一种具有介质反射栅结构增强型声光调制器及其制备方法

本发明涉及集成光学，特别是涉及一种新型的具有介质反射栅结构增强型声光调制器及其制备方法。

背景技术：

1、高性能的声光调制器在微波到光波的转换中占有重要的地位，其通过声子-光子的相互作用改变介质的折射率来对光场进调控。随着信息通信量的爆发式增长，对声光调控器件在光波使用频段、调制速率、声光转换效率以及电功率能耗方面提出了更高的要求。然而传统的声光调控器件由于声光体材料的尺寸和物理特性的影响，其转换效率不尽人意。随着微纳器件工艺的快速发展，表面声波集成的波导型声光器件为片上集成化声光调控器件提供了新的思路，但为了尽可能的提高器件的调制效率，优先采用均匀的薄膜铌酸锂来构建悬浮结构，形成声学谐振腔，该结构能够大幅提高对声学模式的束缚，从而明显增强声光相互作用强度。然而，悬浮结构器件在功率处理、鲁棒性和器件制备工艺上存在诸多缺点。因此，如何在小尺寸的器件下，增强声光相互作用，提高转换效率，拓宽声光调制的带宽以及降低调制驱动电压俨然成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有介质反射栅结构增强型声光调制器及其制备方法，充分发挥了铌酸锂优异的压电效应的同时利用硫系玻璃显著的弹光效应，明显的提升了光波导产生的折射率改变量，同时使用硫系介质型反射栅进行声波的增强，提高叉指换能器激发的声波强度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种具有介质反射栅结构增强型声光调制器，包括：基片以及设置在基片上的铌酸锂-硫系玻璃异质层，所述铌酸锂-硫系玻璃异质层包括铌酸锂薄膜以及铌酸锂薄膜上异质集成的硫系光波导和硫系介质型反射栅，所述铌酸锂薄膜上设置叉指换能器，若干所述硫系介质型反射栅关于所述叉指换能器对称设置。

4、进一步地，所述基片包括硅衬底以及设置在硅衬底上的二氧化硅层，所述铌酸锂-硫系玻璃异质层设置在所述二氧化硅层上。

5、进一步地，所述铌酸锂-硫系玻璃异质层相对于基片来说为非悬浮状态。

6、进一步地，所述硫系光波导为mzi型光波导、rt跑道型光波导、一维光子晶体纳米梁、二维光子晶体谐振器或光机械谐振腔波导结构。

7、进一步地，所述硫系光波导为mzi型光波导，所述mzi型光波导的上臂由四个90度小弯曲半径波导与直波导构成。

8、进一步地，对于mzi型光波导，叉指换能器的叉指数为奇数个；对于rt跑道型光波导，叉指换能器的叉指数为偶数个。

9、进一步地，所述硫系介质型反射栅设置有两组，分别位于所述叉指换能器的两侧；其中，所述叉指换能器设置在所述硫系光波导的内侧，两组所述硫系介质型反射栅设置在所述硫系光波导的外侧；或者，所述叉指换能器设置在所述硫系光波导的外部一侧，两组所述硫系介质型反射栅分别设置在所述硫系光波导的外部一侧和内侧。

10、进一步地，所述硫系介质型反射栅的波导宽度与声波波长相匹配，满足布拉格反射条件，其对数设置在50～100对。

11、进一步地，所述铌酸锂薄膜的切向为x-(-30°)y或x-(30°)y，所述铌酸锂薄膜的厚度为100nm～1500nm；所述叉指换能器可实现200mhz～10ghz瑞利声表面波的激发；所述硫系光波导宽度为300nm～30μm，高度为350nm～2500nm，工作波长为500nm-20000nm。

12、本发明还提供一种具有介质反射栅结构增强型声光调制器的制备方法，应用于上述的具有介质反射栅结构增强型声光调制器，包括以下步骤：

13、s1，在覆盖铌酸锂薄膜的基片采用热蒸镀法沉积一层硫系玻璃薄膜；

14、s2，硫系玻璃薄膜上通过曝光显影刻蚀后即可完成硫系光波导和硫系介质型反射栅的制作；

15、s3，进行二次曝光显影，利用蒸镀或微电镀的方法在二次曝光显影后的硫系玻璃薄膜上镀一层金属膜后经过剥离工艺即可完成叉指换能器的制作。

16、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的具有介质反射栅结构增强型声光调制器及其制备方法，设置在基片上的铌酸锂-硫系玻璃异质层包括铌酸锂薄膜以及铌酸锂薄膜上异质集成的硫系光波导和硫系介质型反射栅；第一，基于铌酸锂-硫系玻璃的混合异质集成波导结构，充分发挥了铌酸锂优异的压电效应与硫系玻璃显著的弹光效应，明显的提升了光波导产生的折射率改变量；第二，采用x-(-30°)y或者x-(30°)y铌酸锂薄膜作为压电材料，明显提高了微波与声波的转换效率；第三，利用周期性硫系介质波导作为反射栅，充分的增强了声波激发的强度，对比目前现有技术，该方案可以大幅度改善金属反射栅对声波的强散射问题，另外该方案的提出将会为研制超高效的声光调制器提供思路。上述声光调制器调制效率高、制作容易、易实现片上大规模集成。

技术特征：

1.一种具有介质反射栅结构增强型声光调制器，其特征在于，包括：基片以及设置在基片上的铌酸锂-硫系玻璃异质层，所述铌酸锂-硫系玻璃异质层包括铌酸锂薄膜以及铌酸锂薄膜上异质集成的硫系光波导和硫系介质型反射栅，所述铌酸锂薄膜上设置叉指换能器，若干所述硫系介质型反射栅关于所述叉指换能器对称设置。

2.根据权利要求1所述的具有介质反射栅结构增强型声光调制器，其特征在于，所述铌酸锂-硫系玻璃异质层相对于基片来说为非悬浮状态。

3.根据权利要求1所述的具有介质反射栅结构增强型声光调制器，其特征在于，对于mzi型光波导，叉指换能器的叉指数为奇数个；对于rt跑道型光波导，叉指换能器的叉指数为偶数个。

4.根据权利要求1所述的具有介质反射栅结构增强型声光调制器，其特征在于，所述硫系介质型反射栅设置有两组，分别位于所述叉指换能器的两侧；其中，所述叉指换能器设置在所述硫系光波导的内侧，两组所述硫系介质型反射栅设置在所述硫系光波导的外侧；或者，所述叉指换能器设置在所述硫系光波导的外部一侧，两组所述硫系介质型反射栅分别设置在所述硫系光波导的外部一侧和内侧。

5.根据权利要求1所述的具有介质反射栅结构增强型声光调制器，其特征在于，所述硫系介质型反射栅的波导宽度与声波波长相匹配，满足布拉格反射条件，其对数设置在50～100对。

6.根据权利要求1所述的具有介质反射栅结构增强型声光调制器，其特征在于，所述铌酸锂薄膜的切向为x-(-30°)y或者x-(30°)y，所述铌酸锂薄膜的厚度为100nm～1500nm；所述叉指换能器可实现200mhz～10ghz瑞利声表面波的激发；所述硫系光波导宽度为300nm～30μm，高度为350nm～2500nm，工作波长为500nm-20000nm。

7.一种具有介质反射栅结构增强型声光调制器的制备方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一所述的具有介质反射栅结构增强型声光调制器，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种具有介质反射栅结构增强型声光调制器及其制备方法，涉及集成光学技术领域，其中，所述声光调制器包括：基片以及设置在基片上的铌酸锂‑硫系玻璃异质层，所述铌酸锂‑硫系玻璃异质层包括铌酸锂薄膜以及铌酸锂薄膜上异质集成的硫系光波导和硫系介质型反射栅，所述铌酸锂薄膜上设置叉指换能器，若干所述硫系介质型反射栅关于所述叉指换能器对称设置。本发明使用硫系介质型反射栅对单臂以及双臂推挽调制进行声波的增强，提高叉指换能器激发的声波强度。另外本发明利用X‑(‑30°)Y或者X‑(30°)Y切向的铌酸锂高机电耦合系数，提高微波到声波的转换效率。上述声光调制器调制效率高、制作容易、易实现片上大规模集成。

技术研发人员：万磊,周文丰,江建滔,李洋,马永杰,王凯峰
受保护的技术使用者：天津大学浙江国际创新设计与智造研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15