專利名稱：體波光纖聲電光調(diào)制器的制作方法
技術領域：
體波光纖聲電光調(diào)制器k可用于光纖通信調(diào)制技術中，屬于光纖通信和光纖傳感領域。
體波光纖聲光調(diào)制器的結(jié)構如圖3所示，在長方體聲光晶體的上晶面處粘貼電聲換能器，左右兩個晶面上分別粘貼短焦距透鏡，然后在透鏡外再分別粘貼輸入光纖和輸出光纖。其工作原理流程如圖4所示。將待傳輸?shù)囊曨l或音頻信號事先調(diào)制到射頻信號上，射頻信號的頻率要與光纖聲光調(diào)制器的中心頻率一致，然后將此調(diào)制信號加載到光纖聲光調(diào)制器的電聲換能器上，換能器由具有壓電性能的晶片制成，它可產(chǎn)生強度隨傳輸信號變化的超聲波，耦合進入聲光晶體內(nèi)。將激光引入輸入光纖，經(jīng)透鏡聚焦于聲光晶體內(nèi)，受超聲波的作用產(chǎn)生出一級衍射光，此光的強度隨傳輸信號而變化，再經(jīng)透鏡的聚焦從輸出光纖輸出到光電轉(zhuǎn)換器件如光電管上，將待傳輸信號解調(diào)出來，而零級光則用光欄將它擋掉。
體波聲電光調(diào)制器的結(jié)構如圖5所示，在長方體聲電光晶體的上晶面處粘貼電聲換能器，前后兩個晶面上分別鍍電光電極。其工作原理流程如圖6所示。將待傳輸?shù)囊曨l或音頻信號事先調(diào)制到射頻信號上，射頻信號的頻率要與聲電光調(diào)制器的中心頻率一致，然后將此調(diào)制信號加載到聲電光調(diào)制器的電聲換能器上，換能器由具有壓電性能的晶片制成，它可產(chǎn)生強度隨傳輸信號變化的超聲波，耦合進入聲電光晶體內(nèi)。再將激光引入聲電光晶體內(nèi)，受超聲波的作用產(chǎn)生出一級衍射光，此光的強度隨傳輸信號而變化，將衍射光輸出到光電轉(zhuǎn)換器件如光電管上，便可將待傳輸信號解調(diào)出來，而零級光則用光欄將它擋掉。另外將直流高壓加在電光電極上，在聲電光晶體內(nèi)產(chǎn)生直流電場，通過改變所加電壓的大小和方向，來控制聲電光調(diào)制器的中心頻率，使調(diào)制器的中心頻率隨需要而改變，增加使用的靈活性。體波聲電光效應的的工作原理是這樣的它同時使用反常聲光效應和橫向電光效應，聲光效應用來進行調(diào)制，而電光效則應用于控制器件的中心頻率。即聲光驅(qū)動電信號的功率隨待傳輸?shù)恼{(diào)制信號變化，而電光電壓則由射頻信號的頻率所決定。當射頻信號的頻率與由電聲換能器厚度所決定的器件固有中心頻率不同時，勢必會影響衍射效率，加上大小方向合適的電光電壓后，可使器件的中心頻率轉(zhuǎn)移到該射頻信號的頻率上，使衍射效率回升。
體波光纖聲光調(diào)制器與體波聲電光調(diào)制器各有自己的特點，體波光纖聲光調(diào)制器中的激光是在光纖中傳輸，使得它能用于光纖通信的調(diào)制技術中。而體波聲電光調(diào)制器帶有直流電極后，使得器件的中心頻率可以通過外加的直流高壓進行控制，一個器件當多個器件用，使用起來更加靈活方便。但是，這兩種調(diào)制器又各自有缺陷，體波光纖聲光調(diào)制器由于沒有直流電極，無法對器件的中心頻率進行控制，體波聲電光調(diào)制器由于沒有光纖，無法用于光纖通信的調(diào)制技術中。
本發(fā)明的體波光纖聲電光調(diào)制器結(jié)構如

圖1所示，特征在于它包括有，在長方體聲電光晶體2的上晶面處鍵合電聲換能器1，在前后兩個晶面上分別鍍上電光電極7，在左右兩個晶面上分別粘貼短焦距透鏡8，在短焦距透鏡8的外面分別粘貼輸入光纖9和輸出光纖10。
本發(fā)明的其工作原理流程圖如圖2所示。將待傳輸?shù)囊曨l或音頻信號事先調(diào)制到射頻信號上，射頻信號的頻率要與光纖聲電光調(diào)制器的中心頻率一致，然后將此調(diào)制信號加載到光纖聲電光調(diào)制器的電聲換能器上，換能器由具有壓電性能的晶片制成，它可產(chǎn)生強度隨傳輸信號變化的超聲波，耦合進入聲電光晶體內(nèi)。將激光引入輸入光纖，經(jīng)透鏡聚焦于聲電光晶體內(nèi)，受超聲波的作用產(chǎn)生出一級衍射光，此光的強度隨傳輸信號而變化，再經(jīng)透鏡的聚焦從輸出光纖輸出到光電轉(zhuǎn)換器件如光電管上，將待傳輸信號解調(diào)出來，而零級光則用光欄將它擋掉。另外將直流高壓加在電光電極上，在聲電光晶體內(nèi)產(chǎn)生直流電場，通過改變所加電壓的大小和方向，來控制光纖聲電光調(diào)制器的中心頻率，使調(diào)制器的中心頻率隨需要而改變，增加使用的靈活性。
其工作原理同體波聲電光調(diào)制器。它能達到的有益效果有兩條首先，這種調(diào)制器帶有光纖，可以用于光纖通信的調(diào)制技術中。其次，它又帶有直流電極，可以通過外加直流高壓，控制調(diào)制器的中心頻率，可用于不同頻率的射頻調(diào)制信號。
晶體的定向切割與研磨拋光統(tǒng)稱為光學冷加工，各個晶面的定向誤差不能超過5′，光潔度達11級。聲電光晶體的六個晶面中有五個晶面需要拋光，其中入光面和出光面之間、鍍電光電極的二個晶面之間，平行度誤差不能超過3′。粘貼換能器的晶面要求最高，除上述要求以外，其平整度必須小于1個光圈。與換能器相對的晶面不用拋光，而且要磨去一定的角度，目的是讓從換能器傳播下來的超聲波，反射后的傳播方向與反射前的傳播方向不在一條直線上，無法形成駐波。2、鍍膜將壓電換能器晶片和聲電光晶體放入鍍膜機內(nèi)，同時在兩塊晶體上蒸鍍銀，分別作底電極4和銀鍍層6，因為蒸鍍的時間相同，因此它們的厚度也是相同的。然后接著蒸鍍銦作鍵合層3，它實際上是分別在兩個晶體上各鍍一半，鍍銦之前，還要在聲電光晶體上放置一個與壓電晶片大小一樣的掩模，以保證兩個銦鍍膜層的尺寸相同。3、鍵合與減薄將兩塊晶體的銦鍍膜面對齊，適當加壓使之鍵合在一起。然后對換能器晶片進行減薄，減至由器件中心頻率所要求的厚度為止。這是一個影響器件質(zhì)量的關鍵工藝。4、鍍電極這里包括鍍換能器的頂電極和電光電極，所用鍍層材料都為銀。其中鍍換能器頂電極時，按照設計好的換能器等效長度l與寬度h事先預制好掩模，再進行蒸鍍。5、粘接透鏡與光纖用環(huán)氧樹脂將兩個透鏡分別粘接到聲電光晶體的入光面與出光面上，其中出光面上的透鏡位置要精確調(diào)整到衍射光的位置上，故比入光面上的透鏡位置略低一些。再分別將兩根光纖的端面磨平后，粘接到透鏡上。6、裝架與引線將聲電光晶體與換能器相對的的晶面用環(huán)氧樹脂粘接到膠木板上，同時將光纖固定在與膠木板相連的小架子上。再用低溫烙鐵將引線從各個電極，包括電聲換能器的底電極、頂電極和兩個電光電極，焊接到膠木板上的小鉚釘上。最后將膠木板固定在金屬外殼內(nèi)，再用引線將膠木板上的鉚釘與外殼上的接線柱連接起來。
本發(fā)明的各部分器件作用如下1、電聲換能器將載有待傳輸調(diào)制信號的射頻信號轉(zhuǎn)換為超聲波，使用具有壓電性能的鈮酸鋰晶片(LN)。它的切割方向視所須超聲波的性質(zhì)而定，為了實現(xiàn)反常聲光互作用，超聲波必須是切變波，因此LN晶片的切割方向為X切，即晶片的法線方向為晶體的X軸晶片的厚度視調(diào)制器中心頻率而定，頻率越高，晶片越薄，例如選定調(diào)制器的中心頻率為60MHz時，厚度d＝33μm。換能器起作用的等效長度與寬度實際上等于頂電極的長度l與寬度h，它們的大小由傳統(tǒng)聲光器件的設計方法決定，當調(diào)制器中心頻率選定60MHz時，l＝2.2cm，h＝4mm。而壓電晶片本身的長度與寬度要求并不嚴格，一般比頂電極的長度與寬度略大一些即可。
2、聲電光晶體實現(xiàn)反常聲光效應和橫向電光效應，利用反常聲光效應對入射激光進行強度調(diào)制，利用橫向電光效應控制調(diào)制器的中心頻率，使用既具有較大聲光系數(shù)，可實現(xiàn)反常聲光效應；又具有較大電光系數(shù)，可實現(xiàn)橫向電光效應的的鈮酸鋰(LN)晶體。由電光效應的理論知，在Y軸方向上加直流電場，光沿Z軸方向即光軸傳播時，可實現(xiàn)橫向電光效應。又由聲光互作用理論知，超聲切變波沿X軸傳播，光沿Z軸傳播時，可實現(xiàn)反常聲光效應。因此聲電光晶體的切割方向為正視圖中的左右是光傳播方向，應沿晶體的Z軸、上下是超聲波傳播方向應沿晶體的X軸、前后是直流電場的方向，應沿晶體的Y軸。對于聲電光晶體的尺寸要求并不十分嚴格，沿光傳播方向上的長度L和沿電場方向上的寬度H只要比壓電晶片的尺寸大些即可。按照上述數(shù)據(jù)可取L＝2.5cm、H＝6mm。而沿聲波傳播方向的高度D可取D＝2cm。
3、鍵合層將聲電光晶體和電聲換能器晶片兩個晶體鍵合在一起，所用蒸鍍材料一般為比較軟的金屬銦。其長度和寬度與換能器晶片相同。由于聲電光晶體及換能器晶片用的都是鈮酸鋰，而且在兩個晶體中超聲波的傳播方向都是沿晶體的X軸，即它們的聲阻抗一樣，不必進行聲學增透，故對鍵合層的厚度無要求，只要能將兩晶體壓合在一起即可。
4、底電極作為電聲換能器的一個電極，通過它將調(diào)制后的射頻信號加載到換能器上并產(chǎn)生超聲波。另外，它還兼有將聲電光晶體金屬化的作用，有利于接下來的鍵合層的蒸鍍。所用蒸鍍材料一般為導電性能最佳的銀。由于它是覆蓋在聲電光晶體上的，因此它的長度與寬度和聲電光晶體相同，厚度不限。
5、頂電極作為電聲換能器的另一個電極，作用同底電極。將銀蒸鍍在換能器的頂面，其長度與寬度實際上就是前面敘述過的等效換能器的長度與寬度，即l＝2.2cm、h＝4mm。其厚度只要能焊接引線就可以，不宜太厚，如果太厚會影響到器件的中心頻率。
6、銀鍍層目的僅僅是將壓電換能器晶片金屬化，以有利于鍵合層的蒸鍍，其長度與寬度也和換能器晶片相同，由于它是和底電極同時蒸鍍的，因此厚度也就和底電極相同。
7、電光電極通過它將直流高壓加到聲電光晶體上，在晶體內(nèi)形成直流電場，以控制調(diào)制器的中心頻率。兩個電光電極分別蒸鍍在聲電光晶體的沿Y軸方向的兩個晶面上，它的長度U與寬度V要求不嚴格，只要考慮防止加直流高壓時可能會產(chǎn)生被擊穿的危險，保證在電光電極的鍍層邊緣與底電極之間有一定的空隙即可，可取U＝2.0cm，V＝1.5cm。所用蒸鍍材料也是銀。
8、透鏡兩個透鏡分別將從輸入光纖中的入射激光聚焦在聲電光晶體內(nèi)，以及將衍射激光聚焦到輸出光纖中去。使用焦距為1cm-2cm的短焦距透鏡，直徑不限。
9、光纖兩根光纖分別作輸入光纖和輸出光纖，其作用分別為輸入激光和輸出激光。
權利要求
1.一種體波光纖聲電光調(diào)制器，其特征是包括有，在聲電光晶體(2)的上晶面處鍵合電聲換能器(1)，在兩個對稱的晶面上分別鍍上電光電極(7)，在另外兩個對稱的晶面上分別粘貼上短焦距透鏡(8)，在短焦距透鏡(8)的外分別粘貼的輸入、輸出光纖(9)和(10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的體波光纖聲電光調(diào)制器，其特征在于采用了長方體狀的聲電光晶體(2)，在長方體聲電光晶體(2)前后兩個晶面上分別鍍上的電光電極(7)、左右兩個晶面上分別粘貼上的短焦距透鏡(8)。
全文摘要
體波光纖聲電光調(diào)制器，屬于光纖通信和光纖傳感領域。其特征在于，在聲電光晶體的上晶面處鍵合電聲換能器，在前后晶面上鍍電光電極，在左右晶面上粘貼短焦距透鏡，透鏡外面分別粘貼輸入光纖和輸出光纖。其工作過程是，將載有待傳輸音頻或視頻信號的射頻信號，加到用壓電晶片制成的電聲換能器上，產(chǎn)生強度隨傳輸信號變化的超聲波，進入聲電光晶體。從輸入光纖輸入的激光，經(jīng)透鏡聚焦于晶體內(nèi)，受超聲波調(diào)制作用，產(chǎn)生強度隨傳輸信號變化的衍射光，再經(jīng)透鏡聚焦從輸出光纖輸出到光電轉(zhuǎn)換器件上進行解調(diào)。另外通過改變加在電光電極上的直流電壓的大小和方向，來改變調(diào)制器的中心頻率，以適應不同載頻的射頻調(diào)制信號，使調(diào)制器的使用更加靈活。
文檔編號G02F1/01GK1415997SQ0215543
公開日2003年5月7日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權日2002年12月13日
發(fā)明者俞寬新 申請人:北京工業(yè)大學