[发明专利]一种易于实现电光波速匹配的薄膜电光调制器及制备方法

说明书

本发明属于集成光学器件领域，具体为一种易于实现电光波速匹配的薄膜电光调制器及制备方法。通过在埋层上设有空腔，使得原本在无空腔的条件下，集中在埋层微波信号在引入空腔以后，大部分进入到空腔结构中传输，从而大大减小了微波有效折射率；使其易于实现电光波速匹配。即使在高于20GHz带宽时，依然能够实现良好的电光波速匹配，使其保持最佳调制效率。与现有技术相比，通信速率更快，且不会增加电极与光波导之间的距离，因此不会影响电光重叠积分，也不会导致半波电压的增加。

技术领域

本发明属于集成光学器件领域，具体为一种易于实现电光波速匹配的薄膜电光调制器及制备方法。

背景技术

光通信技术因其具有传输速率快、传输带宽大、抗电磁干扰能力强、低功耗、复用能力强、不存在RC延迟等优点逐渐成为学术界研究的热点。光通信网络中具有代表性的集成光子器件有光波导耦合器、波分复用器、微环调制器、电光调制器、微环滤波器等。其中电光调制器作为是光互连、光计算和光通讯系统的关键器件之一，其作用是将要传输的电信号加载至光波中，使激光发射的单色光转换成携带有信息的光信号，是电信号转化为光信号的桥梁。

传统的电光调制器多为块材结构，器件体积较大且集成度较低，由于器件尺寸相对较大的时候，电光调制器的半波电压会很高，因此会带来较大的功率损耗。近几年来，随着薄膜工艺的发展，促使薄膜器件兴起一股热潮，在光学薄膜晶体上刻蚀脊形光波导表现出优良的特性，能够实现大的折射率差，使光功率更加集中在光波导，更好的限制光在薄膜晶体中传输，从而大大降低了电光调制器的半波电压，减小了调制器的功耗，并且实现器件的小型化。例如，C.Wang1,et al.“Integrated lithium niobate electro-opticmodulators operating at CMOS-compatible voltages”,Nature,2018,562(7725):101–104所提出的一种铌酸锂电光调制器。这类集成铌酸锂电光调制器由于其行波电极属于分布参数结构，电极是一种共面微带传输线；只有在微波沿电极传输方向与光波沿波导传输方向一致时，该电光调制器的电信号和光信号才能以相同的相速度向前传输从而使电场正作用于光波，起到调制效果。

现有技术中，实现电光波速匹配的方法有很多种，例如直接在电极下方增加缓冲层厚度或增加电极厚度等。采用在电极下方增加缓冲层厚度的方式虽然能够实现电光匹配，但是额外增加的缓冲层会降低电光重叠积分，导致半波电压增加，从而影响调制效率。由于电极的长宽比很大，若通过增加电极厚度的方式则存在着工艺上难以控制电极生长均匀性的问题。更重要的是，上述两种实现电光波速匹配的方式均存在较高(高于20GHz)的电带宽下实现电光波匹配困难的问题，从而限制了电学带宽的提升，导致通信系统信息传输速率降低。

发明内容

本发明的目的是：针对上述现有技术中存在的问题，提供一种易于实现电光波速匹配的薄膜电光调制器及制备方法，通过电极下方的空腔结构，降低了微波的有效折射率，利于实现电光波速匹配，具有工艺简单、调制效率高等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种易于实现电光波速匹配的薄膜电光调制器，包括衬底层、薄膜层、以及行波电极；

衬底层与薄膜层之间设有埋层，埋层上设有3个空腔；

行波电极位于薄膜层上，包括两个地电极和一个中心源电极，中心源电极位于两个地电极之间；3个电极分别对应一个空腔、且各空腔与其对应的电极中心连线重叠；地电极与中心源电极之间还设有光波导，光波导制作在薄膜层中、且与薄膜层材料相同。

进一步的，所述各空腔的宽度小于或等于与其对应电极的宽度。以避免空腔过大降低光波折射率，降低电光波速匹配效果。