CN108732796A - 一种直线反射式电光相位调制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直线反射式电光相位调制器，包括基片、光波导、调制电极、高反射膜和环行器；其中基片为长条形，在其一侧设置直线型沟槽，直线型沟槽内嵌结构相同的光波导；光波导一端设高反射膜，另一端与所述环形器垂直设置；调制电极包括正极调制电极和负极调制电极，且分别平行设置于所述光波导两侧，实现了相位调制。本发明采用电光晶体或有机物作为基片，利用电光晶体的电光效应改变材料的折射率进而实现相位调制；并在光波导的波导端面镀有高反射膜，实现光束的反射；正极调制电极和负极调制电极是调制电信号的施加与作用通道；本发明提供的电光相位调制器可以在不增加器件长度的前提下降低半波电压，减小器件尺寸，利于集成化，实用性好，具有实际的应用价值。

Description

一种直线反射式电光相位调制器

技术领域

本发明涉及一种调制器，具体涉及一种直线反射式电光相位调制器。

背景技术

电光相位调制器在光通信、光传感及微波光子学等领域具有重要的应用，是这些领域中的关键器件之一。电光相位调制器通常基于晶体的线性电光效应(泡克耳斯效应)来实现，线性电光效应即是指电场作用下晶体的折射率变化正比于外加电场的效应。当前应用最广泛的电光相位调制器是利用铌酸锂晶体材料制作的波导型电光相位调制器，其原理是外加调制电压导致铌酸锂光波导折射率变化，进而使通过该波导光波的相位变化，从而实现相位调制。铌酸锂波导电光相位调制器具有结构简单，尺寸小，制作工艺成熟，易于使用(封装了尾纤)等特点。

光纤通信是当今最重要的通信手段，光纤通信具有损耗低，频带宽、传输容量大，良好的抗电磁干扰性能等优点。当前电子商务，云计算，高清视频的快速发展对光纤通信系统的容量提出了更高的要求，相关的研究正广泛开展，其中从调制格式入手提高通信系统的容量是研究的一个方向，而各种特殊调制格式的实现需要相应的高性能的电光相位调制器。利用电光相位调制器可实现16正交幅度调制发射机，也可以用于构成多副载波产生的发射机，从而实现特定的信息编码，提高数据的传输速率。在微波光子学领域，高质量高频率的微波信号的产生与检测是研究的重点，而电光相位调制器不但可用于产生连续可调的微波信号，也可以用于微波信号的检测。与传统的电学方式相比，光生微波技术具有低成本，可调谐、且可实现较高的微波频率的优点。在光学传感领域，电光相位调制器可用于各种干涉型传感器的信息解调。例如，电光相位调制器是光纤陀螺解调系统的关键元器件，其性能直接决定了光纤陀螺的精度。此外，电光相位调制器也是光纤电流传感器的核心解调器件，它同样也决定了光纤电流传感器的精度与可靠性。利用相位调制器还可以实现超短光脉冲及光频梳的产生，而超短光脉冲与光频梳在光信息处理及自然科学领域的超快现象研究方面具有重要的应用。

以上电光相位调制器的应用中一个最重要的要求是需要电光相位调制器具有尽可能低的半波电压。传统的直波导相位调制器通常是通过增加器件的长度来降低半波电压，而波导长度的增大不利于器件的制作、封装与应用，限制了半波电压的降低。且传统的直波导相位调制器体积稍大不利于集成化与批量生产。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种直线反射式电光相位调制器，其设置有基片、光波导、调制电极、高反射膜和环行器；基片为长条形，在其一侧设置直线型沟槽，直线型沟槽内嵌结构相同的光波导；所述光波导一端设高反射膜，另一端与所述环形器垂直设置；调制电极包括正极调制电极和负极调制电极，且分别平行设置于所述光波导两侧，最终实现电光相位的调制。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种直线反射式电光相位调制器，包括基片、光波导、调制电极、高反射膜和环行器；

所述基片为长条形，在其一侧设置直线型沟槽，所述直线型沟槽内嵌结构相同的光波导；所述光波导一端设高反射膜，另一端与所述环形器垂直设置；所述调制电极包括正极调制电极和负极调制电极，且分别平行设置于所述光波导两侧。

所述光波导的耦合端面与光传播方向垂直；

优选的，所述耦合端面的耦合方式为直接耦合或间接耦合。

所述光波导的切向为x切向、y切向、z切向或三者结合的切向。

所述环形器设有端口A、端口B和端口C；

所述A端口为光波进入端口，所述端口B与所述光波导垂直，所述端口C为光波输出端口。

所述高反射膜包括金属膜、氧化膜、有机物。

所述正极调制电极和负极调制电极的形状均为直线型结构或多边形结构；

优选的，所述正极调制电极和负极调制电极均为金属薄膜，所述正极调制电极和负极调制电极成对独立分布，或相同极性连为一体分布；

优选的，所述基片包括电光晶体、有机物；

优选的，所述电光晶体包括铌酸锂晶体、磷酸二氢钾晶体、锗酸铋晶体、磷酸二氢铵晶体、钽酸锂晶体、砷化镓晶体、碲化镉晶体。

所述光波导的制备工艺包括钛扩散工艺和退火质子交换方式；

所述钛扩散工艺制备的光波导支持两个相互正交的偏振模式；

所述退火质子交换方式制备的光波导支持某个轴向的偏振模式。

本发明还提供一种微波发生装置，包括直线反射式电光相位调制器。

本发明同时提供一种微波检测装置，包括直线反射式电光相位调制器。

本发明更提供一种用于干涉型传感器的信号调制装置，包括直线反射式电光相位调制器。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的直线反射式电光相位调制器主要包括基片、光波导、调制电极、高反射膜和环行器；基片为长条形，在其一侧设置直线型沟槽，直线型沟槽内嵌结构相同的光波导；所述光波导一端设高反射膜，另一端与所述环形器垂直设置；调制电极包括正极调制电极和负极调制电极，且分别平行设置于所述光波导两侧，实现了相位调制；

本发明采用与直线型沟槽内嵌结构相同的光波导，该光波导为光束的传输通道；且采用电光晶体或有机物作为基片，并在直光波导的波导端面镀有高反射膜，实现光束的反射；

本发明在光波导两侧分布着与电光晶体相匹配的正极调制电极和负极调制电极，是调制电信号的施加与作用通道；且利用电光晶体的电光效应改变材料的折射率进而实现相位调制；

本发明提供的电光相位调制器可以在不增加器件长度的前提下降低半波电压，减小器件尺寸，利于集成化，实用性好，具有实际的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例中直线反射式电光相位调制器结构图；

图2是本发明实施例中直线反射式电光相位调制器的截面图；

图3是本发明实施例中直线反射式电光相位调制器的应用图；

其中，1-基片，2-光波导，3-高反射膜，4-调制电极，5-环形器，6-光纤，7-激光器，8-第一环形器，9-调制器，10-第二环形器，11-延迟环，12-1/4波片，13-敏感线圈，14-探测器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供的直线反射式电光相位调制器，主要应用于光纤通信领域的信息调制及高速光开关，光传感领域的传感信号解调及微波光子学领域的光生微波及微波信号的光学检测等。

本发明实施例提供的直线反射式电光相位调制器如图1和图2所示，该调制器包括基片1、光波导2、调制电极4、高反射膜3和环行器5；各个部件之间的位置关系如下：

上述的基片1为长条形，在其一侧设置直线型沟槽，直线型沟槽内嵌结构相同的光波导2，光波导2一端设高反射膜3，另一端与环形器5垂直设置；调制电极4包括正极调制电极和负极调制电极，且分别平行设置于光波导2两侧。

上述光波导2的切向为x切向、y切向、z切向或三者结合的切向，且光波导2的耦合端面与光传播方向垂直，或者耦合端面与波导光传播方向有一定角度抑制反射。

上述的光波导2的制备工艺包括钛扩散工艺、退火质子交换方式；下面分别介绍这两种制备工艺：

1)钛扩散工艺制备的光波导2仅支持两个相互正交的偏振模式，即准TE和准TM；；

2)退火质子交换方式制备的光波导2支持某个轴向的偏振模式(TM)。

其中的高反射膜3为金属膜、氧化膜或有机物，氧化膜或有机物为多层介质膜。

上述的正极调制电极和负极调制电极的形状均为直线型结构或多边形结构，多边形结构可以为三角形结构或四边形结构等。

上述正极调制电极和负极调制电极均金属薄膜，且正极调制电极和负极调制电极成对独立分布，或相同极性连为一体分布。

上述的基片1为电光晶体或有机物，其中的电光晶体可以采用铌酸锂晶体、磷酸二氢钾晶体、锗酸铋晶体、磷酸二氢铵晶体、钽酸锂晶体、砷化镓晶体或碲化镉晶体。其中的有机物可以为液晶等。

上述的耦合端面的耦合方式为直接耦合或间接耦合，直接耦合是指通过光纤直接耦合，间接耦合是指采用晶体和光纤结合的方式耦合。

环形器5设有A端口B端口和C端口；其中A端口为光波进入端口，端口B与光波导垂直，端口C为光波输出端口。光波通过光纤进入A端口，再通过B端口进入光波导2，通过高反射膜3反射回来的光先进入B端口，再从C端口通过光纤6输出。

其原理为：来自激光器的光波通过光纤进入环行器A端，光再通过B端口输出耦合进入光波导2；在光波导2的端面镀有高反射膜3，使得通过光波导2的光沿直线反射回B端口；反射回来的光波从B端口进入环行器5，最后从C端口输出，保证了输入和输出的区分。

沿光波导2传播的过程中，施加于与光晶体匹配的正极调制电极和负极调制电极上的调制电压将经由铌酸锂晶体的电光效应线性地改变光波导的折射率，从而使通过该波导的光波的相位发生改变，实现相位调制。在这一过程中光波导2的引入可以有效地增加调制电场与光波的相互作用长度，从而在不增加器件长度的前提下降低器件的半波电压。该电光相位调制器由于结构尺寸小，易于集成，实用性好，具有实际的应用价值。的反射增加了实际电光相互作用长度，从而在不增加器件长度的情况下，实现低半波电压。

本发明实施例还提供微波发生装置、微波检测装置和用于干涉型传感器的信号调制装置，三者均包括上述的直线反射式电光相位调制器。

本发明实施例提供的直线反射式电光相位调制器应用示意图如图3所示，具体过程如下：

1)激光器7发出的光进入第一环行器8的A端口，然后从第一环行器8的B端口进入调制器9；

2)从调制器9的D端口反射，进入第一环行器8的B端口，此时光已经被调制，即已得到调制光信号；

3)从第一环行器8的C端口进入第二环行器10的E端口，并且经第二环行器10的F端口进入延迟环11；

4)调制光信号通过延迟环11进入1/4波片12，经过1/4波片12的线偏光变成圆偏光，并且能够感应磁场信号；

5)圆偏光进入敏感线圈13感应磁场信号，并经过光纤末端的反射镜原路返回，圆偏光感应磁场信号后形成偏振角度的变化；

6)变化后的圆偏光再次经过1/4波片12变为线偏光，经由延迟环11到达第二环行器10的F端口；

7)随后经由第二环行器10的G端口到达探测器14，携带被测电流信息的光信号转化为电信号。

本发明实施例提供的直线反射式电光相位调制器，结合光波导2，端面镀有高反射膜3和电光晶体材料的电光效应，构造了一种新型反射式电光相位调制器，其中的高反射膜3配合光波导实现光束反射，减少光在端面的损耗；该调制器可以有效降低半波电压，减小器件尺寸，利于集成化。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直线反射式电光相位调制器，其特征在于，包括基片、光波导、调制电极、高反射膜和环行器；

所述基片为长条形，在其一侧设置直线型沟槽，所述直线型沟槽内嵌结构相同的光波导；所述光波导一端设高反射膜，另一端与所述环形器垂直设置；所述调制电极包括正极调制电极和负极调制电极，且分别平行设置于所述光波导两侧。

2.根据权利要求1所述的直线反射式电光相位调制器，其特征在于，所述光波导的耦合端面与光传播方向垂直；

优选的，所述耦合端面的耦合方式为直接耦合或间接耦合。

3.根据权利要求1所述的直线反射式电光相位调制器，其特征在于，所述光波导的切向为x切向、y切向、z切向或三者结合的切向。

4.根据权利要求1所述的直线反射式电光相位调制器，其特征在于，所述环形器设有端口A、端口B和端口C；

所述A端口为光波进入端口，所述端口B与所述光波导垂直，所述端口C为光波输出端口。

5.根据权利要求1所述的直线反射式电光相位调制器，其特征在于，所述高反射膜包括金属膜、氧化膜或有机物。

6.根据权利要求1所述的直线反射式电光相位调制器，其特征在于，所述正极调制电极和负极调制电极的形状均为直线型结构或多边形结构；

优选的，所述正极调制电极和负极调制电极均为金属薄膜，所述正极调制电极和负极调制电极成对独立分布，或相同极性连为一体分布；

优选的，所述基片包括电光晶体或有机物；

优选的，所述电光晶体包括铌酸锂晶体、磷酸二氢钾晶体、锗酸铋晶体、磷酸二氢铵晶体、钽酸锂晶体、砷化镓晶体或碲化镉晶体。

7.根据权利要求1所述的直线反射式电光相位调制器，其特征在于，所述光波导的制备工艺包括钛扩散工艺、退火质子交换方式；

所述钛扩散工艺制备的光波导支持两个相互正交的偏振模式；

所述退火质子交换方式制备的光波导支持某个轴向的偏振模式。

8.一种微波发生装置，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的直线反射式电光相位调制器。

9.一种微波检测装置，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的直线反射式电光相位调制器。

10.一种用于干涉型传感器的信号调制装置，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的直线反射式电光相位调制器。