專(zhuān)利名稱(chēng)：高穩(wěn)定集成光學(xué)器件電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及集成光學(xué)器件，屬于光纖通信、光纖傳感、光學(xué)測(cè)試等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈮酸鋰是一種具有很大電光系數(shù)、聲光系數(shù)、非線性系數(shù)、熱釋電效應(yīng)的晶體，因此得到廣泛的應(yīng)用，特別是在聲表面波濾波器、光學(xué)頻率變換、聲光調(diào)制、電光調(diào)制等領(lǐng)域。鈮酸鋰電光調(diào)制器通常由光波導(dǎo)、緩沖層、電極組成；其中光波導(dǎo)的制備工藝一般有質(zhì)子交換、鈦擴(kuò)散、鋅擴(kuò)散等多種技術(shù)。電極的材料通常是黃金等高穩(wěn)定金屬。 由于鈮酸鋰晶體是各向異性材料，其在各個(gè)方向的熱膨脹系數(shù)、壓電效應(yīng)、電光系數(shù)均不同；另外黃金電極的熱膨脹系數(shù)與鈮酸鋰晶體相差很遠(yuǎn)。鈮酸鋰晶體的熱膨脹系數(shù)15. 4ppm/K ( Il a), 5. 3ppm/K (lie);黃金的熱膨脹系數(shù) 14. 2ppm/K (參考 Handbookof Optics, Third Edition, Volume IV, Optical Properties of Materials, NonlinearOptics, Quantum Optics)。因此,在平行于銀酸鋰晶體光軸方向，即Z軸方向的熱膨脹系數(shù)相差很大，達(dá)到8. 9ppm/K0對(duì)于較寬溫度范圍內(nèi)的工作情況，其溫度范圍可以達(dá)到-45 +75攝氏度范圍，由于熱膨脹系數(shù)的不同，特別是對(duì)于采用X-切Y傳鈮酸鋰基片的電光調(diào)制器，黃金電極在鈮酸鋰晶體表面，沿Z軸方向，即垂直于波導(dǎo)傳播Y軸方向會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力。鈮酸鋰晶體本身具有的電光、彈光、壓電等效應(yīng)，這種應(yīng)力會(huì)由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生寄生電場(chǎng)，而且由于彈光效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鈮酸鋰晶體局部的折射率發(fā)生變化。光波導(dǎo)在鈮酸鋰晶體的表面，特別是黃金等金屬電極，或者引腳電極跨越波導(dǎo)表面的情況下，鈮酸鋰光波導(dǎo)的折射率分布會(huì)由于應(yīng)力而產(chǎn)生較大變化。另外這種應(yīng)力能夠產(chǎn)生應(yīng)力致雙折射，在鈦擴(kuò)散波導(dǎo)中，會(huì)引起2個(gè)偏振分量之間的相互耦合，導(dǎo)致器件的性能降低。在溫度變化情況下，或者在極端溫度條件下，鈮酸鋰光波導(dǎo)的折射率分布會(huì)影響到波導(dǎo)束縛光波的能力，如，緊束縛情況下會(huì)產(chǎn)生高階模；弱束縛情況下會(huì)產(chǎn)生泄漏模，這2種情況都會(huì)導(dǎo)致波導(dǎo)的傳播損耗發(fā)生變化，從而影響調(diào)制器的性能。另外，壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)，會(huì)影響施加到調(diào)制器電極上的電場(chǎng)分布，影響調(diào)制器的工作狀態(tài)，特別針對(duì)于模擬系統(tǒng)，如光纖傳感、光學(xué)測(cè)量等應(yīng)用情況。傳統(tǒng)的電光調(diào)制器，設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到上述機(jī)理，由此導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、性能不能夠滿(mǎn)足模擬應(yīng)用等缺點(diǎn)，或者不能滿(mǎn)足高精度、寬工作環(huán)境等條件下的應(yīng)用；參考傳統(tǒng)方案的專(zhuān)利a.專(zhuān)利名稱(chēng)一種鈮酸鋰調(diào)制器及其制造方法，申請(qǐng)?zhí)?1140589. 9 ;公開(kāi)號(hào)CN1417620 ；b.專(zhuān)利名稱(chēng)鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，申請(qǐng)?zhí)?3236082.7 ;公開(kāi)號(hào)CN2615694 ；c.專(zhuān)利名稱(chēng)用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸鋰電光調(diào)制器，申請(qǐng)?zhí)?00620121000. 8 ；公開(kāi)號(hào)CN201007762。
實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型的目的是提供一種光學(xué)器件。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案—種光學(xué)器件，包括光波導(dǎo)(11)、電極(12)和引腳電極(13),電極(12)相對(duì)于所述光波導(dǎo)(11)中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置，引腳電極(13)相對(duì)于光波導(dǎo)(11)的中心位置對(duì)稱(chēng)設(shè)置。本實(shí)用新型的光學(xué)器件具有如下有益效果I.工作溫度范圍寬，機(jī)械振動(dòng)穩(wěn)定性好；2.工藝容差大，工藝控制精度要求相對(duì)低很多；3.利用這種電極設(shè)計(jì)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性相位調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制器、高消光比光開(kāi)關(guān)，聞性能光裳減器，聞性能電光偏振控制器等多種聞端集成光學(xué)器件。

本實(shí)用新型的其它特征、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和益處將通過(guò)
以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述變得更加顯而易見(jiàn)。其中圖I是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的I型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)。圖2是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的I型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(Z-切Y-傳LiNbO3)。圖3是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)。圖4是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(Z-切Y-傳LiNbO3)。圖5是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)輸出光功率P隨溫度T變化的一個(gè)測(cè)試結(jié)果曲線圖。圖6是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)輸出光功率隨溫度變化的另一個(gè)測(cè)試結(jié)果曲線圖。圖7是采用本實(shí)用新型專(zhuān)利電極設(shè)計(jì)方案的I型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)。圖8是采用專(zhuān)利電極設(shè)計(jì)方案的I型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(Z-切Y-傳LiNbO3)。圖9是采用專(zhuān)利電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)。圖10是采用專(zhuān)利電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(Z-切Y-傳LiNbO3)。圖11是采用專(zhuān)利對(duì)稱(chēng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)輸出光功率隨溫度變化的一個(gè)測(cè)試結(jié)果曲線圖。圖12是采用專(zhuān)利對(duì)稱(chēng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)輸出光功率隨溫度變化的另一個(gè)測(cè)試結(jié)果曲線圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的主要思路是在鈮酸鋰、鉭酸鋰或者其他電光晶體基底；或者硅、玻璃基底上，或者其他可以制備波導(dǎo)的材料上，制作光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；制作對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)的電極，利用電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)或者其他效應(yīng)，能夠產(chǎn)生相位差，形成Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)；通過(guò)電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)或者其他效應(yīng)，能夠改變所產(chǎn)生的相位差，實(shí)現(xiàn)光波的回路與所進(jìn)入的波導(dǎo)不同。[0034]下面，將結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例。參考圖1-4，圖I是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的I型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)。圖2是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的I型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(Z-切Y-傳LiNbO3)。圖3是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)。圖4是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(Z-切Y-傳LiNbO3)。參考圖5-6，圖5是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)輸出光功率P隨溫度T變化的一個(gè)測(cè)試結(jié)果曲線圖。圖6是采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)輸出光功率隨溫度變化的另一個(gè)測(cè)試結(jié)果曲線圖。由圖5-圖6可以看出，圖1-4中采用傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)方案的相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)由于采用非對(duì)稱(chēng)電極設(shè)計(jì)的調(diào)制器，其輸出功率隨溫度變化非常明顯。此外其他性能指標(biāo)，包括偏振消光比、強(qiáng)度消光比等性能指標(biāo)也會(huì)隨溫度、振動(dòng)等環(huán)境變化明顯，而且容易出現(xiàn)突變的現(xiàn)象，導(dǎo)致器件的穩(wěn)定性差，不能滿(mǎn)足光纖通信的應(yīng)用要求，特別是不能滿(mǎn)足光纖傳感、光學(xué)測(cè)量等涉及到模擬傳輸與測(cè)試方面的應(yīng)用要求。參考圖7-10，圖7是采用本實(shí)用新型電極設(shè)計(jì)方案的I型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳)。圖8是采用專(zhuān)利電極設(shè)計(jì)方案的I型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(Z-切Y-傳)。圖9是采用專(zhuān)利電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳)。圖10是采用專(zhuān)利電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(Z-切Y-傳)。本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的光學(xué)器件包括光波導(dǎo)11、電極12和引腳電極13。電極12相對(duì)于需要進(jìn)行調(diào)制的光波導(dǎo)11中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置。引腳電極13相對(duì)于光波導(dǎo)11的中心位置對(duì)稱(chēng)設(shè)置。在一種另外的實(shí)施例中，在光波導(dǎo)11中心位置，電極12也可以采用部分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種方案可以應(yīng)用于集總電極結(jié)構(gòu)；也可以采用部分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以應(yīng)用于微波 CPW (Coplanar Waveguide)共平面波導(dǎo)電極結(jié)構(gòu)、ACPS (Asymmetric Coplanar Strip)的電光調(diào)制器、電光開(kāi)關(guān)、電光偏振控制器。本實(shí)用新型的原理是采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)金屬電極設(shè)計(jì)，抵消金屬電極由于溫度、振動(dòng)等環(huán)境因素所引起的應(yīng)力分布，從而導(dǎo)致器件的性能變化。同樣的原理適用于采用鈮酸鋰、鉭酸鋰或者其他電光晶體基底；或者硅、玻璃基底上，或者其他可以制備波導(dǎo)的材料上，制作光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；利用電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)或者其他效應(yīng)，能夠產(chǎn)生相位差，形成相位調(diào)制器，或者設(shè)計(jì)成Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)；通過(guò)電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)或者其他效應(yīng)，能夠改變所產(chǎn)生的相位差，實(shí)現(xiàn)光波的回路與所進(jìn)入的波導(dǎo)的相位、或強(qiáng)度，或二者均不同?；蛘呃秒姽庑?yīng)，實(shí)現(xiàn)電光開(kāi)關(guān)，或者偏振控制器等相關(guān)應(yīng)用。參考圖11-12，圖11是采用專(zhuān)利對(duì)稱(chēng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)輸出光功率隨溫度變化的一個(gè)測(cè)試結(jié)果曲線圖。圖12是采用專(zhuān)利對(duì)稱(chēng)電極設(shè)計(jì)方案的Y型相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)(X-切Y-傳LiNbO3)輸出光功率隨溫度變化的另一個(gè)測(cè)試結(jié)果曲線圖。由圖11-12可以看出，采用本專(zhuān)利所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的調(diào)制器、電光開(kāi)關(guān)、電光偏振控制器等光學(xué)器件具有、[0043]I.工作溫度范圍寬，機(jī)械振動(dòng)穩(wěn)定性好；2.工藝容差大，工藝控制精度要求相對(duì)低很多；[0045]3.利用這種電極設(shè)計(jì)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性相位調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制器、高消光比光開(kāi)關(guān)，聞性能光裳減器，聞性能電光偏振控制器等多種聞端集成光學(xué)器件。下面以鈮酸鋰電光調(diào)制器為例，簡(jiǎn)單描述制備流程。制作流程包括以下步驟I.光刻制備波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；2.采用退火質(zhì)子交換，或者鈦擴(kuò)散，或者鋅擴(kuò)散，或者其他工藝制作光波導(dǎo)；3. PECVD等工藝制備緩沖層；4.光刻、電鍍等工藝制作波導(dǎo)電極；5.芯片端面拋光；6.耦合封裝。本實(shí)用新型的集成光學(xué)器件，可以是電光強(qiáng)度調(diào)制器，也可以是電光相位調(diào)制器，或者電光開(kāi)關(guān)，或者是電光偏振控制器，或者集成光學(xué)熱光器件，或者聲光器件，采用電極結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)、以及對(duì)稱(chēng)電極引腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；采用這種結(jié)構(gòu)的電極設(shè)計(jì)，使得集成光學(xué)器件對(duì)環(huán)境溫度、振動(dòng)等因素變化具有很低相關(guān)特性。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，作出具體的改變或變化均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種集成光學(xué)器件，其特征在于，包括光波導(dǎo)(11)、電極(12)和引腳電極(13)，電極(12)相對(duì)于所述光波導(dǎo)(11)中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置，引腳電極(13)相對(duì)于光波導(dǎo)(11)的中心位置對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
2.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)器件，其特征在于，電極(12)相對(duì)于所述光波導(dǎo)(11)中心部分對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
3.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)器件，其特征在于，所述光學(xué)器件為I型結(jié)構(gòu)，或者至少包含一個(gè)Y型結(jié)構(gòu)，或者采用多模干涉原理實(shí)現(xiàn)光波分束的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)器件，其特征在于，所述集成光學(xué)器件，其采用的基底材料可以是鈮酸鋰、鉭酸鋰或者其他電光晶體；或者硅、玻璃；所實(shí)現(xiàn)的功能可以是電光強(qiáng)度調(diào)制器、或者電光相位調(diào)制器、或者電光開(kāi)關(guān)、或者是電光偏振控制器、或者熱光器件、或者聲光器件。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供光學(xué)器件，包括光波導(dǎo)(11)、電極(12)和引腳電極(13)，電極(12)相對(duì)于所述光波導(dǎo)(11)中心完全對(duì)稱(chēng)或者部分對(duì)稱(chēng)設(shè)置，引腳電極(13)相對(duì)于光波導(dǎo)(11)的中心位置完全對(duì)稱(chēng)或者部分對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
文檔編號(hào)G02F1/035GK202533675SQ20122011313
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
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