本實用新型涉及光纖通信與光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低直流漂移的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器。

背景技術(shù)：

目前，鈮酸鋰寬帶電光調(diào)制器在光纖通信、光載微波或毫米波通信等工程領(lǐng)域中，以其低插入損耗、高調(diào)制帶寬、零啁啾等特點，已成為應(yīng)用最為廣泛的一種外調(diào)制器。由于鈮酸鋰晶體具有較高的介電常數(shù)，處于微波頻段的電磁波在鈮酸鋰晶體中傳輸時的折射率與光波的折射率有著較大的差值，導(dǎo)致微波與光波的相速度匹配程度較差，難以實現(xiàn)高調(diào)制帶寬。為了降低微波折射率，達(dá)到較好的相速度匹配程度，常選擇具有低介電常數(shù)的材料作為緩沖層置于鈮酸鋰晶體表面與調(diào)制電極之間。常見的緩沖層材料是二氧化硅。

二氧化硅緩沖層的引入一方面導(dǎo)致了半波電壓增大的問題，另一方面，也更為嚴(yán)重的是，導(dǎo)致了鈮酸鋰電光調(diào)制器直流漂移現(xiàn)象的存在。直流漂移現(xiàn)象會引起鈮酸鋰電光調(diào)制器輸出狀態(tài)的漂移，對器件的長期可靠性有著嚴(yán)重的影響，而當(dāng)前的光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般要求光學(xué)外調(diào)制器在常規(guī)工作條件下的使用壽命在20年左右。因此，為保證鈮酸鋰電光調(diào)制器的長期工作性能，需盡可能地把器件直流漂移現(xiàn)象抑制至最低水平。

現(xiàn)有鈮酸鋰電光調(diào)制器由于需要采用二氧化硅緩沖層以實現(xiàn)高調(diào)制帶寬，因此通過去除二氧化硅緩沖層以實現(xiàn)直流漂移現(xiàn)象的完全消除顯然是不可能的。因此，如附圖1所示，常采用對二氧化硅緩沖層進(jìn)行部分地刻蝕或腐蝕，在保持器件高工作帶寬的同時，減少二氧化硅緩沖層面積，降低直流漂移現(xiàn)象對鈮酸鋰電光調(diào)制器工作性能的影響。

現(xiàn)有鈮酸鋰電光調(diào)制器常使用干法刻蝕或濕法腐蝕方式對二氧化硅緩沖層進(jìn)行刻蝕，增加了器件制備的成本，降低了產(chǎn)品制作的一致性和合格率。更為重要的是，部分地刻蝕二氧化硅緩沖層仍未實現(xiàn)緩沖層的完全去除，因而直流漂移現(xiàn)象并未得到完全消除，鈮酸鋰電光調(diào)制器工作性能仍然受到了直流漂移現(xiàn)象的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種低直流漂移的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器，以實現(xiàn)在保持鈮酸鋰強度調(diào)制器高調(diào)制帶寬(或高調(diào)制速率)的同時，通過去除二氧化硅緩沖層實現(xiàn)了直流漂移現(xiàn)象的大幅抑制，能夠顯著提升鈮酸鋰強度調(diào)制器的長期工作性能和可靠性。

為實現(xiàn)本實用新型的目的，本實用新型提供了一種低直流漂移的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器，包括：基底晶片5、鈮酸鋰薄膜6、光學(xué)波導(dǎo)2、調(diào)制電極4、信號電極4-1、地電極4-2、直流偏壓電極7。

所述基底晶片5的厚度為0.1mm至2mm，采用具有低介電常數(shù)的材料，如石英晶片或硅基二氧化硅晶片。

所述鈮酸鋰薄膜6為單晶結(jié)構(gòu)、X切Y傳晶向的光學(xué)級鈮酸鋰單晶薄膜，厚度為1μm至20μm。

所述光學(xué)波導(dǎo)2為鈦擴散波導(dǎo)或退火質(zhì)子交換波導(dǎo)，波導(dǎo)擴散寬度為1μm至10μm，擴散深度為1μm至10μm。

所述調(diào)制電極4為推挽型行波式電極結(jié)構(gòu)，由一根信號電極4-1與兩根地電極4-2組成，其中信號電極4-1置于光學(xué)波導(dǎo)2的中間，地電極4-2分置于光學(xué)波導(dǎo)2的左側(cè)和右側(cè)。調(diào)制電極4的厚度為1μm至30μm。信號電極4-1的寬度為10μm至100μm。左側(cè)地電極4-2的右邊緣與信號電極4-1的左邊緣之間的間距為10μm至30μm，右側(cè)地電極4-2的左邊緣與信號電極4-1的右邊緣之間的間距為10μm至30μm。

所述直流偏壓電極7為推挽型集總式電極結(jié)構(gòu)，厚度為0.1μm至30μm，用于補償由于溫度變化以及壓電效應(yīng)等因素導(dǎo)致的強度調(diào)制器工作點的漂移。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為，通過采用基于低介電常數(shù)基底晶片的鈮酸鋰薄膜結(jié)構(gòu)，可有效地提升微波與光波的折射率匹配、提升器件的阻抗匹配，無需采用二氧化硅緩沖層即可實現(xiàn)高調(diào)制帶寬(或高調(diào)制速率)，因而可去除現(xiàn)有鈮酸鋰強度調(diào)制器中的二氧化硅緩沖層，實現(xiàn)直流漂移現(xiàn)象的大幅抑制，顯著提升鈮酸鋰強度調(diào)制器的長期工作性能和可靠性。

附圖說明

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中采用對二氧化硅緩沖層進(jìn)行部分刻蝕的鈮酸鋰強度調(diào)制器的橫截面示意圖；

圖2所示為本實用新型的低直流漂移的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器的橫截面示意圖；

圖3所示為本實用新型的低直流漂移的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1.鈮酸鋰晶片；2.光學(xué)波導(dǎo)；3.二氧化硅緩沖層；4.調(diào)制電極；4-1.信號電極；4-2.地電極；5.基底晶片；6.鈮酸鋰薄膜；7.直流偏壓電極。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、部件或者模塊、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，本申請的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施方式例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤４送?，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個部件或者模塊或特征與其他部件或者模塊或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了部件或者模塊在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的部件或者模塊被倒置，則描述為“在其他部件或者模塊或構(gòu)造上方”或“在其他部件或者模塊或構(gòu)造之上”的部件或者模塊之后將被定位為“在其他部件或者模塊或構(gòu)造下方”或“在其他部件或者模塊或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該部件或者模塊也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應(yīng)解釋。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中采用對二氧化硅緩沖層進(jìn)行部分刻蝕的鈮酸鋰強度調(diào)制器的橫截面示意圖。

參考圖2和圖3，圖2所示為本發(fā)明的低直流漂移的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器的橫截面示意圖，圖3所示為本發(fā)明的低值流漂移的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。一種低值流漂移的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器，包括：基底晶片5、鈮酸鋰薄膜6、光學(xué)波導(dǎo)2、調(diào)制電極4、信號電極4-1、地電極4-2、直流偏壓電極7。

所述基底晶片5的厚度為0.1mm至2mm，采用具有低介電常數(shù)的材料，如石英晶片，或經(jīng)過熱氧化處理、在硅晶片表面有一層致密的二氧化硅膜層的硅基二氧化硅晶片。

所述鈮酸鋰薄膜6為單晶結(jié)構(gòu)、X切Y傳晶向的光學(xué)級鈮酸鋰單晶薄膜，厚度為1μm至20μm。

所述光學(xué)波導(dǎo)2為鈦擴散波導(dǎo)或退火質(zhì)子交換波導(dǎo)，波導(dǎo)擴散寬度為1μm至10μm，擴散深度為1μm至10μm。

所述調(diào)制電極4為推挽型行波式電極結(jié)構(gòu)，由一根信號電極4-1與兩根地電極4-2組成，其中信號電極4-1置于光學(xué)波導(dǎo)2的中間，地電極4-2分置于光學(xué)波導(dǎo)2的左側(cè)和右側(cè)。調(diào)制電極4的厚度為1μm至30μm。信號電極4-1的寬度為10μm至100μm。左側(cè)地電極4-2的右邊緣與信號電極4-1的左邊緣之間的間距為10μm至30μm，右側(cè)地電極4-2的左邊緣與信號電極4-1的右邊緣之間的間距為10μm至30μm。

所述直流偏壓電極7為推挽型集總式電極結(jié)構(gòu)，厚度為0.1μm至30μm，用于補償由于溫度變化以及壓電效應(yīng)等因素導(dǎo)致的強度調(diào)制器工作點的漂移。

在本實施例中，鈮酸鋰薄膜6置于具有低介電常數(shù)的基底晶片5上，且鈮酸鋰薄膜6的厚度為1μm至20μm，有利于實現(xiàn)微波折射率的降低，實現(xiàn)微波與光波的折射率匹配(即速度匹配)以及器件的阻抗匹配，因而無需采用二氧化硅緩沖層3即可實現(xiàn)高調(diào)制帶寬(或高調(diào)制速率)。

在現(xiàn)有技術(shù)的鈮酸鋰強度調(diào)制器中，如圖1所示，二氧化硅緩沖層3是實現(xiàn)高調(diào)制帶寬(或高調(diào)制速率)的核心所在，也是造成強度調(diào)制器直流漂移的主要原因，特別是對于如圖1所示的采用Z切鈮酸鋰晶體的強度調(diào)制器來說，直流漂移現(xiàn)象相對于X切鈮酸鋰晶體的強度調(diào)制器則更為明顯。因此，本實施例提出的鈮酸鋰薄膜強度調(diào)制器，由于無需采用二氧化硅緩沖層3即可實現(xiàn)高調(diào)制帶寬(或高調(diào)制速率)，因而可通過去除掉二氧化硅緩沖層3，實現(xiàn)直流漂移現(xiàn)象的大幅抑制。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。