CN104133305A - 电光调制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电光调制器，其包括一基底、一形成于该基底上的Y型光波导、一对设置于该基底上的第一电极及一对设置于该基底上的第二电极。该Y型光波导包括一第一分支及一第二分支，该第一分支包括一第一子Y型光波导，该第一子Y型光波导包括一第一子分支及一第二子分支，该第二分支包括一第二子Y型光波导，该第二子Y型光波导包括一第三子分支及一第四子分支。该对第一电极及该对第二电极分别用于调制该第一子Y型光波导及该第二子Y型光波导以使该第一子Y型光波导及该第二子Y型光波导输出的光束的功率相同，从而提高消光比。

Description

电光调制器

技术领域

本发明涉及高速光通讯系统，特别涉及一种电光调制器。

背景技术

马赫-曾德尔(Mach-Zehner)电光调制器利用电光效应通过调制电场改变Y型光波导两个分支之一的等效折射率，从而改变在其中传输的光束的相位，使之与Y型光波导另外一分支中传输的光束存在相位差。如此，Y型光波导两个分支中传输的光束重新汇聚后将发生干涉，输出功率取决于相位差，也即是由调制电场决定，从而实现调制。然而，Y型光波导两个分支中传输的光束的功率往往存在微小差异，导致当电光调制器作为开关使用时，关闭状态依然有微小功率输出而开启状态时输出的功率并非最大，消光比(extinction ratio)下降。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可提高消光比的电光调制器。

一种电光调制器，其包括：

一基底；

一形成于该基底上的Y型光波导，该Y型光波导包括一第一分支及一第二分支，该第一分支包括一第一子Y型光波导，该第一子Y型光波导包括一第一子分支及一第二子分支，该第二分支包括一第二子Y型光波导，该第二子Y型光波导包括一第三子分支及一第四子分支，该第二子分支及该第四子分支分别位于该第一子分支及该第三子分支两侧；该基底在该第一子分支与该第二子分支开设一第一凹槽、在该第三子分支与该第四子分支之间开设有一第二凹槽及在该第一分支与该第二分支之间及两侧分别开设有一第一凹槽；

一填充于该第一凹槽的第一调制电极；

一填充于该第二凹槽的第二调制电极；及

三个分别填充于该三个第三凹槽的地电极；

该第一调制电极与两侧两个该地电极配合用于调制该第一子Y型光波导而该第二调制电极与两侧两个该地电极配合用于调制该第二子Y型光波导以使该第一子Y型光波导及该第二子Y型光波导输出的功率相同。

如此，当该电光调制器作为开关使用时，该第一子Y型光波导及该第二子Y型光波导输出的功率分别决定该第一分支及该第二分支参与干涉的功率，而由于该第一子Y型光波导及该第二子Y型光波导输出的光束的功率相同，从而使得关闭状态输出功率最小而开启状态时输出功率最大，消光比提高。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式的电光调制器的立体示意图。

图2为图1的电光调制器沿线II-II的剖面示意图。

主要元件符号说明

电光调制器	10
		基底	110
第一凹槽	111
		第二凹槽	112
第三凹槽	113
		顶面	114
Y型光波导	120
		第一分支	121
第二分支	122
		第一子Y型光波导	123
第一子分支	124
		第二子分支	125
第二子Y型光波导	126
		第三子分支	127
第四子分支	128
		输入段	129
输出段	12a
		第一子输入段	12b
第一子输出段	12c
		第二子输入段	12d
第二子输出段	12e
		第一调制电极	130
第二调制电极	140
		地电极	150

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式的电光调制器10，其包括一基底110、一Y型光波导120、一第一调制电极130、一第二调制电极140及三个地电极150。该Y型光波导120形成于该基底110上，且包括一第一分支121及一第二分支122。该第一分支121包括一第一子Y型光波导123，该第一子Y型光波导123包括一第一子分支124及一第二子分支125，该第二分支122包括一第二子Y型光波导126，该第二子Y型光波导126包括一第三子分支127及一第四子分支128。该第二子分支125及该第四子分支128分别位于该第一子分支124及该第三子分支127两侧。该基底110在该第一子分支124与该第二子分支125开设一第一凹槽111、在该第三子分支127与该第四子分支128之间开设有一第二凹槽112及在该第一分支121与该第二分支122之间及两侧分别开设有一第三凹槽113。该第一调制电极130填充于该第一凹槽111。该第二调制电极140填充于该第二凹槽112。该三个地电极150分别填充于该三个第三凹槽113。该第一调制电极130与两侧两个该地电极150配合用于调制该第一子Y型光波导123而该第二调制电极140与两侧两个该地电极150配合用于调制该第二子Y型光波导126以使该第一子Y型光波导123及该第二子Y型光波导126输出的功率相同。

如此，当该电光调制器10作为开关使用时，该第一子Y型光波导123及该第二子Y型光波导126输出的功率分别决定该第一分支121及该第二分支122参与干涉的功率，而由于该第一子Y型光波导123及该第二子Y型光波导126输出的光束的功率相同，从而使得关闭状态输出功率最小而开启状态时输出功率最大，消光比提高。

具体的，该基底110包括一顶面114。由于铌酸锂(LiNbO₃)晶体(LN)具有较高的反应速度，因此，该基底110的材料采用铌酸锂晶体，以提高该电光调制器10的带宽。

该Y型光波导120是自该顶面114向该基底110内部高温扩散金属钛(单质)而形成的。具体的，该Y型光波导120包括一输入段129及一输出段12a。该第一分支121及该第二分支122自该输入段129分叉出并汇聚入该输出段12a。该第一分支121还包括一与该输入段129连接的第一子输入段12b及一与该输出段12a连接第一子输出段12c。该第一子分支124及该第二子分支125自该第一子输入段12b分叉出并汇聚入该第一子输出段12c。该第二分支122还包括一与该输入段129连接的第二子输入段12d及一与该输出段12a连接第二子输出段12e。该第三子分支127及该第四子分支128自该第二子输入段12d分叉出并汇聚入该第二子输出段12e。

根据干涉理论，该输出段12a传输的光束可以表示为：

，

其中，、及分别为该输出段12a、该第一子输出段12c及该第二子输出段12e传输的光束的振幅，、及分别为该第一子输出段12c及该第二子输出段12e传输的光束的相位，为自然指数，为虚数单位，为角速度及为时间变量。

该输出段12a传输的光束的功率表示为：

，

其中，即为该输出段12a传输的光束功率。

同理可得该第一子输出段12c传输的光束及其功率：

，

，

，及

，

其中，、、及分别为该第一子分支124、该第二子分支125、该第三子分支127及该第四子分支128传输的光束的振幅，、、及分别为该第一子分支124、该第二子分支125、该第三子分支127及该第四子分支128传输的光束的相位，及为该第一子输出端12c传输的光束的功率。

以该基底110的高度方向为轴(即垂直于该顶面114的方向)，宽度方向为轴(即平行于该顶面114而垂直于该第二子分支125或该第四子分支128的方向)，该第二子分支125及该第四子分支128的长度方向为轴，根据平板光波导的波动方程分析，可知，横电波仅有沿轴方向的电场分量，而横磁波仅有沿轴方向的电场分量及沿轴方向的电场分量。

由于该第一调制电极130与两侧两个该地电极150加载一调制电压后产生的极间电场穿过该第一子分支124及第二子分支125的部分完全平行于轴，因此可以有效改变该第二子分支125的等效折射率从而调制横电波，进而改变及。同理的，由于该第二调制电极140与两侧两个该地电极150加载一调制电压后产生的极间电场穿过该第三子分支127与该第四子分支128的部分完全平行于轴，因此可以有效改变该第二子分支125的等效折射率从而调制横电波，进而改变及。

根据上面的公式改变、、及，便可使得，而且还可以使得(达到最大，该电光调制器10处于开启状态)或(达到最小，该电光调制器10处于关闭状态)。

本实施方式中，该输入段129、该输出段12a、该第一子分支124、该第二子分支125、该第三子分支127及该第四子分支128平行设置。

该第一凹槽111、该第二凹槽112及该三个第三凹槽113自该顶面114向该基底110内开设，且基本呈矩形。

该第一凹槽111、该第二凹槽112及该三个第三凹槽113的深度大于或至少等于该Y型光波导120的深度，而该第一调制电极130填满该第一凹槽111。该第二调制电极140填满该第二凹槽112。该三个地电极150分别填满该三个第三凹槽113。如此，该极间电场及在轴方向完全覆盖该第一子分支124、该第二子分支125、该第三子分支127及该第四子分支128，可以提高调制效率。

位于该第二子分支125两侧的该第一凹槽111该第三凹槽113与该第二子分支125平行、对齐且等长，对应的，位于该第二子分支125两侧的该第一调制电极130与该地电极150与该第二子分支125平行、对齐且等长，因此产生的该极间电场在轴方向完全覆盖该第二子分支125，可以提高调制效率。

位于该第四子分支128两侧的该第二凹槽111该第三凹槽113与该第四子分支128平行、对齐且等长，对应的，位于该第四子分支128两侧的该第二调制电极140与该地电极150与该第四子分支125平行、对齐且等长，因此产生的该极间电场在轴方向完全覆盖该第四子分支128，可以提高调制效率。

该第一凹槽111及该第二凹槽112沿轴方向在位于该第一分支121与该第二分支122之间的该第三凹槽113上的投影完全落在位于该第一分支121与该第二分支122之间的该第三凹槽113上，对应的，该第一调制电极130与该第二调制电极112沿轴方向在位于该第一分支121与该第二分支122之间的该地电极150上的投影完全落在位于该第一分支121与该第二分支122之间的该地电极130上。如此，在轴方向上，该极间电场对该第一子分支124的调制与对该第二子分支124的调制相同，而该极间电场对该第三子分支127的调制与对该第四子分支128的调制相同，可以提高调制效率。

总之，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种电光调制器，其包括：

一基底；

一形成于该基底上的Y型光波导，该Y型光波导包括一第一分支及一第二分支，该第一分支包括一第一子Y型光波导，该第一子Y型光波导包括一第一子分支及一第二子分支，该第二分支包括一第二子Y型光波导，该第二子Y型光波导包括一第三子分支及一第四子分支，该第二子分支及该第四子分支分别位于该第一子分支及该第三子分支两侧；该基底在该第一子分支与该第二子分支开设一第一凹槽、在该第三子分支与该第四子分支之间开设有一第二凹槽及在该第一分支与该第二分支之间及两侧分别开设有一第一凹槽；

一填充于该第一凹槽的第一调制电极；

一填充于该第二凹槽的第二调制电极；及

三个分别填充于该三个第三凹槽的地电极；

该第一调制电极与两侧两个该地电极配合用于调制该第一子Y型光波导而该第二调制电极与两侧两个该地电极配合用于调制该第二子Y型光波导以使该第一子Y型光波导及该第二子Y型光波导输出的功率相同。

2.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，该基底的材料采用铌酸锂晶体。

3.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，该Y型光波导包括一输入段及一输出段，该第一分支及该第二分支自该输入段分叉出并汇聚入该输出段，该第一分支还包括一与该输入段连接的第一子输入段及一与该输出段连接第一子输出段，该第一子分支及该第二子分支自该第一子输入段分叉出并汇聚入该第一子输出段，该第二分支还包括一与该输入段连接的第二子输入段及一与该输出段连接第二子输出段，该第三子分支及该第四子分支自该第二子输入段分叉出并汇聚入该第二子输出段。

4.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，该基底包括一个顶面，该Y型光波导是自该顶面向该基底内部高温扩散金属钛而形成的，该第一凹槽、该第二凹槽及该三个第三凹槽自该顶面向该基底内开设，该第一凹槽、该第二凹槽及该三个第三凹槽的深度大于或至少等于该Y型光波导的深度，而该第一调制电极填满该第一凹槽，该第二调制电极填满该第二凹槽，该三个地电极填满该三个第三凹槽。

5.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，该输入段、该输出段、该第一子分支、该第二子分支、该第三子分支及该第四子分支平行设置，该第二子分支比该第一子分支短，位于该第二子分支两侧的该第一凹槽该第三凹槽与该第二子分支平行、对齐且等长以使位于该第二子分支两侧的该第一调制电极与该地电极与该第二子分支平行、对齐且等长。

6.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，该输入段、该输出段、该第一子分支、该第二子分支、该第三子分支及该第四子分支平行设置，该第四子分支比该第三子分支短，位于该第四子分支两侧的该第二凹槽该第三凹槽与该第四子分支平行、对齐且等长以使位于该第四子分支两侧的该第二调制电极与该地电极与该第四子分支平行、对齐且等长。

7.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，该输入段、该输出段、该第一子分支、该第二子分支、该第三子分支及该第四子分支平行设置，该第二子分支比该第一子分支短，该第四子分支比该第三子分支短，该第一凹槽及该第二凹槽沿垂直于该第二子分支的方向在位于该第一分支与该第二分支之间的该第三凹槽上的投影完全落在位于该第一分支与该第二分支之间该第三凹槽上以使该第一调制电极与该第二调制电极沿垂直于该第二子分支的方向在位于该第一分支与该第二分支之间的该地电极上的投影完全落在位于该第一分支与该第二分支之间的该地电极上。