1.本实用新型涉及光通信器件领域，特别涉及一种反质子交换周期性极化铌酸锂波导。
背景技术：
2.铌酸锂（linbo3）作为一种铁电体，具有自发极化的特性，居里温度约为1210℃，以居里温度（相变温度）为界可分为两个相态，即顺电相与铁电相。当温度高于居里温度时，铌酸锂呈现为顺电相，此时锂离子位于三个氧离子组成的平面内，而铌离子位于六个氧离子所围成的八面体的正中间，正负电荷中心重合，所以此时铌酸锂没有极化特性。当温度低于居里温度时，晶体结构发生了变化，铌酸锂从顺电相变为铁电相，此时正负电荷中心不再重合，形成了极化电场，即铌酸锂的自发极化，因此可利用铌酸锂自身特性制备反质子交换周期性极化铌酸锂（rpe ppln）波导。
3.现有技术中反质子交换周期性极化铌酸锂波导的制备工艺如下：
4.选用z切铌酸锂晶圆并清洗，设计极化掩模版，进行周期性极化。
5.铌酸锂晶圆 z面旋涂光刻胶，利用光刻机通过紫外曝光定义周期性电极图案，显影后使用液体电极的方案实现无光刻胶覆盖区域的极化反转，完成周期性极化。
6.设计波导掩模版，在完成周期性极化的铌酸锂晶圆-z面溅射一层二氧化硅薄膜，旋涂波导光刻胶后使用波导掩模版和光刻机通过紫外曝光定义波导图案，经显影、缓冲氧化物刻蚀液刻蚀裸露的二氧化硅后获得最终的波导路径。
7.波导芯片依次完成质子交换、退火、反质子交换、抛光等工艺，得到反质子交换周期性极化铌酸锂波导。
8.然而当使用的上述反质子交换周期性极化铌酸锂波导时，如果波导受到温度变化或梯度时，其从初始状态参数到正常工作时的状态参数，需要很长的一段时间来恢复，例如：针对使用相同的制作工艺，仅在极化周期、波导宽度等设计上存在差异的1号、2号、3号波导芯片：样品1:极化周期13.1μm、波导宽度7.5μm；样品2:极化周期13.2μm、波导宽度7.0μm；样品3:极化周期13μm、波导宽度8μm，得到如图1所示的启动曲线，1号、2号、3号波导芯片的冷启动输出曲线均是芯片温度由室温21℃到30℃测试得到的，1号波导芯片冷启动时间为12522s、2号波导芯片冷启动时间为6210s、3号波导芯片冷启动时间为7982s。
9.可见，现有反质子交换周期性极化铌酸锂波导工作时受到温度的变化，需要很长的一段时间来恢复，导致冷启动时间过长，冷启动时间甚至长达2-3小时，这将严重耽误使用时间，降低波导的工作效率同时还影响器件的使用寿命。
技术实现要素：
10.针对上述技术问题，本实用新型提供一种反质子交换周期性极化铌酸锂波导，以解决现有反质子交换周期性极化铌酸锂波导工作时受到温度变化启动时间长、工作效率低的问题。
11.基于上述目的，本实用新型提供反质子交换周期性极化铌酸锂波导，包括：
12.铌酸锂基底，所述铌酸锂基底内沿光的传输方向嵌入有波导通道，波导通道的第一端贴设第一光纤，波导通道的第二端贴设第二光纤；
13.电极，包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别设置在铌酸锂基底上表面波导通道处的两侧；
14.壳体，所述铌酸锂基底以及所述电极均设置在壳体内部，所述壳体上设置有通孔，用于穿设第一光纤和第二光纤，所述壳体与铌酸锂基底固定连接。
15.可选的，所述第一电极和第二电极的长度与波导通道的长度相同。
16.可选的，第一电极和第二电极均为两层电极。
17.可选的，第一电极和第二电极靠近铌酸锂基底的一层均为钛电极，第一电极和第二电极远离铌酸锂基底的一层均为金电极。
18.可选的，钛电极的厚度范围为0.05μm~0.25μm，金电极的厚度范围为0.25μm~0.45μm。
19.可选的，还包括热传递装置，热传递装置设置在壳体内部，用于对铌酸锂基底进行控温。
20.可选的，所述热传递装置为凹字形热沉，铌酸锂基底设置在热沉的凹槽内，且铌酸锂基底的下表面和两个侧面与热沉固定连接，热沉与壳体固定连接。
21.可选的，铌酸锂基底的下表面和两个侧面与热沉通过导电银胶固定连接。
22.可选的，第一电极和第二电极与波导通道的间距范围均为2μm~5μm。
23.可选的，所述壳体为方形金属壳体，且方形金属壳体上通孔的连线与波导通道同轴设置。
24.上述方案具有以下有益效果：
25.本实用新型的反质子交换周期性极化铌酸锂波导，在原有波导的结构上增加了第一电极和第二电极，使得热释电效应显著降低，受到温度变化时，保证了波导器件内部电荷的快速中和，使得冷启动时间约在15分钟左右，冷启动时间明显缩短，提高工作效率，同时温度、时间的稳定性提高。该结构操作简单，兼容性高，条件容易控制，在实际应用中具有广阔的前景。
附图说明
26.图1是现有技术中提供的不同波导芯片的启动曲线图；
27.图2是本实用新型实施例中反质子交换周期性极化铌酸锂波导不加上盖不带光纤的三维结构图；
28.图3是本实用新型实施例中电极的结构图；
29.图4是本实用新型实施例中反质子交换周期性极化铌酸锂波导带光纤的三维结构图；
30.图5是本实用新型实施例中反质子交换周期性极化铌酸锂波导的外形图；
31.图6是本实用新型实施例中波导温度由室温21℃分别上升到30℃的冷启动测试输出曲线；
32.图7是本实用新型实施例中波导温度由室温21℃分别上升到40℃的冷启动测试输
出曲线；
33.图8是本实用新型实施例中波导温度由室温21℃分别上升到50℃的冷启动测试输出曲线；
34.符号说明如下：
35.1、铌酸锂；11、铌酸锂基底；2、波导通道；3、第一光纤；4、第二光纤；5、第一电极；51、钛电极；52、金电极；6、第二电极；7、热沉；8、底座；9、上盖。
具体实施方式
36.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。
37.应当理解，下面阐述的实施例代表了使本领域技术人员能够实施实施例并说明实施实施例的最佳模式的必要信息。在根据附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的概念并且将认识到这些概念在本文中未特别提及的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
38.还应当理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元素，但是这些元素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，可以将第一元件称为第二元件，并且类似地，可以将第二元件称为第一元件，而不脱离本公开的范围。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
39.还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元素被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元素时，不存在中间元素。
40.还应当理解，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“底部”、“中间”、“中间”、“顶部”等可以在本文中用于描述各种元素，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此这些元素不应受这些条款的限制。
41.这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，第一元件可以被称为“上”元件，并且类似地，第二元件可以根据这些元件的相对取向被称为“上”元件，而不脱离本公开的范围。
42.进一步理解，术语“包括”、“包含”、“包括”和/或“包含”在本文中使用时指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或它们的组。
43.除非另有定义，本文使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解，本文使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确如此定义，否则不会以理想化或过于正式的意义进行解释。
44.本实用新型的主要构思在于：经研究发现，导致rpe ppln波导冷启动时间过长的原因在于，在温度的变化时影响了铌酸锂晶体的电特性，导致在集成光学芯片中出现大的内部电场，进而导致铌酸锂自发极化的变化，这一现象为光学芯片横向边缘的
±
z面电荷不平衡，在垂直于光学芯片波导路径的z方向上产生电场。由于铌酸锂的电阻率非常高，屏蔽
电荷需要很长时间才能穿过电光晶体并中和极面上的束缚电荷，这种长时间的中和过程导致了rpe ppln波导冷启动时间过长，因此，为了缩短rpe ppln波导的冷启动时间，就需要降低热释电效应对波导的影响，加速电荷的中和过程，本实用新型在晶圆表面设置电极，加快电荷的中和过程，提高了冷启动速度。
45.在一实施例中，本实用新型提出一种反质子交换周期性极化铌酸锂波导（rpe ppln波导），其结构如图2、图3、图4、图5所示，反质子交换周期性极化铌酸锂波导包括铌酸锂1，热传递装置以及壳体；铌酸锂1包括铌酸锂基底11和电极。
46.其中，铌酸锂基底11内沿光的传输方向嵌入有波导通道2，波导通道2的截面可以为椭圆形，也可以为方形等形状。波导通道2的第一端贴设第一光纤3，波导通道2的第二端贴设第二光纤4；第一光纤3与第一端通过紫外胶进行贴设，第二光纤4与第二端通过紫外胶进行贴设，并且第一光纤3和第二光纤4的波长与rpe ppln波导的特性以及具体需求有关，例如：第一端为入射端，第一光纤3为pm1550光纤；第二端为出射端，第二光纤4为pm780光纤。
47.电极包括第一电极5和第二电极6，第一电极5和第二电极6分别设置在铌酸锂基底11上表面波导通道2处的两侧，并且为了进一步缩短启动时间，不仅第一电极5和第二电极6的长度与波导通道2的长度相同，而且第一电极5和第二电极6的宽度和小于铌酸锂基底11的宽度减去波导通道2的宽度，也即电极均匀分布在除波导通道2处，铌酸锂基底11的上表面。第一电极5和第二电极6均为两层电极，第一电极5和第二电极6靠近铌酸锂基底11的一层均为钛电极51，且钛电极51的厚度范围为0.05μm~0.25μm；第一电极5和第二电极6远离铌酸锂基底11的一层均为金电极52，金电极52的厚度范围为0.25μm~0.45μm。关于各层电极的厚度可以根据需要进行设定，本实用新型不做限制。
48.第一电极5和第二电极6与波导通道2的间距范围均为2μm~5μm，这里第一电极5和第二电极6与波导通道2的间距范围是指：第一电极5靠近波导通道2的侧面与波导通道2在z方向靠近第一电极5的边缘点在z方向的距离范围为2μm~5μm，第二电极6靠近波导通道2的侧面与波导通道2在z方向靠近第二电极6的边缘点在z方向的距离范围为2μm~5μm，这里建立的坐标系为：以波导通道2的中心为坐标原点o，y方向为光传输方向，x方向为垂直于铌酸锂基底11上表面的方向。关于距离范围，可以根据需要进行设定，本实用新型对此不作限制。
49.热传递装置用于对铌酸锂基底11进行控温，热传递装置为热沉7，且为凹字形热沉，铌酸锂基底11设置在热沉7的凹槽内，且铌酸锂基底11的下表面和两个侧面与热沉7通过导电银胶固定连接。
50.壳体为方形金属壳体，铌酸锂基底11、电极、热沉7均设置在壳体内部，壳体上沿光的传输方向设置有通孔，用于穿设第一光纤3和第二光纤4，且方形金属壳体上通孔的连线与波导通道2同轴设置，方形金属壳体包括底座8和上盖9，底座8与热沉7固定连接。当然，作为其他实施方式，壳体也可以一体设置，并且在保证稳定性的情况下，壳体上通孔的连线与波导通道2也可以不同轴设置，本实用新型对此不做限制。
51.为了提高热传递装置的控温效果，在壳体的侧面开设一个控温孔，通过控温孔对热沉7进行温度调节，进而控制铌酸锂基底11的温度。
52.反质子交换周期性极化铌酸锂波导的制备方法如下：
53.（1）用z切铌酸锂晶圆并清洗：铌酸锂晶圆的厚度为0.5mm-1mm,极化周期范围为11.5μm
ꢀ‑
13.5μm。
54.（2）设计周期为11.5μm
ꢀ‑
13.5μm、极化宽度3.5μm~4μm、极化长度40μm的极化掩模版。
55.（3）铌酸锂晶圆 z面旋涂光刻胶，后利用极化掩模版和光刻机通过紫外曝光定义周期性电极图案，经显影后使用液体电极的方案实现无光刻胶覆盖区域的极化反转，完成周期性极化，后可进行占空比测试。
56.（4）设计波导掩模版，波导宽度8μm。
57.（5）完成周期性极化的铌酸锂晶圆-z面溅射一层二氧化硅薄膜，后旋涂波导光刻胶，使用波导掩模版和光刻机通过紫外曝光定义波导图案，经显影后在二氧化硅上得到波导图案，通过缓冲氧化物刻蚀液刻蚀裸露的二氧化硅，最终在铌酸锂晶圆上获得最终的波导路径。
58.（6）波导芯片依次完成质子交换、退火、反质子交换、抛光等工艺，可进行中心波长测试，若未达到设计波长可再进行反质子交换，最终得到反质子交换型的波导结构（rpe ppln波导）。
59.（7）设计电极掩模版：电极均匀分布在除波导通道2的整个-z面，要求电极与波导的间距范围2μm ~5μm，使用au/ti电极，电极厚度范围0.3μm ~0.7μm。
60.（8）铌酸锂晶圆上表面蒸镀一层钛，厚度范围0.05μm ~0.25μm，在其上继续蒸镀一层金，厚度范围0.25μm ~0.45μm，旋涂光刻胶使用电极掩模版和光刻机通过紫外曝光定义电极图案，经显影及金刻蚀后，得到波导通道2两边带有金电极52的波导芯片。
61.（9）带有au/ti电极的波导芯片进行抛光，将保偏光纤与波导芯片的入射端和出射端耦合，导电银胶均匀涂抹在波导芯片 z面（即下表面）、两侧面（入射端、出射端保持洁净无遮挡），将波导芯片置入封装盒内的热沉7的凹槽内，保证波导芯片与热沉7紧密接触，盖上封装盒盖子，完成封装。
62.上述实施例中，为了进一步缩短冷启动时间，第一电极5和第二电极6的长度与波导通道2的长度相同，作为其他实施方式，第一电极5和第二电极6的长度也可以小于波导通道2的长度，本实用新型对此不做限制。
63.上述实施例中，为了更有效的中和电荷，第一电极5和第二电极6均为两层电极均为两层电极，作为其他实施方式，第一电极5和第二电极6也可以为单层或者三层电极，本实用新型对此不做限制。
64.上述实施例中，为了更有效的中和电荷，第一电极5和第二电极6采用钛金材料，作为其他实施方式，电极也可以采用cr 或ni 或al 等金属材料，本实用新型对此不做限制。
65.上述实施例中，为了更好的对波导进行控温，保证波导的工作效果，增加热传递装置对波导进行温度调节，并且再用凹字形热沉7作为热传递装置，作为其他实施方式，也可以采用锯齿状的热传递装置，或者在保证温度的情况下，不使用热传递装置也是可以的。
66.上述实施例中，为了保证控温效果，铌酸锂基底11的下表面和两个侧面与热沉7通过导电银胶固定连接，作为其他实施方式，也可以通过机械方式对二者进行固定，本实用新型对此不作限制。
67.上述实施例中，壳体为方形金属壳体，作为其他实施方式，壳体也可以为圆形等其
他形状，本实用新型对此不作限制。
68.对采用上述工艺制成的反质子交换周期性极化铌酸锂波导进行测试，得到图6、图7、图8所示的冷启动测试输出曲线图。图6、图7、图8中的（a）、（b）、（c）曲线为波导温度由室温21℃分别上升到30℃、40℃、50℃的冷启动测试输出曲线，上升到30℃的情况下冷启动时间为881 s，上升到40℃的情况下冷启动时间为624 s，上升到50℃的情况下冷启动时间为711 s，冷启动时间明显地缩减。
69.本实用新型提出的反质子交换周期性极化铌酸锂波导，在原有波导的结构上增加了第一电极5和第二电极6，使得热释电效应显著降低，受到温度变化时，保证了rpe ppln波导器件内部电荷的快速中和，使得冷启动时间约在15分钟，冷启动时间明显缩短，提高工作效率，同时温度、时间的稳定性提高。该结构操作简单，兼容性高，条件容易控制，在实际应用中具有广阔的前景。
70.以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。