CN208224650U - 光波导及幅度调制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光波导及幅度调制器，包括衬底、第一掩膜板、第二掩膜板、波导芯层、第一偏转电极和第二偏转电极。基于cmos工艺的衬底、第一掩膜板和第二掩膜板形成波导槽，波导槽底部的波导芯层用于待调光束，在第一偏转电极和第二偏转电极接入驱动电压后，通过波导芯层与驱动电压的电光效应，改变待调光束的折射率。基于此，有效降低实现光场偏转所需的驱动电压，缩小实现光场偏转所需的器件的尺寸。

Description

光波导及幅度调制器

技术领域

本实用新型涉及电光调制器件技术领域，特别是涉及一种光波导及幅度调制器。

背景技术

在高功率激光驱动的惯性约束聚变系统中，需要对激光驱动器的靶面光束进行匀滑处理。

目前，如光谱色散匀滑技术、超表面结构的圆偏振光相位调控技术和大孔径铌酸锂电光偏转器等技术或器件，均可用于实现光场模式偏转和光束匀滑。然而，上述技术或器件存在着驱动电压高、光场偏转依赖光源波长和器件较大等缺陷。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统用于实现光场模式偏转和光束匀滑的技术或器件存在的缺陷，提供一种光波导及幅度调制器。

本实用新型所提供的技术方案如下：

一种光波导，包括衬底、第一掩膜板、第二掩膜板、波导芯层、第一偏转电极和第二偏转电极；

第一掩膜板与第二掩膜板间隔设置在衬底上；其中，衬底、第一掩膜板与第二掩膜板所形成的槽为波导槽；

波导槽包括光束输入槽和光束输出槽；

波导芯层设置在波导槽底部；

第一偏转电极设置在光束输出槽一侧的第一掩膜板上，第二偏转电极设置在光束输出槽另一侧的第二掩膜板上；其中，第一偏转电极用于连接驱动电压源的一极，第二偏转电极用于连接驱动电压源的另一极。

其中，还包括覆盖波导芯层的缓冲层。

其中，缓冲层为二氧化硅层。

其中，第一偏转电极与第二偏转电极均为片状电极；

第一偏转电极与第二偏转电极平行设置；

第一偏转电极上设置有面向第二偏转电极的锯齿电极。

其中，锯齿电极为三角形锯齿电极。

其中，锯齿电极为等腰三角形锯齿电极；

等腰三角形锯齿电极的底边与第一偏转电极连接，顶角面向第二偏转电极，且底边上的高等于光束输出槽的宽；其中，等腰三角形锯齿电极与第二偏转电极无接触。

其中，波导芯层为喇叭型结构的波导芯层；其中，光束输入槽内的波导芯层的宽度小于光束输出槽内的波导芯层的宽度。

其中，衬底为铌酸锂晶片，波导芯层为铌酸锂波导芯层。

一种幅度调制器，包括光纤和光波导；

光纤连接光波导中光束输出槽的光束输出端；

光波导中光束输入槽的光束输入端用于接收待调光束。

其中，光纤包括多模光纤、双芯光纤或多芯光纤。

本实用新型所提供的光波导及幅度调制器，基于cmos工艺的衬底、第一掩膜板和第二掩膜板形成波导槽，波导槽底部的波导芯层用于待调光束，在第一偏转电极和第二偏转电极接入驱动电压后，通过波导芯层与驱动电压的电光效应，改变待调光束的折射率。基于此，有效降低实现光场偏转所需的驱动电压，缩小实现光场偏转所需的器件的尺寸。

附图说明

图1为实施例一的光波导的结构示意图；

图2为实施例二的光波导的结构示意图；

图3为实施例三的光波导的结构示意图；

图4为幅度调制器模块结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图1所示，为实施例一的光波导的结构示意图，包括衬底10、第一掩膜板11、第二掩膜板12、波导芯层13、第一偏转电极14和第二偏转电极15；

第一掩膜板12与第二掩膜板13间隔设置在衬底10上；其中，衬底10、第一掩膜板11与第二掩膜板12所形成的槽为波导槽16；

其中，在基于cmos工艺的刻蚀掩膜板工序中，将波导槽16对应的平面进行覆盖，在覆盖面以外的衬底上覆盖预设厚度掩膜板。其中，第一掩膜板11与第二掩膜板12的厚度相等。基于此，波导槽16的深度与第一掩膜板11的厚度相同，波导槽16的宽度为第一掩膜板11与第二掩膜板12的间隔宽度，波导槽16的底部为衬底10。

波导槽16包括光束输入槽A和光束输出槽B；

波导芯层13设置在波导槽16底部；

如图1所示，波导槽16包括光束输入槽A和光束输出槽B。其中，波导芯层13为设置在波导槽16底部的整体结构。光束输入槽A内的波导芯层13用于接收待调光束，待调光束从光束输入端a输入，经波导芯层13传递至光束输出槽B，最后从光束输出端b输出。

可选地，波导芯层13为喇叭型结构的波导芯层；其中，光束输入槽A内的波导芯层13的宽度小于光束输出槽B内的波导芯层13的宽度。

如图1所示，若波导芯层13为喇叭型结构的波导芯层，波导芯层13在光束输入端a处横截面积最小，在光束输出端b处横截面积最大。即喇叭型结构的波导芯层的横截面积，从光束输入端a至光束输出端b逐渐增大。

基于喇叭型结构的波导芯层，可选地，如图1所示，波导槽16还包括过渡槽C，光束输入槽A通过过渡槽C连接光束输出槽B，以提高光束偏转的匀滑。

优选地，光束输入槽A和光束输出槽B均为高度等于掩膜板厚度的长方体槽。其中，光束输入槽A的长度为3mm，宽度为8um，宽度为间隔；光束输出槽B的长度为8mm，宽度介于15um至100um的区间，宽度为第一掩膜板11与第二掩膜板12的间隔。可选地，第一掩膜板11与第二掩膜板12的为二氧化硅，且第一掩膜板11与第二掩膜板12的厚度介于600nm至1mm之间。可选地，过渡槽C的长度为4mm。

可选地，衬底10为铌酸锂晶片，波导芯层13为铌酸锂波导芯层。

衬底10为铌酸锂晶片，波导芯层13为基于退火质子交换技术的铌酸锂波导芯层。以下对铌酸锂波波导芯层的制备进行说明，利用退火质子交换技术，形成铌酸锂退火质子交换波导芯层。使用苯甲酸为质子交换的质子源，将铌酸锂晶片浸入180℃的苯甲酸溶液，进行2小时的Li⁺和H⁺交换，然后对交换后的波导芯层进行退火温度为333℃，退火时间为6小时的退火处理。如图1所示，基于退火质子交换技术得到的铌酸锂波导芯层的横截面积呈半圆形。选用衬底10为铌酸锂晶片，波导芯层13为铌酸锂波导芯层，以提高波导芯层13的光学性能。

第一偏转电极14设置在光束输出槽B一侧的第一掩膜板上，第二偏转电极15设置在光束输出槽B另一侧的第二掩膜板上；其中，第一偏转电极14用于连接驱动电压源的一极，第二偏转电极15用于连接驱动电压源的另一极。

可选地，第一偏转电极14与第二偏转电极15可选用金属电极，如金或铜电极等。优选地，第一偏转电极14与第二偏转电极15选用厚度为200nm的金电极。

实施例一所提供的技术方案，基于cmos工艺的衬底10、第一掩膜板11和第二掩膜板12形成波导槽16，波导槽16底部的波导芯层用于待调光束，在第一偏转电极14和第二偏转电极15接入驱动电压后，通过波导芯层13与驱动电压的电光效应，改变待调光束的折射率。基于此，有效降低实现光场偏转所需的驱动电压，缩小实现光场偏转所需的光波导的尺寸。

实施例二

如图2所示，为实施例二的光波导的结构示意图，光波导还包括覆盖波导芯层13的缓冲层21。

其中，覆盖在波导芯层13上的缓冲层21用于保护波导芯层13。

可选地，缓冲层21为光折射率低的缓冲材料层。优选地，缓冲层21为为二氧化硅层，二氧化硅层的光折射率低，以降低对波导芯层13的光学性能的影响。

其中，缓冲层的厚度介于0至600nm之间。

实施例二的光波导，在波导芯层13上覆盖有缓冲层21，以有效保护波导芯层13，降低对波导芯层13的光学性能的影响。

实施例三

如图3所示，为实施例三的光波导的结构示意图，第一偏转电极14与第二偏转电极15均为片状电极；

第一偏转电极14与第二偏转电极15平行设置在光束输出槽B两侧的掩膜板上；

如图3所示，第一偏转电极14与第二偏转电极15均为片状电极，且二者平行设置。第一偏转电极14一端为电源平板c，第二偏转电极15一端为电源平板d，电源平板c用于连接驱动电压源的一极，电源平板d用于连接驱动电压源的另一极。其中，电源平板c与电源平板d均为基于cmos工艺的电源PAD。优选地，电源平板c与电源平板d为2mm×2mm的电源平板。

第一偏转电极14上设置有面向第二偏转电极15的锯齿电极31。

如图3所示，锯齿电极31中各锯齿的底边与第一偏转电极14一边贴合，锯齿的顶角面向第二偏转电极15。其中，各锯齿电极31可依次连续设置在第一偏转电极14的一边，也可间隔设置在第一偏转电极14的一边。

可选地，锯齿电极31为三角形锯齿电极，以使锯齿电极31在接入驱动电压后使波导芯层13的折射率变为棱镜阵列，提高光波导对待调光束的偏转性能。

优选地，锯齿电极31为等腰三角形锯齿电极；

等腰三角形锯齿电极的底边与第一偏转电极14连接，顶角面向第二偏转电极15，且底边上的高等于光束输出槽B的宽；其中，等腰三角形锯齿电极与所述第二偏转电极无接触

优选的等腰三角形锯齿电极，可最大程度地提高光波导对待调光束的偏转性能。

实施例三所提高的光波导，通过连接第一偏转电极14的锯齿电极31，使波导芯层13的折射率变为棱镜阵列，提高光波导对待调光束的偏转性能。

实施例四

如图4所示，为幅度调制器模块结构图，光纤41和光波导42；

光纤41连接光波导中光束输出槽B的光束输出端b；

其中，光纤包括多模光纤、双芯光纤或多芯光纤。

当光波导42光束输出端b处波导芯层13的宽度为15um至60um时，由于输出端光场偏移并不明显，但光场幅度会明显变化，因此可在输出端接上多模光纤。当光波导42光束输出端b处波导芯层13的宽度为为60um至100um时，输出端光场偏移较大，在波导输出端接上连接双芯或多芯光纤，模式偏转可以选择具体哪个纤芯，做通道选择和调制。基于此，提供幅度调制器的应用灵活性。

光波导42中光束输入槽A的光束输入端a用于接收待调光束。

实施例四所提供的幅度调制器，通过基于cmos工艺的光波导，有效降低实现光场偏转所需的驱动电压，缩小实现光场偏转所需的幅度调制器的尺寸。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光波导，其特征在于，包括衬底、第一掩膜板、第二掩膜板、波导芯层、第一偏转电极和第二偏转电极；

所述第一掩膜板与所述第二掩膜板间隔设置在所述衬底上；其中，所述衬底、所述第一掩膜板与所述第二掩膜板所形成的槽为波导槽；

所述波导槽包括光束输入槽和光束输出槽；

所述波导芯层设置在所述波导槽底部；

所述第一偏转电极设置在所述光束输出槽一侧的第一掩膜板上，所述第二偏转电极设置在所述光束输出槽另一侧的第二掩膜板上；其中，所述第一偏转电极用于连接驱动电压源的一极，所述第二偏转电极用于连接驱动电压源的另一极。

2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，还包括覆盖所述波导芯层的缓冲层。

3.根据权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述缓冲层为二氧化硅层。

4.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述第一偏转电极与所述第二偏转电极均为片状电极；

所述第一偏转电极与所述第二偏转电极平行设置；

所述第一偏转电极上设置有面向所述第二偏转电极的锯齿电极。

5.根据权利要求4所述的光波导，其特征在于，所述锯齿电极为三角形锯齿电极。

6.根据权利要求5所述的光波导，其特征在于，所述锯齿电极为等腰三角形锯齿电极；

所述等腰三角形锯齿电极的底边与所述第一偏转电极连接，顶角面向所述第二偏转电极，且底边上的高等于所述光束输出槽的宽；其中，所述等腰三角形锯齿电极与所述第二偏转电极无接触。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的光波导，其特征在于，所述波导芯层为喇叭型结构的波导芯层；其中，所述光束输入槽内的波导芯层的宽度小于所述光束输出槽内的波导芯层的宽度。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的光波导，其特征在于，所述衬底为铌酸锂晶片，所述波导芯层为铌酸锂波导芯层。

9.一种幅度调制器，其特征在于，包括光纤和如权利要求1至8任意一项所述的光波导；

所述光纤连接所述光波导中光束输出槽的光束输出端；

所述光波导中光束输入槽的光束输入端用于接收待调光束。

10.根据权利要求9所述的幅度调制器，其特征在于，所述光纤包括多模光纤、双芯光纤或多芯光纤。