一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可以提高3dB带宽的微带线转共面波导的电极结构。
【背景技术】
[0002]有机电光聚合物是近几十年才发展研宄的。主要应用在光信息处理系统、光通信、反导主动成像激光雷达高速激光脉冲发生及调制、近程反导武器系统光电分系统等领域。在80年代后期，出现关于聚合物材料非线性和电光特性的研宄；在90代初开始有电光聚合物调制器的报道，并在近期掀起了对有机聚合物电光调制器的研宄热潮，并取得了重大进步。
[0003]有机聚合物电光调制器最早出现在80年代末，从90年代初到90年代中期其发展的速度日新月异，极大的在实用性方面上提高了电光调制器件的结构、极化聚合物材料的性能。早在1990年，AKZOD的Mohlman等报道了集总电极的聚合物开关和调制器，在1991年，Lockheed研宄发展部的D.G.Girton等人发表文章，用含有“DANS”发色团的侧链型聚合物制备出20GHz的Mach—Zehnder型行波调制器，1992年Hoechest CelaneseCorporat1n的C.C.Teng制备出3dB带宽为40GHz的行波聚合物调制器，1993年，WeaponsSciences Directorate研宄发展工程中心的T.A.Tumolillo提出了有机聚合物电光调制器的垂直集成，同年，Smith等人也报道了一个用于传送六个无线电频率的电视信号的聚合物电光调制器，电视图像的颜色和声音逼真，1994年，加州大学洛杉矶分校电子工程系的Wensheng Wang与Dalton等给出了调制频率为18GHz的直波导相位调制器，1995年，他们利用Wiltron V接头和光外差方法将同一调制器的调制频率提高到40GH和60 GHz。在这个时期，调制器的调制频率提高了很多。在上世纪90年代初的这段时间里，随着聚合物电光调制器性能的提高，科学家们普遍认为聚合物电光调制器能够很快走向成熟、走向产品化，认为5年内即可实现聚合物电光调制器的产品化。然而之后的很长一段时间里，聚合物电光调制器的发展并没有那么的顺利，因为聚合物电光材料的稳定性和损耗等问题一直没有得到很好的解决。
[0004]但最终，随着科学家对聚合物材料的不断研宄突破，1997年，TANCAN公司的Wang等人研制出的封装好的有机聚合物调制器，其性能与铌酸锂调制器不相上下。在2000年TANCAN公司的Y.Q.Shi等人又在Science上撰文，报道了半波电压低到0.8V的电光聚合物调制器，其器件所用电光聚合物的电光系数高达65pm/V ;2002年，Bell实验室的M.Lee等人在Science上又报道了带宽在150GHz以上的聚合物电光调制器，并且声称在1.6THz的调制频率时也观测到了调制信号，但是由于他们使用的材料电光系数不大，因而器件的半波电压较高，为11.3V。因此从上世纪九十年代中期到本世纪初的这一时期，聚合物电光调制器的研宄特点是向超高带宽和低半波电压的方向发展。
[0005]2002年，Bell实验室的M.Lee等人制备出带宽在150GHz以上的有机聚合物电光调制器，并撰文于Science上做了专门报道。2004年，George T.Paloczi等人利用生色团AJL8掺入聚碳酸酯中制成了调制器，其半波电压为8.4V。此后，南加州大学的HidehisaTazawa, Ying-Hao Kuo等人利用同一种生色团材料掺APC制成了环形结构的聚合物电光调制器，其 3dB 带宽仅为 7GHz，同年 Richard J.Michalak, Ymg-Hao Kuo, Larry R.Dalton等人利用同一种材料制成的高速调制器，其半波电压小于12V且能达到50GHz的响应频率。同时，Raluca Dinu, Danliang Jin等人用一种新型的生色团材料“DH-52”制成了高速聚合物电光调制器，其回波损耗(Sll)优于-10dB，其带宽为20 GHz ο对极化聚合物电光材料电光特性方面的研宄工作，也从未有过间断。2005年9月Dalton研宄小组采用接触式极化方式得到新材料的电光系数>300pm/V，据报道，2007年其有机聚合物电光材料的电光系数己突破1000pm/V，为聚合物电光调制器性能的提高提供了可靠的保障。二十一世纪以来，已经有不少公司开始推进有机聚合物电光调制器的商用化进程，其中以美国Lumera公司、PWC公司为这一行业的代表，各个公司陆续推出了各自基于不同聚合物材料的电光调制器商用器件。2007年，Lumera公司报道其商用化的调制器性能指标，带宽达到100GHz，其它性能指标与成熟的无机铌酸锂调制器不分伯仲。
[0006]这些研宄进展充分展示了国外同行在有机聚合物电光调制器的材料特性、制备工艺、调制器性能(超高速、超低驱动电压)等方面的巨大优势。国内已有不少高校及科研院从九十年代初就开始对有机聚合物电光材料进行了相关研宄，主要有中国科学院理化所、清华大学、吉林大学、武汉大学、哈尔滨工业大学和电子科技大学等。从事的研宄工作在于对国外提供的材料样品进行测试和分析，另一方面也通过自身的努力合成了具有自主知识产权的有机聚合物材料，这些工作为今后国内有机聚合物电光调制器的研宄打下基础。但是，与国外相比还有很大的差距。此外，对于有机聚合物集电光调制器制备工作方面的研宄，国内数家单位已制备出低频内的调制器原型器件，如中国科学院理化所、清华大学、吉林大学已有相关报道，但是仍然需要进一步优化工艺条件以制备出高性能的实用化器件。
[0007]通过设计电光材料以及光波导结构可以很好的改善电光调制器的特性。但是对于电光调制器，决定电光调制器特性的另一个重要因素是电极的结构。为了获得低的驱动电压，宽的带宽，低的微波损耗，电光调制器的电极需要仔细选择和设计。
[0008]微带线是一种比较成熟、流行的平面传输线，常用于有机聚合物电光调制器的电极结构中，具有易于制备和集成的优点。微带线电极结构容易得到均匀并且较强的电场，便于极化，提高有机聚合物的电光系数，降低调制器的半波电压。而共面波导电极有着宽带宽、极化简易、便于过渡到适合与信号接头连接等优点。微带线电极需要过渡到共面波导结构才能与信号接头连接。
[0009]然而微带线的场分布与共面波导的场分布完全不同，微带线的地电极在下，共面波导的地电极在上，当微带线过渡到共面波导，势必会因为场的不连续而产生损耗，影响3dB带宽。
[0010]因此，针对有机聚合物电光调制器，电极结构的优化对提高带宽具有重要意义。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提出一种新型的电极结构，通过改善从微带线到共面波导的场的不连续，保证电极的3dB带宽。
[0012]为了实现上述目的本发明采用以下技术方案:
一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构，包括衬底，有机聚合物层，有机聚合物层层上设置有连接在一起的微带线和共面波导，衬底与有机聚合物层之间还设置有地电极，地电极不覆盖共面波导在衬底的正投影面上。
[0013]上述技术方案中，有机聚合物层厚度为8-12微米。
[0014]上述技术方案中，共面波导的宽度从与微带线的连接端依次变宽。
[0015]因为本发明采用上述技术方案，因此具备以下有益效果:
本申请的结构中共面波导中间的导电极提起来和微带线处于同一平面。由于微带线这个平面和地电极所处平面高度很小，只有微米量级，故共面波导的结构基本不受影响，而新的共面波导由于导电极提起来了，它的电场也变为垂直方向，这样微带线电场与共面波导电场之间就不会有突变，保证了 3dB带宽。
[0016]共面波导提升的高度和微带线与其地电极之间的距离相同，大约为10微米左右。共面波导导电极逐渐变宽，在导电极正下方没有地电极。这种结构也易于加工。
[0017]与传统的金带过渡相比，电场过渡更为平缓，保证了 3dB带宽并且容易加工。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的立体图；
图2为本发明的衬底和地电极示意图。
【具体实施方式】
[0019]本发明的电极结构形状如图1所示，微带线的介质层与导带黏贴在共面波导的地电极上面，从而微带线与共面波导共用一个地电极，对共面波导结构进行微小的改变，使得共面波导导电极升高与微带线处于一个平面。
[0020]为了让微带线与共面波导连接，通过共面波导中心导带升高与微带线直接连接。这样就解决了从微带线到共面波导的场连续性的问题，从而保证了调制器的3dB带宽。
[0021]实施例1
一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构，包括衬底1，有机聚合物层3，其特征在于，有机聚合物层3层上设置有连接在一起的微带线4和共面波导5，衬底I与有机聚合物层3之间还设置有地电极2，地电极2不覆盖共面波导5在衬底I的正投影面上。
[0022]实施例2
一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构，包括衬底1，厚度为8-12微米的有机聚合物层3，其特征在于，有机聚合物层3层上设置有连接在一起的微带线4和共面波导5，衬底I与有机聚合物层3之间还设置有地电极2，地电极2不覆盖共面波导5在衬底I的正投影面上。
[0023]实施例3
一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构，包括衬底1，有机聚合物层3，其特征在于，有机聚合物层3层上设置有连接在一起的微带线4和共面波导5，衬底I与有机聚合物层3之间还设置有地电极2，地电极2不覆盖共面波导5在衬底I的正投影面上。共面波导5的宽度从与微带线4的连接端依次变宽。。
【主权项】
1.一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构，包括衬底(1)，有机聚合物层(3)，其特征在于，有机聚合物层(3)层上设置有连接在一起的微带线(4)和共面波导(5)，衬底(I)与有机聚合物层(3)之间还设置有地电极(2)，地电极(2)不覆盖共面波导(5)在衬底(I)的正投影面上。
2.根据权利要求1所述的一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构，其特征在于:有机聚合物层(3)厚度为8-12微米。
3.根据权利要求1所述的一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构，其特征在于:共面波导(5)的宽度从与微带线(4)的连接端依次变宽。
【专利摘要】本发明涉及电光调制器宽带电极领域，提供了一种提高有机聚合物电光调制器带宽的电极结构，其主旨在于提供一种通过改善从微带线到共面波导过渡场的不连续，保证电极具有大的3dB带宽。其包括衬底（1），有机聚合物层（3），其特征在于，有机聚合物层（3）层上设置有连接在一起的微带线（4）和共面波导（5），衬底（1）与有机聚合物层（3）之间还设置有地电极（2），地电极（2）覆盖微带线（4）在衬底（1）的正投影面上。
【IPC分类】G02F1-061
【公开号】CN104536163
【申请号】CN201510029831
【发明人】廖进昆, 潘阳骉, 尹根, 张晓霞, 刘永
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月21日