專利名稱：新型聚合物調(diào)制器t型微帶電極的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，該調(diào)制器的波導(dǎo)采用了聚合物材 料，電極采用的是微帶線結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)光與微波的速度匹配，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及 光波導(dǎo)技術(shù)和微波技術(shù)。
背景技術(shù)：
與LiNbO3調(diào)制器相比，聚合物材料能夠提供微波和光載波之間更好的相速度匹 配，因此通常聚合物電光調(diào)制器可以不必要象LiNbO3調(diào)制器那樣對(duì)電極作精巧的設(shè)計(jì)就能 夠達(dá)到很高的調(diào)制帶寬。當(dāng)前單信道傳輸速率IOGbps以及40Gbps的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)， 雖然就調(diào)制帶寬而言，目前的聚合物調(diào)制器甚至LiNbO3調(diào)制器都能夠滿足這一通訊要求， 但是未來(lái)的通訊網(wǎng)絡(luò)要求能夠?qū)崟r(shí)的傳輸多媒體數(shù)據(jù)，這勢(shì)必要求具有更高帶寬或速率的 調(diào)制器來(lái)將信息加載到光載波上。由于聚合物材料很容易就獲得微波信號(hào)和光載波之間良 好的速度匹配，為了進(jìn)一步提高器件的帶寬，就需要對(duì)器件的電極進(jìn)行更加巧妙的設(shè)計(jì)。從另外一方面講，器件帶寬的提升，意味著帶寬距離積的增加，也會(huì)有利于降低其 半波電壓。眾所周知，通過(guò)增加器件中信號(hào)和光載波之間的相互作用長(zhǎng)度可以降低半波電 壓，但同時(shí)也降低了調(diào)制器帶寬，如果能夠設(shè)法提高器件的帶寬距離積，那么就可以適當(dāng)?shù)?增加器件的長(zhǎng)度。限制調(diào)制器帶寬的因素主要有兩個(gè)微波和光載波之間的相速度失配程度以及電 極導(dǎo)體損耗。因此，要進(jìn)一步提升聚合物電光調(diào)制器的帶寬也應(yīng)該從這兩方面著手。當(dāng)然 就聚合物材料本身而言，速度失配的程度已經(jīng)不像LiNbO3的那樣大了，但是如果通過(guò)器件 設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)更加完美的速度匹配，那么帶寬肯定會(huì)有更大的提高，另外若同時(shí)還能夠使 導(dǎo)體損耗降低，那么調(diào)制器帶寬將會(huì)達(dá)到一個(gè)新的高度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種嵌入到波導(dǎo)包覆層材料的微帶電極，這種方法表明，嵌入式電 極能夠?qū)崿F(xiàn)完美的光與微波的速度匹配。但是由于電極邊緣被非空氣介質(zhì)所包圍，增加了 電極邊緣場(chǎng)的奇異性，因而電極導(dǎo)體損耗會(huì)有所上升。為了降低導(dǎo)體損耗，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了嵌 入式的T型微帶線。這種構(gòu)形的微帶線增加了電極的邊緣面積，削弱了邊緣場(chǎng)的奇異性，弓丨 起導(dǎo)體損耗的下降。通過(guò)調(diào)整微帶線結(jié)構(gòu)因子的參數(shù)，可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)既近似滿 足阻抗匹配，又能降低導(dǎo)體損耗，提高調(diào)制器的帶寬。本發(fā)明有益效果1.保證波導(dǎo)結(jié)構(gòu)滿足單模傳輸條件。2.在阻抗匹配條件下，實(shí)現(xiàn)光波與微波的速度匹配，提升調(diào)制帶寬。3.微帶電極結(jié)構(gòu)采用T型結(jié)構(gòu)，增加了一個(gè)設(shè)計(jì)自由度結(jié)構(gòu)因子，以滿足阻抗匹 配。本文的應(yīng)用價(jià)值高速寬帶光通信及軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。


附圖表明了聚合物調(diào)制器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及嵌入式T型微帶電極結(jié)構(gòu)的橫截面圖，1 為嵌入層，2為上包層，3為芯層，4為下包層，5為襯底，6為微帶電極上半部分高度，7為微 帶線下半部分高度。
具體實(shí)施例方式本方法設(shè)計(jì)的聚合物調(diào)制器的橫截面見(jiàn)附圖，圖中的電極材料是金，脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 的下包層材料為Epoxylite9653-02，芯層是電光聚合物CLD1/PMMA，上包層材料為N0A73， 嵌入層材料和上包層材料相同。設(shè)計(jì)中采用了以下參數(shù)光波長(zhǎng)1. 32μπι，下包層的光波折 射率1. 5352，芯層折射率1. 67，上包層的折射率1. Μ36，下包層、芯層以及上包層的相對(duì)介 電常數(shù)分別為3. 1329,3. 7098,3. 1673。為了實(shí)現(xiàn)單模傳輸，脊波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為別為脊 寬W = 5. 9 μ m，脊高H = 0. 6 μ m，芯層厚度T = 1. 3 μ m，下包層厚度2. 9 μ m，電極間距D = 7.2μπι。利用等效折射率法，導(dǎo)模的等效折射率N= 1.651。本方法的電極采用的是嵌入式T型微帶線結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)附圖，它實(shí)際上是由兩 個(gè)矩形微帶構(gòu)成。當(dāng)增加結(jié)構(gòu)因子、八2時(shí)，導(dǎo)體損耗及折射率均減小，這對(duì)提高器件帶寬 非常有利，從而導(dǎo)致3dB帶寬幾乎隨t/t2線性增加。當(dāng)、/t2從1. 0增加到3. 8時(shí)，微帶線 特征阻抗從51. 9 Ω減小到49. 3 Ω，始終接近50 Ω的阻抗匹配。當(dāng)特征阻抗Z = 50 Ω時(shí)， 微帶電極的導(dǎo)體損耗為0. 349dB · cm—1 · GHz-"2。因此，增加T型微帶線的結(jié)構(gòu)因子t,/t2, 可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)既近似滿足阻抗匹配，又能降低導(dǎo)體損耗，提高調(diào)制器的帶寬。
權(quán)利要求
1.新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，包括聚合物調(diào)制器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，嵌入 到波導(dǎo)包覆層材料的T型微帶電極的設(shè)計(jì)，其特征在于阻抗匹配，光與微波的速率匹配和 結(jié)構(gòu)因子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，其特征在于芯 層波導(dǎo)材料使用的是電光聚合物CLD1/PMMA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，其特征在于脊 形波導(dǎo)滿足單模傳輸條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，其特征在 于在滿足單模傳輸?shù)臈l件下，光波的有效折射率等于微波的有效折射率，即實(shí)現(xiàn)光與微波 的速率匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，其特征在于電 極采用嵌入式T型微帶線結(jié)構(gòu)，即由兩個(gè)矩形微帶構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，其特征在于T 型微帶電極的結(jié)構(gòu)滿足特征阻抗為50 Ω，即達(dá)到阻抗匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，其特征在于增 加T型微帶線的結(jié)構(gòu)因子，可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)既近似滿足阻抗匹配，又能降低導(dǎo)體 損耗，提高調(diào)制器的帶寬。
全文摘要
新型聚合物調(diào)制器T型微帶電極的設(shè)計(jì)方法，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)技術(shù)和微波技術(shù)。通過(guò)恰當(dāng)?shù)碾姌O參數(shù)設(shè)計(jì)，可以在阻抗匹配條件下，實(shí)現(xiàn)完美速度匹配，大幅度提升調(diào)制器的帶寬。本發(fā)明設(shè)計(jì)了嵌入式的T型微帶線電極結(jié)構(gòu)，這種構(gòu)形的微帶線增加了電極的邊緣面積，削弱了邊緣場(chǎng)的奇異性，因此引起導(dǎo)體損耗下降。通過(guò)調(diào)整微帶線結(jié)構(gòu)因子的參數(shù)，可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)既近似滿足阻抗匹配，又能降低導(dǎo)體損耗，提高調(diào)制器的帶寬。
文檔編號(hào)H04B10/12GK102096209SQ20111000138
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者劉宏明, 張曉霞, 文玥, 朱燕, 沈杰, 黃春陽(yáng) 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)