基于偏振转换的耦合波导光电开关制造技术

一种光电设备（１），包括具有接收输入电磁辐射的第一波导（１）的定向耦合器（１１），所述第一波导包括光电材料的引导区（３）。此外，定向耦合器包括第二波导（２），向其中耦合所述输入辐射的至少第一部分，并具有用于输出辐射的端口。光电设备具有至少在定向耦合器的所述第一波导（１）内生成控制电场（Ｅ↓［ＲＦ］）的结构（１２，１３），以便在所述光电材料中，产生至少部分输入辐射的偏振转换。通过该偏振转换，可以控制从第二波导输出的辐射的功率，生成调制器、转换开关、衰减器或开闭开关。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电设备，诸如例如光学开关和调制器。特别地，本专利技术与生成光电效应的设备有关。
技术介绍
通常，光学开关是具有可以引入电磁辐射的至少一个输入端口和可以在其间切换该辐射的至少两个输出端口的设备。该开关具有控制装置以便触发两个端口之间的辐射切换。专利US 4,012,113参考已知技术，描述由包括通过在其上形成两个钛波导的铌酸锂衬底产生的两个波导的定向耦合器组成的光学开关(在那个文献中见图1)。波导显示出平行部分以便允许从一个波导到另一个的渐消失模的耦合。在两个光波导的一个中传播的光能传送到在适当的耦合距离后的第二波导。此外，该设备还具有被施加触发电压的两个电极。触发电压生成电场，通过光电效应，该电场在两个波导的传播常数之间引起相位差，例如抵消存在于波导之间的定向耦合。抵消定向耦合导致在光学开关的交叉状态和直通或禁止状态(barstate)之间发生切换。在该专利中，规定铌酸锂的光轴，轴C平行于由电极产生的电场的主分量。专利 US 4,157,860描述了由铌酸锂和通过具有能施加触发信号的电极的定向耦合器产生的调制器/开关。根据该专利，对诸如调制器和开关的应用，主要兴趣点是对应于折射率nTM和nTE的变化的波数量的变化。具有沿晶体的光轴的一个分量Ez和沿晶体的y轴的一个分量Ey的垂直电场被施加到所使用的定向存储器的波导。分量Ez使得折射率椭球的尺寸增加而分量Ey使得该椭球旋转。这两个效应使得与TM偏振有关的折射率nTM改变。由于分量Ey的折射率椭球的旋转抵消了与TE偏振有关的折射率nTE的不期望变化。通过适当选择分量Ey和分量Ez之间的比率，可以在不影响TE模式的情况下，对TM模式起作用。在该文献中，考虑到所提出的调制器/开关与偏振无关。此外，已知偏振转换器设备，由具有第一种偏振的输入电磁辐射启动，在输出处产生具有不同偏振类型的电磁辐射。关于这一点，专利US 4,384,760描述了由在其中产生光程的铌酸锂衬底构成的偏振变换器(polarization transformer)。沿该光程产生改变入射辐射的正交偏振分量之间的相对相位的第一移相器、改变偏振分量的相对振幅的模式转换器以及改变从模式转换器输出的偏振分量的相对相位的第二移相器。模式转换器包括一组电极，如果被供给适当电压，使TE(横电)模式转换成TM(横磁)模式以及反之亦然，使沿TE方向的偏振分量转换成沿TM方向的偏振分量。该转换基于光电效应，涉及铌酸锂的光电张量的非对角线系数(off-diagonalcoefficient)(r51)。申请人注意到通过将定向耦合器与适合于在定向耦合器的至少一个波导内引起偏振转换的光电效应相组合，可以产生例如能用作开关或调制器的光电设备。特别地，用在本专利技术的光电设备中的定向耦合器包括具有由光电材料制造的部分的至少一个波导。此外，申请人已经观察到这种类型的光电设备允许通过施加不是非常高而是适合于在诸如与光通信系统有关的特定应用中使用该设备的值的控制电压，来切换/调制进入耦合器的波导之一的辐射。指出通常，偏振转换显著地受发生转换的波导的双折射(即受与偏振的两个正交模式有关的折射率之间的差值)的影响。关于这一点，申请人已经发现，能生成不严重地依赖于产生偏振转换的波导的双折射，由此显示出令人满意的制造容差，特别是有关波导的尺寸和所使用的材料的折射率的本设备。
技术实现思路
本专利技术的主题是如附加权利要求1限定的光电设备。本设备的具体实施例由权利要求2至30来限定。本专利技术的主题也是如权利要求31所限定的，用于控制电磁辐射的功率的方法。根据本专利技术的方法的优选实施例由权利要求32至35来限定。附图说明本专利技术的其他特征和优点从参考附图，完全通过非限制例子提供的优选实施例的下述详细描述将变得更清楚，其中图1表示从根据本专利技术的设备的实施例的上面的示意图；图2表示通过图1中的设备的剖面的示意图；图3至5表示代表根据本专利技术的设备的输出功率曲线的图；图6至11用剖面表示根据本专利技术的设备的另外实施例；图12表示代表根据本专利技术的设备的特定实施例的输出功率曲线的图；图13表示代表根据为使用偏压而提供的本专利技术的实施例产生的设备的输出功率曲线的图；图14用剖面表示包括偏压电极(bias electrode)的本设备的实施例的示意图。具体实施例方式图1和图2分别示意性地表示根据本专利技术的光电设备10的实施例的从上面的视图和剖面视图。该光电设备10包括定向耦合器11，由第一波导1和第二波导2组成。为该第一波导1和第二波导2至少并排安排各自的耦合部，具有适合于允许将进入两个波导中的一个的辐射的至少一部分耦合到另一波导的长度LC。例如，两个波导1和2是平行的，即，它们具有传播的并行轴用于耦合部Lc并在末端处发散。第一波导1具有第一输入IN1和第一输出OUT1以及第二波导2具有第二输入IN2和第二输出OUT2，用于电磁辐射。有利地，使用在集成光学领域中公知的技术来生产第一波导1和第二波导2。特别地，第一波导1和/或第二波导2截面为矩形以及例如是“脊”型波导。此外，如图2更清楚所示，第一波导1和第二波导2分别包括第一脊4和第二脊5，两者均位于引导层(guiding layer)3上。整个引导层3或位于第一和第二脊4和5下的其仅至少一部分显示出具有适合于在波导1和2中传播电磁辐射的值的折射率。光电设备10包括下覆层7，在其上排列引导层3的下表面3’，以及排列在引导层3的上表面3”上的上覆层8。例如，使用二氧化硅(SiO2)或通过具有低于位于第一和第二脊4和5下的引导层3的区域的折射率的折射率的另一材料，诸如例如氧化镁(MgO)或SOI(硅绝缘体)，生成上覆层8和下覆层7。也可以不存在上覆层以及通过环绕波导的大气，提供用于在波导中传播所需的折射率级(index step)。根据上述例子，两个波导1和2的每一个是单模式波导，即，仅支持具有包括在预定间隔内的波长的光学辐射的基本模式。与该基本模式有关的是TE(或横电模式)线性偏振和与前者垂直的TM(或横磁模式)线性偏振。考虑遵循将用来表示与第一波导1中的基本模式有关的表达TE(TM)偏振的“TE1模式”或“TE1偏振”(“TM1模式”或“TM1偏振”)。类似地，表达“TE2模式”或“TE2偏振”(“TM2模式”或“TM2偏振”)将用来表示与第二波导2中的基本模式有关的TE(TM)偏振。在图2中，各个箭头表示用于TE1和TM1模式和用于TE2或TM2模式的偏振方向(即电场的振动方向)。定向耦合器11是例如将引入第一波导1的第一输入IN1的电磁辐射的至少一部分(更具体地，基本上100％)耦合，即传送到第二波导2。根据该例子，定向耦合器11是例如将在第一波导1中传播的TE1模式耦合到第二波导2，引起TE2模式。与TE1模式有关的功率和与耦合到第二波导2的TE2模式有关的功率之间的比率与这两个波导之间的TE模式的耦合系数Kcoup，TE有关。此外，定向耦合器11是例如显示出不小于与TM模式有关的耦合系数Kcoup，TM的从第一波导1至第二波导2的TE模式的耦合系数kcoup，TE≥kcoup，TM(i)换句话说，使定向耦合器11形成所需尺寸，使得TE模式，传送到第二波导2的功率和引入第一波导1的功率之间的比率不小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电设备（１，３０，３５，４０，４５，５５），包括：－定向耦合器（１１），包括：第一波导（１），具有接收输入电磁辐射的输入（ＩＮ１），所述第一波导包括光电材料的引导区（３），第二波导（２），可向其至少耦合所述输入 辐射的第一部分，所述第二波导具有用于输出辐射的输出（ＯＵＴ２），－结构（１２，１３；３６，３７），至少在所述第一波导（１）内生成控制电场（＊↓［ｃｒ］），以便在光电材料中引起至少部分输入辐射的偏振转换，所述偏振转换以便修改耦合到第二 波导的辐射的第一部分。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：保拉克里斯皮，陆茨阿诺索茨，
申请(专利权)人：皮雷利C有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]