CN114114533B - 一种三维光波导调制结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三维光波导调制结构及其制备方法，其中，三维光波导调制结构包括：衬底；位于所述衬底中的光波导，所述光波导包括主传输光波导、过渡光波导和边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导和所述边缘光波导，所述主传输光波导和所述边缘光波导在所述衬底中的深度不同；位于所述衬底一侧表面的耦合波导，所述耦合波导与所述主传输光波导相对设置，所述耦合波导至所述主传输光波导的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离；位于所述耦合波导背向所述衬底一侧的铌酸锂膜。所述三维光波导调制结构使光在光波导传输过程中损耗率降低。

Description

一种三维光波导调制结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种三维光波导调制结构及其制备方法。
背景技术
调制器作为光互联技术中的核心器件，在相干光纤通信***、光纤有线电视***、光传感、无线通讯***和其他的光纤模拟***等多个领域都有应用，然而现有技术中的调制器结构中光在光波导传输过程中损耗率高。
因此，现有调制器结构有待改进。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的调制器结构中光在光波导传输过程中损耗率高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种三维光波导调制结构，包括：衬底；位于所述衬底中的光波导，所述光波导包括主传输光波导、过渡光波导和边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导和所述边缘光波导，所述主传输光波导和所述边缘光波导在所述衬底中的深度不同；位于所述衬底一侧表面的耦合波导，所述耦合波导与所述主传输光波导相对设置，所述耦合波导至所述主传输光波导的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离；位于所述耦合波导背向所述衬底一侧的铌酸锂膜。
可选的，所述主传输光波导的顶面至所述衬底朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离为200nm-500nm。
可选的，所述耦合波导的折射率大于所述光波导的折射率且小于所述铌酸锂膜的折射率。
可选的，所述边缘光波导包括第一边缘光波导和第二边缘光波导；所述过渡光波导包括第一过渡光波导和第二过渡光波导，所述第一过渡光波导连接所述主传输光波导和第一边缘光波导连接，所述第二过渡光波导连接所述主传输光波导和所述第二边缘光波导。
可选的，所述耦合波导包括层叠设置的第一耦合波导和第二耦合波导；所述三维光波导调制结构还包括：位于所述第一耦合波导和所述第二耦合波导之间的包层膜，所述包层膜的折射率小于所述第一耦合波导的折射率与所述第二耦合波导的折射率。
可选的，所述第一耦合波导的厚度为200nm-300nm。
可选的，所述第二耦合波导的厚度为200nm-300nm。
可选的，所述包层膜的厚度为400nm-500nm。
可选的，所述第一耦合波导的材料与所述第二耦合波导的材料相同。
可选的，所述耦合波导为单层结构；所述铌酸锂膜与所述耦合波导背向所述衬底一侧的表面接触。
可选的，所述耦合波导的厚度为200nm-300nm。
可选的，还包括：调制电极，所述调制电极位于所述铌酸锂膜背向所述主传输光波导的一侧表面。
本发明还提供一种三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底内部形成光波导，形成所述光波导的步骤包括：形成主传输光波导；形成过渡光波导；形成边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导和所述边缘光波导，所述主传输光波导和所述边缘光波导在所述衬底中的深度不同；在所述衬底的一侧表面形成耦合波导，所述耦合波导与所述主传输光波导相对设置，所述耦合波导至所述主传输光波导的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离；在所述耦合波导背向所述衬底的一侧形成铌酸锂膜。
可选的，所述主传输光波导的顶面至所述衬底朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离为200nm-500nm。
可选的，形成所述光波导的工艺为飞秒激光脉冲工艺。
可选的，所述飞秒激光脉冲工艺的参数包括：波长为1020nm-1030nm、重复频率为490kHz-510kHz、平均功率为100mW-1200mW、扫描速度为50um/s-2000um/s、扫描次数为1-20。
可选的，形成所述边缘光波导的步骤包括：形成第一边缘光波导和第二边缘光波导；形成所述过渡光波导的步骤包括：形成第一过渡光波导和第二过渡光波导，所述第一过渡光波导连接所述主传输光波导和第一边缘光波导连接，所述第二过渡光波导连接所述主传输光波导和所述第二边缘光波导。
可选的，形成所述耦合波导的步骤包括：在所述衬底的一侧表面形成第一耦合波导；在所述第一耦合波导背向所述衬底的一侧形成第二耦合波导；所述调制结构的制备方法还包括：在形成所述第二耦合波导之前，在所述第一耦合波导背向所述衬底的一侧表面形成包层膜，所述包层膜的折射率小于所述第一耦合波导的折射率与所述第二耦合波导的折射率。
可选的，所述第一耦合波导的材料与所述第二耦合波导的材料相同。
可选的，所述耦合波导为单层结构；形成所述耦合波导的步骤为：在所述衬底表面形成初始耦合波导，去除部分所述初始耦合波导，使所述初始耦合波导形成耦合波导。
可选的，还包括：在所述铌酸锂膜背向所述主传输光波导的一侧形成调制电极。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的三维光波导调制结构，所述光波导包括主传输光波导、过渡光波导和边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导和所述边缘光波导，所述主传输光波导和所述边缘光波导在所述衬底中的深度不同，主传输光波导中的光通过耦合波导耦合进入铌酸锂膜，所述边缘光波导用于与外界的光纤耦合，所述过渡光波导用于连接边缘光波导和主传输光波导，使得光波导连续；所述光波导的连续性降低了光在光波导传输过程中损耗率；由于所述耦合波导至所述主传输光波导的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离，因此耦合效率高，耦合损耗降低。所述耦合波导与所述主传输光波导相对设置，无需所述耦合波导与边缘光波导对准，提高了所述耦合波导与所述光波导的耦合效率。
进一步的，所述耦合波导的折射率大于所述光波导的折射率且小于所述铌酸锂膜的折射率，因此降低了光从主传输光波导至铌酸锂膜的传输路径上的反射。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的三维光波导调制结构的示意图；
图2为本发明一实施例提供的三维光波导调制结构的俯视图；
图3为本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构的示意图；
图4为本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构的仰视图；
图5为本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构的俯视图；
图6为本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构的仰视图；
图7为本发明一实施例提供的三维光波导调制结构的制备方法的流程图；
图8至图12为本发明一实施例提供的三维光波导调制结构制备过程的结构示意图；
图13至图15为本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构制备过程的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明一实施例提供一种三维光波导调制结构，参考图1和图2，包括：
衬底100；
位于所述衬底100中的光波导，所述光波导包括主传输光波导201、过渡光波导和边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导201和所述边缘光波导，所述主传输光波导201和所述边缘光波导在所述衬底100中的深度不同；
位于所述衬底100一侧表面的耦合波导，所述耦合波导与所述主传输光波导201相对设置，所述耦合波导至所述主传输光波导201的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离；
位于所述耦合波导背向所述衬底100一侧的铌酸锂膜400。
所述耦合波导的折射率大于所述光波导的折射率且小于所述铌酸锂膜400的折射率，因此降低了光从主传输光波导201至铌酸锂膜400的传输路径上的反射。
所述衬底100的有效折射率与光纤中纤芯的有效折射率相近，提高了光纤与所述衬底100中的光波导的耦合效率。
在一个实施例中，所述衬底100的材料包括玻璃。
在其他实施例中，所述衬底的材料包括聚合物，所述聚合物的有效折射率与光纤中纤芯的有效折射率相近。
在一个实施例中，所述主传输光波导201的顶面至所述衬底100朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离为200nm-500nm，例如300nm;若所述主传输光波导的顶面至所述衬底朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离小于200nm,则在减薄所述衬底时，在减薄过程中可能会损伤所述主传输光波导;若主传输光波导的顶面至所述衬底朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离大于500nm,则主传输光波导至所述耦合波导的耦合长度过长，不利于光电集成且形成的三维光波导调制结构尺寸过大。
所述边缘光波导包括第一边缘光波导202和第二边缘光波导203；所述过渡光波导包括第一过渡光波导204和第二过渡光波导205，所述第一过渡光波导204连接所述主传输光波导201和第一边缘光波导202连接，所述第二过渡光波导205连接所述主传输光波导201和所述第二边缘光波导203。
所述边缘光波导用于与外界的光纤耦合，所述过渡光波导用于连接边缘光波导和主传输光波导201，使得光波导连续；所述光波导的连续性降低了光在光波导传输过程中损耗率。由于所述耦合波导至所述主传输光波导201的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离，因此耦合效率高，耦合损耗降低。所述耦合波导与所述主传输光波导201相对设置，无需所述耦合波导与边缘光波导对准，提高了所述耦合波导与所述光波导的耦合效率。
参考图1，所述耦合波导包括层叠设置的第一耦合波导301和第二耦合波导302；所述三维光波导调制结构还包括：位于所述第一耦合波导301和所述第二耦合波导302之间的包层膜303，所述包层膜303的折射率小于所述第一耦合波导301的折射率与所述第二耦合波导302的折射率。所述第一耦合波导301与所述第二耦合波导302可以提高耦合效率，实现模场重叠积分的最大化。
在一个实施例中，所述第一耦合波导301的厚度为200nm-300nm，例如260nm；若所述第一耦合波导的厚度小于200nm，则第一耦合波导所支持的光学模式面积会增大，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大；若所述第一耦合波导的厚度大于300nm，则光会大部分限制在光波导中，使第一耦合波导所支持的光学模式面积减小，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大。
在一个实施例中，所述第二耦合波导302的厚度为200nm-300nm，例如260nm；若所述第二耦合波导的厚度小于200nm，则第二耦合波导所支持的光学模式面积会增大，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大；若所述第二耦合波导的厚度大于300nm，则光会大部分限制在光波导中，使第二耦合波导所支持的光学模式面积减小，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大。
在一个实施例中，所述包层膜303的厚度为400nm-500nm，例如460nm；若所述包层膜303的厚度小于400nm，则光在第一耦合波导与第二耦合波导的光学模式面积减小，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，会降低光耦合到第一耦合波导以及第二耦合波导的光功率；若所述包层膜303的厚度大于500nm，则光在第一耦合波导与第二耦合波导的光学模式面积增大，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件。
本实施例中，所述第一耦合波导301的材料与所述第二耦合波导302的材料相同。所述第一耦合波导301的材料包括氮化硅，所述第二耦合波导302的材料包括氮化硅。在其他实施例中，所述第一耦合波导301的材料与所述第二耦合波导302的材料可以不同。在其他实施例中，所述第一耦合波导与所述第二耦合波导还可以是其他材料。
在一个实施例中，所述第一耦合波导301与所述第二耦合波导302的厚度相同，有利于实现模场的均匀分布。
在一个实施例中，所述包层膜303的材料包括二氧化硅；在其他实施例中，所述包层膜303的材料还可以包括其他材料。
所述三维光波导调制结构还包括：第一支撑层304和第二支撑层305，所述第一支撑层304位于第一耦合波导301侧部的衬底100表面且包覆所述第一耦合波导301的侧壁和包层膜303的侧壁，所述第二支撑层305包围所述第二耦合波导302的侧壁且覆盖所述第一支撑层304。
在一个实施例中，所述第一支撑层304的材料包括二氧化硅；在其他实施例中，所述第一支撑层的材料还可以包括其他材料。
在一个实施例中，所述第二支撑层305的材料包括二氧化硅；在其他实施例中，所述第二支撑层的材料还可以包括其他材料。
所述第一支撑层304的顶面用于和包层膜303的顶面处于一致的高度，为形成第二耦合波导302的工艺提供较为平坦的表面。
所述第一支撑层304的顶面用于和第二耦合波导302的顶面处于一致的高度，为形成铌酸锂膜的工艺提供较为平坦的表面，使得形成的铌酸锂膜的形貌和质量较好。
在一个实施例中，所述铌酸锂膜400的厚度为580nm-620nm，例如600nm。
所述铌酸锂膜400具有高频的特性，折射率随电压呈线性变化，光学损耗小。
在一个实施例中，所述光波导、耦合波导与所述铌酸锂膜400的热膨胀系数相匹配，在制备工艺中不存在热损伤，更有利于将光从光纤通过光波导耦合到所述铌酸锂膜中，提高三维光波导调制结构的稳定性。
所述三维光波导调制结构还包括：调制电极600，所述调制电极600位于所述铌酸锂膜400背向所述主传输光波导201的一侧表面。
所述调制电极600包括第一电极601（参考图2）与第二电极602（参考图2）与，所述第一电极601与所述第二电极602的投影分别位于所述主传输光波导201的两侧。
在一个实施例中，所述三维光波导调制结构包括玻璃基调制器件，在调制电极朝向所述衬底的一侧加入玻璃基通孔，提高信号的完整性。
在一个实施例中，所述三维光波导调制结构还可以包括玻璃基惯性导航。
图3为本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构的示意图。
本实施例提供的三维光波导调制结构与前一实施例提供的三维光波导调制结构的区别在于：参考图3，所述耦合波导31为单层结构；所述铌酸锂膜400与所述耦合波导31背向所述衬底一侧的表面接触。
在一个实施例中，所述耦合波导31的厚度为200nm-300nm，例如260nm；若所述耦合波导的厚度小于200nm，则耦合波导所支持的光学模式面积会增大，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大；若所述耦合波导的厚度大于300nm，则光会大部分限制在光波导中，使耦合波导所支持的光学模式面积减小，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大。
所述耦合波导31的折射率大于所述光波导的折射率且小于所述铌酸锂膜400的折射率,所述耦合波导31的折射率大于所述光波导的折射率且小于所述铌酸锂膜400的折射率，因此降低了光从主传输光波导至铌酸锂膜的传输路径上的反射。
在一个实施例中，所述耦合波导31的材料包括氮化硅；在其他实施例中，所述耦合波导31还可以是其他材料。
所述三维光波导调制结构还包括：所述耦合波导31周围的支撑层32，所述支撑层32位于所述耦合波导31的侧部的衬底100表面且覆盖耦合波导31的侧壁。
在一个实施例中，所述支撑层32的材料包括二氧化硅；在其他实施例中，所述支撑层还可以包括其他材料。
本实施例提供的三维光波导调制结构也可以满足调制、相移等应用的需求。
关于本实施例与前一实施例相同的内容，不再详述。
本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构与前一实施例提供的三维光波导调制结构的区别在于：所述衬底100中的光波导为阵列波导光栅结构，将前一实施例中的一路光波导替换成多路光波导，使所述铌酸锂膜400进行多路并行调制。
关于本实施例与前一实施例的区别，不再详述。
图4和图5为本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构的示意图。
本实施例提供的三维光波导调制结构与前一实施例提供的三维光波导调制结构的区别在于：参考图4，衬底100中的光波导为光分束器结构。
参考图5，所述铌酸锂膜400背向所述衬底100的一侧表面的调制电极包括第一电极601、第二电极602、第三电极603、第四电极604、第五电极605，使所述铌酸锂膜400进行多路并行调制。
关于本实施例与前一实施例的区别，不再详述。
图6为本发明另一实施例提供的三维光波导调制结构的示意图。
本实施例提供的三维光波导调制结构与前一实施例提供的三维光波导调制结构的区别在于：参考图6，衬底100中的光波导为定向耦合器结构。
本实施例的俯视图参考图5。
关于本实施例与前一实施例的区别，不再详述。
本实施例还提供了一种三维光波导调制结构的制备方法，参考图7，包括以下步骤：
S1:提供衬底100；
S2: 在所述衬底100内部形成光波导，形成所述光波导的步骤包括：形成主传输光波导201；形成过渡光波导；形成边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导201和所述边缘光波导，所述主传输光波导201和所述边缘光波导在所述衬底中的深度不同；
S3: 在所述衬底的一侧表面形成耦合波导，所述耦合波导与所述主传输光波导201相对设置，所述耦合波导至所述主传输光波导201的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离；
S4:在所述耦合波导背向所述衬底的一侧形成铌酸锂膜400。
下面参考图8至图12进行详细的介绍。
参考图8，提供衬底100。
所述衬底的有效折射率与光纤的纤芯相近，提高了光纤与所述衬底100中的光波导的耦合效率。
在一个实施例中，所述衬底100的材料包括玻璃。
在其他实施例中，所述衬底的材料包括聚合物，所述聚合物的有效折射率与光纤相近。
继续参考图8，在所述衬底100内部形成光波导，所述光波导包括主传输光波导201、过渡光波导和边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导201和所述边缘光波导，所述主传输光波导201和所述边缘光波导在所述衬底100中的深度不同。
在所述衬底100内部形成光波导之后，对所述衬底100的表面进行减薄。
在一个实施例中，所述主传输光波导201的顶面至所述衬底100朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离为200nm-500nm，例如300nm; 若所述主传输光波导的顶面至所述衬底朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离小于200nm,则在减薄所述衬底时，在减薄过程中可能会损伤所述主传输光波导; 若主传输光波导的顶面至所述衬底朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离大于500nm, 则主传输光波导至所述耦合波导的耦合长度过长，不利于光电集成且形成的三维光波导调制结构尺寸过大。
形成所述边缘光波导的步骤包括形成第一边缘光波导202和第二边缘光波导203；形成所述过渡光波导的步骤包括：形成第一过渡光波导204和第二过渡光波导205，所述第一过渡光波导204连接所述主传输光波导201和第一边缘光波导202连接，所述第二过渡光波导205连接所述主传输光波导201和所述第二边缘光波导203。
所述光波导的连续性使光在光波导传输过程中损耗率降低。
所述边缘光波导用于与外界的光纤耦合，所述过渡光波导用于连接边缘光波导和主传输光波导201，使得光波导连续；所述光波导的连续性降低了光在光波导传输过程中损耗率。由于所述耦合波导至所述主传输光波导201的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离，因此耦合效率高，耦合损耗降低。所述耦合波导与所述主传输光波导201相对设置，无需所述耦合波导与边缘光波导对准，提高了所述耦合波导与所述光波导的耦合效率。
形成所述光波导的工艺为飞秒激光脉冲工艺。飞秒激光脉冲具有超高的峰值功率和超短的脉冲宽度,因此与材料相互作用时具有低损伤阈值、低热效应、高加工精度的特点,能够在透明材料内部直写三维立体微结构,如在透明材料内部制作光波导,三维微通道,微光栅和光子晶体等光功能器件。
所述飞秒激光脉冲工艺的参数包括：波长为1020nm-1030nm、重复频率为490kHz-510kHz、平均功率为100mW-1200mW、扫描速度为50um/s-2000um/s、扫描次数为1-20。
参考图9，在所述衬底100的一侧表面形成耦合波导，所述耦合波导至所述主传输光波导201的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离。
形成所述耦合波导的步骤包括：在所述衬底100的一侧表面形成第一耦合波导301；在所述第一耦合波导301背向所述衬底100的一侧形成第二耦合波导302。
在一个实施例中，所述第一耦合波导的材料与所述第二耦合波导的材料相同；在其他实施例中，所述第一耦合波导的材料与所述第二耦合波导的材料可以不同。
在一个实施例中，所述第一耦合波导301与所述第二耦合波导302的厚度相同，有利于实现模场的均匀分布。
所述第一耦合波导301与所述第二耦合波导302可以提高耦合效率，可实现模场重叠积分的最大化。
具体的，先在所述衬底100的一侧形成初始第一耦合波导，形成所述初始第一耦合波导之后，去除部分所述初始第一耦合波导，使所述初始第一耦合波导形成所述第一耦合波导301，所述第一耦合波导301在所述衬底100的投影与所述主传输光波导201在所述衬底100的投影重合。
在一个实施例中，形成所述第一耦合波导301的工艺包括化学气相沉积与刻蚀工艺。
在一个实施例中，所述第一耦合波导301的材料包括氮化硅；在其他实施例中，所述第一耦合波导301的材料还可以包括其他材料。
形成所述第一耦合波导301之后，在所述第一耦合波导301背向所述衬底100的一侧形成第二耦合波导302，所述第二耦合波导302与所述第一耦合波导301层叠设置。
在一个实施例中，形成所述第二耦合波导302的工艺包括化学气相沉积与刻蚀工艺。
在一个实施例中，所述第二耦合波导302的材料包括氮化硅；在其他实施例中，所述第二耦合波导302的材料还可以包括其他材料。
在一个实施例中，所述第一耦合波导301的厚度为200nm-300nm，例如260nm；若所述第一耦合波导的厚度小于200nm，则第一耦合波导所支持的光学模式面积会增大，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大；若所述第一耦合波导的厚度大于300nm，则光会大部分限制在光波导中，使第一耦合波导所支持的光学模式面积减小，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大。
在一个实施例中，所述第二耦合波导302的厚度为200nm-300nm，例如260nm；若所述第二耦合波导的厚度小于200nm，则第二耦合波导所支持的光学模式面积会增大，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大；若所述第二耦合波导的厚度大于300nm，则光会大部分限制在光波导中，使第二耦合波导所支持的光学模式面积减小，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，光从所述主传输光波导耦合到耦合波导的能量减小，耦合长度增大。
所述三维光波导调制结构的制备方法还包括：在形成所述第二耦合波导302之前，形成所述第一耦合波导301之后，在所述第一耦合波导301背向所述衬底100的一侧表面形成包层膜303，所述包层膜303的折射率小于所述第一耦合波导301的折射率与所述第二耦合波导302的折射率。
在一个实施例中，所述包层膜303的厚度为400nm-500nm，例如460nm；若所述包层膜303的厚度小于400nm，则光在第一耦合波导与第二耦合波导的光学模式面积减小，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件，会降低光耦合到第一耦合波导以及第二耦合波导的光功率；若所述包层膜303的厚度大于500nm，则光在第一耦合波导与第二耦合波导的光学模式面积增大，所述主传输光波导至所述耦合波导所形成的倏逝耦合条件不是最佳倏逝耦合条件。
在一个实施例中，所述包层膜303的材料包括二氧化硅；在其他实施例中，所述包层膜303的材料还可以包括其他材料。
在形成所述包层膜303的同时形成第一支撑层304，所述第一支撑层304位于所述第一耦合波导301侧部的衬底100表面且包覆所述第一耦合波导301的侧壁和包层膜303的侧壁。
在一个实施例中，所述第一支撑层304的材料包括二氧化硅；在其他实施例中，所述第一支撑层的材料还可以包括其他材料。
形成所述第二耦合波导302之后，形成第二支撑层305，所述第二支撑层305包围所述第二耦合波导302的侧壁且覆盖所述第一支撑层304。
在一个实施例中，所述第二支撑层305的材料包括二氧化硅；在其他实施例中，所述第二支撑层的材料还可以包括其他材料。
结合参考图10和图11，形成所述第二支撑层305之后，在所述耦合波导背向所述衬底100的一侧形成铌酸锂膜400。
所述耦合波导的折射率大于所述光波导的折射率且小于所述铌酸锂膜400的折射率，因此降低了光从主传输光波导至铌酸锂膜的传输路径上的反射。
具体的，形成所述铌酸锂膜400的步骤包括：提供临时衬底500，在所述临时衬底500上形成铌酸锂膜400，之后将所述铌酸锂膜400与所述第二耦合波导302键合，所述铌酸锂膜400与所述耦合波导键合之后，去除所述临时衬底500。
在一个实施例中，所述铌酸锂膜400的厚度为580nm-620nm，例如600nm。
参考图12 ，形成所述铌酸锂膜400之后，在所述铌酸锂膜400背向所述衬底100的一侧表面形成调制电极600。
所述调制电极600包括第一电极601与第二电极602，所述第一电极601与所述第二电极602的投影分别位于所述主传输光波导201的两侧。
本实施例还提供了另一种三维光波导调制结构的制备方法，具体参考图13至图15。
图13为在图8基础上的示意图。
在一个实施例中，所述耦合波导31为单层结构；所述铌酸锂膜400与所述耦合波导31接触。
形成所述耦合波导31的具体步骤为：参考图13，先在所述衬底100的一侧形成初始耦合波导，形成所述初始耦合波导之后，去除部分所述初始耦合波导，使所述初始耦合波导形成所述耦合波导31，所述耦合波导31在所述衬底100的投影与所述主传输光波导201在所述衬底100的投影重合。
在一个实施例中，形成所述耦合波导31的工艺包括化学气相沉积与刻蚀工艺。
在一个实施例中，所述耦合波导31的材料包括氮化硅；在其他实施例中，所述耦合波导301的材料还可以包括其他材料。
继续参考图13，形成所述耦合波导31之后，形成支撑层32，所述支撑层32位于所述耦合波导31的侧部的衬底100表面且覆盖耦合波导31的侧壁。
在一个实施例中，所述支撑层32的材料包括二氧化硅；在其他实施例中，所述支撑结构还可以包括其他材料。
形成所述支撑层32之后，在所述耦合波导背向所述衬底100的一侧形成铌酸锂膜400。
所述耦合波导的折射率大于所述光波导的折射率且小于所述铌酸锂膜400的折射率，因此降低了光从主传输光波导至铌酸锂膜的传输路径上的反射。
具体的，形成所述铌酸锂膜400的步骤包括：参考图14，提供临时衬底500，在所述临时衬底500上形成铌酸锂膜400，之后将所述铌酸锂膜400与所述耦合波导31键合，所述铌酸锂膜400与所述耦合波导31键合之后，去除所述临时衬底500。
在一个实施例中，所述铌酸锂膜400的厚度为580nm-620nm，例如600nm。
参考图15 ，形成所述铌酸锂膜400之后，在所述铌酸锂膜400背向所述衬底100的一侧表面形成调制电极600。
所述调制电极600包括第一电极601与第二电极602，所述第一电极601与所述第二电极602的投影分别位于所述主传输光波导201的两侧。
关于本实施例与前一实施例相同的部分，不再详述。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (19)

1.一种三维光波导调制结构，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底中的光波导，所述光波导包括主传输光波导、过渡光波导和边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导和所述边缘光波导，所述主传输光波导和所述边缘光波导在所述衬底中的深度不同，所述边缘光波导包括第一边缘光波导和第二边缘光波导；所述过渡光波导包括第一过渡光波导和第二过渡光波导，所述第一过渡光波导连接所述主传输光波导和第一边缘光波导连接，所述第二过渡光波导连接所述主传输光波导和所述第二边缘光波导；
位于所述衬底一侧表面的耦合波导，所述耦合波导与所述主传输光波导相对设置，所述耦合波导至所述主传输光波导的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离，所述耦合波导包括层叠设置的第一耦合波导和第二耦合波导；
位于所述耦合波导背向所述衬底一侧的铌酸锂膜。
2.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述主传输光波导的顶面至所述衬底朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离为200nm-500nm。
3.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述耦合波导的折射率大于所述光波导的折射率且小于所述铌酸锂膜的折射率。
4.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述三维光波导调制结构还包括：位于所述第一耦合波导和所述第二耦合波导之间的包层膜，所述包层膜的折射率小于所述第一耦合波导的折射率与所述第二耦合波导的折射率。
5.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述第一耦合波导的厚度为200nm-300nm。
6.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述第二耦合波导的厚度为200nm-300nm。
7.根据权利要求4所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述包层膜的厚度为400nm-500nm。
8.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述第一耦合波导的材料与所述第二耦合波导的材料相同。
9.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述耦合波导为单层结构；所述铌酸锂膜与所述耦合波导背向所述衬底一侧的表面接触。
10.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，所述耦合波导的厚度为200nm-300nm。
11.根据权利要求1所述的三维光波导调制结构，其特征在于，还包括：调制电极，所述调制电极位于所述铌酸锂膜背向所述主传输光波导的一侧表面。
12.一种三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底内部形成光波导，形成所述光波导的步骤包括：形成主传输光波导；形成过渡光波导；形成边缘光波导，所述过渡光波导连接所述主传输光波导和所述边缘光波导，所述主传输光波导和所述边缘光波导在所述衬底中的深度不同；形成所述边缘光波导的步骤包括：形成第一边缘光波导和第二边缘光波导；形成所述过渡光波导的步骤包括：形成第一过渡光波导和第二过渡光波导，所述第一过渡光波导连接所述主传输光波导和第一边缘光波导连接，所述第二过渡光波导连接所述主传输光波导和所述第二边缘光波导；
在所述衬底的一侧表面形成耦合波导，所述耦合波导与所述主传输光波导相对设置，所述耦合波导至所述主传输光波导的距离小于所述耦合波导至所述边缘光波导的距离；形成所述耦合波导的步骤包括：在所述衬底的一侧表面形成第一耦合波导；在所述第一耦合波导背向所述衬底的一侧形成第二耦合波导；
在所述耦合波导背向所述衬底的一侧形成铌酸锂膜。
13.根据权利要求12所述的三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，所述主传输光波导的顶面至所述衬底朝向所述耦合波导一侧的表面之间的垂直距离为200nm-500nm。
14.根据权利要求12所述的三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，形成所述光波导的工艺为飞秒激光脉冲工艺。
15.根据权利要求14所述的三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，所述飞秒激光脉冲工艺的参数包括：波长为1020nm-1030nm、重复频率为490kHz-510kHz、平均功率为100mW-1200mW、扫描速度为50um/s-2000um/s、扫描次数为1-20。
16.根据权利要求12所述的三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，所述调制结构的制备方法还包括：在形成所述第二耦合波导之前，在所述第一耦合波导背向所述衬底的一侧表面形成包层膜，所述包层膜的折射率小于所述第一耦合波导的折射率与所述第二耦合波导的折射率。
17.根据权利要求12所述的三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，所述第一耦合波导的材料与所述第二耦合波导的材料相同。
18.根据权利要求12所述的三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，所述耦合波导为单层结构；
形成所述耦合波导的步骤为：在所述衬底表面形成初始耦合波导，去除部分所述初始耦合波导，使所述初始耦合波导形成耦合波导。
19.根据权利要求12所述的三维光波导调制结构的制备方法，其特征在于，还包括：在所述铌酸锂膜背向所述主传输光波导的一侧形成调制电极。
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