阅读说明：本技术 Mz调制器中的rf啁啾降低 (RF chirp reduction in MZ modulators ) 是由 N·D·威特布莱德 S·琼斯 于 2018-09-24 设计创作，主要内容包括：一种用于平衡的推挽式马赫-曾德尔调变器的波导结构。该波导结构包括多个层。所述多个层依次包括：绝缘或半绝缘衬底；下包覆层；波导芯层；以及上包覆层。所述下包覆层、波导芯层和上包覆层被蚀刻以形成：信号波导和接地波导,他们通过所述下包覆层连接；以及信号线和接地线,每个都位于相应的波导附近,并且每个都经由在所述下包覆层的平面中连接的一个或多个相应的电阻结构而被连接到所述相应的波导。(A waveguide structure for a balanced push-pull Mach-Zehnder modulator. The waveguide structure includes a plurality of layers. The plurality of layers sequentially comprises: an insulating or semi-insulating substrate; a lower cladding layer; a waveguide core layer; and an upper cladding layer. The lower cladding layer, waveguide core layer, and upper cladding layer are etched to form: a signal waveguide and a ground waveguide connected by the lower cladding layer; and signal and ground lines, each located near a respective waveguide, and each connected to the respective waveguide via one or more respective resistive structures connected in the plane of the lower cladding layer.)

MZ调制器中的RF啁啾降低

技术领域

本发明涉及马赫-曾德尔干涉仪。特别地，本发明涉及一种用于马赫-曾德尔干涉仪的波导结构及其制造方法，该波导结构在低频处具有减小的啁啾。

背景技术

如图1中示意性示出的马赫-曾德尔调制器通过使用分束器101以沿着两条光路103、104分离输入光束102，然后在光组合器105处重新组合来自每条光路的光束以形成输出光束107(和互补输出106)。每个光路103、104包括电光材料，使得通过在该电光材料两端提供电压，可以引起沿所述光路行进的所述光束的相位变化。

在所述马赫-曾德尔调制器用于强度调制的情况下，通过向光路103、104中的每一个提供相等且相反的相移(即，电压)，可以获得纯强度调制。在每个光路103、104上的相移的幅度之间的任何差异将导致所述输出的不期望的相位调制，其被称为"啁啾"。这种操作模式被称为"推挽"操作。

可以以各种方式实现推挽操作。图2示出了一个称为"串联"或"单驱动"推挽式调制器的示例，它是马赫-曾德尔干涉仪沿图1中A-A线的截面图。该干涉仪包括由诸如InP或GaAs的半导体制成的衬底201。该衬底是绝缘的或"半绝缘的"，即，被掺杂以提供高电阻率，使得其有效地充当绝缘体(例如，具有大于105欧姆cm的电阻率)。在所述衬底的顶部是若干层，依次包括下包覆层202、波导芯层203和上包覆层204。所述上包覆层和下包覆层是掺杂半导体，例如上包覆层可以是p掺杂的，而下包覆层可以是n掺杂的，或者反之亦然。每一层202-204可以具有复合结构，这取决于所需的波导特性。这些层被蚀刻以形成四个平行结构(按顺序呈现)：信号线211、信号波导212、接地波导213和接地线214。每条线211、214与相应波导212、213之间的间隙被向下蚀刻到所述衬底201。所述波导之间的间隙被向下蚀刻到所述下包覆层202，即，所述波导212、213经由所述下包覆层202连接。

每个波导212、213包括在该波导任一侧的电介质包覆层221以保护侧壁。所述信号波导212包括信号波导电极222，并且所述接地波导213包括接地波导电极223。每个波导电极由金属制成，并且位于所述上包覆层204的顶部。所述波导芯层203形成每个波导212、213的芯224。

每根线211、214包括在所述上包覆层204顶部的电介质层231(这不是严格要求的，然而，这对于减小线的电容并消除寄生电路路径是有利的)。所述信号线211包括信号线电极232，并且所述接地线214包括接地线电极233。每个线电极由金属制成并位于所述电介质层231的顶部。

所述信号线电极232和接地线电极233一起形成承载AC调制信号的传输线。所述接地线电极233连接到地，并且所述信号线电极232连接到AC电压源241。每个线电极232、233通过沿所述调制器的长度间隔设置的导电空气桥242、243而连接到各自的波导电极222、223。连接波导212、213的下包覆层202的中心部分连接到DC电压源244以提供偏置电压。

当AC信号电压V被提供给信号线电极232(并且由于空气桥242，从而被提供给信号波导电极222)时，该电压被分离以在相反方向上提供每个波导212、213两端的电压V/2。所述信号线212和接地线213各自用作电容器，当受到AC负载时，其形成分压器(中点在连接波导212、213的下包覆层202的中心部分)。

然而，已经发现了在低频(低于大约1GHz)下，分压不均匀，并且在调制器的输出处会经历过度的"啁啾"(即，针对输出的不期望的相位调制)。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于在平衡的推挽式马赫-曾德尔调制器中使用的波导结构。该波导结构包括多个层。该多个层依次包括：

绝缘或半绝缘衬底；

下包覆层；

波导芯层；以及

上包覆层。

所述下包覆层、波导芯层和上包覆层被蚀刻以形成：

信号波导和接地波导，他们通过所述下包覆层连接；以及

信号线和接地线，每个都位于相应的波导附近，并且每个都经由在所述下包覆层的平面中连接的一个或多个相应的电阻结构而被连接到所述相应的波导。

根据第二方面，提供了一种平衡的推挽式马赫-曾德尔干涉仪，其包括根据第一方面的波导结构。

根据第三方面，提供了一种制造用于马赫-曾德尔干涉仪的波导结构的方法。提供了一种层状结构，所述层状结构包括：

绝缘或半绝缘衬底；

下包覆层；

波导芯层；以及

上包覆层。

所述下包覆层、波导芯层和上包覆层被蚀刻以形成：

信号波导和接地波导，他们通过所述下包覆层连接；以及

信号线和接地线，每个都位于相应的波导附近，并且每个都通过所述下包覆层的平面中的一个或多个相应的电阻结构而被连接到所述相应的波导。

其它实施方案在权利要求2等中被定义。

附图说明

图1是马赫-曾德尔干涉仪的示意图；

图2是图1的干涉仪的横截面；

图3是图1的干涉仪的等效电路的电路图；

图4是示例性干涉仪的等效电路的电路图；

图5A是示例性干涉仪的平面图，图5B是其横截面；

图6是现有技术干涉仪和示例性干涉仪的啁啾参数相对于频率的曲线图。

具体实施方式

在低频时，由于两个波导之间的电压不平衡，串联推挽式调制器将经历不可接受的啁啾水平。其原因可以通过考虑图1的调制器的完全等效电路来看出，如图3所示。波导212、213中的每一个具有相关联的电容C_w，其具有电抗1/(2πfC_w)(其中f是AC信号的频率)。在线211、214的每一个上还存在电容C_L，并且在每个线和相应的波导之间存在电容C_T，但是由于C_T比C_W小得多，所以这些电容对电路的影响可以忽略。在下包覆层的连接波导212、213的中心部分和DC电压源244之间存在电阻R_DC，其提供接地路径。在电路内也可以存在具有各种不同电阻的其它替代接地路径。

在高频下，所述波导212、213的电抗远小于经由DC电压源的接地电阻。这样，RF信号通过DC电压源泄漏到地并不显著，因为电阻R_DC对下包覆层的中心部分和地之间的总阻抗仅具有可忽略的影响。然而，在较低频率，所述波导的电抗将增加，并且下包覆层的中心部分和地之间的总阻抗将在量值上基本上低于信号电极和下包覆层之间的阻抗，从而导致两个波导两端的电压不同。

下面描述一种改进的波导结构，它使每个波导两端的电压在比现有技术结构低得多的频率上被平衡。

图4示出了波导结构的等效电路。具有电抗R的各个电阻结构用于将波导的下包覆层的中心部分连接到下包覆层的位于线211、214中的每一个下面的各个部分。这有效地旁路了电容C_T。这些线的面积比波导大得多，因此电容C_L比电容C_W大得多。这意味着，电抗R和电容C_L在较低的频率下比电容C_W提供了更低的阻抗路径，因此分压器可以在较低的频率下保持基本平衡。

电抗R越低，电路保持平衡的频率越低。然而，如果电抗R太低，则在信号线电极和接地线电极之间将经由信号线、电抗R和接地线而形成短路，有效地将波导从电路中排除。因此，必须选择电抗R以平衡这些效应。参照

图4，R的值减小了对应于信号线电极和接地线电极的标记为x和y的点之间的阻抗。该阻抗通常应该比波导的下包覆层的中心部分和DC偏压源之间的电阻Rdc低10倍。取决于Rdc的值，典型值可以大于10欧姆、大于100欧姆、大于1千欧姆等，但是典型地小于100千欧姆、小于10千欧姆等。

图5A示出了示例性波导结构的一部分的平面图，图5B是沿线B-B的横截面。该波导结构包括绝缘或半绝缘衬底501，其可以由掺杂了诸如InP或GaAs之类的半导体制成，以具有半绝缘特性(例如，具有大于105Ohm cm的电阻率)。在衬底501的顶部是几个半导体层，依次包括下包覆层502、波导芯层503和上包覆层504。上包覆层和下包覆层502、504包括掺杂半导体，例如，上包覆层可以是p掺杂半导体层，下包覆层可以是n掺杂半导体层，或者反之亦然，或者是可以形成波导结构的任何其他组合。这些层502、503、504被选择性地蚀刻以形成信号线511、信号波导512、接地波导513和接地线514。波导512、513通过下包覆层的中心部分连接。波导512、513和线511、514中的每一个具有相应的电极521、522、523、524，并且每个线511、514的电极521、524通过导电空气桥525而被连接到相应的波导电极533、523。所述空气桥可以在所述波导512、513的长度方向上被周期性地提供。为了简单起见，图5A中仅示出了两个这样的桥，但是在其他示例性波导结构中，桥的数量比这个数量多。

每个波导512、514内的下包覆层502的相应部分通过相应的电阻结构530而被连接到相应的线511、514内的下包覆层502的相应部分。所述电阻结构530被形成为所述下包覆层502的部分，这其中包括在波导512、513的延伸方向上延伸的伸长部分531。通过连接部分532，每个伸长部分531在一端连接到相应的线511、514内的下包覆层的部分，并且在另一端连接到相应的波导512、513内的下包覆层502的部分。所述电阻结构503的长度和宽度被选择以提供适当的电抗R。

也可以使用提供适当电抗R的电阻结构的其它布置。然而，如在以上示例中，所述电阻结构在所述下包覆层的平面中。所述电阻结构可以是下包覆层502的部分(如在上面的示例中)或分离的主体(例如，在不同的处理步骤期间形成)。

所述电阻结构530的数量和位置可以改变。例如，在干涉仪的每一端可以有一个电阻结构，或者沿着干涉仪的长度可以有多个电阻结构。作为另一个例子，可以为电极中的每个空气桥提供一个电阻结构。这具有的优点是该波导结构可以被设计为规则的重复图案，使得制造更容易。

图6示出了对于现有技术的干涉仪(啁啾参数由线61表示)和根据图5A和5B的结构的干涉仪(啁啾参数由线62表示)而言，频率(x轴)对啁啾参数(y轴，较高值意味着较大的啁啾，这是不期望的)的影响。从图6可以看出，图5A和5B的干涉仪在比现有技术干涉仪的啁啾变得过大的频率低几个数量级的频率处保持低啁啾。

所述波导结构可以包括位于信号波导和接地波导的侧面上的电介质，该电介质位于上包覆层与信号线和接地线的电极之间，填充每条线和每个波导之间的区域和/或填充波导之间的区域。

所述波导结构可以通过以下而被制造：提供包括绝缘或半绝缘衬底、下包覆层、波导芯层和上包覆层的分层结构、蚀刻这些层以形成上述结构、以及将所述电极施加到通过所述蚀刻形成的所述线和波导。