一种铌酸锂衬底的波长可调谐的调制器及其制造方法与流程

1.本发明属于调制器技术领域，具体涉及一种铌酸锂衬底的波长可调谐的调制器及其制造方法。


背景技术：

2.铌酸锂调制器利用铌酸锂晶体的电光效应并结合光电子集成工艺制作而成，因其具有高响应速度，低插入损耗以及低半波电压倍广泛应用在光纤通信，微波光子，光纤传感等领域。
3.申请号为202010032143.6公开了一种铌酸锂薄膜电光调制器，包括：衬底晶片、铌酸锂薄膜基板、光学波导、缓冲层薄膜、行波电极、晶体载块、光纤、微带电路陶瓷板、匹配电阻陶瓷板、封装管壳、射频连接器。
4.现有的铌酸锂调制器在使用时存在着以下方面的不足：
5.光纤使用胶水固定在晶体载块上，并使得光纤从封装管壳引出时，对光纤进行排线限位方面存在着不足。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种铌酸锂衬底的波长可调谐的调制器及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的光纤使用胶水固定在晶体载块上，并使得光纤从封装管壳引出时，对光纤进行排线限位方面存在着不足的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铌酸锂衬底的波长可调谐的调制器，包括衬底晶片、晶体载块、光纤、封装管壳和排线限位机构，所述晶体载块置于封装管壳内，所述光纤的一端和晶体载块连接，另一端贯穿封装管壳，所述衬底晶片的上表面设置有铌酸锂薄膜基板，且铌酸锂薄膜基板上设置有光学波导，所述铌酸锂薄膜基板的上表面设置有缓冲层薄膜，且缓冲层薄膜的上表面设置有行波电极，所述排线限位机构包括限位座、弹簧、抵块和凸耳，所述限位座的侧表面设置有对称分布的凸耳，且凸耳固定于封装管壳的内侧面，所述弹簧的一端和限位座的内侧面连接，另一端和抵块连接，所述光纤的一段置于限位座内，并与抵块相抵。
8.作为本发明的一种优选的技术方案，所述限位座为“凹”型结构，所述凸耳的表面开设有螺栓孔。
9.作为本发明的一种优选的技术方案，所述封装管壳包括第一管壳单体、第二管壳单体，所述第一管壳单体的侧表面设置有对称分布的第一固定耳，所述第二管壳单体的侧表面设置有对称分布的第二固定耳，所述第一固定耳和第二固定耳通过螺丝固定，所述第一管壳单体和第二管壳单体上设置有导向组件。
10.作为本发明的一种优选的技术方案，所述导向组件包括导槽、定位块、定位槽和导块，所述第一管壳单体的底部设置有定位块，且定位块的底部开设有导槽，所述第二管壳单体的顶部开设有和定位块相匹配的定位槽，且定位槽的槽底设置有和导槽相匹配的导块。
11.作为本发明的一种优选的技术方案，所述导块为柱形结构，所述导槽为柱形槽。
12.作为本发明的一种优选的技术方案，所述光学波导包括输入端直条波导、九十度弯曲波导、调制区波导和输出端直条波导，所述输入端直条波导和输出端直条波导分别置于铌酸锂薄膜基板上，并通过九十度弯曲波导和调制区波导连接，所述调制区波导包括第一输入端y分支波导、双臂直条波导、第二输出端y分支波导。
13.作为本发明的一种优选的技术方案，所述行波电极位于封装管壳的内部，且行波电极包括输入端电极、过渡区电极、输出端电极、调制区电极，所述输入端电极和输出端电极分别置于铌酸锂薄膜基板的左侧和右侧，且输入端电极和输出端电极通过过渡区电极、调制区电极连接。
14.作为本发明的一种优选的技术方案，还包括位于封装管壳内部的微带电路陶瓷板和匹配电阻陶瓷板，所述封装管壳的侧表面设置有射频连接器。
15.本发明还公开了一种铌酸锂衬底的波长可调谐的调制器的制造方法，所述制造方法如下：
16.步骤一：将铌酸锂薄膜基板设置在衬底晶片上，通过衬底晶片为铌酸锂薄膜基板提供机械支撑；
17.步骤二：将光学波导制作在铌酸锂薄膜基板中，采用局部掺杂、局部镀膜、脊形波导刻蚀工艺形成可以对光束进行局域性束缚的光学波导结构；
18.步骤三：在铌酸锂薄膜基板的上表面制作一层缓冲层薄膜；
19.步骤四：在缓冲层薄膜的上表面左右两侧分别制作行波电极；
20.步骤五：将衬底晶片、铌酸锂薄膜基板、光学波导、缓冲层薄膜、行波电极、晶体载块、微带电路陶瓷板、匹配电阻陶瓷板封装在封装管壳内，并在封装管壳的侧表面设置射频连接器。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.(1)通过设计的排线限位机构，利用限位座、弹簧、抵块和凸耳的搭配，增加了光纤的排线限位效果，解决了传统中的光纤排线限位不便的问题；
23.(2)通过设计的导向组件，增加了第一管壳单体和第二管壳单体连接时的定位，使得第一管壳单体和第二管壳单体安装更高效，从而实现了封装管壳的快速拆装。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图；
25.图2为本发明的图1中的g区放大结构示意图；
26.图3为本发明的封装管壳正视局部剖视结构示意图；
27.图4为本发明的图3中的m区放大结构示意图；
28.图5为本发明的光学波导结构示意图；
29.图6为本发明的调制区横截面结构示意图；
30.图中：1、衬底晶片；2、铌酸锂薄膜基板；3、光学波导；3
‑
1、输入端直条波导；3
‑
2、九十度弯曲波导；3
‑
3、调制区波导；3
‑3‑
1、第一输入端y分支波导；3
‑3‑
2、双臂直条波导；3
‑3‑
3、第二输出端y分支波导；3
‑
4、输出端直条波导；4、缓冲层薄膜；5、行波电极；5
‑
1、输入端电极；5
‑
2、过渡区电极；5
‑
3、输出端电极；5
‑
5、调制区电极；6、晶体载块；7、光纤；8、微带电路
陶瓷板；9、匹配电阻陶瓷板；10、封装管壳；10
‑
1、第一管壳单体；10
‑
2、第二管壳单体；11、射频连接器；12、限位座；13、弹簧；14、抵块；15、凸耳；16、第一固定耳；17、第二固定耳；18、导槽；19、定位块；20、定位槽；21、导块。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发明提供一种技术方案：一种铌酸锂衬底的波长可调谐的调制器，包括衬底晶片1、晶体载块6、光纤7、封装管壳10和排线限位机构，晶体载块6置于封装管壳10内，光纤7的一端和晶体载块6连接，另一端贯穿封装管壳10，衬底晶片1的上表面设置有铌酸锂薄膜基板2，且铌酸锂薄膜基板2上设置有光学波导3，铌酸锂薄膜基板2的上表面设置有缓冲层薄膜4，且缓冲层薄膜4的上表面设置有行波电极5，排线限位机构包括限位座12、弹簧13、抵块14和凸耳15，限位座12的侧表面设置有对称分布的凸耳15，且凸耳15固定于封装管壳10的内侧面，弹簧13的一端和限位座12的内侧面连接，另一端和抵块14连接，光纤7的一段置于限位座12内，并与抵块14相抵，光纤7进行排线限位时，光纤7插入限位座12内，光纤7插入时对抵块14施压，抵块14受压压缩弹簧13，弹簧13受压压缩并复位，复位后的弹簧13带动抵块14抵在光纤7上，增加了光纤7的排线限位效果，解决了传统中的光纤7排线限位不便的问题。
33.本实施例中，优选的，限位座12为“凹”型结构，凸耳15的表面开设有螺栓孔，便于通过螺栓穿过螺栓孔，将凸耳15和封装管壳10安装稳固。
34.本实施例中，优选的，封装管壳10包括第一管壳单体10
‑
1、第二管壳单体10
‑
2，第一管壳单体10
‑
1的侧表面设置有对称分布的第一固定耳16，第二管壳单体10
‑
2的侧表面设置有对称分布的第二固定耳17，第一固定耳16和第二固定耳17通过螺丝固定，第一管壳单体10
‑
1和第二管壳单体10
‑
2上设置有导向组件，导向组件包括导槽18、定位块19、定位槽20和导块21，第一管壳单体10
‑
1的底部设置有定位块19，且定位块19的底部开设有导槽18，第二管壳单体10
‑
2的顶部开设有和定位块19相匹配的定位槽20，且定位槽20的槽底设置有和导槽18相匹配的导块21，第一管壳单体10
‑
1和第二管壳单体10
‑
2连接时，第一管壳单体10
‑
1底部的定位块19插入第二管壳单体10
‑
2顶部开设的定位槽20内，并使得定位槽20槽底的导块21插入定位块19底部开设的导槽18内，增加了第一管壳单体10
‑
1和第二管壳单体10
‑
2连接时的定位，使得第一管壳单体10
‑
1和第二管壳单体10
‑
2安装更高效。
35.本实施例中，优选的，导块21为柱形结构，导槽18为柱形槽，便于导块21和导槽18的搭配。
36.本实施例中，优选的，光学波导3包括输入端直条波导3
‑
1、九十度弯曲波导3
‑
2、调制区波导3
‑
3和输出端直条波导3
‑
4，输入端直条波导3
‑
1和输出端直条波导3
‑
4分别置于铌酸锂薄膜基板2上，并通过九十度弯曲波导3
‑
2和调制区波导3
‑
3连接，调制区波导3
‑
3包括第一输入端y分支波导3
‑3‑
1、双臂直条波导3
‑3‑
2、第二输出端y分支波导3
‑3‑
3；其中，输入端直条波导3
‑
1与铌酸锂薄膜基板2的底边垂直，光波沿波导结构由铌酸锂薄膜基板2的底
边向中部传输；九十度弯曲波导3
‑
2放置于输入端直条波导3
‑
1与第一输入端y分支波导3
‑3‑
1之间，用以连接此两段光学波导结构；第一输入端y分支波导3
‑3‑
1用于实现光波的分束，并分别与双臂直条波导3
‑3‑
2的两臂连接，双臂直条波导3
‑3‑
2用于实现电光调制；双臂直条波导3
‑3‑
2的尾端与第二输出端y分支波导3
‑3‑
3连接，用于将双臂直条波导3
‑3‑
2中传输的光波进行合束；另一段九十度弯曲波导3
‑
2放置于第二输出端y分支波导3
‑3‑
3与输出端直条波导3
‑
4之间，用于将光束导入输出端直条波导3
‑
4中；输出端直条波导3
‑
4与铌酸锂薄膜基板2的底边垂直，光波沿波导结构由铌酸锂薄膜基板2的中部向底边传输。
37.本实施例中，优选的，行波电极5位于封装管壳10的内部，且行波电极5包括输入端电极5
‑
1、过渡区电极5
‑
2、输出端电极5
‑
3、调制区电极5
‑
5，输入端电极5
‑
1和输出端电极5
‑
3分别置于铌酸锂薄膜基板2的左侧和右侧，且输入端电极5
‑
1和输出端电极5
‑
3通过过渡区电极5
‑
2、调制区电极5
‑
5连接；其中，输入端电极5
‑
1、过渡区电极5
‑
2、输出端电极5
‑
3和调制区电极5
‑
5均为共面波导结构；调制区电极5
‑
5中的信号电极放置于双臂直条波导3
‑3‑
2的中间，2支地电极分别放置于双臂直条波导3
‑3‑
2的外侧，构成推挽式电极结构；调制区电极5
‑
3中的信号电极的宽度在10wn至100wn,调制区电极5
‑
3中的信号电极的右边缘与右侧地电极的左边缘的间距在10wn至30wn,调制区电极5
‑
3中的信号电极的左边缘与左侧地电极的右边缘的间距在10wn至30wn；输入端电极5
‑
1和输出端电极5
‑
3中的信号电极的宽度不小于调制电极5
‑
3中的信号电极的宽度；输入端电极5
‑
1、输出端电极5
‑
3与调制电极5
‑
3之间分别放置有一段过渡区电极5
‑
2，用于实现输入端电极5
‑
1的电极结构尺寸和输出端电极5
‑
3的电极结构尺寸向调制电极5
‑
3的电极结构尺寸的过渡以及各部分电极结构中的特征阻抗的过渡；若输入端电极5
‑
1和输出端电极5
‑
3的信号电极宽度大于调制电极5
‑
3的信号电极宽度，则过渡区电极5
‑
2的信号电极采用锥形结构，即信号电极宽度由调制电极5
‑
3的信号电极宽度线性地变宽至输入端电极5
‑
1和输出端电极5
‑
3的信号电极宽度；若输入端电极5
‑
1和输出端电极5
‑
3的信号电极宽度等于调制电极5
‑
3的信号电极宽度，则过渡区电极5
‑
2的信号电极的宽度与调制电极5
‑
3的信号电极宽度保持一致。
38.本实施例中，优选的，晶体载块6分别与输入端直条波导3
‑
1和输出端直条波导3
‑
4连接。
39.本实施例中，优选的，还包括位于封装管壳10内部的微带电路陶瓷板8和匹配电阻陶瓷板9，封装管壳10的侧表面设置有射频连接器11；微带电路陶瓷板8用于实现微波信号的输入；匹配电阻陶瓷板9用于实现微波信号的吸收。
40.一种铌酸锂衬底的波长可调谐的调制器的制造方法，包括如下步骤：
41.步骤一：将铌酸锂薄膜基板2设置在衬底晶片1上，通过衬底晶片1为铌酸锂薄膜基板2提供机械支撑；
42.步骤二：将光学波导3制作在铌酸锂薄膜基板2中，采用局部掺杂、局部镀膜、脊形波导刻蚀工艺形成可以对光束进行局域性束缚的光学波导结构；
43.步骤三：在铌酸锂薄膜基板2的上表面制作一层缓冲层薄膜4；
44.步骤四：在缓冲层薄膜4的上表面左右两侧分别制作行波电极5；
45.步骤五：将衬底晶片1、铌酸锂薄膜基板2、光学波导3、缓冲层薄膜4、行波电极5、晶体载块6、微带电路陶瓷板8、匹配电阻陶瓷板9封装在封装管壳10内，并在封装管壳10的侧表面设置射频连接器11。
46.缓冲层薄膜4放置于铌酸锂薄膜基板2上方，用于隔离放置于光学波导3正上方的行波电极5，避免行波电极5对光学波导3造成的光能量吸收。
47.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。