[发明专利]一种基于低折射率高介电常数的薄膜铌酸锂电光调制器

说明书

本发明公开了一种基于低折射率高介电常数的薄膜铌酸锂电光调制器，属于光通信器件技术领域。器件从下往上依次包括：衬底层、埋氧层、器件层、波导包覆层，所述器件层依次包括铌酸锂光波导、包层介质、电极组，所述包层介质的介电常数高于波导包覆层的介电常数，且所述包层介质的折射率低于铌酸锂光波导的折射率。本发明的调制器，通过在铌酸锂器件层和包覆层之间引入包层介质，因其具有较高的射频介电常数，且在通讯波段具有很高的光学透明度，使得在不引入额外光学损耗的前提下，增加了铌酸锂波导中的射频信号的电场分压，从而提高了电光调制效率。同时具有损耗低、结构紧凑等优点。

技术领域

本发明属于光通信器件技术领域，更具体地，涉及一种基于低折射率高介电常数的薄膜铌酸锂电光调制器。

背景技术

铌酸锂具有优异的光、电材料性能，具有光学透明窗口宽(0.35μm-5μm)、电光响应速率高、电光调制效率高及热稳定性好等优点，可用于构建高电光响应、高调制速率、热稳定性好的电光调制器件。随着近年来对薄膜铌酸锂(LNOI)平台的深入研究，铌酸锂波导刻蚀及相关配套工艺均获得了较好的解决方案。相较于传统体材料铌酸锂调制器，薄膜铌酸锂调制器具有更小的尺寸、更高的调制效率和更高带宽等优势，并可与其他光通信器件相集成，应用前景非常好。

现有技术中，高速薄膜铌酸锂调制器波导一般为脊型或条型结构，电极与波导之间由普通低折射率的包覆层材料填充，如氧化硅。铌酸锂材料工作在射频波段(几个GHz到几十GHz)时，沿着光轴(c轴)方向相对介电常数约为30，包覆层常用材料氧化硅相对介电常数为3.9，当在铌酸锂光波导两侧电极施加电场时，由于氧化硅相对介电常数更小，会使绝大部分分压在氧化硅介质中，导致铌酸锂波导中的电光调制效率较低。因此，往往需要将调制电极做得比较长，以实现低的驱动电压，但较长的调制电极具有较大的射频损耗，而光波和微波群速度易产生较大程度的失配，导致器件难以实现高带宽。另一方面，调制器整体尺寸也会比较大，不利于器件的小型化。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于低折射率高介电常数的薄膜铌酸锂电光调制器，其目的在于实现高的电光调制效率。

本发明提供了一种基于低折射率高介电常数的薄膜铌酸锂电光调制器，从下往上依次包括：衬底层、埋氧层、器件层、波导包覆层，所述器件层依次包括铌酸锂光波导、包层介质、电极组，所述包层介质的介电常数高于波导包覆层的介电常数，且所述包层介质的折射率低于铌酸锂光波导的折射率。

进一步地，所述包层介质的介电常数不低于8。

进一步地，所述包层介质的光学折射率介于1.45-2之间。

进一步地，所述包层介质覆盖在铌酸锂光波导的上表面，仅包含铌酸锂光波导上表面与电极组下表面没有接触的部分。

进一步地，所述包层介质还包含铌酸锂光波导上表面与电极组下表面接触的部分或电极组的上表面部分或电极组的侧壁。

进一步地，所述包层介质的材料为碳酸钙、钙钛矿、氧化镁、氧化锶或氧化钡。

进一步地，所述包层介质的厚度不小于50nm。

进一步地，所述包层介质采用热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射、原子层沉积或化学气相沉积技术将包层介质覆盖在铌酸锂光波导表面。

进一步地，所述铌酸锂光波导的厚度在300nm-1000nm之间。

进一步地，所述铌酸锂光波导为脊形波导或条形波导。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：