專利名稱：鈮酸鋰光波導(dǎo)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鈮酸鋰相位調(diào)制器，尤其涉及一種應(yīng)用于集成 光學(xué)領(lǐng)域的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器。
背景技術(shù)：
鈮酸鋰(LiNb03)集成光學(xué)技術(shù)起源于二十世紀(jì)八十年代初，受啟 發(fā)于集成電路，把多個光學(xué)分離器件集成在同一芯片上，減小系統(tǒng)的體 積和重量，提高系統(tǒng)的可靠性。
鈮酸鋰晶體是優(yōu)質(zhì)的電光、聲光材料，在其晶體表面上制作不同的 波導(dǎo)和電極圖案可對傳輸光進(jìn)行分束/合束、起偏/4全偏、偏轉(zhuǎn)，通過外加 電信號可對光的相位、強(qiáng)度、偏振態(tài)、頻率、波前、開關(guān)態(tài)等進(jìn)行調(diào)制 與控制。LiNb03集成光學(xué)器件功耗小、響應(yīng)極快、可集成度高、穩(wěn)定可 靠。LiNb03集成光學(xué)技術(shù)與柔韌靈便、體積小、重量輕、成本低、抗電 磁干擾力強(qiáng)的單模光纖技術(shù)相容，能充分開發(fā)光纖的應(yīng)用領(lǐng)域，可廣泛 應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感、光信息處理等軍民兩用領(lǐng)域。
鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器是一種基礎(chǔ)集成光學(xué)器件，廣泛應(yīng)用于相 干光通信、有線電視、量子保密通信、高速相控陣?yán)走_(dá)、光纖陀螺及電 流測量等傳感領(lǐng)域。在這幾方面應(yīng)用領(lǐng)域，鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器均 為系統(tǒng)中的核心器件，并且?guī)缀鯚o替代產(chǎn)品。
經(jīng)過二十多年的研發(fā)，LiNb03集成光學(xué)器件在國內(nèi)外均已取得了較 大的發(fā)展，研制出光強(qiáng)度調(diào)制器、相位調(diào)制器、有線電視(CATV)鈮酸 鋰電光調(diào)制器和用于光纖陀螺的多功能集成光學(xué)器件，其中相位調(diào)制器 系列產(chǎn)品也已研制出1310nm、 1550nm、高速單偏振、低速雙折射等各種 類型、適合不同用途的器件。
由于相位調(diào)制器是用于相位調(diào)制或基于相位調(diào)制而擴(kuò)展的功能，理
論上要求器件在對輸入的光實現(xiàn)相位調(diào)制功能的同時，不能引起光強(qiáng)度
的變化。但在實際器件中，由于光波導(dǎo)和兩端面形成一個F-P腔，光在 光波導(dǎo)的兩個端面處會形成反射，反射光會在光波導(dǎo)中往復(fù)傳播并相互 疊加，因此鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器在相位調(diào)制時會引起光強(qiáng)度的變化， 這種現(xiàn)象就是所謂的附加強(qiáng)度調(diào)制，或稱殘余強(qiáng)度調(diào)制。在微弱小信號 檢測時，附加強(qiáng)度會造成信號強(qiáng)度的不穩(wěn)定，并且附加強(qiáng)度會隨著外加 電信號的變化而變化。在光學(xué)相干檢測中，如果調(diào)制光強(qiáng)度有變化，在 與參考光相干時，就得不到準(zhǔn)確的檢測值。
為了降低附加強(qiáng)度調(diào)制，通常將芯片的端面磨成相對于光波導(dǎo)中心 軸傾斜的平面，但對于要求極其苛刻的傳感領(lǐng)域，這種傳統(tǒng)方案并不能 達(dá)到理想的效果。目前在高精領(lǐng)域，鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器亟待解決 的技術(shù)問題就是消除或降低相位調(diào)制時的附加強(qiáng)度調(diào)制。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，其能 夠消除或降低相位調(diào)制時的附加強(qiáng)度調(diào)制。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器， 所述相位調(diào)制器具有光波導(dǎo)和電極，所述光波導(dǎo)和電極均為曲線型，并 且相互平行。
優(yōu)選地，所述曲線由至少一個曲線段光滑連接而成。 優(yōu)選地，所述曲線段為光滑曲線。 優(yōu)選地，所述曲線段包括單周期或多周期的正弦曲線。 優(yōu)選地，所述曲線段的周期的長度(P)在0.1mm至10mm之間。 優(yōu)選地，所述曲線段的周期的幅度(H)與長度(P)之間滿足以下 關(guān)系IKP2/800。
優(yōu)選地,鈮酸鋰芯片的端面為相對整個光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中心傾斜的平面。
利用本實用新型的曲線型光波導(dǎo)和平行曲線電極，制成的鈮酸鋰光 波導(dǎo)相位調(diào)制器在進(jìn)行相位調(diào)制時的附加強(qiáng)度調(diào)制得到明顯削弱，能夠
滿足高精領(lǐng)域，尤其是傳感領(lǐng)域，對相位調(diào)制器光輸出特性的要求。

圖1A為釆用傳統(tǒng)光波導(dǎo)電極結(jié)構(gòu)的X切鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器 的示意圖，圖中右側(cè)為對應(yīng)的橫截面圖。
圖1B為采用傳統(tǒng)光波導(dǎo)電極結(jié)構(gòu)的Z切鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器的 示意圖，圖中右側(cè)為對應(yīng)的橫截面圖。
圖2A本實用新型優(yōu)選實施例的X切鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器的示 意圖，圖中右側(cè)為對應(yīng)的橫截面圖。
圖2B本實用新型優(yōu)選實施例的Z切鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器的示意 圖，圖中右側(cè)為對應(yīng)的^f黃截面圖。
具體實施方式
傳統(tǒng)的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖1A和圖1B所示，主要 由鈮酸鋰芯片l及與其連接在一起的輸入輸出光纖2、管殼3組成，在鈮 酸鋰芯片上利用鈦擴(kuò)散工藝或退火質(zhì)子交換工藝制成直線型的光波導(dǎo)4， 電極5與光波導(dǎo)4平行，通常采用蒸發(fā)、光刻和電鍍等系列工藝制作而 成。傳統(tǒng)的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器的波導(dǎo)圖形為直線條，電才及圖形為 平行于波導(dǎo)的直線條，對于X切和Z切鈮酸鋰襯底晶片，其電極結(jié)構(gòu)分 別如圖1A和圖1B所示。
基于鈮酸鋰材料的電光效應(yīng)，當(dāng)在電極上施加電信號時，鈮酸鋰材 料的折射率隨之發(fā)生變化，輸入的光通過光波導(dǎo)傳輸時相位也隨之發(fā)生 變化，于是〗更實現(xiàn)了相位調(diào)制。
如前面所述，傳統(tǒng)的光波導(dǎo)相位調(diào)制器中的直線型光波導(dǎo)及其兩端 面形成F-P腔會引起附加相位調(diào)制，因此本實用新型對此進(jìn)行改進(jìn)，以
構(gòu)。采用曲線型波導(dǎo)和電極后，破壞了原有的F-P腔結(jié)構(gòu)，往復(fù)反射的 光再疊加的可能性顯著降低，使輸出光的強(qiáng)度變化得到削弱，因此降低 了相位調(diào)制時的附加強(qiáng)度調(diào)制。本實用新型的相位調(diào)制器的芯片截面形
狀及器件的整體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)方案一致，并且同樣是利用鈮酸鋰的電光效 應(yīng)來實現(xiàn)相位調(diào)制。
詳細(xì)說明。
在圖2A和圖2B示出的實施例中，相位調(diào)制器采用正弦曲線型的波 導(dǎo)和平行曲線電極結(jié)構(gòu)，這里光波導(dǎo)4'和電極5'均為正弦曲線型，并保 持相互平行。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，本實用新型的波導(dǎo)和電極并不局限于多 周期的正弦曲線結(jié)構(gòu)，其可以包括一個或多個其它形式的光滑曲線l爻， 各個曲線段之間光滑連接。理論上，能夠防止在兩端面之間形成直接的 往復(fù)反射的結(jié)構(gòu)都可以用來降低附加強(qiáng)度調(diào)制，比如單段或多段折線結(jié) 構(gòu)的波導(dǎo)，但這種結(jié)構(gòu)在拐點處輻射損耗太大，所以并不實用，但是從 廣泛的意義上講，應(yīng)用于本實用新型波導(dǎo)和電極的曲線結(jié)構(gòu)包括單段或 多段折線結(jié)構(gòu)。1
下面以上述優(yōu)選實施例中的正弦曲線型波導(dǎo)和電才及為例對曲線結(jié)構(gòu) 的參數(shù)作進(jìn)一步說明。如上所述，整個曲線結(jié)構(gòu)可以由多個曲線段串聯(lián) 而成，而每個曲線段本身可以包括N個重復(fù)的周期(NS1)(每個周期的 長度用P表示)?？紤]到器件本身的尺寸和結(jié)構(gòu)，周期長度P通常被設(shè)計 為0.1mm~ lOmm。如圖2A所示，在每個周期中波導(dǎo)向兩側(cè)偏離的最大 距離為H,稱為該周期的幅度。在優(yōu)選的實施例中，周期的幅度H與周 期長度P的關(guān)系為HSP2/800。實際上，曲線的幅度/周期，即H/P值越 大，降低附加強(qiáng)度調(diào)制效果越好，但過大的H/P值會引起波導(dǎo)的彎曲損 耗。經(jīng)過理論計算和試驗驗證，在H^P"800時，彎曲引起的波導(dǎo)損耗可 以忽略。過小的H/P值使波導(dǎo)接近于直線條波導(dǎo)，減小附加強(qiáng)度的作用 也隨之變小。即本方案在不影響波導(dǎo)損耗的前提下，幅度H接近P2/800 時降低附加強(qiáng)度調(diào)制的效果最佳。
此外，本領(lǐng)域才支術(shù)人員應(yīng)該理解，以上曲線型波導(dǎo)和電才及結(jié)構(gòu)可以 與芯片端面磨斜的方案同時使用，能達(dá)到更加理想的削弱附加強(qiáng)度調(diào)制 的作用。
本實用新型的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器的曲線型波導(dǎo)和電極結(jié)構(gòu)的
設(shè)計和制作工藝與傳統(tǒng)方法相近，很容易實現(xiàn)。實現(xiàn)的途徑是通過計 算機(jī)軟件生成該設(shè)計對應(yīng)的圖形，制作出光刻掩膜版，通過半導(dǎo)體的蒸 發(fā)或沉積、光刻、擴(kuò)散退火質(zhì)子交換等工藝，在晶片上生成設(shè)計的波導(dǎo)， 再通過蒸發(fā)、光刻和電鍍在晶片上制作出設(shè)計的電極圖形，然后把晶片 端面拋光，與拋過光的光纖精密對接，封裝在管殼內(nèi)即可形成完整的鈮 酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器。
權(quán)利要求1、一種鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器具有光波導(dǎo)和電極，其特征在于，所述光波導(dǎo)和電極均為曲線型，并且相互平行。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，其特征在于， 所述曲線由至少一個曲線段光滑連接而成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，其特征在于， 所述曲線_敬為光滑曲線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，其特征在于， 所述曲線段包括單周期或多周期的正弦曲線。
5、 根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，其 特征在于，所述曲線段的周期的長度(P)在0.1mm至10mm之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，其特征在于， 所述曲線段的周期的幅度(H )與長度(P )之間滿足以下關(guān)系HSP2/800。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，其特征在于， 鈮酸鋰芯片的端面為相對整個光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中心傾斜的平面。
專利摘要本實用新型涉及一種鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器具有光波導(dǎo)和電極，其中所述光波導(dǎo)和電極均為曲線型，并且相互平行。利用本實用新型的曲線型光波導(dǎo)和平行曲線電極，制成的鈮酸鋰光波導(dǎo)相位調(diào)制器在進(jìn)行相位調(diào)制時的附加強(qiáng)度調(diào)制得到明顯削弱。
文檔編號G02F1/035GK201177699SQ200820005660
公開日2009年1月7日 申請日期2008年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者勇 華, 鄭遠(yuǎn)生 申請人:北京世維通光通訊技術(shù)有限公司