一种基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片的制作方法

本发明属于集成光学器件，尤其涉及一种基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片。

背景技术：

1、在集成光学系统中，电光频梳器件在光通信、光探测与测距、光计算、微波光子学和传感与光谱学等领域具有众多应用，电光频梳的产生已成为业界研究的热点。目前，宽频的片上电光梳通常在具有高品质因子的微谐振器中产生，对制备工艺提出了很高的要求。一种更直接和灵活的非谐振方法是通过单个或级联电光相位调制器来实现，而这种方案通常需要较高的驱动功率。因此，考虑到片上系统高集成度和低功耗的需求，实现低功耗、低损耗和小尺寸的片上电光频梳器件成为发展的必然趋势。铌酸锂材料具有优异的电光、光学非线性、声光、铁电、压电等特性，以及宽带的光学透明窗口和较高的光学折射率，是一种非常有价值的光学材料。由于材料铌酸锂在结构、尺寸及功能上具有诸多缺陷，因此研发了兼具铌酸锂材料优质特性并且器件集成度更高的绝缘衬底上的铌酸锂材料平台(也称为薄膜铌酸锂平台)。薄膜铌酸锂平台由硅衬底、二氧化硅绝缘层以及单晶薄膜铌酸锂器件层构成，具有器件层与包层折射率差大、波导截面尺寸小、光场能量密度更高、器件更紧凑等特性，并且薄膜铌酸锂继承了材料铌酸锂几乎所有优异的材料特性，因此受到了广泛关注。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，基于薄膜铌酸锂平台来制备电光频梳器件，利用铌酸锂材料优异的线性电光效应和薄膜铌酸锂平台较高的折射率差，基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片可具有功耗低、损耗低和尺寸紧凑等优异特性，满足实际应用需求，具有广阔的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，包括：自下而上的衬底支撑层、介质层、薄膜铌酸锂波导层和波导上包层；所述衬底支撑层、所述介质层和所述波导上包层用于保护所述薄膜铌酸锂波导层；在所述薄膜铌酸锂波导层上制备电光频梳器件；

3、所述电光频梳器件包括：输入模块、强度调制模块、相位调制模块和输出模块，所述输入模块、所述强度调制模块、所述相位调制模块和所述输出模块连接；所述输入模块，用于输入光信号；

4、所述强度调制模块，用于产生一个相对狭窄且平顶的光脉冲序列；

5、所述相位调制模块，用于展宽光脉冲序列，获得具有高平坦度的电光频梳谱线；

6、所述输出模块，用于输出光信号。

7、可选的，所述输入模块包括输入端波导，所述输入端波导用于输入光信号。

8、可选的，所述强度调制模块包括第一分束器、干涉臂波导、强度调制电极和第一合束器，所述第一分束器、所述干涉臂波导和第一合束器依次连接；所述强度调制电极置于所述干涉臂波导两侧。

9、可选的，所述相位调制模块包括第一级联波导、相位调制电极、第一相位调制波导、第二级联波导、第二相位调制波导、可调谐延迟线单元、第三相位调制波导、第三级联波导、第四相位调制波导和第四级联波导；所述第一级联波导、所述第一相位调制波导、所述第二级联波导、所述第二相位调制波导、所述可调谐延迟线单元、所述第三相位调制波导、所述第三级联波导、所述第四相位调制波导和所述第四级联波导依次连接；所述相位调制电极置于所述第一相位调制波导、第二相位调制波导、第三相位调制波导和第四相位调制波导两侧；所述第一相位调制波导、所述第二相位调制波导、所述第三相位调制波导和所述第四相位调制波导相互平行；所述第二级联波导和所述第四级联波导相互交叉，所述第二级联波导和所述第四级联波导交叉处为90°的十字形。

10、可选的，所述输出模块包括输出波导，所述输出波导用于输出光信号。

11、可选的，所述可调谐延迟线单元包括第一马赫曾德尔型可调谐光开关、光波导延迟线组合和第二马赫曾德尔型可调谐光开关，所述第一马赫曾德尔型可调谐光开关和所述第二马赫曾德尔型可调谐光开关均与所述光波导延迟线组合连接，所述第一马赫曾德尔型可调谐光开关和所述第二马赫曾德尔型可调谐光开关相互平行。

12、可选的，所述第一马赫曾德尔型可调谐光开关包括第二分束器、第一光开关干涉臂、第一光开关电极和第二合束器，所述第二分束器、所述第一光开关干涉臂和所述第二合束器依次连接；所述第一光开关电极置于所述第一光开关干涉臂。

13、可选的，所述第二马赫曾德尔型可调谐光开关包括第三分束器、第二光开关干涉臂、第二光开关电极和第三合束器，所述第三分束器、所述第二光开关干涉臂和所述第三合束器依次连接；所述第二光开关电极置于所述第二光开关干涉臂两侧。

14、本发明技术效果：本发明公开了一种基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，通过设计基于薄膜铌酸锂的强度调制器，利用马赫曾德尔干涉器结构和铌酸锂优异的线性电光效应来展宽输入激光，产生一个相对狭窄和平顶的光脉冲序列；随后通过设计由正弦波信号来驱动相位调制器对光脉冲序列进一步展宽，可获得具有高平坦度的电光频梳谱线。基于薄膜铌酸锂的相位调制器具有四路相位调制波导，通过设计可调谐延迟线单元，相位调制电极的微波相速度与相位调制波导中的光信号群速度相互配合，使得相位调制电极的微波相速度与四路相位调制波导中光的群速度相匹配来获得更高的调制带宽。本申请通过设计折叠型相位调制器，在增加相位调制波导的长度的同时降低了器件的尺寸，可在显著降低调制功耗的同时实现器件的小型化。采用薄膜铌酸锂平台利用铌酸锂材料的线性电光效应和材料平台的高折射率差，有利于增加器件的调制效率并降低器件损耗和尺寸；基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片可产生数量较多且具有较高平坦度的梳状光谱曲线，在光通信、光探测与测距、光计算、传感与光谱学等领域具有广泛应用；器件的制备是采用标准半导体工艺，工艺技术成熟，可以有效降低成本，提升器件的批量生产能力。

技术特征：

1.一种基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，其特征在于，

3.如权利要求1所述的基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，其特征在于，

4.如权利要求3所述的基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，其特征在于，

5.如权利要求1所述的基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，其特征在于，

6.如权利要求4所述的基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，其特征在于，

7.如权利要求6所述的基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，其特征在于，

8.如权利要求6所述的基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片，包括：自下而上的衬底支撑层、介质层、薄膜铌酸锂波导层和波导上包层；衬底支撑层、介质层和波导上包层用于保护薄膜铌酸锂波导层；在薄膜铌酸锂波导层上制备电光频梳器件；电光频梳器件包括：输入模块、强度调制模块、相位调制模块和输出模块，所述输入模块、所述强度调制模块、所述相位调制模块和所述输出模块连接；本发明基于薄膜铌酸锂的电光频梳芯片可产生数量较多且具有较高平坦度的梳状光谱曲线，在光通信、光探测与测距、光计算、传感与光谱学等领域具有广泛应用；器件的制备是采用标准半导体工艺，工艺技术成熟，有效降低成本，提升器件的批量生产能力。

技术研发人员：陶诗琦,袁帅,孙昊骋
受保护的技术使用者：武汉安湃光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13