路径: 主页 > GB/T > 第729页 > GB/T 46611-2025 | 标准编号 | GB/T 46611-2025 (GB/T46611-2025) | | 中文名称 | 电光调制器用铌酸锂单晶薄膜 | | 英文名称 | Lithium niobate single-crystal thin film for electro-optic modulator | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | Q65 | | 国际标准分类 | 31.030 | | 字数估计 | 26,256 | | 发布日期 | 2025-10-31 | | 实施日期 | 2026-05-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 46611-2025: 电光调制器用铌酸锂单晶薄膜
ICS 31.030
CCSQ65
中华人民共和国国家标准
电光调制器用铌酸锂单晶薄膜
2025-10-31发布
2026-05-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅴ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 要求 3
4.1 外观质量 3
4.2 薄膜层表面晶向允差 5
4.3 键合偏转角度允差 5
4.4 键合强度 5
4.5 光学均匀性 5
4.6 线性电光系数 5
4.7 单畴化程度 5
4.8 衬底电阻率 5
5 检测方法 6
5.1 检测环境 6
5.2 总厚度 6
5.3 总厚度变化 6
5.4 局部厚度变化和局部厚度变化率 6
5.5 边缘区宽度 6
5.6 表面外观质量 6
5.7 17点平均厚度允差和17点厚度变化 6
5.8 弯曲度 6
5.9 正表面粗糙度 6
5.10 薄膜层表面晶向允差 6
5.11 键合偏转角度允差 6
5.12 键合强度 6
5.13 光学均匀性 7
5.14 线性电光系数 7
5.15 单畴化程度 7
5.16 衬底电阻率 7
6 检查与验收规则 7
6.1 检查与验收 7
6.2 检验分类 7
6.3 检验项目 7
6.4 批次检验 8
6.5 周期检验 9
7 包装、标签/标志、储存和运输 9
7.1 包装 9
7.2 标签/标志 10
7.3 储存 10
7.4 运输 10
附录A(规范性) 键合偏转角度的测量方法 11
A.1 测量目的 11
A.2 测量方法 11
A.3 测量环境 11
A.4 测量仪器 11
A.5 测量原理 11
A.6 测量步骤 12
A.7 数据处理 12
附录B (规范性) 光学均匀性的测量方法 13
B.1 测量目的 13
B.2 测量方法 13
B.3 测量环境 13
B.4 测量仪器 13
B.5 测量原理 13
B.6 测量步骤 14
B.7 数据处理 14
附录C(规范性) 线性电光系数的测量方法 15
C.1 测量目的 15
C.2 测量方法 15
C.3 测量环境 15
C.4 测量仪器 15
C.5 测量原理 15
C.6 测量步骤 16
C.7 数据处理 16
附录D(规范性) 单畴化程度的测量方法 17
D.1 测量目的 17
D.2 测量方法 17
D.3 测试环境 17
D.4 测量仪器 17
D.5 测量原理 17
D.6 测量步骤 17
D.7 数据处理 17
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国建筑材料联合会提出。
本文件由全国人工晶体标准化技术委员会(SAC/TC461)归口。
本文件起草单位:济南晶正电子科技有限公司、上海新硅聚合半导体有限公司、中国科学院半导体
研究所、华中科技大学、武汉安湃芯研科技有限公司、中国科学院新疆理化技术研究所、珠海光库科技股
份有限公司、广州铌奥光电子有限公司、电子科技大学、海思光电子有限公司、武汉光谷信息光电子创新
中心有限公司、中国科学院微电子研究所、江西匀晶光电技术有限公司、兰州大学、山东大学、南开大学、
南通南里台科技有限公司、上海交通大学、济南量子技术研究院、中国电子科技集团公司第二十六研究
所、南京南智先进光电集成技术研究院有限公司、浙江大学、宁波元芯电子科技有限公司、北京世维通科
技股份有限公司、天津华慧芯科技集团有限公司、北京玻色量子科技有限公司、上海图灵智算量子科技
有限公司、无锡光子芯片联合研究中心、苏州易缆微半导体技术有限公司、苏州旭创科技有限公司、中国
电子科技集团公司第五十五研究所、中国电子科技集团公司第四十四研究所、天津津航技术物理研究
所、合肥芯智华光子科技有限公司、北京理工大学、江苏华兴激光科技有限公司。
本文件主要起草人:胡文、梁龙跃、欧欣、陈阳、李明、王文亭、孙军强、夏金松、孙军、吉贵军、蔡鑫伦、
陈开鑫、陈鑫、肖希、黄凯、李志华、夏宗仁、田永辉、唐供宾、薄方、刘丹、何宇、王东周、郑名扬、丁雨憧、
陈哲明、冯杰、严仲、刘柳、戴向阳、李俊慧、王旭阳、陈帅、乔石珺、战永兴、方啸天、魏海、殷祥、季梦溪、
钱广、刘鹏浩、张洪波、孙文宝、华平壤、徐鹏飞。
电光调制器用铌酸锂单晶薄膜
1 范围
本文件规定了电光调制器用铌酸锂单晶薄膜的要求、检查与检验规则、包装、标签/标志、储存和运
输要求,描述了检测方法。
本文件适用于铌酸锂薄膜层厚度为100nm~1000nm,直径为76.2mm、100.0mm、150.0mm和
200.0mm,X切向的电光调制器用同成分铌酸锂单晶薄膜,其他规格的铌酸锂单晶薄膜参照执行。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 191-2008 包装储运图示标志
GB/T 1185 光学零件表面疵病
GB/T 1551 硅单晶电阻率的测定 直排四探针法和直流两探针法
GB/T 2828.1-2012 计数抽样检验程序 第1部分:按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样
计划
GB/T 6618 硅片厚度和总厚度变化测试方法
GB/T 6619 硅片弯曲度测试方法
GB/T 14264 半导体材料术语
GB/T 20919 电子数显外径千分尺
GB/T 25915.1-2021 洁净室及相关受控环境 第1部分:按粒子浓度划分空气洁净度等级
GB/T 29505 硅片平坦表面的表面粗糙度测量方法
GB/T 30118 声表面波(SAW)器件用单晶晶片规范与测量方法
GB/T 30857 蓝宝石衬底片厚度及厚度变化测试方法
GB/T 40279 硅片表面薄膜厚度的测试 光学反射法
GB/T 41853 半导体器件 微机电器件 晶圆间键合强度测量
3 术语和定义
GB/T 14264、GB/T 6619和GB/T 30118界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
在特定衬底上制备的厚度为100nm~1000nm,化学式为LiNbO3 的铌酸锂单晶化合物薄膜。
注:TFLN通常包含依次层叠的铌酸锂单晶薄膜层、绝缘层、捕获层和衬底。其中,捕获层可以根据需求选择省略。
其结构如图1所示。
标引序号说明:
1---正表面;
2---铌酸锂单晶薄膜层;
3---键合界面;
4---绝缘层(二氧化硅);
5---捕获层(多晶硅,可以省略);
6---衬底(硅、石英);
7---背表面。
图1 铌酸锂单晶薄膜的结构示意图
3.2
在TFLN的17个特定位置测量的各膜层厚度的平均值,17个特定位置的点位分布如图2所示。
注:17个特定位置的选取区域在稳定质量区(FQA)内,测量位置①⑨⑩位于FQA边界上,除测量位置①外,图
示其他相邻测量位置之间的距离相等。
标引序号说明:
1---衬底定向边;
2---铌酸锂单晶薄膜层的定向边;
3---边缘区;
4---稳定质量区(FQA)。
序号①~序号:代表17个厚度测量点的位置。
图2 17个特定位置的点位分布示意图
3.3
在17个特定位置测量的各膜层平均厚度的允许公差。
3.4
在17个特定位置测量的各膜层厚度的差异程度,定义为17个厚度测量值中最大值与最小值的
差值。
3.5
TFLN的最大厚度与最小厚度的偏差。
3.6
TFLN中具有特定边长的选定区域所构成矩阵的厚度变化。
3.7
满足LTV规定值的选定区域所占有的百分比。
3.8
边缘区 edgearea
TFLN边缘无铌酸锂单晶薄膜层的区域。
注:其尺度定义为铌酸锂单晶薄膜层边缘与衬底边缘之间的距离,称为边缘区宽度。
3.9
稳定质量区 fixedqualityarea;FQA
距离TFLN衬底边缘5mm所确定的TFLN内部区域,见图2。
3.10
铌酸锂单晶薄膜层给定的表面方向与通过X射线衍射获得的实测方向之间的允许公差。
3.11
TFLN中铌酸锂单晶薄膜层的定向边与衬底定向边之间夹角的允许公差。
3.12
空洞 void
TFLN中缺失铌酸锂单晶薄膜层或绝缘层的区域。
3.13
色斑 colourspot
铌酸锂单晶薄膜层表面有色差的区域。
4 要求
4.1 外观质量
4.1.1 TFLN的尺寸
TFLN的尺寸和允许公差技术要求应符合表1的规定。
表1 TFLN的尺寸和允许公差技术要求
序号 项目
要求
76.2mm 100.0mm 150.0mm 200.0mm
1 衬底直径/mm 76.2 100 150 200
2 衬底直径允许公差/mm ±0.2 ±0.2 ±0.2 ±0.2
3 总厚度/μm 400 525 675 725
4 总厚度允许公差/μm ±20 ±20 ±25 ±25
5 总厚度变化/μm < 5 < 5 < 10 < 10
6 局部厚度变化/μm < 1.5 < 1.5 < 1.5 < 1.5
7 局部厚度变化率 >95% >95% >95% >95%
8 边缘区宽度/mm ≤2.5 ≤2.5 ≤2.5 ≤2.5
9 弯曲度/μm ≤40 ≤40 ≤50 ≤60
10 正表面粗糙度/nm ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3
4.1.2 TFLN的各膜层厚度
TFLN的各膜层厚度和允许公差技术要求应符合表2的规定。
表2 TFLN的各膜层厚度和允许公差技术要求
铌酸锂单晶
薄膜
材质
标称厚度(d)
nm
76.2mm 100.0mm 150.0mm 200.0mm
TT17
nm
TV17
nm
TT17
nm
nm
nm
TV17
nm
TT17
nm
TV17
nm
铌酸锂单晶
薄膜层
LiNbO3 100≤d≤1000 ±10 ≤40 ±10 ≤40 ±10 ≤60 ±20 ≤80
绝缘层 SiO2
100< d≤2000 ±50
≤d×
2%
±50
≤d×
2%
±50
≤d×
2%
±50
≤d×
2%
2000< d≤4700 ±100
≤d×
2%
±100
≤d×
2%
±100
≤d×
2%
±100
≤d×
2%
d >4700 ±200
≤d×
5%
±200
≤d×
5%
±200
≤d×
5%
±200
≤d×
5%
捕获层
(适用时)
多晶硅 300≤d≤2000 ±100
≤d×
10%
±100
≤d×
10%
±100
≤d×
10%
±100
≤d×
10%
4.1.3 TFLN的表面外观质量
TFLN的表面外观质量技术要求应符合表3的规定。
表3 TFLN的表面外观质量技术要求
序号
项目
TFLN衬底直径
mm
要求
76.2mm 100.0mm 150.0mm 200.0mm
正表面
空洞
Dv≤0.5mm 不超过30个 不超过70个 不超过140个 不超过200个
0.5mm< Dv≤1mm 不超过10个 不超过10个 不超过10个 不超过15个
1mm< Dv≤2mm 0个 0个 不超过10个 不超过15个
Dv >2mm 0个 0个 0个 0个
划痕
>1cm 0条
≤1cm 不超过3条
表面污染 无
色斑 无
裂纹 无
崩边 无
背表面
裂纹 无
崩边 无
背表面处理 酸或碱腐蚀、粗研磨、镜面抛光等处理或由供需双方协商
注:“Dv”为空洞的长度。
4.2 薄膜层表面晶向允差
不大于0.3°。
4.3 键合偏转角度允差
不大于1°。
4.4 键合强度
TFLN中铌酸锂单晶薄膜层与绝缘层的界面键合强度不小于10MPa。
4.5 光学均匀性
TFLN中铌酸锂单晶薄膜层FQA内在632.8nm波长处的光学均匀性Δn小于5×10-4。
4.6 线性电光系数
TFLN中铌酸锂单晶薄膜层FQA内在1550nm波长处的线性电光系数不小于25pm/V。
4.7 单畴化程度
TFLN中铌酸锂单晶薄膜层FQA内应完全单畴化。
4.8 衬底电阻率
TFLN中硅衬底的体电阻率不小于2kΩ·cm。
5 检测方法
5.1 检测环境
温度:(23±5)℃;
相对湿度:不大于65%;
洁净度:不低于GB/T 25915.1-2021规定的ISO 7级。
5.2 总厚度
按照GB/T 30857规定的方法,测量TFLN中心点的厚度。
5.3 总厚度变化
按照GB/T 6618规定的方法测量。
5.4 局部厚度变化和局部厚度变化率
按照GB/T 6618规定的方法测量。
5.5 边缘区宽度
用符合GB/T 20919要求的外径千分尺,测量图2规定的①⑨⑩4个位置对应的边缘区宽度,并
取其最大值。
5.6 表面外观质量
空洞、划痕使用光学显微镜的明场模式观察,放大倍数为50倍。
表面污染、色斑、裂纹、崩边在亮度不低于2000lx、色温3000K~10000K的环境中目视,按照
GB/T 1185规定的方法测量,环境照度不大于200lx。
5.7 17点平均厚度允差和17点厚度变化
按照GB/T 40279规定的光学反射法测量铌酸锂单晶薄膜层/绝缘层/捕获层的TT17和TV17。
5.8 弯曲度
按照GB/T 6619规定的方法测量。
5.9 正表面粗糙度
按照GB/T 29505规定的方法测量,测量范围为任意10μm×10μm的矩形区域。
5.10 薄膜层表面晶向允差
按照GB/T 30118规定的X射线衍射法测量。
5.11 键合偏转角度允差
按照附录A的方法测量。
5.12 键合强度
按照GB/T 41853规定的拉力测试法测量。
5.13 光学均匀性
按照附录B的方法测量。
5.14 线性电光系数
按照附录C的方法测量。
5.15 单畴化程度
按照附录D的方法测量。
5.16 衬底电阻率
按照GB/T 1551规定的直排四探针法测量。
6 检查与验收规则
6.1 检查与验收
产品应由供方技术(质量)监督部门检验,保证产品质量符合本文件和订货单(或合同)的规定,并填
写产品质量证明书。
需方可对收到产品进行检验,若检验结果与本文件或订货单(或合同)的规定不符,应在收到产品之
日起1个月内向供方提出,由供需双方协商解决。
6.2 检验分类
检验分为批次检验和周期检验。
6.3 检验项目
除另有规定外,应按表4的规定进行检验。
表4 检验项目表
序号 检验项目 批次检验 周期检验 技术要求章条号 检验方法章条号
1 总厚度 ● ● 4.1.1 5.2
2 总厚度变化 ● ● 4.1.1 5.3
3 局部厚度变化和局部厚度变化率 ● ● 4.1.1 5.4
4 边缘区宽度 ● ● 4.1.1 5.5
5 表面外观质量 ● ● 4.1.3 5.6
6 17点平均厚度允差和17点厚度变化 ● ● 4.1.2 5.7
7 弯曲度 ● ● 4.1.1 5.8
8 正表面粗糙度 ● ● 4.1.1 5.9
9 薄膜层表面晶向允差 ● ● 4.2 5.10
10 键合偏转角度允差 ● ● 4.3 5.11
11 键合强度 ○ ● 4.4 5.12
表4 检验项目表 (续)
序号 检验项目 批次检验 周期检验 技术要求章条号 检验方法章条号
12 光学均匀性 ● ● 4.5 5.13
13 线性电光系数 ○ ● 4.6 5.14
14 单畴化程度 ○ ● 4.7 5.15
15 衬底电阻率 ● ● 4.8 5.16
注:“●”表示必检项目;“○”表示供需双方协商检验项目。
6.4 批次检验
6.4.1 组批
产品应成批提交验收,每批应由相同规格的铌酸锂单晶薄膜组成。
6.4.2 检验项目
除另有规定外,批次检验应按表4的规定进行检验。
6.4.3 抽样方案
抽样方案见表5。
表5 批次检验抽样方案
序号 检验项目 抽样方案
1 总厚度
2 总厚度变化
3 局部厚度变化和局部厚度变化率
4 表面外观质量
5 17点平均厚度允差和17点厚度变化
6 弯曲度
全检
7 边缘区宽度
8 正表面粗糙度
9 薄膜层表面晶向允差
10 键合偏转角度允差
11 键合强度
12 光学均匀性
13 线性电光系数
14 单畴化程度
15 衬底电阻率
GB/T 2828.1-2012中一般检验水平Ⅱ、
AQL为0.65、正常检验一次抽样方案
6.4.4 合格判据
全检项目检验结果不合格则判定该片产品不合格,抽检项目的接收质量限(AQL)见表5。
若批次检验中任有一项或一项以上检验不合格,则该批检验不合格,并按6.4.5处理。
6.4.5 不合格处理
若表5中序号1~序号6对应的项目检验不合格,供应方可将该批分选剔除不合格后再次提交
检验。
若表5中序号7~序号15对应的项目检验不合格,供应方可将该批进行全检并分选剔除不合格后
再次提交检验。
再次提交批应采用加严检验,且与其他批分开,并应作复检标志。
若再次提交批仍有项目检验不合格,则判定该批检验不合格。
6.4.6 样品处理
所有通过批次检验的产品,可以按合同或订单交货。
6.5 周期检验
6.5.1 检验项目
除另有规定外,周期检验应按照表4的规定进行检验,周期检验每12个月进行一次。
6.5.2 抽样方案
周期检验在已通过批次检验的检验批中随机抽取2片进行测试。
6.5.3 合格判据
若周期检验中任有一项或一项以上试验不合格,则周期检验不合格。
6.5.4 不合格处理
如果未通过周期检验,供应方应按照下列步骤进行处理:
a) 立即停止产品交货和批次检验;
b) 查明失效原因,在材料、工艺或其他方面提出纠正措施,对采用基本相同的材料和工艺进行制
造、失效模式相同、能进行纠正的所有产品采取纠正措施;
c) 完成纠正措施后,重新抽取样件进行周期检验;
d) 周期检验重新检验合格后,重新开始批次检验,批次检验合格后,产品才能交货;
e) 必要时通知客户。
6.5.5 样品处理
经周期检验的样品不应作为合格产品交付。
7 包装、标签/标志、储存和运输
7.1 包装
7.1.1 通则
产品包装避免在运输或储存期间被污染和损坏。有特殊包装要求的,应按供需双方之间的协议执
行。(参考:晶片由供应商进行包装,以避免在装运或储藏期间被污染和损坏。有特殊包装要求的,应按
使用方和供应方之间的协议规定。)
7.1.2 内包装
内包装应符合以下2项要求。
a) 内包装为专用的洁净片盒,再用洁净的塑料袋密封。另有规定时,由供需双方协商确定。
b) 片盒应贴有产品标签。
7.1.3 外包装
内包装放入适用尺寸的外包装箱中。箱体内空尺寸与内包装外形尺寸匹配。箱内应放置装箱单。
7.2 标签/标志
7.2.1 内包装标签
内包装标签至少包括以下内容:
a) 产品名称;
b) 产品规格;
c) 产品数量;
d) 产品批号;
e) 检验日期。
7.2.2 外包装标志
外包装应按GB/T 191-2008的规定进行图示标志,至少应标明以下内容:
a) 供应商名称、标识、地址、电话、传真、网址、邮箱;
b) “防潮”“轻放”“易碎”“朝上放置”等字样或标志。
7.3 储存
产品应存放在洁净、干燥、通风和无腐蚀性的环境中。
7.4 运输
产品在运输过程中避免挤压、碰撞、雨雪的直接淋袭并采取防震、防潮等措施。
附 录 A
(规范性)
键合偏转角度的测量方法
A.1 测量目的
测量TFLN中铌酸锂单晶薄膜层的定向边与衬底定向边之间的夹角,定义为键合偏转角度。
A.2 测量方法
X射线衍射法。
A.3 测量环境
在不低于GB/T 25915.1规定的ISO 7级洁净度的洁净室中进行,温度为(23±5)℃,相对湿度不
大于65%。
A.4 测量仪器
X射线定向仪,测量精度为30″。
A.5 测量原理
当布拉格角满足公式(A.1)的条件时,X射线光束将发生衍射:
2dsinθ=nλ (A.1)
式中:
d ---晶面间距,单位为纳米(nm);
θ ---布拉格角,单位为度(°);
n ---衍射级数;
λ ---X射线波长,单位为纳米(nm)。
X射线源由一束准直光和一块光反射晶片组成。X射线检测仪设置在与X射线源成一定角度的
位置。当晶体的某特定晶面与入射X射线之间的夹角等于该晶面的布拉格衍射角时,X射线检测仪记
录下最大的信号值,测角仪则会显示入射X射线与晶体表面之间的夹角θ1,如图A.1所示,θ2 为该特定
晶面的理论布拉格衍射角。当以衬底的定向边为基准时,θ1 与θ2 的差值α即等于铌酸锂单晶薄膜层的
定向边与衬底定向边之间的夹角,即键合偏转角度。
a) 键合体俯视图
b) 键合体剖视图
标引序号说明:
1 ---待测晶面;
2 ---X射线源;
3 ---光阑;
4 ---入射X射线;
5 ---衬底定向边;
6 ---铌酸锂单晶薄膜的定向边;
7 ---X射线检测仪;
8 ---铌酸锂单晶薄膜的目标晶面;
9 ---铌酸锂单晶薄膜层;
10---键合界面;
11---衬底。
图A.1 X射线定向仪测量键合偏转角度的测试方法示意图
A.6 测量步骤
测量步骤包括:
a) 设备开机、预热之后,使用标准品进行设备校准;
b) 将X射线源与X射线检测仪设置在特定的角度位置;
c) 将待测键合体晶片放置于X射线定向仪的样品台上,通过衬底的定向边进行定位;
d) 调节晶片表面与入射X射线之间的夹角,使X射线检测仪的信号值最大,记录此时测角仪显
示的角度θ1。
A.7 数据处理
计算实际测量角度θ1 与目标晶面的理论布拉格衍射角θ2 的差值,即为键合偏转角度α。
注意:测试铌酸锂单晶薄膜层偏转方向时,规定逆时针旋转角度α为负值。
附 录 B
(规范性)
光学均匀性的测量方法
B.1 测量目的
测量TFLN 中铌酸锂单晶薄膜层FQA 内的折射率最大值与最小值的差值,定义为光学均匀
性Δn。
B.2 测量方法
棱镜耦合法。
B.3 测量环境
按A.3进行。
B.4 测量仪器
棱镜耦合仪,测量精度为0.0001。
B.5 测量原理
棱镜耦合仪的测量原理描述如下:待测样品通过一个空气作用的耦合探头与棱镜基座接触,在样品
表面与棱镜之间产生一个空气狭缝。当一束激光入射到棱镜上时,通常会在棱镜上形成全反射进入光
电探测器。而在某一些特定的入射角度,激光光束会从棱镜表面穿过空气狭缝耦合进入样品中,使得到
达光电探测器的光强度大幅度降低。
如图B.1所示,n0,np,nf,ns 分别为空气、棱镜、薄膜(波导)和衬底介质的折射率,其中
np >nf >ns≥n0。通过对待测样品施加气压等方式,使波导紧紧地贴合在棱镜底面上,以保证波导和棱
镜之间的空气缝隙足够窄。当光以一定角度入射到棱镜上时,会在棱镜底面发生全反射,这种全反射效应
会在空气缝隙中留有倏逝场。当空气缝隙足够窄时,倏逝场会激发波导中的某种模式,从而实现耦合。
标引序号说明:
1---衬底;
2---铌酸锂单晶薄膜层;
3---激光器光源;
4---棱镜;
5---光电探测器。
图B.1 棱镜耦合仪的测试原理示意图
如果满足特定的入射角度θm(定义为入射光线与棱镜底面法线的夹角),棱镜中的倏逝场模式与波
导的m阶模式之间就可以满足公式(B.1)的相位匹配条件,棱镜中的光就能够被耦合进入到波导中并
且激发出m阶的波导模式。
np
2π
λsinθm =βm
(B.1)
式中:
np ---棱镜的折射率;
λ ---入射激光的波长,单位为纳米(nm);
θm ---入射角度,单位为度(°);
βm ---波导模式的传播常数,单位为纳米的负一次方(nm
-1)。
上式仅存在两个未知量θm 和βm,因而可以通过调节入射角度θm 来实现对波导各阶模式有效折射
率的测量。
B.6 测量步骤
测量步骤包括:
a) 设备开机、初始化,打开632.8nm波长的激光器;
b) 打开测试软件,设置测量参数,包括测试类型、测试激光波长和偏振模式、棱镜系数等;
c) 将待测铌酸锂单晶薄膜晶片放置于棱镜耦合仪的样品台上,使其正表面与棱镜底面相互平行
并紧紧贴合;
d) 通过调节入射角度θm,测量波导各阶模式的有效折射率,然后借助计算机求解超越方程得到
铌酸锂单晶薄膜层的折射率;
e) 通过旋转待测晶片,使光在铌酸锂单晶薄膜层中的传播方向与其光轴方向垂直,同时选择TE
偏振模式,测得铌酸锂单晶薄膜层的非寻常(Extraordinary,e)光折射率ne;
f) 按照图2规定的5个点位位置②⑤⑧,测量5个位置的e光折射率,并记录测试数据。
B.7 数据处理
根据公式(B.2)计算得到光学均匀性Δn:
Δn=ne,max-ne,min (B.2)
式中:
Δn ---光学均匀性;
ne,max---在5个特定位置测得的e光折射率的最大值;
ne,min---在5个特定位置测得的e光折射率的最小值。
附 录 C
(规范性)
线性电光系数的测量方法
C.1 测量目的
测量TFLN中铌酸锂单晶薄膜层FQA内的线性电光系数。
C.2 测量方法
通过测量在铌酸锂单晶薄膜上制作的电光调制器的半波电压,计算得到其线性电光系数。
C.3 测量环境
按A.3进行。
C.4 测量仪器
电光调制器测试装置,包括1550nm激光器、信号发生器、光电转换器、示波器等。
C.5 测量原理
介质折射率随外加电场大小线性变化的现象称为线性电光效应。
电光效应最主要的用途是电光调制器,最常用的电光调制器是基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)原理
的强度调制器,MZI型电光调制器的工作原理如图C.1所示:光载波经过一个3dB耦合器分成强度相
等的两束,然后分别进入上下两路调制臂波导中,调制信号经过行波电极加载到调制臂波导中的光载波
上;经过调制的光载波相位发生变化,导致两束光载波在第二个3dB耦合器处产生相位差。当相位差
等于0或者2π的整数倍时发生相长干涉,此时电光调制器的输出光强度最大;而当相位差等于π的奇
数倍时发生相消干涉,电光调制器的输出光强度最小。
标引符号说明:
Pin ---入射光信号的功率;
Pout ---出射光信号的功率,是相位差Δφ的函数;
Δne ---由电光效应引起的非寻常光(e光)折射率的变化量。
图C.1 马赫曾德尔干涉仪型电光调制器的光路原理图
半波电压是使光载波产生π的相位差所需要的电压值,在 MZI型电光调制器中对应改变输出光功
率从最大值到最小值所需要的驱动电压值,如图C.2所示。
图C.2 马赫曾德尔干涉仪型电光调制器的半波电压示意图
通过测量电光调制器的半波电压,根据公式(C.1)计算得到线性电光系数γ33。
γ33=
λg
2Vπn3effΓL
(C.1)
式中:
γ33 ---铌酸锂晶体的线性电光系数,单位为皮米每伏特(pm/V);
λ ---调制光信号的波长,单位为纳米(nm);
g ---电极间距,即接地电极与信号电极之间的距离,单位为微米(μm);
Vπ ---半波电压,单位为伏特(V);
neff ---光波导的有效折射率;
Γ ---电光重叠积分因子;
L ---调制电极的长度,单位为毫米(mm)。
C.6 测量步骤
测量步骤包括以下内容。
a) 制作电光调制器:在待测铌酸锂单晶薄膜晶片上制作 MZI型电光调制器,调制器波导的入射
端和出射端均进行镜面抛光,以提高光信号的端面耦合效率。
b) 测量电光调制器的半波电压:将波长为1550nm的光信号耦合到调制器波导中,通过导电探
针将频率为100kHz的三角波电信号施加在调制电极上,在波导的出射端通过物镜收集电光
调制之后的光信号,然后经过光电转换器转换成电信号,并最终被示波器监测和记录。根......
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