【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电光调制器领域，尤其是涉及一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器。
技术介绍
1、随着光通信技术的快速发展，光电集成电路（oeics）在高速、大容量数据传输中的应用越来越广泛。在众多光电材料中，铌酸锂（linbo3，简称ln）由于其优良的电光效应和宽带宽性能成为一种非常重要的材料。尤其是薄膜铌酸锂，由于其集成度高、性能优越，在光子集成电路（pics）中具有巨大的应用潜力。
2、传统的光信号耦合方式主要依赖于平面耦合，然而这种耦合方式存在耦合效率低、对准难度大、系统稳定性差等问题。近年来，垂直耦合技术逐渐成为一种新的解决方案，通过垂直耦合可以有效提高耦合效率并简化光信号路径。然而，目前基于薄膜铌酸锂的光子集成电路垂直耦合技术仍然存在一些技术难题，主要包括光信号在不同器件之间的高效耦合、系统整体性能的提升以及成本控制等。
3、为了克服这些问题，本专利技术提出了一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，旨在通过优化结构设计和耦合方式，提高光信号的耦合效率和整体系统性能。
技术实现思路
1、本专利技术主要是提供一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，旨在提高光信号耦合效率和整体性能。
2、本专利技术针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，包括：
3、第一基板、第二基板、连续波激光器、聚焦透镜、准直透镜、微型三棱
4、连续波激光器通过共晶键合固定在基板上，其发出的光信号通过聚焦透镜聚焦后通过准直透镜调准方向，从直角面进入微型三棱镜后再由斜面反射从另一个直角面射出，并经过重定向装置重定向后进入调制器光波导，薄膜铌酸锂波导根据电极的电信号对光信号进行调制，最后通过光纤向外传输。直角三棱镜比较容易加工和对准，不需要特别处理表面，因为这种设计是通过全内反射（tir）实现的，通常通过注塑一次成型。第一基板和第二基板可以由硅（si）、二氧化硅（sio2）、氮化铝（aln）或氧化铝（al2o3）等材料制成。第二基板的热膨胀系数与铌酸锂波导匹配。第一基板可以选用与第二基板相同的材料，这种情况下第一基板和第二基板可以是一体成型的。调制器光波导上覆盖有包覆层，以提供保护和增强性能。
5、作为优选，所述第一基板上开有凹槽，准直透镜可旋转地安装在凹槽内。准直透镜通过旋转调节光信号出射角度，以实现与下方调制器的耦合。
6、聚焦透镜和准直透镜都安装在凹槽内，并且准直透镜可以绕自身中轴旋转，从而带动微型三棱镜转动。通过旋转带微型三棱镜的准直透镜，实现了重定向装置入射角度的便利调整，使得光束的对准过程更加灵活和精确，可以实现主动式微调，提高了耦合效率。
7、作为优选，所述调制器光波导包括逆锥形模式转换器，所述逆锥形模式转换器包括接收来自重定向装置的光信号的第一宽部分，第一宽部分在光信号传输方向上延伸有重定向光信号的第一窄部分，第一窄部分的耦合面与光信号传输方向平行；薄膜铌酸锂波导的光输入端为与逆锥形模式转换器相匹配的锥形波导，锥形波导包括接收并重定向光信号的第二窄部分，第二窄部分的耦合面与第一窄部分的耦合面对应平行，第二窄部分在光信号传输方向延伸有第二宽部分；光信号通过倏逝波从第一窄部分耦合到第二窄部分。
8、逆锥形模式转换器是一种用于调整和优化光纤或波导中的光模式尺寸的光学器件。它通过逐渐改变波导的宽度，使光的模场分布从大尺寸逐渐过渡到小尺寸，或反之亦然。逆锥形模式转换器由氮化硅（sin）、硅（si）或高折射率聚合物材料制成，也可以通过3d打印生成。
9、逆锥形模式转换器的较窄段位于锥形波导的较窄段下方。光信号提供给逆锥形模式转换器的较宽部分。光信号在逆锥形模式转换器内朝较窄部分的方向传播。在逆锥形模式转换器的较窄部分，光信号通过倏逝波（衰减波）耦合向下重新定向，进入锥形波导的较窄部分，以实现光重定向耦合。锥形波导的较窄部分将输入光信号重新定向为基本水平方向，朝向其较宽部分传播。锥形波导可配置为模式转换器，改变（如减小）输入光信号的模式场直径（如光斑尺寸），以便高效耦合到铌酸锂波导中。
10、作为优选，所述微型三棱镜的出光面包括聚焦透镜结构。
11、微型三棱镜中的光信号在出射时通过聚焦透镜聚焦，从而实现了与后续光路的模斑匹配，保证了光信号在传输过程中损耗最小，提高了整体系统的传输效率和性能。
12、作为优选，基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器还包括光隔离器，所述光隔离器设置在聚焦透镜和准直透镜之间。
13、光隔离器可以减少反射和干扰，提高光信号的传输质量，提升系统的稳定性和性能。
14、作为优选，所述重定向装置为抛物面透镜或45度反射镜或聚合物透镜。
15、如果微型三棱镜出射的光信号与调制光波导已经匹配，可以采用45度反射镜单纯实现光信号的重定向；如果微型三棱镜出射的光信号与调制光波导之间仍然存在一定的模式差异，则可以采用抛物面反射镜或聚合物透镜在反射（折射）的同时进行模式场转换（缩小模斑），实现更好的耦合。重定向装置的入射面和出射面均为抛物面透镜或45度反射镜或聚合物透镜的反射面。
16、作为优选，所述重定向装置为光栅耦合器，光栅耦合器的周期性结构对光信号进行折射和耦合导入。当入射光信号进入光栅耦合器时，光信号与光栅结构发生相互作用，产生衍射效应。特定方向的衍射光束被有效地耦合进入波导，从而实现光信号的导入或导出。
17、作为优选，所述第二基板的热膨胀系数与铌酸锂的热膨胀系数匹配。
18、垂直耦合在热稳定性方面表现较好，配合热膨胀系数匹配可以减少由于温度变化引起的材料膨胀或收缩而导致热膨胀系数失配带来的应力和耦合损耗。这对实际应用中的稳定性和可靠性有重要意义。
19、 本专利技术带来的实质性效果是：1.高效集成与光隔离器配置：实现了薄膜铌酸锂与激光器的高效集成，使光信号能够稳定且高效地传输；激光器可以配置光隔离器，进一步提高了光信号的传输质量，减少了反射和干扰，提升了系统的稳定性和性能。2.入射角度的便利调整：通过旋转带三棱镜的准直透镜，实现了入射角度的便利调整。这一设计使得光束的对准过程更加灵活和精确，可以实现主动式微调，提高了耦合效率。3.被动对准与大规模生产：激光器的几个关键部件实现了被动式对准，大大简化了装配过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，所述第一基板上开有凹槽，准直透镜安装在所述凹槽内，并且通过旋转调节光信号出射角度，以实现与下方调制器的耦合。
3.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，所述调制器光波导包括逆锥形模式转换器，所述逆锥形模式转换器包括接收来自重定向装置的光信号的第一宽部分，第一宽部分在光信号传输方向上延伸有重定向光信号的第一窄部分，第一窄部分的耦合面与光信号传输方向平行；薄膜铌酸锂波导的光输入端为与逆锥形模式转换器相匹配的锥形波导，锥形波导包括接收并重定向光信号的第二窄部分，第二窄部分的耦合面与第一窄部分的耦合面对应平行，第二窄部分在光信号传输方向延伸有第二宽部分；光信号通过倏逝波从第一窄部分耦合到第二窄部分。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，所述微型三棱镜的出光面包括聚焦透
5.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，还包括光隔离器，所述光隔离器设置在聚焦透镜和准直透镜之间。
6.根据权利要求4所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，所述重定向装置为抛物面透镜或45度反射镜或聚合物透镜。
7.根据权利要求4所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，所述重定向装置为光栅耦合器，光栅耦合器的周期性结构对光信号进行折射并耦合导入。
8.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，所述第二基板的热膨胀系数与铌酸锂的热膨胀系数匹配。
...【技术特征摘要】
1.一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，所述第一基板上开有凹槽，准直透镜安装在所述凹槽内，并且通过旋转调节光信号出射角度，以实现与下方调制器的耦合。
3.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂光子集成电路垂直耦合平台的光信号发射器，其特征在于，所述调制器光波导包括逆锥形模式转换器，所述逆锥形模式转换器包括接收来自重定向装置的光信号的第一宽部分，第一宽部分在光信号传输方向上延伸有重定向光信号的第一窄部分，第一窄部分的耦合面与光信号传输方向平行；薄膜铌酸锂波导的光输入端为与逆锥形模式转换器相匹配的锥形波导，锥形波导包括接收并重定向光信号的第二窄部分，第二窄部分的耦合面与第一窄部分的耦合面对应平行，第二窄部分在光信号传输方向延伸有第二宽部分；光信号通过倏逝波从第一窄部分耦合到...
【专利技术属性】
技术研发人员：英笑言，殷雷俊，洪候忠，石恺丰，杨庶，葛健鹏，
申请(专利权)人：易栅光电杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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