集成光学多功能调制器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种光纤传感领域或光纤通信领域用的光元件，特别是一种采用在单Ｙ型波导中集成一个斜通臂波导的耦合器的集成光学多功能调制器，以及这种调制器的制造方法，集成光学多功能调制器由晶体基底、Ｙ型波导、斜通臂波导和波导电极构成，Ｙ型波导与斜通臂波导共同构成一个结构独特的集成耦合器，此结构能够解决现有光学调制器技术中存在的信噪比不高，额外的３ｄＢ，即５０％的光波损耗，波长带宽等问题，另外具有温度不敏感，波长带宽宽，制作工艺容差大等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤传感领域或光纤通信领域用的元件，特别是一种采用在单Y 型波导中集成一个斜通臂波导的耦合器的集成光学多功能调制器，以及这种调制器的制造 方法。
技术介绍
在光纤传感或光纤通信领域中经常会用到光学调制器，对于光纤陀螺传感器应 用，目前光学调制器的光路采用较多的是单Y型波导结构，对于双输入的情况，就需要在单 Y型波导结构的输入端设置一个2X2光纤耦合器用于实现分离输入输出功能，见图1 ；光学 调制器的光路也经常采用双Y型波导结构，第二个Y型波导结构用于功率分束，第一个Y型 波导结构与单Y型的结构中对应使用的2 X 2光 纤耦合器功能相同，用于分离返回光进入另 外一根光纤输出，见图2。上述两种技术方案都存在一定的不足1、单Y型波导结构的相位调制器需要外接2X2光纤耦合器，增加了额外的光学元 件，不利于集成化；而且2X2光纤耦合器的波长相关性较大，其分束比与波长相关，50 50 分束情况，一般能够达到士20nm范围，不利于宽波长范围，如光纤陀螺或波分复用光通信 系统应用；另外温度敏感性很大，可以工作的温度范围较窄，不适用大工作温度范围的应用 情况。2、双Y型波导结构的相位调制器，由于双Y结构中间共用波导长度限制，不能太 长，因此输出部分的光波中携带非有用信号成分较多，也不利于提高应用系统，如光纤陀螺 或波分复用光通信的性能，另外器件整体长度较大，不利于应用系统的小型化设计。3、单Y型与双Y型波导结构的相位调制器应用于光纤传感或光纤通信系统中，都 会有3dB，即50%的光功率损耗，降低了系统的信噪比或者误码率。4、如果在单Y型波导结构的相位调制器前面集成2X2指向型波导耦合器，同样具 有波长相关性较大，影响系统整体性能。现有光学调制器的技术方案可参考以下专利文献1、一种铌酸锂调制器及其制造方法，申请号=01140589. 9。2、铌酸锂多功能集成光学器件，申请号=03236082. 7。3、用于有线电视系统的铌酸锂电光调制器，申请号200620121000. 8。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种克服现有技术方案中存在的信噪比不高、 额外50%光波损耗及波长带宽等缺陷的。为解决上述技术问题，本专利技术是按如下的方式来实现的本专利技术所述的集成光学多功能调制器由晶体基底、Y型波导、斜通臂波导和波导 电极构成；在晶体基底上制有Y型波导和斜通臂波导，Y型波导的三个分支分别是直通臂波导、分支A和分支B，斜通臂波导与直通臂波导处于同一侧，斜通臂波导末端以弯曲的形 状贴近Y型波导交叉点，Y型波导与斜通臂波导共同构成一个集成耦合器；在晶体基底之 上制有波导电极，波导电极通过电光效应或热光效应使传输的光波产生相位差，从而形成 Mach-Zehnder干涉仪结构，并通过电光效应或热光效应改变所产生的相位差，实现光波的 回路与所进入的波导不同。所述晶体基底的输入端设有一个集成耦合器，波导电极设于分支A和分支B两侧 及中央，光波从直通臂波导和斜通臂波导输入，从分支A和分支B输出，形成光学相位调制 ο所述晶体基底的输入端和输出端各设有一个集成耦合器，两个集成耦合器的分支 A和分支B分别连为一体，波导电极设于分支A和分支B两侧及中央，光波从输入端的直通 臂波导和斜通臂波导输入，从输出端的直通臂波导和斜通臂波导输出，形成光学强度调制ο所述晶体基底输入端设有一个Y型波导，晶体基底输出端设有一个集成耦合器，Y 型波导的分支A和分支B与集成耦合器的分支A和分支B分别连为一体，波导电极设于Y 型波导的直通臂波导两侧以及分支A和分支B两侧及中央，光波从输入端的直通臂波导输 入，从输出端的直通臂波导和斜通臂波导输出，形成CATV用调制器。所述晶体基底为电光晶体基底或热光晶体基底；电光晶体基底为铌酸锂或钽酸锂 基底；热光晶体基底为硅或玻璃基底。所述电光晶体基底，对于Z切Y传铌酸锂、钽酸锂晶体则波导电极设计在波导分支 结构的正上方，以利用最大的电光系数。本专利技术所述的集成光学多功能调制器，其制造方法如下1)在晶体基底上采用光刻工艺制备波导结构；2)采用退火质子交换，或者钛扩散工艺在铌酸锂等电光晶体上制作光波导；或者 在硅等热光基底上制作脊形、矩形波导；3)在电光晶体基底上光刻制作波导电极；或者在热光晶体基底上制作薄膜波导 电极，用于加热；4)对晶体基底芯片端面抛光；5)光纤端面耦合，器件封装。本专利技术所述的集成光学多功能调制器，在单Y波导结构中集成了一个独特结构的 耦合器，能够解决现有技术中存在的信噪比不高，额外的3dB，即50%的光波损耗，波长带 宽等问题，另外具有温度不敏感，波长相关带宽宽，制作工艺容差大等优点，具体积极效果 如下1、结构简单，与单Y型波导结构的相位调制器相比，总体插入损耗增加非常有限；2、对于传感系统应用中没有额外的3dB，即50%的光波损耗，极大提高系统性能；3、波长相关性小，工作波长范围很宽；4、工艺制作容差大；5、温度敏感性小，工作温度范围大；6、在光纤陀螺传感系统应用中，光源启动后，如果本调制器没有工作，探测器上接 收不到光功率；光源低温启动瞬间输出功率极大，探测器的放大部分饱和；高温启动瞬间输出功率很小，未达到探测器接收的最小值；采用本技术方案的调制器能够独特有效地避 免系统开机时的波动，提高系统的性能。7、干涉后的光波从与输入端不同的波导输出，直进斜出，极大地降低了光波的噪 声，提高系统的信噪比，或者降低系统误码率。8、对于光纤传感应用，考虑其插入损耗往返增加约0. 5dB，可以将输入到探测器的 总体光功率增加约5. 5dB,即光功率可以提高到传统方案的约3. 5倍，大幅提高光纤传感的 信噪比。附图说明 下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是传统单Y型波导结构的光学相位调制器结构示意2是传统双Y型波导结构的光学相位调制器结构示意3是本专利技术集成光学相位调制器结构示意4是本专利技术集成光学相位调制器中集成耦合器局部放大5是本专利技术集成光学强度调制器结构示意6是本专利技术集成光学CATV用调制器结构示意7是施加电压为半波电压Vn时光波的输出端图8是施加电压为0时光波的输出端图中1晶体基底 2Υ型波导3斜通臂波导4波导电极 5直通臂波导 6分支A7分支B8集成耦合器 92 X 2光纤耦合器10双Y型波导具体实施例方式图3所示为本专利技术的实施例1，本专利技术所述的集成光学多功能调制器由晶体基底 1、Y型波导2、斜通臂波导3和波导电极4构成；在晶体基底1上制有Y型波导2和斜通臂 波导3，Y型波导2的三个分支分别是直通臂波导5、分支Α6和分支Β7，斜通臂波导3与直 通臂波导5处于同一侧，斜通臂波导3末端以弯曲的形状贴近Y型波导2交叉点，Y型波导 2与斜通臂波导3共同构成一个集成耦合器8，见图4 ；在晶体基底1之上制有波导电极4， 波导电极4通过电光效应或热光效应使传输的光波产生相位差，从而形成Mach-Zehnder干 涉仪结构，并通过电光效应或热光效应改变所产生的相位差，实现光波的回路与所进入的 波导不同。所述晶体基底1的输入端设有一个集成耦合器8，波导电极4设于分支Α6和分支 Β7两侧及中央，光波从直通臂波导5和斜通臂波导3输入，从分支Α6和分支Β7输出，该实 施例为光学相位调制器。图5所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成光学多功能调制器，其特征在于：其由晶体基底（１）、Ｙ型波导（２）、斜通臂波导（３）和波导电极（４）构成；在晶体基底（１）上制有Ｙ型波导（２）和斜通臂波导（３），Ｙ型波导（２）的三个分支分别是直通臂波导（５）、分支Ａ（６）和分支Ｂ（７），斜通臂波导（３）与直通臂波导（５）处于同一侧，斜通臂波导（３）末端以弯曲的形状贴近Ｙ型波导（２）交叉点，Ｙ型波导（２）与斜通臂波导（３）共同构成一个集成耦合器（８）；在晶体基底（１）之上制有波导电极（４），波导电极（４）通过电光效应或热光效应使传输的光波产生相位差，从而形成Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪结构，并通过电光效应或热光效应改变所产生的相位差，实现光波的回路与所进入的波导不同。

【技术特征摘要】
1.一种集成光学多功能调制器，其特征在于其由晶体基底(1)、γ型波导(2)、斜通臂 波导⑶和波导电极⑷构成；在晶体基底⑴上制有Y型波导⑵和斜通臂波导(3)，Y 型波导(2)的三个分支分别是直通臂波导(5)、分支Α(6)和分支Β(7)，斜通臂波导(3)与 直通臂波导(5)处于同一侧，斜通臂波导(3)末端以弯曲的形状贴近Y型波导(2)交叉点， Y型波导(2)与斜通臂波导(3)共同构成一个集成耦合器(8)；在晶体基底(1)之上制有 波导电极(4)，波导电极(4)通过电光效应或热光效应使传输的光波产生相位差，从而形成 Mach-Zehnder干涉仪结构，并通过电光效应或热光效应改变所产生的相位差，实现光波的 回路与所进入的波导不同。2.按照权利要求1所述的集成光学多功能调制器，其特征在于所述晶体基底(1)的 输入端设有一个集成耦合器(8)，波导电极(4)设于分支A (6)和分支B (7)两侧及中央，光 波从直通臂波导(5)和斜通臂波导(3)输入，从分支A (6)和分支B (7)输出。3.按照权利要求1所述的集成光学多功能调制器，其特征在于所述晶体基底(1)的 输入端和输出端各设有一个集成耦合器(8)，两个集成耦合器(8)的分支Α(6)和分支Β(7) 分别连为一体，波导电极⑷设于分支A (6)和分支B (7)两侧及中央，光波从输入端的直通 臂波导(5)和斜通臂波导(3)输入，从输出端的直通臂波导(5)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛挺，向美华，耿凡，
申请(专利权)人：北京浦丹光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]