一种基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器

1.本发明涉及集成光电子器件技术领域，特别是涉及一种基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器。

背景技术：

2.数据中心容量近年来急剧增加，而硅基光电子技术是能解决该问题的重要发展方向。其中，硅基电光调制器是将电信号转换为光信号的重要功能器件。常见的硅基调制器主要依靠载流子散效应来实现调制功能，通过电信号改变调制波导中载流子分布情况从而最终影响器件的输出光强，实现电信号向光信号的转变。根据光学结构主要有马赫曾德尔干涉型调制器(mach-zehnder interferometer，mzi)和微环谐振腔型(micro ring resonant,mrr)两种调制器。马赫曾德尔干涉型调制器光学带宽大，但是同时尺寸较大，而微环谐振腔型调制器虽然尺寸小但是工艺要求高，对温度敏感。
3.现有公开专利文献cn113867014a公开了一种弯折型电光调制器及其制作方法，其只是单纯弯曲器件缩短了整个调制器的长度，但是由于其同时弯曲电极，使得器件横向尺寸增大，并且该方案利用行波电极加载方式，如此会增加行波电极微波损耗对器件性能产生负面影响。

技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，在缩短器件长度的同时，不增大宽度，且能提高器件的带宽性能。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，包括光波导部分和电极部分，所述光波导部分包括：多模干涉耦合器、生长在第一平板区上的第一波导、生长在第二平板区上的第二波导；所述多模干涉耦合器的第一输出波导与所述第一波导的一端相连，第二输出波导与所述第二波导相连；所述第一波导的另一端连接第一反射结构，所述第二波导的另一端连接第二反射结构；所述第一波导和第二波导均至少有一个折弯并形成u型区域；所述电极部分包括上金属层、下金属层和桥型电磁线圈，所述下金属层布置在所述第二波导外侧以及所述第二波导形成的u型区域之间，并通过第一连接与所述第二平板区连接；所述上金属层位于所述下金属层上方，并通过第二连接与所述下金属层连接；所述上金属层还与所述桥型电磁线圈相连，所述桥型电磁线圈一端与信号输入端相连，另一端与终端电阻的一端连接，所述终端电阻的另一端与所述上金属层连接。
6.位于所述第二波导外侧的上金属层中的一个在所述第二平板区的长度方向上分为第一子上金属层和第二子上金属层，所述桥型电磁线圈通过连接金属层穿过所述第一自上金属层和第二子上金属层之间的间隙与位于所述第二波导形成的u型区域之间的上金属层相连。
7.所述第一平板区和第二平板区均为硅平板区，厚度为220nm。
8.所述第一波导和第二波导均为硅波导，厚度为90nm。
9.所述上金属层、下金属层、第一连接和第二连接均采用铝材料制成。
10.所述终端电阻为tin层。
11.有益效果
12.由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的波导部分采用折叠迈克尔逊结构，折叠迈克尔逊结构的电光调制器相当于在mzi调制器基础上将调制器长度减小为原来的四分之一，解决了原始调制器尺寸大的问题，同时其具有工艺容差大，温度不敏感的优势，本发明的电极部分通过引入桥型电磁线圈来改善器件pn结电容两端电压随频率的变化情况，从而提高器件的带宽性能，使得器件能应用在更高速率的光通讯场景。
附图说明
13.图1是本发明实施方式的集总型折叠迈克尔逊电光调制器的结构示意图；
14.图2是本发明实施方式的集总型折叠迈克尔逊电光调制器的俯视示意图。
具体实施方式
15.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
16.本发明的实施方式涉及一种基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，如图1和图2所示，包括光波导部分和电极部分。
17.所述光波导部分包括：多模干涉耦合器1、生长在第一平板区2上的第一波导3、生长在第二平板区4上的第二波导5；所述多模干涉耦合器1的第一输出波导与所述第一波导3的一端相连，第二输出波导与所述第二波导5相连；所述第一波导3的另一端连接第一反射结构6，所述第二波导5的另一端连接第二反射结构7；所述第一波导3和第二波导5均至少有一个折弯并形成u型区域。本实施方式中，第一平板区2和第二平板区4均为硅平板区，其厚度为220nm，第一波导和第二波导均为硅波导，其厚度为90nm。第一反射结构6和第二反射结构7的作用均是将传播到波导末端的光进行完全反射，并让其按原路返回。
18.如图1和图2所示，光从多模干涉(multimode interference，mmi)耦合器的上端口输入被分成上、下两路光，上路光由第一输出波导输出，下路光由第二输出波导输出。两路光经过调制区域后在第一波导3(第二波导5)的末端的第一反射结构6(第二反射结构7)反射，并按原路返回再次接受信号调制，最终两束光回到mmi耦合器中进行合束，由于相位变化，合束后的光从mmi耦合器的下端口输出。由此可见，通过折叠波导以及迈克尔逊结构的应用，能大大缩短器件的长度，从而提高芯片集成度，同时由于长度缩短调制器能应用集总电极方式。本实施方式的波导部分采用折叠迈克尔逊结构，折叠迈克尔逊结构的电光调制器相当于在mzi调制器基础上将调制器长度减小为原来的四分之一，解决了原始调制器尺寸大的问题，同时其具有工艺容差大，温度不敏感的优势。
19.所述电极部分包括上金属层8、下金属层9和桥型电磁线圈10，所述下金属层9布置
在所述第二波导5外侧以及所述第二波导5形成的u型区域之间，并通过第一连接11与所述第二平板区4连接；所述上金属层8位于所述下金属层9上方，并通过第二连接12与所述下金属层9连接；所述上金属层8还与所述桥型电磁线圈10相连，所述桥型电磁线圈10一端与信号输入端13相连，另一端与终端电阻14的一端连接，终端电阻14的另一端与上金属层8连接。
20.本实施方式的电极部分主要由两金属层构成，上金属层8、下金属层9、第一连接11和第二连接12均可以采用铝材料制成。为了使信号能够有效传输，本实施方式中在桥型电磁线圈10的另一端增加终端电阻14，该终端电阻14可以是tin层。
21.本实施方式的电极部分通过引入桥型电磁线圈来改善器件pn结电容两端电压随频率的变化情况，从而提高器件的带宽性能，使得器件能应用在更高速率的光通讯场景。本实施方式中位于所述第二波导5外侧的上金属层8中的一个在所述第二平板区4的长度方向上分为第一子上金属层81和第二子上金属层82，所述桥型电磁线圈10通过连接金属层15穿过所述第一自上金属层81和第二子上金属层82之间的间隙与位于所述第二波导5形成的u型区域之间的上金属层8相连。通过该方式将桥型电磁线圈10与上金属层8进行连接，这样能够使电磁线圈的三端口满足信号输入端13输入信号，连接金属层15通过u型区域之间的上金属层8实现与第二平板区4的连接，而另一端口连接终端电阻14。
22.本发明的实施方式的基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器的制备过程与cmos工艺兼容，在soi晶圆上刻蚀形成平板区和硅波导后，沉积二氧化硅，然后在第一连接11的位置刻蚀出通孔并沉积金属，并形成下金属层9、第一连接11以及终端电阻，再沉积二氧化硅，在第二连接12的位置刻蚀出通孔并沉积金属，形成第二连接12以及上金属层8，将上金属层8和终端电阻与桥型电磁线圈10连接。
23.不难发现，本发明将桥型电磁线圈与折叠迈克尔逊结构相结合，折叠迈克尔逊型电光调制器相比传统马赫曾德尔调制器其电极长度小，满足集总电极的使用限制，因此能将该器件与桥型电磁线圈相结合，提高整体器件的带宽性能，同时保留器件较低的调制效率。

技术特征：

1.一种基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，包括光波导部分和电极部分，其特征在于，所述光波导部分包括：多模干涉耦合器、生长在第一平板区上的第一波导、生长在第二平板区上的第二波导；所述多模干涉耦合器的第一输出波导与所述第一波导的一端相连，第二输出波导与所述第二波导相连；所述第一波导的另一端连接第一反射结构，所述第二波导的另一端连接第二反射结构；所述第一波导和第二波导均至少有一个折弯并形成u型区域；所述电极部分包括上金属层、下金属层和桥型电磁线圈，所述下金属层布置在所述第二波导外侧以及所述第二波导形成的u型区域之间，并通过第一连接与所述第二平板区连接；所述上金属层位于所述下金属层上方，并通过第二连接与所述下金属层连接；所述上金属层还与所述桥型电磁线圈相连，所述桥型电磁线圈一端与信号输入端相连，另一端与终端电阻一端连接，所述终端电阻的另一端与所述上金属层连接。2.根据权利要求1所述的基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，其特征在于，位于所述第二波导外侧的上金属层中的一个在所述第二平板区的长度方向上分为第一子上金属层和第二子上金属层，所述桥型电磁线圈通过连接金属层穿过所述第一自上金属层和第二子上金属层之间的间隙与位于所述第二波导形成的u型区域之间的上金属层相连。3.根据权利要求1所述的基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，其特征在于，所述第一平板区和第二平板区均为硅平板区，厚度为220nm。4.根据权利要求1所述的基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，其特征在于，所述第一波导和第二波导均为硅波导，厚度为90nm。5.根据权利要求1所述的基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，其特征在于，所述上金属层、下金属层、第一连接和第二连接均采用铝材料制成。6.根据权利要求1所述的基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，其特征在于，所述终端电阻为tin层。

技术总结

本发明涉及一种基于桥型电磁线圈的集总型折叠迈克尔逊电光调制器，包括光波导部分和电极部分，所述光波导部分包括：多模干涉耦合器、生长在第一平板区上的第一波导、生长在第二平板区上的第二波导；其中，第一波导和第二波导均至少有一个折弯并形成U型区域；电极部分包括上金属层、下金属层和桥型电磁线圈，下金属层布置在第二波导外侧以及第二波导形成的U型区域之间，并通过第一连接与第二平板区连接；上金属层位于下金属层上方，并通过第二连接与下金属层连接；上金属层还与桥型电磁线圈相连，桥型电磁线圈一端与信号输入端相连，另一端与终端电阻一端连接，终端电阻的另一端与上金属层连接。本发明能够减小尺寸，并且提高器件的带宽性能。高器件的带宽性能。高器件的带宽性能。