CN102012570A - 基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法 - Google Patents
基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102012570A CN102012570A CN 201010278696 CN201010278696A CN102012570A CN 102012570 A CN102012570 A CN 102012570A CN 201010278696 CN201010278696 CN 201010278696 CN 201010278696 A CN201010278696 A CN 201010278696A CN 102012570 A CN102012570 A CN 102012570A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- arms
- microwave
- optical polarization
- bias
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法，属于光通信技术领域，涉及集成光学和光波导技术。利用具有较低介电常数和较低损耗因子的有机聚合物设计脊型光波导结构，并且满足单模传输条件。本发明运用路径非对称这种光学偏置方法实现马赫曾德尔调制器的偏置，避免了直流偏置电极的设计，采用简单的单臂微带电极实现了速率和阻抗的同时匹配。
Description
技术领域
基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法，属于光通信技术领域，涉及集成光学和光波导技术。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，尤其在微波光通信领域，信号频率的增加，调制器必须具有高速、宽带宽、低损耗等特性。微波光调制的本质是微波电场引起光波导材料的电致折射率改变，光场经过波导时将产生相位、振幅或频率的变化，实现微波信号的光调制。微波与光波相互作用的理想条件是光波导对微波和光波所呈现的折射率相等，即达到速率匹配。目前应用较广泛的是基于LiNbO3晶体材料制作的调制器，LiNbO3等有机材料的介电常数比较大，无机波导中微波与光波频段间存在固有的速率失配，限制了带宽。
有机聚合物具有比无机晶体材料更高的非光学活性、更大的激光损伤阈值和更快响应时间等特点，而且有机分子结构的丰富多变性可使人们通过对其构效关系的理解而实现分子“剪裁”(对一个特定的光学过程可很好地协调其化学结构与性质的关系)和材料的“形态工程”，从而满足器件集成化的要求，这些特点更是无机晶体材料难以比拟的。而且，有机聚合物材料能够同时和光纤、玻璃的折射率匹配。这些优点决定了有机聚合物材料在两个方面的应用：第一是光子器件，有些有机聚合物的热光系数、三阶非线性系数较大，因此在全光调制中具有很广泛的应用；第二是光学封装(Optical packaging)以及内部连接(interconnects)，这已经成为近年来有机聚合物材料的一个重要发展。在这类材料中有机蒽醌类染料及其衍生物结构稳定非线性系数较高具有广阔的应用前景。
有机聚合物电光材料具有较低介电常数和较低损耗因子，并且从微波到红外波段几乎无色散，利用有机聚合物制作的脊型光波导结构，可以容易的实现速率匹配，提高调制器的带宽。外调制器采用最为广泛的结构是马赫曾德尔干涉型，该种调制器要保证输出信号大的动态范围和大的转换效率，必须使其工作在最佳的线性区域内，通常采取加直流偏置的方法，使两臂产生π/2的初始相位差。但直流偏置容易受外界环境的影响，产生偏置点漂移，而且引入偏置电极会增加器件结构的复杂性。尤其是在将电光调制器应用于集成光波导电场传感器时，施加直流偏置还会影响器件对被测电磁场的测量。在这种情形下，可以采用光学偏置，改变两臂的光学路径，使两臂的固有相位差达到π/2。
发明内容
本发明要解决的主要问题是在采用微带线单电极调制的条件下，如何设计脊型波导和调制电极结构，在满足单模传输的条件下，使波导结构对微波和光波波段呈现的折射率相等，并使电极达到接近50Ω的阻抗，并以此为基础设计马赫曾德尔调制器，使其两臂达到π/2的初始相位差，实现光学偏置。
本方法结合了有效折射率法和光束传播法，先运用有效折射率法对脊波导的三维结构进行设计，结构图见图一。采用有机聚合物CLD-1/APC作为电光材料，λ＝1.55μm时折射率为1.612，微波频段介电常数为3.0；上包层材料为UFC-170，λ＝1.55μm时折射率为1.488，介电常数为2.5；下包层材料为UV-15，λ＝1.55μm时折射率为1.504，介电常数为2.5；衬底材料为SiO2。
脊波导和微带电极的设计过程如下：
1.结合有效折射率法和单模传输条件，在不同脊高、脊宽和芯层材料厚度条件下，计算基模有效折射率，考察其变化范围；
2.微波有效折射率与电极宽度W和电极间距h有关，本方法采用单电极微带线调制，电极间距为上包层、下包层及芯层厚度和脊高之和。在不同W/h，计算微波等效折射率，考察其变化范围；将微带电极条内嵌于上包层目的是为了保证阻抗匹配即50Ω。
3.结合步骤1和2的结果，得到一组光波有效折射率与微波等效折射率相同的结构参数。
本发明的有益效果：
1.保证脊型波导满足单模传输条件。
2.实现光速与微波的速率匹配，同时微带电极满足阻抗匹配。
3.马赫曾德尔调制器的两臂初始相位差达到π/2，实现光学偏置。
本文的应用价值：高速宽带光通信及军事领域有着广泛的应用。
附图说明
图1：基于光学偏置的超宽带高速调制器的剖面结构图，1为微带上层金电极，2为接地金电极，3为脊波导，4为上包层，5为下包层，6为衬底。
图2：基于光学偏置的超宽带高速调制器的平面结构图，7为调制器的臂1，8为调制器臂2，9为两调制器的夹角，10为微波信号入射段，11为微波信号出射段，12为光信号入射段，13为光信号出射段。
具体实施方式
本方法运用光束传播法，设计马赫曾德尔路径非对称调制器，实现光学偏置，俯视图见图二。马赫曾德尔调制器两臂的初始相位差由式决定，其中ΔL为两臂的光程差。对等臂马赫曾德尔调制器，
当两臂光程差为ΔL＝λ/(4n2)时，
马赫曾德尔调制器的分束角为2θ，过渡区长度为L。根据几何关系，可得Δx，Δy与ΔL之间满足关系式：2Δx＝ΔI/(1/cosθ-1)，2Δy＝ΔLtanθ/(1/cosθ-1)，当Δx与Δy存在相同误差时，Δy对ΔL引起的误差远大于Δx，当θ＝0.3°时，Δx误差约是Δy误差的1/200倍。因此为精确计算，对Δy值的计算精度应大于Δx值的计算精度且设计时精确计算Δy值，以其来换算Δx的值。对λ＝1.55μm，ΔL＝0.24μm，Δx＝8837.63μm，Δy＝46.27μm。
Claims (5)
1.基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法，包括脊型波导结构，微带电极结构，马赫曾德尔调制器两臂的光程差，两臂的夹角设计，其特征在于阻抗匹配，光与微波的速率匹配和马赫曾德尔调制器两臂的初始相位差为π/2。
2.根据权利要求1所述的基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法，其特征在于脊型波导结构满足单模传输条件。
3.根据权利要求1所述的基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法，其特征在于微带电极的结构满足特征阻抗为50Ω。
4.根据权利要求1、2、3所述的基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法，其特征在于在满足单模传输的条件下，光波的有效折射率等于微波的有效折射率，即实现光与微波的速率匹配。
5.根据权利要求1所述的基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法，其特征在于马赫曾德尔调制器两臂的光程差为0.24μm以及夹角为0.6时满足两臂的初始相位差为π/2的条件，实现光学偏置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010278696 CN102012570A (zh) | 2010-09-10 | 2010-09-10 | 基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010278696 CN102012570A (zh) | 2010-09-10 | 2010-09-10 | 基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102012570A true CN102012570A (zh) | 2011-04-13 |
Family
ID=43842793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010278696 Pending CN102012570A (zh) | 2010-09-10 | 2010-09-10 | 基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102012570A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103401615A (zh) * | 2013-07-10 | 2013-11-20 | 武汉市兴跃腾科技有限公司 | 全光超宽带脉冲信号产生装置和方法 |
| CN104102027A (zh) * | 2013-04-10 | 2014-10-15 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 电光调制器 |
| CN104603679A (zh) * | 2012-08-31 | 2015-05-06 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 光调制器 |
| CN105974612A (zh) * | 2015-03-10 | 2016-09-28 | 国际商业机器公司 | 受控电容全耗尽交错式pin调制器 |
-
2010
- 2010-09-10 CN CN 201010278696 patent/CN102012570A/zh active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《2010 IEEE》 20100708 Yue Wen,etc Analysis and Design of a New Type Polymer Modulator Based on Asymmetric Mach-Zehnder Structure , * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104603679A (zh) * | 2012-08-31 | 2015-05-06 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 光调制器 |
| CN104102027A (zh) * | 2013-04-10 | 2014-10-15 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 电光调制器 |
| CN103401615A (zh) * | 2013-07-10 | 2013-11-20 | 武汉市兴跃腾科技有限公司 | 全光超宽带脉冲信号产生装置和方法 |
| CN103401615B (zh) * | 2013-07-10 | 2015-12-02 | 武汉市兴跃腾科技有限公司 | 全光超宽带脉冲信号产生装置和方法 |
| CN105974612A (zh) * | 2015-03-10 | 2016-09-28 | 国际商业机器公司 | 受控电容全耗尽交错式pin调制器 |
| CN105974612B (zh) * | 2015-03-10 | 2019-05-10 | 国际商业机器公司 | 受控电容全耗尽交错式pin调制器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alloatti et al. | 100 GHz silicon–organic hybrid modulator | |
| Wang et al. | High-speed silicon photonic Mach–Zehnder modulator at 2 μm | |
| Enami et al. | Electro-optic polymer/TiO2 multilayer slot waveguide modulators | |
| Xue et al. | Breaking the bandwidth limit of a high-quality-factor ring modulator based on thin-film lithium niobate | |
| CN106371261A (zh) | 光调制器及光调制系统 | |
| Han et al. | Integrated electro-optic modulators in x-cut lithium niobate thin film | |
| CN102012570A (zh) | 基于光学偏置的超宽带高速调制器设计方法 | |
| CN117590628A (zh) | 基于薄膜铌酸锂波导的光学器件、制备方法及工作方法 | |
| Su et al. | Scalability of large-scale photonic integrated circuits | |
| CN102645214B (zh) | 一种具有温度稳定性的光波导谐振腔 | |
| CN116760479A (zh) | 一种薄膜铌酸锂相位解码光子芯片及量子密钥分发系统 | |
| CN206178309U (zh) | 光调制器及光调制系统 | |
| CN109361136A (zh) | 一种高速更新微波任意波形的发生系统 | |
| Rao et al. | Heterogeneous microring and Mach-Zehnder lithium niobate electro-optical modulators on silicon | |
| CN1847929A (zh) | 一种光陀螺用LiNbO3电光相位调制器 | |
| CN102879923A (zh) | 一种基于有机聚合物的y分支定向耦合电光调制器 | |
| Zheng et al. | Optimal design of a high-speed polymer Mach-Zehnder interferometer electro-optic switch over 260 GHz | |
| Liu et al. | High performance electro-optic modulator based on thin-film lithium niobate | |
| Zheng et al. | Manufacture tolerance analysis and control for a polymer-on-silicon Mach-Zehnder-interferometer-based electro-optic switch | |
| Galan et al. | High efficiency fiber coupling to silicon sandwiched slot waveguides | |
| Hu et al. | A novel MZ modulator based on photonic crystal and nanowire waveguide | |
| Ke et al. | A Comprehensive Approach to LNOI Electro-Optic Modulator Design and Performances Optimizing | |
| Salehi et al. | New double V‐groove plasmonic waveguide for electro‐optic modulator | |
| CN102096208A (zh) | 新型聚合物调制器共面波导电极设计方法 | |
| CN113253537B (zh) | 一种基于soi材料制备的马赫-曾德尔干涉仪型可调分数阶光场微分器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110413 |