一种片上调制的集成光学谐振腔制造技术

本发明专利技术提供了一种片上调制的集成光学谐振腔，应用多层波导结构，实现集成光学谐振腔的有源无源器件的高度集成化设计。本发明专利技术的集成光学谐振腔为集成的上下两层结构，在下层的波导基底上制备谐振腔和传输波导，铌酸锂波导调制器制作在谐振腔上层，铌酸锂波导调制器通过在铌酸锂波导两侧施加电场，改变波导的等效折射率，实现波导中光相位延迟量的调制。铌酸锂波导与位于下层的谐振腔或传输波导之间制备有跨层耦合器。本发明专利技术去除了外部调制器与谐振腔的光纤耦合结构，采用调制器与谐振腔的垂直直接耦合，可减小入腔光偏振消光比的衰减，以保持更高的入腔偏振消光比，简化了系统模型，提高了系统集成化程度，增强了系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种片上调制的集成光学谐振腔，应用多层波导结构，实现集成光学谐振腔的有源无源器件的高度集成化设计，可应用于光学通信和惯性导航

技术介绍
当前对于光学波导谐振腔内的信号进行控制多采用外接相位调制器的方式，如图1所示的分离式结构。由光源发出的光经过分束器分为相同的两束。其中逆时针方向(CCW)的光经过调制器PM1，调节传输光，之后进入谐振腔。通过谐振腔的传输耦合，再从另一输入端输出。同样，顺时针光(CW)经过PM2，调节传输光，经过谐振腔的传输耦合，到达探测器2，转换成电信号进行处理。C1、C2、C3和C4均为耦合器。整个结构中，谐振腔选用二氧化硅或其他无源光波导，而调制器部分选用集成光学LiNbO3调制器实现信号的调制，调制器与光波导谐振腔之间通过光纤连接。调制器、谐振腔和光纤耦合点材料的差异成为整个陀螺系统集成化程度无法大幅度提高的一个重要限制因素。如图1中所示，图中标叉号的地方为光纤耦合点，光纤耦合点和耦合点之间用于连接的光纤对于系统集成以及系统稳定性都带来了限制与影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决谐振式集成光学陀螺中，有源无源器件一体化集成中存在的各部件耦合问题，提出一种结构简单，同时具备有源调制功能和无源谐振腔功能的、具有层间耦合特性的新型谐振式集成光学谐振腔。本专利技术提供了一种片上调制的集成光学谐振腔，为集成的上下两层结构。在下层的波导基底上制备谐振腔和传输波导，传输波导与谐振腔之间制备有波导耦合器。铌酸锂波导调制器制作在谐振腔上层，铌酸锂波导调制器通过在铌酸锂波导两侧施加电场，改变波导的等效折射率，实现波导中光相位延迟量的调制。铌酸锂波导与位于下层的谐振腔或传输波导之间制备有跨层耦合器。铌酸锂波导调制器包括铌酸锂波导和电极，电极布置在铌酸锂波导的两侧。所述的谐振腔为反射式结构或者透射式结构。本专利技术的优点与积极效果在于：(1)本专利技术技术方案去除了外部调制器与谐振腔的光纤耦合结构，而采用调制器与谐振腔的垂直直接耦合，简化了系统模型，大大提高了系统的集成化程度；(2)光纤耦合结构的去除，增强了系统可靠性；(3)通过垂直直接耦合，可进一步有效利用铌酸锂波导调制器起偏作用，可减小入腔光偏振消光比的衰减，以保持更高的入腔偏振消光比；(4)不需冗杂的外部驱动，结构简单，易于减小系统体积及功耗；(5)铌酸锂波导调制器具有起偏功能，提高入腔偏振光具有偏振消光比，有效抑制偏振相关噪声。附图说明图1是常用的光学谐振腔调制方案结构示意图，(a)为透射式谐振腔，(b)为反射式谐振腔；图2是本专利技术片上调制的集成光学谐振腔的第一种透射式结构；其中(A)为正视图，(B)为下视图，(C)为左视图；图3是本专利技术片上调制的集成光学谐振腔的第二种透射式结构；其中(A)为正视图，(B)为下视图，(C)为左视图；图4是本专利技术片上调制的集成光学谐振腔的反射式结构；其中(A)为正视图，(B)为下视图，(C)为左视图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供了一种片上调制的集成光学谐振腔，适用于应用谐振腔作为传感器/滤波器的光路系统。铌酸锂相位调制器直接制作在谐振腔上层，这是实现谐振腔频率锁定的关键器件；同时腔外铌酸锂波导调制器实现了对入腔光频率的调制，为频率锁定提供数据参考。本专利技术提供的片上调制的集成光学谐振腔的透射式结构，为集成的上下两层结构，铌酸锂波导调制器制作在谐振腔上层。下层的波导基底上制备谐振腔和传输波导，传输波导与谐振腔之间制备有波导耦合器。上层的覆盖层中制备铌酸锂波导调制器，铌酸锂波导调制器与位于下层的谐振腔或传输波导之间制备有跨层耦合器，铌酸锂波导调制器与谐振腔垂直直接耦合。铌酸锂波导调制器包括铌酸锂波导和电极，电极布置在铌酸锂波导的两侧。铌酸锂(LiNbO3)波导由强电光效应的铌酸锂(LiNbO3)晶体制成，通过在铌酸锂波导两侧施加电场改变其等效折射率，从而实现波导中光相位延迟量的调制。将铌酸锂波导调制器制备在谐振腔上层之后再利用覆盖层密封。如图2所示，实现本专利技术的集成光学谐振腔的第一种透射式结构描述如下：谐振腔为透射式结构，在上层制备有两个铌酸锂波导调制器PM1和PM2，二者所在的铌酸锂波导连接一体，铌酸锂波导通过跨层耦合器直接与底层的谐振腔耦合。光源发出的光经隔离器后，其中①路光通过相位调制器PM1，在电极加电对输入光相位进行调制后，经过跨层耦合器C1耦合进入底层的谐振腔，形成逆时针CCW谐振光路，最后经过波导耦合器C2到达③端口形成CCW透射输出；②路光通过相位调制器PM2的调制和跨层耦合器C1进入底层谐振腔，形成顺时针CW谐振光路，最后经过波导耦合器C2到达④端口形成CW透射输出。在底层谐振腔中形成的逆时针谐振光路和顺时针谐振光路经过波导耦合器输入传输波导，从传输波导的两端输出。如图3所示，实现本专利技术的集成光学谐振腔的第二种透射式结构描述如下：在上层制备有两个铌酸锂波导调制器PM1和PM2，PM1和PM2所在的铌酸锂波导相互独立，铌酸锂波导通过跨层耦合器与底层的传输波导耦合。光源发出的光经隔离器后，其中①路光通过相位调制器PM1，在电极加电对输入光相位进行调制后，经过跨层耦合器MC1耦合进入底层传输波导中传输，再次经过波导耦合器C1进入底层谐振腔，形成逆时针CCW谐振光路，最后经过波导耦合器C2到达③端口形成CCW透射输出；②路光通过相位调制器PM2的调制，经过跨层耦合器MC2耦合进入底层传输波导中传输，再次经过波导耦合器C1进入底层谐振腔，形成顺时针CW谐振光路，最后经过波导耦合器C2到达④端口形成CW透射输出。如图4所示，实现本专利技术的集成光学谐振腔的一种反射式结构描述如下：光源发出的光经隔离器后，其中①路光通过相位调制器PM1，在电极加电对输入光相位进行调制后，经过跨层耦合器MC1耦合进入底层传输波导中传输，再次经过波导耦合器C3进入底层谐振腔，形成顺时针CW谐振光路，最后经过波导耦合器C5到达③端口形成CW反射输出；②路光通过相位调制器PM2的调制，经过跨层耦合器MC2耦合进入底层传输波导中传输，再次经过波导耦合器C3进入底层谐振腔，形成逆时针CCW谐振光路，最后经过波导耦合器C4到达④端口形成CCW反射输出。上面所述的相位调制器PM1、相位调制器PM2均为铌酸锂波导调制器。如上面所述实例，在上层制备的两个铌酸锂波导调制器PM1和PM2，二者所在的铌酸锂波导可以连接一体，或者相互独立，根据需要来设置。如图2为铌酸锂波导与谐振腔的直接耦合，图3为铌酸锂波导与下层的直波导耦合。本专利技术适用于各种谐振式集成光学陀螺结构，谐振式光滤波器结构。光源可选用窄线宽的光纤光源或半导体光源。将铌酸锂等电光材料波导作为调制器成为了谐振腔输入的一部分，构成了具有调制功能的多层谐振腔结构，大大提高了谐振腔的集成化程度。其中，谐振腔可选择反射式结构或者透射式结构的无源波导，高偏振消光比波导，弱导波导等。铌酸锂波导调制器调制信号可选择方波调制、正弦波调制、锯齿波调制等等，以实现频率的偏移。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片上调制的集成光学谐振腔，其特征在于，该光学谐振腔为集成的上下两层结构，在下层的波导基底上制备谐振腔和传输波导，传输波导与谐振腔之间制备有波导耦合器；铌酸锂波导调制器制作在谐振腔上层，铌酸锂波导调制器通过在铌酸锂波导两侧施加电场，改变波导的等效折射率，实现波导中光相位延迟量的调制；铌酸锂波导与位于下层的谐振腔或传输波导之间制备有跨层耦合器。

【技术特征摘要】
1.一种片上调制的集成光学谐振腔，其特征在于，该光学谐振腔为集成的上下两层结构，在下层的波导基底上制备谐振腔和传输波导，传输波导与谐振腔之间制备有波导耦合器；铌酸锂波导调制器制作在谐振腔上层，铌酸锂波导调制器通过在铌酸锂波导两侧施加电场，改变波导的等效折射率，实现波导中光相位延迟量的调制；铌酸锂波导与位于下层的谐振腔或传输波导之间制备有跨层耦合器。2.根据权利要求1所述的一种片上调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯丽爽，王潇，刘丹妮，杨聚朋，焦洪臣，王琪伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11