CN114981694A - 具有工程化电极的电光器件 - Google Patents

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Abstract

描述了一种包括波导和电极的光学器件。波导包括具有电光效应的至少一种光学材料。电极包括沟道区和从沟道区突出的延伸部。延伸部比沟道区更靠近波导的部分。

Description

具有工程化电极的电光器件
对其他申请的交叉引用
本申请要求2019年11月27日提交的题目为“THIN-FILM ELECTRO-OPTICMODULATORS”的第62/941,139号美国临时专利申请的优先权，该专利申请被引入在本文中用于所有目的。本申请要求2020年6月2日提交的题目为“HIGH PERFORAMNCE OPTICALMODULATORS”的第63/033,666号美国临时专利申请的优先权，该专利申请被引入在本文中用于所有目的。本申请要求2020年11月12日提交的题目为“BREAKING VOLTAGE-BANDWIDTHLIMIT IN INTEGRATED LITHIUM NIOBATE MODULATORS USING MICRO-STRUCTUREDELECTRODES”的第63/112,867号美国临时专利申请的优先权，该专利申请被引入在本文中用于所有目的。
背景技术
通常期望光调制器和其他电光器件满足某些性能基准。例如，期望光调制器能够在较低的电极驱动电压下提供足够的光调制。大的光调制可以对应于在光信号的传输方向上具有大长度的波导。然而，还期望光调制器消耗小的总面积。还期望光调制器对于通过电极的电信号具有低电极（例如微波）信号损耗并且对于穿过（traverse）波导的光信号具有低光损耗。此外，期望光调制器能够在宽的频率带宽上在低电压下提供低损耗传输和大调制。因此，期望如下电光器件：其可以具有低电极损耗、低光损耗，消耗可控量的面积和/或在低电压下提供期望的光调制。
附图说明
在以下详细描述和附图中公开本发明的各种实施例。
图1A-1E示出具有工程化电极的光学器件的实施例。
图2示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分的横截面。
图3示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分的横截面。
图4示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分的横截面。
图5示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分的横截面。
图6示出能够具有改进性能的、指示电极配置的光学器件的实施例的部分。
图7示出能够具有改进性能的、指示电极配置的光学器件的实施例的部分。
图8示出能够具有改进性能的、指示电极配置的光学器件的实施例的部分。
图9示出能够具有改进性能的、指示电极配置的光学器件的实施例的部分。
图10示出能够具有改进性能的、指示电极配置的光学器件的实施例的部分。
图11示出能够具有改进性能的、指示电极配置的光学器件的实施例的部分。
图12A-12D示出能够具有改进性能的、指示各种电极配置的光学器件的实施例的部分。
图13A-13J示出能够具有改进性能的、指示各种电极配置的光学器件的实施例的部分。
图14A-14K示出能够具有改进性能的、指示各种电极配置的光学器件的实施例的部分。
图15A-15B示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图16示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图17示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图18示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图19示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图20示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图21示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图22示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图23示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图24示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图25示出能够具有改进性能的光学器件的实施例的部分。
图26示出利用能够具有改进性能的光调制器的子组件的实施例的部分。
图27是示出用于提供能够具有改进性能的光调制器的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
本发明可以以多种方式实现，包括作为过程；装置；***；物质组合物；在计算机可读存储介质上体现的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置成执行存储在耦合到处理器的存储器上和/或由耦合到处理器的存储器提供的指令的处理器。在本说明书中，这些实现方式或者本发明可以采取的任何其他形式都可以被称为技术。通常，在本发明的范围内可以改变所公开的过程的步骤的顺序。除非另外说明，否则被描述为配置成执行任务的诸如处理器或存储器的组件可以被实现为：临时配置成在给定时间执行任务的通用组件，或者制造成执行任务的特定组件。如在本文中所使用的，术语‘处理器’是指配置成处理诸如计算机程序指令的数据的一个或多个器件、电路和/或处理核。
下面与示出本发明原理的附图一起提供本发明的一个或多个实施例的详细描述。结合这些实施例描述本发明，但本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求限制，并且本发明涵盖许多替代、修改和等效物。在以下描述中阐述许多特定细节，以便提供对本发明的透彻理解。这些细节是出于示例的目的而提供的，并且本发明可以根据权利要求来实施而不用这些特定细节中的一些或全部。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料，以便不会不必要地模糊本发明。
诸如电光调制器的电光器件（也称为光学器件）的基本元件包括波导和在波导周围的电极。波导承载光信号。电极用于在波导处或附近产生电场或电压差。该电场引起波导的折射率的变化，这导致光信号得以调制。例如，电极信号（例如微波信号）可以被施加到电极。因此，电极用作传输线。电极信号在与通过波导传播的光信号相同的方向上行进。电极信号在波导处产生对应的电场，从而调制波导的折射率。因此，当光信号行进通过波导时，光信号被调制。因此，通过经过电极驱动适当的电极信号可以实现光信号的期望调制。
尽管电光器件起作用，但其性能可能由许多因素限制。例如，期望电极接近波导以增加波导处的电场强度。较高的电场增强波导的折射率的变化，并增加光信号的调制。然而，当微波信号穿过电极时，电极可能遭受电极（例如微波）信号损耗。这种损耗可能由于接近波导而增加。这些损耗可能不利地影响电极在波导处提供期望电场的能力。周围结构对微波信号的吸收以及电极中的电阻损耗加剧这些损耗。此外，电极所需的驱动电压随着调制频率的增加而增加。例如，使用小于两伏的电极电压，可以容易地以1GHz的频率调制光信号。然而，对于更高的频率，例如在100GHz范围或更高中，所需的电极电压可能显著更高（例如五伏或更多）。为了获得折射率的期望变化，向电极施加更大电压。因此，光调制器可能需要到电极的更大输入电压且消耗比所期望的功率多的功率。因此，仍然期望具有改进性能的电光器件。
已经提出了许多技术来改进光调制器。这些技术包括利用半导体（例如硅和/或磷化铟）、块体铌酸锂（LN）、钛酸钡（BTO）和/或等离子激元（plasmonics）的波导。然而，这些和其他技术在上述特性中的一个或多个中具有显著缺点。例如，一些调制器可能不能在给定区域中提供期望的调制，可能如此大以致仅提供弱电场（且因此较小电光响应），且/或遭受不可接受的电极或光信号损耗。在光调制器的性能中的单个限制因素可能妨碍光调制器按期望的那样起作用。例如，即使电极可以在低电压下驱动，不可接受的电极（微波）损耗也可能使调制器不能用于特定应用。因此，仍然期望用于提供光调制器的机制，该光调制器具有低光信号损耗、低电极信号损耗，消耗可控量的面积，和/或在较低电压下提供期望的光调制。
描述一种可以具有改进性能的光学器件。该光学器件包括波导和电极。波导包括具有电光效应的至少一种光学材料。在一些实施例中，波导包括脊部分和薄膜部分。电极包括沟道区和从沟道区突出的延伸部。延伸部比沟道区更靠近波导的部分。在一些实施例中，延伸部具有间距，该间距可以小于电极中的微波波长除以π。在一些实施例中，延伸部具有小于电极中的微波波长除以π的长度。波导被配置成承载光信号，而电极被配置成承载电极信号。在一些这样的实施例中，光学材料（一种或多种）具有至少1.5乘以光信号和电极信号的光学介电常数的微波介电常数。如在本文中所使用的，“介电常数”对应于相对电容率，其等于材料的电容率除以真空电容率。微波介电常数是指在所关注的微波频率下的介电常数。光学介电常数是指在所关注的光学频率下的介电常数，其等于或大约为折射率的平方。在一些实施例中，每个延伸部都包括耦合到沟道区的连接部分和逆行（retrograde）部分。连接部分位于逆行部分和沟道区之间。在一些实施例中，光学器件包括具有附加沟道区和附加多个延伸部的附加电极。附加延伸部比附加沟道区更靠近波导的部分。在一些实施例中，波导沿着波导的该部分具有不超过10dB的总光损耗。
因此，光学器件包括被制造为具有微结构（即，延伸部）的电极（一个或多个）。电极（一个或多个）的沟道区（一个或多个）被配置成承载大部分电流，而很少至没有电流可以被驱动通过延伸部。因此，可以减轻由于电极接近波导而引起的损耗。然而，由于延伸部更靠近波导，所以可以保持或增强波导处的电场的幅度。因此，电极可以能够在较低的电极电压下对光信号提供足够的调制。
在一些实施例中，还可以改进光学性能。波导可以具有低的光损耗，例如不超过1dB/cm的光损耗。在一些这样的实施例中，在一些情况下，波导具有不超过0.5dB/cm（例如，平均）的光损耗。在一些实施例中，波导具有不超过4dB的总片上光损耗。在一些实施例中，波导的靠近电极（一个或多个）的部分具有不超过3dB的总光损耗。可以改进器件的光效率。因此，光调制器可以做得更长（例如，长于2cm并且在一些实施例中3cm或更长），并且输入光信号的调制得到增强。波导也可以例如利用薄膜技术而是相对小的。在一些实施例中，波导具有小于非线性光学材料（一种或多种）中的光信号波长的平方（例如λ2）的光模式横截面面积。在一些实施例中，光模式横截面面积小于3乘以λ2，其中，λ是波导中的光信号的波长。由于波导小，所以电极可以更靠近波导放置。这可以允许波导处的增加电场和增强的电光效应。在一些实施例中，波导弯曲区段（一个或多个）可以具有不超过500μm的弯曲半径。在一些实施例中，波导弯曲区段具有不超过0.5dB的弯曲区段光损耗。波导和电极弯曲区段在存在的情况下可以用于提供更长的区，其中，电极接近波导，同时控制由器件消耗的长度和/或面积。换句话说，弯曲区段的使用允许在光调制器的最大尺寸方面的减小。光调制器的最大尺寸限制在其中可以提供光调制器的封装的尺寸方面的减小。电极和波导弯曲区段允许长的光路和长的区，其中，电极靠近波导，同时在光调制器的最大尺寸方面减小。例如，4厘米长和0.2毫米宽的直光调制器具有与具有3个弯曲区段（和4个直区段）的、占据大约1厘米长和0.8mm宽的面积的光调制器相同长度的光路。该第二光调制器具有较小的纵横比，更加紧凑，并且可以安装在更小得多的封装上，这是所期望的。在一些实施例中，波导和电极可以占据不超过50平方毫米的面积。在一些实施例中，波导和电极占据不超过20平方毫米的面积。在一些实施例中，波导和电极位于长度不超过32毫米的集成电路上。因此，可以在较小的覆盖区域（footprint）中实现较大的光信号调制。在一些实施例中，电极弯曲区段（一个或多个）和波导弯曲区段（一个或多个）被配置成提供在用于波导的光信号与用于电极的电极信号之间的路径差。波导和电极弯曲区段可以用于顾及电极（微波）信号和光信号的速度失配。因此，可以改进器件的效率。包括沟道区和延伸部的电极（一个或多个）的使用允许由电极在波导处提供高电场。延伸部还将沟道区的边缘与波导分开。因此，电流可以被更好地限制于沟道区，从而允许电极中的减小电极损耗和电极的较低驱动电压。减小的光学和电极（例如微波）损耗、电极和光信号之间的改进的速度匹配以及光信号可以被调制的较长路径的组合允许输入到电极（一个或多个）的减小电压幅度。例如，在一些实施例中，0.5-1.5V幅度的微波信号可以输入到电极（一个或多个），并且为50-100GHz范围内的信号提供折射率的期望调制。因此，可以改进器件的性能。
波导承载光信号，而电极承载电极信号。在一些实施例中，延伸部被配置成减小光信号与电极信号之间的速度失配。在一些实施例中，延伸部具有距波导的至少一个距离，使得总光损耗小于8dB。对于从直流到不超过500GHz的频率范围内的频率窗口，电极可以具有频率相关电极损耗。在一些实施例中，这种频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.8dB。电极信号频率是以GHz测量的，并且频率窗口可以是至少10GHz。在其他实施例中，频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.5dB。电极信号频率是以GHz测量的，并且频率窗口可以是至少10GHz。在其他实施例中，频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.3dB。电极信号频率是以GHz测量的，并且频率窗口可以是至少10GHz。在一些实施例中，对于从直流到不超过500GHz的电极信号频率中的频率窗口，电极具有吸收电极损耗。在一些实施例中，该吸收电极损耗小于每厘米每GHz 0.005dB，并且频率窗口为至少10GHz。
波导和电极可以在衬底上。在一些实施例中，延伸部在衬底和沟道区之间。在一些实施例中，沟道区在衬底和多个延伸部之间。在一些实施例中，衬底在其中具有空隙。该空隙与波导的部分和多个延伸部对准。在一些实施例中，波导和电极在衬底结构上。该衬底结构选自：具有低衬底微波介电常数（例如，小于11）的第一衬底；所述第一衬底与在所述衬底和所述波导之间的下层结合；以及具有大于11的高微波介电常数的第二衬底与所述下层结合。在这样的实施例中，所述下层具有低的下层微波介电常数（例如，小于11）。
电极可以包括电极弯曲区段。波导可以包括波导弯曲区段。电极弯曲区段和波导弯曲区段被配置成提供在用于波导的光信号与用于电极的电极信号之间的路径差。
在一些实施例中，描述了一种诸如传输光学子组件（TOSA）的子组件。这种子组件包括光调制器和耦合到该光调制器的驱动器。光调制器包括波导和电极。波导包括具有电光效应的至少一种光学材料。电极包括沟道区和多个延伸部。延伸部在沟道区和波导之间。驱动器被配置成电驱动该电极。
在一些实施例中，描述了一种提供光学器件的方法。该方法包括提供波导和提供电极。波导包括具有电光效应的光学材料（一种或多种）。提供电极包括提供沟道区和提供从沟道区突出的延伸部。延伸部比沟道区更靠近波导的部分。在一些实施例中，提供延伸部包括制造具有小于电极中的微波波长除以π的间距的延伸部。波导承载光信号，而电极承载电极信号。在一些实施例中，提供延伸部包括配置延伸部以减小光信号与电极信号之间的速度失配。在一些实施例中，对于从直流到不超过500GHz的频率范围内的频率窗口，电极具有频率相关电极损耗。该频率相关电极损耗可以小于每厘米每电极信号频率的平方根0.8dB，其中，电极信号频率是以GHz测量的，并且频率窗口为至少10GHz。在其他实施例中，该频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.5dB。电极信号频率是以GHz测量的，并且频率窗口可以是至少10GHz。在其他实施例中，该频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.3dB。电极信号频率是以GHz测量的，并且频率窗口可以是至少10GHz。在一些实施例中，对于从直流到不超过500GHz的电极信号频率中的频率窗口，电极具有吸收电极损耗。在一些实施例中，该吸收电极损耗小于每厘米每GHz 0.005dB，并且频率窗口为至少10GHz。
图1A-1E示出具有工程化电极的光学器件100、100'、100''、100'''及100''''的实施例。图1A描述了包括波导110和电极120和130的光学器件（即电光器件）100的平面图。图1B、1C、1D和1E示出了类似于光学器件100的光学器件100'、100''、100'''和100''''的透视图。
光学器件100、100'、100'''和100''''可以是具有在薄膜平面中（例如，x切或y切铌酸锂）或垂直于薄膜平面的电光响应（例如，以皮米/伏）的光调制器的部分。光学器件100''可以是具有在薄膜平面的平面之外（例如，z切铌酸锂）的电光响应（例如，以皮米/伏）的光调制器的部分。如在本文中所使用的，x切或y切调制器是在薄膜平面中具有电光效应的调制器（例如，即使不使用诸如铌酸锂的材料）。类似地，如在本文中所使用的，z切光调制器具有在薄膜平面之外（例如，垂直于薄膜平面）的电光效应（例如，即使不使用诸如铌酸锂的材料）。图1A-1E不是按比例的。其他配置是可能的。例如，具有不同数量的波导、其他和/或附加波导组件（诸如分路器和分支）和/或不同数量的电极的光学器件是可能的。参考图1A，光信号被输入到光学器件100。例如，光信号可以由一个或多个激光器提供。具有电压的电极信号也被输入到光学器件100。在一些实施例中，电极信号的频率是在微波范围内。因此，术语微波信号和电极信号在本文中被同义地使用。光学器件100利用电极信号来调制光信号并输出调制的光信号。
参考图1A，光学器件100包括波导110和电极120和130。波导110用于传输光信号。更具体地说，波导110接收输入光信号并输出调制的光信号。电极（一个或多个）120和/或130承载向波导110施加时变电场的电极信号。该电场改变波导110的折射率。在一些实施例中，电极120承载电极信号诸如微波信号，而电极130是地。在一些实施例中，电极130承载电极（例如微波）信号，而电极120是地。在一些实施例中，电极120和130两者都承载电极信号。其他配置也是可能的。因此，电极120和130与波导110组合以提供调制的光信号。电极120和130被描绘为在波导110周围，以指示波导110经历在120和130之间施加的电场，但是没有指示电极120和130的物理位置。例如，可以使电极120直接在波导顶部上或在波导下方，而130在一侧。
波导110被示出为具有矩形覆盖区域并且仅在电极120和130之间延伸。波导110可以具有其他配置。例如，波导110可以包括可以在电极（一个或多个）120和/或130下方延伸的薄膜部分以及在电极120和130之间的脊112。波导110包括具有电光效应的至少一种光学材料。在一些实施例中，光学材料（一种或多种）是非线性的。如在本文中所使用的，非线性光学材料表现出电光效应，并具有至少（例如大于或等于）5皮米/伏的效应。在一些实施例中，非线性光学材料具有至少10皮米/伏的效应。在一些这样的实施例中，非线性光学材料具有至少20皮米/伏的效应。非线性光学材料响应于所施加的电场而经历折射率的变化。在一些实施例中，非线性光学材料是铁电的。在一些实施例中，电光材料效应包括由于普克尔效应而引起的所施加电场中的折射率的变化。因此，在一些实施例中，具有在本文中描述的一个或多个范围内的电光效应的光学材料被认为是非线性光学材料，而不管该效应是线性地还是非线性地取决于所施加的电场。非线性光学材料可以是非中心对称材料。因此，非线性光学材料可以是压电的。
在一些实施例中，波导110是低光损耗波导。例如，波导110可以具有通过波导110的接近电极120和130的部分（例如，当以最大传输偏置时并且作为最大损耗）不超过10dB的总光损耗。总光损耗是通过单个连续电极区（例如，与级联在一起的多个器件相反）的波导中的光损耗，诸如图1A中所示。在一些实施例中，波导110具有不超过8dB的总光损耗。在一些实施例中，总光损耗不超过4dB。在一些实施例中，总光损耗小于3dB。在一些实施例中，总光损耗小于2dB。在一些实施例中，波导110具有不超过3dB/cm（例如，平均）的光损耗。在一些实施例中，波导110中的非线性材料具有不超过2.0dB/cm的光损耗。在一些这样的实施例中，波导110具有不超过1.0dB/cm的光损耗。在一些实施例中，波导110具有不超过0.5dB/cm的光损耗。在一些实施例中，波导110中的非线性光学材料包括铌酸锂（LN）和/或钽酸锂（LT）。在一些实施例中，用于波导110的非线性光学材料由LN组成。在一些实施例中，用于波导110的非线性光学材料由LT组成。这种非线性光学材料可以具有惰性化学蚀刻反应以使用诸如氟、氯或溴化合物的化学品进行常规蚀刻。在一些实施例中，非线性光学材料（一种或多种）包括LN、LT、铌酸钾、砷化镓、磷酸氧钛钾、锆钛酸铅和钛酸钡中的一种或多种。在其他实施例中，可以使用具有类似光学特性的其他非线性光学材料。
各种其他光学组件可以被引入到波导110中，以提供期望的相位调制、偏振调制、强度调制、IQ调制、其他调制和/或其他功能。例如，波导110可以具有用于容纳多个模式的较宽部分（一个或多个）（图1A中未示出）。在一些实施例（图1A中未示出）中，波导110可以包括分路器，以将光信号分成多个分支用于调制并且重新组合调制的光信号用于输出。因此，波导110以及电极120和130可以被配置成提供期望的功能。
波导110的部分沿着光信号的传输方向（例如，从光信号的输入通过波导110到调制的光信号输出）接近电极120和130。波导的这个部分可以具有各种长度。在一些实施例中，波导110的靠近电极120和130的部分的长度至少为2毫米。在一些实施例中，波导110的这个部分为至少5毫米长且不超过10毫米长。其他实施例可以使波导110的这个部分更长。波导110的靠近电极120和130的部分可以具有大于2厘米的长度。在一些实施例中，波导110的靠近电极120和130的部分的长度至少为2.5cm。在一些实施例中，波导110的这个部分的长度至少为3厘米。这样的长度是可能的，至少部分是因为上述波导110的每单位长度的低光损耗。由于波导110可以做得更长，所以可以通过由电极120和130产生的电场提供的总光调制可以更大。此外，由于低光损耗和低微波损耗（下面描述），可以利用输入到具有较低电压的电极（一个或多个）120和/或130的信号来实现期望的光调制（例如折射率的改变）。例如，Vπ是半波电压，或者是将光信号的相位移动π所需的输入电极信号的幅度。在一些实施例中，对于50-100GHz范围内的信号，Vπ不超过6伏。在一些实施例中，对于50-100GHz范围内的信号，Vπ不超过3伏。在一些实施例中，Vπ大约是经由CMOS电路提供的电压，例如对于50-100GHz范围内的信号在0.5伏到1.5伏的范围内。例如，Vπ可以在10GHz下不超过1.5伏。因此，在一些实施例中，Vπ不超过1.5伏。在一些这样的实施例中，对于50-100GHz范围内的信号，Vπ不超过1伏。用于其他频率范围的其他电压是可能的。因此，可以改进光调制器110的性能。
此外，波导110的靠近电极120和130的部分可以具有小的光模式横截面面积。在一些实施例中，光模式横截面面积小于3乘以非线性光学材料（一种或多种）中的光信号的波长的平方（例如λ2）。在一些实施例中，光模式横截面面积小于2乘以非线性光学材料（一种或多种）中的光信号的波长的平方。在一些实施例中，光模式横截面面积小于1.5乘以非线性光学材料（一种或多种）中的光信号的波长的平方。在一些实施例中，光模式横截面面积小于4μm2。在一些这样的实施例中，光模式横截面面积不超过3μm2。在一些实施例中，可以使用在本文中描述的薄膜和制造技术来提供这种小的光模式横截面面积。光模式横截面面积也可以允许在本文中描述的低光损耗。
电极120和130向波导110施加电场。电极120包括沟道区122和延伸部124（在图1A中仅标记延伸部124中的一个）。电极130包括沟道区132和延伸部134（在图1A中仅标记延伸部134中的一个）。在一些实施例中，可以分别从电极120或电极130省略延伸部124或134。延伸部124和134分别从沟道区122和132突出。因此，延伸部124和134分别比沟道区122和132更靠近波导110。图1A中所示的延伸部124和134是简单的矩形突起。在一些实施例中，延伸部124和134可以具有不同的形状。例如，延伸部（一个或多个）124和/或134可以具有L形的覆盖区域、T形的覆盖区域和/或另一形状的覆盖区域。不管形状如何，延伸部124和134中的每一个的至少部分分别比沟道区122和132更靠近波导110。延伸部124和134的分布（例如间距）和宽度也是不规则的。在一些实施例中，延伸部124和/或134的分布和/或宽度可以是规则的。波导110与延伸部124和134之间的距离被示为恒定的。在一些实施例中，该距离可以变化。类似地，波导110与沟道122和132之间的距离被示为恒定的。在一些实施例中，该距离可以变化。电极120和130被示为对称的。在一些实施例中，电极120和130是不对称的。例如，可以省略延伸部134，而存在延伸部124。
延伸部124和134分别从沟道区122和132突出，并且位于分别沟道区122和132与波导110之间。结果，延伸部124和134充分靠近波导110，以在波导110处提供增强的电场。因此，增加由电场引起的折射率的变化。相比之下，沟道区122和132比延伸部124和134与波导110隔开更远。因此，沟道区122较少受由电极130/延伸部134产生的电场影响。电荷具有在最靠近电极130的沟道区122的边缘处聚集的减小趋势。因此，电流更容易被驱动通过沟道区122的中心部分，并且可以减小沟道区122（和电极120）中的电极损耗。类似地，沟道区132离电极120更远。沟道区132较少受电极120/延伸部124产生的电场影响。电荷具有在最靠近电极120的沟道区132的边缘处聚集的减小趋势。因此，电流更容易被驱动通过沟道区132，并且可以减小沟道区132（和电极130）中的电极损耗。由于可以减小通过电极120和130的微波信号损耗，所以较小的驱动电压可以用于电极（一个或多个）120和/或130并且光学器件100可以消耗较少的功率。此外，可以改进使电极120的阻抗与输入电压器件（图1A中未示出）匹配的能力。这种阻抗匹配可以进一步减小光学器件100的电极信号损耗。此外，延伸部124和134可以影响电极信号通过电极120和130的速度。因此，延伸部124和134可以被配置成调节电极信号的速度以匹配波导110中的光信号的速度。因此，可以改进光学器件100的性能。
可以使用沉积技术（诸如蒸发和/或电镀以及光刻）以整形电极120和/或130的延伸部124和/或134来制造电极（一个或多个）120和/或130。所得到的电极120和/或130可以具有较低的频率相关电极损耗。在一些实施例中，在直流与500GHz之间的频率范围内的特定频率窗口（例如，至少10GHz）的频率相关电极功率损耗可以低至每厘米每电极信号频率的平方根0.8dB，其中，电极信号频率是以GHz测量的。在其他实施例中，频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.5dB。电极信号频率是以GHz测量的，并且频率窗口可以是至少10GHz。在其他实施例中，频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.3dB。电极信号频率是以GHz测量的，并且频率窗口可以是至少10GHz。在一些实施例中，对于从直流到不超过500GHz的电极信号频率中的频率窗口，电极具有吸收电极损耗。在一些实施例中，该吸收电极损耗小于每厘米每GHz 0.005dB，并且频率窗口为至少10GHz。在一些实施例中，相同频率窗口和频率范围的频率相关电极功率损耗可以低至对于特定频率窗口（例如10GHz或更多）的每厘米每电极信号频率的平方根0.75dB。在一些实施例中，电极具有吸收电极损耗。在一些实施例中，在直流与500GHz之间的频率范围中的特定频率窗口（例如，10GHz或更多）的吸收电极损耗小于每厘米每GHz 0.02dB。在一些实施例中，对于直流与500GHz的频率范围内的频率窗口，相同频率窗口和频率范围的吸收电极损耗小于每厘米每GHz 0.005dB。在一些实施例中，光学器件100可以包括附加电极，诸如直流电极（图1A中未示出）。这种附加电极可以用于针对低频响应优化光学器件100。该电极可以包括电光、热移相器和/或MEMS移相器中的一个或多个。
在操作中，期望被调制的光信号被输入到波导110。电极信号（例如微波信号）也被施加到电极（一个或多个）120和/或130。为了解释的目的，假设微波信号被施加到电极120，而电极130是地。通过电极120的时变微波信号使特定符号的电荷在延伸部124中迅速累积，在延伸部124中回落到零，并且相反符号的电荷在延伸部124中迅速累积。在特定延伸部124中缺少负电荷被认为与在该延伸部124中累积正电荷相同，反之亦然。以微波信号的频率或在微波信号的频率附近重复该循环。作为在延伸部124中累积电荷的结果，相反的电荷在附近对应的延伸部134中累积。在延伸部124和134之间产生相对大的时变电场。由于波导110中的电光材料暴露于较大的时变电场，所以波导110的折射率在延伸部124和134附近经历较大的变化。当光信号穿过波导110并通过延伸部124和134时，光信号暴露于折射率的较大变化。因此，对于施加到电极120的给定电压幅度的微波信号来说，可以实现光信号中的较大调制。例如，光学器件100可以在高达100-300GHz或更高的频率下提供足够的光调制，其中向电极120提供不超过一伏的电压幅度。此外，如上所述，延伸部124的存在减小电流在更靠近波导110的沟道区122的边缘附近聚集的趋势，并且减轻电极120中的损耗。可以在较低的电压下更容易地驱动电流通过沟道区122，并且减小微波损耗。因此，可以改进光学器件100的性能。
此外，如上所述，光学器件100不仅可以减小通过波导110的光损耗，而且还可以通过使用较长的波导110来增加光信号的调制。分别具有延伸部124和134的电极120和130的使用可以减小微波损耗，允许波导110/脊112处的大电场，并且改进微波信号分别通过电极120和130的传播。电极120和130还可以经由速度和相位匹配来改进性能。因此，可以显著地增强光学器件100的性能。
图1B是光学器件100'的透视图。光学器件100'类似于光学器件100。因此，光学器件100'的类似部分被类似地标记。光学器件100'包括波导110'、电极120'和电极130'，其分别类似于波导110、电极120和电极130。还示出衬底/下伏层101。在一些实施例中，衬底101包括硅衬底和在硅衬底与波导110之间的二氧化硅层。在其他实施例中，可以使用其他衬底。在一些实施例中，衬底101是具有低微波介电常数的电介质，例如小于11的微波介电常数。在一些实施例中，衬底具有小于8的微波介电常数。在一些这样的实施例中，衬底具有小于5的微波介电常数。例如，衬底101可以包括蓝宝石、石英和/或熔融石英。在一些实施例中，具有低微波介电常数的下层（一个或多个）（诸如二氧化硅）可以被用在微波介电常数衬底101顶部上。在其他实施例中，可以使用其他和/或附加下层（一个或多个）。此外，低微波介电常数下层（一个或多个）可以与具有较大微波介电常数的其他衬底结合使用。例如，二氧化硅的低微波介电常数下层可以提供在具有大于11的微波介电常数的衬底101（诸如硅或LN）上。在一些实施例中，期望所提供的下层是厚的。例如，下层可以为至少3微米厚并且不超过100微米厚。此外，在一些实施例中，可以使用其他几何配置的衬底和/或下层。
波导110'用于传输光信号。波导110'包括脊112和薄膜部分114。在图1B中所示的实施例中，薄膜部分114和脊部分由相同的材料（例如，由相同的薄膜）形成。波导110'可以由与波导110类似的材料形成，并且可以具有类似的性能。
在一些实施例中，波导110'可以具有不同的配置。例如，波导110'可以省略薄膜部分114或减小薄膜部分114的尺寸。脊112可以具有另一配置。例如，脊112可以是梯形的、半圆形的、堆叠的矩形和/或具有以与在本文中描述的方式类似的方式引导光信号的另一几何形状。可以使用其他和/或附加材料。在一些实施例中，波导110'的不同部分由不同的材料形成。例如，薄膜部分114和脊112可以由不同的材料形成。薄膜114可以包括诸如LN和/或LT的非线性光学材料，而脊112可以由诸如硅和/或氮化硅的无源材料形成。在一些实施例中，脊112可以位于薄膜部分114下方（例如，脊112可以在薄膜部分114与下伏衬底101之间）。类似地，各种其他光学组件可以被引入到波导110'以提供期望的相位调制、偏振调制、强度调制、IQ调制、其他调制和/或其他功能。在一些实施例（图1B-1C中未示出）中，波导110可以包括分路器，以将光信号分成多个分支用于调制并且重新组合调制的光信号用于输出。因此，波导110以及电极120和130可以被配置成提供期望的功能。
在一些实施例中，用于波导110'的非线性光学材料形成为薄膜。例如，薄膜可以具有不超过3乘以在处理之前在波导110'中承载的光信号的光波长的厚度（例如，薄膜部分114和脊部分112的厚度）。在一些实施例中，薄膜具有不超过2乘以光波长的厚度（例如，薄膜部分114和脊部分112的厚度）。在一些实施例中，非线性光学材料具有不超过1乘以光波长的厚度。在一些实施例中，非线性光学材料具有不超过0.5乘以光波长的厚度。例如，薄膜可以具有不超过三微米的沉积的总厚度。在一些实施例中，薄膜具有不超过2微米的总厚度。可以利用光刻将薄膜非线性光学材料制造到波导110'中。例如，紫外线（UV）和/或深紫外线（DUV）光刻可以用于图案化非线性光学材料的掩模。对于DUV光刻，所使用的光的波长通常小于250纳米。为了制造波导，薄膜非线性光学材料可以例如使用干法蚀刻、反应离子蚀刻（RIE）、电感耦合等离子体RIE而经历物理蚀刻。在一些实施例中，可以使用化学蚀刻和/或电子束蚀刻。波导110'因此可以具有改进的表面粗糙度。例如，脊112的侧壁（一个或多个）可以具有减小的表面粗糙度。例如，脊112的侧壁的短程均方根表面粗糙度小于10纳米。在一些实施例中，该均方根表面粗糙度不超过5纳米。在一些情况下，该短程均方根表面粗糙度不超过2纳米。因此，波导110'可以具有上述范围内的光损耗。在一些实施例中，脊112的高度被选择为可以提供光模式的限制，使得在离脊112的中心十微米处，存在强度从脊112的中心处的强度的10dB减小。例如，在一些情况下，脊112的高度大约为几百纳米。然而，在其他实施例中，其他高度是可能的。
波导110'的部分沿着光信号的传输方向（例如，从光信号的输入通过波导110'到调制的光信号输出）接近电极120和130。波导110'的靠近电极120和130的部分可以是上述长度，例如在一些实施例中大于2毫米的长度，并且在一些这样的实施例中大于2厘米或更多厘米的长度。这样的长度是可能的，至少部分是因为上述波导110的每单位长度的低光损耗。此外，波导110'的靠近电极120和130的部分具有小的光模式横截面面积，如上面针对波导110描述的。
电极120'和130'向波导110施加电场。可以使用诸如电镀和光刻的沉积技术以整形电极120和/或130来制造电极（一个或多个）120'和/或130'。在上面关于电极120和130描述的范围内，所得到的电极120'和/或130'可以具有较低的频率相关电极损耗。电极120'包括沟道区122'和延伸部124'（在图1B中仅标记延伸部124'中的一个）。电极130'包括沟道区132'和延伸部134'（在图1B中仅标记延伸部134'中的一个）。在一些实施例中，可以分别从电极120'或电极130'省略延伸部124'或134'。延伸部124'和134'分别比沟道区122'和132'更靠近波导110'。例如，从延伸部124'和134'到波导脊112的距离s小于从沟道122'和132'到波导脊112的距离w。在图1B中所示的实施例中，延伸部124'和134'分别与沟道区122'和132'处于基本上相同的水平。在一些实施例中，除了处于相同的水平之外或者代替处于相同的水平，延伸部可以突出到沟道区上方和/或下方。
延伸部124'和134'接近波导110'。例如，延伸部124'和134'与波导110'相距垂直距离d。到波导110'的垂直距离可以取决于所使用的覆层（图1B中未示出）。在一些情况下，距离d是高度可定制的。例如，d的范围可以从零（或者如果电极120'和130'接触薄膜部分114或嵌入在薄膜部分114中，则更小）到大于脊112的高度。然而，通常仍然期望d足够小，以便电极120'和130'可以向波导110'施加期望的电场。延伸部124'和134'也与脊部分112相距距离s。期望延伸部124'和134'足够靠近波导110'（例如靠近脊112），以便可以实现期望的电场和折射率变化。然而，期望延伸部124'和134'离波导110'（例如离脊112）足够远，以便它们的存在不会导致过度的光损耗。虽然对于波导110'的特定几何形状或厚度，距离s通常是不可知论的，但是可以选择s以允许在波导110'中不同限制的横向电模式和横向光模式。然而，期望减小在延伸部124'和134'处（并且更特别地在区段124B和134B处）的光场强度以限制由于延伸部124'和134'中的导体对光场的吸收而引起的光损耗。因此，s足够大，使得波导110'的总光损耗（包括由于在延伸部124'和134'处的吸收而引起的损耗）不超过上述范围（例如，在一些实施例中为10dB或更小，在一些实施例中为8dB或更小，在一些实施例中为4dB或更小）。在一些实施例中，选择s，使得在延伸部124'和134'处的光场强度小于波导110'中的最大光场强度-10dB。在一些实施例中，选择s，使得在延伸部124'和134'处的光场强度小于其在波导中的最大值-40dB。例如，在一些实施例中，延伸部124'和/或134'可以离脊112至少2微米且不超过2.5微米。
在图1B中所示的实施例中，延伸部124具有连接部分124A和逆行部分124B。如此命名逆行部分124B是因为逆行部分的部分可以反向平行于通过电极120的信号传输方向。类似地，延伸部134具有连接部分1234A和逆行部分134B。因此，延伸部124和134具有“T”形。在一些实施例中，其他形状是可能的。例如，延伸部124和/或134可以具有“L”形，可以省略逆行部分，可以是矩形的、梯形的、平行四边形的，可以部分地或完全地围绕波导110的部分缠绕，和/或具有另一形状。类似地，示出为具有矩形横截面的沟道区122'和/或132'可以具有另一形状。此外，如图1A所示，延伸部124'和/或134'可以是不同的尺寸。尽管所有的延伸部124'和134'被示出为与脊112相距相同的距离，但是一些延伸部124'和/或一些延伸部134'可以与脊112相距不同的距离。沟道区122'和/或132'也可以具有变化的尺寸。在一些实施例中，分别期望延伸部124'和134'具有长度l（例如，l=w-s），其对应于分别小于电极120'和130'的信号的布拉格频率的频率。因此，可以期望延伸部124'和134'的长度在电极120'和130'的最高操作频率处不超过电极信号的微波波长除以π。在一些实施例中，期望延伸部124'和134'的长度小于微波波长除以12。例如，如果最大操作频率是300GHz，其对应于衬底中440微米的微波波长，则期望延伸部124'和134'处于小于大约37微米。个体延伸部124'和/或134'可以不规则地隔开或者可以是周期性的。周期性延伸部具有恒定的间距。在一些实施例中，期望间距p是与小于布拉格频率的频率相对应的距离，如上面关于延伸部124'和134'的长度所讨论的。因此，可以期望延伸部124'和134'的间距在电极120'和130'的最高操作频率下不超过电极信号的微波波长除以π。在一些实施例中，期望间距小于微波波长除以12。在一些实施例中，期望间距小于微波波长除以72，从而允许群速度中的低纹波。
延伸部124'和134'分别比沟道122'和132'更靠近脊112（例如，s＜w）。在一些实施例中，电介质覆层（图1B中未明确示出）位于电极120'和130'与波导110'之间。如上所述，期望延伸部124'和134'具有分别与小于电极120'和130'的信号的布拉格频率的频率相对应的长度（w-s）。如上所述，还期望延伸部124'和134'与脊112隔开（例如，使得波导110'中的吸收损耗可以保持在期望的水平，诸如10dB或更小）。在确定w中考虑延伸部124'和134'的长度和与脊112的期望间隔（例如s）。尽管在图1A-1C的水平距离的上下文中进行描述，但电极结构和波导之间的距离也适用于垂直配置。波导110/脊112与沟道区122和/或132之间的其他距离是可能的。
电极120'和130'的几何形状类似于关于电极120和130描述的几何形状。延伸部124'和134'的特定部分的尺寸可以变化。例如，可以选择连接部分124A和/或134A的长度d2，使得电极120'和130'的阻抗分别与驱动器（未示出）的阻抗（例如50Ω）匹配。在一些实施例中，延伸部134'和124'（波导脊112位于其中）之间的间隙可以被配置成增加波导脊112处的电场。在一些实施例中，延伸部124'和134'之间的间隙是至少1且不超过10乘以由波导110'承载的光信号的光波长。然而，太小的间隙可能导致电极（一个或多个）120'和/或130'中的电流拥挤和微波损耗。在一些实施例中，选择沟道区122'和/或132'的宽度以减小微波损耗，同时试图使微波（电极信号）速度与波导110中的光信号速度相匹配。例如，电极沟道区122'和/或132'可以具有至少2微米且不超过500微米的宽度。逆行部分124B和/或134B区段的宽度可以被精细地调节以允许低微波损耗，同时保持速度匹配和高频响应范围。例如，逆行部分124B和/或134B可以具有至少10纳米且不超过10微米的宽度（l-d2）。选择每个逆行部分124B和/或134B的长度d3和相邻逆行部分124B和/或134之间的间隙以允许高效调制和低微波损耗。例如，在一些实施例中，可以选择至少0.5且不超过0.9999的占空比d3/（d3+d4）。在一些实施例中，可以选择其他尺寸，包括但不限于在本文中描述的那些尺寸。
光学器件100'以与光学器件100类似的方式操作。因此，光学器件100'可以共享光学器件100的益处。在波导110'中的非线性光学材料的使用和波导110'的配置（例如，脊112的更平滑侧壁）不仅可以增加电光效应（例如，提供折射率的更大调制），而且还减小光损耗。因此，可以实现更长的波导110、更大的总折射率变化以及因此增强的光信号调制。分别具有延伸部124'和134'的电极120'和130'的使用可以减小微波损耗，允许波导110'/脊112处的大电场，并且改进微波信号分别通过电极120'和130'的传播。因此，可以显著地增强光学器件100'的性能。
对于光学器件（例如100和/或100'）来说，可以实现性能的这种改进，其中，波导110和/或110'包括电光材料或由电光材料组成，所述电光材料当在设计微波和光频率下使用时具有显著超过光学介电常数的微波介电常数。这里对于非磁性材料来说，光学指数等于或大约为光学介电常数的平方根。对于其中微波介电常数显著超过光学介电常数的电光材料（例如LN和LT）来说，微波介电常数是至少1.5乘以光学介电常数。在一些情况下，微波介电常数是至少2乘以光学介电常数。在一些情况下，微波介电常数是至少5乘以光学介电常数。在一些这样的材料中，微波介电常数是至少10乘以光学介电常数。因此，在一些实施例中，包括这种材料（或由这种材料组成）的波导110'具有超过光学介电常数（例如，超过至少1.5、2、5、10或更大倍数）的微波介电常数。光学介电常数和微波介电常数分别影响光学和微波信号的传输速度。光学介电常数越高，光信号的传输速度越低。类似地，微波介电常数越高，微波信号的传输速度越低。
虽然光模式通常被很好地限制于波导，但是微波模式可以显著地延伸到电极之外。例如，微波模式可以延伸到波导中。对于包括由微波介电常数相比光学介电常数为大的材料（例如LN和/或LT）形成的波导的块体和其他光学器件，微波信号在波导材料中的传输速度比光信号的速度被减小到更大的程度。电极中的特征，例如延伸部，也可能减慢电极中的电极信号的传输。因此，预期光信号和电极信号之间的速度失配由于具有诸如延伸部的特征的电极而加剧。通常，在波导材料具有比光学介电常数显著更大的微波介电常数的情况下（例如，至于块体LN和/或LT波导），诸如延伸部的特征的使用是不利的。换句话说，电极上的特征的使用通常限于波导材料（一种或多种）的微波介电常数不显著大于（例如小于1.5倍）、大约等于或小于波导材料（一种或多种）（例如III-V化合物材料，诸如磷化铟和砷化镓）的光学介电常数的情况。
相比之下，对于光学器件100'（和100）来说，使用薄膜波导110'。通常，光模式被很好地限制于波导110'（例如限制于脊部分112）。这可以由图2中示出的光模式的尺寸看出。返回参考图1B，波导110'的光学介电常数因此确定波导110'中的光信号的速度。然而，电极120'和/或130'中的微波信号的微波模式可以在许多结构上延伸。这可以由图2中示出的微波模式的尺寸和位置看出。返回参考图1B，因此可以使用多个结构的微波介电常数来发现通过电极120'和130'的微波信号的速度，所述多个结构诸如电极120'和130'、波导110'、在衬底/下层（一个或多个）101和电极120'和130'之间的覆层（图1B中未示出）、衬底/下层101、以及电极120'和130'上方的空气或任何结构（未示出）。因此，波导110'材料（例如LT和LN）的（大）微波介电常数的贡献可以通过周围结构的（较低）微波介电常数来减轻。照此，波导110'中的光信号与电极（一个或多个）120'和/或130'的电极信号之间的速度失配仍然可以被减轻，同时实现延伸部124'和/或134'的其他益处。
图1C示出光学器件100''的另一实施例。光学器件100''类似于光学器件（一个或多个）100和/或100'。因此，类似的结构具有类似的标记。因此，光学器件100''包括分别类似于波导110和电极120和130的波导110'和电极120'和130'。类似地，电极120'和130'分别包括沟道区122'和132'，其分别类似于电极120和130的沟道区122和132。电极120'和130'分别包括延伸部124'和134'，其分别类似于电极120和130的延伸部124和134。延伸部124'和134'包括连接部分124A'和134A'以及逆行部分124B'和134B'，其类似于连接部分124A和134A以及逆行部分124B和134B。
在一些实施例中，光学器件100和100'在薄膜区114的平面中具有电光效应（例如，是x切或y切调制器）。光学器件100''具有在薄膜区114''平面外的电光效应（例如，是z切光调制器）。因此，期望垂直电场施加到波导110''。因此，光学器件100''包括电极140'，其包括具有连接部分144A'和逆行部分144B'的延伸部144'。延伸部144'类似于延伸部124、134、124'和134'。因此，在本文中关于延伸部124和134的讨论也适用于延伸部144'。例如，距离s'和w'分别对应于距离s和w。因此，也可以提供具有平面外电光效应和具有改进性能的光学器件。
图1D示出光学器件100'''的实施例。光学器件100'''类似于光学器件（一个或多个）100、100'和/或100''。因此，类似的结构具有类似的标记。因此，光学器件100'''包括分别类似于波导110/110'和电极120/120'和130/130'的波导110'和电极120'和130'。类似地，电极120'和130'分别包括沟道区122'和132'，其分别类似于光学器件100/100'的分别针对电极120/120'和130/130'的沟道区122/122'和132/132'。电极120'和130'分别包括延伸部124'和134'，其分别类似于光学器件100/100'的分别针对电极120/120'和130/130'的延伸部124/124'和134/134'。延伸部124'和134'分别包括连接部分124A'和134A'以及逆行部分124B'和134B'，其分别类似于光学器件100/100'的连接部分124A/124A'和134A/134A'以及逆行部分124B/124'和134B/134B'。
光学器件100'''还包括附加波导150以及具有沟道区142和延伸部144的附加电极140。电极150和延伸部154分别类似于电极120、120'、130'和130'以及延伸部124、124'、134和134'。类似地，波导150类似于波导110和110'。在一些实施例中，光学器件100'''可以是诸如调制器或干涉仪的光学器件的部分。例如，波导110'和150可以从在示出的光学器件100'''的部分上游的单个波导分离，并且可以在示出的光学器件100'''的部分下游会聚。
光学器件100'''以与光学器件100、100'和/或100''类似的方式操作。因此，光学器件100'''可以共享光学器件（一个或多个）100、100'和/或100''的益处。在波导（一个或多个）110'和/或150中的非线性光学材料的使用以及波导（一个或多个）110'和/或150的配置（例如，脊112的更平滑侧壁）不仅可以增加电光效应，而且还减小光损耗。因此，可以实现更长的波导110'和150、更大的总折射率变化以及因此增强的光信号调制。分别具有延伸部124'、134'和144的电极120'、130'和140的使用可以减小微波损耗，允许在波导110'和140处的大电场。这可以改进微波信号通过电极120'、130'和140的传播。因此，可以显著地改进光学器件100'''的性能。
图1E示出光学器件100''''的实施例。光学器件100''''类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''和/或100'''。因此，类似的结构具有类似的标记。因此，光学器件100''''包括波导110'和电极120''和130''，其分别类似于波导110/110'和电极120/120'和130/130'。类似地，电极120''和130''分别包括沟道区122''和132''，其分别类似于光学器件100/100'的分别针对电极120/120'和130/130'的沟道区122/122'和132/132'。电极120''和130''分别包括延伸部124''和134''，其分别类似于光学器件100/100'的分别针对电极120/120'和130/130'的延伸部124/124'和134/134'。延伸部124''和134''分别包括连接部分124A''和134A''以及逆行部分124B''和134B''，其分别类似于光学器件100/100'的连接部分124A/124A'和134A/134A'以及逆行部分124B/124'和134B/134B'。
电极120''和130''每个分别包括附加导电层126和136。因此，电极120''和130''可以能够在导电层126和136中承载附加电流。
光学器件100''''以与光学器件100、100'、100''和/或100'''类似的方式操作。因此，光学器件100''可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和/或100'''的益处。在波导110'中的非线性光学材料的使用以及波导110'的配置（例如，脊112的更平滑侧壁）不仅可以增加电光效应，而且还减小光损耗。因此，可以实现更长的波导110'、更大的总折射率变化以及因此增强的光信号调制。分别具有延伸部124''和134''的电极120''和130''的使用可以减小微波损耗，允许在波导110'处的大电场。这可以改进微波信号通过电极120''和130''的传播。因此，可以显著地改进光学器件100''''的性能。
图2示出了能够具有改进性能的光学器件200的实施例的部分的横截面。光学器件200包括位于衬底201上的波导210和电极220和230。还示出中间层202和覆层204。在示出的实施例中，衬底201是硅，中间层202是二氧化硅，并且覆层204是二氧化硅。在一些实施例中，其他和/或附加材料可以用于衬底201和/或中间层202。所示出的波导210的部分包括LN。然而，可以使用诸如LT的其他和/或附加电光材料。波导210包括脊212和薄膜部分214。未示出电极220和230的沟道区和延伸部。光学器件200类似于光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，波导210和电极220和230分别类似于波导110和/或110'以及电极120、120'和/或120''以及130、130'和/或130''。
图2指示光信号的光模式和微波的射频（RF）模式（或微波模式）的相对尺寸。图2不是按比例的，并且仅示出光学器件200的部分。如图2所示，光模式可以主要限制于波导210、中间层202和覆层204。相比之下，微波模式延伸通过多个堆201、202、210、220、230和204。因此，微波模式经受来自多个堆201、202、204、210、220和230的吸收损耗。来自硅衬底201的吸收可能特别高。硅衬底201的使用也可以影响微波信号通过电极220和230的速度。由于薄膜波导210的小尺寸，可以工程化光学器件200的其他部分以减小微波吸收损耗。例如，可以去除或替换硅衬底201的部分，可以移动电极220和/或230，可以在尺寸上减小波导210，可以使用其他衬底（一个或多个），和/或其他改变是可能的。例如，中间层202可以是厚的，例如在一些实施例中为至少3微米厚。
例如，图3-5示出了可以具有进一步减小的微波吸收损耗的光学器件300、400和500的实施例。图3示出了能够具有改进性能的光学器件300的实施例的部分的横截面。图3不是按比例的，并且仅示出光学器件300的部分。光学器件300包括位于衬底301上的波导310和电极320和330。还示出中间层302和覆层304。在示出的实施例中，衬底301是硅，中间层302是二氧化硅，并且覆层304是二氧化硅。在一些实施例中，可以使用其他和/或附加材料。所示出的波导310的部分包括LN。然而，可以使用其他和/或附加材料诸如LT。波导310包括脊312和薄膜部分314。未示出电极320和330的沟道区和延伸部。光学器件300类似于光学器件200。因此，波导310和电极320和330分别类似于波导210和电极220和230。衬底301、中间层302和覆层304也分别类似于衬底201、中间层202和覆层204。然而，对于光学器件300来说，电极320和330已经移动得离下伏的硅衬底301更远。在一些实施例中，可以通过增加中间层302的厚度而将电极320和330移动得离硅衬底301更远。例如，在一些实施例中，中间层302可以至少3微米厚。这可以除了将电极移动得离薄膜部分314更远之外或者替代将电极移动得离薄膜部分314更远来实现。此外，波导310的薄膜部分314在尺寸上已经减小。因此，可以减小由于硅衬底301和波导310而引起的吸收。此外，也可以减小微波信号的速度变化。
图4示出了具有改进性能的光学器件400的实施例的部分的横截面。图4不是按比例的，并且仅示出光学器件400的部分。光学器件400包括位于衬底401上的波导410和电极420和430。还示出中间层402和覆层404。在示出的实施例中，衬底401是硅，中间层402是二氧化硅，并且覆层404是二氧化硅。在一些实施例中，可以使用其他和/或附加材料。所示出的波导410的部分包括LN。然而，可以使用其他和/或附加材料诸如LT。波导410包括脊412和薄膜部分414。未示出电极420和430的沟道区和延伸部。光学器件400类似于光学器件200。因此，波导410以及电极420和430分别类似于波导210以及电极220和230。衬底401、中间层402和覆层404也分别类似于衬底201、中间层202和覆层204。然而，对于光学器件400来说，电极420和430已经移动得离下伏的硅衬底401更远。在一些实施例中，可以通过增加中间层402的厚度而将电极420和430移动得离硅衬底401更远。这可以除了将电极移动得离薄膜部分414更远之外或替代将电极移动得离薄膜部分414更远来实现。因此，可以减小由于硅衬底401而引起的吸收。此外，也可以减小微波信号的速度变化。
图5示出了具有改进性能的光学器件500的实施例的部分的横截面。图5不是按比例的，并且仅示出光学器件500的部分。光学器件500包括位于衬底501上的波导510和电极520和530。还示出中间层502和覆层504。在示出的实施例中，衬底501是硅，中间层502是二氧化硅，并且覆层504是二氧化硅。在一些实施例中，可以使用其他和/或附加材料。所示出的波导510的部分包括LN。然而，可以使用其他和/或附加材料诸如LT。波导510包括脊512和薄膜部分514。未示出电极520和530的沟道区和延伸部。光学器件500类似于光学器件200。因此，波导510以及电极520和530分别类似于波导210以及电极220和230。衬底501、中间层502和覆层504分别类似于衬底201、中间层202和覆层204。然而，对于光学器件500来说，电极520和530已经移动得离下伏的硅衬底301更远。此外，在脊512下方的硅衬底501的部分已经被去除。因此，可以减小由于硅衬底501而引起的吸收。此外，也可以减小微波信号的速度变化。在一些实施例中，除了去除衬底的部分之外或代替去除衬底的部分，可以选择另一衬底。
因此，可以进一步减轻微波损耗。因此，除了光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处之外，光学器件300、400和500可以具有进一步减小的微波吸收损耗。因此，可以改进光学器件300、400和500的性能。
图6、7、8、9、10和11示出了分别能够具有改进性能的光学器件600、700、800、900、1000和1100。图6-11示出各种电极结构。图6-11不是按比例的，并且仅示出光学器件600、700、800、900、1000和1100的部分。光学器件600、700、800、900、1000和1100类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。类似的组件具有类似的标记。
参考图6，示出了电极620和630以及具有脊612的波导610。在图6中还指示延伸部624和634（仅标记每种中的一个）。如上所述，电极620和630的延伸部624和634可以改进性能。在图6中所示的实施例中，延伸部624和634规则地隔开。因此，延伸部624和634是周期性的，并且具有恒定的间距。延伸部624和634也全部是相同尺寸。然而，其他配置是可能的。例如，延伸部624和634可以具有不同的尺寸和不同的间距。因此，光学器件600可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图7示出光学器件700。为了清楚起见，仅示出电极720、730和740。通常，波导/脊位于电极720和电极730之间。另一波导/脊（或波导/脊分支）位于电极720和电极740之间。在一些实施例中，电极720承载微波信号，而电极730和740是地。然而，其他配置是可能的。在示出的实施例中，仅电极720具有沟道区722和延伸部724。延伸部724的形状是矩形的。然而，电极730和740没有延伸部。由于存在延伸部724，电流可以更容易地被驱动通过沟道区722。因此，光学器件700可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图8示出光学器件800。为了清楚起见，仅示出电极820、830和840。通常，波导/脊位于电极820和电极830之间。另一波导/脊（或波导/脊分支）位于电极820和电极840之间。在一些实施例中，电极820承载微波信号，而电极830和840是地。然而，其他配置是可能的。在示出的实施例中，仅电极820具有沟道区822和延伸部824。延伸部824是“T”形的。因此，延伸部824包括连接部分824A和逆行部分824B。电极830和840没有延伸部。由于存在延伸部824，电流可以更容易地被驱动通过沟道区822。因此，光学器件800可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图9示出光学器件900。示出电极920、930和940。波导/脊910位于电极920和电极930之间。另一波导/脊（或波导/脊分支）950位于电极920和电极940之间。在一些实施例中，电极920承载微波信号，而电极930和940是地。然而，其他配置是可能的。在示出的实施例中，电极920具有沟道区922和延伸部924。类似地，电极930具有沟道区932和延伸部934。电极940具有沟道区942和延伸部944。延伸部924、934和944通常为“T”形的，但是具有不同的长度并且不是周期性的（例如，不规则地隔开并且具有变化的间距）。由于存在延伸部924、934和944，电流可以更容易地被驱动通过沟道区922、932和942。因此，光学器件900可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图10示出光学器件1000。示出电极1020、1030和1040。波导/脊1010位于电极1020和电极1030之间。另一波导/脊（或波导/脊分支）1050位于电极1020和电极1040之间。在一些实施例中，电极1020承载微波信号，而电极1030和1040是地。然而，其他配置是可能的。在示出的实施例中，电极1020具有沟道区1022和延伸部1024。电极1030具有沟道区1032和延伸部1034。电极1040具有沟道区1042和延伸部1044。延伸部1024、1034和1044具有各种形状并且不规则地隔开。此外，沟道1022具有切口。然而，沟道1022仍然具有可以承载电流的直中心区。由于存在延伸部1024、1034和1044，电流仍可以更容易地分别被驱动通过沟道区1022、1032和1042。因此，光学器件1000可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图11示出光学器件1100。示出电极1120、1130和1140。波导/脊1110位于电极1120与电极1130之间。另一波导/脊（或波导/脊分支）1150位于电极1120和电极1140之间。在一些实施例中，电极1120承载微波信号，而电极1130和1140是地。然而，其他配置是可能的。在示出的实施例中，电极1120具有沟道区1122和延伸部1124。电极1130具有沟道区1132和延伸部1134。电极1140具有沟道区1142和延伸部1144。延伸部1124、1134和1144具有各种形状并且不规则地隔开。由于存在延伸部1124、1134和1144，电流仍可以更容易地分别被驱动通过沟道区1122、1132和1142。因此，光学器件1100可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。因此，如光学器件600、700、800、900、1000和1100所指示的，延伸部的各种配置可以用于电极。
图12A-12D示出能够具有改进性能的、指示各种电极配置的光学器件1200A、1200B、1200C和1200D的实施例的部分。图12A-12D不是按比例的，并且仅示出光学器件1200A、1200B、1200C和1200D的部分。光学器件1200A、1200B、1200C和1200D类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的组件具有类似的标记（例如，波导1210类似于波导110'）。图12A示出光学器件1200A的平面图。图12B-12D示出光学器件1200B、1200C和1200D的部分的横截面图。图12A-12D表明，尽管一些光学器件的横截面图不同，但它们可以共享相同的平面图。相反，尽管截面图可能是类似的，但是一些光学器件可以具有不同的平面图。
参考图12A，示出电极1220A、1230A和1240A以及波导1210A和1250A。在一些实施例中，图12A中所示的波导1210A和1250A的部分对应于脊。电极1220A、1230A和1240A分别具有沟道区1222A、1232A和1242A。电极1220A、1230A和1240A还包括延伸部1224A、1234A和1244A。如上所述，电极1220A、1230A和1240A的延伸部1224A、1234A和1244A可以改进性能。在一些实施例中，沟道1222A、1232A和1242A分别与延伸部1224A、1234A和1244A处于同一水平。
图12B示出了共享光学器件1200A的平面图的光学器件1200B。因此，光学器件1200B包括电极1220B、1230B和1240B以及波导1210B和1250B。波导1210B和1250B分别包括脊1222B和1252B。波导1210B和1250B共享公共薄膜部分1214C。电极1220B、1230B和1240B分别具有沟道区1222B、1232B和1242B。电极1220B、1230B和1240B还包括延伸部1224B、1234B和1244B。如上所述，电极1220B、1230B和1240B的延伸部1224B、1234B和1244B可以改进性能。尽管与光学器件1200A共享相同的平面图，但是沟道区1222B、1232B和1242B已经被升高到比延伸部1224B、1234B和1244B更高的水平（离衬底更远）。光学器件1200B以与光学器件1200A类似的方式起作用，因此可以共享光学器件100的益处。
图12C示出了具有与光学器件1200B非常类似的横截面图的光学器件1200C。光学器件1200C包括电极1220C、1230C和1240C以及波导1210C和1250C。波导1210C和1250C分别包括脊1222C和1252C。波导1210B和1250B共享公共薄膜部分1214C。电极1220C、1230C和1240C分别具有沟道区1222C、1232C和1242C。电极1220C、1230C和1240C还包括延伸部1224C、1234C和1244C。如上所述，电极1220C、1230C和1240C的延伸部1224C、1234C和1244C可以改进性能。尽管共享类似的横截面图，但光学器件1200C具有与光学器件1200A和1200B不同的平面图。如可以由图12C中的虚线看到的，延伸部1224C、1234C和1244C的外边缘分别与沟道区1222C、1232C和142C的外边缘对准。因此，电极1220C、1230C和1240C将从上面看似矩形。换句话说，延伸部1224C、1234C和1244C将不是从平面图显而易见的。然而，延伸部1224C、1234C和1244C仍然比对应的沟道区1222C、1232C和1242C更靠近波导1210C/脊1212C和波导1250C/脊1252C。光学器件1200C以与光学器件1200A和1200B类似的方式起作用。因此，尽管具有不同的平面图，但光学器件1200C可以共享光学器件100、1200A和/或1200B的益处。
图12D示出光学器件1200D，其共享光学器件1200A的平面图。因此，光学器件1200D包括电极1220D、1230D和1240B以及波导1210D和1250D。波导1210D和1250D分别包括脊1222D和1252D。波导1210D和1250D每个分别包括薄膜部分1214D和1254D。电极1220D、1230D和1240D分别具有沟道区1222D、1232D和1242D。电极1220D、1230D和1240D还包括延伸部1224D、1234D和1244D。如上所述，电极1220D、1230D和1240D的延伸部1224D、1234D和1244D可以改进性能。尽管与光学器件1200A共享相同的平面图，但是波导1210D和1250D的薄膜部分1214D和1254D分别在尺寸上被减小。光学器件1200D以与光学器件1200A、1200B和1200C类似的方式起作用。因此，光学器件1200D可以共享光学器件100、1200A、1200B和/或1200C的益处。
图13A-13J示出了能够具有改进性能且指示各种电极配置的光学器件1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I和1300J的实施例的部分。图13A-13J不是按比例的，并且仅示出光学器件1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I和1300J的部分。图13A-13J表明了可以用于x切或y切波导结构的电极的各种配置。光学器件1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I和1300J类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的组件具有类似的标记（例如，波导脊1312A类似于波导脊112）。为了清楚起见，在图13A-13I中电极通常被示出为矩形。然而，这样的电极可以包括沟道区、延伸部和/或在本文中描述的其他特征。因此，图13A-13I中所示的电极主要示出电极的位置。
图13A示出了包括具有脊1312A和薄膜部分1314A的波导以及电极1320A和1330A的光学器件1300A。还示出衬底1301A和中间层1302A。期望电极的延伸部接近对应的波导。在一些实施例中，期望电极的延伸部的部分在脊的顶部与波导的薄膜部分的顶部之间。因此，电极1320A和1330A共享与波导的薄膜部分1314A的界面。更具体地说，电极1320A和1330A接触薄膜部分1314A的顶表面。
图13B示出了包括具有脊1312B和薄膜部分1314B的波导以及电极1320B和1330B的光学器件1300B。还示出衬底1301B和中间层1302B。期望电极的延伸部接近对应的波导。电极1320B和1330B从波导脊1312B的顶部上方延伸穿过波导的薄膜部分1314B到中间层1302B中。
图13C示出了包括具有脊1312C和薄膜部分1314C的波导以及电极1320C和1330C的光学器件1300C。还示出衬底1301C和中间层1302C。期望电极的延伸部接近对应的波导。电极1320C和1330C从波导脊1312C的顶部上方延伸穿过波导的薄膜部分1314C到衬底1301C中。
图13D示出了包括具有脊1312D和薄膜部分1314D的波导以及电极1320D和1330D的光学器件1300D。还示出衬底1301D和中间层1302D。期望电极的延伸部接近对应的波导。电极延伸部1320D和1330D从波导脊1312D的顶部与波导薄膜部分1314D的顶部之间延伸穿过薄膜部分1314D并到衬底1301D中。
图13E示出了包括具有脊1312E和薄膜部分1314E的波导以及电极1320E和1330E的光学器件1300E。还示出衬底1301E和中间层1302E。期望电极的延伸部接近对应的波导。电极1320E和1330E从波导脊1312E的顶部上方延伸到波导脊1312E的顶部与波导薄膜部分1314E的顶部之间。
图13F示出了包括具有结构1312F和薄膜部分1314F的波导以及电极1320F和1330F的光学器件1300F。还示出衬底1301F和中间层1302F。期望电极的延伸部接近对应的波导。电极1320F和1330F从结构1312F的顶部上方延伸到波导结构1312F的顶部与波导薄膜部分1314F的顶部之间。此外，结构1312F对应于波导脊。然而，在示出的实施例中，结构1312可以是另一组件，诸如加热器。
图13G示出了包括具有脊1312G和薄膜部分1314G的波导以及电极1320G和1330G的光学器件1300G。还示出衬底1301G和中间层1302G。期望电极的延伸部接近对应的波导。电极1320G和1330G从薄膜部分1314G上方延伸到波导薄膜部分1314G内。此外，波导脊1312G在波导薄膜部分1314G下方。
图13H示出了包括具有结构1312H和薄膜部分1314H的波导以及电极1320H和1330H的光学器件1300H。还示出衬底1301H和中间层1302H。期望电极的延伸部接近对应的波导。电极1320H和1330H从薄膜部分1314H的顶部上方延伸到波导薄膜部分1314H内。结构1312H可以是加热器或对应于波导脊的类似组件。此外，结构1312H位于波导薄膜部分1314H下方。
图13I示出了包括具有结构1312I和薄膜部分1314I的波导以及电极1320I和1330I的光学器件1300I。还示出衬底1301I和中间层1302I。期望电极的延伸部接近对应的波导。电极1320I和1330I从结构1312I的底部下方延伸到波导薄膜部分1314I的底表面。结构1312I可以是加热器或对应于波导脊的类似组件，并位于波导薄膜部分1314I下方。
图13J示出了包括具有脊1312J和薄膜部分1314J的波导以及电极1320J和1330IJ的光学器件1300J。还示出衬底1301I和中间层1302I。电极1320J包括沟道区1322J和延伸部1324J。电极1330J包括沟道区1332J和延伸部1334J。如在光学器件1330J中可以看到的，沟道区1322J和/或1332J不需要具有矩形横截面。
因此，尽管变化的电极和波导配置，但光学器件1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I和1300J类似于光学器件100。因此，光学器件1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I和1300J可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图14A到14K示出了能够具有改进性能且指示各种电极配置的光学器件1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J和1400K的实施例的部分。图14A-14K不是按比例的，并且仅示出光学器件1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J和1400K的部分。光学器件1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J和1400K类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的组件具有类似的标记（例如，波导脊1412A类似于波导脊112）。尽管存在，但沟道区和延伸部未在图14A-14D中单独地示出。图14A-14K表明了可以用于其中电光效应在薄膜平面之外的波导结构（例如z切波导）的电极的各种配置。为了清楚起见，在图14A-14D中电极通常被示出为矩形。然而，这样的电极可以包括沟道区、延伸部和/或在本文中描述的其他特征。因此，图14A-14D中示出的电极主要指示电极的位置。一些实施例的延伸部和其他特征在图14E-14K中更清楚地示出。
图14A示出了包括具有脊1412A和薄膜部分1414A的波导以及电极1420A和1430A的光学器件1400A。还示出衬底1401A和中间层1402A。期望电极接近对应的波导并在脊1412A的区中提供垂直场。因此，电极1420A在脊1412A上方，而电极1430A是在脊1412A下方且水平延伸的膜。
图14A示出了包括具有脊1412A和薄膜部分1414A的波导以及电极1420A和1430A的光学器件1400A。还示出衬底1401A和中间层1402A。期望电极接近对应的波导并在脊1412A的区中提供垂直场。因此，电极1420A在脊1412A上方，而电极1430A是在脊1412A下方且水平延伸的膜。
图14B示出了包括具有脊1412B和薄膜部分1414B的波导以及电极1420B、1430B和1440B的光学器件1400B。还示出衬底1401B和中间层1402B。期望电极接近对应的波导并在脊1412B的区中提供垂直场。因此，电极1420B在脊1412B上方，而电极1430B和1440B在脊1412C的侧面并在脊1412C下方延伸。电极1430B和1440B靠近薄膜部分1414B终止或在薄膜部分1414B中终止。因此，在脊1412B的区中的电场是基本上垂直的（在z方向上）。
图14C示出了包括具有脊1412C和薄膜部分1414C的波导以及电极1420C、1430C和1440C的光学器件1400C。还示出衬底1401C和中间层1402C。期望电极接近对应的波导并在脊1412C的区中提供垂直场。因此，电极1420C在脊1412C上方，而电极1430C和1440C在脊1412C的侧面并在脊1412C下方延伸。电极1430C和1440C延伸通过波导薄膜部分1414C。因此，在脊1412C的区中的电场是基本上垂直的（在z方向上）。
图14D示出了包括具有结构1412D和薄膜部分1414D的波导以及电极1420D和1430D的光学器件1400D。还示出衬底1401D和中间层1402D。期望电极接近对应的波导且在结构1412D的区中提供垂直场。因此，电极1420D在结构1412D上方，而电极1430D是在结构1412D下方且水平延伸的膜。结构1412D在波导薄膜部分1414D下方，并且可以是加热器或类似组件。
图14E示出了包括具有脊1412E和薄膜部分1414E的波导1410E以及电极1420E和1430E的光学器件1400E。还示出衬底1401E和中间层1400E。期望电极接近对应的波导且在结构1412E的区中提供垂直场。因此，电极1420E在结构1412D上方，而电极1430E和1440E在结构1412E的侧面。在示出的实施例中，电极1430E和1440E是地电极，而电极1420E承载信号。地电极1430E和1440E的位置是示例性的。只要在波导1412E中建立垂直电场，可以使用其他地位置。还示出分别用于电极1420E、1430E和1440E的沟道区1422E、1432E和1442E以及延伸部1424E、1434E和1444E。沟道区1422E、1432E和1442E以及延伸部1424E、1434E和1444E类似于上述沟道区和延伸部。因此，光学器件1400E可以共享利用延伸部的光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图14F示出了包括具有脊1412F和薄膜部分1414F的波导1410F以及电极1420F和1430F的差分光学器件1400F。还示出衬底1401F和中间层1400F。期望电极接近对应的波导且在结构1412F的区中提供垂直场。因此，电极1420F在结构1412F上方，而电极1430F和1440F在结构1412F的侧面。由于光学器件1400F是差分调制器，所以存在附加波导1460F（例如附加脊）和附加电极1450F。在示出的实施例中，电极1430F和1440F是地电极，而电极1420F和1450F承载信号。地电极1430F和1440F的位置是示例性的。只要在波导1412F和1460F中建立垂直电场，可以使用其他地位置。还示出分别用于电极1420F、1430F、1440F和1450F的沟道区1422F、1432F、1442F和1452F以及延伸部1424F、1434F、1444F和1454F。沟道区1422F、1432F、1442F和1452F以及延伸部1424F、1434F、1444F和1454F类似于上述沟道区和延伸部。因此，光学器件1400F可以共享利用延伸部的光学器件100、100'和/或150的益处。
图14G示出了包括具有脊1412G和薄膜部分1414G的波导1410G以及电极1420G和1430G的差分光学器件1400G。还示出衬底1401G和中间层1400G。期望电极接近对应的波导且在结构1412G的区中提供垂直场。因此，电极1420G在结构1412G上方，而电极1430G和1440G在结构1412G的侧面。由于光学器件1400G是差分调制器，所以存在附加波导1460G（例如附加脊）和附加电极1450G。在示出的实施例中，电极1430G和1440G是地电极，而电极1420G和1450G承载信号。地电极1430G和1440G的位置是示例性的。只要在波导1412G和1460G中建立垂直电场，可以使用其他地位置。还示出分别用于电极1420G、1430G、1440G和1450G的沟道区1422G、1432G、1442G和1452G以及延伸部1424G、1434G、1444G和1454G。沟道区1422G、1432G、1442G和1452G以及延伸部1424G、1434G、1444G和1454G类似于上述沟道区和延伸部。光学器件1400G类似于光学器件1400F。然而，延伸部1424G和1454G分别从沟道区1422G和1452G偏移。作为结果，沟道区1422G和1452G之间的相互作用可以被减小。因此，光学器件1400G可以共享利用延伸部的光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图14H示出了包括具有结构1412H和薄膜部分1414H的波导1410H以及电极1420H和1430H的光学器件1400H。还示出衬底1401H和中间层1400H。期望电极接近对应的波导且在结构1412H的区中提供垂直场。结构1412H可以是除了非线性光学材料以外的材料，诸如在本文中描述的无源材料或加热器。可选的缓冲层可以在包括非线性光学材料的薄膜区1414H与结构1412H之间。在一些实施例中，结构1412H可以简单地是包括非线性光学材料的嵌入式脊。电极1420H在结构1412H下方，而电极1430H和1440H在结构1412H的侧面。在示出的实施例中，电极1430H和1440H是地电极，而电极1420H承载信号。地电极1430H和1440H的位置是示例性的。只要在波导1412H中建立垂直电场，可以使用其他地位置。还示出分别用于电极1420H、1430H和1440H的沟道区1422H、1432H和1442H以及延伸部1424H、1434H和1444H。沟道区1422H、1432H和1442H以及延伸部1424H、1434H和1444H类似于上述沟道区和延伸部。因此，光学器件1400H可以共享利用延伸部的光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图14I示出了包括具有结构1412I和薄膜部分1414I的波导1410I以及电极1420I和1430I的差分光学器件1400I。还示出衬底1401I和中间层1400I。期望电极接近对应的波导并在结构1412I的区中提供垂直场。因此，电极1420I在结构I下方，而电极1430I及1440I在结构1412I的侧面。结构1412I可以是除了非线性光学材料以外的材料，诸如在本文中描述的无源材料或加热器。在一些实施例中，结构1412I可以简单地是包括非线性光学材料的嵌入式脊。由于光学器件1400I是差分调制器，所以存在附加波导/结构1460I（例如附加脊、无源材料或加热器）和附加电极1450I。在示出的实施例中，电极1430I和1440I是地电极，而电极1420I和1450I承载信号。地电极1430I和1440I的位置是示例性的。只要在波导1412I和1460I中建立垂直电场，可以使用其他地位置。可选的缓冲层可以在包括非线性光学材料的薄膜区1414I与结构1412I和1460I之间。还示出分别用于电极1420I、1430I、1440I和1450I的沟道区1422I、1432I、1442F和1452I以及延伸部1424I、1434I、1444I和1454I。沟道区1422I、1432I、1442I和1452I以及延伸部1424I、1434I、1444I和1454I类似于上述沟道区和延伸部。因此，光学器件1400I可以共享利用延伸部的光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图14J示出了包括具有脊1412J和薄膜部分1414J的波导1410J以及电极1420J和1430J的光学器件1400J。还示出衬底1401J和中间层1400J。期望电极接近对应的波导并在结构1412J的区中提供垂直场。因此，电极1420J在结构1412J上方，而电极1430J和1440J在结构1412J的侧面。在示出的实施例中，电极1430J和1440J是地电极，而电极1420J承载信号。地电极1430J和1440J的位置是示例性的。只要在波导1412J中建立垂直电场，可以使用其他地位置。还示出分别用于电极1430J和1440J的沟道区1432J和1442J以及延伸部1434J和1444J。因此，在该实施例中，信号电极1420J不包括延伸部。沟道区1432J和1442J以及延伸部1434J和1444J类似于上述沟道区和延伸部。因此，光学器件1400J可以共享利用延伸部的光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。此外，不是所有的电极都需要包括延伸部以便提供改进性能。
图14K示出了包括具有脊1412K和薄膜部分1414K的波导1410K以及电极1420K和1430K的差分光学器件1400F。还示出衬底1401K和中间层1400K。期望电极接近对应的波导且在结构1412K的区中提供垂直场。因此，电极1420K在结构1412K上方，而电极1430K和1440K在结构1412K的侧面。由于光学器件1400K是差分调制器，所以存在附加波导1460K（例如附加脊）和附加电极1450K。在示出的实施例中，电极1430FK和1440K是地电极，而电极1420K和1450K承载信号。地电极1430K和1440K的位置是示例性的。只要在波导1412K和1460K中建立垂直电场，可以使用其他地位置。还示出分别用于电极1430K和1440K的沟道区1432K和1442K以及延伸部1434K和1444K。沟道区1432K和1442K以及延伸部1434K和1444K类似于上述沟道区和延伸部。然而，信号电极1420K和1450K不包括延伸部。光学器件1400K可以共享利用延伸部的光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。此外，不是所有的电极都需要包括延伸部以便提供改进性能。
因此，尽管变化的电极和波导配置，但光学器件1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J和1400K类似于光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，光学器件1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400J和1400K可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''的益处。
图15A和15B分别示出光学器件1500A和1500B的实施例的部分。光学器件1500A和1500B类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。图15A和15B不是按比例的，并且仅示出光学器件1500A和1500B的部分。光学器件1500A和1500B类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''和/或100''''。因此，类似的组件具有类似的标记。光学器件1500A包括具有脊1512的波导1510以及电极1520和1530，其类似于具有脊112的波导110/110'和电极120、120'、120''、130、130'和130''。电极1520和1530分别包括沟道区1522和1532，其分别类似于电极120、120'和120''以及130、130'和130''的沟道区122、122'、122''和132、132'、132''。电极1520和1530分别包括延伸部1524和1534，其分别类似于电极120、120'、120''和130、130'、130''的延伸部124、124'、124''和134、134'、134''。延伸部1524和1534包括连接部分1524A和1534A以及逆行部分1524B和1534B，其类似于连接部分124A、124A'、124A''和134A、134A'、134A''以及逆行部分124B、124B'、124B''和134B、134B'、134B''。
波导1510还包括波导弯曲区段1515。虽然在图15A中示出多个波导弯曲区段，但是仅标记一个波导弯曲区段1515。每个波导弯曲区段1515可以具有不超过1mm的弯曲半径。在一些实施例中，每个波导弯曲区段1515具有不超过500μm的弯曲半径。在一些实施例中，每个波导弯曲区段1515具有不超过0.5dB的弯曲区段光损耗。波导（和电极）弯曲区段可以用于提供较长的区，其中，电极1520和1530接近波导1510，同时控制引入光学器件1500A的器件的尺寸。例如，波导1510和电极1520和1530可以占据不超过50平方毫米的面积。在一些实施例中，波导1510和电极1520和1530占据不超过20平方毫米的面积。在一些实施例中，波导1510和电极1520和1530位于长度不超过32毫米的集成电路上。在一些这样的实施例中，波导1510和电极1520和1530位于长度不超过22毫米的集成电路上。尽管波导1510的较高长度，这是成立的。因此，可以在较小的总体器件中实现较大的光信号调制。
电极1520可以包括电极弯曲区段1525（在图15A中仅标记其中一个）。类似地，电极1530包括电极弯曲段1535（在图15A中仅标记其中一个）。与波导1510的波导弯曲区段1515类似，电极弯曲区段1525和1535分别允许电极1520和1530在较小的覆盖区域中的较长长度。因此，光学器件1500A可以在封装中消耗较少空间，特别是消耗较少长度。
在一些实施例中，电极弯曲区段1525和1535以及波导弯曲区段1515也可以用于改进性能。更具体地讲，电极弯曲区段1525和1535以及波导弯曲区段1515可以被配置成提供在用于波导1510的光信号与用于电极（一个或多个）1520和/或1530的电极信号（一个或多个）之间的路径差。这种路径差可以用于补偿电极（一个或多个）1520和/或1530中的微波信号与波导1510中的光信号的传输速度之间的传输速度（一个或多个）差。通过波导1510的光信号的速度受波导1510的折射率影响。电极（一个或多个）1520和/或1530中的微波信号（一个或多个）的速度（一个或多个）受延伸部1524和/或1534的存在影响。延伸部1524和/或1534倾向于减慢微波信号通过电极（一个或多个）1520和/或1530的传播。周围的材料诸如衬底/下层（图15A-15B中未示出）也可能影响电极信号的速度。可以选择用于波导1510和电极1520和/或1530的材料、用于波导1510和电极1520和/或1530的制造技术、覆层和衬底/下层、以及延伸部1524和/或1534的配置，以减小波导1510中的光信号与电极1520和/或1530中的电极信号的速度差。
此外，可以添加可能相对远离脊1512（例如，比沟道1522和/或1532更远离脊152）的附加延伸部。这种延伸部（图15A-15B中未示出）可能改进波导1510中的光信号的速度与电极1520和/或1530中的电极信号的速度之间的匹配。然而，在光学和电极信号速度中可能仍然存在某种失配。弯曲区段1515、1525和1535可以补偿这些失配。例如，在一些实施例中，波导弯曲区段1515可以被配置成使得光信号在波导1510中穿过的路径比微波信号在电极（一个或多个）1520和/或1530中穿过的路径更长。该路径差就可以补偿在波导1510中比微波信号在电极（一个或多个）1520和/或1530中行进更快行进的光信号。在一些实施例中，波导弯曲区段1515可以被配置成使得光信号在波导1510中穿过的路径比微波信号在电极（一个或多个）1520和/或1530中穿过的路径更短。该路径差可以补偿在波导1510中比微波信号在电极（一个或多个）1520和/或1530中行进更慢地行进的光信号。这样的路径差可以除了或代替波导的曲折路径（下面讨论）来使用。因此，针对微波（电极）和光（波导）信号之间的给定速度失配，可以计算弯曲区段1515、1525和1535的长度以减轻由电极和光信号在直区段中以不同速度行进引入的差。通过配置直区段和弯曲区段，可以减轻速度失配并获得期望的性能。因此，波导弯曲区段1515和电极弯曲区段1525和1535可以用于顾及电极（微波）信号和光信号的速度失配。因此，除了在本文中关于光学器件（诸如，光学器件100、100'、100''、100'''和/或100''''）描述的益处之外，光学器件1500A可以具有改进速度匹配且因此具有改进性能。
光学器件1500B类似于光学器件1500A。因此，类似的结构具有类似的标记。因此，光学器件1500B包括具有脊1512'的波导1510'以及电极1520'和1530'，其类似于具有脊1512的波导1510以及电极1520和1530。电极1520'和1530'分别包括延伸部1524'和1534'，其类似于延伸部1524和1534。延伸部1524和1534包括连接部分1524A和1534A以及逆行部分1524B和1534B，其类似于连接部分1524A和1534A以及逆行部分1524B和1534B。波导110'的弯曲部分115'、125'和135'以及电极120'和130'分别类似于弯曲部分115、125和135。在一些实施例中，可以省略弯曲部分，使得波导1510'以及电极1520'和1530'是直的。
光学器件1500B具有在薄膜区平面外的电光效应（例如，是z切光学器件）。因此，期望将垂直电场施加到波导1510'。因此，还示出电极1540。尽管未示出，但电极1540可以具有延伸部。还示出电极弯曲区段1525'、1535'和1545以及波导弯曲区段1515'和1545。因此，除了在本文中关于光学器件（诸如，光学器件100、100'、100''、100'''、100''''和/或1500A）描述的益处之外，光学器件1500B可以具有改进速度匹配且因此具有改进性能。
图16示出了包括波导1610和电极1620和1630的光学器件1600的部分。电极1620和1630分别包括延伸部1624和1634。仅标记一个延伸部1624和一个延伸部1634。电极1620和1630的沟道区未被标记。波导1610包括弯曲区段1615，其中仅标记弯曲区段1615中的一个。类似地，电极1620和1630包括弯曲区段1625和1635，其中每个电极仅标记一个弯曲区段1625和1635。弯曲区段1615、1625和1635允许长波导1610和长电极1620和1630占据较小的面积。此外，如下所述，弯曲区段1615、1625和1635可以用于减轻在由电极（一个或多个）1620和/或1630承载的微波信号与由波导1610承载的光信号之间的速度失配以及因此相位失配。图中所示的1624和1634的位置可以不对应于物理位置。例如，在z切调制器器件中，1624或1634可以位于波导1610的顶部上，并且可以引入附加电极以提供必要的电场分布。
图17示出了包括波导1710以及电极1720和1730的光学器件1700的部分。光学器件1700类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。因此，光学器件1700包括具有脊1712和薄膜部分1714的波导1710、电极1720和电极1730，其分别类似于具有脊112和薄膜部分114的波导110'、电极120和电极130。电极1720和1730分别包括延伸部1724和1734，其类似于延伸部124、124'、124''和134、134'、134''。延伸部1724和1734可以蚀刻到波导1712的薄膜部分1714上、部分地蚀刻到其中、完全地蚀刻到其中或蚀刻穿过其中。光学器件1700可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和100'''的益处。
图18示出了包括波导1810以及电极1820和1830的光学器件1800的部分。光学器件1800类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。光学器件1800因此包括具有脊1812和薄膜部分1814的波导1810、电极1820和电极1830，其分别类似于具有脊112和薄膜部分114的波导110'、电极120和电极130。电极1820和1830分别包括类似于延伸部124、124'、124''和134、134'、134''的延伸部1824和1834。衬底1801类似于衬底101。还指示衬底1801中的空隙1802以及附加层1803。空隙1801至少部分地由层1803填充。在一些实施例中，层1803可以是电介质。在一些实施例中，层1803可以是金属或其他层。层1803可以用于工程化光学器件1800的机械完整性或微波特性。在一些实施例中，衬底1802可以被完全去除。在这样的实施例中，层1803（如果存在的话）可以延伸跨越光学器件1800。在一些实施例中，空隙1802可以具有不同的形状例如半圆柱形，可以形成多个空隙1802和/或省略层1803。此外，空隙（一个或多个）1802可以不延伸衬底的整个高度。在一些实施例中，空隙（一个或多个）1802例如通过从与波导1810相同的侧蚀刻衬底1801而从衬底1801的前侧形成。在一些实施例中，空隙（一个或多个）1802也可以延伸跨越多个波导和/或电极。光学器件1800可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和100'''的益处。
图19示出了包括波导1910以及电极1920和1930的光学器件1900的部分。光学器件1900类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。光学器件1900因此包括具有脊1912和薄膜部分1914的波导1910、电极1920和电极1930，其分别类似于具有脊112和薄膜部分114的波导110'、电极120和电极130。电极1920和1930分别包括延伸部1924和1934，其类似于延伸部124、124'、124''和134、134'、134''。衬底1901类似于衬底101。还指示衬底1901中的空隙1902以及附加层1903，其类似于衬底1801中的空隙1802和附加层1803。还提供第二层1904，其可以是金属支撑物或其他层。层1903和1904可以用于工程化光学器件1900的机械完整性或微波特性。光学器件1900可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和100'''的益处。
图20示出了包括波导2010和电极2020和2030的光学器件2000的部分。光学器件2000类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。因此，光学器件2000包括具有脊2012和薄膜部分2014的波导2010、电极2020和电极2030，其分别类似于具有脊112和薄膜部分114的波导110'、电极120和电极130。电极2020和2030分别包括延伸部2024和2034，其类似于延伸部124、124'、124''和134、134'、134''。衬底2005可以类似于衬底101和/或可以是诸如二氧化硅的下层。光学器件被转移到不同的衬底2006上，以便在诸如Si的另一材料平台上进行大规模处理。在这种情况下，原始光学器件被翻转并安装在第二衬底206上。此外，第二衬底2006可以经历附加处理。例如，可以形成并完全或部分地再填充类似于空隙1802的空隙。此外，在一些实施例中，可以去除下层/衬底2005。光学器件2000可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和100'''的益处。
图21示出了包括波导2110和电极（未示出）的光学器件2100的部分的后视图。光学器件2100类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。光学器件2100因此包括具有脊2112和薄膜部分（未示出）的波导2110以及电极（未示出），其分别类似于具有脊112和薄膜部分114的波导110'、电极120和电极130。衬底2001类似于衬底101。还指示衬底2001中的空隙2002。还示出结构特征2160、2162和2164。如图21中所示，这样的结构特征可以完全或部分地延伸跨越空隙2002，可以平行于其他结构特征中的一些或所有，可以以图案来布置，和/或可以垂直于光信号的传输方向或成另一角度。例如，结构特征2160、2162和2164可以延伸跨越空隙2002至少百分之十且不超过百分之九十。在一些这样的实施例中，结构特征2160、2162和2164可以延伸跨越空隙2002至少百分之三十且不超过百分之八十。支撑结构2160、2162和2164可以通过在形成空隙2102时部分地去除衬底2101来形成。因此，结构特征2160、2162和/或2164可以在形成空隙2106之后保留。在一些实施例中，结构特征2160、2162和2164可以由其他材料形成。光学器件2100可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和100'''的益处。
图22示出了光学器件2200的部分的平面图。光学器件2100类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。光学器件2200包括波导2210和2250以及电极2220、2230和2240，其分别类似于波导110'和150以及电极120、130和电极150。电极2220、2230和2240分别包括沟道部分2222、2232和2242以及延伸部2224、2234、2244，其类似于沟道部分122、132和142以及延伸部224、234和244。还示出分路器2216和组合器2218。因此，光学器件2200可以被认为被配置成干涉仪。因此，在本文中描述的光学器件可以被引入到各种器件中。诸如光学器件2200的这样的器件可以共享（一个或多个）光学器件100、100'、100''和100'''的益处。
图23示出光学器件2300的部分的平面图。光学器件2300类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。光学器件2300包括波导2310和2350（例如波导的臂）以及电极2320和2330，其分别类似于波导110'和150以及电极120和130。电极2320和2330分别包括沟道部分2322和2332以及延伸部2324和2334，其类似于沟道部分122、132和142以及延伸部224、234和244。如图23中可以看到的，延伸部2334和2324包括金属桥，其在波导2310和2350的顶部上延伸以定位延伸部2324和2334，使得波导2310和2350上的场更加对称。光学器件2300可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和100'''的益处。
图24示出光学器件2400的部分的平面图。光学器件2400类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。光学器件2400包括波导2410和2450以及电极2420和2430，其分别类似于波导110'和150以及电极120和130。电极2420和2430分别包括沟道部分2422和2432以及延伸部2424和2434，其类似于沟道部分122和132以及延伸部224和234。如图24中可以看到的，延伸部2434和2424包括在波导2410和2550的顶部上延伸的金属桥以及附加逆行特征以定位和配置延伸部2424和2434，使得波导2410和2450上的场更加对称。
更具体地说，为了在波导2410和2450上引起相反的移动，延伸部2424和2434分别通过在波导2450和2410的顶部上延伸的第一正金属桥而与相反极性连接。金属桥分别将延伸部2424和2434的逆行部分与沟道区2422和2432连接，同时在波导2410和2450中引起最小的光损耗。此外，在波导2410和2450的相对侧提供延伸部2424和2434的第二组逆行部分，使得光学器件2400的几何形状是对称的。光学器件2400具有比光学器件2300更小的调制器啁啾（两个波导2410和2450中的调制强度差），代价是增加的设计复杂性和可能减小的微波带宽。光学器件2400可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和100'''的益处。
图25示出光学器件2500的部分的平面图。光学器件2500类似于光学器件（一个或多个）100、100'、100''、100'''和/或100''''。因此，类似的结构具有类似的标记。光学器件2500包括波导2510和2550以及电极2520、2530和2254，其分别类似于波导110'和150以及电极120、130和140。电极2520、2530和2540分别包括沟道部分2522、2532和2542以及延伸部2524、2534和2544，其类似于沟道部分122、132和142以及延伸部224、234和244。此外，电极2520、2530和2540沿波导2510和2550被分成三个区段。分区段的电极2520、2530和2540也可以与分布式驱动器方案一起使用，其中，每个电极对（2520和2530或2530和2540）包括多个电极区段。每一组区段由连接在公共源和信号电极2530之间的单独驱动器放大器2570、2572和2574来驱动。物理或电子的110a-110c电延迟2580、2582和2584可以被引入在每个单独的驱动器2570、2572和2574之间，以减轻波导2510和2550中的光信号与电极2520、2530和2540中的电极信号之间的速度失配。光学器件2500可以共享光学器件（一个或多个）100、100'、100''和100'''的益处。
因此，已经在图1A-25的上下文中描述了光学器件的特征的各种组合。这些特征可以以多种方式进行组合。因此，包括如在本文中描述的那样制造的薄膜非线性光学材料的低损耗波导、具有延伸部和沟道区的电极、允许微波和光信号之间的速度匹配的波导和电极弯曲区段、低微波损耗特征、低电压电极信号、低光损耗、占用较小面积量的较长波导和/或在本文中描述的其他特征可以以未明确示出的方式（一个或多个）进行组合。因此，可以提供诸如光调制器的高性能光学器件。
例如，图26是示出使用光调制器2610形成的器件2600的示例性实施例的框图。在一些实施例中，器件2600是透射光学子组件（TOSA）。TOSA 2600包括光调制器2610和可选的驱动器2620。还示出光信号源2602，诸如一个或多个激光器。光调制器2610类似于图1A-25中描述的一个或多个光学器件。因此，具有以下中的一个或多个的光调制器2610可以以未明确示出的方式（一个或多个）进行组合：包括如在本文中描述的那样制造的薄膜非线性光学材料的低损耗波导、具有延伸部和沟道区的电极、允许微波和光信号之间的速度匹配的波导和电极弯曲区段、低微波损耗特征、低电压电极信号、低光损耗、占用较小面积量的较长波导和/或在本文中描述的其他特征。因此，高性能光调制器2610可以用于器件2600中。
还示出用于驱动光调制器2610的电极的可选驱动器2620。因此，驱动器2620可以为射频驱动器。因为可以使用较低电压来驱动光调制器2610的电极，所以可以省略驱动器2620。因此，在一些实施例中，光调制器2610可以由TOSA 2600的输入数据信号来驱动。在其他实施例中，可以利用驱动器2620。然而，可以采用较低电压。类似地，因为光调制器2610利用低损耗波导，所以例如来自一个或多个激光器的输入光信号可以具有较低功率。因此，使用光调制器诸如在本文中描述的那些光调制器，可以提供具有改进性能的器件。
图27是示出用于形成具有改进性能的光调制器的方法2700的实施例的流程图。方法2700在可以具有子过程的过程的上下文中进行描述。尽管以特定顺序被描述，但是可以利用与本文中的描述不一致的另一顺序。
在2702处提供光波导。在一些实施例中，诸如LN和/或LT的非线性光学材料的薄膜被提供并且被图案化以形成低损耗波导。在一些实施例中，可以使用紫外线（UV）和/或深紫外线（DUV）光刻来图案化用于非线性光学材料的掩模。例如，在非线性光学薄膜上提供硬掩模层。在硬掩模层上提供UV或DUV掩模层，并使用UV或DUV光刻对UV或DUV掩模层进行图案化。通过将掩模的图案转移到硬掩模层而由硬掩模层形成硬掩模。例如，可以选择性地蚀刻硬掩模层的被掩模中的孔露出的部分。硬掩模可以在其中硬掩模层被蚀刻的区中具有凹陷或孔。例如使用物理蚀刻（一个或多个），可以将硬掩模的图案转移到非线性光学材料薄膜层。在一些情况下，在至少10毫米乘10毫米的缝合区中执行制造。在一些实施例中，缝合区可以是至少15毫米乘15毫米。在一些实施例中，每个缝合区为至少20毫米乘20毫米。在一些实施例中，还提供弯曲区段。因此，可以提供可以具有弯曲区段的低损耗、高电光效应波导。
在2704处提供具有期望配置的电极。例如，在2704处可以蒸发或电镀电极。在一些实施例中，2704包括提供具有沟道区和延伸部的电极（一个或多个）。延伸部可以如在本文中描述的那样进行配置。在一些实施例中，电极（一个或多个）还被配置成具有弯曲区段。然后可以完成光调制器的制造。
例如，可以使用方法2700来提供光调制器100'。波导110'可以在2702处制造。提供并蚀刻非线性光学材料的薄膜以形成脊112。此外，在2202处还经由蚀刻提供诸如弯曲区段1515的弯曲区段。在2704处形成电极120和130。因此，形成沟道区122和132以及延伸部124和134。在2704处还制造电极弯曲区段诸如区段1525。
例如，使用方法2700，可以制造使用具有延伸部的电极且类似于图1A到25中的那些的光调制器。这种调制器的示例是在具有300nm蚀刻深度的石英晶片上的600nm厚x切薄膜LN上制造的。在一些实施例中，对于使用5微米电极间隙（例如，延伸部124和134之间的距离）的10和20毫米长的调制器来说，在1GHz处测量的RF Vπ是2.3V和1.3V，分别转化为2.3和2.6 V*cm的RF电压-长度乘积（Vπ*L）。这种调制器的一些实施例的消光被测量为大于25dB，并且片上损耗被估计为小于1dB。在一些实施例中，与具有电极的相同厚度（例如800nm）和所用材料（例如Au）的常规电极设计（例如没有延伸）中的7dB/cm相比，使用包括延伸部的电极而提供的光学器件在50GHz处具有仅2dB/cm的RF损耗（微波损耗）。作为金属中的趋肤效应的结果，电极中的欧姆损耗α0为∞L-1f-1/2，其中，L为电极的长度并且f为微波频率。与具有延伸部的制造电极的α0,ext=0.26dBcm-1GHz-1/2相比，薄膜LN上的常规电极具有α0,reg=0.69dBcm-1GHz-1/2。在一些实施例中，与在1GHz处的参考Vπ相比，超低RF损耗实现10mm（20mm）调制器在50GHz处测量的仅0.8（1.7）dB衰减的EO响应。换句话说，对于利用分区段的电极的10mm（20mm）光调制器的实施例来说，在50GHz处的RF Vπ是2.5V（1.6V）。来自电极的电反射针对所有频率都保持在-15dB以下。在一些实施例中，使用较低折射率衬底诸如熔融石英或空气允许延伸部的进一步分离，同时保持与光信号的速度匹配。
因此，使用方法2700，提供了具有包括弯曲的低损耗薄膜非线性光学材料波导的光调制器。此外，还制造包括沟道区、延伸部和弯曲区段的电极。因此，可以提供光调制器，该光调制器具有低光信号损耗、低电极损耗，消耗可控量的面积和/或在低电压下提供期望的光调制。因此，可以改进光调制器的性能。
尽管为了清楚理解的目的已经相当详细地描述了前述实施例，但是本发明不限于所提供的细节。存在许多实现本发明的替选方式。所公开的实施例是示例性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种光学器件，包括：
波导，所述波导包括具有电光效应的至少一种光学材料；以及
电极，所述电极包括沟道区和从所述沟道区突出的多个延伸部，所述多个延伸部比所述沟道区更靠近所述波导的部分。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述多个延伸部具有小于所述电极中的微波波长除以π的间距。
3.根据权利要求2所述的光学器件，其中，所述波导被配置成承载光信号，其中，所述电极被配置成承载电信号，并且其中，所述至少一种光学材料具有至少1.5乘以光信号和电极信号的光学介电常数的微波介电常数。
4.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述波导承载光信号，所述电极承载电信号，并且其中，所述多个延伸部被配置成减小所述光信号与所述电极信号之间的速度失配。
5.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述多个延伸部具有距所述波导的至少一个距离，使得总光损耗小于8dB。
6.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述波导和所述电极位于衬底上，并且其中，所述多个延伸部具有位置，所述位置选自第一位置和第二位置，所述第一位置位于所述衬底与所述沟道区之间，并且所述第二位置是使得所述沟道区位于所述衬底与所述多个电极之间。
7.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述波导和所述电极位于衬底结构上，所述衬底结构选自：具有小于11的低衬底微波介电常数的第一衬底，所述第一衬底与在所述衬底和所述波导之间的下层结合，具有大于11的高微波介电常数的第二衬底与所述下层结合，所述下层具有小于11的低下层微波介电常数。
8.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述波导和所述电极位于在其中具有空隙的衬底上，所述空隙与所述波导的所述部分和所述多个延伸部对准。
9.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述多个延伸部具有小于所述电极中的微波波长除以π的长度。
10.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述波导包括脊部分、薄膜部分。
11.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述多个延伸部中的每一个包括逆行部分和耦合到所述沟道区的连接部分，所述连接部分在所述逆行部分和所述沟道区之间。
12.根据权利要求1所述的光学器件，其中，对于从直流到不超过500GHz的频率范围内的频率窗口，所述电极具有频率相关电极损耗，所述频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.8dB，所述电极信号频率是以GHz测量的，所述频率窗口为至少10GHz。
13.根据权利要求1所述的光学器件，其中，对于从直流到不超过500GHz的电极信号频率中的频率窗口，所述电极具有吸收电极损耗，所述吸收电极损耗小于每厘米每GHz0.005dB，所述频率窗口为至少10GHz。
14.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述电极包括电极弯曲区段，其中，所述波导包括波导弯曲区段，并且其中，所述电极弯曲区段和所述波导弯曲区段被配置成提供在用于所述波导的光信号与用于所述电极的电极信号之间的路径差。
15.根据权利要求1所述的光学器件，进一步包括：
附加电极，所述附加电极包括附加沟道区和附加多个延伸部，所述附加多个延伸部比所述附加沟道区位于更靠近所述波导的所述部分。
16.一种子组件，包括：
光调制器，所述光调制器包括波导和电极，所述波导包括具有电光效应的至少一种光学材料，所述电极包括沟道区和多个延伸部，所述多个延伸部位于所述沟道区和所述波导之间，所述多个延伸部比所述沟道区更靠近所述波导的部分；以及
驱动器，所述驱动器耦合到所述光调制器并被配置成电驱动所述电极。
17.一种方法，包括：
提供包括具有电光效应的至少一种光学材料的波导；以及
提供电极，包括：
提供沟道区；以及
提供从所述沟道区突出的多个延伸部，所述多个延伸部比所述沟道区更靠近所述波导的部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述提供所述多个延伸部进一步包括：
以小于所述电极中的微波波长除以π的间距制造所述多个延伸部。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述波导承载光信号，所述电极承载电极信号，并且其中，所述提供所述多个延伸部进一步包括：
配置所述多个延伸部以减小所述光信号与所述电极信号之间的速度失配。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，对于从直流到不超过500GHz的频率范围内的频率窗口，所述电极具有频率相关电极损耗，所述频率相关电极损耗小于每厘米每电极信号频率的平方根0.8dB，所述电极信号频率是以GHz测量的，所述频率窗口为至少10GHz。
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