一种基于薄膜铌酸锂(TFLN)的90°光学混频器的制备及耦合方法与流程

本发明涉及光通信器件制造，具体涉及一种基于薄膜铌酸锂(tfln)的90°光学混频器的制备及耦合方法。

背景技术：

1、90°光学混频器是相干光通信系统中的关键器件，其性能对光通信系统的信号处理质量和传输效率有着重要影响。传统的90°光学混频器在制备过程中存在工艺复杂、精度难以控制等问题，导致器件的一致性和稳定性较差。在光耦合方面，现有的耦合方法存在耦合效率低、相位误差大等不足，无法满足高速、大容量光通信的发展需求。

2、随着薄膜铌酸锂(tfln)材料因其优异的光学性能和电光特性，在光电子器件领域得到广泛关注。然而，目前基于tfln的90°光学混频器在制备工艺和耦合技术上仍有待完善，亟需一种高效、精确的制备及耦合方法来提升器件性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于tfln的90°光学混频器的制备及耦合方法，以解决现有技术中存在的制备工艺复杂、耦合效率低、相位误差大等问题，提高光学混频器的性能和可靠性。

2、本发明的制备方法具体步骤如下：

3、1.tfln衬底准备：选取高质量的tfln衬底，依次使用丙酮、乙醇和去离子水对其进行超声清洗，每个清洗步骤持续15-20分钟，去除衬底表面的油污、杂质和灰尘，确保衬底表面洁净，为后续工艺提供良好基础。

4、2.波导结构制作：在清洁后的tfln衬底表面通过旋转涂覆光刻胶，旋转速度为3000-4000转/分钟，旋转时间为30-40秒，形成厚度约1-1.5μm的均匀光刻胶薄膜。然后将设计好的波导结构图案掩模板覆盖在衬底上，利用紫外光刻设备进行曝光，曝光时间为10-15秒。曝光后放入配套显影液中显影1-2分钟，去除未曝光部分光刻胶。接着采用离子束刻蚀技术制作波导结构，离子束能量控制在400-600ev，束流密度为8-12ma/cm2，刻蚀时间根据波导设计深度确定，一般为20-30分钟，刻蚀完成后用去胶液浸泡10-15分钟去除残留光刻胶。

5、3.电极制作：在波导的第一相移臂和第二相移臂上，通过电子束蒸发技术沉积金属钛制作电极。将衬底放入电子束蒸发设备，设置蒸发温度为1000-1200℃，金属钛蒸发速率为0.5-1nm/s，沉积厚度为0.2-0.3μm形成金属钛薄膜。之后再次涂覆光刻胶，重复光刻曝光和显影步骤形成电极图案，采用湿法或干法刻蚀去除多余金属钛，制作出宽度2-5μm，间距1-3μm的电

6、4.电极控制模块集成：将制作好的电极与预先设计制作的包含高精度电压源和反馈控制电路的电极控制模块，通过金丝键合或合适方式相连。

7、本发明的耦合方法具体步骤如下：

8、1.光输入耦合：将外部的信号光和本振光分别通过光纤与信号光输入波导和本振光输入波导采用端面耦合方式连接。利用光纤对准设备将光纤端面与波导输入端面精确对准，控制对准精度在±1μm以内，通过三维微动平台调节光纤位置和角度，实时监测输入波导输出端光功率，优化耦合效率至85％以上。

9、2.分光与合波耦合：信号光和本振光进入由tfln材料制作的定向耦合器进行分光与合波。精确控制定向耦合器的耦合长度、波导间距等参数，确保分光比达到设计要求(如接近50:50)，并保证合波过程低损耗、高耦合效率，控制输出光信号功率一致性偏差在±5％以内。

10、3.相位调节与耦合优化：利用电极控制模块调节第一相移臂和第二相移臂电极上的电压，采用pid控制算法根据光信号相位监测结果实时调整电压，实现精确相位调节。同步监测输出光信号的耦合效率和功率一致性，对耦合过程进行优化，使输出光信号相位误差小于±1°，耦合效率达到90％以上。

1.一种基于tfln的90°光学混频器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子束刻蚀技术中，离子束能量为400-600ev，束流密度为8-12ma/cm2，刻蚀时间为20-30分钟。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电子束蒸发技术沉积金属钛时，蒸发温度为1000-1200℃，金属钛蒸发速率为0.5-1nm/s，沉积厚度为0.2-0.3μm。

4.一种基于tfln的90°光学混频器的耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的耦合方法，其特征在于，所述光输入耦合中，控制光纤与波导对准精度在±1μm以内，使耦合效率达到85％以上。

6.根据权利要求4所述的耦合方法，其特征在于，所述分光与合波耦合中，控制输出光信号的功率一致性偏差在±5％以内。

7.根据权利要求4所述的耦合方法，其特征在于，所述相位调节与耦合优化中，使输出光信号的相位误差小于±1°，耦合效率达到90％以上。