一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，包括鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)、鈮酸鋰層、二氧化硅緩沖層、共面行波電極、硅基底和下電極層，鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)安裝在鈮酸鋰層的下表面中央，硅基底的上表面覆蓋共面行波電極，共面行波電極共三個(gè)且其上表面覆蓋一層二氧化硅緩沖層，二氧化硅緩沖層共兩層且其兩層間安裝有鈮酸鋰層。
【專利說明】
一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]馬赫曾德(Mach-Zehnder)調(diào)制器是基于馬赫曾德干涉原理的波導(dǎo)型電介質(zhì)光調(diào)制器件，MZ由兩端的兩個(gè)Y分支器和中間兩個(gè)單波導(dǎo)調(diào)制器組成。
[0003]調(diào)制器是產(chǎn)生光信號的關(guān)鍵器件。在TDM和WDM系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中，從連續(xù)波(CW)激光器發(fā)出的光載波信號進(jìn)入調(diào)制器，高速數(shù)據(jù)流以驅(qū)動(dòng)電壓的方式迭加到光載波信號上從而完成調(diào)制。
[0004]在網(wǎng)絡(luò)容量呈指數(shù)增長和全球一體化的驅(qū)動(dòng)下，光通信系統(tǒng)正朝著大容量高速率長距離傳輸?shù)姆较蚩焖侔l(fā)展。而調(diào)制器的性能和效率首要的決定著光通信系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。近年來，由于鈮酸鋰(LiNb03)波導(dǎo)的低損耗、高電光效率等特性，基于馬赫曾德波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的LiNb03調(diào)制器(簡稱LiNb03馬赫曾德調(diào)制器)更是以其啁啾可調(diào)，驅(qū)動(dòng)電壓低以及帶寬大等優(yōu)點(diǎn)成為光通信系統(tǒng)中使用最廣泛的高速調(diào)制器。但是由于材料電光系數(shù)較小，Z軸方向上LiNb03的電光系數(shù)為32pm/V，為保證較小半波電壓，需要增加器件的長度，因此目前基于鈮酸鋰的馬赫曾德調(diào)制器尺寸很大，無法滿足未來小型化模塊的需求，另外要降低驅(qū)動(dòng)電壓需要增加長度，由于長度已經(jīng)太大，因此目前鈮酸鋰無法實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)，不利于降低功耗。電光調(diào)制器是高速光通信的關(guān)鍵器件。在各種外調(diào)制器中，行波型鈦擴(kuò)散鈮酸鋰光波導(dǎo)電光調(diào)制器是優(yōu)選之一。當(dāng)調(diào)制器的相速失配較好解決后限制帶寬的主要因素是微波損耗。人們提出和實(shí)施了多種減小電極微波損耗的方案，其中比較有效的方案是厚Si02緩沖層和厚的Au電極、T型電極和脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。日本NTT公司制作的10GHz鈮酸鋰光波導(dǎo)調(diào)制器導(dǎo)體微波損耗系數(shù)-0.27dB/cm(GHz)仍處于國際領(lǐng)先水平.
[0005]目前的鈮酸鋰光調(diào)制器產(chǎn)品多使用同成分的鈮酸鋰晶體作為基底，然而在光調(diào)制過程中，對于不同波長、不同強(qiáng)度的光信號，對應(yīng)的光損耗也不同，作為全光通信的核心器件，其穩(wěn)定新尚有欠缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對以上現(xiàn)有存在的問題，本發(fā)明提供一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，電極采用對稱共面波導(dǎo)(CPW)，橫截面為T字形的雙層行波電極，且其共分兩層來完成:即上電極和下電極，上電極的厚度可以根據(jù)不同性能要求特殊設(shè)計(jì)，這樣就大大減小了傳輸損耗，在實(shí)現(xiàn)低功耗驅(qū)動(dòng)的同時(shí)降低了調(diào)制器的尺寸，提高了器件的穩(wěn)定性，具有制作工藝簡便，器件尺寸小，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠推動(dòng)基于LNOI平臺(tái)的集成光路和器件向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)，為下一代光電混合集成芯片的研發(fā)提供支撐。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:
[0008]本發(fā)明提供一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，包括鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)、鈮酸鋰層、二氧化硅緩沖層、共面行波電極、硅基底和下電極層，所述鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)安裝在所述鈮酸鋰層的下表面中央，所述硅基底的上表面覆蓋所述共面行波電極，所述共面行波電極共三個(gè)且其上表面覆蓋一層所述二氧化硅緩沖層，所述二氧化硅緩沖層共兩層且其兩層間安裝有所述鈮酸鋰層。
[0009]進(jìn)一步地，所述鈮酸鋰層采用局部摻鎂的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰薄膜制成。
[0010]進(jìn)一步地，所述共面行波電極采用金Au制成，且其相互間的間距為2?20μπι，其半波電壓在4?10V，通過對所述共面行波電極的電壓控制來達(dá)到輸出光的強(qiáng)度調(diào)制。
[0011]進(jìn)一步地，所述共面行波電極可由行波電極層代替，在晶片最上層的所述二氧化硅緩沖層上表面中央設(shè)置一個(gè)上端金電極。
[0012]進(jìn)一步地，所述上端金電極與所述行波電極層之間的豎直距離為4?20μπι，其半波電壓在4?1V
[0013]本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比具體的積極有益效果為:
[0014]1、本發(fā)明的電極采用對稱共面波導(dǎo)(CPW)，橫截面為T字形的雙層行波電極。
[0015]2、本發(fā)明所采用的電極共分兩層來完成:即上電極和下電極，上電極的厚度可以根據(jù)不同性能要求特殊設(shè)計(jì)，這樣就大大減小了傳輸損耗，在實(shí)現(xiàn)低功耗驅(qū)動(dòng)的同時(shí)降低了調(diào)制器的尺寸，提高了器件的穩(wěn)定性，具有制作工藝簡便，器件尺寸小，穩(wěn)定性好等優(yōu)
，。
[0016]3、本發(fā)明能夠推動(dòng)基于LNOI平臺(tái)的集成光路和器件向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)，為下一代光電混合集成芯片的研發(fā)提供支撐。
[0017]4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，具有良好的市場前景。
[0018]5、本發(fā)明產(chǎn)品性能好，使用壽命長。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1所不實(shí)施例的調(diào)制原理不意圖；
[0021 ]圖3為本發(fā)明的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為圖3所不實(shí)施例的調(diào)制原理不意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1-鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)，2-鈮酸鋰層，3-二氧化硅緩沖層，4-共面行波電極，5-硅基底，6-行波電極層，7-上端電極。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例:為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0027]如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，包括鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)1、鈮酸鋰層2、二氧化硅緩沖層3、共面行波電極4、硅基底5和下電極層6，鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)I安裝在鈮酸鋰層2的下表面中央，硅基底5的上表面覆蓋共面行波電極4，共面行波電極4共三個(gè)且其上表面覆蓋一層二氧化硅緩沖層3，二氧化硅緩沖層3共兩層且其兩層間安裝有鈮酸鋰層2。
[0028]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:鈮酸鋰層2采用局部摻鎂的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰薄膜制成。
[0029]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:共面行波電極4采用金Au制成，且其相互間的間距為2?20μm，其半波電壓在4?10V，通過對共面行波電極4的電壓控制來達(dá)到輸出光的強(qiáng)度調(diào)制。
[0030]如圖3所示，本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:共面行波電極4可由行波電極層5代替，在晶片最上層的二氧化硅緩沖層3上表面中央設(shè)置一個(gè)上端金電極7。
[0031]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:上端金電極7與行波電極層6之間的豎直距離為4?20μπι，其半波電壓在4?10V。
[0032]如圖2和圖4所示，所述局域摻鎂近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰薄膜中，Z軸方向如圖所示，其調(diào)制電壓與所需調(diào)制長度的關(guān)系如下:
[0033]νΡ? = λ.d/(2 Γ.ηο3.γ 33.L)
[0034]L = A.d/(2 Γ.ηο3.γ 33.Vpt)
[0035]其中，Vpt為半波電壓，λ為波長，Γ為電場交疊因子，ηο3為折射率，γ33為電光系數(shù)，L為行波電極長度，d為電場路徑長度，所述L決定所述調(diào)制器的長度。通常情況下，本發(fā)明的電場路徑在20μπι左右，相對于傳統(tǒng)路徑，至少縮小了3?4倍。相比于傳統(tǒng)調(diào)制器而言，本發(fā)明所采用的電極結(jié)構(gòu)能夠很大程度地降低半波電壓，行波長度在3?6mm，相比于傳統(tǒng)調(diào)制器縮短了 1?20倍。
[0036]通過采用上述技術(shù)方案，對于傳統(tǒng)調(diào)制器而言，本發(fā)明的尺寸至少可以縮小8?10倍，可以用于小型化光模塊，微電子或光電子器件，此外，本發(fā)明所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層為局域摻鎂的近化學(xué)計(jì)量比鈦擴(kuò)散條形條波導(dǎo)，能夠在常溫下實(shí)現(xiàn)抗光折變，有效地提高光調(diào)制器功能的穩(wěn)定性。
[0037]如圖5所不，封裝結(jié)構(gòu)包括輸入光纖、Y型波導(dǎo)分支、行波電極、地電極、外殼和輸出光纖，其中輸入光纖用于將光耦合到光調(diào)制器，行波電極用于根據(jù)電信號對輸入光進(jìn)行調(diào)制，輸出光纖用于將調(diào)制光輸出，外殼用于對晶片結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝。
[0038]以上對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)、鈮酸鋰層、二氧化硅緩沖層、共面行波電極、硅基底和下電極層，所述鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)安裝在所述鈮酸鋰層的下表面中央，所述硅基底的上表面覆蓋所述共面行波電極，所述共面行波電極共三個(gè)且其上表面覆蓋一層所述二氧化硅緩沖層，所述二氧化硅緩沖層共兩層且其兩層間安裝有所述鈮酸鋰層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鈮酸鋰層采用局部摻鎂的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰薄膜制成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述共面行波電極采用金Au制成，且其相互間的間距為2?20μπι，其半波電壓在4?10V，通過對所述共面行波電極的電壓控制來達(dá)到輸出光的強(qiáng)度調(diào)制。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述共面行波電極可由行波電極層代替，在晶片最上層的所述二氧化硅緩沖層上表面中央設(shè)置一個(gè)上端金電極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于馬赫曾德光調(diào)制器的晶片結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上端金電極與所述行波電極層之間的豎直距離為4?20μπι，其半波電壓在4?10V。
【文檔編號】G02F1/03GK106019643SQ201610507453
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】華平壤, 陳朝夕
【申請人】派尼爾科技（天津）有限公司