[发明专利]新型聚合物调制器T型微带电极的设计方法

说明书

技术领域

新型聚合物调制器T型微带电极的设计方法，该调制器的波导采用了聚合物材料，电极采用的是微带线结构，能够实现光与微波的速度匹配，属于光通信技术领域，涉及光波导技术和微波技术。

背景技术

与LiNbO₃调制器相比，聚合物材料能够提供微波和光载波之间更好的相速度匹配，因此通常聚合物电光调制器可以不必要象LiNbO₃调制器那样对电极作精巧的设计就能够达到很高的调制带宽。当前单信道传输速率10Gbps以及40Gbps的光网络系统已经实现，虽然就调制带宽而言，目前的聚合物调制器甚至LiNbO₃调制器都能够满足这一通讯要求，但是未来的通讯网络要求能够实时的传输多媒体数据，这势必要求具有更高带宽或速率的调制器来将信息加载到光载波上。由于聚合物材料很容易就获得微波信号和光载波之间良好的速度匹配，为了进一步提高器件的带宽，就需要对器件的电极进行更加巧妙的设计。

从另外一方面讲，器件带宽的提升，意味着带宽距离积的增加，也会有利于降低其半波电压。众所周知，通过增加器件中信号和光载波之间的相互作用长度可以降低半波电压，但同时也降低了调制器带宽，如果能够设法提高器件的带宽距离积，那么就可以适当地增加器件的长度。

限制调制器带宽的因素主要有两个：微波和光载波之间的相速度失配程度以及电极导体损耗。因此，要进一步提升聚合物电光调制器的带宽也应该从这两方面着手。当然就聚合物材料本身而言，速度失配的程度已经不像LiNbO₃的那样大了，但是如果通过器件设计能够实现更加完美的速度匹配，那么带宽肯定会有更大的提高，另外若同时还能够使导体损耗降低，那么调制器带宽将会达到一个新的高度。

发明内容

本发明设计了一种嵌入到波导包覆层材料的微带电极，这种方法表明，嵌入式电极能够实现完美的光与微波的速度匹配。但是由于电极边缘被非空气介质所包围，增加了电极边缘场的奇异性，因而电极导体损耗会有所上升。为了降低导体损耗，进一步设计了嵌入式的T型微带线。这种构形的微带线增加了电极的边缘面积，削弱了边缘场的奇异性，引起导体损耗的下降。通过调整微带线结构因子的参数，可以在一个较宽的范围内既近似满足阻抗匹配，又能降低导体损耗，提高调制器的带宽。

本发明有益效果：

1.保证波导结构满足单模传输条件。

2.在阻抗匹配条件下，实现光波与微波的速度匹配，提升调制带宽。

3.微带电极结构采用T型结构，增加了一个设计自由度：结构因子，以满足阻抗匹配。

本文的应用价值：高速宽带光通信及军事领域有着广泛的应用。

附图说明

附图表明了聚合物调制器的波导结构及嵌入式T型微带电极结构的横截面图，1为嵌入层，2为上包层，3为芯层，4为下包层，5为衬底，6为微带电极上半部分高度，7为微带线下半部分高度。

具体实施方式

本方法设计的聚合物调制器的横截面见附图，图中的电极材料是金，脊波导结构的下包层材料为Epoxylite9653-02，芯层是电光聚合物CLD1/PMMA，上包层材料为NOA73，嵌入层材料和上包层材料相同。设计中采用了以下参数：光波长1.32μm，下包层的光波折射率1.5352，芯层折射率1.67，上包层的折射率1.5436，下包层、芯层以及上包层的相对介电常数分别为3.1329、3.7098、3.1673。为了实现单模传输，脊波导的结构参数为别为：脊宽W＝5.9μm，脊高H＝0.6μm，芯层厚度T＝1.3μm，下包层厚度2.9μm，电极间距D＝7.2μm。利用等效折射率法，导模的等效折射率N＝1.651。

本方法的电极采用的是嵌入式T型微带线结构，结构图见附图，它实际上是由两个矩形微带构成。当增加结构因子t₁/t₂时，导体损耗及折射率均减小，这对提高器件带宽非常有利，从而导致3dB带宽几乎随t₁/t₂线性增加。当t₁/t₂从1.0增加到3.8时，微带线特征阻抗从51.9Ω减小到49.3Ω，始终接近50Ω的阻抗匹配。当特征阻抗Z＝50Ω时，微带电极的导体损耗为0.349dB·cm^-1·GHz^-1/2。因此，增加T型微带线的结构因子t₁/t₂，可以在一个较宽的范围内既近似满足阻抗匹配，又能降低导体损耗，提高调制器的带宽。