專利名稱：采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫－曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元器件，特別涉及一種采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器。
背景技術(shù)：
光調(diào)制器作為光信號的外調(diào)制方式，是光通信技術(shù)中重要的器件之一，人們利用多種材料的多種效應(yīng)，已經(jīng)成功地研制了各種光調(diào)制器。近年來，由于模擬信號直接調(diào)制傳輸?shù)男枰瑢哂懈叨染€性調(diào)制特性的光強(qiáng)度調(diào)制器有了特定的需求。作為基本的光強(qiáng)度調(diào)制器結(jié)構(gòu)，馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉型結(jié)構(gòu)是最為常用的光強(qiáng)度調(diào)制器結(jié)構(gòu)，但是由于其調(diào)制特性曲線為典型的正弦曲線，無法滿足高度線性模擬信號調(diào)制的要求。針對正弦曲線為亞線性曲線，以基于光微環(huán)諧振器的全通濾波器相位響應(yīng)曲線所具有的超線可以對馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度特性進(jìn)行線性補(bǔ)償。
由于光波導(dǎo)中的損耗是不可避免的，特別是目前主要的電光光波導(dǎo)材料的損耗均不小，由光微環(huán)諧振器構(gòu)成的全通濾波器在強(qiáng)度響應(yīng)特性上并不可能是真正的“全通”。雖然采用光微環(huán)的馬赫-曾德爾光調(diào)制器中光微環(huán)工作在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的位置，且諧振腔也不要求為高品質(zhì)因子，但波導(dǎo)損耗的影響對調(diào)制特性的影響并不能因此而可以忽略。分析表明，損耗導(dǎo)致帶光微環(huán)的馬赫-曾德爾光調(diào)制器的調(diào)制曲線的固有調(diào)制深度下降，信號傳輸效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器，其對損耗引入的調(diào)制深度下降進(jìn)行了補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號的高效率的傳輸。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括任意閉環(huán)形狀光微環(huán)，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的兩個(gè)干涉臂，輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)。兩個(gè)干涉臂的一端接馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)的一端，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)的一端接輸入波導(dǎo)，兩個(gè)干涉臂的另一端接馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)的一端，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)的另一端接輸出波導(dǎo)，任意閉環(huán)形狀光微環(huán)放置在任意一個(gè)干涉臂的一側(cè)，與干涉臂相耦合。
所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)和合束干涉結(jié)構(gòu)可以分別采用第一、第二Y分支結(jié)構(gòu)，或者X結(jié)結(jié)構(gòu)，或者定向耦合器結(jié)構(gòu)，或者多模干涉耦合器結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明具有的有益的效果是采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)，可以對損耗所導(dǎo)致的采用微環(huán)的高線性馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制深度下降進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號的高效率傳輸。而這種非均衡耦合結(jié)構(gòu)僅簡單地改變馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束或合束干涉結(jié)構(gòu)，或是調(diào)整干涉臂的損耗，所以依然可以用平面集成光波導(dǎo)工藝制作，工藝簡單。


圖1是采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1的第一種實(shí)施例圖；圖3是圖1的第二種實(shí)施例圖；圖4是圖1的第三種實(shí)施例圖；圖5是圖1的第四種實(shí)施例圖。
圖中1為任意閉環(huán)形狀光微環(huán)，2為馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)，3為馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)，4為馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的干涉臂，5為馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的干涉臂，6為輸入波導(dǎo)，7為輸出波導(dǎo)，12為Y分支，13為Y分支，22為X結(jié)，23為X結(jié)，32為定向耦合器，33為定向耦合器，43為多模干涉耦合器，43為多模干涉耦合器。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括任意閉環(huán)形狀光微環(huán)1，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)2，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)3，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的兩個(gè)干涉臂4、5，輸入波導(dǎo)6和輸出波導(dǎo)7。兩個(gè)干涉臂4、5的一端接馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)2的一端，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)2)的一端接輸入波導(dǎo)6，兩個(gè)干涉臂4、5的另一端接馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)3的一端，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)3的另一端接輸出波導(dǎo)7，任意閉環(huán)形狀光微環(huán)1放置在任意一個(gè)干涉臂的一側(cè)，與干涉臂相耦合。
馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)2所具有的分束功率比Rs、合束干涉結(jié)構(gòu)3所具有的合束功率比Rc以及兩個(gè)干涉臂4、5上的光功率損耗比Ra所綜合表現(xiàn)出的在馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)兩個(gè)干涉臂上光功率的非均衡ImB＝RsRcRa滿足對調(diào)制器的最大調(diào)制深度下降的補(bǔ)償，即要求非均衡與調(diào)制器在最大調(diào)制深度時(shí)光微環(huán)1在相耦合的干涉臂(在此假設(shè)為4)上引入的額外光傳輸損耗Loss的乘積為1ImB·Loss＝1。
如圖2所示，所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)2和合束干涉結(jié)構(gòu)3分別采用第一、第二Y分支12、13結(jié)構(gòu)，其所具有的非均衡耦合的分束功率比Rs或合束功率比Rc通過設(shè)計(jì)兩分支臂的寬度不同、波導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)不同或是波導(dǎo)偏角不同而實(shí)現(xiàn)。
如圖3所示，所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)2和合束干涉結(jié)構(gòu)3分別采用第一、第二X結(jié)22、23結(jié)構(gòu)，其所具有的非均衡耦合的分束功率比Rs或合束功率比Rc通過設(shè)計(jì)輸出與/和輸出的分支臂寬度不同、波導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)不同或是波導(dǎo)偏角不同而實(shí)現(xiàn)。
如圖4所示，所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)2和合束干涉結(jié)構(gòu)3分別采用第一、第二定向耦合器32、33結(jié)構(gòu)，其所具有的非均衡耦合的分束功率比Rs或合束功率比Rc通過設(shè)計(jì)兩個(gè)耦合波導(dǎo)間的間隔不同、長度不同或是波導(dǎo)寬度不同、材料結(jié)構(gòu)不同而實(shí)現(xiàn)。
如圖5所示，所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)2和合束干涉結(jié)構(gòu)3分別采用第一、第二多模干涉耦合器42、43結(jié)構(gòu)，其所具有的非均衡耦合的分束功率比Rs或合束功率比Rc通過設(shè)計(jì)多模干涉區(qū)的長與寬的比例或是輸入與輸出波導(dǎo)對應(yīng)多模干涉區(qū)的位置而實(shí)現(xiàn)。
在如圖2、3、4和5所示的各實(shí)施例中，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的兩個(gè)干涉臂4、5間的一定的光功率損耗比Ra可以根據(jù)光波導(dǎo)的傳輸損耗來設(shè)計(jì)出兩臂長度來實(shí)現(xiàn)，也可以在干涉臂上人為設(shè)置彎曲等損耗缺陷實(shí)現(xiàn)，或是可以在干涉臂上設(shè)計(jì)諸如Y分支結(jié)構(gòu)、定向耦合結(jié)構(gòu)等分束結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式很多，在此以電光有機(jī)聚合物作為器件材料作為例子，但決非僅限于此材料例。
首先要進(jìn)行的是器件結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)。在本發(fā)明的器件中主要是要清楚所采用的電光有機(jī)聚合物材料的損耗值大小，由損耗值和微環(huán)1的大小及其與馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的一個(gè)臂間的耦合系數(shù)計(jì)算出微環(huán)1對馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的兩個(gè)干涉臂4、5中光功率非均衡影響的大小，以滿足對調(diào)制深度下降進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊?。在這個(gè)非均衡值的基礎(chǔ)上分配馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的分束耦合結(jié)構(gòu)2的分束功率比、合束干涉結(jié)構(gòu)3的合束功率比與兩個(gè)干涉臂4、5的功率損耗比。由分束功率比和合束功率比設(shè)計(jì)出用作分束耦合結(jié)構(gòu)和合束干涉結(jié)構(gòu)的Y分支器12、13，X結(jié)22、23，定向耦合器32、33或者多模干涉耦合器42、43。由功率損耗比設(shè)計(jì)出兩個(gè)干涉臂4、5的長度、損耗缺陷或是分束結(jié)構(gòu)。
在設(shè)計(jì)出微環(huán)1、分束耦合結(jié)構(gòu)2、合束耦合結(jié)構(gòu)3和兩個(gè)干涉臂4、5后，再根據(jù)需要完成輸入波導(dǎo)6和輸出波導(dǎo)7的設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)出馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的光波導(dǎo)部分。馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制電極采用傳統(tǒng)的電極設(shè)計(jì)方法。光波導(dǎo)部分和電極部分要分別制作在兩塊光刻版上。
帶微環(huán)的馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的具體制作過程中，以硅片或玻璃為襯底材料，采用旋轉(zhuǎn)涂敷成膜法制作下限制層，再制作芯層，并用光刻與干法刻蝕，制作出由微環(huán)1、分束耦合結(jié)構(gòu)2、合束耦合結(jié)構(gòu)3和兩個(gè)干涉臂4、5、輸入波導(dǎo)6和輸出波導(dǎo)7組成的馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的光波導(dǎo)部分芯層。完成芯層后涂敷上限制層。馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制電極上制作在上限制層上的，采用金屬鍍膜、光刻和金屬腐蝕的方法進(jìn)行制作。由此就可以完成具有高線性特性和大調(diào)制深度的采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器。
上述具體實(shí)施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于包括任意閉環(huán)形狀光微環(huán)(1)，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)(3)，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的兩個(gè)干涉臂(4、5)，輸入波導(dǎo)(6)和輸出波導(dǎo)(7)；兩個(gè)干涉臂(4、5)的一端接馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)的一端，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)的一端接輸入波導(dǎo)(6)，兩個(gè)干涉臂(4、5)的另一端接馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)(3)的一端，馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的合束干涉結(jié)構(gòu)(3)的另一端接輸出波導(dǎo)(7)，任意閉環(huán)形狀光微環(huán)(1)放置在任意一個(gè)干涉臂的一側(cè)，與干涉臂相耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)和合束干涉結(jié)構(gòu)(3)分別采用第一、第二Y分支(12、13)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)(2、)和合束干涉結(jié)構(gòu)(3)分別采用第一、第二X結(jié)(22、23)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)和合束干涉結(jié)構(gòu)(3)分別采用第一、第二定向耦合器(32、33)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫-曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述的馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)和合束干涉結(jié)構(gòu)(3)分別采用第一、第二多模干涉耦合器(42、43)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)的帶微環(huán)馬赫－曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器。兩個(gè)干涉臂的一端接分束耦合結(jié)構(gòu)的一端，分束耦合結(jié)構(gòu)的一端接輸入波導(dǎo)，兩個(gè)干涉臂的另一端接合束干涉結(jié)構(gòu)的一端，合束干涉結(jié)構(gòu)的另一端接輸出波導(dǎo)，任意閉環(huán)形狀光微環(huán)放置在任意一個(gè)干涉臂的一側(cè)。分束耦合結(jié)構(gòu)和合束干涉結(jié)構(gòu)分別采用Y分支結(jié)構(gòu)、X結(jié)結(jié)構(gòu)、定向耦合器結(jié)構(gòu)或是多模干涉耦合器結(jié)構(gòu)。采用非均衡耦合結(jié)構(gòu)，可以對損耗所導(dǎo)致的采用微環(huán)的高線性馬赫－曾德爾光強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制深度下降進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號的高效率傳輸。而這種合結(jié)構(gòu)僅改變馬赫－曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的分束或合束干涉結(jié)構(gòu)，或是調(diào)整干涉臂的損耗，依然可用平面集成光波導(dǎo)工藝制作，工藝簡單。
文檔編號G02B6/26GK1727978SQ200510050879
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者楊建義, 王帆, 江曉清, 王明華 申請人:浙江大學(xué)