CN206363035U - 一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，包括：基底晶片、铌酸锂薄膜、光学波导、调制电极、信号电极、地电极、直流偏压电极，所述基底晶片采用具有低介电常数的材料；所述铌酸锂薄膜为单晶结构、X切Y传晶向的光学级铌酸锂单晶薄膜；所述光学波导为钛扩散波导或退火质子交换波导；所述调制电极为推挽型行波式电极结构，所述直流偏压电极为推挽型集总式电极结构。本实用新型的有益效果为，通过采用基于低介电常数材料基底晶片的铌酸锂薄膜结构，可去除二氧化硅缓冲层，实现铌酸锂强度调制器直流漂移现象的大幅抑制，显著提升铌酸锂强度调制器的长期工作性能和可靠性。

Description

一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器
技术领域
本实用新型涉及光纤通信与光纤传感技术领域，特别是涉及一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器。
背景技术
目前，铌酸锂宽带电光调制器在光纤通信、光载微波或毫米波通信等工程领域中，以其低插入损耗、高调制带宽、零啁啾等特点，已成为应用最为广泛的一种外调制器。由于铌酸锂晶体具有较高的介电常数，处于微波频段的电磁波在铌酸锂晶体中传输时的折射率与光波的折射率有着较大的差值，导致微波与光波的相速度匹配程度较差，难以实现高调制带宽。为了降低微波折射率，达到较好的相速度匹配程度，常选择具有低介电常数的材料作为缓冲层置于铌酸锂晶体表面与调制电极之间。常见的缓冲层材料是二氧化硅。
二氧化硅缓冲层的引入一方面导致了半波电压增大的问题，另一方面，也更为严重的是，导致了铌酸锂电光调制器直流漂移现象的存在。直流漂移现象会引起铌酸锂电光调制器输出状态的漂移，对器件的长期可靠性有着严重的影响，而当前的光纤通信网络系统一般要求光学外调制器在常规工作条件下的使用寿命在20年左右。因此，为保证铌酸锂电光调制器的长期工作性能，需尽可能地把器件直流漂移现象抑制至最低水平。
现有铌酸锂电光调制器由于需要采用二氧化硅缓冲层以实现高调制带宽，因此通过去除二氧化硅缓冲层以实现直流漂移现象的完全消除显然是不可能的。因此，如附图1所示，常采用对二氧化硅缓冲层进行部分地刻蚀或腐蚀，在保持器件高工作带宽的同时，减少二氧化硅缓冲层面积，降低直流漂移现象对铌酸锂电光调制器工作性能的影响。
现有铌酸锂电光调制器常使用干法刻蚀或湿法腐蚀方式对二氧化硅缓冲层进行刻蚀，增加了器件制备的成本，降低了产品制作的一致性和合格率。更为重要的是，部分地刻蚀二氧化硅缓冲层仍未实现缓冲层的完全去除，因而直流漂移现象并未得到完全消除，铌酸锂电光调制器工作性能仍然受到了直流漂移现象的影响。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，以实现在保持铌酸锂强度调制器高调制带宽(或高调制速率)的同时，通过去除二氧化硅缓冲层实现了直流漂移现象的大幅抑制，能够显著提升铌酸锂强度调制器的长期工作性能和可靠性。
为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，包括：基底晶片5、铌酸锂薄膜6、光学波导2、调制电极4、信号电极4-1、地电极4-2、直流偏压电极7。
所述基底晶片5的厚度为0.1mm至2mm，采用具有低介电常数的材料，如石英晶片或硅基二氧化硅晶片。
所述铌酸锂薄膜6为单晶结构、X切Y传晶向的光学级铌酸锂单晶薄膜，厚度为1μm至20μm。
所述光学波导2为钛扩散波导或退火质子交换波导，波导扩散宽度为1μm至10μm，扩散深度为1μm至10μm。
所述调制电极4为推挽型行波式电极结构，由一根信号电极4-1与两根地电极4-2组成，其中信号电极4-1置于光学波导2的中间，地电极4-2分置于光学波导2的左侧和右侧。调制电极4的厚度为1μm至30μm。信号电极4-1的宽度为10μm至100μm。左侧地电极4-2的右边缘与信号电极4-1的左边缘之间的间距为10μm至30μm，右侧地电极4-2的左边缘与信号电极4-1的右边缘之间的间距为10μm至30μm。
所述直流偏压电极7为推挽型集总式电极结构，厚度为0.1μm至30μm，用于补偿由于温度变化以及压电效应等因素导致的强度调制器工作点的漂移。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，通过采用基于低介电常数基底晶片的铌酸锂薄膜结构，可有效地提升微波与光波的折射率匹配、提升器件的阻抗匹配，无需采用二氧化硅缓冲层即可实现高调制带宽(或高调制速率)，因而可去除现有铌酸锂强度调制器中的二氧化硅缓冲层，实现直流漂移现象的大幅抑制，显著提升铌酸锂强度调制器的长期工作性能和可靠性。
附图说明
图1所示为现有技术中采用对二氧化硅缓冲层进行部分刻蚀的铌酸锂强度调制器的横截面示意图；
图2所示为本实用新型的低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器的横截面示意图；
图3所示为本实用新型的低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器的结构示意图；
图中，1.铌酸锂晶片；2.光学波导；3.二氧化硅缓冲层；4.调制电极；4-1.信号电极；4-2.地电极；5.基底晶片；6.铌酸锂薄膜；7.直流偏压电极。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
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。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或“在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
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。
图1所示为现有技术中采用对二氧化硅缓冲层进行部分刻蚀的铌酸锂强度调制器的横截面示意图。
参考图2和图3，图2所示为本发明的低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器的横截面示意图，图3所示为本发明的低值流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器的结构示意图。一种低值流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，包括：基底晶片5、铌酸锂薄膜6、光学波导2、调制电极4、信号电极4-1、地电极4-2、直流偏压电极7。
所述基底晶片5的厚度为0.1mm至2mm，采用具有低介电常数的材料，如石英晶片，或经过热氧化处理、在硅晶片表面有一层致密的二氧化硅膜层的硅基二氧化硅晶片。
所述铌酸锂薄膜6为单晶结构、X切Y传晶向的光学级铌酸锂单晶薄膜，厚度为1μm至20μm。
所述光学波导2为钛扩散波导或退火质子交换波导，波导扩散宽度为1μm至10μm，扩散深度为1μm至10μm。
所述调制电极4为推挽型行波式电极结构，由一根信号电极4-1与两根地电极4-2组成，其中信号电极4-1置于光学波导2的中间，地电极4-2分置于光学波导2的左侧和右侧。调制电极4的厚度为1μm至30μm。信号电极4-1的宽度为10μm至100μm。左侧地电极4-2的右边缘与信号电极4-1的左边缘之间的间距为10μm至30μm，右侧地电极4-2的左边缘与信号电极4-1的右边缘之间的间距为10μm至30μm。
所述直流偏压电极7为推挽型集总式电极结构，厚度为0.1μm至30μm，用于补偿由于温度变化以及压电效应等因素导致的强度调制器工作点的漂移。
在本实施例中，铌酸锂薄膜6置于具有低介电常数的基底晶片5上，且铌酸锂薄膜6的厚度为1μm至20μm，有利于实现微波折射率的降低，实现微波与光波的折射率匹配(即速度匹配)以及器件的阻抗匹配，因而无需采用二氧化硅缓冲层3即可实现高调制带宽(或高调制速率)。
在现有技术的铌酸锂强度调制器中，如图1所示，二氧化硅缓冲层3是实现高调制带宽(或高调制速率)的核心所在，也是造成强度调制器直流漂移的主要原因，特别是对于如图1所示的采用Z切铌酸锂晶体的强度调制器来说，直流漂移现象相对于X切铌酸锂晶体的强度调制器则更为明显。因此，本实施例提出的铌酸锂薄膜强度调制器，由于无需采用二氧化硅缓冲层3即可实现高调制带宽(或高调制速率)，因而可通过去除掉二氧化硅缓冲层3，实现直流漂移现象的大幅抑制。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，包括：基底晶片(5)、铌酸锂薄膜(6)、光学波导(2)、调制电极(4)、直流偏压电极(7)，所述基底晶片(5)为石英晶片；所述铌酸锂薄膜(6)具有单晶结构，晶体切向为X切Y传；所述光学波导(2)为钛扩散波导或退火质子交换波导；所述调制电极(4)为推挽型行波式电极结构；所述直流偏压电极(7)为推挽型集总式电极结构。
2.根据权利要求1所述的一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，其特征在于，所述基底晶片(5)的厚度为0.1mm至2mm，采用具有低介电常数的材料。
3.根据权利要求2所述的一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，其特征在于，所述具有低介电常数的材料为石英晶片或硅基二氧化硅晶片。
4.根据权利要求1所述的一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，其特征在于，所述铌酸锂薄膜(6)的厚度为1μm至20μm。
5.根据权利要求1所述的一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，其特征在于，所述光学波导(2)的波导扩散宽度为1μm至10μm，扩散深度为1μm至10μm。
6.根据权利要求1所述的一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，其特征在于，所述调制电极(4)由一根信号电极(4-1)与两根地电极(4-2)组成，其中信号电极(4-1)置于光学波导(2)的中间，两根地电极(4-2)分置于光学波导(2)的左侧和右侧。
7.根据权利要求1所述的一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，其特征在于，所述调制电极(4)的厚度为1μm至30μm，信号电极(4-1)的宽度为10μm至100μm，地电极(4-2)与信号电极(4-1)的边缘之间的间距为10μm至30μm。
8.根据权利要求1所述的一种低直流漂移的铌酸锂薄膜强度调制器，其特征在于，所述直流偏压电极(7)的厚度为0.1μm至30μm。
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