一种铌酸锂薄膜电光调制器的制作方法

本公开涉及电光调制器领域，特别涉及一种铌酸锂薄膜电光调制器。

背景技术：

1、电光调制器是光通信系统的核心器件，它通过外加电场的变化来调控输出光的振幅或相位特性。凭借优越的电光系数，铌酸锂材料在电光调制领域应用广泛，但目前商用的体材料铌酸锂电光调制器面临着尺寸与功耗大，集成度低、制作成本高、难扩展等问题，很难满足未来不断增长的数据传输要求。

2、铌酸锂薄膜不仅具有优越的电光性能，且可以将光传输限制在更小的区域内，已经可以在多方面的性能上优于传统体材料器件。基于一维光子晶体的调制器相比与其他结构的调制器而言更加紧凑，最新研究进展(li,m.,ling,j.,he,y.etal.lithiumniobatephotonic-crystalelectro-opticmodulator.natcommun11,4123(2020).)验证了单排结构可以实现极小区域的调制，且单比特的调制能耗量级是目前器件远不能达到的。但是该结构其实是基于光子晶体缺陷实现高品质因数光学局域态，需要对单排结构单元中的每一个单元做微小的结构尺寸或位置改变才能实现这一功能。这种设计方式增加了器件在实际加工过程中的超高精度要求。对比而言，拓扑保护光子晶体结构对结构缺陷或偏差不敏感，有望用于实现类似的单排结构实现相应的电光调制器件。

技术实现思路

1、本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本公开实施例提供的一种实现了极小的器件尺寸并降低所需调制能耗的铌酸锂薄膜电光调制器，且器件设计结构受拓扑保护而对加工缺陷不敏感，尤其是器件中所需要加工结构中的单元只有两种尺寸需要加工刻蚀，极大的提高了器件的稳定性。本公开提供的铌酸锂薄膜电光调制器包括：

3、一维光子晶体，所述一维光子晶体为由沿过所述一维光子晶体中心点的x轴依次排布的若干第一结构单元和第二结构单元组成的单排结构，由所有所述第一结构单元构成所述一维光子晶体的左侧部分，由所有所述第二结构单元构成所述一维光子晶体的右侧部分，通过在第一基本单元上刻蚀区域a1后形成所述第一结构单元，通过在第二基本单元上刻蚀与所述区域a1采用不同分布形式的区域a2后形成所述第二结构单元，单个所述第一结构单元上区域a1与单个所述第二结构单元上区域a2的大小相等，且单个所述第一结构单元上的区域a1同时关于x轴和y轴对称布设，单个所述第二结构单元上的区域a2同时关于x轴和y轴对称布设；

4、输入波导和输出波导，沿与所述x轴垂直的y轴布设，且分别与所述一维光子晶体的上下侧连接；以及

5、调制电极，沿所述x轴布设，且分别位于所述一维光子晶体的上下侧。

6、在一些实施例中，所述一维光子晶体、所述输入波导和所述输出波导选用x切铌酸锂制成，所述x轴沿铌酸锂晶轴的y方向布设，所述y轴沿铌酸锂晶轴的z方向布设。

7、在一些实施例中，所述一维光子晶体位于所述调制电极形成的电场内，待调制的光信号经所述输入波导垂直耦合进入所述一维光子晶体的中心区域。

8、在一些实施例中，单个所述第一结构单元的区域a1与单个所述第二结构单元的区域a2为通过刻蚀形成的一个或多个独立的子区域，且单个结构单元上形成的所有子区域同时关于所述x轴和所述y轴对称。

9、进一步地，单个所述第一结构单元的区域a1由至少两个彼此独立的子区域构成，单个所述第二结构单元的区域a2由一个子区域构成。

10、在一些实施例中，所述第一结构单元和所述第二结构单元的周期相等，所述第一结构单元和所述第二结构单元的个数应保证能在所述一维光子晶体形成的物理边界形成光场局域态；和/或

11、所述第一结构单元和所述第二结构单元具有相同的晶格常数，以形成所需的能带分布。

12、进一步地，所述铌酸锂薄膜电光调制器的光场局域态的本征频率在1660nm时，所述第一结构单元和所述第二结构单元的周期均为600nm，高度均为300nm，宽度均为750nm，单个结构单元上刻蚀区域的尺寸为350nm*500nm；其他工作波长结构参数按比例缩放。

13、在一些实施例中，所述第一结构单元和所述第二结构单元的个数均至少为8个，且各相邻两结构单元间无间隙排列。

14、在一些实施例中，所述输入波导和所述输出波导均为单模te偏振，所述输入波导和所述输出波导与所述一维光子晶体的上下边界分别直接连接，且输入输出波导的位置在所述一维光子晶体的左侧部分和右侧部分相接处的偏差不超过一个波导的宽度。

15、在一些实施例中，所述铌酸锂薄膜电光调制器还包括衬底和形成于所述衬底之上的绝缘层，所述一维光子晶体、所述输入波导、所述输出波导和所述调制电极均形成于所述绝缘层之上，且将位于所述一维光子晶体正下方的所述绝缘层去除。

16、本公开实施例提供的一种铌酸锂薄膜电光调制器，具有以下特点及有益效果：

17、该设计方案充分利用一维拓扑光子晶体结构可以获得高品质因数光场局域态、对结构缺陷影响小、结构区域小的优势，可在薄膜铌酸锂平台实现易于加工的极小尺寸调制器(整个调制结构宽度仅需几微米)，对实际应用中提高器件集成度、降低器件单次调制的能耗有重大意义。且器件中所需要加工结构中的单元只有两个尺寸(实施例结构中的小长方形和大正方形区域)需要加工刻蚀，极大的提高了器件的稳定性。

技术特征：

1.一种铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述一维光子晶体、所述输入波导和所述输出波导选用x切铌酸锂制成，所述x轴沿铌酸锂晶轴的y方向布设，所述y轴沿铌酸锂晶轴的z方向布设。

3.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述一维光子晶体位于所述调制电极形成的电场内，待调制的光信号经所述输入波导垂直耦合进入所述一维光子晶体的中心区域。

4.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，单个所述第一结构单元的区域a1与单个所述第二结构单元的区域a2为通过刻蚀形成的一个或多个独立的子区域，且单个结构单元上形成的的所有子区域同时关于所述x轴和所述y轴对称。

5.根据权利要求4所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，单个所述第一结构单元的区域a1由至少两个彼此独立的子区域构成，单个所述第二结构单元的区域a2由一个子区域构成。

6.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述第一结构单元和所述第二结构单元的周期相等，所述第一结构单元和所述第二结构单元的个数应保证能在所述一维光子晶体形成的物理边界形成光场局域态；和/或

7.根据权利要求6所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述铌酸锂薄膜电光调制器的光场局域态的本征频率在1660nm时，所述第一结构单元和所述第二结构单元的的周期均为600nm，高度均为300nm，宽度均为750nm，单个结构单元上刻蚀区域的尺寸为350nm*500nm；其他工作波长结构参数按比例缩放。

8.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述第一结构单元和所述第二结构单元的个数均至少为8个，且各相邻两结构单元间无间隙排列。

9.根据权利要求1所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，所述输入波导和所述输出波导均为单模te偏振，所述输入波导和所述输出波导与所述一维光子晶体的上下边界分别直接连接，且输入输出波导的位置在所述一维光子晶体的左侧部分和右侧部分相接处的偏差不超过一个波导的宽度。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的铌酸锂薄膜电光调制器，其特征在于，还包括衬底和形成于所述衬底之上的绝缘层，所述一维光子晶体、所述输入波导、所述输出波导和所述调制电极均形成于所述绝缘层之上，且将位于所述一维光子晶体正下方的所述绝缘层去除。

技术总结
本公开提供的一种铌酸锂薄膜电光调制器，包括：一维光子晶体，为由沿过该一维光子晶体中心点的X轴依次排布的若干第一结构单元和第二结构单元组成的单排结构，第一、第二结构单元分别位于一维光子晶体中心线的左右侧，通过在第一基本单元上刻蚀区域A<subgt;1</subgt;后形成第一结构单元，通过在第二基本单元上刻蚀与区域A<subgt;1</subgt;采用不同分布形式的区域A<subgt;2</subgt;后形成第二结构单元，单个第一、第二结构单元上区域A<subgt;1</subgt;与区域A<subgt;2</subgt;的大小相等；输入波导和输出波导，沿与X轴垂直的Y轴布设，且分别与一维光子晶体的上下侧连接；调制电极，沿X轴布设，且分别位于一维光子晶体的上下侧。本公开可提高电光调制器的集成度和稳定性、降低调制能耗。

技术研发人员：卢金龙,陆龙钊,郝婷,周赤,吉贵军,王兴龙
受保护的技术使用者：珠海光库科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14