CN1206119A - 具有倾斜的反射板的光调制元件 - Google Patents

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Abstract

一种容易控制光偏点、敏感度和敏感度线性程度均比较高的光调制元件,它包括有具有彼此相对的第一和第二端面和电光效果的基板,分别具有形成在前述基板上的第一和第二支路的、在前述第一和第二端面处分别露出入射出射侧和反射侧的分路干涉型光波导通路,形成在前述分路干涉型光波导通路附近的调制电极,以及安装在前述第二端面处的反射板,该反射板相对于前述第二端面倾斜。在第二端面的一侧还通过空间间隔体连接前述反射板,以在前述第二端面和反射板之间形成倾斜角度θ。

Description

具有倾斜的反射板的光调制元件
本发明涉及具有电光效果的、由形成在基板上的光波导通路构成的光调制元件。
这种光调制元件象美国专利US5278499号和日本特开平5-273260号公报所公开的那样，可以使用在调制器、光电传感器等装置中，并且采用诸如铌酸锂晶体等具有电光效果的材料作为基板。这种光调制元件是通过下述方式制作的，即采用钛热扩散方法，在铌酸锂晶体基板上形成在基板的一个端面和另一个端面处露出其入射侧和反射侧的分路干涉型光波导通路，在基板上的分路干涉型光波导通路附近形成有调制电极，而且在反射侧端面处还用紫外线固化型粘接剂粘接着反射板。
这种光调制元件使由入射侧入射的光束(激光光束)进入分路干涉型光波导通路，在其分路部分成支路，随后在反射侧由反射板反射，再沿逆向方向进入分路干涉型光波导通路，在其分路部形成为合束光束，最后由入射侧出射。即光调制元件的入射侧也作为出射侧。因此在下面将“入射侧”称为“入射出射侧”。在这儿，穿过分路干涉型光波导通路而输出的激光光束强度，与所施加在调制电极处的电压相对应，按三角函数关系变化。因此可以周期性的获得最大值和最小值。施加在调制电极处的电压为0时的输出强度，即光偏点，对于光调制元件是几何对称的，即为上述的最大值处的点。然而在另一方面，作为光调制元件的一个必要条件，光偏点应该在线性程度比较高的上述最大值和最小值的中点附近的位置处。
当光偏点位于最大值和最小值的中点附近时，可以相对于施加的电压而线性调制光的强度。然而当光偏点位于最大值或最小值附近时，强度调制的线性度不好，从而使敏感度恶化。
如果要在制造光调制元件时控制这一光偏点，将需要非常高精度的制作条件，这是使光调制元件的有效生产率下降的最主要的原因。
本发明的目的就是要提供一种容易控制光偏点、使敏感度和敏感度线性程度均比较高的光调制元件。
本发明提供的一种光调制元件，包括有具有彼此相对的第一和第二端面、且具有电光效果的基板，具有形成在前述基板上的第一和第二支路的、在前述第一和第二端面处分别露出入射出射侧和反射侧的分路干涉型光波导通路，形成在前述分路干涉型光波导通路附近处的调制电极，以及安装在前述第二端面处的反射板，其特征在于前述反射板相对于前述第二端面倾斜。
图1为表示原有的光调制元件的示意性说明图。
图2为表示作为本发明的第一实施例的光调制元件的示意性说明图。
图3为表示比较如图2所示的光调制元件的施加电压-输出光强度特性和如图1所示的原有的光调制元件的施加电压-输出光强度特性用的示意性曲线图。
图4为表示作为本发明的第二实施例的光调制元件的示意性说明图。
为了便于理解本发明，在描述本发明的实施例之前，先参考附图1对在先技术中的光调制元件进行说明。
正如图1所示，光调制元件5由具有第一和第二支路11、13的分路干涉型光波导通路9构成，而这一分路干涉型光波导通路9是通过Ti热扩散方法形成在铌酸锂晶体基板7上的。在形成在基板7上的分路干涉型光波导通路9的附近还形成有调制电极15。调制电极包括与光波导通路9平行延伸的第一、第二和第三纵向部分电极17、19、21，以及第一横向部分电极23和第二横向部分电极25。第一横向部分电极23按与第一和第三纵向部分电极17、21相正交的方式与第一和第三纵向部分电极17、21的一个端部相连接，并且由基板7的一侧向另一侧延伸。第二横向部分电极25按与第二纵向部分电极19相正交的方式与第二纵向部分电极19上位于基板7另一端上的一端相连接，并且由该端向一侧延伸。在第一横向部分电极23的位于基板7另一侧的终点处和第二横向部分电极25的位于基板7一侧的终点处还分别形成有端子部27、29。而且基板7还具有入射出射侧端面31和与此相对的反射侧端面33。在反射侧端面33处还通过诸如图中未示出的紫外线固化型粘接剂等等粘接具有反射面37的反射板35。用在入射出射侧端面处与光波导通路9相连接的、具有图中未示出的入射光源的光强度计测定其输出光强度。
上述原有的光调制元件5可以响应施加在调制电极15上的电压，按三角函数关系改变通过分路干涉型光波导通路9的激光强度。而且可以用下述的公式(1)表示这一数学关系式。
Pout=αPin[1+cos(V1·π／Vπ+φ)]／2 …(1)
在这儿，Pout为输出光强度，Pin为输入光强度，Vπ为与按三角函数变化的、与Pout的半周期相当的电压(下面将其称为半波长电压)，α为光损失系数，V1为施加的电压。
在上述的公式(1)中，φ表示施加电压为0V时，相对于最大值的迁移值。作为构成光调制元件的一个必要条件，光偏点应该位于线性程度较高的、最大值和最小值之间的中点附近。
下面参考图2至图4说明本发明的实施例。
正如图2所示，作为第一实施例的光调制元件39与原有实例相类似，也是在由铌酸锂晶体构成的基板7上设置有分路干涉型光波导通路9和调制电极15，该分路干涉型光波导通路9也是用Ti热扩散方式形成的，调制电极15亦配置在基板7上的分路干涉型光波导通路9附近。用与光波导通路9的入射出射侧端面相连接的、具有图中未示出的入射光源的光强度计测定其输出光强度。
第一实施例中的光调制元件39与原有实例中的不同，它是使设置在基板7的反射侧端面33处的、具有反射面37的反射板35，按使反射侧端面33和反射面37间呈角度为θ的倾斜方式设置。具体的说就是，在反射板35的一侧与反射侧端面33之间还插入空间间隔体41，并用图中未示出的紫外线固化型粘接剂等等实施粘接。这种粘接剂可以采用具有折射率与光纤维相接近，即折射率n=1．48左右的粘接剂，以便具有在反射侧端面处形成无反射盖覆的功能。
为了获得倾斜角度θ，可以在θ=0的状态下测定光调制元件39的光学偏置点，进而利用下述公式(2)求解出空间间隔体41的厚度d。
d=(Va／Vπ)×(λ／4n)×(w／L)…(2)
即所需要的空间间隔体厚度d是在倾斜角度θ为0°时，由产生相对于中点的相位迁移所需要的施加电压Va、光波波长λ、粘接剂的折射率n、支路的光波导通路之间的距离L和光调制元件宽度w决定的。
按这种方式制作的光调制元件39，将使得由分路干涉型光波导通路分开的光束在到达反射面37之前的光路的光路差为(Va／Vπ)×(λ／2n)。这样便可以在施加电压V1为0V时，使通过光波导通路并由反射面37反射后再次合成的输出光的强度可以位于最大值和最小值之间的中点附近。换句话说就是，光偏点被调制到了中点。
下面对作为本发明第一实施例的光调制元件的具体制造方法进行说明。
为了进行比较，图1示出了用在先技术制作出的一个光调制元件5。首先相对于X轴方向，在垂直剖开的铌酸锂晶体基板7上形成厚度为40～100nm的钛膜图案，然后在1000～1100℃的温度下进行4～10小时的扩散，形成宽度为5～10μm的光波导通路9。在由这一光波导通路9分出的第一和第二支路11、13的附近，形成由金属薄膜构成的电极图案15。在铌酸锂晶体基板7上镜面抛光加工出光入射出射侧端面31和反射侧端面33。在反射侧端面33上固定设置有反射板35，这一反射板35是在玻璃板上涂敷金等金属膜而形成的。所制得的光调制元件的宽度(w)为6mm，分路光波导通路之间的距离为36μm。
图2示出了按下述的方法制造出的本发明的光调制元件39。在和原有的制造方法相类似，镜面抛光加工出光入射侧端面31和反射侧端面33之后，按使反射板35相对于反射侧端面33倾斜的方式，在反射侧端面33和反射板35的反射侧端面37之间的某一部位上夹入厚度为15μm的空间间隔体41，并且用光学粘接剂填充这一间隙，固定住反射板35。将这种空间间隔体41的厚度调整至使上述的光偏点是最合适的程度。
正如图3所示，原有的光调制元件5的特性测定结果如虚线曲线43所示，Vπ=5V，光偏点45位于最大值附近。而在另一方面，作为本发明第一实施例的光调制元件39的特性测定结果如图3中的实线曲线47所示，光偏点49被修正移动至位于最大值的1／2的位置处。
正如图4所示，作为本发明第二实施例的光调制元件51是在由铌酸锂晶体构成的基板7上，用Ti热扩散方式形成有一对分路干涉型光波导通路9、53。分路干涉型光波导通路9、53具有在基板7上闭合的第一和第二支路11、55和支路13、57，而且在第一和第二支路11、55和支路13、57附近还形成有调制电极59。
调制电极59具有第一、第二、第三和第四纵向部分电极61、63、65、67，这些纵向部分电极包覆光波导通路9、53的支路11、55和支路13、57并沿其延伸。而且，调制电极59具有按与第一和第三纵向部分电极61、65相正交的方式与第一和第三纵向部分电极61、65的一个端部相连接，并且由基板7的一侧向另一侧延伸的第一横向部分电极69。调制电极59还具有按与第二和第四纵向部分电极63、67相正交的方式与第二和第四纵向部分电极63、67上位于基板7另一端的一端相连接，并且由基板7的另一端向这一侧边延伸的第二横向部分电极71。而且在第一横向部分电极69的位于基板7一侧的终点处和在第二横向部分电极71的位于基板7另一侧的终点处还分别形成有端子部73、75。
在基板7的反射侧端面33处还夹着空间间隔体41，并用图中未示出的紫外线固化型粘接剂等粘接着具有反射面37的反射板35，并且在反射侧端面和反射面37之间形成有角度θ。
如图4所示的光调制元件51上的反射板35的倾斜角度θ与如图2所示的光调制元件39相类似，也可以用公式(2)表示。
而且，在本发明的第一和第二实施例中，是以在铌酸锂晶体基板上形成有钛扩散光波导通路的光调制元件为例进行说明的，但是本发明的基板还可以采用具有电光效果的其它材料，即除了铌酸锂晶体之外，还可以使用钽酸锂晶体、PLZT、钾砷晶体(GaAs)、InP等半导体材料。
光波导通路的制作方法除了钛扩散方法之外，还可以采用膜外延生长方法和质子交换方法等等。
空间间隔体的材料可以选用能保证尺寸d的任何材料，如果举例来说，选择铝材较好些。
如上所述，如果采用根据本发明第一和第二实施例构造的光调制元件39、51，便可以容易地控制光偏点，高效率地获得敏感度和敏感度线性程度均比较高的光调制元件。

Claims (9)

1．一种光调制元件，它包括有具有彼此相对的第一和第二端面的、具有电光效果的基板，分别具有形成在前述基板上的第一和第二支路的、在前述第一和第二端面处分别露出入射出射侧和反射侧的分路干涉型光波导通路，形成在前述分路干涉型光波导通路附近处的调制电极，以及安装在前述第二端面处的反射板，其特征在于：
前述反射板相对于前述第二端面倾斜。
2．一种如权利要求1所述的光调制元件，其特征在于在前述反射板一侧和前述第二端面之间配置有空间间隔体，在前述第二端面和前述反射板之间设置有间隙，而且前述倾斜具有设定的角度。
3．一种如权利要求2所述的光调制元件，其特征在于通过填充在前述间隙处的粘接剂将前述第二端面、前述反射板和前述空间间隔体结合在一起。
4．一种如权利要求3所述的光调制元件，其特征在于前述调制电极盖覆着前述第一和第二支路的至少一部分，并沿着前述支路延伸。
5．一种如权利要求4所述的光调制元件，其特征在于前述分路干涉型光波导通路呈一对并列方式配置，前述一对分路干涉型光波导通路的第一和第二支路的端部在前述第二端面侧彼此相连接。
6．一种如权利要求1所述的光调制元件，其特征在于前述基板基本上由铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、PLZT和GaAs中的一种材料构成。
7．一种如权利要求6所述的光调制元件，其特征在于前述分路干涉型光波导通路采用诸如金属热扩散方法、膜外延生长方法和质子交换等方法中的一种方法形成在前述基板上。
8．一种如权利要求7所述的光调制元件，其特征在于前述基板基本上由铌酸锂晶体构成。
9．一种如权利要求8所述的光调制元件，其特征在于前述分路干涉型光波导通路采用钛热扩散方法形成在前述基板上。
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