CN100336321C - 带光隔离器的集成磁光调制器及其制造方法和光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的具有光隔离器的集成磁光调制器包括：光隔离器单元、磁光调制器单元、阻抗调节器。光隔离器单元旋转来自光源的入射光的偏振，传输具有已旋转的偏振的光并消除向着光源的反射的反馈光。磁光调制器单元调制来自光隔离器单元的光的强度，并将已调光传输出去。阻抗调节器调节磁光调制器单元的电阻抗，以便有效地将用来光调制的高频信号引入磁光调制器单元。进一步，光隔离器单元和磁光调制器单元容纳在一单个壳体中。

Description

带光隔离器的集成磁光调制器及其制造方法和光通信系统
技术领域
本发明涉及一种集用于光通信的光隔离器和利用磁光效应来调制光的光调制器为一体的、具有光隔离器的集成磁光调制器，以及该调制器的制造方法和使用该调制器的光通信系统。
背景技术
磁光调制器(例如Pockels cell)已广泛应用于传统的光通信系统。特别是，利用LiNbO2晶体的光电效应的波导光调制器是一典型的例子(参见Nishihara等人的光集成电路，第298-304页，1985，Ohm-sha)。然而，用光电晶体的光调制器有一个缺点，就是遭受直流漂移(J-Appl.Phys，第76卷第3期，第1405-1408页，1994)和光衰减，因此，很难长时间稳定运行，或者要花费很多来避免其特性的恶化。
另一方面，虽然磁光调制器已被研究了很长时间(Appl.Phys.Lett.第21卷第8期，第394-396页，1972)，但是由于其响应速度比光电调制器慢，因此其发展不是很快。JP7-199137A公开的常见的应用于光通信系统的磁光调制器的响应不高于几十Khz。
近年来，为了测量半导体电子电路基板中的电流，已经研究了其中将DC偏置磁场应用于磁光晶体的磁光调制器(Appl.Phys.Lett第68卷第25期，第3546-3548页，1996，和61st JJAP Transaction，lecture No.4p-Q-4，2000)。进一步，光隔离器被用于磁光调制器(USPNO.6141140或JP3-144417A)。进一步，光调制的功能和光隔离的功能都可以通过使用具有静磁波的单个的磁光元件来实现(JP2001-272639A)。
然而，几乎所有的常规光通信系统都利用了半导体激光器电流中的直接高速调制和利用电光效应(Pockels效应)的波导光调制器。虽然半导体激光器的直接调制有一个好处，就是光通信系统不需要另外的调制器，和由此带来的其结构变得简单，但是其调制频率一般不高于几GHZ。进一步，当半导体激光器由高频信号驱动时，驱动电路变的非常贵而且光信号通过的光纤的传输距离受波长线性调频(chirping)的限制。
另一方面，光电磁调制器，尤其是利用Pockels效应的波导光调制器的优点是适合激光或LED光的高速调制，并且没有由半导体激光器的直接调制引起的波长变化或波长附加调频。然而光电调制器有一个缺点，就是具有直流漂移和光衰减，为对这些不利采取对策而使制造成本增加。
进一步，有一种磁光调制器，通过直接在半导体板或微带线(micro strip line)上放置磁光晶体，或对磁光晶体施加了DC偏置磁场，来监控微带线上的电流波形(Appl.Phys.Lett第68卷第25期，第3546-3548页，1996)。然而上面提到的电流监控有一个缺点，就是由于在线路和调制信号发生器之间的阻抗不匹配引起振铃故使电流波形失真，并且上面提到的电流监控装置(电流波形监控器)不包括任何光纤，因此不适合用于光通信系统。
另一方面，还有另一种用来监控微带线上的电流波形的磁光调制器，其中在经过一条短的例如短于大约1米的光纤之后，设置分析器(61st JJAPTransaction，lecture No.4p-Q-4，2000)。然而，通常通过长的光纤的线偏振变为随机的偏振。因此，即使使用分析器也不可能实现对通过长光纤的光传播强度的调制。进而，上面提到的另一种磁光调制器中，DC偏置磁炀几乎和高频磁场平行。因此，上面提到的另一种磁光调制器具有一个缺点，即在用于得到单一磁畴的大的偏置磁场下磁光调制器是磁饱和的，而磁饱和大大降低或完全消除了已调信号。
此外，一个重要的问题就是光沿着光源方向反射，当采用光隔离器作为光调制器时，那里光的传播一定会受到光隔离器的阻挡，并且光的偏振随外部磁场产生的磁光效应(Faraday效应)而旋转。这种情况下，光调制器根本就没有实现光隔离器的任务。上面提到的问题将参考图7A、7B和8具体描述。入射光从光源侧通过偏光器202传播如图7A所示，并且只有和偏光器202的偏振平面相应的光透过。然后，穿过偏光器202的光被输入磁光元件204并且在通过其传播期间偏振平面旋转45°。由于分析器能够传输的偏振平面就是被偏光器202旋转了的偏振平面，所以分析器210完全能够将光输送到系统侧。因此，如果正确地设定偏光器202和分析器210二者的偏振取向，则前向的入射光可以没有损失地理想传播。
另一方面，当反方向的光从系统侧引入时，分析器210以和分析器210的偏振取向相同的偏振平面传输该光。然后，经过分析器210传输后的光被输入磁光元件204并且在通过磁光元件204传播期间，偏振平面旋转45°。偏振的旋转方向总是相同，而不管光是向前或反向传播。由于通过磁光元件204的透射光的偏振方向和偏光器202的偏振取向完全垂直，因此反射的反馈(feedback)光根本不能向着光源的方向返回。由于光能够沿一个方向(前向)传播，因此这种结构可被称为光二极管。然而，当由于Faraday效应在磁光元件204处的偏振的旋转角度恰好为45°的时候，可完成上述过程。这意味着，如果其中的旋转角度稍微偏离45°，则通过磁光元件204反射的反馈光的偏振就不与分析器210处的偏振平面完全垂直，并且反射反馈光向着光源方向稍许反射。在用光调制器作为光隔离器的一个特殊的情况下，由于磁光元件204必须执行光调制的作用，所以磁光元件204处的Faraday旋转角度需要偏离45°。角度偏差越大，就有越多的反射的反馈光向着光源方向反射。
图8示出当光隔离器用作光调制器时，调制深度和反射的反馈光的透射率之间的关系曲线图。常见的光隔离器应该具有这种功能，使得反方向的光的投射率可以是0.1％或者更少(根据使用情况，似是0.001％或更小)。然而，公知的是，即使调制深度成为如图8所示的百分之几，反射反馈光反射到光源大约也高达10％-20％，而且光隔离器根本不执行光隔离的功能。到目前为止，还没有认识到当光隔离器被用作光调制器时，光隔离器的功能象这样明显恶化。此外，光隔离器可以被金属壳体覆盖，并且稀土金属磁体可用在光隔离器中。因此，还有一个问题，就是从当光隔离器的外部施加高频磁场时，受涡流影响，用于调制的高频磁场不能有效地应用于磁光元件。
还有一个问题是，当使用静磁波的磁光调制器和光隔离器由单个元件(JP2001-272639A)构成时，由于静磁波只能被窄频率带宽激发，因此不能实现宽带通信，象光通信。同样情况下，还有另一个问题，就是光隔离器不能有效阻挡反射的反馈光，而且当光调制器中的调制深度变大时，就有更多的反射的反馈光向着光源方向反回。
发明内容
本发明用于解决上面所提到的问题。本发明的一个目的是提供一种具有光隔离器的集成磁光调制器，其在宽频范围内工作并实现高速调制。
本发明提供一种具有光隔离器的集成磁光调制器，其包括：光隔离器单元，用来旋转来自光源的入射光的偏振，传输具有已旋转的偏振的光，和用于消除向着光源的反射的反馈光；磁光调制器单元用于调制来自光隔离器单元的光的强度，并将已调制的光传输出去；阻抗调节器，用于调节电阻抗，以便有效地将用于光调制的高频信号引入磁光调制器单元；和单个壳体用于容纳光隔离器单元和磁光调制器单元。
本发明还提供一种制造具有光隔离器的集成磁光调制器的方法，该磁光调制器由至少一个光隔离器单元和一个磁光调制器单元组成，方法包括步骤：制造生长在非磁性石榴石基板上的稀土铁石榴石晶体；形成几乎和光传播路径的方向垂直的槽；和将用于旋转光的偏振方向的光元件插入到槽中。
本发明还提供一种光通信系统，包括：将光输入到光隔离器的光源；用于驱动光源的光源驱动电路；光隔离器单元，用于旋转来自光源的入射光的偏振和传输具有已旋转的偏振的光，同时用于消除向着光源的反射的反馈光；磁光调制器单元，用于调制来自光隔离器单元的光的强度，并将已调制的光传输出去；磁光调制驱动电路，在磁光调制器单元上，用来处理用于光调制的高频信号；阻抗调节器，用于调节电阻抗，以便有效地将用于光调制的高频信号引入磁光调制器单元；光纤，用于传播从磁光调制器单元输出的光；光检测器，用于检测通过光纤传播的光；和信号处理电路，用于执行信号解码过程，以从光检测器所接收的光的光信号中取出所需信息。
附图说明
图1是本发明具有光隔离器的整个集成磁光调制器的部分横截面图。
图2是具有光隔离器的集成磁光调制器的第一实施例的包括光隔离器单元和磁光调制器单元的主要部分的透视图。
图3是具有光隔离器的集成磁光调制器的第二实施例的包括光隔离器单元和磁光调制器单元的主要部分的透视图。
图4A是用来描述制造在同一基板上包括光隔离器和磁光调制器的具有光隔离器的集成磁光调制器的方法中第一步骤的示意图。
图4B是用来描述制造在同一基板上包括光隔离器和磁光调制器的具有光隔离器的集成磁光调制器的方法中第二步骤的示意图。
图4C是用来描述制造在同一基板上包括光隔离器和磁光调制器的具有光隔离器的集成磁光调制器的方法中第三步骤的示意图。
图4D是用来描述制造在同一基板上包括光隔离器和磁光调制器的具有光隔离器的集成磁光调制器的方法中第四步骤的示意图。
图4E是用来描述制造包括在同一基板上包括光隔离器和磁光调制器的具有光隔离器的集成磁光调制器的方法中第五步骤的示意图。
图5是表示光源、光隔离器单元、和磁光调制器容纳在同一壳体中的透视图。
图6是表示本发明光通信系统的组成的透视图。
图7A是表示光从光源侧向系统侧传播的透视图(相关技术)。
图7B是表示光从系统侧向光源侧传播的透视图(相关技术)。
图8示出当把光隔离器用作光调制器时，调制深度和反射的反馈光的透射率之间关系的曲线图(相关技术)。
具体实施方式
下文，将参考附图，描述本发明的实施例。本发明的具有光隔离器的集成磁光调制器，在一单个壳体中包括一个可高速调制的磁光调制器和一个光隔离器，或者把可高速调制的磁光调制器和光隔离器设置成面对面接触的方式。
通过将偏置磁场应用于磁光材料上并使它具有单一的铁磁畴，磁光调制器可响应于10GHZ-100GHZ或者更高的FMR(铁磁谐振)的频率等级，例如Appl.Phys.Lett.第68卷第25期，第3546-3548页，1996所述的。另一方面，由于来自设置在光传输线路上的各种光元件如连接器，耦合器，和滤波器到光源的反射的反馈光，光源的剧烈波动一般会在高速调制的光通信系统中引起噪音。由于磁光调制器和光隔离器可以分别由类似的磁光元件制成，因此很容易将它们容纳在一单一的壳体中。同样由于这个原因，也很容易将磁光调制器单元和光隔离器单元设置成面对面接触的方式。而且，用一个或两个磁场发生器产生偏置磁场，可以把适当强度的偏置磁场施加到光隔离器单元和磁光调制器单元上。此外，当使用没有偏置磁场而具有多个磁畴的磁光元件时，由于磁畴的偏移会产生100MHZ-1000MHZ的低频谐振，因此，如果不施加偏置磁场，磁光元件在就不能在高于谐振频率的频率上响应并实现光的高速调制。因此，必须把偏置磁场施加到磁光元件上。进一步，下文将对本发明的具有光隔离器的集成磁光调制器作出描述。
(第一实施例)
下文将参考图1和2描述本发明的第一实施例。图1是本发明具有光隔离器的整个集成磁光调制器的部分横截面图。在图1中，2是偏光器，4是磁光元件，6是偏光器和分析器，7是磁体，8是磁光元件，9是磁体，10是分析器，70是壳体。图1示出具有光隔离器的集成磁光调制器的俯视截面图。图2是具有光隔离器的集成磁光调制器的第一实施例的包括光隔离器单元和磁光调制器单元的主要部分的透视图。在图2中，2是偏光器，4是磁光元件，6是偏光器和分析器，8是磁光元件，10是分析器，128是阻抗调节器。
参见图2，将描述具有光隔离器的集成磁光调制器的工作。光束Pin被偏光器2线偏振。入射光Pin被某些透镜松聚焦，使得光束的直径几乎可以在一形成在磁光元件8的后部上的线圈12处被最小化。由于光隔离，只有光束Pin的线偏振分量被从偏光器2输出到磁光元件4。磁光元件4可以由具有Faraday效应的任何铁磁材料制成，如YIG(Y8Fe6O12)体晶体和Bi置换的石榴石厚膜。特别是，由于每单位长度具有更有效的Faraday效应，故Bi置换的石榴石晶体可实现磁光元件4的较薄的晶体薄膜。
在光通过磁光元件4内部传播的期间，由于Faraday效应，光束的偏振被旋转一预定的角度。光的传播距离和磁光元件4内施加磁场的强度被调整，并且磁光元件4被设置成将光偏振旋转一所需角度。从磁光元件4输出的光被输入到具有光隔离器的分析器和磁光调制器的偏光器功能的分析器和偏光器6。为了提高光隔离器单元的隔离率，可以设置成两级的组(一个组由偏光器2、磁光元件4、和分析器和偏光器6组成)。根据偏置磁场的磁体，偏振光分配器可以用作分析器和偏光器6。此外，磁光元件8可以是能够实现较薄的晶体薄膜的Bi置换的石榴石晶体。
光束传播通过磁光调制单元内的分析器和偏光器6和磁光元件8、作为高频磁场发生器的线圈12的中心部分、和分析器10，然后分析器10输出被调制为所需的信号强度的输出光Pout。
为了施加高频磁场，线圈图形(pattern)被设置在磁光元件8的表面。图2中，把线圈12的线圈图形示为矩形旋涡绕组图形，但它也可以是通常的螺旋线图形。图2中线圈12仅设置在磁光元件8的一侧上，但它也可以设置在两侧上。在采用两侧都设置线圈的情况下，可将应用于磁光元件8上的高频磁场强度增加到两倍或更高。线圈12的最里面的直径应该尽可能小，并比传输光束的直径稍大，以增加高频磁场强度。线圈12最里面的直径取决于通过磁光元件8的传输光的光束直径(或者取决于所用的光系统)。例如，当该具有光隔离器的集成磁光调制器应用于通信中时，将其值设置在10到几百微米的范围内是恰当的。
光隔离器单元中的偏置磁场Hdc1利用永磁以几乎平行于光传播的方向(图2中差不多沿着Z轴的方向)来施加。另一方面，磁光调制器单元的偏置磁场Hdc2利用永磁体以差不多沿着和光的传播方向垂直的方向(图2中差不多沿着X轴的方向)来施加。图2中，为使附图更易理解，没有示出产生偏置磁场的永磁体。
图1给出了一单一的壳体容纳有光隔离器单元和磁光调制器单元。图1中光隔离器单元和磁光调制器单元以面对面接触的方式设置，且它们被容纳在一个壳体70中。图1还示出了磁体7和9。磁体7是一偏置磁场发生器，用来在光隔离单元内产生偏置磁场Hdc1，磁体9是一偏置磁场发生器，用来在磁光调制器单元内产生偏置磁场Hdc2。偏置磁场发生器可以是电磁体或永磁体如SmCo和NdFeB。这里，偏置磁场利用永磁体7和9来施加。如果磁光元件8中Faraday的旋转角度大约是0±90×n°(n是整数)，任一组偏置磁场的施加方向和强度都是可以的。相对于最有效的角度，偏置磁场Hdc2可取向于角度在大约±30°的范围内。
阻抗调节器128设置在线圈12和磁光调制器的驱动电路之间，调节阻抗以便有效地将用于光调制的高频信号从驱动电路引入线圈12中。采用第一实施例的具有光隔离器的集成磁光调制器，光隔离器单元的隔离率可以是大约30dB(这个值相应于反向反馈光透射率为0.1％)，调制频率可以在从直流(DC)到大约3GHZ的范围内，并且不会观察到向着光源或半导体激光器的反射的反馈光。
进一步，在不施加偏置磁场的情况下不会产生100MHZ到几百MHZ的频率谐振，并且调制频率可以在直流(DC)到大约3GHZ的范围内。此外，第一实施例的具有光隔离器的集成磁光调制器包括光隔离器单元和磁光调制器单元，它们以面对面接触的方式设置，但是，如果它们容纳在同一壳体中，则没有必要把它们设置成面对面接触的方式。
(第二实施例)
接下来，参考图3，描述本发明的第二实施例。图3是具有光隔离器的集成磁光调制器的第二实施例的包括光隔离器单元和磁光调制器单元的主要部分的透视图。在图3中，2是偏光器，4是磁-光元件，6是偏光器和分析器，8是磁-光元件，10是分析器，13是带状线，129是终端负载(阻抗调节器)。
第一和第二实施例主要不同在于施加的偏置磁场的方向和用于施加高频磁场的高频场发生器。而且，这里为了缩短整个元件的光路长度(从入射光Pin的射入部分到辐射光Pout的射出部分的长度)，偏光器2、偏光器和分析器6、和分析器10采用薄玻璃偏光器。
图3中，偏置磁场Hdc施加到光隔离器单元和磁光调制器单元上。利用永磁体(图3中没有示出)作为偏置磁场发生器，偏置磁场Hdc沿着与光传播方向成45°的方向(沿着图3中Z-X平面上，从Z轴向X轴45°的方向)来施加。也就是说，在光隔离器单元和磁光调制器单元中产生偏置磁场的偏置磁场发生器是一样的。相对于Z-X平面、Z-Y平面或任一包括Z轴的平面上的光的传播方向，偏置磁场Hdc的方向可以取向于角度在大约45°±30°的范围内。然而，光通过磁光元件4传播的路径长度应该被设计成Faraday旋转角度必须固定在45°。
高频场也可以利用分布常数线(distributed constant line)作为高频磁场发生器13来施加。分布常数线包括带状线(也包括微型带状磁线)和共面线，图3中带状线13用作高频磁场发生器。由带状线13产生的高频磁场具有和带状线13的高频电流的流动方向垂直的分量。因此，当电流流入带状线13并施加高频磁场时，磁光调制器单元中磁光元件8的磁化指向偏置磁场Hdc和高频磁场HRF合成的方向(在这种情况下，发生磁化的旋转)。Faraday旋转角度将取决于磁化方向而改变，并且相应于高频磁场的变动可获得光强度的变动。此外，为了有效地传输来自磁光调制器单元中的驱动电路的高频信号，高频电流在带状线13的终端被用于阻抗匹配的终端负载(阻抗调节器129)所终结。因此，这种情况下，阻抗调节器129连接到带状线13，且由带状线13和终端负载129进行阻抗调节。而且，为了有效调制磁光调制器单元中的光束，优选的是使光束刚好在带状线13下方，细到几十微米，并且尽可能接近于带状线13而通过。
采用第一实施例的具有光隔离器的集成磁光调制器，隔离率可以是大约30bB(这个值相应于反向反馈光透射率为0.1％)，调制频率可以在从直流(DC)到大约10GHZ的范围内。此外，在把数字信号施加到磁光调制器单元上的情况下，调制速度可以在从直流到大约2.5Gbps或10Gbps的范围内。向着光源或半导体激光器方向反射的反馈光的噪音不能被观察到，而且误码率不会增加。
(第三实施例)
接下来，参考图4A-4E，描述本发明的第三实施例。图4A-4E分别描述了在同一基板上包括光隔离器和磁光调制器的、具有光隔离器的集成磁光调制器第一到第五步骤制造方法的示意图。在图4A中，20是非磁性石榴石基板；在图4B中，5是生长磁光元件，20是非磁性石榴石基板；在图4C中，4是形成带状线和小片磁-光元件，8是磁-光元件，20是非磁性石榴石基板，120是槽；在图4D中，2是偏光器，6是偏光器和分析器，10是分析器；在图4E中，2是偏光器，6是偏光器和分析器，10是分析器，13是带状线。
首先，如图4A所示，准备非磁性石榴石基板20。作为非磁性石榴石基板20，最好采用晶格常数和在该基板20上生长的磁光元件(石榴石晶体)的晶格常数类似的晶体。例如，可以采用GGG(Gd3Ga5O12)或Ca-Mg-Zr置换的GGG。
接着，如图4B所示，以外延法在非磁性石榴石基板20上生长磁光元件。作为外延法，例如，可以采用生长率迅速的液相外延生长法。各种石榴石晶体5都可以用作磁光元件，但是，由于每单元长度的Faraday旋转的角度变化较大，所以这里采用Bi置换的稀土铁石榴石或(BiR)3(FeGa)5O12[P是稀土元素]。
接着，石榴石晶体被生长为具有所需厚度的薄膜。然后，如图4C所示，通过采用高精度的旋转刀锯(通常称作切割锯)把石榴石晶体切割成作为元件所必需的尺寸。例如#400-#2000的金刚砂刀片可用作切割刀片，切割速率可以是0.1-5.0(毫米/秒)。在上述切割的同时形成槽。该槽用于插入分析器和偏光器6，并将石榴石晶体5分为磁光元件4的一部分和磁光元件8的一部分。原理上最好是偏光器2、偏光器和分析器6、和分析器10的光传输表面相对于光的传输方向基本上分别取向于角度为90°。但是，为了抑制光反射对这些表面的影响，也可以使它们相对于光的传输方向取向于角度在90°±10°的范围内。换句话说，槽120可以这样形成，使得槽120的方向相对于光的传输方向取向于角度在90°±10°的范围内，磁光元件5可以研磨得使得磁光元件5的边缘表面的方向相对于光的传输方向取向于角度在90°±10°的范围内。当光传输表面相对于光的传输方向取向于角度在90°±10°的范围内的时候，可以说光的传输表面几乎和光的传播方向垂直。
接着，分析器和偏光器6被插入槽120中，偏光器2和分析器10分别被粘着固定在入射光Pin和射出光Pout传输的位置，如图4D所示。
接着，高频磁场发生器(带状线13)形成于设定的磁光元件8的表面，接地电极形成于基板背面的表面上，如图4E所示。
根据上面的制造过程，只要将分析器和偏光器6插入槽120中，就能形成具有光隔离器的集成磁光调制器。因此，边缘的研磨和各种调节，如光轴的调节，可以显著地简化或不需要。虽然图4D中只有分析器和偏光器6被插入槽120中，但是可以形成插入偏光器2和分析器10的槽，并可将它们插入每个槽中。可以按照上面的做法简单地制造带有光隔离器的集成磁光调制器，其光隔离器单元和磁光调制器单元被设置在同一个基板上。
把偏置磁场施加到经上述过程制造的元件上。偏置磁场的方向和第三实施例中描述的一样。另外，从高频信号源(图中没有示出)把高频信号提供到高频磁场发生器13。此外，终端负载设置在高频磁场发生器13的对面端，而且高频信号源、高频磁场发生器13、和终端负载的所有阻抗都设为相同的值，例如50欧姆。图4E中省略了终端负载。在上述结构中，通过利用分布常数型的带状线作为高频磁场发生器，就能够通过扩展到宽带(从直流到10GHZ)对传输光进行调制。这种情况下，上限频率取决于高频信号源或另一个信号处理装置的频率响应。采用上述结构的具有光隔离器的集成磁光调制器，光隔离器单元的隔离率也可以是大约30bB(这个值相应于反向反馈光透射率为0.1％)，而且不会观察到向着光源或半导体激光器的反射的反馈光。
(第四实施例)
接下来，参考图5，描述本发明的第四实施例。图5是表示光源、光隔离器单元、和磁光调制器容纳在同一壳体中的透视图。在图5中，2是偏光器，4是磁光元件，6是偏光器和分析器，8是磁光元件，10是分析器，50是光检测器，52是半导体激光器，54是透镜，56是透镜，60是光纤，70是壳体。图5中，半导体激光器用作光源52，来自光源52的光通过透镜54、和具有光隔离器单元和磁光调制器单元的具有光隔离器的集成磁光调制器而传输。作为具有光隔离器的集成磁光调制器，例如，可以采用图2和3所示的任一组成。调节透镜54以便松聚焦该光，使得光束的直径几乎可在某一光点处被最小化，例如刚好在带状线的下面。设置透镜56以便有效地耦合来自光纤60一端的磁光调制器单元的输出光Pout。
光检测器50检测从半导体激光器52到正确光向的相对侧漏出的光，并监控半导体激光器52的光发射功率。由于所有上面提到的元件都被胶合、焊接和熔接固定在同一壳体70中，所以具有单一壳体70的装置可靠地具有良好的工作。为了使附图更易理解，图5中没有示出用于施加偏置磁场的磁体和阻抗调节器。利用上面提到的具有单一壳体70的装置检测了光的传输，调制频率可以在从DC到10GHZ的范围内。此外，在把数字信号施加到磁光调制器单元上的情况下，调制速度可以在从直流到大约2.5Gbps或10Gbps的范围内。向着光源或半导体激光器方向反射的反馈光的噪音不能被察觉到，而且误码率不会增加。
当除了光源以外、还有光源52和磁光调制器单元的驱动电路、光隔离器单元、和磁光调制器单元都被容纳在同一壳体70中时，也可以得到十分类似于上面提到的性能。这种情况下，由于包括驱动电路的所有元件都被容纳于同一壳体70中，所以还有容易屏蔽非所需辐射等优点。壳体70也可以容纳半导体激光器的驱动电路或者磁光调制器的驱动电路。壳体70也可以容纳用于调节磁光调制器单元的驱动电路的阻抗的阻抗调节器。
(第五实施例)
接下来，参考图6，描述本发明的第五实施例。图6是表示本发明光通信系统的组成的透视图。在图6中，104是光源，106是透镜，108是透镜，110是光纤，112是透镜，114是光检测器，122是光源驱动电路，124是磁光调制器驱动电路，126是信号处理电路，130是具有光隔离器的集成磁光调制器。受控于光源104的驱动电路122，光源104用来发射强度适当的光。来自光源104的发射光通过透镜106变成松聚焦的光束或平行光束，该光束被射入具有光隔离器130的集成磁光调制器。另一方面，调制信号由磁光调制器的驱动电路124提供给具有光隔离器130的集成磁光调制器。光在具有光隔离器130的集成磁光调制器的磁光调制器单元中，按照这个调制信号被调制。把光调制到在通过具有光隔离器130的集成磁光调制器传播期间内所需的强度。已调光从具有光隔离器130的集成磁光调制器输出，输出的光由透镜108聚焦使得光束在光纤110的一端被耦合。
然后，光通过光纤110传播。从光纤110的另一端输出的光经透镜112传输，被光检测器114检测。光检测器114将接收到的光信号转换成电信号，并将电信号捉供给信号处理电路126。信号处理电路126执行信号解码处理等，并取出所需的信息。因为具有光隔离器的集成磁光调制器，例如，可以采用图3和4示出的任一组成。因此，具有光隔离器130的集成磁光调制器具有高速响应的能力。由于它在光源和磁光调制器单元之间设有光隔离器单元，所以不会观察到向着光源方向的反射的反馈光噪音，而且频率高于10GHZ的信号通过光纤110，可传输几十(tens)公里或更远的距离。
此外，例如，来自天线的电信号或其放大信号可以用作高频信号，高频磁场发生器利用该高频信号产生高频磁场。例如，可以实现通信系统，它具有这样的能力：借助天线接收移动通信系统的无线电信号、按照接收到的信号调制和产生光、并且通过光纤将该信号传输到局。在这种情况下，虽然本发明的具有光隔离器的集成磁光调制器可以在户外，但不会有如DC漂移这样的缺点，并且即使在温度变化很大的户外也可稳定地工作。

Claims (22)

1.一种具有光隔离器的集成磁光调制器，包括：
光隔离器单元，用来旋转来自光源的入射光的偏振，以传输具有已旋转的偏振的光，和用于消除向着光源的反射的反馈光；
磁光调制器单元，用于调制来自光隔离器单元的光的强度，并将已调制的光传输出去；
阻抗调节器，用于调节电阻抗，以便有效地将用于光调制的高频信号引入磁光调制器单元；和
单个壳体，用于容纳光隔离器单元和磁光调制器单元；
其中满足以下两个条件之一：
(i)施加到磁光调制器单元中的磁光元件上的偏置磁场的方向相对于光的传播方向在90°±30°的范围内，且施加到磁光调制器单元中的磁光元件上的高频磁场的方向相对于光的传播方向在0°±30°的范围内；
(ii)施加到磁光调制器单元中的磁光元件上的偏置磁场的方向相对于光的传播方向在45°±30°的范围内，且施加到磁光调制器单元中的磁光元件上的高频磁场的方向相对于光的传播方向在90°±30°的范围内。
2.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中磁光调制器单元的调制频率等于或者高于100MHZ。
3.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中磁光调制器单元的调制速度等于或者高于2.5Gbps。
4.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中光隔离器单元的分析器和磁光调制器单元的偏光器包括同一光元件。
5.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中产生高频磁场的高频磁场发生器是分布常数线。
6.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中将偏置磁场施加到磁光调制器单元中的磁光元件上，使得当光通过磁光调制器单元时，由于Faraday效应，光的偏振可以被旋转{(0±90)×n}°，n是整数。
7.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中将偏置磁场应用于磁光调制器单元中的磁光元件上的偏置磁场发生器，和将偏置磁场应用于光隔离器单元中的磁光元件上的偏置磁场发生器包括同一磁场发生器。
8.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中磁光调制器单元中的磁光元件和光隔离器单元中的磁光元件设置在同一基板上。
9.根据权利要求8的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中磁光元件是Bi置换的稀土铁石榴石制成的。
10.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中从光隔离器单元输出光的偏振平面和输入到磁光调制器单元的光的偏振平面是一致的。
11.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中光隔离器单元包括两级隔离器。
12.根据权利要求1的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中该单个壳体容纳光源。
13.根据权利要求12的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中光源是半导体激光器。
14.根据权利要求13的具有光隔离器的集成磁光调制器，其中至少有光源和磁光调制器单元的驱动电路中的一个容纳在该单个壳体中。
15.一种制造具有光隔离器的集成磁光调制器的方法，该集成磁光调制器由至少一个光隔离器单元和一个磁光调制器单元组成，所述方法包括以下步骤：
制造生长在非磁性石榴石基板上的稀土铁石榴石晶体；
形成几乎和光的传播路径的方向垂直的一个槽；
将一个用于旋转光的偏振方向的光元件插入到槽中，所述光元件用作偏光器和分析器；
在晶体生长的基板上形成所述光隔离器单元，所述光隔离器单元位于所述光元件的入射光侧；以及
通过配置高频磁场发生器，在晶体生长的基板上形成所述磁光调制器单元，所述磁光调制器单元位于所述光元件的射出光侧。
16.根据权利要求15的制造具有光隔离器的集成磁光调制器的方法，其中形成槽的时候使用旋转刀锯。
17.根据权利要求15的制造具有光隔离器的集成磁光调制器的方法，其中稀土铁石榴石是Bi置换的稀土铁石榴石。
18.根据权利要求15的制造具有光隔离器的集成磁光调制器的方法，其中利用外延法生长稀土铁石榴石晶体。
19.一种光通信系统包括：
用于将光输入到光隔离器的光源；
用于驱动光源的光源驱动电路；
光隔离器单元，用来旋转来自光源的入射光的偏振和传输具有已旋转的偏振的光，同时用于消除向着光源的反射的反馈光；
磁光调制器单元，用于调制来自光隔离器单元的光的强度，并将已调制的光传输出去；
磁光调制驱动电路，用于在磁光调制器单元上处理用于光调制的高频信号；
阻抗调节器，用于调节电阻抗，以便有效地将用于光调制的高频信号引入磁光调制器单元；
光纤，用于传播从磁光调制器单元输出的光；
光检测器，用于检测通过光纤传播的光；和
信号处理电路，用于执行信号解码过程，以便从光检测器所接收的光的光信号中取出所需信息；
其中满足以下两个条件之一：
(i)施加到磁光调制器单元中的磁光元件上的偏置磁场的方向相对于光的传播方向在90°±30°的范围内，且施加到磁光调制器单元中的磁光元件上的高频磁场的方向相对于光的传播方向在0°±30°的范围内；
(ii)施加到磁光调制器单元中的磁光元件上的偏置磁场的方向相对于光的传播方向在45°±30°的范围内，且施加到磁光调制器单元中的磁光元件上的高频磁场的方向相对于光的传播方向在90°±30°的范围内。
20.根据权利要求19的光通信系统，其中光隔离器单元和磁光调制器单元容纳在单个壳体中。
21.根据权利要求20的光通信系统，其中光源容纳在所述壳体中。
22.根据权利要求19的光通信系统，进一步包括接收无线电信号并将信号提供给磁光调制驱动电路的天线，并且其中磁光调制器单元根据由磁光调制驱动电路处理的信号对光进行调制。
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