CN109143620A - 一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片，包括基片，基片上设有Y波导；Y波导包括入射光波导及两个分支光波导；基片上还设置有：第一高速相位调制电极；通过第一电阻与第一高速相位调制电极电连接的第二高速相位调制电极；通过焊线与第二高速相位调制电极电连接，且通过第二电阻与第一高速相位调制电极电连接的第三高速相位调制电极；一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片的制备方法，包括：对溅射金属进行处理，形成第一高速相位调制电极、第二高速相位调制电极和第三高速相位调制电极的图形；将第一电阻焊接于第二高速相位调制电极与第一高速相位调制电极之间，将第二电阻焊接于第一高速相位调制电极与第三高速相位调制电极之间。
Description
技术领域
本发明涉及电光调制器技术领域，具体涉及一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片及其制备方法。
背景技术
现有的光波导相位调制器芯片包括基片，基片上设有Y波导及对Y波导内的光信号进行相位调制的调制电极。
入射光信号经过光纤耦合后进入到Y波导内，通过对调制电极加电来对Y波导内的光信号进行相位调制。
但是现有的光波导相位调制器芯片调制带宽小，一般为1GHz，无法满足需求。
发明内容
(一)本发明的目的是提供一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片及其制备方法。
(二)技术方案
为了实现上述技术问题，本发明提供了一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片，包括基片，所述基片上设有Y波导；所述Y波导包括入射光波导及与所述入射光波导相连接的两个分支光波导；
所述基片上还设置有：
位于两个所述分支光波导之间的第一高速相位调制电极；
位于两个所述分支光波导外一侧，且通过第一电阻与所述第一高速相位调制电极电连接的第二高速相位调制电极；
位于两个所述分支光波导外另一侧，通过至少一根焊线与第二高速相位调制电极电连接，且通过第二电阻与所述第一高速相位调制电极电连接的第三高速相位调制电极。
本发明提供的调制带宽大的光波导相位调制器芯片通过设置所述第一电阻和所述第二电阻将所述第二高速相位调制电极、所述第一高速相位调制电极和所述第三高速相位调制电极在电极层面连为一体，形成能够进行高速相位调制的行波电极结构，调制带宽大；所述第二高速相位调制电极与所述第三高速相位调制电极通过所述焊线连接，使之能够进行共同加电调制，实现速度匹配，以进行高速相位调制，调制带宽大。
进一步地，所述第一高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于所述第三高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度。
进一步地，所述第三高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于5mm且小于10mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
进一步地，所述第二高速相位调制电极的电极区的面积大于800mm2且小于1500mm2，实现行波阻抗的匹配。
进一步地，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值均为50Ω～100Ω，实现行波阻抗的匹配。
进一步地，所述第一电阻和所述第二电阻为贴片电阻，耐潮湿和高温，温度系数小，可大大节约空间成本，使设计更精细化。
进一步地，所述基片上还设置有：
与所述第一高速相位调制电极电连接，且相互间隔的第一焊盘和第二焊盘；
与所述第二高速相位调制电极电连接，且相互间隔的第三焊盘和第四焊盘；
与所述第三高速相位调制电极电连接的第五焊盘，
所述第三焊盘通过所述第一电阻与所述第二焊盘电连接，所述第二焊盘通过所述第二电阻与所述第五焊盘电连接。
进一步地，所述基片上还设置有位于两个所述分支光波导之间的补偿相位调制电极，所述补偿相位调制电极位于所述第一高速相位调制电极远离所述入射光波导的一侧，所述补偿相位调制电极对经过高速相位调制的光信号进行补充相位调制，进行更精确的相位调制，相位调制精度更好。
进一步地，所述补偿相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于2mm且小于5mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
进一步地，所述第一高速相位调制电极、所述第二高速相位调制电极、所述第三高速相位调制电极和所述补偿相位调制电极均包括Ti层、Pt层和Au层，且所述Ti层的厚度为10～50nm，所述Pt层的厚度为10～100nm，所述Au层的厚度大于3um，实现速度匹配，以进行高速相位调制。
进一步地，所述基片为铌酸锂基片。
进一步地，所述焊线为金丝焊线，电阻小，可靠性高，所述焊线的直径为15um～30um，传导效果好。
进一步地，所述焊线的数量为两根。
本发明还提供一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片的制备方法，包括如下步骤：
在待制基片上采用PECVD工艺生长SiO2介质膜；
在所述SiO2介质膜上采用光刻湿法腐蚀工艺制作Y型波导图形；
在所述Y型波导图形上进行质子交换形成Y波导；
对所述Y波导进行高温退火处理；
采用电子束蒸发工艺对所述基片表面进行Ti、Pt和Au金属溅射；
对溅射金属进行光刻剥离工艺处理，形成所述第一高速相位调制电极、所述第二高速相位调制电极和所述第三高速相位调制电极的图形；
将所述第二高速相位调制电极和所述第三高速相位调制电极通过焊线连接在一起；
将所述第一电阻通过高温银浆焊接于所述第二高速相位调制电极与所述第一高速相位调制电极之间，将所述第二电阻通过高温银浆焊接于所述第一高速相位调制电极与所述第三高速相位调制电极之间。
本发明提供的调制带宽大的光波导相位调制器芯片的制备方法将所述第一电阻焊接于所述第二高速相位调制电极与所述第一高速相位调制电极之间，将所述第二电阻焊接于所述第一高速相位调制电极与所述第三高速相位调制电极之间，使得制备出的光波导相位调制器芯片能够进行高速相位调制，调制带宽大；并且将所述第二高速相位调制电极与所述第三高速相位调制电极通过所述焊线连接，使之能够进行共同加电调制，实现速度匹配，以进行高速相位调制，调制带宽大。
进一步地，所述质子交换的温度为200℃～250℃，所述质子交换的时间为2hr～3hr，所述质子交换的交换源采用苯甲酸和苯甲酸锂的混合试剂。
进一步地，采用金丝球焊工艺将所述第二高速相位调制电极和所述第三高速相位调制电极连接在一起。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明提供的调制带宽大的光波导相位调制器芯片的结构图；
其中图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1、基片，11、Y波导，111、入射光波导，112、分支光波导，12、第一高速相位调制电极，121、第一焊盘，122、第二焊盘，13、第二高速相位调制电极，130、电极区，131、第三焊盘，132、第四焊盘，14、第三高速相位调制电极，141、第五焊盘，15、第一电阻，16、第二电阻，17、焊线，18、补偿相位调制电极，181、第六焊盘。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参考图1，本发明提供一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片，包括基片1，所述基片1为铌酸锂(LiNbO3)基片。
所述基片1上设有Y波导11，所述Y波导11包括入射光波导111及与所述入射光波导111相连接的两个分支光波导112。
所述基片1上还设置有：
位于两个所述分支光波导112之间的第一高速相位调制电极12；
位于两个所述分支光波导112外一侧(如图1中A所示的方向)，且通过第一电阻15与所述第一高速相位调制电极12电连接的第二高速相位调制电极13；
位于两个所述分支光波导112外另一侧(如图1中B所示的方向)，通过至少一根焊线17与第二高速相位调制电极13电连接，且通过第二电阻16与所述第一高速相位调制电极12电连接的第三高速相位调制电极14。
所述第二高速相位调制电极13与所述第三高速相位调制电极14通过所述焊线17连接，能够使对所述第二高速相位调制电极13和所述第三高速相位调制电极14进行共同加电调制，实现速度匹配，以进行高速相位调制，调制带宽大，同时也能够避免与所述第一高速相位调制电极12形成交叉电连接，且通过所述焊线17电连接能够有效降低连接电阻，满足高频调制电极的需求。具体地，所述焊线17为金丝焊线，电阻小，可靠性高，进而传导效果好。所述焊线17的直径为15um～30um，传导效果好。
可选地，所述焊线17的数量为两根。
所述第一高速相位调制电极12在所述分支光波导112上的投影长度大于所述第三高速相位调制电极14在所述分支光波导112上的投影长度。可选地，所述第三高速相位调制电极14在所述分支光波导112上的投影长度大于5mm且小于10mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
所述第二高速相位调制电极13的电极区130的面积大于800mm2且小于1500mm2。
所述第一电阻15和所述第二电阻16的阻值均为50Ω～100Ω，实现行波阻抗的匹配。所述第一电阻15和所述第二电阻16为贴片电阻，耐潮湿和高温，温度系数小，可大大节约空间成本，使设计更精细化。具体地，所述第一电阻15和所述第二电阻16的外形尺寸的长均小于2mm且宽均小于2mm，避免因外形尺寸过大而放置不下。
所述基片1上还设置有：
与所述第一高速相位调制电极12电连接，且相互间隔的第一焊盘121和第二焊盘122；
与所述第二高速相位调制电极13电连接，且相互间隔的第三焊盘131和第四焊盘132；
与所述第三高速相位调制电极14电连接的第五焊盘141，
所述第三焊盘131通过所述第一电阻15与所述第二焊盘122电连接，所述第二焊盘122通过所述第二电阻16与所述第五焊盘141电连接。
所述基片1上还设置有位于两个所述分支光波导112之间的补偿相位调制电极18，所述补偿相位调制电极18位于所述第一高速相位调制电极12远离所述入射光波导111的一侧。所述补偿相位调制电极18对经过高速相位调制的光信号进行补充相位调制，进行更精确的相位调制，相位调制精度更好。
可选地，所述补偿相位调制电极18在所述分支光波导112上的投影长度大于2mm且小于5mm，相位调制效果好且光传输损耗小。
所述基片1上还设置有与所述补偿相位调制电极18电连接的第六焊盘181，所述第六焊盘181位于所述第三焊盘131和所述第四焊盘132之间。
所述第一高速相位调制电极12、所述第二高速相位调制电极13、所述第三高速相位调制电极14和所述补偿相位调制电极18均包括Ti层、Pt层和Au层，且所述Ti层的厚度为10～50nm，所述Pt层的厚度为10～100nm，所述Au层的厚度大于3um，降低趋肤效应，实现高速相位调制，调制带宽大。
详细的工作原理为：入射光信号经过光纤(图未示)耦合后进入到所述入射光波导111内，再分为两路光信号分别进入到两个所述分支光波导112内。对所述第二高速相位调制电极13、所述第一高速相位调制电极12和所述第三高速相位调制电极14加电，从而对两个所述分支光波导112内的光信号进行高速相位调制。由于所述第二高速相位调制电极13、所述第一高速相位调制电极12和所述第三高速相位调制电极14通过所述第一电阻15和所述第二电阻16在电极层面连为一体式行波电极结构，故可以进行高速相位调制。但是高速相位调制由于调制速度过快，在精度上不能满足相位调制需求，进而就需要进行补偿相位调制。
对所述补偿相位调制电极18加电，从而对经过高速相位调制的光信号进行补偿相位调制，以使得光信号的相位满足在精度上的要求。
本发明还提供一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片的制备方法，包括如下步骤：
S1：在待制基片1上采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)工艺生长SiO2介质膜；具体地，所述基片1为铌酸锂(LiNbO3)基片，所述SiO2介质膜的厚度为100nm～200nm；
S2：在所述SiO2介质膜上采用光刻湿法腐蚀工艺制作Y型波导图形；
S3：在所述Y型波导图形上进行质子交换形成Y波导11；具体地，所述质子交换的温度为200℃～250℃，所述质子交换的时间为2hr～3hr，所述质子交换的交换源采用苯甲酸和苯甲酸锂的混合试剂；
S4：对所述Y波导11进行高温退火处理；具体地，所述退火的温度为300℃～400℃，所述退火的时间为3hr～5hr，消除所述Y波导11的缺陷和应力，减小传输损耗；
S5：采用电子束蒸发工艺对所述基片1表面进行Ti、Pt和Au金属溅射；具体地，Ti层的厚度为10～50nm，Pt层的厚度为10～100nm，Au层的厚度大于3um；
S6：对溅射金属进行光刻剥离工艺处理，形成所述第一高速相位调制电极12、所述第二高速相位调制电极13和所述第三高速相位调制电极14的图形；
S7：将所述第二高速相位调制电极13和所述第三高速相位调制电极14通过焊线17连接在一起；具体地，采用金丝球焊工艺将所述第二高速相位调制电极13和所述第三高速相位调制电极14连接在一起；
S8：将所述第一电阻15通过高温银浆焊接于所述第二高速相位调制电极13与所述第一高速相位调制电极12之间，将所述第二电阻16通过高温银浆焊接于所述第一高速相位调制电极12与所述第三高速相位调制电极14之间，焊接牢固。
本发明提供的调制带宽大的光波导相位调制器芯片通过设置所述第一电阻15和所述第二电阻16将所述第二高速相位调制电极13、所述第一高速相位调制电极12和所述第三高速相位调制电极14在电极层面连为一体，形成能够进行高速相位调制的行波电极结构，调制带宽大；所述第二高速相位调制电极13与所述第三高速相位调制电极12通过所述焊线17连接，使之能够进行共同加电调制，实现速度匹配，以进行高速相位调制，调制带宽大。本发明提供的调制带宽大的光波导相位调制器芯片的制备方法将所述第一电阻15焊接于所述第二高速相位调制电极13与所述第一高速相位调制电极12之间，将所述第二电阻16焊接于所述第一高速相位调制电极12与所述第三高速相位调制电极14之间，使得制备出的光波导相位调制器芯片能够进行高速相位调制，调制带宽大；并且将所述第二高速相位调制电极13与所述第三高速相位调制电极12通过所述焊线连接，使之能够进行共同加电调制，实现速度匹配，以进行高速相位调制，调制带宽大。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：包括基片，所述基片上设有Y波导；所述Y波导包括入射光波导及与所述入射光波导相连接的两个分支光波导；
所述基片上还设置有：
位于两个所述分支光波导之间的第一高速相位调制电极；
位于两个所述分支光波导外一侧，且通过第一电阻与所述第一高速相位调制电极电连接的第二高速相位调制电极；
位于两个所述分支光波导外另一侧，通过至少一根焊线与所述第二高速相位调制电极电连接，且通过第二电阻与所述第一高速相位调制电极电连接的第三高速相位调制电极。
2.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于所述第三高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度。
3.根据权利要求2所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第三高速相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于5mm且小于10mm。
4.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第二高速相位调制电极的电极区的面积大于800mm2且小于1500mm2。
5.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一电阻和所述第二电阻的阻值均为50Ω～100Ω。
6.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一电阻和所述第二电阻为贴片电阻。
7.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：
所述基片上还设置有：
与所述第一高速相位调制电极电连接，且相互间隔的第一焊盘和第二焊盘；
与所述第二高速相位调制电极电连接，且相互间隔的第三焊盘和第四焊盘；
与所述第三高速相位调制电极电连接的第五焊盘，
所述第三焊盘通过所述第一电阻与所述第二焊盘电连接，所述第二焊盘通过所述第二电阻与所述第五焊盘电连接。
8.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述基片上还设置有位于两个所述分支光波导之间的补偿相位调制电极，所述补偿相位调制电极位于所述第一高速相位调制电极远离所述入射光波导的一侧。
9.根据权利要求8所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述补偿相位调制电极在所述分支光波导上的投影长度大于2mm且小于5mm。
10.根据权利要求1或8任一所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述第一高速相位调制电极、所述第二高速相位调制电极、所述第三高速相位调制电极和所述补偿相位调制电极均包括Ti层、Pt层和Au层，且所述Ti层的厚度为10～50nm，所述Pt层的厚度为10～100nm，所述Au层的厚度大于3um。
11.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述基片为铌酸锂基片。
12.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述焊线为金丝焊线，所述焊线的直径为15um～30um。
13.根据权利要求1所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片，其特征在于：所述焊线的数量为两根。
14.一种调制带宽大的光波导相位调制器芯片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
在待制基片上采用PECVD工艺生长SiO2介质膜；
在所述SiO2介质膜上采用光刻湿法腐蚀工艺制作Y型波导图形；
在所述Y型波导图形上进行质子交换形成Y波导；
对所述Y波导进行高温退火处理；
采用电子束蒸发工艺对所述基片表面进行Ti、Pt和Au金属溅射；
对溅射金属进行光刻剥离工艺处理，形成所述第一高速相位调制电极、所述第二高速相位调制电极和所述第三高速相位调制电极的图形；
将所述第二高速相位调制电极和所述第三高速相位调制电极通过焊线连接在一起；
将所述第一电阻通过高温银浆焊接于所述第二高速相位调制电极与所述第一高速相位调制电极之间，将所述第二电阻通过高温银浆焊接于所述第一高速相位调制电极与所述第三高速相位调制电极之间。
15.根据权利要求14所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片的制备方法，其特征在于：所述质子交换的温度为200℃～250℃，所述质子交换的时间为2hr～3hr，所述质子交换的交换源采用苯甲酸和苯甲酸锂的混合试剂。
16.根据权利要求14所述的调制带宽大的光波导相位调制器芯片的制备方法，其特征在于：采用金丝球焊工艺将所述第二高速相位调制电极和所述第三高速相位调制电极连接在一起。
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2018
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