[发明专利]一种基于铌酸锂薄膜的偏振滤波型强度调制器

说明书

本发明涉及一种基于铌酸锂薄膜的偏振滤波型强度调制器，调制器集成在同一芯片上，具有滤波和强度调制的功能。包括光波导、强度控制中心电极和强度控制地电极。光波导由光波导层制成，本发明对光波导层进行了改进，改进之处在于在光波导层中的铌酸锂层上面采用沉积氮化硅形成氮化硅加载条层；光波导从功能结构上划分为Y波导分束器和Y分支合束器，Y波导分束器前端直波导上增加滤波金属银覆层构成具有偏振滤波功能的光波导，经过滤波后的光波由Y波导分束器等分为平行两路波导，强度控制中心电极置于平行两路波导之间，平行两路波导外侧各设置一个强度控制地电极，强度控制中心电极和强度控制地电极构成幅度控制器电极，用于强度调制；两路光经过强度调制后，由Y分支合束器进行合束输出。

技术领域

本发明属于集成光学领域，涉及一种基于铌酸锂薄膜(LNOI)的偏振滤波型强度控制器，可应用于光通信、光计算、微波光子技术等。

背景技术

铌酸锂(LN)作为一种新型材料具有诸多优良的光学特性，包括电光系数大、非线性光学效应、宽光学透明窗口、温度稳定性好，热光系数低等等，因此，在过去的十几年中，铌酸锂在集成光学领域得到迅速发展。新发展的新型单晶铌酸锂薄膜，很大程度上保留了铌酸锂的固有优势，整体结构厚度在微米量级，其中铌酸锂薄膜的厚度仅在亚微米量级，加之铌酸锂折射率(n≈2.1)与二氧化硅折射率(n≈1.4)差高达0.7，故利用LNOI结构制作的波导对光的束缚能力很强，可以将光模场限定在很小范围内，从而可以实现器件的小型化和集成化。光波导是集成光学中的基础光学元件，是光信号传输的通道，也是多种复杂光学器件的主要结构之一。铌酸锂薄膜的波导结构主要有铌酸锂脊型波导和加载条脊型波导两种类型。以单晶铌酸锂薄膜为基底，通过刻蚀和沉积等方法在LN的表面形成脊型结构，可以有效地束缚光(Δn≈0.7)形成较小的光模场(模场大小约为1μm2)。这种脊型波导作为一种新型的光波导由于其高的折射率差使其相比传统体材料铌酸锂波导拥有了小的弯曲半径，更小的波导截面，更短的器件长度以及在调制领域更低的调制电压和更高的调制带宽。加载条型波导是LNOI上光波导的一种重要类型。它通过在LNOI表面覆盖一层加载条材料来实现对光的限制作用。加载条型波导可以实现铌酸锂与其他材料的异质集成，将两种材料的优良特性结合起来。

由于铌酸锂-氮化硅波导材料波导层和包层间的高折射率差，光场可以很好的束缚在波导内传输，从而使得器件的尺寸极大缩小，由于存在较高的折射率差导致双折射效应也较大，光子器件不得不面对偏振相关问题，即光器件性能受入射偏振态的影响存在偏振模色散和偏振相关损耗等问题。所以解决器件的偏振相关性是光器件的一项重要挑战。因此解决光器件的偏振相关性的方案之一便是使用偏振无关的光器件，即偏振态对性能无影响的光器件，以降低器件的性能损耗。

传统的偏振器件与调制器件是分离的，这无异于增大整个系统的长度和传输损耗，并且目前的偏振器通常利用浅蚀刻波导或亚波长光栅波导来实现偏振选择的功能。这种偏振器普遍尺寸大，结构复杂。

发明内容

为解决传统强度调制器件与偏振滤波器件分离的问题，本发明提出将偏振滤波与强度调制功能相结合的偏振滤波型强度调制器。本发明采用的具体方案：在光波导表面做一个金属覆盖层构，当电磁波在光波导管中传输时，会形成管壁电流，该管壁电流形成的磁场对入射电磁波的磁场有抑制作用，从而只允许电场通过。因此，金属覆层的光波导型起偏器能吸收TM模，而让TE模通过，进而实现偏振滤波。而后将光波导利用Y型波导分束器等分为平行两路，在该两路光波导间设置的强度控制器电极结构，所述强度控制器电极由位于两路光波导之间的强度控制器中心电极和位于两路光波导外侧的两个强度控制器地电极组成，进而实现强度调制，构成偏振滤波型强度调制器。

具体技术方案如下：

包括光波导(9)、强度控制中心电极(3)和强度控制地电极(4)，所述的光波导(9)由光波导层(1)制成，光波导层(1)由下至上包括LNOI铌酸锂薄膜以及二氧化硅保护层(5)，其中，所述的LNOI铌酸锂薄膜由下至上包括二氧化硅缓冲层(8)和铌酸锂层(7)，其特征在于：