电致伸缩光纤调制器制造技术

一种用于调制光信号相位的装置。该装置包括传播光信号的光介质（１１０）。电极（１３０，１３２）中的至少一个贴近介质（１１０）。电极响应交流电压而在介质中感应一个电场并通过电致伸缩效应使光介质（１１０）的折射率产生变化。优选的是，光信号的相位被调制以致于平行和垂直于电场的光信号的偏振分量经历相等的相移。在某些实施例中，一个直流电压加在光介质上。作为选择，光介质中的直流电压可以从对光介质进行极化产生。本发明专利技术的某些实施例包括置于光介质相对面的两个电极。此装置被用于干涉仪中以形成调制装置或开关装置。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光调制器和开关，特别是，基于光纤的光调制器和开关。目前，只有几种工作于兆赫兹频率范围的相位调制器是可供商用的。例如，电光铌酸锂调制器可以设计成工作于数百吉赫兹上。铌酸锂调制器是相对紧凑(几厘米长)的，且当其制成波导型时只需要几伏特而当其是整块光器件时需要几百伏特。另一方面，它们显示出相当大的至少1dB的内部损耗，以及至少每端口0.5dB的连接损耗。于是，带引线的铌酸锂调制器的光纤至光纤的损耗至少是2dB。而在很多产品中这是相当高的。还有，这些器件的成本高，典型的是几千美元。另外，在整块光器件铌酸锂调制器的情形，当工作于几个兆赫兹的频率上时需要的电压在几百伏特数量级。这个电压需求是通过利用谐振电子电路提升几伏特的低输入电压信号而得到满足的，但是，这种电路一般有典型的约1MHz的带宽的限制，因此调制器工作在一个窄的频率范围上。另一种高频相位调制器是压电(PZT)环调制器。在这个装置中，典型长度为几米的光纤绕在PZT环上。当一个交流电压作用于环时，环周期性地扩大和缩小，从而拉伸光纤，这将调制在光纤中传播的光信号的相位。虽然这种调制器仅需要几伏特，但它只能在与环的机械共振频率相对应的几个离散的频率上产生有用的相移(典型地大约在π∏左右)。因此，这个装置的带宽也是受到限制的。第三种相位调制器是声光(A/O)光纤调制器，其中光纤机械地连接到一个PZT调制器上，该调制器周期性地压缩它。(见，例如，I.Abdulhalim，和C.N.Pannell，“Photoelastic in-fiberbirefringence modulator operating at the fundamentaltransverse acoustic resonance，”(工作在基本横向声频谐振上的光弹性光纤内双光折射的调制器)IEEE Photon.Techno.Lett.卷5，第10，1197-1199页，Oct.1993.)这种调制器也由谐振电子电路驱动，因此它的带宽通常限制在1MHz的数量级。A/O调制器可能需要0.7W的输入功率以产生π/2的相位调制。另外，光纤上覆有一层薄PZT薄膜的A/O光纤调制器已经在Stanford大学展示出来。尽管A/O光纤调制器工作良好，但它们仅可工作在离散的谐振频率上并且需要相当高的输入电功率。对所有这些调制器而言，一个偏振的信号传播过这个装置所经受的相位调制与垂直偏振的信号传播过这个装置所经受的相位调制有显著的差别。这种对偏振依赖性对许多应用是极其不利的，因为输入信号的偏振一般并不恒定而会随时间而不可预知地变化。虽然有各种各样的光纤器件如滤波器，放大器，连接器，以及激光器，但目前要得到具有合适特性的全光纤光调制器和开关并不容易。这些装置可能对光纤传感器，光纤传感器阵列，光通信系统，以及光纤和波导装置如激光器是有用的。本专利技术的一个方面是一种调制光信号相位的装置。此装置包括传播光信号的光介质，以及与光介质贴近的第一和第二电极。交流电压加在第一和第二电极之间，这引起两电极之间的光介质的应变，通过电致伸缩效应，使光介质折射率产生变化。在该专利技术的一个优选的实施方案中，光介质是非极化的，电极上除了加上交流电压外还可以加上直流电压。光信号的相位可以被调制以使光信号平行和垂直于电场的偏振分量经历相等的相移。该装置被方便地合并到干涉仪中以形成能调制光信号振幅的装置。作为选择，该装置还可采用到干涉仪中以形成光开关装置。本专利技术的另外一个方面是一种调制光信号相位的装置，其中装置包括传播光信号的极化光介质。极化光介质有内部的直流电场。至少有一个电极贴近介质。这个电极加有交流电压以在介质中感应出交流电场，通过电致伸缩效应使光介质折射率的变化。在一个优选的实施例中，光信号的相位被调制使光信号平行和垂直于电场的偏振分量经历相等的相移。该装置可有利地采用干涉仪以形成能调制光信号振幅的装置。作为选择，该装置还可有利地采用干涉仪以形成光开关装置。本专利技术的另外一个方面是一种调制光信号相位的方法，该方法是通过提供光介质，施加交流电压以便在光介质内产生电场，通过在光介质中引起应变由电致伸缩效应产生光介质的折射率的变化，并且使光信号通过光介质以调制光信号的相位。在该方法的一个优选的实施方案中，交流电压加在第一和第二个电极上，其中，电极贴近光介质。在该方法的另外一个实施例中，所加的交流电压具有某一频率以使光信号通过光介质时光信号平行和垂直于电场的偏振分量经历相等的相移。光介质的输出可以被引导到干涉仪中用以调制光信号的振幅，或用以将光信号从干涉仪第一个输出端口切换至干涉仪的第二个输出端口。下面将结合有关的附图来描述本专利技术，其中附图说明图1示出了作为本专利技术的一个实施例的一个电致伸缩调制器；图2A示出按照本专利技术的利用极化光介质的另一个实施例的一个电致伸缩调制器；图2B示出了作为本专利技术的另一个实施例的一个整块电致伸缩调制器；图3A示出了激光的垂直偏振作用于图2所示的实施例时所得到的相移对应于调制频率的曲线；图3B示出了激光的平行偏振作用于图2所示的实施例时所得到的相移对应于调制频率的曲线；图4示出了本专利技术利用抛光光纤的一个可选择的实施例；图5示出了本专利技术的一个基于集成光学技术的实施例；图6示出了本专利技术的一个基于集成光学技术的可选择的实施例；以及图7示出了采用依照本专利技术的相位调制器一个Mach-Zehnder干涉仪振幅调制器。这里描述了本专利技术的几种实施例，在这些实施例中，光纤或波导中的电致伸缩效应用于在仅需不大的电压下就可以在特定的机械谐振频率下产生大指数的调制。另外，在特定的工作频率下，产生的相位调制与输入信号的偏振是无关的。这些谐振用于设计基于全光纤的光学元件，如调制器和开关。与现有商用的，一般是基于电-光晶体如铌酸锂的相位调制器相比，这些基于光纤的元件包括下述优点(1)极低的内部损耗，例如，远小于0.01dB；(2)对单模通信光纤具有低损耗的接合；并且(3)宽带的传输范围，从紫外线(UV)到红外线(IR)。在本专利技术的几个实施例中，电场(例如，电压)直接作用于光纤(或另外形式的光波导)以引起折射率的变化，从而对传播于波导中的信号进行调制。大多数光材料的折射率可以由施加电场并通过，例如克尔(Kerr)效应或电致伸缩效应而产生变化。在本专利技术中，电致伸缩效被用来在玻璃或另外的材料中产生相位调制，在特定频率上由电致伸缩效应引起的相位调制的大小明显超过由Kerr效应所引起的。由于电致伸缩效应，作用于材料上的频率为ν的交流电场使材料处于周期性的应力之下。这个应力在材料内部产生应变(相对变形)，即材料以频率ν周期性地膨胀和收缩以响应该场。作为材料密度周期性变化的结果，与密度有关的材料的折射率也变化，特别是以两倍于作用的频率2ν变化。于是，穿过材料的光信号在2ν处相位被调制，且这个调制的振幅正比于所加电压的平方，Vm2。如果除了交流电压外还加上一个直流电压Vdc，那么所得到的相位调制正比于乘积VmVdc，并且在频率ν处发生调制。当材料受到应力时，与材料的机械谐振相对应的特定频率上应变会大大增强。在这些频率上，材料的变形增加了，对折射率的调制也同样增加。于是，由电致伸缩效应引起的相位调制谱(作为频率的函数)典型地以出一系列尖峰出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调制光信号相位的装置，包括：用于传播光信号的光介质；贴近于所述光介质的第一电极；以及贴近于所述光介质的第二电极，所述的第一和第二电极其间加有有交流电压，所述交流电压通过电致伸缩效应使所述光介质的折射率产生变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJF迪贡尼特，A刘，GS基诺，
申请(专利权)人：莱兰斯坦福初级大学评议会，
类型：发明
国别省市：US[美国]