[发明专利]一种基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，包括基底层(1)，所述基底层(1)顶部设置有薄膜铌酸锂平板层(103)，所述薄膜铌酸锂平板层(103)上设置有作为输入波导的第一端面耦合器(2)、偏振旋转分束器(3)、两个马赫曾德尔干涉仪(4)、偏振旋转合束器(5)、作为输出波导的第二端面耦合器(6)，以及用于输入射频信号和偏置电压的电极；所述两个马赫曾德尔干涉仪(4)在薄膜铌酸锂平板层(103)上对称设置；

其中，输入光通过第一端面耦合器(2)输入到偏振旋转分束器(3)，所述偏振旋转分束器(3)将输入光转换为相同偏振的两束光分量后，分别通过两条波导传输至两个马赫曾德尔干涉仪(4)中；通过对所述电极输入射频信号，对马赫曾德尔干涉仪(4)中的光分量进行单偏振态调制，然后经过偏振旋转合束器(5)对光分量进行合束，通过两条波导传输至第二端面耦合器(6)进行耦合输出。

2.根据权利要求1所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，所述马赫曾德尔干涉仪(4)包括作为光分束器的1×2多模干涉仪(401)和作为光合束器的2×2多模干涉仪(402)，且所述1×2多模干涉仪(401)与2×2多模干涉仪(402)之间通过两条光波导(403)连接；所述2×2多模干涉仪(402)的第一输出端与所述偏振旋转合束器(5)的输入端连接，所述2×2多模干涉仪(402)的第二输出端连接有光栅耦合器(7)。

3.根据权利要求2所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，所述电极包括用于输入射频信号实现调制的行波电极(8)，以及用于调节调制器偏置点的电调电极(9)；所述行波电极(8)采用GSG结构或GSGSG、GSSG差分电极结构中的一种，且所述马赫曾德尔干涉仪(4)中的一条光波导(403)设置在G行波电极(8)与S行波电极(8)之间；所述电调电极(9)包括正电极和负电极，所述马赫曾德尔干涉仪(4)中的另一条光波导(403)设置在正电调电极(9)与负电调电极(9)之间。

4.根据权利要求3所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，所述行波电极(8)采用T型电容负载式周期性电极结构。

5.根据权利要求4所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，所述基底层(1)包括由下至上依次设置的衬底(101)和埋氧层(102)，所述薄膜铌酸锂平板层(103)设置在埋氧层(102)上方，所述薄膜铌酸锂平板层(103)上方覆盖有二氧化硅层(104)，所述电极设置在二氧化硅层(104)上方。

6.根据权利要求5所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，所述行波电极(8)位置对应的衬底(101)采用各向同性刻蚀技术进行刻蚀去除。

7.根据权利要求1～6任一项所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，所述第一端面耦合器(2)和第二端面耦合器(6)分别包括上下两层倒锥形波导。

8.根据权利要求1～6任一项所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，所述第一端面耦合器(2)的输入端、所述第二端面耦合器(6)的输出端耦合设置有拉锥光纤。

9.根据权利要求1～6任一项所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器，其特征在于，所述偏振旋转分束器(3)包括依次连接的倒锥形模式转换器(301)、定向耦合器(302)和1×1多模干涉仪(303)；所述偏振旋转合束器(5)包括依次连接的1×1多模干涉仪、定向耦合器和倒锥形模式转换器。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用光刻和刻蚀技术制备器件波导结构的上层波导，所述器件波导结构包括作为输入波导的第一端面耦合器(2)、偏振旋转分束器(3)、两个马赫曾德尔干涉仪(4)、偏振旋转合束器(5)、作为输出波导的第二端面耦合器(6)和光栅耦合器(7)；

S2、在所述S1步骤得到的样品上光刻制作第一端面耦合器(2)、第二端面耦合器(6)的下层波导；

S3、在所述S2步骤得到的样品上旋涂光刻胶，并利用紫外光刻制作用于保护所述器件波导结构的掩模；

S4、在所述S3步骤得到的样品上刻蚀制备器件波导结构的其他下层波导；

S5、对所述S4步骤得到的样品进行清洗，去除残余的光刻胶和掩模；

S6、对所述S5步骤得到的样品高温生长一层覆盖层；

S7、对所述S6步骤得到的样品旋涂光刻胶，并在光刻胶上光刻制备电极的掩模版；

S8、对所述S7步骤得到的样品使用电子束蒸镀一层黏附层和金属电极，然后利用金属剥离工艺去除多余金属；

S9、对所述S8步骤得到的样品旋涂光刻胶，并利用紫外光刻制作保护金属电极和器件波导层的掩模，并形成金属电极之间的刻蚀孔；

S10、对所述S9步骤得到的样品刻蚀制备金属电极悬空结构，去除金属电极下方的衬底(101)；

S11、对所述S10步骤得到的样品通过研磨抛光工艺制作抛光端面，形成完整的偏振无关电光调制器。