一种波导芯片及电光调制器的制作方法

本申请涉及光电子器件，特别涉及一种波导芯片及电光调制器。

背景技术：

1、电光调制器作为现代光通信产业的核心器件，能将电信号转化为光信号，使其能够在光纤中实现信号传输。由于一次线性电光效应，铌酸锂单晶被业内公认为最成熟的制作电光调制器波导芯片的衬底材料。在实际应用中，为提高信号质量、降低系统链路噪声、提高系统输出信号功率，通常希望整体光路具有较高的信号强度，这就需要较大幅度的提高链路组成光学元器件可承受的最大输入光功率阈值。受限于铌酸锂晶体的光损伤阈值和电光系数，当前铌酸锂电光调制器件的耐受输入光功率已接近设计极限，无法满足应用系统进一步提升链路光功率的需求。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题是现有技术中铌酸锂单晶衬底的芯片用于电光调制器时存在的耐受输入光功率无法进一步提高，进而提供一种波导芯片及电光调制器。

2、第一方面，本申请技术方案提供一种波导芯片，包括：

3、基底；

4、单模波导，设置于所述基底的表面；

5、一对模斑转换结构，对称设置于所述单模波导的两端；其中，每一所述模斑转换结构包括渐变波导和直波导；所述渐变波导中宽度较小的一端与所述单模波导耦接，所述渐变波导中宽度较大的一端与所述直波导的一端耦接，所述直波导的另一端延伸至波导芯片的边缘并与外部光纤耦接；

6、以上，所述单模波导、所述渐变波导和所述直波导均均采用铌镁酸铅钛酸铅晶体制得。

7、一些方案中所述的波导芯片，还包括垫片，设置于所述波导芯片的边缘外侧；所述外部光纤的耦接端置于所述垫片上后与所述直波导耦接；

8、一些方案中所述的波导芯片，所述垫片上开设有与所述外部光纤宽度适配的容纳槽，所述外部光纤的耦接端置于所述容纳槽内。

9、一些方案中所述的波导芯片，所述渐变波导的长度为(200±a)μm，其中，a为误差参数。

10、一些方案中所述的波导芯片，所述直波导的长度大于l，l＝(500±s)μm，其中，s为误差参数。

11、一些方案中所述的波导芯片，所述渐变波导中宽度较小的一端与所述单模波导具有相同宽度；

12、所述渐变波导中宽度较大的一端与所述直波导具有相同宽度；

13、所述单模波导的宽度为(2.6±b)μm，所述直波导的宽度为(10±c)um；其中，b和c为误差参数。

14、一些方案中所述的波导芯片，所述基底的底面成型有开槽，所述开槽用于将所述波导芯片中的高阶模式光辐射出去。

15、一些方案中所述的波导芯片，所述开槽包括多个且沿光传输方向分布，每一所述开槽的深度大于300μm；每一所述开槽的宽度大于500μm。

16、一些方案中所述的波导芯片，所述开槽包括三个，分别开设于所述基底的1/4长度、1/2长度及3/4长度的位置处。

17、第二方面，本申请技术方案提供一种电光调制器，所述电光调制器包括第一方面任一项技术方案中所述的波导芯片。

18、采用上述技术方案，具有以下有益效果：

19、本申请提供的波导芯片及电光调制器，其中的波导芯片，包括基底、单模波导和对称设置于单模波导的两端的一对模斑转换结构。每一模斑转换结构包括渐变波导和直波导；渐变波导中宽度较小的一端与单模波导耦接，渐变波导中宽度较大的一端与直波导的一端耦接，直波导的另一端延伸至波导芯片的边缘并与外部光纤耦接，其中单模波导、渐变波导和直波导均采用铌镁酸铅钛酸铅(pmn-pt)晶体制得。通过本申请的方案，由于在单模波导与外部光纤之间增设了模斑转换结构，能够将原来单模波导与外部光纤之间的直接耦合面积增大为直波导与外部光纤的耦合面积。同时，pmn-pt晶体为新开发出的晶体材料，其晶体光损伤阈值是铌酸锂单晶的5倍以上，利用pmn-pt晶体制作电光调制器波导芯片，可以将当前已经接近极限的调制器输入光功率阈值再提高几倍。因此，本申请提供的波导芯片相比于常规铌酸锂晶体波导芯片能够承受输入光功率的耦合面积增大，有效提升了耐受输入光功率的大小。

技术特征：

1.一种波导芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的波导芯片，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的波导芯片，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的波导芯片，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的波导芯片，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的波导芯片，其特征在于：

7.根据权利要求1-6任一项所述的波导芯片，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的波导芯片，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的波导芯片，其特征在于：

10.一种电光调制器，其特征在于，所述电光调制器包括权利要求1-9任一项所述的波导芯片。

技术总结
本申请提供了一种波导芯片及电光调制器，其中的波导芯片，包括基底、单模波导和对称设置于单模波导的两端的一对模斑转换结构。每一模斑转换结构包括渐变波导和直波导；渐变波导中宽度较小的一端与单模波导耦接，渐变波导中宽度较大的一端与直波导的一端耦接，直波导的另一端延伸至波导芯片的边缘并与外部光纤耦接，其中单模波导、渐变波导和直波导均为铌镁酸铅钛酸铅(PMN‑PT)晶体。通过本申请的方案，由于在单模波导与外部光纤之间增设了模斑转换结构，能够将原来单模波导与外部光纤之间的直接耦合面积增大为直波导与外部光纤的耦合面积。同时，PMN‑PT晶体为新开发出的晶体材料，其晶体光损伤阈值是铌酸锂单晶的5倍以上，利用PMN‑PT晶体制作电光调制器波导芯片，可以将当前已经接近极限的调制器输入光功率阈值再提高几倍。因此，本申请提供的波导芯片相比于常规铌酸锂晶体波导芯片能够承受输入光功率的耦合面积增大，有效提升了耐受输入光功率的大小。

技术研发人员：王旭阳,冯亚丽
受保护的技术使用者：北京世维通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10