張正陽
陳彥宏

現今資訊時代的快速爆炸發展，資訊的傳輸量越趨龐大，並因世界網路的發展，國與國之間的訊息交換也越趨重要，大量的光纖海底電纜陸續被建造，而鈮酸鋰晶體憑藉其優異的晶體光學性質，且與電訊號傳輸相比，較難被竊取與竄改且所需之驅動能源也較低，符合世界的能源降低趨勢，被大量的被應用在其中，而隨著光通訊時代的來臨，各國無不重視光通訊的發展。 快速電光調製器，為光通訊產業中不可或缺的一項元件，其藉由鈦波導擴散製程的優勢，具有低的傳播損耗，高的位元率、高發展應用性，以及低驅動電壓與低訊噪比、低環境溫度影響的優勢，逐漸在美洲、歐洲、日本……等之本島或跨國的光纖網路、海底電纜的相關設備中被採用。而我國也透過產學合作的方式與各單位進行相關的研究與發展，以其可以開發出相關商品，並完成國家自主研究之目標，並期望國家跟上世界各國光通訊世代的腳步，完成各種相關的產業升級與發展。 本文製作出使用1550nm光源之3Gbps電光快速調製器。我們採用Z切(Z-Cut)鈮酸鋰晶體，藉以使用鈮酸鋰晶體極高的電光系數，並依電光效應原理來達成，馬氏干涉儀波導的設計採用商用軟體R-Soft來輔助完成，波導製作以金屬鈦擴散製程為主，完成設計波導寬度為7μm、間距寬度為60μm、S-Bend長度為6000μm單模傳輸之馬氏干涉儀(Mach-Zehnder)結構。電極設計使用高模擬軟體(High Frequency Structure Simulator, HFSS)，並以高頻電訊號傳輸中常使用的共平面波導(Co-Planar Waveguide)電極結構，並以黃金為材料，當作調製器的驅動電極，得到電傳輸訊號頻寬(S21)達40GHz以上，電傳輸反射訊號(S11)低於-18dB。緩衝層我們使用傳統半導體常見的二氧化矽，並以原子蒸鍍設備輔以製作，以期達成我們速度匹配的條件，並採用1μm的厚度來搭配調製器的設計。且為了能夠在與速度匹配達成更佳的條件，我們必須採用厚電極的設計，所以我們也搭配電鍍系統，並使用對環境較無害的環保型金電鍍液為材料，在環境溫度35℃下，成功製作電極厚度高達21μm的厚黃金電極。 最後完成全長為3.4cm，直波導在TM模態下的傳播損耗為0.8735dB/cm，而馬氏干涉儀於TM模態下的傳播損耗為0.9911 dB/cm，厚金屬電極之特性，在網路分析儀的量測下其電傳輸訊號頻寬(S21)達21.3GHz、電傳輸反射訊號(S11)皆低於-15dB，光電轉換訊號於眼圖儀的量測下具有3Gbps之頻寬響應，而其驅動電壓經量測為6V。