一种高消光比电光强度调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种高消光比电光调制器，包括铌酸锂基片、U型槽光纤固定装置、输入输出光纤以及级联M‑Z干涉仪结构；级联M‑Z干涉仪结构包括级联M‑Z干涉光波导、直波导、分离的行波电极和偏置电极；其中输入光纤和输出光纤均为熊猫型保偏光纤；U型槽光纤固定装置固定输入光纤和输出光纤，使光纤与波导耦合对接；每一级M‑Z干涉仪的分束耦合区采用Y分支波导结构，在两级M‑Z干涉仪之间加入直波导；在M‑Z干涉仪波导两侧制作共面金属行波电极，设置分离的偏置电极。本发明专利技术大大提高了器件的消光比，为激光雷达和光纤传感中高消光比光脉冲产生技术提供了低成本、集成化外调制器件。

【技术实现步骤摘要】
一种高消光比电光强度调制器
本专利技术是一种可以实现高消比光脉冲调制的片上集成电光调制器件，属于光电子、激光雷达和光纤传感应用领域。
技术介绍
随着国家信息产业化进程的不断推进，激光雷达以及光纤传感在国防、能源、人工智能等领域得到极大地发展和应用。激光脉冲的产生是激光雷达和光纤传感系统的关键技术，高消光比、窄脉宽的激光脉冲可以提高系统的信噪比和分辨率。常用的光脉冲产生方法主要包括：直接调制和外调制两类，直接调制主要是指窄脉冲激光器，脉宽从皮秒到纳秒均可以实现，主要用在大型激光雷达系统，其中皮秒激光器价格昂贵，技术也基本被国外垄断；光纤传感技术多采用外调制方案—激光器和外调制器相结合，常用的外调制器主要有声光调制器、电光调制器、半导体光放大器等。声光调制器和半导体光放大器可以获得较高的消光比(＞50dB)，但受限于工作频率，产生的光脉冲脉宽最小只能到纳秒级别；而铌酸锂电光调制器由于高电光响应频率(＞10GHz)可以实现皮秒脉宽的光脉冲产生，而且成本低，体积小，但目前商用的电光强度调制器消光比均在20～30dB左右，只能满足部分光纤传感系统的要求。综合考虑技术难度、成本等因素，高消光比电光调制器对高质量激光脉冲产生技术有重要的意义，是高性能激光雷达、光纤传感系统的迫切需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的本专利技术在于提高激光雷达和光纤传感系统的分辨率和消光比，从而提出了一种基于级联马赫曾德(M-Z)干涉结构的高消光比电光调制器，2、本专利技术所采用的技术方案>本专利技术公开了一种高消光比电光调制方法，包括铌酸锂基片、U型槽光纤固定装置、输入输出光纤以及级联M-Z干涉仪结构；级联M-Z干涉仪结构包括级联M-Z干涉光波导、直波导、分离的行波电极和偏置电极；其中输入光纤和输出光纤均为熊猫型保偏光纤；U型槽光纤固定装置固定输入光纤和输出光纤，使光纤与波导耦合对接；每一级M-Z干涉仪的分束耦合区采用Y分支波导结构，在两级M-Z干涉仪之间加入直波导；在M-Z干涉仪波导两侧制作共面金属行波电极，设置分离的偏置电极。在输入光纤与前级M-Z干涉波导输入端定轴对准时，保证输入光纤的慢轴即两个猫眼的连线方向和铌酸锂芯片的光轴对准；光束在前级M-Z干涉波导的传输过程中，保持偏振方向不变，经过级联直波导后进入后级M-Z干涉波导，最终通过U型槽光纤固定装置定轴耦合进输出光纤，定轴原则和输入耦合相同。更进一步，将两个M-Z干涉仪和一段直波导和行波电极集成到一块铌酸锂芯片上。更进一步，级联M-Z干涉光波导采用质子交换工艺铌酸锂光波导。更进一步，铌酸锂芯片采用X切Y传型，光轴沿Z轴；在光纤与波导耦合对接时要保证光纤的慢轴即两个猫眼的连线方向和波导的光轴对准。更进一步，每一级M-Z干涉波导由分束Y分支波导、传输直波导、合束Y分支波导组成，分束Y分支波导弯曲度采用上升余弦函数表示：Z(y)＝[1-cos(πy/2)]h/2描绘的弯曲波导，在满足过度区长度L的平方与过度区高度h的比值大于或等于1000，即L2/h≥1000。更进一步，在传输直波导两侧设计对称的行波电极和偏置电极，每组电极包括三个电极：中间的为火线，两侧为接地，M-Z干涉波导和电极组成了一个M-Z强度调制单元；当在火线上施加不同电压时，M-Z强度调制单元的输出光强发生变化，当电压增加到半波电压时，输出光强达到最小值，因此控制偏置电极使M-Z强度调制器单元输出为最低点，在行波电极火线加载电脉冲信号，M-Z强度单元将会输出一个光脉冲，脉冲宽度取决于电脉冲信号，脉冲消光比由M-Z强度调制单元分束比和调制深度决定。3、本专利技术所采用的有益效果(1)本专利技术将两个M-Z波导有序集成制作到一块铌酸锂芯片上，通过两级调制，可以连续压缩光脉冲，实现高消光比脉冲产生。(2)本专利技术级联M-Z结构不仅可以实现高消光比调制，还可以实现两个不同频率电信号的调制和传输。(3)本专利技术工艺上设计合理的质子交换铌酸锂光波导折射率分布和共面电极排列可以实现器件的低插入损耗和高调制带宽，体积和普通强度调制器无明显增加。(4)本专利技术利用铌酸锂晶体的优良电光效应将两个M-Z干涉仪和直波导有序地集成到一块芯片上，采用质子交换技术，保证两个干涉臂的偏振特性一致，大大提高了器件的消光比，为激光雷达和光纤传感中光脉冲产生技术提供了低成本、集成化外调制器件。附图说明图1高消光比电光调制器结构示意图；图2U型槽示意图；图3Y分支光场传输模拟图；图4M-Z强度调制单元输出光功率随电压变化曲线；图5M-Z强度调制单元脉冲产生示意图。1.输入光纤，2.U型槽光纤固定装置，3.铌酸锂芯片，4.前级M-Z干涉仪波导，5.直波导，6.后级M-Z干涉仪波导，7-1、7-2都为行波电极，8.偏置电极，9.输出光纤，10.输出光纤，11-1、11-2都为分束点，12-1、12-2都为合束点，13-1、13-2都为火线，14-1、14-2都为火线。具体实施方式下面结合本专利技术实例中的附图，对本专利技术实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实例作进一步地详细描述。实施例1如图1所示，本实施例包括沿光束传输方向依次排列的输入光纤1，输入端U型槽光纤固定装置2，铌酸锂芯片3，前级M-Z干涉波导4，级联直波导5，后级M-Z干涉波导6，行波电极7-1、7-2，偏置电极8，输出端U型槽光纤固定装置9，输出光纤10。输入光纤1为熊猫型保偏光纤，经U型槽光纤固定装置2与前级M-Z干涉波导4输入端定轴对准，波导采用退火质子交换铌酸锂单模波导，铌酸锂芯片3采用X切Y传型，因此在输入光纤1与前级M-Z干涉波导4输入端定轴对准时，保证输入光纤1的慢轴(即两个猫眼的连线方向)和铌酸锂芯片3的Z轴(光轴)对准。光束在前级M-Z干涉波导的传输过程中，保持偏振方向不变，经过特定长度的级联直波导5后进入后级M-Z干涉波导6，最终通过U型槽光纤固定装置9定轴耦合进输出光纤10，定轴原则和输入耦合相同。级联M-Z干涉仪结构由前级M-Z干涉波导、级联直波导、后级M-Z干涉波导以及对称的行波电极和偏置电极组成，可以实现光脉冲的产生和整形。每一级M-Z干涉波导由分束Y分支波导、传输直波导、合束Y分支波导组成，需要考虑Y分支过渡区的传输损耗。Y分支光波导的传输损耗主要是由散射损耗和弯曲损耗构成。散射损耗是由光学不均匀性引起的瑞利散射，它可以通过购进优质材料和控制工艺质量来降低。弯曲损耗首先依赖于模式限制，然后是依赖于传输波导的弯曲形状和结构，大量的试验研究证明，上升余弦函数：Z(y)＝[1-cos(πy/2)]h/2描绘的弯曲波导，在满足过度区长度L的平方与过度区高度h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高消光比电光调制器，其特征在于：包括铌酸锂基片、U型槽光纤固定装置、输入输出光纤以及级联M-Z干涉仪结构；/n级联M-Z干涉仪结构包括级联M-Z干涉光波导、直波导、分离的行波电极和偏置电极；其中输入光纤和输出光纤均为熊猫型保偏光纤；U型槽光纤固定装置固定输入光纤和输出光纤，使光纤与波导耦合对接；每一级M-Z干涉仪的分束耦合区采用Y分支波导结构，在两级M-Z干涉仪之间加入直波导；在M-Z干涉仪波导两侧制作共面金属行波电极，设置分离的偏置电极；/n在输入光纤与前级M-Z干涉波导输入端定轴对准时，保证输入光纤的慢轴即两个猫眼的连线方向和铌酸锂芯片的光轴对准；光束在前级M-Z干涉波导的传输过程中，保持偏振方向不变，经过级联直波导后进入后级M-Z干涉波导，最终通过U型槽光纤固定装置定轴耦合进输出光纤，定轴原则和输入耦合相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种高消光比电光调制器，其特征在于：包括铌酸锂基片、U型槽光纤固定装置、输入输出光纤以及级联M-Z干涉仪结构；
级联M-Z干涉仪结构包括级联M-Z干涉光波导、直波导、分离的行波电极和偏置电极；其中输入光纤和输出光纤均为熊猫型保偏光纤；U型槽光纤固定装置固定输入光纤和输出光纤，使光纤与波导耦合对接；每一级M-Z干涉仪的分束耦合区采用Y分支波导结构，在两级M-Z干涉仪之间加入直波导；在M-Z干涉仪波导两侧制作共面金属行波电极，设置分离的偏置电极；
在输入光纤与前级M-Z干涉波导输入端定轴对准时，保证输入光纤的慢轴即两个猫眼的连线方向和铌酸锂芯片的光轴对准；光束在前级M-Z干涉波导的传输过程中，保持偏振方向不变，经过级联直波导后进入后级M-Z干涉波导，最终通过U型槽光纤固定装置定轴耦合进输出光纤，定轴原则和输入耦合相同。


2.根据权利要求1所述的高消光比电光调制器，其特征在于：将两个M-Z干涉仪和一段直波导和行波电极集成到一块铌酸锂芯片上。


3.根据权利要求1所述的高消光比电光调制器，其特征在于：级联M-Z干涉光波导采用质子交换工艺铌酸锂光波导。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨作运，曾维胜，
申请(专利权)人：苏州康冠光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32