CN100338504C - 多波长串联型并行电光调制装置及调制方法 - Google Patents
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Abstract
一种多波长串联型并行电光调制装置及调制方法，装置的调制端采用两个反射型电光调制器串行连接，两个反射型电光调制器分别连接两个电信号源，两个激光器发出的不同波长的光由分束镜合成一束，然后经由偏振器成为TM光，由两个反射型电光调制器分别进行调制，调制后的输出光由光信号接收端的光栅分光计分开成不同波长的光，分别由两个探测器接收。所述反射型电光调制器包括棱镜和沉积在棱镜上的四层薄膜层：金属上电极，有机聚合物导波层，隔离层和金属下电极，各薄膜层的厚度使反射型电光调制器的衰减全反射曲线宽度与入射激光脉冲的光谱宽度相匹配。本发明可以对不同波长组成的光波进行选择性的调制，相互干扰小，且制作容易，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种多波长串联型并行电光调制装置及调制方法，通过两个反射型电光调制器的串联，利用反射型电光调制器的衰减全反射对不同波长光吸收峰位置不同的性质，对不同波长的光进行并行调制，属于光电子通信波分复用技术领域。
背景技术
在光电子通信领域中，需要把外界信号加载到传输上，实现信号的光传输。随着人们对信息需求量的增加，波分复用技术被越来越多的应用，波分复用技术是指在一根光纤中能够传输由不同波长的光所携带的多波长信息的状态，因而，需要对不同波长的光先分别进行调制，再把带信号的光加载到光纤中。
目前的波分复用技术是把不同波长的光源发出来的光分别进行调制后，通过波分复用器件耦合到一根光纤中。一般使用的调制器是干涉方式的电光调制器，如Mach-Zehnder型调制器或其改进型。这种导波型调制器是利用两个位相相干的光传输不同的光程后相干来对光强进行调制的。当通过其中的是不同波长的光时，会对不同波长的光都进行调制，而且不同波长上携带的信号都是同样的，达不到波分复用的目的，所以一次只能调制一种波长的光。在使用过程中，只能把这种调制器并联在一起分别对不同的光进行调制，然后再把调制后的光加载到光纤中。因而，这种调制器只能并行调制，不能级联进行串行调制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种新的多波长串联型并行电光调制的方法以及利用此方法进行并行电光调制装置，装置结构简单，成本低廉，以串行的方式实现对不同波长组成的光波进行选择性的并行调制。
理论和实验均表明：不同波长的光在衰减全反射谱的共振吸收峰的位置不同，只要选择不同的工作角，就可以实现调制其中的一个波长的光，而另外波长的光却不受调制，同样的道理，后面的一个调制器调制另一个波长的光，却不调制已经调制过的那个波长的光，从而可以实现选择性的调制。为实现这样的目的，本发明的并行调制装置串联两个反射型电光调制器，利用反射型电光调制器的衰减全反射特性和电光属性实现电光调制。
而调制器中有机聚合物导波层经电晕极化后具有电光效应，可通过在电极间施加电压调制信号来调节聚合物导波层的折射率，进而可以调节模式的入射角从而影响反射率来调制光信号。
本发明的装置包括两个反射型电光调制器、信号源、入射光路中的激光器、偏振器和反射光路中的光电探测器和光栅分光计，两个由棱镜及沉积在棱镜上的四层薄膜层组成的反射型电光调制器串联在光路上，调节第一个调制器的入射角，使其中的一个波长的光的工作角处在衰减全反射谱的共振吸收峰的下降或上升沿的中间，从而信号电场可以调制这个波长，而另外一个波长的光的衰减全反射谱则不在共振吸收峰处，电信号不能调制这个波长。第二个调制器的入射角与第一个类似，但是衰减全反射谱的位置相反。当两个调制器上施加不同的电信号时，这两个不同波长的光将分别被调制。
本发明的装置具体结构包括：反射型电光调制器调制端，入射光路及光信号接收端三部分，入射光路由两个波长不同的激光器，一个分束镜，一个偏振器组成。两个激光器发出的不同波长的光由分束镜合成一束，然后经由偏振器成为横向偏振光，进入反射型电光调制器调制端。反射型电光调制器调制端中，两个反射型电光调制器串行连接，反射型电光调制器的上、下电极分别通过导线连接到电信号源的正、负极上，两个反射型电光调制器分别对两个激光器发出的光进行调制，调制后的输出光进入光信号接收端，光信号接收端由一个反射型光栅分光计和两个光电探测器组成，反射型光栅分光计把两个不同波长的光分开，分别入射到两个光电探测器中，用于接受信号。
本发明采用的反射型电光调制器的结构包括棱镜和沉积在棱镜上的四层薄膜层，棱镜上的薄膜层依次为金属上电极，有机聚合物导波层，隔离层和金属下电极。设计调制器各薄膜层的厚度，使反射型电光调制器的衰减全反射曲线宽度与入射激光脉冲的光谱宽度相匹配。各层的厚度取值范围分别为：金属上电极为20至500nm，导波层为1.0至100.0μm，隔离层为2μm，金属下电极为100nm。调整好入射角后，调制器的上下两电极分别与调制信号相连接，施加在导波层上的电场，由于电光效应，可调节有机聚合物导波层的折射率，进而调节衰减全反射的反射率。
基于以上结构的装置，可以利用反射型电光调制器的衰减全反射对不同波长光吸收峰位置不同的性质，串联实现并行电光调制。具体方法为：通过m-线测量的方法，分别确定电光调制器对不同波长的衰减全反射谱，可分别得到一系列的衰减全反射吸收峰以及对应的角度，从中选取不互相叠加两吸收峰，分别选取吸收峰上升(或下降)沿为调制器的入射角，调节第一个调制器的入射角，使一个波长的光进入调制器的工作角处在衰减全反射谱的共振吸收峰的下降或上升沿的中间，使信号电场可以调制这个波长，而另外一个波长的光的衰减全反射谱则不在共振吸收峰处，使信号电场不能调制这个波长；同样调节第二个调制器的入射角，使第二个调制器的衰减全反射谱的位置与第一个调制器相反。调整好入射角后，在两个调制器上分别施加电信号，观察两个探测器给出的信号，微调入射角，使探测器的电信号幅值最大。当两个调制器上施加不同的电信号时，进入调制器的两个不同波长的光将分别被调制。
本发明装置用于波分复用技术的发射端时，可以对不同波长组成的光波进行选择性的调制，相互干扰小，且制作容易，成本低。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图1中，1为反射型电光调制器调制端，2为入射光路，3为光信号接收端，4为第一个反射型电光调制器，5第二个为反射型电光调制器，6为第一个电信号源，7为第二个电信号源，8为第一个激光器，9为第二个激光器，10为分束镜，11为偏振器，12为光栅分光计，13为第一个探测器，14为第二个探测器，θ1为第一个反射型电光调制器的入射角，θ2为第二个反射型电光调制器的入射角。
图2为本发明装置中反射型电光调制器结构示意图。
图2中，15为棱镜，16为金属上电极，17为有机电光聚合物导波层，18为隔离层，19为金属下电极。
图3为第一个反射型电光调制器的入射角θ1选取情况下的衰减全反射曲线。
图4为第二个反射型电光调制器的入射角θ2选取情况下的衰减全反射曲线。
图5为本发明实施例1中四个模式的衰减全反射曲线所对应的整形后光谱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明装置结构如图1所示，由反射型电光调制器调制端1、入射光路2及光信号接收端3三部分组成。入射光路2中包括两个激光器8和9、分束镜10以及偏振器11，反射型电光调制器调制端1包括两个串联的反射型电光调制器4和5，光信号接收端3由一个反射型光栅分光计12和两个光电探测器13和14组成。
第一个激光器8和第二个激光器9发出的不同波长的光由分束镜10合成一束，然后经由偏振器11成为TM光，进入第一个反射型电光调制器4。两个反射型电光调制器4与5串行连接，第一个反射型电光调制器4的上、下电极分别通过导线连接到电信号源6的正、负极上，第二个反射型电光调制器5的上、下电极分别通过导线连接到电信号源7的正、负极上。第一个反射型电光调制器4对第一个激光器8发出的光进行调制，第二个反射型电光调制器5对第二个激光器9发出的光进行调制，调制后的输出光进入光信号接收端3的光栅分光计12，由光栅分光计12分开成不同波长的光，分别由探测器13和探测器14接收。
本发明采用的反射型电光调制器4和5的结构如图2所示，调制器中各层的层次关系由上而下依次为：棱镜15，金属上电极16，有机聚合物导波层17，隔离层18和金属下电极19。制备过程依次为：在棱镜15上利用溅射法镀金属上电极16，利用旋胶法在金属上电极16上镀有机聚合物导波层17，利用电晕放电对有机聚合物导波层17进行极化，使聚合物分子重新取向而具有电光属性，再利用旋胶法在导波层上镀隔离层18，最后在隔离层18上溅射镀金属下电极19。设计调制器各薄膜层的厚度，使反射型电光调制器的衰减全反射曲线宽度与入射激光脉冲的光谱宽度相匹配。各层的厚度取值范围分别为：金属上电极16为20至500nm，导波层17为1.0至100.0μm，隔离层18为2μm，金属下电极为19100nm。调整好入射角后，将调制器的上下两电极分别与调制信号源相连接，施加在导波层上的电场，由于电光效应，可调节有机聚合物导波层17的折射率，进而调节衰减全反射的反射率。
利用本发明的电光调制装置，可以对不同波长组成的光波进行选择性的调制。具体方法为：通过m-线测量的方法，分别确定两个反射型电光调制器对不同波长的衰减全反射谱，分别得到一系列的衰减全反射吸收峰以及对应的角度，从中选取不互相叠加两吸收峰的上升或下降沿为调制器的入射角，调节第一个调制器4的入射角θ1，使一个波长的光进入调制器的工作角处在衰减全反射谱的共振吸收峰的下降或上升沿的中间，使信号电场可以调制这个波长，而另外一个波长的光的衰减全反射谱则不在共振吸收峰处，使信号电场不能调制这个波长；同样调节第二个调制器5的入射角θ2，使第二个调制器5的衰减全反射谱的位置与第一个调制器4相反；调整好入射角后，通过电信号源6和电信号源7在两个调制器上分别施加电信号，观察两个探测器13、14给出的信号，微调入射角θ1、θ2，使探测器的电信号幅值最大。如图3、图4所示，当两个调制器4、5上施加不同的电信号时，进入调制器的两个不同波长的光将分别被调制。
实施例采用图1、图2所示结构的串联并行调制装置。
实施例1：
装置中设备参数为：激光器8的波长为832nm，激光器9的波长为980nm，棱镜15的折射率为1.78，金属上电极16为银膜，厚度为60纳米，介电常数为ε＝-20+i，有机聚合物导波层17采用交链型有机聚合物，厚度为2微米，折射率为1.65，极化后的电光系数γ33为16.5pm/V，隔离层18为游击聚合物玻璃，厚度为2微米，折射率为1.48，衬底层19为金膜，厚度为100纳米。
调节偏振器11使偏振方向为水平，对应TM模式，打开激光器8，调节调制器4，使光强靠近最小值(但不是最小值)，打开激光器9，关闭激光器8，调节调制器5的角度，使光强靠近最小值，用信号源6在调制器4上施加正弦信号，信号源7在调制器5上施加三角信号，然后用光栅分光计12分开这两束光，分别由探测器13和探测器14接收，这四路信号都接到示波器上，结果如图5所示。
图5中，第一通道为信号源6施加正弦的信号，第二通道为调制后的激光器8的光强信号，第三通道为信号源7施加三角的信号，第四通道为调制后的激光器9的光强信号。
Claims (3)
1、一种多波长串联型并行电光调制装置，包括入射光路(2)、反射型电光调制器调制端(1)及光信号接收端(3)，其特征在于反射型电光调制器调制端(1)采用两个反射型电光调制器(4、5)串行连接，两个反射型电光调制器(4、5)的上、下电极分别连接到两个电信号源(6、7)的正、负极上，两个激光器(8、9)发出的不同波长的光由分束镜(10)合成一束，然后经由偏振器(11)进入反射型电光调制器调制端(1)，由两个反射型电光调制器(4、5)分别对两个激光器(8、9)发出的光进行调制，调制后的输出光进入光信号接收端(3)，由光栅分光计(12)分开成不同波长的光，分别由两个探测器(13、14)接收；反射型电光调制器(4、5)包括棱镜(15)和沉积在棱镜(15)上的四层薄膜层，反射型电光调制器(4、5)中各层的层次关系由上而下依次为棱镜(15)、金属上电极(16)、有机聚合物导波层(17)、隔离层(18)和金属下电极(19)，各薄膜层的厚度使反射型电光调制器的衰减全反射曲线宽度与入射激光脉冲的光谱宽度相匹配。
2、根据权利要求1的多波长串联型并行电光调制装置，其特征在于所述反射型电光调制器(4、5)中的薄膜层各层的厚度取值范围分别为：金属上电极(16)为20至500nm，有机聚合物导波层(17)为1.0至100.0μm，隔离层(18)为2μm，金属下电极(19)为100nm。
3、一种利用权利要求1的装置进行电光调制的方法，其特征在于通过m-线测量的方法，确定两个反射型电光调制器(4、5)对不同波长的衰减全反射谱，分别得到一系列的衰减全反射吸收峰以及对应的角度，从中选取不互相叠加两吸收峰的上升或下降沿为调制器的入射角，调节第一个调制器(4)的入射角(θ1)，使一个波长的光进入调制器的工作角处在衰减全反射谱的共振吸收峰的下降或上升沿的中间，使信号电场可以调制这个波长，而另外一个波长的光的衰减全反射谱则不在共振吸收峰处，使信号电场不能调制这个波长；同样调节第二个调制器(5)的入射角(θ2)，使第二个调制器(5)的衰减全反射谱的位置与第一个调制器(4)相反；调整好入射角(θ1、θ2)后，通过电信号源(6、7)在两个调制器(4、5)上分别施加电信号，观察探测器(13、14)给出的信号，微调入射角(θ1、θ2)，使探测器(13、14)的电信号幅值最大，当两个调制器(4、5)上施加不同的电信号时，进入调制器的两个不同波长的光将分别被调制。
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