專利名稱：集成光學(xué)多功能調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光纖傳感領(lǐng)域或光纖通信領(lǐng)域用的元件，特別是一種采用在單Y型波導(dǎo)中集成一個斜通臂波導(dǎo)的耦合器的集成光學(xué)多功能調(diào)制器。
背景技術(shù)：
在光纖傳感或光纖通信領(lǐng)域中經(jīng)常會用到光學(xué)調(diào)制器，對于光纖陀螺傳感器應(yīng)用，目前光學(xué)調(diào)制器的光路采用較多的是單Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，對于雙輸入的情況，就需要在單Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的輸入端設(shè)置一個2X2光纖耦合器用于實現(xiàn)分離輸入輸出功能，見


圖1 ;光學(xué)調(diào)制器的光路也經(jīng)常采用雙Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，第二個Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)用于功率分束，第一個Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與單Y型的結(jié)構(gòu)中對應(yīng)使用的2 X 2光纖耦合器功能相同，用于分離返回光進入另外一根光纖輸出，見圖2。 上述兩種技術(shù)方案都存在一定的不足 1、單Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制器需要外接2X2光纖耦合器，增加了額外的光學(xué)元件，不利于集成化；而且2X2光纖耦合器的波長相關(guān)性較大，其分束比與波長相關(guān)，50 : 50分束情況，一般能夠達到士20nm范圍，不利于寬波長范圍，如光纖陀螺或波分復(fù)用光通信系統(tǒng)應(yīng)用；另外溫度敏感性很大，可以工作的溫度范圍較窄，不適用大工作溫度范圍的應(yīng)用情況。 2、雙Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制器，由于雙Y結(jié)構(gòu)中間共用波導(dǎo)長度限制，不能太長，因此輸出部分的光波中攜帶非有用信號成分較多，也不利于提高應(yīng)用系統(tǒng)，如光纖陀螺或波分復(fù)用光通信的性能，另外器件整體長度較大，不利于應(yīng)用系統(tǒng)的小型化設(shè)計。[0006] 3、單Y型與雙Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制器應(yīng)用于光纖傳感或光纖通信系統(tǒng)中，都會有3dB，即50%的光功率損耗，降低了系統(tǒng)的信噪比或者誤碼率。 4、如果在單Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制器前面集成2X2指向型波導(dǎo)耦合器，同樣具
有波長相關(guān)性較大，影響系統(tǒng)整體性能。 現(xiàn)有光學(xué)調(diào)制器的技術(shù)方案可參考以下專利文獻 1、一種鈮酸鋰調(diào)制器及其制造方法，申請?zhí)?1140589. 9。 2、鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，申請?zhí)?3236082. 7。 3、用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸鋰電光調(diào)制器，申請?zhí)?00620121000. 8。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)方案中存在的信噪比不高、額外50%光波損耗及波長帶寬等缺陷的集成光學(xué)多功能調(diào)制器。[0013] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型是按如下的方式來實現(xiàn)的 本實用新型所述的集成光學(xué)多功能調(diào)制器由晶體基底、Y型波導(dǎo)、斜通臂波導(dǎo)和波導(dǎo)電極構(gòu)成；在晶體基底上制有Y型波導(dǎo)和斜通臂波導(dǎo)，Y型波導(dǎo)的三個分支分別是直通臂波導(dǎo)、分支A和分支B，斜通臂波導(dǎo)與直通臂波導(dǎo)處于同一側(cè)，斜通臂波導(dǎo)末端以彎曲的
3形狀貼近Y型波導(dǎo)交叉點，Y型波導(dǎo)與斜通臂波導(dǎo)共同構(gòu)成一個集成耦合器；在晶體基底之
上制有波導(dǎo)電極，波導(dǎo)電極通過電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)使傳輸?shù)墓獠óa(chǎn)生相位差，從而形成
Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)，并通過電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)改變所產(chǎn)生的相位差，實現(xiàn)光波的 回路與所進入的波導(dǎo)不同。 所述晶體基底的輸入端設(shè)有一個集成耦合器，波導(dǎo)電極設(shè)于分支A和分支B兩側(cè)及 中央，光波從直通臂波導(dǎo)和斜通臂波導(dǎo)輸入，從分支A和分支B輸出，形成光學(xué)相位調(diào)制器。 所述晶體基底的輸入端和輸出端各設(shè)有一個集成耦合器，兩個集成耦合器的分支 A和分支B分別連為一體，波導(dǎo)電極設(shè)于分支A和分支B兩側(cè)及中央，光波從輸入端的直通 臂波導(dǎo)和斜通臂波導(dǎo)輸入，從輸出端的直通臂波導(dǎo)和斜通臂波導(dǎo)輸出，形成光學(xué)強度調(diào)制 器。 所述晶體基底輸入端設(shè)有一個Y型波導(dǎo)，晶體基底輸出端設(shè)有一個集成耦合器，Y 型波導(dǎo)的分支A和分支B與集成耦合器的分支A和分支B分別連為一體，波導(dǎo)電極設(shè)于Y 型波導(dǎo)的直通臂波導(dǎo)兩側(cè)以及分支A和分支B兩側(cè)及中央，光波從輸入端的直通臂波導(dǎo)輸 入，從輸出端的直通臂波導(dǎo)和斜通臂波導(dǎo)輸出，形成CATV用調(diào)制器。 所述晶體基底為電光晶體基底或熱光晶體基底；電光晶體基底為鈮酸鋰或鉭酸鋰 基底；熱光晶體基底為硅或玻璃基底。 所述電光晶體基底，對于Z切Y傳鈮酸鋰、鉭酸鋰晶體則波導(dǎo)電極設(shè)計在波導(dǎo)分支 結(jié)構(gòu)的正上方，以利用最大的電光系數(shù)。 本實用新型所述的集成光學(xué)多功能調(diào)制器，在單Y波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中集成了一個獨特結(jié) 構(gòu)的耦合器，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的信噪比不高，額外的3dB，即50%的光波損耗，波 長帶寬等問題，另外具有溫度不敏感，波長相關(guān)帶寬寬，制作工藝容差大等優(yōu)點，具體積極 效果如下 1、結(jié)構(gòu)簡單，與單Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制器相比，總體插入損耗增加非常有限； 2、對于傳感系統(tǒng)應(yīng)用中沒有額外的3dB，即50%的光波損耗，極大提高系統(tǒng)性能； 3、波長相關(guān)性小，工作波長范圍很寬； 4、工藝制作容差大； 5、溫度敏感性小，工作溫度范圍大； 6、在光纖陀螺傳感系統(tǒng)應(yīng)用中，光源啟動后，如果本調(diào)制器沒有工作，探測器上接 收不到光功率；光源低溫啟動瞬間輸出功率極大，探測器的放大部分飽和；高溫啟動瞬間 輸出功率很小，未達到探測器接收的最小值；采用本技術(shù)方案的調(diào)制器能夠獨特有效地避 免系統(tǒng)開機時的波動，提高系統(tǒng)的性能。 7、干涉后的光波從與輸入端不同的波導(dǎo)輸出，直進斜出，極大地降低了光波的噪 聲，提高系統(tǒng)的信噪比，或者降低系統(tǒng)誤碼率。 8、對于光纖傳感應(yīng)用，考慮其插入損耗往返增加約0. 5dB，可以將輸入到探測器的 總體光功率增加約5. 5dB，即光功率可以提高到傳統(tǒng)方案的約3. 5倍，大幅提高光纖傳感的 信噪比。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。[0030]
圖1是傳統(tǒng)單Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光學(xué)相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是傳統(tǒng)雙Y型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光學(xué)相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是本實用新型集成光學(xué)相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是本實用新型集成光學(xué)相位調(diào)制器中集成耦合器局部放大圖 圖5是本實用新型集成光學(xué)強度調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖 圖6是本實用新型集成光學(xué)CATV用調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖 圖7是施加電壓為半波電壓Vn時光波的輸出端 圖8是施加電壓為0時光波的輸出端 圖中1晶體基底2 Y型波導(dǎo) 3斜通臂波導(dǎo) 4波導(dǎo)電極5直通臂波導(dǎo) 6分支A 7分支B 8集成耦合器 9 2X2光纖耦合器 10雙Y型波導(dǎo)
具體實施方式圖3所示為本實用新型的實施例l，本實用新型所述的集成光學(xué)多功能調(diào)制器由 晶體基底1、 Y型波導(dǎo)2、斜通臂波導(dǎo)3和波導(dǎo)電極4構(gòu)成；在晶體基底1上制有Y型波導(dǎo) 2和斜通臂波導(dǎo)3， Y型波導(dǎo)2的三個分支分別是直通臂波導(dǎo)5、分支A 6和分支B 7，斜通 臂波導(dǎo)3與直通臂波導(dǎo)5處于同一側(cè)，斜通臂波導(dǎo)3末端以彎曲的形狀貼近Y型波導(dǎo)2交 叉點，Y型波導(dǎo)2與斜通臂波導(dǎo)3共同構(gòu)成一個集成耦合器8，見圖4 ;在晶體基底1之上 制有波導(dǎo)電極4，波導(dǎo)電極4通過電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)使傳輸?shù)墓獠óa(chǎn)生相位差，從而形成 Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)，并通過電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)改變所產(chǎn)生的相位差，實現(xiàn)光波的 回路與所進入的波導(dǎo)不同。 所述晶體基底1的輸入端設(shè)有一個集成耦合器8，波導(dǎo)電極4設(shè)于分支A 6和分支 B 7兩側(cè)及中央，光波從直通臂波導(dǎo)5和斜通臂波導(dǎo)3輸入，從分支A 6和分支B 7輸出，該 實施例為光學(xué)相位調(diào)制器。 圖5所示為本實用新型的實施例2，所述晶體基底1的輸入端和輸出端各設(shè)有一個 集成耦合器8，兩個集成耦合器8的分支A 6和分支B 7分別連為一體，波導(dǎo)電極4設(shè)于分 支A6和分支B7兩側(cè)及中央，光波從輸入端的直通臂波導(dǎo)5和斜通臂波導(dǎo)3輸入，從輸出端 的直通臂波導(dǎo)5和斜通臂波導(dǎo)3輸出，該實施例為光學(xué)強度調(diào)制器。 圖6所示為本實用新型的實施例3，所述晶體基底1輸入端設(shè)有一個Y型波導(dǎo)2， 晶體基底1輸出端設(shè)有一個集成耦合器8， Y型波導(dǎo)2的分支A 6和分支B 7與集成耦合器 8的分支A 6和分支B 7分別連為一體，波導(dǎo)電極4設(shè)于Y型波導(dǎo)2的直通臂波導(dǎo)5兩側(cè)以 及分支A6和分支B7兩側(cè)及中央，光波從輸入端的直通臂波導(dǎo)5輸入，從輸出端的直通臂波 導(dǎo)5和斜通臂波導(dǎo)3輸出，該實施例為CATV用調(diào)制器。 所述晶體基底1為電光晶體基底或熱光晶體基底；電光晶體基底為鈮酸鋰或鉭酸 鋰基底；熱光晶體基底為硅或玻璃基底。 所述電光晶體基底，對于Z切Y傳鈮酸鋰、鉭酸鋰晶體則波導(dǎo)電極設(shè)計在波導(dǎo)分支 結(jié)構(gòu)的正上方，以利用最大的電光系數(shù)。 本實用新型的設(shè)計原理是[0049] 1)本實用新型利用上述集成耦合器，對于1階模(01模，波導(dǎo)寬度方向是1階模， 波導(dǎo)深度方向是0階模)與0階模會發(fā)生耦合的機理。 2)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的Y交叉點位置附近的波導(dǎo)寬度較大，能夠承載1階模，波導(dǎo)的其他位 置均是單模波導(dǎo)；邊緣的波導(dǎo)是遠離截止的單模波導(dǎo)，僅能夠傳播0階模，不能夠傳播1階模。 3)通常情況下，如果沒有Y交叉點高階模(1階模)波導(dǎo)附近的單模波導(dǎo)，2束光 波傳播到Y(jié)交叉點且相位相反時，所合成的1階模不能夠在單模(0階模)波導(dǎo)中傳播，將 會向下輻射到基底中。 4)采用本實用新型設(shè)計的單模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)后 A、光波從雙臂輸入合束時，若光波到達Y交叉點時的相位相同，則光波會直接從 直通臂波導(dǎo)合束輸出，見圖7; B、光波從雙臂輸入合束時，若光波到達Y交叉點時的相位相差Ji ，即相位完全相 反，光波會從斜通臂波導(dǎo)合束輸出，見圖8 ; C、光波從雙臂輸入合束時，若光波到達Y交叉點時的相位非完全同相或者完全反 相狀態(tài)，直通臂與斜通臂均有部分光波輸出。
權(quán)利要求一種集成光學(xué)多功能調(diào)制器，其特征在于其由晶體基底(1)、Y型波導(dǎo)(2)、斜通臂波導(dǎo)(3)和波導(dǎo)電極(4)構(gòu)成；在晶體基底(1)上制有Y型波導(dǎo)(2)和斜通臂波導(dǎo)(3)，Y型波導(dǎo)(2)的三個分支分別是直通臂波導(dǎo)(5)、分支A(6)和分支B(7)，斜通臂波導(dǎo)(3)與直通臂波導(dǎo)(5)處于同一側(cè)，斜通臂波導(dǎo)(3)末端以彎曲的形狀貼近Y型波導(dǎo)(2)交叉點，Y型波導(dǎo)(2)與斜通臂波導(dǎo)(3)共同構(gòu)成一個集成耦合器(8)；在晶體基底(1)之上制有波導(dǎo)電極(4)，波導(dǎo)電極(4)通過電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)使傳輸?shù)墓獠óa(chǎn)生相位差，從而形成Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)，并通過電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)改變所產(chǎn)生的相位差，實現(xiàn)光波的回路與所進入的波導(dǎo)不同。
2. 按照權(quán)利要求l所述的集成光學(xué)多功能調(diào)制器，其特征在于所述晶體基底(1)的 輸入端設(shè)有一個集成耦合器(8)，波導(dǎo)電極(4)設(shè)于分支A(6)和分支B(7)兩側(cè)及中央，光 波從直通臂波導(dǎo)(5)和斜通臂波導(dǎo)(3)輸入，從分支A(6)和分支B(7)輸出。
3. 按照權(quán)利要求l所述的集成光學(xué)多功能調(diào)制器，其特征在于所述晶體基底(1)的 輸入端和輸出端各設(shè)有一個集成耦合器(8)，兩個集成耦合器(8)的分支A(6)和分支B(7) 分別連為一體，波導(dǎo)電極(4)設(shè)于分支A(6)和分支B(7)兩側(cè)及中央，光波從輸入端的直通 臂波導(dǎo)(5)和斜通臂波導(dǎo)(3)輸入，從輸出端的直通臂波導(dǎo)(5)和斜通臂波導(dǎo)(3)輸出。
4. 按照權(quán)利要求1所述的集成光學(xué)多功能調(diào)制器，其特征在于所述晶體基底(1)輸 入端設(shè)有一個Y型波導(dǎo)(2)，晶體基底(1)輸出端設(shè)有一個集成耦合器(8)，Y型波導(dǎo)(2)的 分支A(6)和分支B(7)與集成耦合器(8)的分支A(6)和分支B(7)分別連為一體，波導(dǎo)電 極(4)設(shè)于Y型波導(dǎo)(2)的直通臂波導(dǎo)(5)兩側(cè)以及分支A(6)和分支B(7)兩側(cè)及中央， 光波從輸入端的直通臂波導(dǎo)(5)輸入，從輸出端的直通臂波導(dǎo)(5)和斜通臂波導(dǎo)(3)輸出。
5. 按照權(quán)利要求l所述的集成光學(xué)多功能調(diào)制器，其特征在于所述晶體基底(1)為 電光晶體基底或熱光晶體基底；電光晶體基底為鈮酸鋰或鉭酸鋰基底；熱光晶體基底為硅 或玻璃基底。
6. 按照權(quán)利要求5所述的集成光學(xué)多功能調(diào)制器，其特征在于所述電光晶體基底，對 于Z切Y傳鈮酸鋰、鉭酸鋰晶體則波導(dǎo)電極設(shè)計在波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu)的正上方，以利用最大的電 光系數(shù)。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖傳感領(lǐng)域或光纖通信領(lǐng)域用的光元件，特別是一種采用在單Y型波導(dǎo)中集成一個斜通臂波導(dǎo)的耦合器的集成光學(xué)多功能調(diào)制器，集成光學(xué)多功能調(diào)制器由晶體基底、Y型波導(dǎo)、斜通臂波導(dǎo)和波導(dǎo)電極構(gòu)成，Y型波導(dǎo)與斜通臂波導(dǎo)共同構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)獨特的集成耦合器，此結(jié)構(gòu)能夠解決現(xiàn)有光學(xué)調(diào)制器技術(shù)中存在的信噪比不高，額外的3dB，即50％的光波損耗，波長帶寬等問題，另外具有溫度不敏感，波長帶寬寬，制作工藝容差大等優(yōu)點。
文檔編號G02F1/01GK201508442SQ20092021691
公開日2010年6月16日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者向美華, 耿凡, 薛挺 申請人:北京浦丹光電技術(shù)有限公司