[发明专利]一种低驱动电压铌酸锂电光调制器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种低驱动电压铌酸锂电光调制器，通过在X切Y传铌酸锂晶体上制作脊型波导结构，并将电光调制器的电极结构制作于脊型波导结构的两侧，使电光调制器电极结构之间的电场可以沿着水平方向分布。与现有铌酸锂电光调制器相比，本发明提出的铌酸锂电光调制器可以大幅提升电场对光场的调制效率，降低器件的驱动电压。另外在其他方案中，还可以采用低介电常数材料作为铌酸锂薄膜的基底晶片并在铌酸锂薄膜上制作脊型波导结构，既可以有效地提升铌酸锂电光调制器的工作带宽，又可以降低铌酸锂电光调制器的驱动电压。还提供一种低驱动电压铌酸锂电光调制器的制造方法。

技术领域

本发明涉及光纤通信、相干光通信、微波光子学技术领域，特别是涉及一种低驱动电压铌酸锂电光调制器及其制造方法。

背景技术

电光调制器是光纤通信系统中的核心器件之一，承载着电信号向光信号进行转换的关键作用。随着通信技术的不断发展，以采用超低损耗的光纤作为信息传输介质的技术也被应用于相干光通信以及微波光子学等技术领域。

在光纤通信特别是相干光通信系统中，所使用的光模块在向着低功耗的技术方向发展，而光模块功耗的降低必然要求电光调制器的驱动电压做进一步地降低。在微波光子学领域，电光调制器作为微波或毫米波信号加载到光信号的核心器件，其驱动电压的降低对于提升微波/毫米波光纤链路的链路增益、降低链路信噪比，起到了十分关键的作用。

铌酸锂晶体以其较高的电光系数、热稳定性以及成熟的波导结构制备工艺，是当前商业化电光调制器产品中最为广泛采用的材料。然而，铌酸锂电光调制器目前仍存在着驱动电压较高的问题。铌酸锂电光调制器较高的驱动电压主要来自于以下两个方面：

(1)铌酸锂电光调制器采用的是共面电极结构，加载在共面电极结构上的电场对光场的调制效率不高，增加了调制器驱动电压；

(2)为了实现铌酸锂电光调制器，特别是高频电光调制器，工作频率或带宽的提升，常需在铌酸锂表面制备一层厚度在0.2μm至2μm的二氧化硅膜作为缓冲层，以降低微波/毫米波信号的有效折射率、提升特征阻抗，而缓冲层的引入不可避免地导致了分压作用，增加了电光调制器的驱动电压。

为了提升铌酸锂电光调制器的电光调制效率，常选择使用Z切铌酸锂晶体制作电光调制器，或在Z切铌酸锂晶体上制作脊型结构光学波导，以实现对电场更强地束缚，降低铌酸锂电光调制器的驱动电压。但是，采用Z切铌酸锂晶体制作的电光调制器，直流漂移现象十分明显，对器件的长期性能稳定性造成了较大的影响。此外，制作脊型结构光学波导常采用等离子刻蚀的干法刻蚀技术或采用氢氟酸腐蚀的湿法腐蚀技术，存在着制作工艺复杂、X切铌酸锂晶体刻蚀或腐蚀难度大、脊型结构光学波导传输损耗高等问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种低驱动电压铌酸锂电光调制器及其制造方法，通过在X切Y传铌酸锂晶体上制作脊型波导结构，并将电光调制器的电极结构制作于脊型波导结构的两侧，使电光调制器电极结构之间的电场可以沿着水平方向分布。

为了实现上述目的，本发明采用的第一技术方案如下：

一种低驱动电压铌酸锂电光调制器，包括铌酸锂晶片1、脊型结构2、光学波导3、二氧化硅薄膜4、调制电极5，

所述铌酸锂晶片1为铌酸锂单晶材料，晶体切向为X切Y传，厚度在0.1mm至2mm；

所述脊型结构2制作于铌酸锂晶片1上，其宽度在1μm至10μm，高度在1μm至10μm；

所述光学波导3采用钛扩散工艺或退火质子交换工艺制备，为直条结构，形成于脊型结构2中；

所述二氧化硅薄膜4起到了减小速度失配、提升阻抗匹配的作用，其厚度在0.1μm至5μm；