Improvement of Ridge-type Electro-optical Modulators

本文提出一種新型的電極結構，此結構適用於X-cut鈮酸鋰基板上之脊形電光調變器，其優點為可增加重疊積分值、降低驅動電壓。經模擬分析，相較於傳統電極結構的脊形結構電光調變器，其驅動電壓可以降低15%以上，而且操作頻寬並未因而減少。且由模擬結果可以證明，將此結構應用在脊形側面傾斜的電光調變器，此優勢依舊存在。實驗上，亦應用此新型電極結構於脊形馬赫任德電光調變器之製作，量測結果顯示該元件訊熄比為18.5 dB，驅動電壓則由3.4V降至2.5V，極有應用價值。A novel electro-optical (EO) modulator with ridge on the X-cut lithium niobate substrate is proposed. Its simulated driving voltage can be decreased more than 15% in comparison to that of a conventional one. The improvement of driving voltage and overlap integral is noticeable even when the side wall of ridge is tilted. For comparison, a Mach-Zehnder modulator with the improved EO modulator is successfully fabricated, whose measured extinction ratio is 18.5 dB and measured driving voltage is decreased from 3.4V to 2.5V. That is useful for practical application.第一章 緒論 1 1-1 電光調變器簡介 1 1-1.1 電光調變器之重要性與應用 1 1-1.2 電光調變器之原理 3 1-2 研究背景 9 1-2.1 脊形電光調變器 9 1-2.2 脊形製作演進 9 1-3 研究動機 10 1-4 內文概述 12 第二章 電場分布之模擬 13 2-1 簡介 13 2-2 電場分布理論及推導 13 2-3 模擬結果 19 第三章 雜質擴散濃度分布之模擬 23 3-1 簡介 23 3-2 擴散理論及推導 23 3-3 模擬結果 28 第四章 折射率及光場模態分布 33 4-1 折射率分布 33 4-2 光場模擬理論 35 4-3 模擬結果 40 第五章 重疊積分值模擬結果及討論 44 5-1 模擬結果驗證 44 5-2 改良式電光調變器重疊積分值之討論 47 5-2.1 改良式電極結構脊形電光調變器之比較 47 5-2.2 製程參數對改良式電極電光調變器之影響 51 5-3 改良式結構之操作頻率特性 56 第六章 元件製作結果 59 6-1 元件製作及量測方法 59 6-1.1 元件設計 59 6-1.2 製作流程 61 6-1.3 量測分析方法 70 6-2 實驗結果 74 6-2.1 X-cut脊形波導蝕刻及討論 74 6-2.2 脊形光波導製作 76 6-2.3 電極製作 78 6-2.4 實驗結果分析及討論 79 第七章 結論與展望 82 7-1 結論 82 7-2 未來展望 82 參考文獻 84 中英文對照表 8