[发明专利]一种薄膜铌酸锂双平行电光调制器集成芯片

说明书

本发明公开了一种薄膜铌酸锂双平行电光调制器集成芯片，自下而上包括衬底层、掩埋氧化层、电光调制器件层和上包层；电光调制器件层由左至右依次包括输入光波导、输入分光耦合器、两个并列的马赫增德尔电光强度调制器、电极复合输出合路耦合器和输出光波导，其中两个并列的马赫增德尔调制器包括输入分光耦合器、深刻蚀区、矩形地电极、T形地电极、矩形信号电极、T形信号电极、T形地电极、共用的矩形地电极、夹在电极间的传输光波导和输出合路耦合器。通过引入双平行电光调制结构和T型电极结构，可以更灵活地调制光信号，提升微波光波匹配效果并降低器件的功耗。

技术领域

本发明属于集成微波光子技术领域，尤其涉及一种薄膜铌酸锂双平行电光调制器集成芯片。

背景技术

电光调制器是光通信系统和微波光子系统中的核心器件，通过外加电场引起材料折射率的变化来调控自由空间或光波导中传播的光。双平行电光调制器是一种广泛应用于微波光子射频前端实现微波信号混频的电光调制器，将传统马赫增德尔调制器的两臂分别设计为信号源独立的马赫增德尔调制器，三个马赫增德尔调制器的偏置端口各自独立。相比于传统的马赫增德尔电光调制器，双平行电光调制器因可控参量多，因此能够调制产生更多样化的信号，满足更多的应用需求。

传统双平行电光调制器通常基于体铌酸锂材料，由于体铌酸锂波导与衬底材料折射率差小、光模式束缚能力弱，因此该类器件具有体积大、功耗高、成本高等缺点。发展集成度更高、体积更小的双平行电光调制器件，是当今通信芯片集成化提出的要求。

近几年，绝缘体上硅(SOI)技术的发展为光通信器件与系统的集成化提供了一种选择，在较大尺寸、较高品质的绝缘体上硅晶片上制备电光器件的工艺已经趋于成熟。有研究团队基于SOI平台制备集成化的双平行电光调制器，但是由于硅是中心对称晶格的材料，不存在电光效应，基于硅材料的电光调制器件利用等离子体色散效应实现对光信号的调制，具有器件响应时间长、带宽理论上限低等缺点，不适用于高频光通信链路。

发明内容

本发明目的在于提供一种薄膜铌酸锂双平行电光调制器集成芯片,以解决传统双平行电光调制器件存在的体积大、工作频率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种薄膜铌酸锂双平行电光调制器集成芯片，该芯片自下而上包括衬底层、掩埋氧化层、电光调制器件层和第一上包层；

所述电光调制器件层由左至右依次包括输入光波导、输入分光耦合器、并列的第一马赫增德尔电光强度调制器和第二马赫增德尔电光强度调制器、电极复合输出合路耦合器和输出光波导；输入光波导和输出光波导在空间上对齐；

所述第一马赫增德尔电光强度调制器自左至右包括第一输入分光耦合器、第一深刻蚀区、第一波导及电极组、第二深刻蚀区和第一输出合路耦合器；

所述第一波导及电极组自外至内包括第一矩形地电极及向内一侧连接的多个第一T形地电极、第一传输光波导、多个第一T形信号电极、第一矩形信号电极、多个第二T形信号电极、第二传输光波导、第二T形地电极、与第二马赫增德尔电光强度调制器共用的第二矩形地电极；其中第一T形信号电极和第二T形信号电极对称连接在第一矩形信号电极两侧；同一组第一T形地电极、第一T形信号电极、第二T形信号电极和第二T形地电极在纵向上对齐；第一传输光波导和第二传输光波导与输入光波导平行；

所述第二马赫增德尔电光强度调制器自左至右包括第二输入分光耦合器、第三深刻蚀区、第二波导及电极组、第四深刻蚀区和第二输出合路耦合器；

第二波导及电极组自外至内包括第三矩形地电极及向内一侧连接的多个第三T形地电极、第三传输光波导、多个第三T形信号电极、第二矩形信号电极、多个第四T形信号电极、第四传输光波导、第四T形地电极；其中第三T形信号电极和第四T形信号电极对称连接在第二矩形信号电极两侧；同一组第三T形地电极、第三T形信号电极、第四T形信号电极和第四T形地电极在纵向上对齐；第三传输光波导和第四传输光波导与输入光波导平行；