一种t型电极铌酸锂电光调制器及设计方法与流程

本发明涉及电光调制器，尤其涉及一种t型电极铌酸锂电光调制器及设计方法。

背景技术：

1、近年来，薄膜铌酸锂电光调制器得到了迅猛的发展。容性负载慢波电极以其自身的优越性得到了广泛的应用。

2、prashantakharel发表了一种基于t型电极的调制器，其半波电压长度乘积已达到2.3v·cm-1，在2cm电极长度处的电带宽高达200ghz以上。

3、该设计的电光调制器性能明显优于传统的薄膜铌酸锂电光调制器，但仍存在半波电压高的缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种t型电极铌酸锂电光调制器及设计方法，解决了现有的一种基于t型电极的调制器存在半波电压高的缺点。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种t型电极铌酸锂电光调制器，包括衬底、缓冲层、光波导、金属电极和过渡层；

3、所述缓冲层位于所述衬底的顶部，所述光波导位于所述缓冲层的顶部，所述过渡层位于所述光波导远离所述缓冲层的一侧，所述金属电极位于所述过渡层的顶部，所述金属电极具有t形结构，所述t形结构的数量为多个，多个所述t形结构分别沿所述光波导的z轴排列，所述过渡层连接所述金属电极和所述光波导。

4、其中，所述光波导为x或y型切割的ln薄膜，并为脊状结构。

5、一种t型电极铌酸锂电光调制器设计方法，包括以下步骤：

6、利用comsol光学仿真软件，研究光波导模式电场，设计波导尺寸；

7、利用comsol光学仿真软件，研究光波导区域的电场分布，设计金属电极之间的间距；

8、利用hfss对电光调制器的结构参数进行扫描，设计中心金属电极厚度、宽度和金属电极的结构；

9、利用hfss对最终优化的电光调制器进行有限元法计算，设计电光调制器整体长度，计算得到电光调制器半波电压与电光带宽。

10、其中，利用comsol光学仿真软件，研究光波导区域的电场分布，设计金属电极之间的间距，所述步骤还包括：

11、建模：在软件中对电光调制器的调制区结构进行二维模型的创建，酸锂波导的顶部宽度为1.5μm，侧壁倾角为74度，过渡层厚度为0.2um，t型金属电极厚度为1.1um；

12、材料设置：铌酸锂材料设置为折射率矩阵的对角线元素设置为(2.1376，2.2111，2.2111)，各相对介电常数矩阵的对角线元素分别设置为(27.9，44.3，44.3)；

13、研究内容设置：添加静电场与电磁波频域求解项；

14、网格剖分：采用自动网格划分；

15、添加求解设置：求解波导模式电场与光波导区域的电场分布；

16、结果：验证波导基模的可行性，确定信号电极与地电极的的间距。

17、其中，利用hfss对电光调制器的结构参数进行扫描，设计中心金属电极厚度、宽度和金属电极的结构，所述步骤还包括：

18、建模：在软件中对电光调制器的调制区结构进行三维模型的创建，最外层为长方体的空气盒，将器件的行波电极结构置于空气盒的下方；调制器的电极结构为t型结构，电极与光波导被过渡层隔开，左右的接地电极宽度设置为100μm，器件的长度设置为1000μm；

19、设置材料：根据铌酸锂材料的性质将相对介电常数设置为各向异性并且对应建模的波导方向；

20、设置边界条件：将空气盒的底面设置为完美电导体边界，其他的面设置为辐射边界；

21、设置激励端口：行波电极的两端分别设置2个波端口；

22、求解设置：在求解设置中设置频率扫描，从1ghz到60ghz进行扫描，频率间隔为1ghz；

23、结果：归一化端口阻抗到50ω，此时端口可视作标准的50ω外接系统，在此情况下对模型进行分析，最终可输出在50ω系统下结构的s参数，z0，微波速度与损耗。

24、其中，利用hfss对最终优化的电光调制器进行有限元法计算，设计电光调制器整体长度，计算得到电光调制器半波电压与电光带宽，所述步骤还包括：

25、研究不同频率下的电光调制器的电光响应和射频损耗，确定电光调制器的最大带宽。

26、本发明的一种t型电极铌酸锂电光调制器及设计方法，所述光波导为x或y型切割ln薄膜，采用传统的脊状结构，所述光波导粘接在所述衬底上的厚sio2所述缓冲层上，薄膜可以通过多种工艺制备，如离子注入、晶圆键合和热切片，所述金属电为t型金属电极，可有效降低电损耗，获得高带宽，为了提高电光重叠系数，减少光吸收损失，使用0.2um的二氧化硅所述过渡层连接所述金属电极和所述光波导，所述金属电极沿所述光波导的z轴排列，所述t型电极铌酸锂电光调制器在1cm调制长度下实现了近1.4v的半波电压，对电光调制器的设计具有重要的指导意义。

技术特征：

1.一种t型电极铌酸锂电光调制器，其特征在于，

2.如权利要求1所述的t型电极铌酸锂电光调制器，其特征在于，

3.一种t型电极铌酸锂电光调制器设计方法，适用于如权利要求1所述的t型电极铌酸锂电光调制器，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的t型电极铌酸锂电光调制器设计方法，其特征在于，利用comsol光学仿真软件，研究光波导区域的电场分布，设计金属电极之间的间距，所述步骤还包括：

5.如权利要求3所述的t型电极铌酸锂电光调制器设计方法，其特征在于，利用hfss对电光调制器的结构参数进行扫描，设计中心金属电极厚度、宽度和金属电极的结构，所述步骤还包括：

6.如权利要求3所述的t型电极铌酸锂电光调制器设计方法，其特征在于，利用hfss对最终优化的电光调制器进行有限元法计算，设计电光调制器整体长度，计算得到电光调制器半波电压与电光带宽，所述步骤还包括：

技术总结
本发明涉及电光调制器技术领域，具体涉及一种t型电极铌酸锂电光调制器及设计方法，包括衬底、缓冲层、光波导、金属电极和过渡层，光波导为X或Y型切割LN薄膜，采用传统的脊状结构，光波导粘接在衬底上的厚SiO<subgt;2</subgt;缓冲层上，薄膜可以通过多种工艺制备，如离子注入、晶圆键合和热切片，金属电为t型金属电极，可有效降低电损耗，获得高带宽，为了提高电光重叠系数，减少光吸收损失，使用0.2um的二氧化硅过渡层连接金属电极和光波导，金属电极沿光波导的Z轴排列，t型电极铌酸锂电光调制器在1cm调制长度下实现了近1.4V的半波电压，对电光调制器的设计具有重要的指导意义。

技术研发人员：谢仕锋,杨佳宇,李跃,杨万里,欧阳竑,谢佳一
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19