專利名稱：新型聚合物調(diào)制器t型微帶電極的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，該調(diào)制器的波導(dǎo)采用了聚合物材 料，電極采用的是微帶線結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)光與微波的速度匹配，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及 光波導(dǎo)技術(shù)和微波技術(shù)。
背景技術(shù)：
與LiNbO3調(diào)制器相比，聚合物材料能夠提供微波和光載波之間更好的相速度匹 配，因此通常聚合物電光調(diào)制器可以不必要象LiNbO3調(diào)制器那樣對電極作精巧的設(shè)計就能 夠達(dá)到很高的調(diào)制帶寬。當(dāng)前單信道傳輸速率IOGbps以及40Gbps的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)， 雖然就調(diào)制帶寬而言，目前的聚合物調(diào)制器甚至LiNbO3調(diào)制器都能夠滿足這一通訊要求， 但是未來的通訊網(wǎng)絡(luò)要求能夠?qū)崟r的傳輸多媒體數(shù)據(jù)，這勢必要求具有更高帶寬或速率的 調(diào)制器來將信息加載到光載波上。由于聚合物材料很容易就獲得微波信號和光載波之間良 好的速度匹配，為了進(jìn)一步提高器件的帶寬，就需要對器件的電極進(jìn)行更加巧妙的設(shè)計。從另外一方面講，器件帶寬的提升，意味著帶寬距離積的增加，也會有利于降低其 半波電壓。眾所周知，通過增加器件中信號和光載波之間的相互作用長度可以降低半波電 壓，但同時也降低了調(diào)制器帶寬，如果能夠設(shè)法提高器件的帶寬距離積，那么就可以適當(dāng)?shù)?增加器件的長度。限制調(diào)制器帶寬的因素主要有兩個微波和光載波之間的相速度失配程度以及電 極導(dǎo)體損耗。因此，要進(jìn)一步提升聚合物電光調(diào)制器的帶寬也應(yīng)該從這兩方面著手。當(dāng)然 就聚合物材料本身而言，速度失配的程度已經(jīng)不像LiNbO3的那樣大了，但是如果通過器件 設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)更加完美的速度匹配，那么帶寬肯定會有更大的提高，另外若同時還能夠使 導(dǎo)體損耗降低，那么調(diào)制器帶寬將會達(dá)到一個新的高度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計了一種嵌入到波導(dǎo)包覆層材料的微帶電極，這種方法表明，嵌入式電 極能夠?qū)崿F(xiàn)完美的光與微波的速度匹配。但是由于電極邊緣被非空氣介質(zhì)所包圍，增加了 電極邊緣場的奇異性，因而電極導(dǎo)體損耗會有所上升。為了降低導(dǎo)體損耗，進(jìn)一步設(shè)計了嵌 入式的T型微帶線。這種構(gòu)形的微帶線增加了電極的邊緣面積，削弱了邊緣場的奇異性，弓丨 起導(dǎo)體損耗的下降。通過調(diào)整微帶線結(jié)構(gòu)因子的參數(shù)，可以在一個較寬的范圍內(nèi)既近似滿 足阻抗匹配，又能降低導(dǎo)體損耗，提高調(diào)制器的帶寬。本發(fā)明有益效果1.保證波導(dǎo)結(jié)構(gòu)滿足單模傳輸條件。2.在阻抗匹配條件下，實現(xiàn)光波與微波的速度匹配，提升調(diào)制帶寬。3.微帶電極結(jié)構(gòu)采用T型結(jié)構(gòu)，增加了一個設(shè)計自由度結(jié)構(gòu)因子，以滿足阻抗匹 配。本文的應(yīng)用價值高速寬帶光通信及軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。


附圖表明了聚合物調(diào)制器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及嵌入式T型微帶電極結(jié)構(gòu)的橫截面圖，1 為嵌入層，2為上包層，3為芯層，4為下包層，5為襯底，6為微帶電極上半部分高度，7為微 帶線下半部分高度。
具體實施例方式本方法設(shè)計的聚合物調(diào)制器的橫截面見附圖，圖中的電極材料是金，脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 的下包層材料為Epoxylite9653-02，芯層是電光聚合物CLD1/PMMA，上包層材料為N0A73， 嵌入層材料和上包層材料相同。設(shè)計中采用了以下參數(shù)光波長1. 32μπι，下包層的光波折 射率1. 5352，芯層折射率1. 67，上包層的折射率1. Μ36，下包層、芯層以及上包層的相對介 電常數(shù)分別為3. 1329,3. 7098,3. 1673。為了實現(xiàn)單模傳輸，脊波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為別為脊 寬W = 5. 9 μ m，脊高H = 0. 6 μ m，芯層厚度T = 1. 3 μ m，下包層厚度2. 9 μ m，電極間距D = 7.2μπι。利用等效折射率法，導(dǎo)模的等效折射率N= 1.651。本方法的電極采用的是嵌入式T型微帶線結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖見附圖，它實際上是由兩 個矩形微帶構(gòu)成。當(dāng)增加結(jié)構(gòu)因子、八2時，導(dǎo)體損耗及折射率均減小，這對提高器件帶寬 非常有利，從而導(dǎo)致3dB帶寬幾乎隨t/t2線性增加。當(dāng)、/t2從1. 0增加到3. 8時，微帶線 特征阻抗從51. 9 Ω減小到49. 3 Ω，始終接近50 Ω的阻抗匹配。當(dāng)特征阻抗Z = 50 Ω時， 微帶電極的導(dǎo)體損耗為0. 349dB · cm—1 · GHz-"2。因此，增加T型微帶線的結(jié)構(gòu)因子t,/t2, 可以在一個較寬的范圍內(nèi)既近似滿足阻抗匹配，又能降低導(dǎo)體損耗，提高調(diào)制器的帶寬。
權(quán)利要求
1.新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，包括聚合物調(diào)制器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，嵌入 到波導(dǎo)包覆層材料的T型微帶電極的設(shè)計，其特征在于阻抗匹配，光與微波的速率匹配和 結(jié)構(gòu)因子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，其特征在于芯 層波導(dǎo)材料使用的是電光聚合物CLD1/PMMA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，其特征在于脊 形波導(dǎo)滿足單模傳輸條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，其特征在 于在滿足單模傳輸?shù)臈l件下，光波的有效折射率等于微波的有效折射率，即實現(xiàn)光與微波 的速率匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，其特征在于電 極采用嵌入式T型微帶線結(jié)構(gòu)，即由兩個矩形微帶構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，其特征在于T 型微帶電極的結(jié)構(gòu)滿足特征阻抗為50 Ω，即達(dá)到阻抗匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，其特征在于增 加T型微帶線的結(jié)構(gòu)因子，可以在一個較寬的范圍內(nèi)既近似滿足阻抗匹配，又能降低導(dǎo)體 損耗，提高調(diào)制器的帶寬。
全文摘要
新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計方法，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)技術(shù)和微波技術(shù)。通過恰當(dāng)?shù)碾姌O參數(shù)設(shè)計，可以在阻抗匹配條件下，實現(xiàn)完美速度匹配，大幅度提升調(diào)制器的帶寬。本發(fā)明設(shè)計了嵌入式的T型微帶線電極結(jié)構(gòu)，這種構(gòu)形的微帶線增加了電極的邊緣面積，削弱了邊緣場的奇異性，因此引起導(dǎo)體損耗下降。通過調(diào)整微帶線結(jié)構(gòu)因子的參數(shù)，可以在一個較寬的范圍內(nèi)既近似滿足阻抗匹配，又能降低導(dǎo)體損耗，提高調(diào)制器的帶寬。
文檔編號H04B10/12GK102096209SQ20111000138
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者劉宏明, 張曉霞, 文玥, 朱燕, 沈杰, 黃春陽 申請人:電子科技大學(xué)