本發(fā)明涉及高速電光芯片領(lǐng)域，具體是涉及一種GSG軌道型射頻電極、硅基行波電極光調(diào)制器及制備方法。

背景技術(shù)：

在高速芯片和高速印刷電路板的信號傳輸線中，目前大量的采用了共面波導型平面電極結(jié)構(gòu)。大多數(shù)情況下根據(jù)應(yīng)用場合的需要，在不同的應(yīng)用場合中采用不同的平面電極結(jié)構(gòu)，例如：GSG(Ground-Signal-Ground，地-信號-地)型共面波導、GS(Ground-Signal，地-信號)型共面波導，參見圖1、圖2所示。然而，在有些情況下，需要對電極加載的負載具有較大的電容，實現(xiàn)有效的調(diào)配電極的阻抗和信號傳播速度。這樣就涉及到了如何提高射頻電極的參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍的問題。

目前，在高速芯片設(shè)計領(lǐng)域，大量采用了GSG和GS型電極結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)的無負載傳輸線或者低電容負載傳輸線中，采用GSG型電極結(jié)構(gòu)或者GS型電極結(jié)構(gòu)，即可以實現(xiàn)有效的傳輸信號匹配，參見圖1、圖2所示。然而，在近些年來蓬勃發(fā)展的硅光技術(shù)中，負載的電容大幅高于傳統(tǒng)的傳輸線負載器件。因此，需要尋找一種在負載電容較大的情況下，有效調(diào)節(jié)傳輸線參數(shù)，實現(xiàn)信號高效匹配的電極結(jié)構(gòu)。

目前，研發(fā)人員經(jīng)過改進后，提出了基于GS型射頻電極的GS軌道型射頻電極，參見圖3所示，這一電極有效提高了設(shè)計自由度，可以在較大電容的情況下，實現(xiàn)有效地調(diào)節(jié)射頻信號，進而實現(xiàn)電光匹配。然而，上述改進結(jié)構(gòu)還存在一定的弊端，例如：需要對電極做過渡變換，在很大電容情況下，調(diào)節(jié)能力有限等。因此，還需要發(fā)展一種具有更大調(diào)節(jié)自由度的電極，在負載大電容的情況下，進行大自由度的調(diào)節(jié)和匹配信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種GSG軌道型射頻電極、硅基行波電極光調(diào)制器及制備方法，能夠提高電極的參數(shù)設(shè)計自由度，實現(xiàn)有效的信號參數(shù)匹配。

本發(fā)明提供一種GSG軌道型射頻電極，包括GSG型平面電極，所述GSG型平面電極的單側(cè)或雙側(cè)周期性地添加用于延遲電場的軌道電極，軌道電極連接到GSG型平面電極的地電極上。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述軌道電極與GSG型平面電極由相同的工藝和材料加工而成。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，添加軌道電極的周期小于最小工作波長的十分之一。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述添加軌道電極的周期為50微米。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述軌道電極的橫截面呈T型結(jié)構(gòu)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述軌道電極與GSG型平面電極處在同一個平面層，或者處在多層平面電極體系的不同平面層。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述軌道電極與GSG型平面電極處在多層平面電極體系的不同平面層時，軌道電極通過電極層間的通孔與GSG型平面電極連接導通。

本發(fā)明還提供一種基于上述GSG軌道型射頻電極的硅基行波電極光調(diào)制器，包括GSG軌道型射頻電極和傳統(tǒng)的硅基行波電極光調(diào)制器，GSG軌道型射頻電極通過電極層間的通孔與硅基行波電極光調(diào)制器的有源區(qū)連接導通。

本發(fā)明還提供上述GSG軌道型射頻電極的制備方法，該方法包括以下步驟：

S1、通過電磁場仿真分析軟件，計算出阻抗為45～55歐姆匹配情況下的GSG型平面電極的幾何尺寸；

S2、在GSG型平面電極上添加負載，重新通過電磁場仿真分析軟件計算出添加了負載的阻抗；

S3、如果負載的阻抗在20～50歐姆之間，則確定單側(cè)添加軌道電極；如果負載的阻抗在50～100歐姆之間，則確定雙側(cè)添加軌道電極；

S4、在確定的電極結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過電磁場仿真分析軟件，優(yōu)化和設(shè)計軌道電極的結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲得一個周期的單元結(jié)構(gòu)設(shè)計；

S5、將優(yōu)化的單元結(jié)構(gòu)在長度方向上周期排列，得到完整的GSG軌道型射頻電極。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟S4中，確定雙側(cè)添加軌道電極時，雙側(cè)所添加的軌道電極的大小和形狀相同或者不同，根據(jù)負載電容的大小進行分別優(yōu)化和設(shè)計。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：

(1)本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的GSG型平面電極上添加軌道電極，可以在很大程度上提高電極的參數(shù)設(shè)計自由度，使得其可調(diào)節(jié)范圍在現(xiàn)有電極的基礎(chǔ)上大幅度提高，實現(xiàn)對電極阻抗和折射率的有效調(diào)節(jié)。

(2)本發(fā)明中的GSG軌道型射頻電極在具有較大電容的負載情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的信號參數(shù)匹配。

(3)本發(fā)明添加的軌道電極不會增加電極體系的制造成本和復雜度，能夠完全兼容已有多層平面電極加工工藝，不會帶來加工工藝上的難度。

(4)本發(fā)明中的GSG軌道型射頻電極能夠完全兼容目前的傳統(tǒng)GSG電極結(jié)構(gòu)，不需要過渡和轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的通用性。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)GS型平面電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為傳統(tǒng)GSG型平面電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為已有的GS軌道型平面電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中在上部分地(G)電極上添加了軌道的GSG軌道型平面電極的一個周期部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中在下部分地(G)電極上添加了軌道的GSG軌道型平面電極的一個周期部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例中在上下兩部分地(G)電極上均添加了軌道的GSG軌道型平面電極的一個周期部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例中在上部分地(G)電極上添加了軌道的GSG軌道型平面電極的多個周期構(gòu)成的完整電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例中基于GSG軌道型射頻電極的硅基行波電極光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

參見圖4所示，本發(fā)明實施例提供一種GSG軌道型射頻電極，包括GSG型平面電極，GSG型平面電極的單側(cè)或雙側(cè)周期性地添加用于延遲電場的軌道電極，軌道電極連接到GSG型平面電極的地(G)電極上，軌道電極與GSG型平面電極由相同的工藝和材料加工而成。

參見圖4、圖5所示，可以只在GSG型平面電極的單側(cè)添加軌道電極，左側(cè)或者右側(cè)，也可以在GSG型平面電極的雙側(cè)添加軌道電極，參見圖6所示，雙側(cè)添加軌道電極，可以提供更大的電極參數(shù)設(shè)計自由度。

GSG軌道型射頻電極為一個周期性的結(jié)構(gòu)。參見圖7所示，軌道電極需要周期性添加，且添加的周期需要小于最小工作波長的十分之一。對于一般的射頻電路，添加軌道電極的周期選取50微米的長度即可。

傳統(tǒng)GSG型平面電極與平常芯片或電路上使用的GSG型平面電極結(jié)構(gòu)完全相同，沒有設(shè)計和機構(gòu)上的區(qū)別。

參見圖4、圖5、圖6、圖7所示，軌道電極的橫截面可以呈T型結(jié)構(gòu)，這一T型結(jié)構(gòu)直接連接到GSG型平面電極的地(G)電極上。在實際工程使用中，這一T型軌道結(jié)構(gòu)可以單獨添加在兩側(cè)地(G)電極的任意一側(cè)上，也可以同時在兩側(cè)地(G)電極上同時添加。

當只在地(G)電極的任意一側(cè)添加軌道電極時，這一GSG軌道型射頻電極對負載電容的適應(yīng)范圍相比于目前文獻中最新報道的GS軌道型射頻電極要大很多。在目前報道的GS軌道型射頻電極無法實現(xiàn)匹配的大電容負載情況下，這一GSG軌道型射頻電極可以完美的實現(xiàn)射頻信號的有效匹配。

當在兩側(cè)地(G)電極上同時添加軌道電極時，這一GSG軌道型射頻電極對負載電容的適應(yīng)范圍又大于前述的只在地(G)電極的任意一側(cè)添加軌道電極的情況。

因此，可以根據(jù)不同的負載電容情況，使用不同的GSG軌道型射頻電極。在負載電容較大時，采用只在地(G)電極的任意一側(cè)添加軌道的GSG軌道型射頻電極；而在負載電容非常大的時候，采用在地(G)電極兩側(cè)均添加軌道的GSG軌道型射頻電極。

在實際工程使用中，軌道電極可以做適當?shù)男螤钭儞Q，只要可以提供電場延遲作用即可。

在具有多層平面電極體系的結(jié)構(gòu)中，可以通過不同層間的通孔將軌道電極引入不同層的電極平面層。在實際使用的過程中，軌道電極與GSG型平面電極可以處在同一個平面層，也可以處在多層平面電極體系的不同平面層。軌道電極和GSG型平面電極處在多層平面電極體系的不同平面層時，軌道電極通過電極層間的通孔與GSG型平面電極連接導通，可以實現(xiàn)同樣的功能。

軌道電極需要根據(jù)具體的負載情況進行尺寸的優(yōu)化和設(shè)計。以T型軌道電極為例，添加的T型軌道電極的具體尺寸需要根據(jù)實際負載的情況來進行電磁仿真和優(yōu)化，可以優(yōu)化的參數(shù)包括T型軌道電極的每一個部分的長度和寬度共四個變量。通過上述四個參數(shù)變量的優(yōu)化可以獲得非常大的優(yōu)化設(shè)計空間，同時掛載T型軌道電極的GSG型平面電極的參數(shù)也可以加入一起進行優(yōu)化設(shè)計，對尺寸優(yōu)化的目標是實現(xiàn)射頻信號的有效匹配。

本發(fā)明實施例中的GSG軌道型射頻電極與現(xiàn)有的GSG平面電極電路體系完全兼容，可以與傳統(tǒng)的GSG平面電極直接相互連接和過渡，連接時中間不需要任何的過渡和轉(zhuǎn)換部分，相比于GS型軌道電極具有結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越等諸多優(yōu)點。

參見圖8所示，本發(fā)明實施例還提供一種基于GSG軌道型射頻電極的硅基行波電極光調(diào)制器，包括GSG軌道型射頻電極和傳統(tǒng)的硅基行波電極光調(diào)制器，GSG軌道型射頻電極通過電極層間的通孔與硅基行波電極光調(diào)制器的有源區(qū)連接導通。

本發(fā)明實施例還提供上述GSG軌道型射頻電極的制備方法，該方法包括以下步驟：

S1、通過電磁場仿真分析軟件，計算出阻抗為45～55歐姆匹配情況下的GSG型平面電極的幾何尺寸，優(yōu)選50歐姆，參見圖2所示。具體計算過程是現(xiàn)有的標準方案，此處不再贅述。

S2、在步驟S1獲得的GSG型平面電極上添加負載，重新通過電磁場仿真分析軟件計算出添加了負載的阻抗。

S3、在通過步驟S2獲得加載負載的阻抗后，計算負載的阻抗與50歐姆的差距，如果差距較小，負載的阻抗低于50歐姆，此時，負載的阻抗一般在20-50歐姆之間，說明負載的電容數(shù)值較小，則確定單側(cè)添加軌道電極；如果所計算出的負載的阻抗與50歐姆的差距較大，負載的阻抗高于50歐姆，此時，負載的阻抗一般在50-100歐姆之間，說明其復雜電容較大，則確定雙側(cè)添加軌道電極。

S4、在前面步驟的基礎(chǔ)上，確定采用單側(cè)添加軌道電極的GSG軌道型射頻電極，參見圖4、圖5所示，或者使用雙側(cè)添加軌道電極的GSG軌道型射頻電極，參見圖6所示。

此時需要在確定的電極結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過電磁場仿真分析軟件，優(yōu)化和設(shè)計T型軌道的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要是T型軌道每一部分的長度和寬度。優(yōu)化過程中添加軌道電極的周期一般要求小于最小工作波長的十分之一，對于常用的電路系統(tǒng)取50微米即可。通過上述優(yōu)化過程即可獲得需要的電極匹配參數(shù)。

對于使用單側(cè)添加軌道電極的GSG軌道型射頻電極的情況，軌道電極可以添加在GSG地電極的任意一側(cè)，參見圖4和圖5所示。對于使用雙側(cè)添加軌道電極的GSG軌道型射頻電極的情況，其結(jié)構(gòu)參見圖6所示，同時根據(jù)實際情況的需要，雙側(cè)所添加的軌道電極的大小和形狀可以相同也可以不同，只需要根據(jù)負載電容的大小來進行分別優(yōu)化和設(shè)計。這樣就完成了GSG軌道型射頻電極一個周期的單元結(jié)構(gòu)設(shè)計。

S5、在完成上述優(yōu)化設(shè)計步驟后，將所優(yōu)化的單元結(jié)構(gòu)在長度方向上周期排列，即可得到完整的GSG軌道型射頻電極，參見圖7所示，即為一段完整的單側(cè)添加軌道電極的GSG軌道型射頻電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

將優(yōu)化設(shè)計好的GSG軌道型射頻電極加工到傳統(tǒng)的硅基行波電極光調(diào)制器上，如鈮酸鋰和磷化銦調(diào)制器，替代傳統(tǒng)的GSG型平面電極，GSG軌道型射頻電極通過電極層間的通孔和下層的硅基行波電極光調(diào)制器的有源區(qū)相互連接，即可實現(xiàn)基于GSG軌道型射頻電極的硅基行波電極光調(diào)制器。圖8為完整的基于GSG軌道型射頻電極的硅基行波電極光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

上述GSG軌道型射頻電極和基于GSG軌道型射頻電極的硅基行波電極光調(diào)制器僅為本發(fā)明的一個實施例，本方案不僅可以應(yīng)用于實施例中硅基行波電極光調(diào)制器芯片的電極，對于其他的平面和多層平面電極體系，例如印刷電路板等同樣適用，在此不再贅述。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明實施例進行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。