一种适用于马赫曾德电光调制器的新型光栅波导

本发明涉及光电子集成和高速光通信，尤其是涉及到一种适用于马赫曾德电光调制器的新型光栅波导。

背景技术：

1、当前，数据的多样性、时效性和价值密度显著提升，实现信号的高速、高质量传输和处理具有广阔的市场前景。然而，微电子技术由于其逐渐逼近物理极限面临着严峻挑战。随着特征尺寸的进一步缩小，电互联的局限性使得一些不期望的物理效应变得难以忽视。此外，互连线的延时和功耗问题也使得电互连芯片在大数据时代的背景下显得力不从心。相比之下，光互连技术能够有效提高通信系统的传输带宽和传输能效。将光互连技术与电互连技术相结合的硅基光电子技术有望解决短距离电互连瓶颈，并在通信领域取得重要应用。

2、电光调制器是将电信号转换成光信号进行传输的重要部件，在任何信息技术应用中都是必不可少的，例如数据传输、互联、计算和处理。利用硅光子学的互补金属氧化物半导体工艺兼容性，硅基电光调制器有望支持晶圆级制造，降低器件成本并实现高密度集成。根据结构不同，硅调制器可分为马赫曾德调制器和微环谐振腔型调制器两大类。传统马赫曾德调制器具备良好的热稳定性、小色散、大消光比、宽工作波长范围、大制造容差以及低温度敏感性等优点，但在大尺寸、高驱动电压和高功耗等方面仍存在局限性，且大部分器件尺寸处于毫米量级，与大规模光电集成的目标尚有差距。相比之下，微环谐振腔型调制器以其小尺寸和低功耗的特点受到青睐，但同时也面临着色散大、带宽窄以及加工难度高和温度敏感性高等问题。微环谐振腔型调制器的高温度敏感性导致在实际应用中常常需要额外的温度控制模块，这无疑会增加系统能耗。显然现有调制器还存在着很多性能瓶颈和不足之处。

3、近年来，已经提出了一些方案可以有效改善硅基电光调制器的性能。如采用时频均衡分段调制的调制器可实现110ghz的带宽，但会导致更高的插入损耗并且对工艺误差非常敏感。还有采用基于布拉格光栅的慢光调制器，虽然带宽高达110ghz，尺寸仅为124um但该结构同样对工艺误差非常敏感且存在速率失配问题，目前该器件无法支持pam4等更高格式的信号传输。

4、因此，提供一种适用于马赫曾德电光调制器的新型光栅波导，实现更小尺寸、更高带宽的电光调制器是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种适用于马赫曾德电光调制器的新型光栅波导，实现更小尺寸、更高带宽的电光调制器。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种适用于马赫曾德电光调制器的新型光栅波导，其特征在于：所述新型光栅波导的光栅结构由波导中心加工的周期性刻蚀孔组成。新型光栅波导包括两端的绝热光栅taper以及连接于两个绝热光栅taper之间的相移布拉格光栅。

4、优选的，所述的绝热型光栅taper位于光栅波导两端，组成其结构的光栅刻蚀孔在长度方向上呈周期分布，在宽度方向上的尺寸呈渐进分布。

5、优选的，所述的相移布拉格光栅位于两端的绝热光栅taper之间，由若干结构相同的谐振单元级联而成，每个谐振单元由一个相移区刻蚀孔和周期性光栅刻蚀孔组成。

6、优选的，所述的谐振单元包括一个相移区刻蚀孔及周期性光栅刻蚀孔结构。其中相移区刻蚀孔在长度方向上的尺寸大于周期性光栅刻蚀孔，在宽度方向上的尺寸与周期性光栅刻蚀孔可以相同也可以不同。

7、优选的，所述新型光栅波导的光栅结构是在脊波导的脊部中心加工形成刻蚀孔，利用这些刻蚀孔的周期性排布实现的。刻蚀孔在宽度方向上与脊波导的脊部边缘存在间距，在长度方向上具有周期性，刻蚀深度小于波导层厚度。

8、优选的，所述的脊波导被用于在脊部中心刻蚀光栅孔，其波导结构可为脊形结构，或由波导材料组成的任意结构，如条形、弯折型等。

9、优选的，所述的刻蚀孔具有固定的周期和占空比。其形状可为方形结构、圆形结构、弧形结构或多齿结构，其分布类型可为均匀分布、线性分布、抛物线型分布等，其刻蚀深度可以相同也可以不同。

10、优选的，所述新型光栅波导的行波电极，通过通孔与所述光栅波导结构进行电气连接，将电信号加载到相移布拉格光栅上并将电信号从源端传输到终端。

11、优选的，在上述新型光栅波导中，所述新型光栅波导适用于双驱动推挽式电光调制器，也可以将类似结构应用到gsg单驱动推挽式电光调制器中。

12、优选的，所述一种适用于马赫曾德电光调制器的新型光栅波导，该马赫曾德电光调制器可以为硅基电光调制器也可以为铌酸锂电光调制器等其他能实现电光功能的电光调制器。

技术特征：

1.一种适用于马赫曾德电光调制器的新型光栅波导，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的新型光栅波导，其特征在于：所述的绝热光栅taper(104)位于新型光栅波导两端，组成其结构的光栅刻蚀孔在长度方向上呈周期分布，在宽度方向上的尺寸呈渐进分布。

3.根据权利要求1所述的新型光栅波导，其特征在于：所述的相移布拉格光栅(105)位于两端的绝热光栅taper(104)之间，由若干结构相同的谐振单元(106)级联而成，每个谐振单元(106)由一个相移区刻蚀孔(107)和周期性光栅刻蚀孔组成。

4.根据权利要求3所述的新型光栅波导，其特征在于，所述的谐振单元(106)包括一个相移区刻蚀孔(107)及周期性光栅刻蚀孔结构。其中相移区刻蚀孔(107)在长度方向上的尺寸大于周期性光栅刻蚀孔，在宽度方向上的尺寸与周期性光栅刻蚀孔可以相同也可以不同。

5.根据权利要求1-4任一项所述的新型光栅波导，其特征在于：所述新型光栅波导的光栅结构是在脊波导的脊部中心加工形成刻蚀孔，利用这些刻蚀孔的周期性排布实现的。刻蚀孔在宽度方向上与脊波导的脊部边缘存在间距，在长度方向上具有周期性，刻蚀深度小于波导层(201)厚度。

6.根据权利要求5所述的脊波导，其特征在于：所述的脊波导被用于在脊部中心刻蚀光栅孔，其波导结构可为脊形结构，或由波导材料组成的任意结构，如条形、弯折型等。

7.根据权利要求1-6任一项所述的刻蚀孔，其特征在于：所述的刻蚀孔具有固定的周期和占空比。其形状可为方形结构、圆形结构、弧形结构或多齿结构，其分布类型可为均匀分布、线性分布、抛物线型分布等，其刻蚀深度可以相同也可以不同。

技术总结
本发明公开了一种适用于马赫曾德电光调制器的新型光栅波导。所述新型光栅波导的特征在于：新型光栅波导的光栅结构由在波导中心加工的周期性刻蚀孔组成。具体而言，新型光栅波导包括：位于两端的绝热光栅Taper，其由在宽度方向上尺寸呈渐近分布的周期性光栅刻蚀孔组成；以及连接两个绝热光栅Taper的相移布拉格光栅，该部分由若干结构相同的谐振单元级联而成，每个谐振单元由一个相移区刻蚀孔和周期性光栅刻蚀孔组成。本发明实现了对电光调制器光栅波导的优化，降低了器件尺寸，增加了器件带宽，适用于高速光通信和光电子集成领域的光电子系统中。

技术研发人员：张赞允,姜浩,李美欣
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/6