一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器

本技术属于光通信领域，特别是涉及一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器。

背景技术：

1、相移器是一种用于改变光波相位的器件，允许通过对光信号施加特定的相位调制来实现对光波的调控。相移器在集成光学中具有广泛的应用，特别是在光通信、光传感、相干调制和光学信息处理等领域有着不可或缺的作用。

2、在光通信领域中，光子集成电路使得光器件可以在芯片上高密度集成，满足人们对容量大、功耗低且速率高的信息处理与传输技术的需求。相比于硅光平台，基于薄膜铌酸锂的光子学平台已经成为另一个备受期待的应用平台。随着集成薄膜铌酸锂平台的迅速发展，对基于薄膜铌酸锂的高性能电光调制器的性能需求日益提高。其中，相移器是大规模光子集成电路的关键组件之一，可以很好地解决电光调制器中直流偏置点漂移的问题。目前，均是采用基于电光效应的电光相移器来抑制调制器的直流偏置点漂移，但电光相移器在低频率状态下工作容易出现异常行为。然而，基于热光效应的热光相移器相比电光相移器特别适用于对时间稳定性和重复性至关重要的应用，具有制作简单、功耗低、尺寸小、工作稳定等优势。

3、近年来，在热光相移器技术研究上取得了不错的成果。2023年1月6日，上海图灵智算量子科技有限公司提出了申请号为202210802170.6的“热光相移器、马曾干涉仪及光计算网络”专利，其中涉及到铌酸锂热光相移器，其设计结构可应用于相控阵以及光计算网络等领域。

4、为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器，以满足目前在光通信领域对高性能薄膜铌酸锂电光调制器的需求，解决薄膜铌酸锂电光调制器中普遍存在的直流偏置点漂移的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器。

2、本实用新型采用如下技术方案：

3、本实用新型的技术原理是：利用薄膜铌酸锂材料的热光效应，通过加热电极对材料进行温度的调节，当材料受热时其内部的分子结构会发生变化，导致材料有效折射率随着温度的变化而改变，从而实现了对光波相位的调制。

4、优选的，第一，将光刻胶旋涂在清洁过的薄膜铌酸锂晶圆表面；第二，采用电子束光刻和显影工艺形成薄膜铌酸锂波导图案；第三，通过感应耦合等离子体刻蚀系统制作薄膜铌酸锂波导结构；第四，采用化学气相沉积工艺在薄膜铌酸锂波导上方覆盖一层500纳米厚的二氧化硅上包层；第五，采用电子束蒸发和剥离工艺制作金属加热电极。

5、优选的，一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器，从底部至上依次包括基底层、埋氧层、波导芯层、波导上包层、电极层；所述埋氧层作为所述基底层和所述波导芯层之间的绝缘层；所述波导上包层用于保护所述波导芯层；所述电极层用于对所述波导芯层中的光波进行热光调制。

6、优选的，所述埋氧层和所述波导上包层均为二氧化硅材料；所述波导芯层为铌酸锂材料且为脊型波导结构；所述电极层为钛材料。

7、优选的，所述埋氧层厚度h1为3微米，所述波导上包层厚度h3为500纳米；所述波导芯层厚度h2为400纳米且半刻蚀，波导宽度w1为1.5微米；所述电极层的厚度h4为200纳米，宽度w2为2微米，长度为400微米；所述波导芯层和所述电极层之间的间距t为800纳米。

8、优选的，热光相移器的相移效率为116mw。

9、本实用新型具有以下有益效果：

10、1.本实用新型所述基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器结构简单、紧凑、工作稳定，便于大规模集成制作。

11、2.本实用新型所述基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器的相移效率为116mw，对于目前其他基于薄膜铌酸锂平台的热光相移器，该设计结构具有高相移效率的特性。

技术特征：

1.一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器，其特征在于：从底部至上依次包括基底层(1)、埋氧层(2)、波导芯层(3)、波导上包层(4)、电极层(5)；所述埋氧层(2)作为所述基底层(1)和所述波导芯层(3)之间的绝缘层；所述波导上包层(4)用于保护所述波导芯层(3)；所述电极层(5)用于对所述波导芯层(3)中的光波进行热光调制。

2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器，其特征在于：所述埋氧层(2)和所述波导上包层(4)均为二氧化硅材料；所述波导芯层(3)为铌酸锂材料且为脊型波导结构；所述电极层(5)为钛材料。

3.根据权利要求2所述的一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器，其特征在于：所述埋氧层(2)厚度为3微米，所述波导上包层(4)厚度为500纳米；所述波导芯层(3)厚度为400纳米且半刻蚀，波导宽度为1.5微米；所述电极层(5)的厚度为200纳米，宽度为2微米，长度为400微米；所述波导芯层(3)和所述电极层(5)之间的间距为800纳米。

4.根据权利要求3所述的一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器，其特征在于：热光相移器实现一个π的相位移动所需功耗为116mw，即相移效率为116mw。

技术总结本技术公开了一种基于薄膜铌酸锂的片上热光相移器，从底部至上依次包括基底层、埋氧层、波导芯层、波导上包层、电极层；埋氧层作为基底层和波导芯层之间的绝缘层，波导上包层用于保护波导芯层，电极层用于对波导芯层中的光波进行热光调制。利用薄膜铌酸锂材料的热光效应，通过电极层中的钛电极对材料进行加热，当材料受热时其有效折射率随着温度的变化而改变，从而实现了对光波相位的调制。本技术结构简单、器件尺寸紧凑且相移效率好，能够满足光通信领域对高性能薄膜铌酸锂电光调制器的需求。技术研发人员：金风阳,陈力荣,裘燕青受保护的技术使用者：中国计量大学技术研发日：20231128技术公布日：2024/5/29