[发明专利]一种铌酸锂光调制器及其制备与封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤通信传输通信领域，具体地说是一种铌酸锂光调制器及其制备与封装方法。

背景技术

光调制器的主要功用在于将无意义的连续光波转换成高频率的负载有效信息的光信号。由于铌酸锂材料的高光电效应，铌酸锂光调制器已经成为现有系统中使用最广泛的光调制器。铌酸锂光调制器的主要组成部分为铌酸锂波导芯片，将铌酸锂波导芯片进行一定的封装工艺便可以获得铌酸锂光调制器。

现有的铌酸锂波导芯片主要是用钛掺杂等方式制备而成，但是由于折射率对比度不高，铌酸锂波导芯片的波导尺寸一般比较大。这就导致铌酸锂光调制器的电极间距比较大，因而便需要较高的电压来保证足够的调制驱动场强，或者通过增长调制区域的长度来实现足够的调制器相位变化。无论采用哪一种方式都会一定程度上加大工业制备的难度，也造成了资源的浪费。

现有技术中也有人提出使用高硅量的氮化硅材料加在钛掺杂的铌酸锂波导上来改善波导芯片尺寸较大的不足的技术方案，进而改进铌酸锂光调制器的尺寸。如专利号为“CN101620296A”，专利名称为“一种光电衬底上的高约束波导”。这种波导虽然在一定程度上利用氮化硅材料本身的高折射对比度达到减少波导尺寸的效果，但是为了取得较好的光连通效果，需要氮化硅波导与钛掺杂铌酸锂波导两层波导相结合使用，最终导致整个波导芯片的尺寸其实并未真正缩小，而且由于氮化硅的折射率相对于铌酸锂来说并没有高太多，所以这种设计的实际尺寸优化效果不是很好。

另外，现有的铌酸锂光调制器为了实现较好的射频与匹配，射频波导的信号线往往很细。而为了避免射频信号线与光学波导相冲突，一般需要两层金属连接以实现与外界射频接口的连接。并且现有的铌酸锂光调制器的相关封装工艺还不够完善，例如铌酸锂光调制器的波导线往往是采用裸露的金属线直接与外界光纤接口相连，这种金属线电极间距即使是在6微米级别都有可能因为环境潮湿而导致断路或者短路等的现象，对环境适应能力较差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中铌酸锂波导芯片的尺寸较大、制备工艺较为复杂、封装工艺较为简陋，从而提出一种制造价格低廉，波导芯片尺寸小，所需调制电压低，并且最大化器件的光电效应的一种铌酸锂光调制器及其制备与封装方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现。

一种铌酸锂光调制器，包括波导芯片以及在所述波导芯片上端涂覆的保护材料和与外部光纤连接的波导线；所述波导芯片包括铌酸锂基底，以及依次设置于所述铌酸锂基底上的非晶硅层、二氧化硅层和金属电极；其中，所述非晶硅层的厚度小于所述铌酸锂基底的厚度，所述铌酸锂基底和所述非晶硅层共同构成波导；所述二氧化硅层上成型有电极填充区域，所述金属电极设置于所述电极填充区域内；所述波导线设置于所述铌酸锂基底和所述非晶硅层之间。

进一步地所述非晶硅层厚度为70nm-200nm。

进一步地所述非晶硅层厚度为70nm-150nm。

进一步地所述二氧化硅层厚度为1um-2um。

进一步地所述非晶硅层为氢化非晶硅层。

一种铌酸锂光调制器的制备方法，包括如下步骤:

S1：在铌酸锂基底表面沉积一层非晶硅材料，形成非晶硅层，所述非晶硅层的厚度小于所述铌酸锂基底的厚度；

S2：在所述非晶硅层进行光刻显影，形成波导；

S3：在所述波导上沉积一层二氧化硅，形成二氧化硅层；

S4：在所述二氧化硅层上刻蚀得到电极填充区域；

S5：在所述电极填充区域内填充金属，形成金属电极。

进一步地所述步骤S4包括：

S41：在所述二氧化硅层上依次设置剥离胶层和光阻剂层；在所述光阻剂层上描绘出电极填充区域的形状；

S42：根据所述电极填充区域形状进行干法刻蚀以形成电极填充区域；

所述步骤S5还包括：

剥离掉光阻剂层并去除所述电极填充区域之外的金属，得到波导芯片。

进一步地所述非晶硅层的厚度为70nm-200nm。

进一步地所述非晶硅层厚度为70nm-150nm。

进一步地所述非晶硅为氢化非晶硅。

一种铌酸锂光调制器的封装方法，包括如下步骤:

在所述波导芯片上涂覆保护材料；

在所述金属电极上的保护材料外表面上设置保护结构；

在所述波导线上包裹绝缘材料。

进一步地所述绝缘材料为二氧化硅。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：