[发明专利]一种铌酸锂薄膜电光调制器

说明书

本发明公开了一种铌酸锂薄膜电光调制器，铌酸锂薄膜光学波导的输入端和输出端放置于铌酸锂薄膜电光调制器芯片的底边，并采用90°弯曲光学波导将铌酸锂薄膜光学波导的输入端和输出端分别和调制区光学波导相连。其次，调制区域的共面行波电极与电极输入端口或电极输出端口的连接只通过一段过渡电极，无90°转弯过渡电极。该创新结构一方面可以将输入光纤和输出光纤放置于电光调制器管壳的底边以进一步减小电光调制器的长度，另一方面可以减少行波电极中的90°转弯过渡电极引起的微波信号损耗，有利于提升电光调制器调制带宽。

技术领域

本发明可应用于光纤通信、光纤传感、微波光子学、量子通信等技术领域， 具体涉及一种铌酸锂薄膜电光调制器。

背景技术

光调制器在光纤通信、光纤传感、微波光子学、量子通信等技术领域中有 着十分广泛的应用，是光电模块中的核心光电元器件，用于实现将电信号加载 到光信号上并利用光纤进行低损耗传输的关键功能。利用铌酸锂晶体线性电光 效应原理的外调制器以其低啁啾系数、高调制带宽、高开关消光比等突出优势， 在光纤信号传输系统中具有重要的应用。

在铌酸锂块状体材料上采用传统技术方案制作的铌酸锂电光调制器芯片具 有稳定性好、光学插入损耗低、制造工艺成熟等优势。随着光纤信号传输系统 对光电模块小型化、低功耗、高可靠性等性能的要求不断提升，传统铌酸锂电 光调制器在体积和功耗等方面的劣势制约了其在光纤通信系统新技术中的应 用。

近年来，随着大尺寸、高质量的铌酸锂薄膜材料的成熟，利用CMOS工艺 在铌酸锂薄膜晶圆上制作的铌酸锂薄膜电光调制器芯片具有光波导折射率差值 大、光波导尺寸小、微波折射率低、特征阻抗高等显著优于传统铌酸锂电光调 制器芯片的特色。这些特点可实现将铌酸锂薄膜电光调制器芯片的器件长度和 半波电压的显著降低以及调制带宽的大幅提升。

然而，无论是采用传统的铌酸锂块状体材料还是新型的铌酸锂薄膜材料制 备的电光调制器，其芯片和器件的基本结构均为如图1所展示的示意结构，即：

(a)光纤分别放置于电光调制器芯片的左侧和右侧，与芯片中的光学波导结 构进行耦合粘接，形成电光调制器的光学信号的输入端或输出端；

(b)光纤从电光调制器管壳的左侧和右侧穿出后，一般还需要制作护套结构 以实现对光纤的保护，提升光纤端口的机械可靠性；

(c)为便于行波电极与射频连接器的连接，电光调制器芯片上的电极输入端 口和电极输出端口分别位于电光调制器芯片的底边，因此需使用90°转弯过渡结 构将调制区域的共面波导电极分别与电极输入端口和电极输出端口进行连接。

由此可见，采用传统的铌酸锂电光调制器结构设计方案，无论是基于铌酸 锂块状体材料还是铌酸锂薄膜材料，均存在着如下问题：

(a)由于输入光纤或输出光纤需要放置于电光调制器芯片和器件的左侧或右 侧，并且器件管壳的端口需要使用护套对光纤进行保护，这便增加了铌酸锂电 光调制器的总体长度，不利于器件的小型化；

(b)电光调制器芯片上的90°转弯过渡电极不可避免地会增加微波信号损耗， 如传输损耗和弯曲损耗，不利于电光调制器高调制带宽的实现。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于，提出一种铌酸锂薄膜电光调制器，其 创新在于：首先，铌酸锂薄膜光学波导的输入端和输出端放置于铌酸锂薄膜电 光调制器芯片的底边，并采用90°弯曲光学波导将铌酸锂薄膜光学波导的输入端 和输出端分别和调制区光学波导相连。其次，调制区域的共面行波电极与电极 输入端口或电极输出端口的连接只通过一段过渡电极，无90°转弯过渡电极。

该创新结构一方面可以将输入光纤和输出光纤放置于电光调制器管壳的底 边以进一步减小电光调制器的长度，另一方面可以减少行波电极中的90°转弯过 渡电极引起的微波信号损耗，有利于提升电光调制器调制带宽。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：