[发明专利]一种高效散热结构的集成光电波导调制器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于激光通信技术领域，涉及一种高效散热结构的集成电光波导调制器及其制备方法。

背景技术

集成电光波导调制器是激光通信系统中实现电光调制的关键器件，其实现调制的基础是晶体介质的电光效应。在电光波导调制器中，外加电场的线性电光效应引起光波导介质的折射率变化，进而引起导波光传播的相位变化。集成电光波导调制器通常采用铌酸锂(LiNbO₃)晶体作为衬底。然而，在实际应用中，由于电光波导调制器热电效应引起的温度变化将导致调制相位发生热漂移，其幅度或大或小，其频率或快或慢。这种热漂移会造成器件输出光功率、相位等性能发生很大变化，是波导调制器件的主要失效模式之一，严重限制了器件的实际应用。

目前，抑制铌酸锂晶体热效应的措施有两种：一是屏蔽热电荷，二是采用新结构设计。前者需分别针对晶体的不同结构采用不同的工艺流程，工艺繁琐复杂；后者对调制器新结构的设计要求较高。但无论采用以上哪种措施，其目的均是要尽量消除或降低集成电光波导调制器内部的热效应，使得器件内部形成的热场分布均匀。因此，如何提高集成电光波导调制器的散热性能成为提高其性能的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效散热结构的集成电光波导调制器及其制备方法，该发明采用了一种高效散热结构，利用金刚石作为铌酸锂衬底的散热材料，并采用液体毛细键合工艺实现铌酸锂衬底与金刚石薄片之间的良好接触，不会引入热阻和光学损耗，利用金刚石的高热导率特性实现对电光波导调制器内部热量的疏散，实现调制器内部热场的均匀分布。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种高效散热结构的集成电光波导调制器包括电光波导调制器部件和金刚石薄片，其中，所述电光波导调制器部件包括金电极层、铬金层、二氧化硅缓冲层、铌酸锂光波导和铌酸锂衬底；电光波导调制器部件的铌酸锂衬底和金刚石薄片之间通过键合匹配液进行键合处理形成接触。

在上述的高效散热结构的集成电光波导调制器中，铌酸锂衬底与金刚石薄片通过键合匹配液利用液体毛细键合工艺实现接触。

在上述的高效散热结构的集成电光波导调制器中，所述铌酸锂衬底为X切向或Z切向的晶体。

在上述的高效散热结构的集成电光波导调制器中，所述电光波导调制器包括1个或2个铌酸锂光波导。

一种高效散热结构的集成光电波导调制器的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别采用三氯甲烷和去离子水对电光波导调制器部件的铌酸锂衬底表面进行清洗；

(2)、对步骤(1)清洗后的铌酸锂衬底进行烘干处理；

(3)、分别采用碱性溶液和酸性溶液对金刚石薄片进行冲洗，并且在每次冲洗后，采用去离子水对残留在金刚石薄片上的碱性溶液或酸性溶液进行冲洗；然后再将金刚石薄片放入丙酮溶液中浸泡，并在浸泡之后利用去离子水冲洗残留在金刚石薄片上的丙酮溶液；

(4)、对步骤(3)冲洗后的金刚石薄片进行烘干处理；

(5)、将烘干处理后的电光波导调制器部件和金刚石薄片浸泡在键合匹配液中；

(6)、在保持电光波导调制器部件的铌酸锂衬底和金刚石薄片湿润的条件下，将金刚石薄片放置在电光波导调制器部件的铌酸锂衬底下方，并在所述金刚石薄片的下方施加气压，使得金刚石薄片和铌酸锂衬底之间形成键合接触，即金刚石薄片与铌酸锂衬底之间的干涉条纹消失。

上述的高效散热结构的集成光电波导调制器的制备方法，在步骤(5)中采用的键合匹配液为甲醇溶液。

上述的高效散热结构的集成光电波导调制器的制备方法，在步骤(3)中采用的碱性溶液为氨水和双氧水的混合溶液，酸性溶液为盐酸溶液。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)、本发明的集成电光波导调制器在现有的电光波导调制器的衬底层增加了散热结构，并且该散热结构采用金刚石薄片实现，因为金刚石具有较高的热导率，可以有效解决光波导调制器的散热问题；

(2)、在本发明的集成电光波导调制器中，电光波导调制器部件的衬底层和金刚石薄片之间采用键合匹配液进行键合接触，可以有效降低散热结构对电光波导调制器性能的影响，即在解决散热问题时不会影响电光波导调制器的性能，并且该实现方法的工艺简单、易于实现、便于集成，无需借助其他电学和光学手段实现器件的高效散热，可有效抑制电光波导调制器的热漂移。

附图说明

图1是本发明高效散热结构的单波导调制器(相位调制器)结构示意图；

图2是本发明高效散热结构的双波导调制器(强度调制器)结构示意图。