基于铌酸锂的体材料结构,其波导尺寸比薄膜铌酸锂的波导要大很多,理论上进展组装的光路耦合会更容易些,至少二十年前的半导体InP激光器的光场要比铌酸锂小很多,和光纤耦合难度看似InP更难。
体材料大光场的铌酸锂与光纤耦合,难处主要在于热应力导致的光路位移
昨天写了单个铌酸锂调制器,如果是两个MZ组成的IQ调制器,需要考虑相位控制,无需考虑偏振态,如果是DP-QPSK,则需要考虑偏振以及相位控制。
举个例子,一个完整的100G相干结构。
可以采用外置偏振集合
也可以采用集成光学的偏振合集,当年,硅基氧化硅的PLC会用在接收端做混频器,在2022合集里写过这个拓扑,不赘述,硅基氧化硅的波导尺寸比硅光集成的波导要大,比较适合当年体材料的铌酸锂波导与光纤波导。
额外增加一个到二个MZ结构,用来做偏振旋转并正交后集合。分立半波片早期用的多一些,现在很少了,一般用多个MZ级联实现偏振控制。在合集里写过多个。Y9T129 Intel低成本自动偏振跟踪,Y8T144 中山大学铌酸锂偏振跟踪控制器....
首先,铌酸锂调制器的封装,自然是有铌酸锂的哈,光纤通信,自然也需要将调制信号直接或间接给到光纤。
咱们常见的硅光、InP、GaAs这些光学芯片的热膨胀系数是比较小的,虽然比光纤的系数要大一点,但不算差异巨大。铌酸锂的热膨胀系数非常大。
铌酸锂的体材料做调制器,还很长,大于1cm了都。比咱们这些InP、硅光芯片的尺寸都大,
铌酸锂大体积 x 大系数,导致其光路位移的绝对值很大。
既然是要封装,那么必然需要考虑封装材料,首先就是外壳,一般金属有弹性形变,不易破裂。
InP激光器、GaAs激光器,InP调制器,一般选钨铜或可伐合金,这些材料的膨胀系数很接近。
但可伐壳体不适合铌酸锂,这个金属与铌酸锂芯片,热膨胀系数差异大,会引入热应力导致碎裂。如果要用,则需要对铌酸锂芯片做局部悬空,以便缓解或释放一点热应力。
如果选不锈钢做壳体,这个材料倒是与铌酸锂二者有CTE匹配的可行性。那么不锈钢可以作为铌酸锂的支撑点,这时候如果用到了硅基板,石英基板,玻璃基板等等,就需要降低接触面,避免他们与金属之间的热应力。
尤其是光纤,一定要考虑不锈钢导致光纤在温度变化时的巨大应力。
以上的材料里还缺一个胶水,胶水是高分子聚合物,比如UV胶,环氧胶,双组分胶...., 胶水的CTE更大。
基于体材料的铌酸锂芯片的封装,光路的耦合损耗比较小,因为这些波导光场很大,容易耦。难的是光路保持与射频特性,光路的稳定性不好,主要原因在于芯片、光纤与这些辅助的封装材料之间的热膨胀系数的差异性很大导致的。射频特性不好是因为光波导尺寸很大导致的射频电极很远,产生了巨大的电信号高频损耗。