[发明专利]一种高速调制器

说明书

本发明公开了一种高速调制器，包括光波导结构和行波电极结构，光波导结构包括第一光波导臂和第二光波导臂，行波电极包括接地电极和信号线，信号线对第一光波导臂和第二光波导臂施加相反方向的电场或电压，第一光波导臂和第二光波导臂均为折叠结构，信号线随第一光波导臂和第二光波导臂折叠，从而使得施加在第一光波导臂和第二光波导臂上的电场或电压均保持不变，或者使得施加在第一光波导臂和第二光波导臂上的电场或电压同步改变。与现有技术相比，本发明的优点在于：光波导的折叠结构，配合地‑信号‑地的共面波导行波电极结构，实现光在波导不同段的调制相加，在有限的器件长度内能够拥有更长的相移波导长度，同时还能确保带宽达到应用要求。

技术领域

本发明涉及一种光学元器件，尤其是一种高速调制器。

背景技术

随着光通信系统的不断发展，光通信传输速率的要求不断提高，对调制器的性能要求也越来越高。传统的直调激光器或电吸收调制激光器的性能能够满足中短距离的数据传输，但在超远距离超高传输速率的信号传输上难以有突破性的进展，因此基于相位调制的马赫-曾德(MZ)调制器成为这一代甚至下一代超高性能调制器的不二之选。如今已商用的高速MZ调制器包括传统的体材料铌酸锂调制器、硅光调制器和磷化铟基调制器，而薄膜铌酸锂调制器也因为其卓越的电光性能和较低的材料成本被商业界所青睐，被公认为下一代高速调制器将采用的方案。在这些调制器的工作过程中，由于工作电压较高，需要高带宽、能输出较高电压的驱动器，而这类驱动器通常都非常昂贵，这也是这类调制器的应用有着昂贵成本的重要原因之一。

典型的MZ调制器，其原理是，使用分束器将光信号分为两束，再将电场加在材料上，利用材料的电光效应使得材料的折射率发生改变，从而改变两臂光信号的相位，最终通过合束器将两臂具有相位差的光信号合束，并将相位差转换为强度信号。如申请号为202010409764.1的中国专利公开的一种共面波导线电极结构及调制器，或者如申请号为201710255559.2的中国专利公开的一种硅基铌酸锂高速光调制器及其制备方法。

其中，调制器非常重要的指标为造成π相移所需的电压，即半波电压。半波电压的大小决定了调制器的工作电压大小，如果将调制器的半波电压降低到1.5V以下，调制器的驱动电源将可以由CMOS电路提供，这将大大的减小调制器的应用成本；由于相位调制的特性，在相同波导结构与行波电极结构下，以减小器件的半波电压为目标只能增加调制器的相位调制臂长(C.Wang,M.Zhang,X.Chen,M.Bertrand,A.Shams-Ansari,S.Chandrasekhar,P.Winzer,and M.Loncar,Integrated lithium niobate electro-optic modulatorsoperating at CMOS-compatible voltages,Nature 562,101-104(2018).)。

事实上，增加调制器调制臂长的方式虽然会在一定程度上降低器件的调制带宽，且能有效的将半波电压减小到1.5V以下，但这样做的结果就是器件的长度在2厘米以上，除非未来在半波电压-长度乘积值(V_πL)上有一个较大的降低，否则器件的长度将很难有较大的减小。而过大的器件长度使得这类器件在商业化的过程中将遭遇不小的困难，在封装的过程中器件的尺寸将成为一个待解决的难题。

综上所述，如今的MZ调制器在实现低半波电压的情况下难以维持一个较小的器件尺寸，急需在片上同时实现低半波电压和较小尺寸的高速调制器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种高速调制器，能够减小器件的半波电压的同时不增加器件的长度，同时还能确保器件的带宽达到应用要求。