[发明专利]基于水平狭缝平板和光子晶体线缺陷波导的电光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及光学元器件，特别是涉及一种基于水平狭缝平板和光子晶体线缺陷波导的电光调制器。

背景技术

目前在高速光通信中应用的调制器的种类繁多，性能各异。调制器的基本原理一般都是通过某种物理效应，如采用电光效应、磁光效应、声光效应和电吸收效应等来改变光波的相位、强度和偏振态等来实现对光的调制。根据电光效应制成的光调制器是目前高速光通信中应用十分广泛的一类调制器。电光调制器是利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体、砷化镓晶体和钽酸锂晶体的电光效应制成的调制器。定向耦合式调制器使用的数学模型相对于马赫-曾德尔调制器较为复杂，因此分析和制作较困难，并且定向耦合式调制器的消光性的好坏，完全受耦合长度制作公差的制约，同时还受两波导间的串扰限制，应用远不如马赫-曾德尔调制器那样广泛。法布里-伯罗型调制器具有调制灵敏度高的特点，因此在光传感，光通信等方面有重要用途。截止式波导调制器工作在截止点附近，调制电压和折射率的微小变化，均会导致传输特性的退化，而且平面波导结构的截止式调制器极间电容较大，调制带宽受到限制，调制效应相对较低。硅基光调制器是借助晶体的电光效应而实现调制的。对于这样的材料来说，由于晶体的对称性，非线性电光普克尔效应发生在未应变的纯硅中。电光有机聚合物材料发展十分迅速，有望制成超高速调制器。纯的有机聚合物调制器，也有不尽人意的地方，特别是在同一衬底上集成有源和无源器件时，无源器件常常受到光信号传播损耗的限制。因此要想制作低传输损耗的有机聚合物高速调制器，调制器的结构设计和聚合物材料的选择将十分重要。常规马赫-曾德尔干涉仪电光调制器中，调制带宽受到光波速度和电微波或毫米波速度之差、电极特征阻抗和电极传播损耗的限制，尤其是光波和电毫米波之间的速度匹配和微波衰减是影响行波调制器性能的两个关键问题，其调制电压和结构体积较大，不利于大规模集成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于水平狭缝平板和光子晶体线缺陷波导的电光调制器，采用马赫-曾德尔的结构实现了相位的调制，利用水平狭缝平板波导结构的电光材料层高的电光效应，狭缝波导的强限制效应和光子晶体波导的慢光效应，慢光效应可增强光和物质的相互作用，而且其群速度和色散是可控的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

包括1×2耦合器，两条干涉臂波导，2×1耦合器和电极构成的马赫-曾德尔电光调制器，其特征在于：两条结构相同的干涉臂波导在垂直方向上采用水平狭缝平板波导结构，干涉臂波导在水平方向采用二维光子晶体线缺陷波导结构。

所述的水平狭缝平板波导结构，包括绝缘体材料层，半导体材料层，电光材料层和衬底，在衬底依次设置第一半导体材料层，电光材料层，第二半导体材料层和绝缘体材料层。在垂直干涉臂波导传输方向两侧分别设置正电极和负电极，正电极制作到第二半导体材料层底部，负电极制作到第一半导体材料层底部；在两电极之间的干涉臂上设置晶格孔，从绝缘体材料层制作到第一半导体材料层底部。

所述的二维光子晶体线缺陷波导结构采用的晶格排列为三角形或正方形。

所述的电光材料层采用电光聚合物材料、电光陶瓷材料、液晶材料或者掺纳米硅的二氧化硅非线性材料。

本发明具有的有益效果是：

1.电光材料和硅基的复合芯层结构结合两者的优点，使调制器工作在低驱动电压；

2.狭缝波导的强限制效应和光子晶体波导的慢光效应减小了结构体积；

3.器件制作工艺具有的MOS兼容性，使得器件易于集成和扩展，方便制造。

附图说明

图1是基于水平狭缝平板和光子晶体线缺陷波导的电光调制器结构图。

图2是图1的A-A’旋转90度剖视图。

图3是三角形晶格排列的二维光子晶体线缺陷波导结构。

图4是正方形晶格排列的二维光子晶体线缺陷波导结构。

图中：1、1×2耦合器，2、干涉臂波导，3、2×1耦合器，4、电极，5、绝缘体材料层，6、半导体材料层，7、电光材料层，8、衬底，9、绝缘层

具体实施方式

如图1所示包括：1×2耦合器1，两条干涉臂波导2，2×1耦合器3和电极4构成的马赫-曾德尔电光调制器。两条结构相同的干涉臂波导在垂直方向上采用水平狭缝平板波导结构，干涉臂波导在水平方向采用二维光子晶体线缺陷波导结构。