專利名稱：復(fù)合型行波電極電光調(diào)制器及其電極的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子與集成光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及行波電極電光調(diào)制器的設(shè)計與制造技術(shù)。
從長距離高速率光纖通信系統(tǒng)到微波測量儀器，LiNbO3行波電光調(diào)制器都獲得了廣乏的應(yīng)用。這類調(diào)制器具有小的波長啁啾，在未來的高速寬帶光通信系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用前景。
典型行波電極電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)如

圖1-圖3所示。兩端光纖16與電光晶體14中光波導(dǎo)15對中粘接，被調(diào)制光由光纖一端進入，經(jīng)由光波導(dǎo)，最后由另一端光纖輸出。電的調(diào)制訊號由行波電極的一端輸入，借助晶體的電光效應(yīng)，在行波電極上的電的調(diào)制訊號改變了光波導(dǎo)的光折射率，通過光的干涉作用，使輸出端光的強度按電調(diào)制訊號作相應(yīng)的變化，從而實現(xiàn)了對光的調(diào)制作用。
對于寬頻帶的電光調(diào)制器，行波電極普遍采用共面波導(dǎo)型(Coplanar Waveguide)電極。正如圖3所示，它由中心電極11和兩側(cè)的地電極13組成。一般中心電極寬度和電極間隙的尺度均為微米量級。因此，都采用集成電路的制造工藝將電極制作在晶片上的。為了減小電調(diào)制訊號在行波電極上傳輸損耗，要求電極有足夠的厚度，一般為3至20微米，它是先用真空蒸發(fā)方法，在晶片表面蒸一層金膜，然后甩一層厚的光刻膠，光刻電極圖形，電鍍加厚制成的。用這種方法制成電光調(diào)制器的行波電極損耗系數(shù)為α0=1.4至0.7dB/(cm(GHz)1/2)。按照電光調(diào)制器理論，要得到調(diào)制帶寬更寬，驅(qū)動功率更低的電光調(diào)制器，必須進一步降低行波電極損耗系數(shù)。采用圖3所示平常結(jié)構(gòu)，就要再將電極加厚，這大大地增加了電極制造的工藝難度。目前世界上電鍍加厚制成的電極最大厚度為29微米，它的α0值可降低到0.43dB/(cm(GHz)1/2)。這時中心電極的截面為寬8微米，高29微米豎立著的高而窄的薄片，它的底部很容易與晶體表面脫開，使調(diào)制器失效。因此，要再降低行波電極損耗系數(shù)，加厚這種結(jié)構(gòu)電極，便面臨著固有的難以克服的工藝制造上困難。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)在電極制作上的困難，提出一種復(fù)合型行波電極的電光調(diào)制器。其電極由上下兩部分組成，使其易于降低行波電極損耗系數(shù)，制造工藝相對容易，有于利提高成品率。既適合于寬帶電光調(diào)制器，也適合于超寬帶電光調(diào)制器。
本發(fā)明提出的復(fù)合型行波電極的電光調(diào)制器，包括電光晶體，該電光晶體表面依次結(jié)合有光波導(dǎo)、二氧化硅緩沖層、下電極以及位于該電光晶體兩端，與所說光波導(dǎo)對中粘接的光纖，所說的下電極由中心電極和位于該中心電極兩側(cè)的地電極所組成，其特征在于，還包括與所說下電極相對應(yīng)的制作在微波印刷電路板上的上電極，該上電極面對面緊粘在下電板上。
上述的復(fù)合型行波電極電光調(diào)制器的電極制造方法，包括以下步驟(1)采用常規(guī)的集成電路的制造工藝將所說的下電極制作在晶片上；(2)用常規(guī)的光刻，酸腐蝕的濕法刻蝕和表面電鍍金保護工藝方法將上電極制作在微波印制電路板上形成共面電極；(3)然后將上電極面對面地緊貼在下電極上。
本發(fā)明的效果采用復(fù)合型行波電極可以將電極微波損耗系數(shù)α0值降到0.35dB/(cm(GHz)1/2)或更低。這是同類電光調(diào)制器的行波電極目前得到的最低損耗系數(shù)。配以合適輸入，輸出過渡電路，電光調(diào)制器的調(diào)制帶寬易于制得大于40Ghz。
附圖及附圖的簡單說明圖1為已有的典型行波電極電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)縱向剖示圖。
圖2為圖1的A-A向視圖。
圖3為圖1的俯視圖。
圖4為本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)縱向剖示圖。
本發(fā)明提出一種復(fù)合型行波電極電光調(diào)制器及其電極的制造方法的實施例詳細說明如下本實施例的復(fù)合型行波電極電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，該電光調(diào)制器的電極由上下兩部份組成。下部電極24、25及電光晶體28上的光波導(dǎo)27、二氧化硅緩沖層26等結(jié)構(gòu)與常規(guī)行波電極的電光調(diào)制器相似，只是電極厚度不需要很厚，一般在10微米左右，是較容易制作的。上部電極22、23是制作在微波印制電路板21上的，它是用常規(guī)的光刻，酸腐蝕的濕法刻蝕和表面電鍍金保護工藝方法制成的共面電極。然后將上部電極面對面地緊貼在下電極上，此時中心電極截面便變成T字形。為了便于實現(xiàn)調(diào)制器要求的速度匹配條件，應(yīng)選用低介質(zhì)系數(shù)，低損耗介質(zhì)材料的微波印制電路板。由于微波印制電路板上銅箔的厚度可以做得較厚，一般可為35微米。因此，復(fù)合而成的電極實際厚度很容易達到45微米，從而達到了進一步降低行波電極損耗系數(shù)，展寬調(diào)制器帶寬的目的。
本實施例電極制造過程為選用厚度為1.5毫米的純聚四氟乙烯敷銅箔印制電路板制作上部電極，銅箔厚35微米，用上述常規(guī)的光刻，酸腐蝕的濕法刻蝕和表面電鍍金保護工藝方法制成的共面電極截面如圖4所示。圖中中心電極截面為梯形，這是酸側(cè)向腐蝕的結(jié)果。調(diào)制器下面部分的電光晶體是Z切鈮酸鋰(LiNbO3)晶體，其上表面用高溫鈦擴散方法制作光波導(dǎo)Mach-Zehnder干涉儀，然后在此表面濺射一層1至1.5微米的二氧化硅(SiO2)緩沖層，下部電極按上述常規(guī)方法蒸發(fā)，光刻，電鍍制作在光波導(dǎo)上。下部中心電極寬10微米，電極間隙30微米，厚8微米。
此實施實例共制作了6個樣品，測試所得的電極微波損耗系數(shù)α0值均在0.35dB/(cm(GHz)1/2)附近。說明本發(fā)明實施的重復(fù)性很好。
根據(jù)用戶不同的要求，選用不同的電極長度，可制作出具有不同調(diào)制帶寬的寬帶調(diào)制器。本實施實例制作了電極長度為25毫米的電光調(diào)制器，其低頻開關(guān)電壓為4.6伏。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合型行波電極電光調(diào)制器，包括電光晶體，該電光晶體表面依次結(jié)合有光波導(dǎo)、二氧化硅緩沖層、下電極以及位于該光電晶體兩端，與所說光波導(dǎo)對中粘接的光纖，所說的下電極由中心電極和位于該中心電極兩側(cè)的地電極所組成，其特征在于，還包括與所說下電極相對應(yīng)的制作在微波印刷電路板上的上電極，該上電極面對面緊粘在下電板上。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合型行波電極電光調(diào)制器的電極制造方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采用常規(guī)的集成電路的制造工藝將所說的下電極制作在晶片上；(2)用常規(guī)的光刻，酸腐蝕的濕法刻蝕和表面電鍍金保護工藝方法將上電極制作在微波印制電路板上形成共面電極；(3)然后將上電極面對面地緊貼在下電極上。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合型行波電極電光調(diào)制器的電極制造方法的電極制造方法，其特征在于，所說的微波印刷電路板采用低介質(zhì)系數(shù)，低損耗介質(zhì)材料制成。
4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合型行波電極電光調(diào)制器的電極制造方法，其特征在于，所說的電光晶體采用鈮酸鋰晶體。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子與集成光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,包括電光晶體,該電光晶體表面依次結(jié)合有光波導(dǎo)、二氧化硅緩沖層、下電極以及位于該光電晶體兩端,與所說光波導(dǎo)對中粘接的光纖,還包括與所說下電極相對應(yīng)的制作在微波印刷電路板上的上電極,該上電極面對面緊粘在下電板上。本發(fā)明易于降低行波電極損耗系數(shù),制造工藝相對容易,有于利提高成品率。既適合于寬帶電光調(diào)制器,也適合于超寬帶電光調(diào)制器。
文檔編號G02F2/00GK1214526SQ98119379
公開日1999年4月21日 申請日期1998年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月25日
發(fā)明者吳伯瑜, 羅淑云, 彭吉虎 申請人:清華大學(xué)