CN213302710U

CN213302710U - 一种共面波导线电极结构及调制器

Info

Publication number: CN213302710U
Application number: CN202020803683.5U
Authority: CN
Inventors: 梁寒潇; 宋一品; 周颖聪; 巫海苍; 毛文浩; 宋时伟
Original assignee: Suzhou Jikeguang Nuclear Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Jikeguang Nuclear Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2030-05-14

Abstract

本申请公开了一种共面波导线电极结构及调制器，包括金属电极和光波导，所述金属电极包括地电极和信号电极，所述信号电极的两侧设有连接臂，所述地电极的内侧设有连接臂，所述信号电极的连接臂末端设有信号线延伸电极，所述地电极的连接臂末端设有接地线延伸电极，所述信号线延伸电极与所述接地线延伸电极之间设有间距D₁，所述光波导穿过所述间距D₁。通过将金属电极进行延伸，实际缩短了电极与电极之间的距离，从而在较少的影响特征阻抗的情况，减小了电极间隔，增大了电极间的电场强度。这种设计能够大大增强电光转换效率，降低调制器的驱动电压。

Description

一种共面波导线电极结构及调制器

技术领域

本申请涉及电子通信领域，特别涉及一种共面波导线电极结构及调制器。

背景技术

近年来物联网、无人驾驶、远程医疗、远程教育等新兴网络应用业务的飞速发展，对于高速大容量通信技术提出了更高的要求。光通信因为带宽大、可靠性高、成本低、抗干扰能力强等特点，在高速、大容量通信方向取得了飞速的发展。如何将高速电信号加载到光载波上是一项核心研究内容。电光调制器作为将电信号转换成光信号的器件，是光互连、光计算、光通信***中的核心器件之一，调制器性能对于光信号的传输距离与传输速度起着重要作用。随着人们对于高速、大容量通信技术日益的迫切需求，对于电光调制器的调制速率也提出了更高的要求。

电光调制器是利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体(Li NbO₃)、砷化稼晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(Li TaO₃)的电光效应制成的调制器。电光效应即当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。

MZ干涉仪式调制器的输入光波经过一段光路后在一分二的分光原件处被分成相等的两束，分别通过两光波导传输，光波导是由电光材料制成的，其折射率随外加电压的大小而变化，从而使两束光信号到达合光原件处产生相位差。若两束光的光程差是波长的整数倍，两束光相干加强；若两束光的光程差是波长的1/2，两束光相干抵消，调制器输出很小.因此通过控制电压就能对光信号进行调制。

然而，在高速电光调制器共面波导线电极结构设计时，为了防止电信号的微波反射，需要电极材料的阻抗与输入端阻抗保持一致，而同时不仅需要保证电信号传输速度与光信号在波导中传输的群速度相同或接近，又需要尽量降低电信号的传输损耗，这就对电极设计提出了很高的要求。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种共面波导线电极结构及调制器，确保电信号传输速度与光信号在波导中传输的群速度相同或接近的情况下，尽量降低了电信号的传输损耗。

为了实现上述目的，一方面，本申请提供了一种共面波导线电极结构，包括金属电极和光波导，所述金属电极包括地电极和信号电极，所述信号电极的两侧设有连接臂，所述地电极的内侧设有连接臂，所述信号电极的连接臂末端设有信号线延伸电极，所述地电极的连接臂末端设有接地线延伸电极，所述信号线延伸电极与所述接地线延伸电极之间设有间距D₁，所述光波导穿过所述间距D₁。

优选地，包括金属电极和光波导，所述金属电极包括地电极和信号电极，所述信号电极的两侧设有数个连接臂，所述连接臂末端设有信号线延伸电极，所述信号线延伸电极与所述接地电极之间设有间距D₂，所述光波导穿过所述间距D₂。

优选地，包括金属电极和光波导，所述金属电极包括地电极和信号电极，所述地电极的内侧设有数个连接臂，所述连接臂末端设有地线延伸电极，所述地线延伸电极与所述信号电极之间设有间距D₃，所述光波导穿过所述间距D₃。

优选地，所述连接臂与信号线延伸电极或接地线延伸电极左侧边缘的垂直距离为t₁，所述连接臂与信号线延伸电极或接地线延伸电极右侧边缘的垂直距离为t₂，相邻两连接臂之间的垂直距离为T，满足以下条件：t₁≥0，t2≥0，T＞0，0＜t₁+t₂≤T，所述t₁、t₂的数值范围为1-100μm。

优选地，所述连接臂的宽度为δ₁，所述延伸电极的宽度为δ₂，满足以下条件：δ₁＜t₁+t₂，0＜δ₁＜30μm，0＜δ₂＜30μm。

优选地，所述地电极和信号电极之间的间距为D，D的范围为：3μm≤D≤200μm，所述地电极的宽度为5-2000μm，所述信号电极的宽度为5-1000μm。

优选地，所述间距D₁为1μm＜D₁＜D，间距D₂为1μm＜D₂＜D，间距D3为1μm＜D₃＜D。

优选的，所述光波导由输入波导、波导分光元件、双臂波导、波导合光元件和输出波导组成，所述金属电极由一个信号电极和两个地电极组成，置于双臂波导的左侧、中间和右侧。

另一方面，本申请提供了一种共面波导线电极结构的调制器，包括基底以及形成于其表面的铌酸锂层，所述铌酸锂层上设有上述共面波导线电极结构。

优选地，所述铌酸锂层为经过刻蚀加工的X切，Y切，或者Z切的薄膜铌酸锂，所述铌酸锂层下方的基底由硅或二氧化硅或硅和二氧化硅多层材料或者二氧化硅、金属与硅的多层材料制成。

本申请的有益效果是：采用共面波导线电极结构，在确保电极材料的阻抗与输入端一致，并且确保电信号传输速度与光信号在波导中传输的群速度相同或接近的情况下，尽量降低了电信号的传输损耗。在原有的MZ干涉仪式调制器基础上，将金属电极进行延伸，实际缩短了电极与电极之间的距离，从而在较少的影响特征阻抗的情况，减小了电极间隔，增大了电极间的电场强度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是一种共面波导线电极结构示意图一。

图2是根据本申请实施例提供的一种MZ电光调制器的切面立体图。

图3是一种共面波导线电极结构示意图二。

图4是一种共面波导线电极结构示意图三。

图5是一种共面波导线电极结构示意图四。

图6是一种共面波导线电极结构示意图五。

1-地电极，2-信号电极，3-光波导，4-铌酸锂层，5-基底，6-接地线延伸电极，7-连接臂,8-信号线延伸电极。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1：

如图1所示，本实用新型提供一种共面波导线电极结构，包括金属电极和光波导3，所述金属电极包括地电极1和信号电极2，所述信号电极2的两侧设有数个连接臂7，所述连接臂7的末端设有信号线延伸电极8，所述地电极靠近信号电极2的一侧对应的位置也设有连接臂，所述连接臂7的末端设有接地线延伸电极6，所述信号线延伸电极8与所述接地线延伸电极6之间设有间距D₁，所述光波导穿过所述间距D₁。

在本实施例中，所述连接臂7与信号线延伸电极8或接地线延伸电极6左侧边缘的垂直距离为t₁，所述连接臂7与信号线延伸电极8或接地线延伸电极右侧6边缘的垂直距离为t₂，相邻两连接臂7之间的垂直距离为T，满足以下条件：t₁≥0，t₂≥0，T＞0，0＜t₁+t₂≤T。

在本实施例中，所述t₁、t₂的数值范围为1-100μm。

在本实施例中，所述连接臂7的宽度为δ₁，所述信号线延伸电极8或接地线延伸电极右侧6的宽度为δ₂，满足以下条件：δ₁＜t₁+t₂，0＜δ₁＜10μm，0＜δ₂＜10μm。

在本实施例中，所述地电极1和信号电极2之间的间距为D，D的范围为：3μm≤D≤200μm。

在本实施例中，所述间距D₁为1μm＜D₁＜D，间距D₂为1μm＜D₂＜D，间距D₃为1μm＜D₃＜D

在本实施例中，所述地电极1的宽度为5-2000μm，所述信号电极2的宽度W为5-1000μm。

在本实施例中，所述连接臂7与所述信号线延伸电极8或接地线延伸电极右侧6构成“T”字型或“L”型。

在本实施例中，所述光波导3由输入波导、波导分光元件、双臂波导、波导合光元件和输出波导组成，所述金属电极由一个信号电极和两个地电极组成，置于双臂波导的左侧、中间和右侧。

如图2所示，本申请提供了一种共面波导线电极结构的调制器，包括基底5以及形成于其表面的铌酸锂层4，所述铌酸锂层4上设有上述共面波导线电极结构。

在本实施例中，所述铌酸锂层4为经过刻蚀加工的X切，Y切，或者Z切的薄膜铌酸锂。所述铌酸锂层下方的基底由硅或二氧化硅或硅和二氧化硅多层材料或者二氧化硅、金属与硅的多层材料制成。

实施例2：

如图5所示，与实施例1的区别在于，包括金属电极和光波导3，所述金属电极包括地电极1和信号电极2，所述信号电极2的两侧设有数个连接臂7，地电极1的两侧没有设置连接臂7，所述连接臂7的末端设有信号线延伸电极8，所述光波导穿过地电极1与信号线延伸电极8之间的间距D₂。

实施例3：

如图6所示，与实施例1的区别在于，包括金属电极和光波导，所述金属电极包括地电极1和信号电极2，所述地电极1的内侧设有连接臂7，所述连接臂7的末端设有接地线延伸电极6，所述信号电极2的两侧无连接臂7，所述光波导穿过地电极1与接地线延伸电极6，所述光波导穿过地电极1与信号线延伸电极8之间的间距D₃。

本申请的共面波导线电极结构，在确保电极材料的阻抗与输入端一致，并且确保电信号传输速度与光信号在波导中传输的群速度相同或接近的情况下，尽量降低了电信号的传输损耗。

通常来说，共面波导线的阻抗特性近似正比于地电极和信号电极之间的间隔与信号电极的宽度的比值，而对于铌酸锂调制器，为了保证有效电场的最大化同时不影响光的传输，接地线和信号线之间的间隔，即对于光波导的有效电极间隔，地电极和信号电极之间通常只有几个微米，为了满足阻抗特性，信号电极宽度W通常只有十微米左右。与此同时，共面波导线的损耗通常由信号电极的宽度W，共面波导线的厚度和金属导电性决定。对于同一材料金属导电性是一定的，而对于铌酸锂调制器,信号电极的宽度W在传统结构下通常也被限制了，为了减少电损耗，通常必须使用非常厚。

而本申请使信号电极尽可能的宽，同时满足阻抗匹配，GSG为共面波导线(CPW或者CPWG)，G是地电极，S是信号电极。在地电极的一侧，生长了与地电极相同的延伸金属电极，在S信号电极的两侧，生长了与S接地线相同的延伸电极。其中，延伸金属电极间距d小于电极之间的距离D。

连接臂与延伸电极左侧边缘的垂直距离为t₁，所述连接臂与延伸电极右侧边缘的垂直距离为t₂，相邻两连接臂之间的垂直距离为T，满足以下条件：t₁≥0，t₂≥0，T＞0，0＜t₁+t₂≤T。

即延伸电极从图中看来，会存在每一个延伸电极连接臂连接的只有左侧延伸电极或右侧延伸电极，没有另一侧延伸电极，也会存在有每一个延伸金属电极连接臂连接的延伸电极之间没有间距，相互连接。

当t₁＝0时，形成的共面波导线电极结构如图3所示，当t₁+t₂＝T时，形成的共面波导线电极结构如图4所示。

对于这种结构，在合适的延伸电极连接臂宽度δ₁和延伸电极宽度δ₂的情况下，对于光波导的电极间隔和接地线和信号线之间的间隔D不再相同。在这种情况下，可以在不影响光波导电极间隔的情况下，改变接地线和信号线之间的间隔与信号线的宽度，从而减小传输线的损耗。本申请的共面波导线满足阻抗与输入端阻抗相同或相近(一般为50Ω)，电信号在共面波导线中的传播速度与光在光波导中的速度相同或相近。

采用本申请的调制器，将金属电极进行延伸，实际缩短了电极与电极之间的距离，从而减小了电学信号在共面波导线中传输的电阻损耗。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种共面波导线电极结构，其特征在于，包括金属电极和光波导，所述金属电极包括地电极和信号电极，所述信号电极的两侧设有连接臂，所述地电极的内侧设有连接臂，所述信号电极的连接臂末端设有信号线延伸电极，所述地电极的连接臂末端设有接地线延伸电极，所述信号线延伸电极与所述接地线延伸电极之间设有间距D₁，所述光波导穿过所述间距D₁。

2.如权利要求1所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述连接臂与信号线延伸电极或接地线延伸电极左侧边缘的垂直距离为t₁，所述连接臂与信号线延伸电极或接地线延伸电极右侧边缘的垂直距离为t₂，相邻两连接臂之间的垂直距离为T，满足以下条件：t₁≥0，t₂≥0，T＞0，0＜t₁+t₂≤T，所述t₁、t₂的数值范围为1-100μm。

3.如权利要求1所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述连接臂的宽度为δ₁，所述信号线延伸电极、接地线延伸电极的宽度为δ₂，满足以下条件：δ₁＜t₁+t₂，0＜δ₁＜30μm，0＜δ₂＜30μm。

4.如权利要求1所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述地电极和信号电极之间的间距为D，D的范围为：3μm≤D≤200μm，所述地电极的宽度为5-2000μm，所述信号电极的宽度为5-1000μm。

5.如权利要求4所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述间距D₁为1μm＜D₁＜D，间距D₂为1μm＜D₂＜D，间距D₃为1μm＜D₃＜D。

6.如权利要求1所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述光波导由输入波导、波导分光元件、双臂波导、波导合光元件和输出波导组成，所述金属电极由一个信号电极和两个地电极组成，置于双臂波导的左侧、中间和右侧。

7.一种共面波导线电极结构，其特征在于，包括金属电极和光波导，所述金属电极包括地电极和信号电极，所述信号电极的两侧设有数个连接臂，所述连接臂末端设有信号线延伸电极，所述信号线延伸电极与所述地电极之间设有间距D₂，所述光波导穿过所述间距D₂。

8.如权利要求7所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述连接臂的宽度为δ₁，所述信号线延伸电极、接地线延伸电极的宽度为δ₂，满足以下条件：δ₁＜t₁+t₂，0＜δ₁＜30μm，0＜δ₂＜30μm。

9.如权利要求7所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述地电极和信号电极之间的间距为D，D的范围为：3μm≤D≤200μm，所述地电极的宽度为5-2000μm，所述信号电极的宽度为5-1000μm。

10.如权利要求7所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述间距D₁为1μm＜D₁＜D，间距D₂为1μm＜D₂＜D，间距D₃为1 μm＜D₃＜D。

11.如权利要求7所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述光波导由输入波导、波导分光元件、双臂波导、波导合光元件和输出波导组成，所述金属电极由一个信号电极和两个地电极组成，置于双臂波导的左侧、中间和右侧。

12.一种共面波导线电极结构，其特征在于，包括金属电极和光波导，所述金属电极包括地电极和信号电极，所述地电极的内侧设有数个连接臂，所述连接臂末端设有地线延伸电极，所述地线延伸电极与所述信号电极之间设有间距D₃，所述光波导穿过所述间距D₃。

13.如权利要求12所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述连接臂与信号线延伸电极或接地线延伸电极左侧边缘的垂直距离为t₁，所述连接臂与信号线延伸电极或接地线延伸电极右侧边缘的垂直距离为t₂，相邻两连接臂之间的垂直距离为T，满足以下条件：t₁≥0，t₂≥0，T＞0，0＜t₁+t₂≤T，所述t₁、t₂的数值范围为1-100μm。

14.如权利要求12所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述连接臂的宽度为δ₁，所述信号线延伸电极、接地线延伸电极的宽度为δ₂，满足以下条件：δ₁＜t₁+t₂，0＜δ₁＜30μm，0＜δ₂＜30μm。

15.如权利要求12所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述地电极和信号电极之间的间距为D，D的范围为：3μm≤D ≤200μm，所述地电极的宽度为5-2000μm，所述信号电极的宽度为5-1000μm。

16.如权利要求12所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述间距D₁为1μm＜D₁＜D，间距D₂为1μm＜D₂＜D，间距D₃为1μm＜D₃＜D。

17.如权利要求12所述的一种共面波导线电极结构，其特征在于，所述光波导由输入波导、波导分光元件、双臂波导、波导合光元件和输出波导组成，所述金属电极由一个信号电极和两个地电极组成，置于双臂波导的左侧、中间和右侧。

18.一种共面波导线调制器，其特征在于，包括基底以及形成于其表面的铌酸锂层，所述铌酸锂层上设有如权利要求1-17任意一权利要求所述的共面波导线电极结构。