TWI557467B - 電光調製器及其製造方法 - Google Patents

Description

電光調製器及其製造方法

本發明涉及高速光通訊系統，特別涉及一種電光調製器。

目前電光調製器利用電光效應通過調製電場改變Y型光波導的兩個分支之一的折射率，從而改變在其中傳輸的光束的相位，使之與Y型光波導另外一個分支中傳輸的光束存在相位差。如此，Y型光波導兩個分支中傳輸的光束重新彙聚後將發生干涉，輸出功率取決於相位差，也即是由調製電場決定，從而實現調製。由於現在僅針對其中一個分支進行調製，因此所需的調製電壓比較大，且調製效率低。

有鑒於此，有必要提供一種可減小調製電壓且提高調製效率的電光調製器。

一種電光調製器，其包括一個基底、一個Y型光波導、一個第一電極組及一個第二電極組。該基底包括一個頂面。該Y型光波導自該頂面向該基底內部擴散而成，並包括相互平行的一個主分支及一個調製分支。該第一電極組與該第二電極組的結構相同。該第一電極組包括相互平行的第一電極及第二電極。該第一電極位元於該調製分支上，且該第一電極的長度方向與該調製分支的長 度方向相同。該第二電極相對於該調製分支遠離該主分支。該第二電極組包括相互平行的第三電極及第四電極。該第三電極位元於該主分支上，且該第三電極的長度方向與該主分支的長度方向相同。該第四電極相對於該主分支遠離該調製分支。該第一電極及該第四電極與一調製電源電連接，該第二電極及該第三電極接地。該Y型光波導包括一個入射段及一個出射段。該主分支及該調製分支從該入射段分出，並重新彙聚入該出射段。該主分支與該入射段及該出射段形成直線的傳輸通道；該調製分支與該主分支平行。該Y型光波導還包括一個入射分叉及一個出射分叉。該入射分叉的一端與該主分支及該入射段連接，另一端與該調製分支連接。該出射分叉的一端與該主分支及該出射段連接，另一端與該調製分支連接；該出射分叉與該主分支之間的夾角與該入射分叉與該主分支之間的夾角相同。

一種電光調製器的製造方法，其包括如下步驟：提供一個基底，該基底包括一個頂面；在該頂面上向該基底內部擴散形成一個Y型光波導，該Y型光波導包括一個主分支及一個調製分支；及在該頂面上分別形成結構相同的該第一電極組及該第二電極組，其中該第一電極組包括相互平行的第一電極及第二電極；該第一電極位元於該調製分支上，且該第一電極的長度方向與該調製分支的長度方向相同；該第二電極位元於該調製分支遠離該主分支的一側；該第二電極組包括相互平行的第三電極及第四電極，該第三電極位元於該主分支上，且該第三電極的長度方向與該主分支的長度方向相同，該第四電極位元於該主分支遠離該調製分支 的一側；該第一電極及該第四電極與一調製電源電連接，該第二電極及該第三電極接地，該Y型光波導包括一個入射段及一個出射段；該主分支及該調製分支從該入射段分出，並重新彙聚入該出射段；該主分支與該入射段及該出射段形成直線的傳輸通道；該調製分支與該主分支平行；該Y型光波導還包括一個入射分叉及一個出射分叉；該入射分叉的一端與該主分支及該入射段連接，另一端與該調製分支連接；該出射分叉的一端與該主分支及該出射段連接，另一端與該調製分支連接；該出射分叉與該主分支之間的夾角與該入射分叉與該主分支之間的夾角相同。

相對於先前技術，本發明的電光調製器及其製造方法，由於該第一電極組與該第二電極組結構相同，使得該主分支及該調製分支內的光波的相位差能夠同時進行調製，且調製的幅度相同，因此所需的調製電壓可減少50%，調製效率被提高。

100‧‧‧電光調製器

101‧‧‧基底

102‧‧‧隔離層

103‧‧‧頂面

12‧‧‧Y型光波導

121‧‧‧主分支

122‧‧‧調製分支

123‧‧‧入射段

124‧‧‧出射段

125‧‧‧入射分叉

126‧‧‧出射分叉

13‧‧‧第一電極組

131‧‧‧第一電極

132‧‧‧第二電極

14‧‧‧第二電極組

141‧‧‧第三電極

142‧‧‧第四電極

200‧‧‧調製電源

圖1為是本發明較佳實施方式的電光調製器的立體示意圖。

圖2為圖1的電光調製器沿線II-II的剖面示意圖。

圖3為本發明較佳實施方式的電光調製器的製造方法的流程圖。

下麵將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請一起參閱圖1及圖2，本發明較佳實施例提供的一種電光調製器100，其包括一個基底101、一個隔離層102、一個Y型光波導12、一個第一電極組13及一個第二電極組14。

該基底101包括一個頂面103。由於鈮酸鋰(LiNbO3)晶體(LN)具有 較高的反應速度，因此，該基底101的材料採用鈮酸鋰晶體，以提高該電光調製器100的帶寬。

該Y型光波導12自該晶體基底11的該頂面103向內擴散而成。該Y型光波導12包括一個主分支121、一個調製分支122、一個入射段123及一個出射段124。該主分支121及該調製分支122從該入射段123分出，並重新彙聚入該出射段124。該主分支121與該入射段123及該出射段124形成直線的傳輸通道。該調製分支122與該主分支121平行。

該Y型光波導12還包括一個入射分叉125及一個出射分叉126。該入射分叉125的一端與該主分支121與該入射段123連接，另一端與該調製分支122連接。為了降低插入損耗，該入射分叉125與該主分支121之間的夾角較小，而出於小型化的考慮，該入射分叉125長度一般較短，因此，該主分支121與該調製分支122之間的間隙較小。該出射分叉126的一端與該調製分支122連接，另一端與該主分支121及該出射段124連接。該出射分叉126與該主分支121之間的夾角與該入射分叉125與該主分支121之間的夾角相同。

該隔離層102直接形成在該頂面103上。在本實施方式中，該隔離層103的材料為二氧化矽(SiO₂)。

該第一電極組13包括第一電極131及第二電極132。該第一電極131設置在該隔離層102上且與該調製分支122對應設置。該第一電極131的長度方向與該調製分支122的長度方向相同。該第二電極132設置在該隔離層102上，且相對該調製分支122遠離該主分支121。該第二電極132與該第一電極131相互平行。該第一電極 131的極性與該第二電極132的極性相反。

該第二電極組14與該第一電極組13的結構相同，且包括第三電極141及第四電極142。該第三電極141設置在該隔離層102上且與該主分支121對應設置。該第三電極141的長度方向與該主分支121的長度方向相同。該第四電極142設置在該隔離層102上，且相對該主分支121遠離該調製分支122。該第四電極142與該第三電極141相互平行。該第三電極141的極性與該第四電極142的極性相反。

該第一電極131、該第二電極132、該第三電極141及該第四電極142的結構相同。該第一電極131與該第二電極132的間距等於該第三電極141與該第四電極142的間距。該第一電極131的寬度大於該調製分支122的寬度，該第三電極141的寬度大於該主分支121的寬度。

該第一電極131與該第四電極142均與一調製電源200電連接，該第二電極132與該第三電極141均接地。如此，調製微波載入於該第一電極組13後產生的極間電場穿過該調製分支122，從而可以根據該調製微波改變該調製分支122的折射率、改變該調製分支122傳輸的光束的相位，實現調製。同時，調製微波載入於該第二電極組14後產生的極間電場穿過該主分支121，從而可以根據該調製微波改變該主分支121的折射率、改變該主分支121傳輸的光束的相位，實現調製。

可以理解，由於該隔離層102將該第一電極131及該第三電極141均與該Y型光波導12隔開，避免該第一電極131與該第三電極141與該Y型光波導12直接接觸，從而降低訊號的傳輸損耗。在其他 實施方式中，該第二電極132及該第四電極142也可不設置在該隔離層102上，而是直接形成在該頂面103上。

本發明較佳實施方式的電光調製器100的製造方法包括以下步驟：

步驟S1：提供該基底101，該基底101包括該頂面103。

步驟S2：在該頂面103上向該基底101內部擴散形成該Y型光波導12，該Y型光波導12包括該主分支121及該調製分支122。具體的，可以將厚度約700奈米的Y型鈦金屬膜鍍於該頂面103，然後利用1020攝氏度的高溫將該Y型鈦金屬膜從該頂面103擴散入該基底101，形成截面為半圓形的該Y型光波導12。

步驟S3：在該頂面103上鍍上該隔離層102。

步驟S4：在該隔離層102上分別形成結構相同的該第一電極組13及該第二電極組14。其中該第一電極組13包括相互平行的第一電極131及第二電極132，該第二電極組14包括相互平行的第三電極141及第四電極142。該第一電極131與該調製分支122對應設置，且該第一電極131的長度方向與該調製分支122的長度方向相同，該第二電極132位元於該調製分支122遠離該主分支121的一側，且該第二電極132與該第一電極131相互平行，該第三電極141電極與該主分支121對應設置，且該第三電極141的長度方向與該主分支121的長度方向相同，該第四電極142位元於該主分支121遠離該調製分支122的一側，且該第一電極131、該第二電極132、該第三電極141及該第四電極142的結構相同。該第一電極131與該第二電極132的間距等於該第三電極141與該第四電極142的間 距。該第一電極131的寬度大於該調製分支122的寬度，該第三電極141的寬度大於該主分支121的寬度。

相對於先前技術，本發明的電光調製器及其製造方法，由於該第一電極組與該第二電極組結構相同，使得該主分支及該調製分支內的光波的相位差能夠同時進行調製，且調製的幅度相同，因此所需的調製電壓可減少50%，調製效率被提高。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧電光調製器

101‧‧‧基底

102‧‧‧隔離層

103‧‧‧頂面

12‧‧‧Y型光波導

121‧‧‧主分支

122‧‧‧調製分支

123‧‧‧入射段

124‧‧‧出射段

125‧‧‧入射分叉

126‧‧‧出射分叉

13‧‧‧第一電極組

131‧‧‧第一電極

132‧‧‧第二電極

14‧‧‧第二電極組

141‧‧‧第三電極

142‧‧‧第四電極

200‧‧‧調製電源

Claims (9)

1. 一種電光調製器，其包括一個基底及一個Y型光波導；該基底包括一個頂面；該Y型光波導自該頂面向該基底內部擴散而成，並包括相互平行的一個主分支及一個調製分支；其改進在於，該電光調製器還包括結構相同的第一電極組及第二電極組，該第一電極組包括相互平行的第一電極及第二電極；該第一電極位元於該調製分支上，且該第一電極的長度方向與該調製分支的長度方向相同；該第二電極相對該調製分支遠離該主分支；該第二電極組包括相互平行的第三電極及第四電極，該第三電極位元於該主分支上，且該第三電極的長度方向與該主分支的長度方向相同，該第四電極相對該主分支遠離該調製分支；該第一電極及該第四電極與一調製電源電連接，該第二電極及該第三電極接地，該Y型光波導包括一個入射段及一個出射段；該主分支及該調製分支從該入射段分出，並重新彙聚入該出射段；該主分支與該入射段及該出射段形成直線的傳輸通道；該調製分支與該主分支平行；該Y型光波導還包括一個入射分叉及一個出射分叉；該入射分叉的一端與該主分支及該入射段連接，另一端與該調製分支連接；該出射分叉的一端與該主分支及該出射段連接，另一端與該調製分支連接；該出射分叉與該主分支之間的夾角與該入射分叉與該主分支之間的夾角相同。
2. 如請求項1所述的電光調製器，其中，該第一電極與該第二電極的間距等於該第三電極與該第四電極的間距，該第一電極、該第二電極、該第三電極及該第四電極的結構相同。
3. 如請求項1所述的電光調製器，其中，該第一電極的寬度大於該調製分支的寬度，該第三電極的寬度大於該主分支的寬度。
4. 如請求項1所述的電光調製器，其中，該電光調製器還包括一個隔離層，該隔離層直接形成於該頂面上，該第一電極及該第三電極均形成在該隔離層上並與該Y型光波導相隔離。
5. 如請求項4所述的電光調製器，其中，該第二電極及該第四電極均形成在該隔離層上。
6. 如請求項4所述的電光調製器，其中，該基底的材料為鈮酸鋰晶體，該隔離層的材料為二氧化矽。
7. 一種電光調製器的製造方法，其包括如下步驟：提供一個基底，該基底包括一個頂面；在該頂面上向該基底內部擴散形成一個Y型光波導，該Y型光波導包括相互平行的一個主分支及一個調製分支；及在該頂面上分別形成結構相同的第一電極組及第二電極組，其中該第一電極組包括相互平行的第一電極及第二電極；該第一電極位元於該調製分支上，且該第一電極的長度方向與該調製分支的長度方向相同；該第二電極相對該調製分支遠離該主分支；該第二電極組包括相互平行的第三電極及第四電極，該第三電極位元於該主分支上，且該第三電極的長度方向與該主分支的長度方向相同，該第四電極相對該主分支遠離該調製分支；該第一電極及該第四電極與一調製電源電連接，該第二電極及該第三電極接地，該Y型光波導包括一個入射段及一個出射段；該主分支及該調製分支從該入射段分出，並重新彙聚入該出射段；該主分支與該入射段及該出射段形成直線的傳輸通道；該調製分支與該主分支平行，該Y型光波導還包括一個入射分叉及一個出射分叉；該入射分叉的一端與該主分支及該入射段連接，另一端與該調製分支連接；該出射分叉的一端與該主分支及該出射段連接，另一端與該調製分支連接；該出射分叉與該主分支之間的夾角與該入射分叉與該主分支之間的夾角相同。
8. 如請求項7所述的電光調製器的製造方法，其中，該電光調製器的製造方法還包括步驟：在該頂面上直接形成一個隔離層，且該第一電極及該第三電極均形成在該隔離層上並與該Y型光波導隔離。
9. 如請求項7所述的電光調製器的製造方法，其中，該Y型光波導通過以下步驟形成：將厚度為700奈米的Y型鈦金屬膜鍍於該頂面；及利用1020攝氏度的高溫將Y型鈦金屬膜從該頂面擴散入該基底。