铌酸锂光波导相位调制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种铌酸锂光波导相位调制器，所述相位调制器具有光波导和电极，其中所述光波导和电极均为曲线型，并且相互平行。利用本实用新型专利技术的曲线型光波导和平行曲线电极，制成的铌酸锂光波导相位调制器在进行相位调制时的附加强度调制得到明显削弱。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种铌酸锂相位调制器，尤其涉及一种应用于集成 光学领域的铌酸锂光波导相位调制器。
技术介绍
铌酸锂(LiNb03)集成光学技术起源于二十世纪八十年代初，受启 发于集成电路，把多个光学分离器件集成在同一芯片上，减小系统的体 积和重量，提高系统的可靠性。铌酸锂晶体是优质的电光、声光材料，在其晶体表面上制作不同的 波导和电极图案可对传输光进行分束/合束、起偏/4全偏、偏转，通过外加 电信号可对光的相位、强度、偏振态、频率、波前、开关态等进行调制 与控制。LiNb03集成光学器件功耗小、响应极快、可集成度高、稳定可 靠。LiNb03集成光学技术与柔韧灵便、体积小、重量轻、成本低、抗电 磁干扰力强的单模光纤技术相容，能充分开发光纤的应用领域，可广泛 应用于光纤通信、光纤传感、光信息处理等军民两用领域。铌酸鋰光波导相位调制器是一种基础集成光学器件，广泛应用于相 干光通信、有线电视、量子保密通信、高速相控阵雷达、光纤陀螺及电 流测量等传感领域。在这几方面应用领域，铌酸锂光波导相位调制器均 为系统中的核心器件，并且几乎无替代产品。经过二十多年的研发，LiNb03集成光学器件在国内外均已取得了较 大的发展，研制出光强度调制器、相位调制器、有线电视(CATV)铌酸 锂电光调制器和用于光纤陀螺的多功能集成光学器件，其中相位调制器 系列产品也已研制出1310nm、 1550nm、高速单偏振、低速双折射等各种 类型、适合不同用途的器件。由于相位调制器是用于相位调制或基于相位调制而扩展的功能，理论上要求器件在对输入的光实现相位调制功能的同时，不能引起光强度的变化。但在实际器件中，由于光波导和两端面形成一个F-P腔，光在 光波导的两个端面处会形成反射，反射光会在光波导中往复传播并相互 叠加，因此铌酸锂光波导相位调制器在相位调制时会引起光强度的变化， 这种现象就是所谓的附加强度调制，或称残余强度调制。在微弱小信号 检测时，附加强度会造成信号强度的不稳定，并且附加强度会随着外加 电信号的变化而变化。在光学相干检测中，如果调制光强度有变化，在 与参考光相干时，就得不到准确的检测值。为了降低附加强度调制，通常将芯片的端面磨成相对于光波导中心 轴倾斜的平面，但对于要求极其苛刻的传感领域，这种传统方案并不能 达到理想的效果。目前在高精领域，铌酸锂光波导相位调制器亟待解决 的技术问题就是消除或降低相位调制时的附加强度调制。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种铌酸锂光波导相位调制器，其能 够消除或降低相位调制时的附加强度调制。为实现上述目的，本技术提供了一种铌酸锂光波导相位调制器， 所述相位调制器具有光波导和电极，所述光波导和电极均为曲线型，并 且相互平行。优选地，所述曲线由至少一个曲线段光滑连接而成。 优选地，所述曲线段为光滑曲线。 优选地，所述曲线段包括单周期或多周期的正弦曲线。 优选地，所述曲线段的周期的长度(P)在0.1mm至10mm之间。 优选地，所述曲线段的周期的幅度(H)与长度(P)之间满足以下 关系IKP2/800。优选地,铌酸锂芯片的端面为相对整个光波导结构的中心倾斜的平面。利用本技术的曲线型光波导和平行曲线电极，制成的铌酸锂光 波导相位调制器在进行相位调制时的附加强度调制得到明显削弱，能够满足高精领域，尤其是传感领域，对相位调制器光输出特性的要求。附图说明图1A为釆用传统光波导电极结构的X切铌酸锂光波导相位调制器 的示意图，图中右侧为对应的横截面图。图1B为采用传统光波导电极结构的Z切铌酸锂光波导相位调制器的 示意图，图中右侧为对应的横截面图。图2A本技术优选实施例的X切铌酸锂光波导相位调制器的示 意图，图中右侧为对应的横截面图。图2B本技术优选实施例的Z切铌酸锂光波导相位调制器的示意 图，图中右侧为对应的^f黄截面图。具体实施方式传统的铌酸锂光波导相位调制器的结构如图1A和图1B所示，主要 由铌酸锂芯片l及与其连接在一起的输入输出光纤2、管壳3组成，在铌 酸锂芯片上利用钛扩散工艺或退火质子交换工艺制成直线型的光波导4， 电极5与光波导4平行，通常采用蒸发、光刻和电镀等系列工艺制作而 成。传统的铌酸锂光波导相位调制器的波导图形为直线条，电才及图形为 平行于波导的直线条，对于X切和Z切铌酸锂衬底晶片，其电极结构分 别如图1A和图1B所示。基于铌酸锂材料的电光效应，当在电极上施加电信号时，铌酸锂材 料的折射率随之发生变化，输入的光通过光波导传输时相位也随之发生 变化，于是〗更实现了相位调制。如前面所述，传统的光波导相位调制器中的直线型光波导及其两端 面形成F-P腔会引起附加相位调制，因此本技术对此进行改进，以构。采用曲线型波导和电极后，破坏了原有的F-P腔结构，往复反射的 光再叠加的可能性显著降低，使输出光的强度变化得到削弱，因此降低 了相位调制时的附加强度调制。本技术的相位调制器的芯片截面形状及器件的整体结构与传统方案一致，并且同样是利用铌酸锂的电光效 应来实现相位调制。详细说明。在图2A和图2B示出的实施例中，相位调制器采用正弦曲线型的波 导和平行曲线电极结构，这里光波导4'和电极5'均为正弦曲线型，并保 持相互平行。本领域技术人员能够理解，本技术的波导和电极并不局限于多 周期的正弦曲线结构，其可以包括一个或多个其它形式的光滑曲线l爻， 各个曲线段之间光滑连接。理论上，能够防止在两端面之间形成直接的 往复反射的结构都可以用来降低附加强度调制，比如单段或多段折线结 构的波导，但这种结构在拐点处辐射损耗太大，所以并不实用，但是从 广泛的意义上讲，应用于本技术波导和电极的曲线结构包括单段或 多段折线结构。1下面以上述优选实施例中的正弦曲线型波导和电才及为例对曲线结构 的参数作进一步说明。如上所述，整个曲线结构可以由多个曲线段串联 而成，而每个曲线段本身可以包括N个重复的周期(NS1)(每个周期的 长度用P表示)。考虑到器件本身的尺寸和结构，周期长度P通常被设计 为0.1mm~ lOmm。如图2A所示，在每个周期中波导向两侧偏离的最大 距离为H,称为该周期的幅度。在优选的实施例中，周期的幅度H与周 期长度P的关系为HSP2/800。实际上，曲线的幅度/周期，即H/P值越 大，降低附加强度调制效果越好，但过大的H/P值会引起波导的弯曲损 耗。经过理论计算和试验验证，在H^P"800时，弯曲引起的波导损耗可 以忽略。过小的H/P值使波导接近于直线条波导，减小附加强度的作用 也随之变小。即本方案在不影响波导损耗的前提下，幅度H接近P2/800 时降低附加强度调制的效果最佳。此外，本领域才支术人员应该理解，以上曲线型波导和电才及结构可以 与芯片端面磨斜的方案同时使用，能达到更加理想的削弱附加强度调制 的作用。本技术的铌酸锂光波导相位调制器的曲线型波导和电极结构的设计和制作工艺与传统方法相近，很容易实现。实现的途径是通过计 算机软件生成该设计对应的图形，制作出光刻掩膜版，通过半导体的蒸 发或沉积、光刻、扩散退火质子交换等工艺，在晶片上生成设计的波导， 再通过蒸发、光刻和电镀在晶片上制作出设计的电极图形，然后把晶片 端面抛光，与抛过光的光纤精密对接，封装在管壳内即可形成完整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铌酸锂光波导相位调制器，所述相位调制器具有光波导和电极，其特征在于，所述光波导和电极均为曲线型，并且相互平行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：华勇，郑远生，
申请(专利权)人：北京世维通光通讯技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]