光移相器及其制备方法

本发明涉及光纤通信领域，具体地，涉及一种光移相器及其制备方法。

背景技术：

1、随着当今社会信息化进程的不断前进，人们对高速通信的需求日益增大，无线通信和光纤通信技术在近几十年得到了飞跃式的发展。和无线通信相比，光纤通信不仅在带宽、损耗和体积等方面具有无可比拟的优势，还避免了电磁干扰等无线通信固有的缺陷，但光纤通信面临着灵活性不足、成本高昂等问题，而无线通信和光纤通信技术的融合，将微波需要实现的功能转移到光频上实现，避开两者的缺陷并且结合两者的优势，由此诞生了微波光子学。

2、微波光子学是一门研究微波与光信号相互作用的交叉学科，主要作用包括微波信号的光学产生、传输分布和处理，其根本目标是提高目前微波系统的性能，使其在频率、带宽和抗干扰等各方面性能得到大幅提高。随着微波光子技术在通信、雷达等方面的应用，传统的电子移相器移相范围小且体积大、功耗高的特点使其不能满足发展需要，尤其是在相控阵雷达领域，移相器的使用可以有效避免波束扫描角度偏移现象，但相控阵雷达所需要的移相器数量在成百上千时，传统电子移相器的功耗、体积、成本和稳定性会成倍甚至指数级的放大，导致难以实用化。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、针对上述问题，本发明提供了一种光移相器及其制备方法，通过将两层铌酸锂(lnoi)芯片集成在一个衬底上，并在两层铌酸锂芯片上分别制备光波导和电极，通过调节电极被施加电压的大小来改变光波导的折射率，实现相位的改变。

3、(二)技术方案

4、本发明实施例第一个方面提供了一种光相移器，包括：衬底，包括第一衬底层和第二衬底层，第一衬底层叠设于第二衬底层之上；光波导，包括第一光波导和第二光波导，分别设于第一衬底层和第二衬底层上，第一光波导的输出端和第二光波导的输入端连接；电极，设于第一光波导和第二光波导的两侧，用于调节被施加电压的大小来改变光波导的折射率。

5、在本发明一实施例中，电极包括第一电极组和第二电极组；第一电极组包括第一电极和第二电极，分别设于第一光波导的两侧；第二电极组包括第三电极和第四电极，分别设于第二光波导的两侧；其中，第一电极和第四电极连接，第二电极和第三电极连接。

6、在本发明一实施例中，还包括通孔，通孔内壁金属化，其中，第一电极和第四电极之间通过通孔连接；第二电极和第三电极之间通过通孔连接。

7、在本发明一实施例中，第一光波导的输出端和第二光波导的输入端之间通过光学引线键合技术光互连结构连接。

8、在本发明一实施例中，光波导包括脊型波导结构。

9、在本发明一实施例中，衬底包括铌酸锂衬底。

10、在本发明一实施例中，第一衬底层和第二衬底层关于衬底的中心层对称设置。

11、在本发明一实施例中，衬底的中心层包括硅层。

12、在本发明一实施例中，衬底还包括二氧化硅层，二氧化硅层分别位于第一衬底层与中心层之间和第二衬底层与中心层之间。

13、本发明实施例第二个方面提供了一种光相移器的制备方法，包括：制备衬底；衬底包括第一衬底层和第二衬底层，第一衬底层叠设于第二衬底层之上；刻蚀衬底形成光波导，光波导包括第一光波导和第二光波导；第一光波导的输出端和第二光波导的输入端连接；在第一光波导和第二光波导的两侧分别设置电极，其中，电极用于调节被施加电压的大小来改变光波导的折射率。

14、(三)有益效果

15、本发明实施例提供的一种光相移器，至少具有以下有益效果：

16、(1)本发明实施例提供的光相移器融合了双层光波导、双层电极和垂直电互联设计，能够实现相同芯片长度条件下的两倍相移，显著提高了芯片的集成度和移相范围。

17、(2)本发明实施例提供的光相移器利用内壁金属化的通孔孔将上下两个表层的电极相连，有利于降低信号延迟，减小电极寄生电容；利用光学引线键合技术(pwb)技术实现上下两层薄膜铌酸锂光波导的互联，该互联方式灵活且可调控，可以降低对波导的工艺要求，未来可扩展用于更大规模光电子芯片的多层电互联和光互联。

18、(3)本发明实施例提供的光相移器仅使用一组直流信号便可对两段波导进行移相，倍增移相范围的同时，减小了外围供电驱动端的数量，使其能更好地利用在例如相控阵雷达等需要高度集成大范围移相器的场合。

19、(4)本发明实施例提供的光相移器通过在一个衬底上集成了两片铌酸锂薄膜，可以实现在上下两层铌酸锂薄膜同时进行光电结构加工，大幅增加了芯片集成度和芯片功能，减小了光相移器的体积。

技术特征：

1.一种光相移器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光相移器，其特征在于，所述电极包括第一电极组和第二电极组；

3.根据权利要求2所述的光相移器，其特征在于，还包括通孔，所述通孔内壁金属化，其中，

4.根据权利要求1所述的光相移器，其特征在于，所述第一光波导的输出端和所述第二光波导的输入端之间通过光学引线键合技术光互连结构连接。

5.根据权利要求1所述的光相移器，其特征在于，所述光波导包括脊型波导结构。

6.根据权利要求1所述的光相移器，其特征在于，所述衬底包括铌酸锂衬底。

7.根据权利要求6所述的光相移器，其特征在于，所述第一衬底层和所述第二衬底层关于所述衬底的中心层对称设置。

8.根据权利要求7所述的光相移器，其特征在于，所述衬底的中心层包括硅层。

9.根据权利要求8所述的光相移器，其特征在于，所述衬底还包括二氧化硅层，所述二氧化硅层分别位于所述第一衬底层与所述中心层之间和所述第二衬底层与所述中心层之间。

10.一种光相移器的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种光移相器及其制备方法，涉及光纤通信领域，该光移相器包括：衬底，包括第一衬底层和第二衬底层，第一衬底层叠设于第二衬底层之上；光波导，包括第一光波导和第二光波导，分别设于第一衬底层和第二衬底层上，第一光波导的输出端和第二光波导的输入端连接；电极，设于第一光波导和第二光波导的两侧，用于调节被施加电压的大小来改变光波导的折射率。该光相移器融合了双层光波导、双层电极和垂直电互联设计，能够实现相同芯片长度条件下的两倍相移，显著提高了芯片的集成度和移相范围。

技术研发人员：李金野,刘建国,向子川,贾倩倩
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15