專利名稱：新型聚合物調(diào)制器共面波導(dǎo)電極設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
新型聚合物調(diào)制器共面波導(dǎo)電極設(shè)計(jì)方法，采用聚合物作為波導(dǎo)材料，電極結(jié)構(gòu) 采用共面電極，利用較簡(jiǎn)單的電極結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)微波與光波的相速匹配。屬于光通信技術(shù) 領(lǐng)域，涉及集成光學(xué)和光波導(dǎo)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其在微波光通信領(lǐng)域，信號(hào)頻率的增加，調(diào)制器必須 具有高速、寬帶寬、低損耗等特性。微波光調(diào)制的本質(zhì)是微波電場(chǎng)引起光波導(dǎo)材料的電致 折射率改變，光場(chǎng)經(jīng)過(guò)波導(dǎo)時(shí)將產(chǎn)生相位、振幅或頻率的變化，實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的光調(diào)制。微 波與光波相互作用的理想條件是光波導(dǎo)對(duì)微波和光波所呈現(xiàn)的折射率相等，即達(dá)到速率匹 配。目前應(yīng)用較廣泛的是基于LiNbOue0體材料制作的調(diào)制器，但是LiNbO3等有機(jī)材料的介 電常數(shù)比較大，無(wú)機(jī)波導(dǎo)中微波與光波頻段間存在固有的速率失配，限制了帶寬。由于有機(jī)高分子聚合物材料的微波介電常數(shù)低，其微波等效折射率與光波等效折 射率相差很小，且其電光系數(shù)較高，因而用較簡(jiǎn)單的電極系統(tǒng)就能制成低半波電壓、寬帶寬 的電光調(diào)制器。聚合物波導(dǎo)的材料和結(jié)構(gòu)確定后，調(diào)制器的性能就取決于電極系統(tǒng)。由于 聚合物的微波介電常數(shù)小，利用較簡(jiǎn)單的電極結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)微波與光波的相速匹配，而不 必像LiNbO3調(diào)制器那樣復(fù)雜的電極結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)微波與光波的相速匹配。聚合物電光調(diào)制 器主要有微帶和CPW兩種電極結(jié)構(gòu)。CPff電極比較容易實(shí)現(xiàn)雙臂調(diào)制，同時(shí)CPW電極是共面 方式，電極過(guò)渡到能與微波同軸接插座較為容易。因此，我們采用了 CPW結(jié)構(gòu)的行波電極系 統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的主要問(wèn)題是在采用共面波導(dǎo)電極調(diào)制的條件下，設(shè)計(jì)脊型波導(dǎo)和 共面調(diào)制電極結(jié)構(gòu)，在滿足單模傳輸?shù)臈l件下，使波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)微波和光波波段呈現(xiàn)的折射 率相等，實(shí)現(xiàn)光速與微波的速率匹配，并使電極達(dá)到接近50 Ω的阻抗。本方法采用了共面波導(dǎo)電極，有效折射率法對(duì)脊波導(dǎo)的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu) 圖見說(shuō)明書附圖。采用有機(jī)聚合物CLD-1/APC作為電光材料，λ = .55μπι時(shí)折射率為 1.612，微波頻段介電常數(shù)為3.0 ；上包層材料為UFC-170，λ = 1. 55 μ m時(shí)折射率為1. 488， 介電常數(shù)為2. 5 ；下包層材料為UV-15，λ = 1. 55 μ m時(shí)折射率為1. 504，介電常數(shù)為2. 5 ； 襯底材料為SiO2。本發(fā)明的有益效果1.實(shí)現(xiàn)光速與微波的速率匹配。2.實(shí)現(xiàn)共面電極的阻抗匹配。3.實(shí)現(xiàn)了電極的雙臂調(diào)制，降低了半波電壓。本文的應(yīng)用價(jià)值高速寬帶光通信及軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。


圖1 共面波導(dǎo)電極調(diào)制器的剖面結(jié)構(gòu)圖，1為中心金電極，2為接地金電極，3為上 包層，4為芯層，5為下包層，6為襯底。
具體實(shí)施例方式脊波導(dǎo)和共面電極的設(shè)計(jì)過(guò)程如下1.運(yùn)用有效折射率法和單模傳輸條件，在不同脊高、脊寬和芯層材料厚度條件下， 得到最佳基模有效折射率；2.微波有效折射率與電極寬度W和電極間距h有關(guān)，本方法采用共面波導(dǎo)電極調(diào) 制。在不同W/h，得到最佳微波等效折射率。將共面波導(dǎo)電極條內(nèi)嵌于上包層目的是為了保 證阻抗匹配即50 Ω。 3.結(jié)合步驟1和2的結(jié)果，得到一組光波有效折射率與微波等效折射率相同的結(jié) 構(gòu)參數(shù)。具體參數(shù)脊形波導(dǎo)寬度w = 3um,高度d = Ium,中心電極寬度we = 129um,電極 厚度te = 2. 2um,芯層脊形波導(dǎo)處高度t = 3um,電極間距G = 15um,上包層厚度du = 4um， 下包層厚度Cl1 = 6um。
權(quán)利要求
1.新型聚合物調(diào)制器共面波導(dǎo)電極設(shè)計(jì)方法，包括脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，共面波導(dǎo)電極結(jié)構(gòu)， 其特征在于阻抗匹配，光與微波的速率匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器共面波導(dǎo)電極設(shè)計(jì)方法，其特征在于脊型 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)滿足單模傳輸條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器共面波導(dǎo)電極設(shè)計(jì)方法，其特征在于共面 電極的結(jié)構(gòu)滿足特征阻抗為50 Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器共面波導(dǎo)電極設(shè)計(jì)方法，其特征在于嵌入 式電極滿足光與微波的速率匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的新型聚合物調(diào)制器共面波導(dǎo)電極設(shè)計(jì)方法，其特征在 于在滿足單模傳輸?shù)臈l件下，光波的有效折射率等于微波的有效折射率，即實(shí)現(xiàn)光與微波 的速率匹配。
全文摘要
新型聚合物調(diào)制器共面波導(dǎo)電極設(shè)計(jì)方法，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及集成光學(xué)和光波導(dǎo)技術(shù)。利用具有較低介電常數(shù)和較低損耗因子的有機(jī)聚合物設(shè)計(jì)脊型光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并且滿足單模傳輸條件。本發(fā)明采用共面波導(dǎo)電極實(shí)現(xiàn)了速率和阻抗的同時(shí)匹配。
文檔編號(hào)G02F1/065GK102096208SQ20111000137
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者劉宏明, 張曉霞, 文玥, 朱燕, 沈杰, 黃春陽(yáng) 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)