本發(fā)明涉及電光調(diào)制器，尤其涉及l(fā)型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器及設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、隨著光通信的快速發(fā)展，作為將電信號轉(zhuǎn)化為光信號的電光調(diào)制器，其性能要求越來越高，與內(nèi)調(diào)制器相比，外調(diào)制器具有波長穩(wěn)定、可對信號實現(xiàn)多種編碼格式、高速率、大的消光比、低啁啾、低的調(diào)制信號劣化等優(yōu)點。馬赫-曾德(mach-zehnder，mz)調(diào)制器作為外調(diào)制器的一種，因其在光信號的高速率和遠距離的傳輸方面具有優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中。

2、但是，現(xiàn)有的電光調(diào)制器吸收損耗較大，且調(diào)制效率較低，無法滿足市場需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器及設(shè)計方法，旨在解決現(xiàn)有的電光調(diào)制器吸收損耗較大和調(diào)制效率較低的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，包括以下步驟：

3、利用comsol光學(xué)仿真軟件，研究金屬電極之間的間距和金屬電極與光波導(dǎo)上下之間隔離層厚度對光波導(dǎo)區(qū)域的電場分布、光吸收損耗的影響，并設(shè)計隔離層的厚度以及金屬電極之間的間距；

4、利用hfss對電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行掃描，得到電極微波速度、微波損耗和s參數(shù)；

5、利用hfss對最終優(yōu)化的電光調(diào)制器進行有限元法計算，得到電光調(diào)制器的群速度、微波損耗、射頻s參數(shù)和電光響應(yīng)。

6、其中，在“利用comsol光學(xué)仿真軟件，研究光波導(dǎo)區(qū)域的電場分布、光吸收損耗，設(shè)計金屬電極之間的間距和金屬電極與光波導(dǎo)上下之間sio2隔離層厚度的間距”中，包括：

7、對電光調(diào)制器的調(diào)制區(qū)結(jié)構(gòu)進行二維模型的創(chuàng)建；

8、根據(jù)鈮酸鋰材料的性質(zhì)將相對介電常數(shù)設(shè)置為各向異性并且對應(yīng)建模的波導(dǎo)方向，根據(jù)鈮酸鋰色散曲線，建立鈮酸鋰的變化趨勢；

9、添加eme求解模式，設(shè)置散射邊界條件；

10、固定薄膜鈮酸鋰的厚度和寬度，在金屬電極與光波導(dǎo)上下之間隔離層厚度分別為0和800nm條件下掃描金屬電極之間的間距從3μm到8μm；

11、驗證波導(dǎo)金屬電極部分墊高呈現(xiàn)l型結(jié)構(gòu)時對光吸收損耗和調(diào)制效率的影響，確定金屬電極之間的間距。

12、其中，在“對電光調(diào)制器的調(diào)制區(qū)結(jié)構(gòu)進行二維模型的創(chuàng)建”中，硅襯底厚度為500μm，隔離層二氧化硅厚度為4.7μm，薄膜鈮酸鋰厚度為600nm，脊波導(dǎo)刻蝕深度為300nm，酸鋰波導(dǎo)的頂部寬度為1.5μm，側(cè)壁傾角為70度，金屬電極與光波導(dǎo)上下之間隔離層厚度為800nm，金屬電極厚度為1.2μm，上蓋隔離層二氧化硅的厚度為800nm。

13、其中，在“利用hfss對電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行掃描，得到電極微波速度、微波損耗和s參數(shù)”，包括：

14、在hfss中對電光調(diào)制器的調(diào)制區(qū)結(jié)構(gòu)進行三維模型的創(chuàng)建；

15、根據(jù)鈮酸鋰材料的性質(zhì)將相對介電常數(shù)設(shè)置為各向異性并且對應(yīng)建模的波導(dǎo)方向；

16、將空氣盒的底面設(shè)置為完美電導(dǎo)體邊界，其他的面設(shè)置為輻射邊界；

17、在行波電極的兩端分別設(shè)置2個波端口；

18、在求解設(shè)置中設(shè)置頻率掃描；

19、歸一化兩個所述波端口的阻抗到50ω對模型進行分析，輸出在50ω系統(tǒng)下結(jié)構(gòu)的s參數(shù)，微波速度與微波損耗。

20、其中，在“在求解設(shè)置中設(shè)置頻率掃描”中，所述頻率為1ghz到60ghz，頻率間隔為1ghz，精度為0.01。

21、第二方面，l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器，采用第一方面所述的l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，

22、包括襯底、緩沖層、光波導(dǎo)、多個隔離層、多個金屬電極和帽層，所述緩沖層設(shè)置于所述襯底的頂部，所述光波導(dǎo)設(shè)置于所述緩沖層遠離所述襯底的一側(cè)，多個所述金屬電極分別設(shè)置于所述光波導(dǎo)遠離所述緩沖層的一側(cè)，多個所述隔離層均設(shè)置于所述光波導(dǎo)和多個所述金屬電極之間，所述帽層設(shè)置于多個所述金屬電極遠離所述光波導(dǎo)的一側(cè)。

23、其中，所述光波導(dǎo)為x型切割的ln薄膜，并為脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。

24、本發(fā)明的l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，包括以下步驟：利用comsol光學(xué)仿真軟件，研究金屬電極之間的間距和金屬電極與光波導(dǎo)上下之間隔離層厚度對光波導(dǎo)區(qū)域的電場分布、光吸收損耗的影響，并設(shè)計隔離層的厚度以及金屬電極之間的間距；利用hfss對電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行掃描，得到電極微波速度、微波損耗和s參數(shù)；利用hfss對最終優(yōu)化的電光調(diào)制器進行有限元法計算，得到電光調(diào)制器的群速度、微波損耗、射頻s參數(shù)和電光響應(yīng)。本發(fā)明設(shè)計的電光調(diào)制器可以有效降低波導(dǎo)損耗，通過設(shè)計的行波電極結(jié)構(gòu)具有較小的回波損耗及較大的增益，電光調(diào)制器在1cm調(diào)制長度下表現(xiàn)出遠大于60ghz的電光帶寬對電光調(diào)制器，從而解決了現(xiàn)有的電光調(diào)制器吸收損耗較大和調(diào)制效率較低的問題。

技術(shù)特征：

1.l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，其特征在于，在“利用comsol光學(xué)仿真軟件，研究光波導(dǎo)區(qū)域的電場分布、光吸收損耗，設(shè)計金屬電極之間的間距和金屬電極與光波導(dǎo)上下之間sio2隔離層厚度的間距”中，包括：

3.如權(quán)利要求2所述的l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，其特征在于，在“對電光調(diào)制器的調(diào)制區(qū)結(jié)構(gòu)進行二維模型的創(chuàng)建”中，硅襯底厚度為500μm，隔離層二氧化硅厚度為4.7μm，薄膜鈮酸鋰厚度為600nm，脊波導(dǎo)刻蝕深度為300nm，酸鋰波導(dǎo)的頂部寬度為1.5μm，側(cè)壁傾角為70度，金屬電極與光波導(dǎo)上下之間隔離層厚度為800nm，金屬電極厚度為1.2μm，上蓋隔離層二氧化硅的厚度為800nm。

4.如權(quán)利要求3所述的l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，其特征在于，在“利用hfss對電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行掃描，得到電極微波速度、微波損耗和s參數(shù)”，包括：

5.如權(quán)利要求4所述的l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，其特征在于，在“在求解設(shè)置中設(shè)置頻率掃描”中，所述頻率為1ghz到60ghz，頻率間隔為1ghz，精度為0.01。

6.l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器，采用權(quán)利要求1-5任意一項所述的l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器設(shè)計方法，其特征在于，

7.如權(quán)利要求6所述的l型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電光調(diào)制器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及L型行波電極結(jié)構(gòu)的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器及設(shè)計方法，利用HFSS對電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行掃描，得到電極微波速度、微波損耗和S參數(shù)；利用HFSS對最終優(yōu)化的電光調(diào)制器進行有限元法計算，得到電光調(diào)制器的群速度、微波損耗、射頻S參數(shù)和電光響應(yīng)。本發(fā)明設(shè)計的電光調(diào)制器可以有效降低波導(dǎo)損耗，通過設(shè)計的行波電極結(jié)構(gòu)具有較小的回波損耗及較大的增益，電光調(diào)制器在1cm調(diào)制長度下表現(xiàn)出遠大于60Ghz的電光帶寬對電光調(diào)制器，從而解決了現(xiàn)有的電光調(diào)制器吸收損耗較大和調(diào)制效率較低的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：謝仕鋒,李躍,楊萬里,尹怡輝,歐陽竑,吳錦虹
受保護的技術(shù)使用者：中國電子科技集團公司第三十四研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23