Page 34 - 网络电信2024年7月刊

解决方案

换传输损耗。如图3所示，CS1表明SiON支持的TE0/TM0模式和 调制器而言，还需要对GSG行波电极、波导保护层（spacer），
具有3.2µm MFD的UHNAF支持的模式几乎完全重叠。所以，光可 上包层（cladding）等进行制备，制备流程图如图5所示。首先
以有效地从UHNAF耦合到CLDWG。然后，模式从CS2和CS3，逐渐 对LNOI晶圆进行有机无机清洗及镀金属掩膜，之后进行匀胶及
“吸收”到下层平板区的LN锥体中。之后，模式继续进行绝热 EBL曝光，之后进行ICP刻蚀工艺，缓冲层镀膜工艺，开窗口工
传输，逐渐转变成上层LNOI脊形波导所支持的单模模场分布。 艺，电子束蒸发镀电极，最后制备包层和电极Pad开窗口。
CLDWG和双层倒锥形结构的尺寸参数均在图中标出。优化过后的
参数如表1所示。 制备出相位调制器芯片之后，通过对芯片Pad、高频传输
线，匹配电阻，RF接口等进行引线键合，并对整个器件进行平
3 LNOI调制器电学仿真 行封焊，制备得到的单颗芯片及最终封装好的器件如图6所示。

对于高速相位调制器而言，调制带宽决定了器件能够给光 图4(a) 1V电压下波导区域的静电场分布
波加载信息的容量，是整个器件最重要的技术指标，因此除了
上述光信号传输路径的设计之外，必须对调制电极及其与光波
导位置关系进行严格的建模仿真及理论计算。下面将结合调制
相应理论和建模仿真结果对上述因素相关结构参数进行仿真设
计和优化。

下面主要侧重于对小信号调制响应理论相关影响因素和有
限元仿真理论及设计进行分析。行波电极相当于传输线，整体
处于分布参数状态，应用传输线理论可以推导出调制器的电光
响应。

其中 图4(b) 调制器的电光响应的仿真曲线

Zo、ZL、ZG分别指电极特性阻抗、负载阻抗、信号源阻抗， 图5 相位调制器制备流程示意图
RL、RG为负载电阻、信号源内阻（直流时的阻抗值），αm为电
极的损耗，nm为微波折射率，no为光波的折射率，ω为角频率，
c0为光速。由式（1）可以看出，调制器带宽主要由电极参数
（包含电极特性阻抗Z0、调制器长度L、损耗αm及微波的折射
率nm）、光学参数（光波折射率no）、信号源参数（信号源内
阻ZG）和负载参数（负载阻抗RL）四部分决定。根据上述各类
因素对调制带宽影响的规律，本项目利用有限元方法（Finite

Element Method,FEM）设计共面波导电极（CPW）结构，得到如

下的静电场分布和带宽曲线，通过仿真得到的理想情况下3 db

带宽理论值在40 G以上，半波电压为5.2 V左右，如图4所示。

4 实验制备及封装测试 之对器件的光电性能进行相关测试。其中半波电压和调制
带宽主要通过边带光谱分析法[15]进行，测试结果如图7所示。
按照上述设计结果，对LNOI相位调制器进行了制备及封装 最终得到调制器芯片长度为22 mm，封装后器件总长度为35

测试。除了上述提到的单模波导、端面耦合器制备，对于相位

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