專利名稱：非共線結(jié)構(gòu)雙y波導(dǎo)集成相位調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種集成多功能相位調(diào)制器，具體地說，涉及一種非共線結(jié)構(gòu)雙Y波導(dǎo)集成的相位調(diào)制器，可實現(xiàn)保偏合波/分波和推挽相位調(diào)制功能。此器件是非互易性光纖陀螺中的關(guān)鍵器件之一。
背景技術(shù)：
保偏1×2(Y型)耦合器和波導(dǎo)Y型相位調(diào)制器是光纖陀螺中兩個重要器件。采用鈮酸鋰質(zhì)子交換工藝的全波導(dǎo)雙Y型集成多功能相位調(diào)制器能將高保偏Y型耦合器和Y型相位調(diào)制器做在一個芯片上，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，曾被認(rèn)為是一個很好的器件。
在光纖陀螺中，進入Y型相位調(diào)制器的對稱模的傳導(dǎo)光波在Y分支處等分到之后的兩個單模波導(dǎo)中，對于同時進入Y型相位調(diào)制器的反對稱模必須加以抑制，這是互易性所要求的，直接影響光纖陀螺的精度。然而，在早先提出的共線雙Y型集成結(jié)構(gòu)中，作為空間濾波的公共基波導(dǎo)在模式抑制方面不理想。造成這種現(xiàn)象的原因是，在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中，前面的保偏Y型耦合器的合波過程中有反對稱模激發(fā)，但因合波器輸出波導(dǎo)僅支持對稱模傳輸，反對稱模將成為泄漏模式，在之后的傳輸中逐漸耗散掉，由于反對稱模傳播方向與公共基波導(dǎo)一致，在有限的傳輸長度內(nèi)沒有完全泄漏到襯底中，導(dǎo)致在第二個Y分支也就是相位調(diào)制器的雙模區(qū)再次激發(fā)反對稱模，如圖1所示。在分離器件結(jié)構(gòu)中，保偏耦合器和波導(dǎo)Y型相位調(diào)制器用一定長度的單模保偏光纖連接，單模光纖足夠長時能起到很好的空間濾波作用，這是原來的雙Y集成結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)的。
但是，實現(xiàn)光纖的保偏1×2耦合器難度較大，這與保偏光纖的保偏機制及其在拉制光纖耦合器過程中受到影響有關(guān)。而鈮酸鋰質(zhì)子交換光波導(dǎo)具有優(yōu)良保偏性能，其偏振隔離度能達到50dB以上，也易于實現(xiàn)單模Y型的器件結(jié)構(gòu)。即便前面提到的全波導(dǎo)雙Y型集成多功能器件性能不佳，采用單個鈮酸鋰質(zhì)子交換波導(dǎo)作為保偏Y型耦合器也是可行的，只要用單模保偏光纖將其與Y型相位調(diào)制器相連就可以。然而，這樣做導(dǎo)致另一方面的問題，即引入了較大的插入損耗，保守的估計，至少有2dB的插入損耗增加，在光源功率難以提高的情況下，大的損耗是難以接受的；并且，分離部件的增加提高了制作成本，也使整機的穩(wěn)定性下降。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是，為了解決串聯(lián)雙Y集成相位調(diào)制器中部的單模波導(dǎo)空間濾波效果不理想的問題，提供一種非共線結(jié)構(gòu)雙Y波導(dǎo)集成相位調(diào)制器，該相位調(diào)制器將單芯片上的雙Y波導(dǎo)器件做成非共線結(jié)構(gòu)，通過采用特殊的微光學(xué)技術(shù)和混合集成結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)具有低插入損耗，高性能和高穩(wěn)定性的集成化雙Y集成耦合器/相位調(diào)制器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的1、在鈮酸鋰晶體(電極之間X切或電極之下Z切)上通過質(zhì)子交換方式得到兩個并列的光波導(dǎo)Y分支結(jié)構(gòu)，其中一個用來實現(xiàn)保偏分束作用；另一Y分支經(jīng)制備電極以后，形成推挽工作的兩個相位調(diào)制器。
2、在并列雙Y結(jié)構(gòu)調(diào)制器芯片的一端，采用微光學(xué)部件串聯(lián)連接兩Y分支器。
3、芯片的另一端，采用V型槽固定的四條光纖完成光信號輸入/輸出及其與光纖環(huán)的連接。
具體地說，如圖3所示，本實用新型主要由芯片1、保偏光反射器4、輸入/輸出光纖陣列5組成；芯片1包括Y型波導(dǎo)保偏耦合器2和Y型波導(dǎo)相位調(diào)制器3；相位調(diào)制信號通過一組對稱電極加在相位調(diào)制器3上；芯片1的右端是一個微光學(xué)結(jié)構(gòu)的保偏光反射器4；芯片1的左端，是輸入/輸出光纖陣列5，其V型槽固定有四根輸入/輸出的保偏光纖6。
本實用新型具有以下優(yōu)點和積極效果①能實現(xiàn)單一器件的保偏耦合-空間濾波-相位調(diào)制功能，減少了分離部件，結(jié)構(gòu)緊湊，減小了體積，提高了穩(wěn)定性。
②由于采用特殊的微光學(xué)結(jié)構(gòu)，達到較好的空間濾波效果，且降低了插入損耗。
③由于采用單芯片雙Y結(jié)構(gòu)，減少了耦合封裝等制做工序，降低了成本。


圖1 串聯(lián)共線雙Y波導(dǎo)中的模激發(fā)與傳播示意圖；圖2a 串聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙Y保偏耦合/相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b 保偏光纖連接并聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙Y保偏耦合/相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 非共線結(jié)構(gòu)雙Y波導(dǎo)集成相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4 保偏光反射器結(jié)構(gòu)圖；圖5 多保偏光纖輸入/輸出結(jié)構(gòu)圖；其中1-芯片；2-Y波導(dǎo)保偏耦合；3-Y波導(dǎo)相位調(diào)制器；4-光反射器，4.1-自聚焦透鏡；4.2-保偏反射鏡；5-輸入/輸出光纖陣列；6-保偏光纖；
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由芯片1、保偏光反射器4、輸入/輸出光纖陣列5組成；芯片1包括Y型波導(dǎo)保偏耦合器2和Y型波導(dǎo)相位調(diào)制器3；相位調(diào)制信號通過一組對稱電極加在相位調(diào)制器3上；芯片1的右端是一個微光學(xué)結(jié)構(gòu)的保偏光反射器4；芯片1的左端，是輸入/輸出光纖陣列5，其V型槽固定有四根輸入/輸出的保偏光纖6。
如圖3所示，在X-切Y傳鈮酸鋰上通過質(zhì)子交換及退火處理工藝方法制做并列的兩個單模Y分支器，其中分支器3用作推挽結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制器，分支器2用作保偏分束器；相位調(diào)制器的調(diào)制基于鈮酸鋰特有的電光效應(yīng)，調(diào)制電極分布在光波導(dǎo)兩邊，電場方向可有效利用最大的電光系數(shù)r33。
實現(xiàn)本方案的兩個關(guān)鍵之一是良好的空間濾波效果。這里采用一種微光學(xué)結(jié)構(gòu)連接兩非共線Y波導(dǎo)的單模波導(dǎo)，由于透鏡孔徑限制，沿保偏耦合器輸出方向傳播的反對稱模僅有極少部分進入透鏡，這相當(dāng)于一次空間濾波作用；而在反射到Y(jié)波導(dǎo)相位調(diào)制器時，由于反對稱模的模場與單模波導(dǎo)模場不匹配，耦合效率很低，在一定長度的單模波導(dǎo)中傳輸一段距離，相當(dāng)于二次空間濾波作用，因此，本方案采用的結(jié)構(gòu)比共線的串聯(lián)雙Y型結(jié)構(gòu)能更好地抑制反對稱模，提高器件的性能，從而提高光纖陀螺的精度。
另一關(guān)鍵是，降低插入損耗。這里采用的微光學(xué)結(jié)構(gòu)與目前商用的密集波分復(fù)用DWDM器件結(jié)構(gòu)相似，具有實現(xiàn)低插入損耗的潛力，插入損耗可小于1dB，大大優(yōu)于采用保偏光纖連接的性能。
為保證器件的高質(zhì)量，此微光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射面應(yīng)具有高保偏特性，對于以TE模傳輸?shù)腦切波導(dǎo)器件或以TM模傳輸?shù)腪切波導(dǎo)器件來講，應(yīng)分別選擇一特殊的膜系實現(xiàn)高保偏和高反射率。采用簡單的功率監(jiān)控方法實現(xiàn)微光學(xué)結(jié)構(gòu)偏振取向與波導(dǎo)極化取向的一致，這種耦合方式也比采用保偏光纖的調(diào)節(jié)更簡單易行。
在波導(dǎo)芯片的另一端，采用一個極化取向一致的保偏光纖陣列實現(xiàn)光信號的輸入和輸出。應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是，保偏光纖陣列中極化取向一致性要求最高的是連接Y型相位調(diào)制器與光纖環(huán)路的兩根保偏光纖，在保偏光纖陣列制作中必須保證此兩根保偏光纖極化取向的高度一致性；其次是連接保偏Y型耦合器與光源的保偏光纖；連接保偏Y型耦合器與探測器的一根光纖，原則上可不用保偏纖。
器件的外封裝形式為單端結(jié)構(gòu)，即輸入/輸出光纖在封裝盒的同一端，如圖5所示。
權(quán)利要求1.一種非共線結(jié)構(gòu)雙Y波導(dǎo)集成相位調(diào)制器，主要由芯片(1)、光反射器(4)、輸入/輸出結(jié)構(gòu)(5)、光纖(6)組成，其特征在于芯片(1)包括兩個Y型結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)器件，為平行并列結(jié)構(gòu)一個用于分束和相位調(diào)制器，另一個用作波導(dǎo)保偏光耦合器；芯片(1)的右端是一個微光學(xué)結(jié)構(gòu)的光反射器(4)；芯片(1)的左端是輸入/輸出光纖陣列(5)，其中V型槽固定有輸入/輸出光纖(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成相位調(diào)制器，其特征在于所述的光反射器(4)由一個自聚焦透鏡和反射鏡構(gòu)成，反射鏡面具有高保偏特性且偏振取向與波導(dǎo)極化取向的一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成相位調(diào)制器，其特征在于所述的輸入/輸出光纖陣列(5)為保偏光纖陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成相位調(diào)制器，其特征在于外封裝為一種單端結(jié)構(gòu)，也就是輸入/輸出光纖在封裝盒的同一端。
專利摘要本實用新型涉及一種非共線結(jié)構(gòu)雙Y集成多功能相位調(diào)制器，主要由芯片1、光反射器4、輸入/輸出結(jié)構(gòu)5、光纖6組成；芯片1包括兩個Y型結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)器件，為平行并列結(jié)構(gòu)一個用于分束和相位調(diào)制器，另一個用作波導(dǎo)保偏光耦合器；芯片1的右端是一個微光學(xué)結(jié)構(gòu)的光反射器4；芯片1的左端是輸入/輸出光纖陣列5，其中V型槽固定有輸入/輸出光纖6。本實用新型將雙Y結(jié)構(gòu)集成在一個芯片上，利用了APE波導(dǎo)的高偏振隔離性實現(xiàn)保偏光耦合器功能，利用分離的反射結(jié)構(gòu)實現(xiàn)較好的空間濾波，比串聯(lián)的共線雙Y結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)性能；同時由于采用專門的微光學(xué)技術(shù)，使這一結(jié)構(gòu)比采用保偏光纖連接的結(jié)構(gòu)有更低的插入損耗，且制做方法簡單，能降低工藝難度，提高成品率。
文檔編號G02B6/10GK2804802SQ20042006515
公開日2006年8月9日 申請日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者傅焰峰, 劉 文, 劉青, 謝強, 羅勇 申請人:武漢光迅科技有限責(zé)任公司