PLZT波导电光调制器及其行波电极系统设计与优化

发布时间：2020-04-02 09:54

【摘要】：作为大容量光纤传输系统和高速光电信息处理系统中的关键器件,电光调制器成为了国内外研究的热点,目前迫切需要研制小尺寸的高速电光调制器。本文选取了PLZT(锆钛酸铅镧,Pb_(1-x)La_x(Zr_yTi_(1-y))_(1-x/4)O_3)铁电陶瓷薄膜材料作为研究对象,重点对集成化PLZT电光调制器及其行波电极系统进行了设计与制备,并对其工作特性进行了测试。PLZT是一种较为新型的透明铁电陶瓷材料,其电光系数大、折射率高、透光性好,用其制备的电光器件具有半波电压小、功耗低、偏振不敏感等优点。本文设计基于PLZT薄膜的脊型光波导结构,利用有效折射率法计算介质的有效折射率参数。该参数不仅对光波导设计有参考价值,也对电极系统中波速匹配和阻抗匹配产生重要影响。在对光波导结构参数的设计中,采用马赫-曾德(M-Z)干涉仪结构作为调制器电光相互作用区,利用光束传播法模拟计算出光波导性能参数并对其进行优化,模拟结果显示在光波导脊高0.6μm,调制臂长度为10mm时,可以达到的调制深度超过了90%。电极结构是影响电光调制器的关键因素,本文根据微波传输线基本理论,利用HFSS对PLZT电光调制器的电极系统进行了仿真设计。采用共面波导(CPW)型的行波电极结构,对金电极厚度、电极宽度、电极间距、缓冲层厚度对波速匹配和特征阻抗的影响进行了详细研究,利用它们之间的变化关系优化设计电极尺寸。对相互作用区、过渡区、接口区进行了分块设计,并结合S参数,对相互作用区长度、过渡区倒角半径、接口区直线距离进行设计优化,最终得到3dB带宽为10GHz左右,半波电压为20.6V,整体尺寸不超过1cm~2的CPW行波电极系统。最后,通过紫外光刻、等离子反应刻蚀、电镀、切割抛光等工艺流程制备出了PLZT电光调制器样品,利用光波测试系统、矢量网络分析仪、光谱仪等设备搭建测试平台,对制备出的调制器样品进行了性能测试。测试得到芯片片上损耗为10.83dB、半波电压为24V左右、带宽为2GHz,实验结果与模拟结果基本相符。
【图文】：

图 1-2 目前已商用的 1550nm 波段的 40GHz 铌酸锂调制器尔实验室 S.E.Miller 首次提出了“集成光学”的概念[学器件已进入大规模应用阶段。然而因为 LiNbO3材料与其它器件如光耦合器等集成在同一基底上，无法在集始寻找可以进行集成的电光材料。加州大学洛杉矶分校电子工程系的王文生与道尔顿等人器，，其 3dB 带宽为 18GHz；1995 年，他们又将同一调 40GHz，解决方法就是采用了微冲接头和光外差方法提高了很多。在上世纪 90 年代飞速发展的时期，因为越好，人们都确信电光聚合物材料调制器能够很快走。然而之后的很长一段时间里，聚合物电光调制器的发电光材料的稳定性和损耗等问题一直没有得到很好地料稳定性差，并且在生产时需要人工对其进行电极化

图 1-3 Si 基 PLZT 光波导调制器Mercante 团队制作出了基于薄膜 L限性，但其实现了 110GHz 的超与想象。高校及科研院所对电光调制器进大学、哈尔滨工业大学和电子科品进行测试和分析，另一方面也器件。但是，与国外相比仍存在制备出高性能的实用化器件。制器及其行波电极系统进行分析
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN761

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本文编号：2611794