一种极低半波电压的波导电光强度调制装置制造方法及图纸

一种极低半波电压的波导电光强度调制装置，包括基底、光波导、微电极、外加驱动电源(11)；以电光透明陶瓷做基底，以飞秒激光微加工的方法在电光透明陶瓷基底上诱导出光波导和制作微电极，集成为马赫曾德尔电光调制器，微电极分别与外加驱动电源(11)相连。本发明专利技术具有半波电压低、响应速度快和消光比高的特点，可应用于激光光电子器件和光通信等领域。

A waveguide electrooptic intensity modulation device with extremely low half wave voltage

A waveguide electro optic intensity modulation device low half wave voltage, comprising a substrate, optical waveguide, microelectrode, external power supply (11); the electro-optic ceramic substrate, method of using femtosecond laser micromachining induced optical waveguide and the fabrication of micro electrode in the transparent electro-optic ceramic substrate, as Maher Del has integrated electro-optic modulator, and applied were driving power supply (11). The invention has the characteristics of low half wave voltage, fast response speed and high extinction ratio, and can be applied to laser photoelectronic devices and optical communication and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种极低半波电压的波导电光强度调制装置
本专利技术涉及一种波导电光强度调制装置。
技术介绍
透明PLZT/PMNT电光陶瓷具有宽的传输波段(0.4～7μm)、大的二次电光系数(等效条件下比LiNbO3高两个数量)、高的激光损伤阈值(>500MW/cm2)、快的响应速度(几十纳秒)等诸多的优点，使得透明PLZT/PMNT电光陶瓷在新型高功率电光开关领域有了很多研究，在器件的创新性上取得了一定的研究成果。结合当前社会迅猛发展的飞秒激光脉冲，利用其可以聚焦在材料体内中进行微加工的独特优势，使得陶瓷在降低尺寸或者激光诱导改性来改善器件的损耗和提高材料的响应速度等方面有着重要意义，另外陶瓷在不加电压时为各项同性介质，因此对于波导集成光电器件无须晶轴的选择方面有着优势，两种小学科的结合使得材料和激光技术的应用相得益彰。飞秒激光微加工波导技术可应用于玻璃、晶体、陶瓷等各种材料，开创了波导三维刻写的可能。仅采用振荡器的技术能够将刻写的速度增加三到四个数量级，并能够在不改变聚焦情况的条件下，很容易的控制横截面直径。尽管飞秒激光刻写是一个连续的过程，在10×10平方毫米的区域内刻写10um长、间距为10um的波导微结构，能够在10分钟内完成。因为这种技术既不需要掩膜版，也不需要后处理，如今的飞秒激光刻写技术的速度已经接近光刻技术的水平。在过去十年间，飞秒激光微刻的传输损耗、折射率对比以及弯曲半径等特征的内部联系已经被表述。对于很大一部分材料和加工工艺而言，传输损耗是0.1dB/mm量级。波导折射率的空间特性与材料和加工工艺密切相关，接近从石英基底制备光纤。此外，最小弯曲半径已经达到数十毫米量级。截至到现在，利用PLZT透明陶瓷的电光双折射效应，只有薄膜波导结构有做报道。Kawaguchi在1984年利用离子刻蚀的方法制作了PLZT薄膜波导,波导长度在20μm的情况下损耗为5dB/cm(通讯波段),并制作了早期的MZ电光调制器，半波电压为10V,调制深度为30％。G.H.Jin等也利用固相外延法制成了PLZT薄膜波导，在1550nm波段的损耗为2.7dB/cm，响应制作的MZ调制器半波电压为8.5V。Nashimoto等人用在前期的基础之上也制作了PLZT薄膜波导并提出了一些光电器件应用，如薄膜光束偏转器，电光开关、滤波器等。综上所述，以飞秒激光未加工技术制作波导结构的工艺既能使得电光陶瓷保留其电光系数大等优点，又能利用其微结构获得极低的电压和更快的响应速度。将激光诱导波导结构器件应用与透明电光陶瓷相结合，开创了透明电光陶瓷和飞秒激光的交叉学科。既为透明电光陶瓷在高速电光器件上的应用指明了新的方向，又为波导器件的发展和集成提供了更多的可能性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本专利技术将激光诱导波导结构器件应用与透明电光陶瓷相结合，提出了一种极低半波电压的波导电光强度调制装置，具有驱动电压低、响应速度快和消光比高的特点，可应用于激光光电子器件和光通信等领域。本专利技术所采用的技术方案是：一种极低半波电压的波导电光强度调制装置，包括基底、光波导、微电极、外加驱动电源；以电光透明陶瓷做基底，以飞秒激光微加工的方法在电光透明陶瓷基底上诱导出光波导和制作微电极，集成为马赫曾德尔电光调制器，微电极分别与外加驱动电源相连。所述光波导包括第一传输光波导、第二传输光波导、第三传输光波导、第四传输光波导、第五传输光波导、第六传输光波导、调制光波导、第八传输光波导；第一传输光波导分别连接第二传输光波导和第六传输光波导，第二传输光波导和第六传输光波导之间存在夹角，第三传输光波导两端分别连接第二传输光波导、第四传输光波导，调制光波导两端分别连接第六传输光波导、第八传输光波导，第四传输光波导、第八传输光波导交汇于第五传输光波导，第五传输光波导和第一传输光波导在一条直线上，第四传输光波导和第八传输光波导之间存在夹角。所述微电极包括微电极、微电极；微电极和微电极分别设置在调制光波导两侧，并使用银胶连接外加驱动电源。所述调制光波导、第三传输光波导均与第一传输光波导平行。所述第二传输光波导和第六传输光波导之间的夹角小于5度。所述第四传输光波导和第八传输光波导之间的夹角小于5度。所述第一传输光波导的入口、第五传输光波导的出口分别在电光透明陶瓷两侧端面，第一传输光波导、第二传输光波导、第三传输光波导、第四传输光波导、第五传输光波导、第六传输光波导、调制光波导、第八传输光波导组成的波导结构与陶瓷上表面平行且距离上表面100μm～150μm。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采用飞秒激光诱导波导，波导易于形成，制作简单。飞秒激光烧蚀材料刻蚀电极，尺寸小，适用于波导通光结构。针对电光调制的功耗问题，采用新型电光陶瓷结合飞秒激光微加工技术制作电光调制装置，利用其电光双折射效应及很高的电光系数来降低驱动电压，将光传输和调制集成与同一各项同性基底，对光电子集成领域的发展具有重要意义。(2)本专利技术的半波电压极低，在1V以下。双折射电光陶瓷选择有立方晶系结构的材料如PMNT、PLZT等。此类新型透明陶瓷具有二次电光效应，电光系数大，已经在大尺寸电光调制的激光系统方面发挥了至关重要的作用。PMNT的电光系数在30×10-16m2/V2～66×10-16m2/V2，前文在计算半波电压时选用的电光系数为40×10-16m2/V2，通光长度为6.5cm，计算得出的半波电压为1V。如果选择具有更高电光系数的材料以及增加通光长度均可使得半波电压更低，以满足实际应用。(3)本专利技术采用的透明电光陶瓷为各项同性介质，避免了常用晶体如铌酸锂、磷酸二氢钾等单轴晶体复杂的轴向对准问题。本专利技术在制作调制器时无晶向选择问题，为实现光电子集成提供了便捷。(4)本专利技术采用光电子器件和飞秒激光微加工，特点是以飞秒激光聚焦到透明陶瓷形成波导，以飞秒激光烧蚀制作微电极，调制器驱动电压极低。附图说明图1是波导结构电光调制器的结构示意图；图2为基于PMNT的电光双折射效应示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1所示，图1是本专利技术极低电压调制器的结构示意图，由图可见，一种极低半波电压的波导电光强度调制装置，包括第一传输光波导1，第二传输光波导2，第三传输光波导3，第四传输光波导4，第五传输光波导5，第六传输光波导6，调制光波导7，第八传输光波导8、微电极9，微电极10和外加电源11，以电光透明陶瓷(PLZT/PMNT)做基底，以飞秒激光微加工的方法在电光透明陶瓷基底上诱导出光波导和制作微电极，集成为马赫曾德尔电光调制器(M-Z干涉仪)，微电极分别与外加驱动电源11相连。上述元部件的位置关系如下：第一传输光波导1，第二传输光波导2，第三传输光波导3，第四传输光波导4，第五传输光波导5，第六传输光波导6，调制光波导7和第八传输光波导8形成一个M-Z干涉仪。激光器发出的光入射到所述的第一传输光波导1，以1:1耦合进入第二传输光波导2和第六传输光波导6。第二传输光波导2和6之间的夹角小于5度。其中一路光通过光波导2耦合入第三传输光波导3。第三传输光波导3为M-Z干涉仪的一条臂，另一路光通过第六传输光波导6耦合进入调制光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极低半波电压的波导电光强度调制装置，其特征在于，包括基底、光波导、微电极、外加驱动电源(11)；以电光透明陶瓷做基底，以飞秒激光微加工的方法在电光透明陶瓷基底上诱导出光波导和制作微电极，集成为马赫曾德尔电光调制器，微电极分别与外加驱动电源(11)相连。

【技术特征摘要】
1.一种极低半波电压的波导电光强度调制装置，其特征在于，包括基底、光波导、微电极、外加驱动电源(11)；以电光透明陶瓷做基底，以飞秒激光微加工的方法在电光透明陶瓷基底上诱导出光波导和制作微电极，集成为马赫曾德尔电光调制器，微电极分别与外加驱动电源(11)相连。2.根据权利要求1所述的一种极低半波电压的波导电光强度调制装置，其特征在于：所述光波导包括第一传输光波导(1)、第二传输光波导(2)、第三传输光波导(3)、第四传输光波导(4)、第五传输光波导(5)、第六传输光波导(6)、调制光波导(7)、第八传输光波导(8)；第一传输光波导(1)分别连接第二传输光波导(2)和第六传输光波导(6)，第二传输光波导(2)和第六传输光波导(6)之间存在夹角，第三传输光波导(3)两端分别连接第二传输光波导(2)、第四传输光波导(4)，调制光波导(7)两端分别连接第六传输光波导(6)、第八传输光波导(8)，第四传输光波导(4)、第八传输光波导(8)交汇于第五传输光波导(5)，第五传输光波导(5)和第一传输光波导(1)在一条直线上，第四传输光波导(4)和第八传输光波导(8)之间存在夹角。3.根据权利要求1或2所述的一种极低...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学娇，徐常志，杨新权，兰枫，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61