[发明专利]一种下沉电极铌酸锂薄膜电光调制器及其制备方法

说明书

本申请公开了一种下沉电极铌酸锂薄膜电光调制器，通过在铌酸锂薄膜脊型波导两侧制作下沉电极，使得电极间电场沿水平方向分布，增大了外加电场与波导内光场的相互作用。与现有共面电极结构铌酸锂薄膜电光调制器相比，本申请可以降低电光调制器半波电压，从而有效降低电光调制器功耗。

技术领域

本申请涉及光通信、光信息处理领域，尤其涉及一种下沉电极铌酸锂薄膜电光调制器及其制备方法。

背景技术

电光调制器在现代光通信网络中发挥着重要作用，起到将电信号转换为光信号的作用。当前，针对低驱动电压、大带宽、高信号质量的电光调制器的研究是一个热门方向。

铌酸锂由于其优异的电光性能，是当前商业化电光调制器中应用最为广泛的材料。基于传统铌酸锂体材料的电光调制器研究已经较为成熟，而随着智能切片工艺的发展成熟，铌酸锂薄膜实现了商业化生产。基于铌酸锂薄膜的电光调制器吸引了研究者的目光：铌酸锂薄膜上可实现的低损耗波导、窄电极间距等大大提升了电光相互作用强度，为制备低驱动电压、大带宽的电光调制器提供了可能；基于铌酸锂薄膜的电光调制器另一显著优势是便于集成，2018年，研究者已经实现在铌酸锂薄膜片上集成多种光子器件，其中包括马赫·曾德尔干涉仪型电光调制器。

为了降低电光调制器功耗、促进集成光电子器件的研制，使调制器能够在CMOS兼容的降低驱动电压下运行是一个重要的研究方向。从调制过程的材料响应出发：铌酸锂材料在电场作用下出现线性电光效应(普克尔效应)，具体表现为材料介电常数改变为线性依赖于加在材料上的电场强度，因此材料折射率可以通过加在铌酸锂材料上的电压进行调制，从而调制光信号经过材料的相位。在不同的调制器结构中，基于上述原理可以实现对光信号的相位调制、强度调制等。

铌酸锂电光调制器为利用其最大电光响应系数γ₃₃，通常采用X切晶体，波导方向为Y向，电极分布在波导两侧，电极间电场沿Z向。此时电光调制器的波导中，外加电场对于折射率的影响可以表示为如下公式：

其中，n_e为非寻常光折射率，n_z为折射率椭球Z方向的主折射率，E_z为波导中心外电场。Γ为叠加因子，表征波导中外加电场与光场的相互作用强度。叠加因子Γ满足以下公式：

其中，其中G为电极间距，V为电极间的电压，E为外电场分布函数，E'为归一化的光电场分布函数。

在现有技术中，电光调制器采用的是共面电极结构，即电极下沿与脊型波导下沿在同一平面上。虽然可以通过外加电场与光场的相互作用，实现将电信号转换为光信号，但是外加电场与波导内光场相互作用强度有限，需要较高的驱动电压，增大了电光调制器功耗，不能与CMOS兼容，光电子器件的集成。

因此，本领域技术人员希望研发一种下沉电极铌酸锂薄膜电光调制器及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本申请所要解决的技术问题是增大外加电场与光场之间相互作用强度，从而降低电光调制器半波电压，使得调制器能够在较低的驱动电压下运行，减小电光调制器功耗。

为实现上述目的，本申请提供了一种下沉电极铌酸锂薄膜电光调制器，包括基底晶片、绝缘层、铌酸锂薄膜、脊型波导和覆盖层，其特征在于，还包括下沉金属电极，所述绝缘层设置在所述基底晶片上，所述铌酸锂薄膜设置在所述绝缘层上，所述脊型波导设置在所述铌酸锂薄膜上，所述下沉金属电极设置在所述脊型波导的两侧，所述下沉金属电极成对出现，所述覆盖层设置在所述脊型波导、所述铌酸锂薄膜和所述下沉金属电极表面，所述下沉金属电极边缘与所述脊型波导边缘间隔1微米至5微米，所述下沉金属电极下沿深于所述脊型波导下沿所在平面。