂310、第二波导臂320以及射频电极，其中，射频电极包括第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420。

分光元件210包括第一输入端211、第一输出端212和第二输出端213，合光元件220包括第二输入端221、第三输入端222和第三输出端223。第一波导臂310连接第一输出端212和第二输入端221，第二波导臂320连接第二输出端213和第三输入端223。第一波导臂310和第二波导臂320的材料为电光材料且整体呈折叠状，第一波导臂310和第二波导臂320在每个转弯区102一体交叉。

第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420整体呈折叠状且无交叉依次排列。如图2所示，射频电极(即第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420整体)与第一波导臂310和第二波导臂320在长度方向上至少部分重叠，每个重叠的区域即为一个射频调制区101。在射频调制区101，第一地电极410和第一信号电极430配置为向第一波导臂310施加射频电压，第二地电极420和第一信号电极430配置为向第二波导臂320施加射频电压。

在本公开实施例中，N为自然数，并且N≥2，可以理解的，当射频调制区101的数量为偶数时(例如图2所示，N＝2时)，分光元件210和合光元件220设置在该折叠型马赫曾德尔调制器1的同一侧，当射频调制区101的数量为奇数时(例如图6所示，N＝3时)，分光元件210和合光元件220设置在该折叠型马赫曾德尔调制器1的相对侧。

本公开实施例提供的折叠型马赫曾德尔调制器1，由于采用了折叠设计，相比传统型马赫曾德尔调制器，可以大大缩减长度方向的尺寸。为了获得更佳的器件性能，可以根据需求设计增加波导臂的长度，而对器件的整体长度影响较小。

第一波导臂310和第二波导臂320均采用电光材料，例如铌酸锂、钽酸锂或者磷酸氧钛钾等等。由于电光材料的折射率变化和电场方向有关，如果不将第一波导臂310和第二波导臂320在转弯区102交叉，那么，在转弯区102之后的下一个射频调制区101，两个波导臂将处于相反的电场中，从而使所产生的相位差相互抵消。因此，第一波导臂310和第二波导臂320在转弯区102需要设计为交叉结构，以保证两个波导臂在各个射频调制区101所处的电场方向不变。在图2中，第一信号电极430与第一地电极410所形成的电场、第一信号电极430与第二地电极420所形成的电场，分别如图中的虚线箭头所示，可以看出，每个波导臂在各个射频调制区101所处的电场方向是相同的。

在本公开实施例中，第一波导臂310和第二波导臂320采用相同的材料并且在每个转弯区102一体交叉，这样可以降低光在第一波导臂310和第二波导臂320中各自的传输损耗以及减少相互之间的串扰，有利于提升器件的性能。第一波导臂310和第二波导臂320的一体交叉结构可以通过波导层的刻蚀工艺形成。

如图2所示，在一些实施例中，第一波导臂310和第二波导臂320在每个转弯区102各自呈圆弧形并且交叉。如图3所示，第一波导臂310和第二波导臂320在每个转弯区102一体垂直交叉，这样，在交叉处，任意相邻波导分支之间的夹角为90度，从而将波导分支之间的传输干扰降至最低。虽然两个波导臂在转弯区102交叉，但光在两个波导臂中的传播仍然是大致按照波导臂的延伸方向，受交叉结构的影响微小，传输损耗较小。

本公开对第一波导臂310和第二波导臂320的交叉形状不局限上述实施例，例如，在一些实施例中，第一波导臂和第二波导臂在每个转弯区还可以呈折线形交叉。

如图2和图3所示，在该实施例中，第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420在转弯区102呈同心圆弧状弯曲，一方面便于加工制作，另一方面可以尽量减少电传输的损耗。当然，本公开对此不做具体限定，第一地电极、第一信号电极和第二地电极在转弯区也可以设计为其它形状。

本公开实施例的折叠型马赫曾德尔调制器1，沿光从分光元件210到合光元件220的传输方向(整体也呈折叠形状)，第一波导臂310和第二波导臂320相比第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420的转弯设置可以是同步、滞后或者超前。

射频电极根据射频电路的电信号向电光材料的第一波导臂310和第二波导臂320施加射频电压，从而实现对第一波导臂310和第二波导臂320中传输光信号的相位调制。然而，由于光场传输速率和电场传输速率的差异，可能导致两者在射频调制区101的传输速率失配。假设在射频调制区，V_光＞V_电，那么，根据L/V_光+ΔL1/V_光＝L/V_电，可以得到，ΔL1＝(L/V_电-L/V_光)*V_光；假设在射频调制区，V_电＞V_光，那么，根据L/V_电+ΔL2/V_电＝L/V_光，可以得到ΔL2＝(L/V_光-L/V_电)*V_电。因此，可以通过设计ΔL1或ΔL2来使光场和电场的传输速率相匹配，其中，V_电为电场传输速率，V_光为光场传输速率，L为射频调制区沿长度方向的尺寸，ΔL1为两个波导臂相比射频电极转弯滞后时在转弯区沿长度方向的尺寸，ΔL2为射频电极相比两个波导臂转弯滞后时在转弯区沿长度方向的尺寸。在本公开实施例中，可以通过第一波导臂310和第二波导臂320相比第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420的转弯先后设计来补偿上述传输速率的差异，使光场和电场在射频调制区101的传输相匹配，进而提高折叠型马赫曾德尔调制器1的器件性能。

如图2所示，本公开一些实施例的折叠型马赫曾德尔调制器1的层结构包括：依次设置的衬底510、隔离层520、波导层530、电极层540、绝缘材料层550和电桥层560。波导层530可以为图中所示的脊波导层，包括平板层和位于平板层之上的脊凸层531，平板层和脊凸层531为经过刻蚀形成的一体结构，电极层540的图案形成在平板层的远离衬底510的表面。

在本公开的另一些实施例中，波导层为脊波导层，包括平板层和位于平板层之上的脊凸层，平板层和脊凸层为经过刻蚀形成的一体结构，第一波导臂和第二波导臂位于脊凸层，平板层具有图案化的刻槽，电极层嵌入刻槽内。此外，波导层也可以不包括平板层而只包括脊凸层，脊凸层包括第一波导臂和第二波导臂，这样，电极层可以形成在隔离层的远离衬底的表面。

第一波导臂310和第二波导臂320位于脊凸层531，具体为脊凸层531的一些脊凸图案。在一些实施例中，分光元件210的用于分光的多模干涉波导，以及合光元件220的用于合光的多模干涉波导也位于波导层530，具体可以为脊凸层531的一些脊凸图案。

根据折叠型马赫曾德尔调制器1所包含射频调制区101的数量，以及第一波导臂310和第二波导臂320相比第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420的不同转弯位置设计，折叠型马赫曾德尔调制器1的具体结构设计也相差别，但均需要满足：第一波导臂310和第二波导臂320在转弯区102的交叉，以及避免第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420与第一波导臂310和第二波导臂320的实体交叉。

以下对本公开采用不同设计的马赫曾德尔调制器做进一步详细说明。

如图2所示，在一些实施例中，第一波导臂310和第二波导臂320与第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420的转弯同步，在转弯区102，第一波导臂310、第二波导臂320、第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420按照各自的曲率半径呈弯曲状并且同时开始转弯、同时结束转弯。

在该实施例中，第一信号电极430的一部分位于电极层540，一部分位于电桥层560，且位于电桥层560的部分与位于电极层540的部分电连接，例如，通过过孔结构551电连接。在垂直于衬底510的方向上，第一信号电极430的位于电桥层560的部分与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠。其中，过孔结构为绝缘材料层550上所形成的多个通孔。

具体的，第一信号电极430包括位于电极层540的第一主体部分1a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第一主体部分1a电连接的第一电桥部分1b。该实施例中，第一主体部分1a包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第一电桥部分1b呈弯曲状。第一地电极410整体位于电极层540，第二地电极420整体位于电极层540。在垂直于衬底510的方向上，第一主体部分1a与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠，第一电桥部分1b与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠，第一地电极410、第二地电极420均与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠。

虽然在垂直于衬底510的方向上，第一电桥部分1b与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠，但由于第一电桥部分1b与第一波导臂310、第二波导臂320分别在不同的结构层，因此，实体上并无交叉。该实施例结构设计，对于N＝2，或者N≥3的情形均适用。

在本公开的另一些实施例中，与图2所示实施例相比，其结构上的区别是，第一地电极、第二地电极也采用了电桥结构设计。例如，第一地电极包括位于电极层的第二主体部分和位于电桥层且与第二主体部分电连接(例如通过过孔结构电连接)的第二电桥部分，第二主体部分也包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第二电桥部分呈弯曲状。类似的，第二地电极包括位于电极层的第三主体部分和位于电桥层且与第三主体部分电连接(例如通过过孔结构电连接)的第三电桥部分，第三主体部分也包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第三电桥部分呈弯曲状。这样，可以改善第一地电极、第一信号电极、第二地电极可能存在的阻抗不匹配，有利于进一步提升器件的性能。

如图3所示，在一些实施例中，N＝2，第一波导臂310和第二波导臂320与第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420的转弯同步。

在该实施例中，第一信号电极430的一部分位于电极层540，一部分位于电桥层560，且第一信号电极430的位于电桥层560的部分与第一信号电极430的位于电极层540的部分电连接，例如通过过孔结构551电连接。第一地电极410的一部分位于电极层540，一部分位于电桥层560，且第一地电极410的位于电桥层560的部分与第一地电极410的位于电极层540的部分电连接，例如通过过孔结构551电连接。在垂直于衬底510的方向上，第一信号电极430的位于电桥层560的部分、第一地电极410的位于电桥层560的部分均与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠，第二地电极420与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠。

具体的，第一信号电极430包括位于电极层540的第一主体部分1a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第一主体部分1a电连接的第一电桥部分1b，第一主体部分1a包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第一电桥部分1b呈弯曲状。类似的，第一地电极410包括位于电极层540的第二主体部分2a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第二主体部分2a电连接的第二电桥部分2b，第二主体部分2a也包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第二电桥部分2b呈弯曲状。类似的，第二地电极420包括位于电极层540的第三主体部分3a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第三主体部分3a电连接的第三电桥部分3b，第三主体部分3a也包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第三电桥部分3b呈弯曲状。在垂直于衬底510的方向上，第一主体部分1a、第二主体部分2a、第三主体部分3a均与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠，第一电桥部分1b、第二电桥部分2b均与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠，第三电桥部分3b与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠。

在另一些实施例中，由于第二地电极与第一波导臂、第二波导臂无交叠，第二地电极也可以不采用电桥结构设计，而是整体位于电极层。

如图4所示，在一些实施例中，N＝2，第一波导臂310和第二波导臂320相比第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420的转弯滞后，在转弯区102，第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420按照各自的曲率半径设计呈弯曲状并且同时开始转弯、同时结束转弯，而第一波导臂310和第二波导臂320则是沿长度方向再延伸一段后再进行转弯。

该实施例在转弯区102的结构与图3所示实施例有相同之处。具体的，第一信号电极430包括位于电极层540的第一主体部分1a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第一主体部分1a电连接的第一电桥部分1b，第一主体部分1a包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第一电桥部分1b呈弯曲状。第一地电极410包括位于电极层540的第二主体部分2a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第二主体部分2a电连接的第二电桥部分2b，第二主体部分2a包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第二电桥部分2b呈弯曲状。第二地电极420包括位于电极层540的第三主体部分3a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第三主体部分3a电连接的第三电桥部分3b，第三主体部分3a包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，第三电桥部分3b呈弯曲状。在垂直于衬底510的方向上，第一主体部分1a、第二主体部分2a、第三主体部分3a均与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠，第一电桥部分1b、第二电桥部分2b均与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠，第三电桥部分3b与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠。

如图5所示，在一些实施例中，N＝2，第一波导臂310和第二波导臂320相比第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420的转弯超前，在转弯区102，第一波导臂310、第二波导臂320首先按照各自的曲率半径设计转弯，而第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420则是沿长度方向再延伸一段后再进行转弯。

在该实施例中，第一信号电极430的一部分位于电极层540，一部分位于电桥层560，且第一信号电极430的位于电桥层560的部分与第一信号电极430的位于电极层540的部分电连接，例如通过过孔结构551电连接。第一地电极410整体位于电极层540。第二地电极420的一部分位于电极层540，一部分位于电桥层560，且第二地电极420的位于电桥层560的部分与第二地电极420的位于电极层540的部分电连接，例如通过过孔结构551电连接。在垂直于衬底510的方向上，第一信号电极430的位于电桥层560的部分、第二地电极420的位于电桥层560的部分均与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠，第一地电极410与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠。

具体的，第一信号电极430包括位于电极层540的第一主体部分1a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第一主体部分1a电连接的第一电桥部分1b，第一主体部分1a包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，以及一个呈弯曲状的条形电极区，第一电桥部分1b包括两个沿长度方向延伸的条形电桥，两个条形电桥通过过孔结构551将第一主体部分1a电性导通。第一地电极410整体位于电极层540。第二地电极420的结构与第一信号电极430类似，包括位于电极层540的第三主体部分3a和位于电桥层560且通过过孔结构551与第三主体部分3a电连接的第三电桥部分3b，第三主体部分3a包括两个沿长度方向延伸的条形电极区，以及一个呈弯曲状的条形电极区，第三电桥部分3b包括两个沿长度方向延伸的条形电桥，两个条形电桥通过过孔结构551将第三主体部分3a电性导通。在垂直于衬底510的方向上，第一主体部分1a、第三主体部分3a均与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠，第一电桥部分1b、第三电桥部分3b均与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠，第一地电极410与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠。

在本公开的一些其它实施例中，第一信号电极和/或第二地电极的结构也可以设计为其它形式。以第一信号电极为例，其第一主体部分包括两个沿长度方向延伸的条形电极区但不包括呈弯曲状的条形电极区，第一电桥部分整体呈弯曲状并且包括两段沿长度延伸的部分，两个条形电极区之间通过一个呈弯曲状的第一电桥部分电性导通。

在另一些实施例中，与图5所示实施例相比，其结构上的区别是，第一地电极也采用了电桥结构设计。例如，为改善第一地电极、第一信号电极、第二地电极可能存在的阻抗不匹配，第一地电极也采用了类似于上述第一信号电极、第二地电极的设计。

如图6所示，在一些实施例中，N＝3，第一波导臂310和第二波导臂320与第一地电极410、第一信号电极430和第二地电极420的转弯同步。与图3所示实施例相比，除射频调制区101和转弯区102的数量不同外，另一个结构上的主要区别在于，在垂直于衬底510的方向上，第一信号电极430、第一地电极410、第二地电极420均与第一波导臂310和第二波导臂320有交叠。但由于第一地电极410和第二地电极420在不同转弯区102的转弯半径相差较大，因此，在垂直于衬底510的方向上，第一地电极410和第二地电极420并不是在每个转弯区102都与第一波导臂310、第二波导臂320相交叠。例如，如图6所示，在垂直于衬底510的方向上，在第一个转弯区102，第一地电极410与第一波导臂310、第二波导臂320相交叠，而第二地电极420与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠；在第二个转弯区102，第二地电极420与第一波导臂310、第二波导臂320相交叠，而第一地电极410与第一波导臂310、第二波导臂320无交叠。

该实施例中，第一信号电极430的一部分位于电极层540(如图中第一主体部分1a)，一部分位于电桥层560(如图中第一电桥部分1b)，且第一信号电极430的位于电桥层560的部分与第一信号电极430的位于电极层540的部分电连接，例如通过过孔结构551电连接。第一地电极410的一部分位于电极层540(如图中第二主体部分2a)，一部分位于电桥层560(如图中第二电桥部分2b)，且第一地电极410的位于电桥层560的部分与第一地电极410的位于电极层540的部分电连接，例如通过过孔结构551电连接。第二地电极420的一部分位于电极层540(如图中第三主体部分3a)，一部分位于电桥层560(如图中第三电桥部分3b)，且第二地电极420的位于电桥层560的部分与第二地电极420的位于电极层540的部分电连接，例如通过过孔结构551电连接。在垂直于衬底510的方向上，第一信号电极430的位于电桥层560的部分、第一地电极410的位于电桥层560的部分、第二地电极420的位于电桥层560的部分均与第一波导臂310、第二波导臂320有交叠，但第一地电极410的位于电桥层560的部分、第二地电极420的位于电桥层560的部分并不是在每个转弯区102都与第一波导臂310、第二波导臂320相交叠。

在本公开以上各实施例中，电极层540和电桥层560的电连接实现不限于通过绝缘材料层550的过孔结构551。例如，在本公开的其它实施例中，绝缘材料层也可以包括设置在电极层和电桥层的连接处的多个块状单元，电桥层沿着块状单元的侧壁向下延伸至与电极层电连接。

在本公开一些实施例中，折叠型马赫曾德尔调制器还包括：设于射频电极与分光元件之间、或者设于射频电极与合光元件之间的相位补偿调制模块。相位补偿调制模块用来对第一波导臂和第二波导臂进行调制，从而补偿两个波导臂的固有相位差，提高马赫曾德尔调制器的调制输出的准确性。

相位补偿调制模块的具体类型不限，例如可以为基于电光效应的电光型相位补偿调制模块，或者基于热光效应的热光型相位补偿调制模块，等等。

如图6所示，本公开一些实施例中，相位补偿调制模块为设于射频电极与合光元件220之间的电光型相位补偿调制模块，包括无交叉依次排列的第三地电极610、第二信号电极630和第四地电极620，其中，第三地电极610和第二信号电极630配置为向第一波导臂310施加偏置电压，第四地电极620和第二信号电极630配置为向第二波导臂320施加偏置电压。

第三地电极610、第二信号电极630和第四地电极620可以在射频电极的制作过程中同步制作，例如，位于前述的电极层540。

在一些实施例中，也可以根据需要不选择布置相位补偿调制模块。

综上，本公开实施例提供的折叠型马赫曾德尔调制器，可以在满足器件性能需求的前提下，实现器件的小型化设计，从而更易集成在硬件系统中。

应当理解的是，在本说明书中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系或尺寸为基于附图所示的方位或位置关系或尺寸，使用这些术语仅是为了便于描述，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，并且因此不能理解为对本公开的保护范围的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本说明书提供了能够用于实现本公开的许多不同的实施方式或例子。应当理解的是，这些不同的实施方式或例子完全是示例性的，并且不用于以任何方式限制本公开的保护范围。本领域技术人员在本公开的说明书的公开内容的基础上，能够想到各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所附权利要求所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种折叠型马赫曾德尔调制器，包括N个沿长度方向延伸的射频调制区和N-1个转弯区，N≥2，折叠型马赫曾德尔调制器包括：

分光元件，包括第一输入端、第一输出端和第二输出端；

合光元件，包括第二输入端、第三输入端和第三输出端；

第一波导臂和第二波导臂，材料为电光材料且整体呈折叠状，第一波导臂和第二波导臂在每个转弯区一体交叉，第一波导臂连接第一输出端和第二输入端，第二波导臂连接第二输出端和第三输入端；及

射频电极，包括整体呈折叠状且无交叉依次排列的第一地电极、第一信号电极和第二地电极，在每个射频调制区，第一地电极和第一信号电极配置为向第一波导臂施加射频电压，第二地电极和第一信号电极配置为向第二波导臂施加射频电压。

2.根据权利要求1所述的折叠型马赫曾德尔调制器，其中，第一波导臂和第二波导臂在每个转弯区一体垂直交叉。

3.根据权利要求1所述的折叠型马赫曾德尔调制器，其中，第一地电极、第一信号电极和第二地电极在转弯区呈同心圆弧状弯曲。

4.根据权利要求1所述的折叠型马赫曾德尔调制器，其中，

第一波导臂和第二波导臂与第一地电极、第一信号电极和第二地电极的转弯同步；或者

第一波导臂和第二波导臂相比第一地电极、第一信号电极和第二地电极的转弯滞后；或者

第一波导臂和第二波导臂相比第一地电极、第一信号电极和第二地电极的转弯超前。

5.根据权利要求1所述的折叠型马赫曾德尔调制器，其中，

折叠型马赫曾德尔调制器包括依次设置的衬底、隔离层、波导层、电极层、绝缘材料层和电桥层，其中，

第一波导臂和第二波导臂位于波导层；

第一信号电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第一信号电极的位于电桥层的部分与第一信号电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第一信号电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂有交叠。

6.根据权利要求5所述的折叠型马赫曾德尔调制器，其中，

第一地电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第一地电极的位于电桥层的部分与第一地电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第一地电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂有交叠；和/或

第二地电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第二地电极的位于电桥层的部分与第二地电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第二地电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂有交叠。

7.根据权利要求5所述的折叠型马赫曾德尔调制器，其中，

第一地电极位于电极层，并且在垂直于衬底的方向上，第一地电极与第一波导臂、第二波导臂无交叠；或者

第一地电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第一地电极的位于电桥层的部分与第一地电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第一地电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂无交叠。

8.根据权利要求5所述的折叠型马赫曾德尔调制器，其中，

第二地电极位于电极层，并且在垂直于衬底的方向上，第二地电极与第一波导臂、第二波导臂无交叠；或者

第二地电极的一部分位于电极层，一部分位于电桥层，且第二地电极的位于电桥层的部分与第二地电极的位于电极层的部分电连接，在垂直于衬底的方向上，第二地电极的位于电桥层的部分与第一波导臂、第二波导臂无交叠。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的折叠型马赫曾德尔调制器，其中，

波导层为脊波导层，包括平板层和位于平板层之上的脊凸层，第一波导臂和第二波导臂位于脊凸层，电极层形成在平板层的远离衬底的表面；或者

波导层为脊波导层，包括平板层和位于平板层之上的脊凸层，第一波导臂和第二波导臂位于脊凸层，平板层具有刻槽，电极层嵌入刻槽内；或者

波导层为包括第一波导臂和第二波导臂的脊凸层，电极层形成在隔离层的远离衬底的表面。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的折叠型马赫曾德尔调制器，还包括：

设于射频电极与分光元件之间、或者设于射频电极与合光元件之间的相位补偿调制模块。

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