【摘要】：作為大容量光纖傳輸系統(tǒng)和高速光電信息處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件,電光調(diào)制器成為了國內(nèi)外研究的熱點,目前迫切需要研制小尺寸的高速電光調(diào)制器。本文選取了PLZT(鋯鈦酸鉛鑭,Pb_(1-x)La_x(Zr_yTi_(1-y))_(1-x/4)O_3)鐵電陶瓷薄膜材料作為研究對象,重點對集成化PLZT電光調(diào)制器及其行波電極系統(tǒng)進行了設(shè)計與制備,并對其工作特性進行了測試。PLZT是一種較為新型的透明鐵電陶瓷材料,其電光系數(shù)大、折射率高、透光性好,用其制備的電光器件具有半波電壓小、功耗低、偏振不敏感等優(yōu)點。本文設(shè)計基于PLZT薄膜的脊型光波導(dǎo)結(jié)構(gòu),利用有效折射率法計算介質(zhì)的有效折射率參數(shù)。該參數(shù)不僅對光波導(dǎo)設(shè)計有參考價值,也對電極系統(tǒng)中波速匹配和阻抗匹配產(chǎn)生重要影響。在對光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計中,采用馬赫-曾德(M-Z)干涉儀結(jié)構(gòu)作為調(diào)制器電光相互作用區(qū),利用光束傳播法模擬計算出光波導(dǎo)性能參數(shù)并對其進行優(yōu)化,模擬結(jié)果顯示在光波導(dǎo)脊高0.6μm,調(diào)制臂長度為10mm時,可以達到的調(diào)制深度超過了90%。電極結(jié)構(gòu)是影響電光調(diào)制器的關(guān)鍵因素,本文根據(jù)微波傳輸線基本理論,利用HFSS對PLZT電光調(diào)制器的電極系統(tǒng)進行了仿真設(shè)計。采用共面波導(dǎo)(CPW)型的行波電極結(jié)構(gòu),對金電極厚度、電極寬度、電極間距、緩沖層厚度對波速匹配和特征阻抗的影響進行了詳細研究,利用它們之間的變化關(guān)系優(yōu)化設(shè)計電極尺寸。對相互作用區(qū)、過渡區(qū)、接口區(qū)進行了分塊設(shè)計,并結(jié)合S參數(shù),對相互作用區(qū)長度、過渡區(qū)倒角半徑、接口區(qū)直線距離進行設(shè)計優(yōu)化,最終得到3dB帶寬為10GHz左右,半波電壓為20.6V,整體尺寸不超過1cm~2的CPW行波電極系統(tǒng)。最后,通過紫外光刻、等離子反應(yīng)刻蝕、電鍍、切割拋光等工藝流程制備出了PLZT電光調(diào)制器樣品,利用光波測試系統(tǒng)、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、光譜儀等設(shè)備搭建測試平臺,對制備出的調(diào)制器樣品進行了性能測試。測試得到芯片片上損耗為10.83dB、半波電壓為24V左右、帶寬為2GHz,實驗結(jié)果與模擬結(jié)果基本相符。
【圖文】：

圖 1-2 目前已商用的 1550nm 波段的 40GHz 鈮酸鋰調(diào)制器爾實驗室 S.E.Miller 首次提出了“集成光學(xué)”的概念[學(xué)器件已進入大規(guī)模應(yīng)用階段。然而因為 LiNbO3材料與其它器件如光耦合器等集成在同一基底上，無法在集始尋找可以進行集成的電光材料。加州大學(xué)洛杉磯分校電子工程系的王文生與道爾頓等人器，，其 3dB 帶寬為 18GHz；1995 年，他們又將同一調(diào) 40GHz，解決方法就是采用了微沖接頭和光外差方法提高了很多。在上世紀 90 年代飛速發(fā)展的時期，因為越好，人們都確信電光聚合物材料調(diào)制器能夠很快走。然而之后的很長一段時間里，聚合物電光調(diào)制器的發(fā)電光材料的穩(wěn)定性和損耗等問題一直沒有得到很好地料穩(wěn)定性差，并且在生產(chǎn)時需要人工對其進行電極化

圖 1-3 Si 基 PLZT 光波導(dǎo)調(diào)制器Mercante 團隊制作出了基于薄膜 L限性，但其實現(xiàn)了 110GHz 的超與想象。高校及科研院所對電光調(diào)制器進大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和電子科品進行測試和分析，另一方面也器件。但是，與國外相比仍存在制備出高性能的實用化器件。制器及其行波電極系統(tǒng)進行分析
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN761

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本文編號：2611794