一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可以提高3dB帶寬的微帶線轉(zhuǎn)共面波導(dǎo)的電極結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]有機電光聚合物是近幾十年才發(fā)展研宄的。主要應(yīng)用在光信息處理系統(tǒng)、光通信、反導(dǎo)主動成像激光雷達高速激光脈沖發(fā)生及調(diào)制、近程反導(dǎo)武器系統(tǒng)光電分系統(tǒng)等領(lǐng)域。在80年代后期，出現(xiàn)關(guān)于聚合物材料非線性和電光特性的研宄；在90代初開始有電光聚合物調(diào)制器的報道，并在近期掀起了對有機聚合物電光調(diào)制器的研宄熱潮，并取得了重大進步。
[0003]有機聚合物電光調(diào)制器最早出現(xiàn)在80年代末，從90年代初到90年代中期其發(fā)展的速度日新月異，極大的在實用性方面上提高了電光調(diào)制器件的結(jié)構(gòu)、極化聚合物材料的性能。早在1990年，AKZOD的Mohlman等報道了集總電極的聚合物開關(guān)和調(diào)制器，在1991年，Lockheed研宄發(fā)展部的D.G.Girton等人發(fā)表文章，用含有“DANS”發(fā)色團的側(cè)鏈型聚合物制備出20GHz的Mach—Zehnder型行波調(diào)制器，1992年Hoechest CelaneseCorporat1n的C.C.Teng制備出3dB帶寬為40GHz的行波聚合物調(diào)制器，1993年，WeaponsSciences Directorate研宄發(fā)展工程中心的T.A.Tumolillo提出了有機聚合物電光調(diào)制器的垂直集成，同年，Smith等人也報道了一個用于傳送六個無線電頻率的電視信號的聚合物電光調(diào)制器，電視圖像的顏色和聲音逼真，1994年，加州大學洛杉磯分校電子工程系的Wensheng Wang與Dalton等給出了調(diào)制頻率為18GHz的直波導(dǎo)相位調(diào)制器，1995年，他們利用Wiltron V接頭和光外差方法將同一調(diào)制器的調(diào)制頻率提高到40GH和60 GHz。在這個時期，調(diào)制器的調(diào)制頻率提高了很多。在上世紀90年代初的這段時間里，隨著聚合物電光調(diào)制器性能的提高，科學家們普遍認為聚合物電光調(diào)制器能夠很快走向成熟、走向產(chǎn)品化，認為5年內(nèi)即可實現(xiàn)聚合物電光調(diào)制器的產(chǎn)品化。然而之后的很長一段時間里，聚合物電光調(diào)制器的發(fā)展并沒有那么的順利，因為聚合物電光材料的穩(wěn)定性和損耗等問題一直沒有得到很好的解決。
[0004]但最終，隨著科學家對聚合物材料的不斷研宄突破，1997年，TANCAN公司的Wang等人研制出的封裝好的有機聚合物調(diào)制器，其性能與鈮酸鋰調(diào)制器不相上下。在2000年TANCAN公司的Y.Q.Shi等人又在Science上撰文，報道了半波電壓低到0.8V的電光聚合物調(diào)制器，其器件所用電光聚合物的電光系數(shù)高達65pm/V ;2002年，Bell實驗室的M.Lee等人在Science上又報道了帶寬在150GHz以上的聚合物電光調(diào)制器，并且聲稱在1.6THz的調(diào)制頻率時也觀測到了調(diào)制信號，但是由于他們使用的材料電光系數(shù)不大，因而器件的半波電壓較高，為11.3V。因此從上世紀九十年代中期到本世紀初的這一時期，聚合物電光調(diào)制器的研宄特點是向超高帶寬和低半波電壓的方向發(fā)展。
[0005]2002年，Bell實驗室的M.Lee等人制備出帶寬在150GHz以上的有機聚合物電光調(diào)制器，并撰文于Science上做了專門報道。2004年，George T.Paloczi等人利用生色團AJL8摻入聚碳酸酯中制成了調(diào)制器，其半波電壓為8.4V。此后，南加州大學的HidehisaTazawa, Ying-Hao Kuo等人利用同一種生色團材料摻APC制成了環(huán)形結(jié)構(gòu)的聚合物電光調(diào)制器，其 3dB 帶寬僅為 7GHz，同年 Richard J.Michalak, Ymg-Hao Kuo, Larry R.Dalton等人利用同一種材料制成的高速調(diào)制器，其半波電壓小于12V且能達到50GHz的響應(yīng)頻率。同時，Raluca Dinu, Danliang Jin等人用一種新型的生色團材料“DH-52”制成了高速聚合物電光調(diào)制器，其回波損耗(Sll)優(yōu)于-10dB，其帶寬為20 GHz ο對極化聚合物電光材料電光特性方面的研宄工作，也從未有過間斷。2005年9月Dalton研宄小組采用接觸式極化方式得到新材料的電光系數(shù)>300pm/V，據(jù)報道，2007年其有機聚合物電光材料的電光系數(shù)己突破1000pm/V，為聚合物電光調(diào)制器性能的提高提供了可靠的保障。二十一世紀以來，已經(jīng)有不少公司開始推進有機聚合物電光調(diào)制器的商用化進程，其中以美國Lumera公司、PWC公司為這一行業(yè)的代表，各個公司陸續(xù)推出了各自基于不同聚合物材料的電光調(diào)制器商用器件。2007年，Lumera公司報道其商用化的調(diào)制器性能指標，帶寬達到100GHz，其它性能指標與成熟的無機鈮酸鋰調(diào)制器不分伯仲。
[0006]這些研宄進展充分展示了國外同行在有機聚合物電光調(diào)制器的材料特性、制備工藝、調(diào)制器性能(超高速、超低驅(qū)動電壓)等方面的巨大優(yōu)勢。國內(nèi)已有不少高校及科研院從九十年代初就開始對有機聚合物電光材料進行了相關(guān)研宄，主要有中國科學院理化所、清華大學、吉林大學、武漢大學、哈爾濱工業(yè)大學和電子科技大學等。從事的研宄工作在于對國外提供的材料樣品進行測試和分析，另一方面也通過自身的努力合成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的有機聚合物材料，這些工作為今后國內(nèi)有機聚合物電光調(diào)制器的研宄打下基礎(chǔ)。但是，與國外相比還有很大的差距。此外，對于有機聚合物集電光調(diào)制器制備工作方面的研宄，國內(nèi)數(shù)家單位已制備出低頻內(nèi)的調(diào)制器原型器件，如中國科學院理化所、清華大學、吉林大學已有相關(guān)報道，但是仍然需要進一步優(yōu)化工藝條件以制備出高性能的實用化器件。
[0007]通過設(shè)計電光材料以及光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以很好的改善電光調(diào)制器的特性。但是對于電光調(diào)制器，決定電光調(diào)制器特性的另一個重要因素是電極的結(jié)構(gòu)。為了獲得低的驅(qū)動電壓，寬的帶寬，低的微波損耗，電光調(diào)制器的電極需要仔細選擇和設(shè)計。
[0008]微帶線是一種比較成熟、流行的平面?zhèn)鬏斁€，常用于有機聚合物電光調(diào)制器的電極結(jié)構(gòu)中，具有易于制備和集成的優(yōu)點。微帶線電極結(jié)構(gòu)容易得到均勻并且較強的電場，便于極化，提高有機聚合物的電光系數(shù)，降低調(diào)制器的半波電壓。而共面波導(dǎo)電極有著寬帶寬、極化簡易、便于過渡到適合與信號接頭連接等優(yōu)點。微帶線電極需要過渡到共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)才能與信號接頭連接。
[0009]然而微帶線的場分布與共面波導(dǎo)的場分布完全不同，微帶線的地電極在下，共面波導(dǎo)的地電極在上，當微帶線過渡到共面波導(dǎo)，勢必會因為場的不連續(xù)而產(chǎn)生損耗，影響3dB帶寬。
[0010]因此，針對有機聚合物電光調(diào)制器，電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對提高帶寬具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提出一種新型的電極結(jié)構(gòu)，通過改善從微帶線到共面波導(dǎo)的場的不連續(xù)，保證電極的3dB帶寬。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)，包括襯底，有機聚合物層，有機聚合物層層上設(shè)置有連接在一起的微帶線和共面波導(dǎo)，襯底與有機聚合物層之間還設(shè)置有地電極，地電極不覆蓋共面波導(dǎo)在襯底的正投影面上。
[0013]上述技術(shù)方案中，有機聚合物層厚度為8-12微米。
[0014]上述技術(shù)方案中，共面波導(dǎo)的寬度從與微帶線的連接端依次變寬。
[0015]因為本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，因此具備以下有益效果:
本申請的結(jié)構(gòu)中共面波導(dǎo)中間的導(dǎo)電極提起來和微帶線處于同一平面。由于微帶線這個平面和地電極所處平面高度很小，只有微米量級，故共面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)基本不受影響，而新的共面波導(dǎo)由于導(dǎo)電極提起來了，它的電場也變?yōu)榇怪狈较?，這樣微帶線電場與共面波導(dǎo)電場之間就不會有突變，保證了 3dB帶寬。
[0016]共面波導(dǎo)提升的高度和微帶線與其地電極之間的距離相同，大約為10微米左右。共面波導(dǎo)導(dǎo)電極逐漸變寬，在導(dǎo)電極正下方?jīng)]有地電極。這種結(jié)構(gòu)也易于加工。
[0017]與傳統(tǒng)的金帶過渡相比，電場過渡更為平緩，保證了 3dB帶寬并且容易加工。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的立體圖；
圖2為本發(fā)明的襯底和地電極示意圖。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)形狀如圖1所示，微帶線的介質(zhì)層與導(dǎo)帶黏貼在共面波導(dǎo)的地電極上面，從而微帶線與共面波導(dǎo)共用一個地電極，對共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行微小的改變，使得共面波導(dǎo)導(dǎo)電極升高與微帶線處于一個平面。
[0020]為了讓微帶線與共面波導(dǎo)連接，通過共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶升高與微帶線直接連接。這樣就解決了從微帶線到共面波導(dǎo)的場連續(xù)性的問題，從而保證了調(diào)制器的3dB帶寬。
[0021]實施例1
一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)，包括襯底1，有機聚合物層3，其特征在于，有機聚合物層3層上設(shè)置有連接在一起的微帶線4和共面波導(dǎo)5，襯底I與有機聚合物層3之間還設(shè)置有地電極2，地電極2不覆蓋共面波導(dǎo)5在襯底I的正投影面上。
[0022]實施例2
一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)，包括襯底1，厚度為8-12微米的有機聚合物層3，其特征在于，有機聚合物層3層上設(shè)置有連接在一起的微帶線4和共面波導(dǎo)5，襯底I與有機聚合物層3之間還設(shè)置有地電極2，地電極2不覆蓋共面波導(dǎo)5在襯底I的正投影面上。
[0023]實施例3
一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)，包括襯底1，有機聚合物層3，其特征在于，有機聚合物層3層上設(shè)置有連接在一起的微帶線4和共面波導(dǎo)5，襯底I與有機聚合物層3之間還設(shè)置有地電極2，地電極2不覆蓋共面波導(dǎo)5在襯底I的正投影面上。共面波導(dǎo)5的寬度從與微帶線4的連接端依次變寬。。
【主權(quán)項】
1.一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)，包括襯底(1)，有機聚合物層(3)，其特征在于，有機聚合物層(3)層上設(shè)置有連接在一起的微帶線(4)和共面波導(dǎo)(5)，襯底(I)與有機聚合物層(3)之間還設(shè)置有地電極(2)，地電極(2)不覆蓋共面波導(dǎo)(5)在襯底(I)的正投影面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于:有機聚合物層(3)厚度為8-12微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于:共面波導(dǎo)(5)的寬度從與微帶線(4)的連接端依次變寬。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電光調(diào)制器寬帶電極領(lǐng)域，提供了一種提高有機聚合物電光調(diào)制器帶寬的電極結(jié)構(gòu)，其主旨在于提供一種通過改善從微帶線到共面波導(dǎo)過渡場的不連續(xù)，保證電極具有大的3dB帶寬。其包括襯底（1），有機聚合物層（3），其特征在于，有機聚合物層（3）層上設(shè)置有連接在一起的微帶線（4）和共面波導(dǎo)（5），襯底（1）與有機聚合物層（3）之間還設(shè)置有地電極（2），地電極（2）覆蓋微帶線（4）在襯底（1）的正投影面上。
【IPC分類】G02F1-061
【公開號】CN104536163
【申請?zhí)枴緾N201510029831
【發(fā)明人】廖進昆, 潘陽骉, 尹根, 張曉霞, 劉永
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月21日