CN1662849A - 光信号－电信号变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的光信号－电信号变换装置，具有：传输信号的光波导线路；在所述光波导线路中传输所述光信号时，在所述光波导线路中产生的电场作用的区域中，在隔着所述光波导线路的相对位置上设置的一对电极；与所述一对电极耦合的共振器，该共振器取得所述一对电极在所述电场的作用下感应的电信号后激发。

Description

光信号-电信号变换装置

技术领域

本发明涉及一种使用非线性光学效应的光信号-电信号变换装置。

背景技术

在现有技术中，作为将光信号变换成电信号的装置，广泛使用着以光电倍增器为代表的电子管或光电二极管为代表的半导体受光元件。电子管是利用“外部光电效应”检出光信号的元件，半导体受光元件则是利用在半导体内的“内部光电效应”检出光信号。

电子管的检出灵敏度(信号放大率)高，作为物理化学用的元件，至今仍被经常使用。但是体积大，动作需要高压电源。因此，作为光通信用的受光元件，几乎派不上用场。

与此不同，半导体受光元件的体积小，耗电量少，所以在包括光通信在内的众多领域得到使用。即使在半导体受光元件中，pin型光电二极管(pin-PD)由于便宜，所以在许多地方广泛使用。而在高速光通信中，则使用可以高速响应的雪崩光电二极管(APD)。近几年来，还开发出改善了响应速度的pin型光电二极管。这些半导体受光元件，在目前的通信速度(频段＜60GHz频带)中基本上可以不碍事地使用。

可是，在通信速度超过100GHz的超高频频段中，半导体受光元件却存在着不能充分响应的问题。这是因为半导体受光元件的响应速度，受到光信号射入后产生的载流子的迁移率的制约的缘故。

pin型光电二极管则在光射入光电二极管的光吸收层后，生成电子-空穴对。空穴的迁移率小于电子的迁移率。决定光电二极管的响应速度的延迟时间，取决于空穴的漂移速度。这样，半导体受光元件的响应速度，就取决于半导体材料固有的载流子的迁移率、外加电压、漂移距离等。但是人们认为：即使进一步加大这些参数，也难以使能够正确检知以超过100GHz的速度调制的光信号的响应速度得到提高。

发明内容

本申请的发明，就是为了解决上述问题而研制的，其主要目的是提供可以将高速调制的光信号变换成电信号的光信号-电信号变换装置。

本发明的光信号-电信号变换装置，具有：取得并传输经调制的光信号的光波导线路；在所述光波导线路中传输所述光信号时，在非线性光学效应的作为下在所述光波导线路中产生的电场作用的区域中，在隔着所述光波导线路的相对位置上设置的一对电极。

在优选实施方式中，还具有与所述一对电极耦合的共振器，该共振器取得所述一对电极在所述电场的作用下感应的电信号后激发。

在优选实施方式中，所述光信号，包含与调制频率f_m对应的边带信号。

在优选实施方式中，所述光波导线路，在介电体基板上或所述介电体基板中形成；所述电极被所述介电体基板支承。

在优选实施方式中，所述光波导线路及所述介电体基板的至少一部分，由非线性光学材料构成；所述光信号在所述光波导线路中传输时，利用光整流效应，产生所述电场。

在优选实施方式中，还具有与所述共振器耦合电磁波发射器，将所述电信号作为无线信号发射。

在优选实施方式中，所述共振器及所述电磁波发射器，与所述基板一体化。

在优选实施方式中，所述共振器和所述电极，被在所述介电体基板上形成的微波传输带线路连接。

在优选实施方式中，所述光信号的调制频率在10GHz以上。

在优选实施方式中，还具有与所述光波导线路耦合的光入射部。

在优选实施方式中，所述非线性光学材料，是从由铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)等材料、磷酸钛钾系材料(KTiOPO₄)、稀土类钙氧化硼酸脂(RECa₄O(BO₃)₃RE：稀土类元素)系材料、DAST(4-二甲胺基-N-甲基-4-苯乙烯基吡啶鎓-对甲苯磺酸盐)及3RDCVXY(二氰基乙烯基末端-二甲基置换一重氮基)组成的材料组中选择的材料。

在优选实施方式中，所述光波导线路，具有极化方向与其它部分的极化方向不同的周期性的极化倒相结构。

在优选实施方式中，还具有将所述一对电极电连接的电阻。

在优选实施方式中，还具有纳入所述介电体基板的壳体。

附图说明

图1是表示本发明的光信号-电信号变换装置的实施方式的立体图。

图1是表示本发明的光信号-电信号变换装置的实施方式的立体图。

图2是表示本发明的光信号-电信号变换装置的其它实施方式的立体图。

图3是表示本发明的光信号-电信号变换装置的另一个其它实施方式的立体图。

图4(a)是表示从图3的光信号-电信号变换装置中拆下共振器后的主要部件的立体图；(b)是其A-A’线剖面图，(c)是B-B’剖面图。

图5(a)是图3的光信号-电信号变换装置中的介电体共振器天线的立体图，(b)是其A-A’线剖面图。

图6是表示图3的装置中的电极和介电体共振器的连接的立体图

具体实施方式

本发明不是利用被光照射而激活的载流子的漂移，而是利用非线性光学效应，将光信号变换成电信号。因此，响应速度不受许多载流子的漂移速度的限制。

下面，首先讲述本发明的光信号-电信号变换装置的动作原理。

具有非线性光学效应的材料的极化，可用下列公式1表示。

D＝εE+P_NL                  …(公式1)

式中：D是电位移矢量(电通量密度)，ε是介电常数，E是电场，P_NL是非线性极化。

非线性光学效应的材料中的电位移矢量D，如公式1所示，是通常的介电常数ε及电场E的乘积与非线性极化P_NL之和。非线性极化P_NL的项，如果只考虑2次的非线性光学效应，就可以用以下的公式2表示。

P_NL＝x⁽²⁾E·E               …(公式2)

式中：x⁽²⁾是2次的非线性极化率。

射入非线性光学材料的光，采用用以下的公式3表示的2个电场E₁、E₂之和表示的光。

E₁＝E₀₁cos(ω₁t-k₁r+φ₁)、

E₂＝E₀₂cos(ω₂t-k₂r+φ₂)    …(公式3)

式中：ω₁及ω₂是光的频率，t是时间，k₁及k₂是光的波数，φ1及φ2是相位。

使用公式3后，公式2中的电场E的平方，可以表示如下：

E·E＝(E₁+E₂)·(E₁+E₂)

＝E₀₁ ²cos²(ω₁t-k₁r+φ₁)

+2E₀₁E₀₂cos(ω₁t-k₁r+φ₁)·cos(ω₂t-k₂r+φ₂)

+E₀₂ ²cos²(ω₂t-k₂r+φ₂)    …(公式4)

如果使用cos2θ＝2cos²θ-1的关系，那么公式4可以用下面的公式5的A项+B项+C项+D项+E项表示：

E·E＝1/2(E₀₁ ²+E₀₂ ²)··(項A)

+1/2E₀₁ ²cos(2ω₁t-2k₁r+2φ₁)··(項B)

+1/2E₀₂ ²cos(2ω₂t-2k₂r+2φ₂)··(項C)

+E₀₁·E₀₂cos[(ω₁+ω₂)t-(k₁+k₂)r+(φ₁+φ₂)]··(項D)

+E₀₁·E₀₂cos[(ω₁-ω₂)t-(k₁-k₂)r+(φ₁-φ₂)]··(項E)

                                              …(公式5)

公式5的A项，表示光整流的项。另外，公式5的B项及C项表示发生第2高频，D项表示发生和频，E项表示发生差频。

在本发明中，利用公式5表示的非线性光学效应中E项产生的效应，将光信号变换成电信号。下面，对此进一步详述。

在光调制元件的作用下，例如，在离中心频率以26GHz的信号调制的光(中心频率1.5μm)0.19nm的位置，产生叫做“边带”的峰值。一般地说，如果设调制信号的频率为f_msbHz，那么边带产生的波长λ_sb可以用下面的公式6表示：

λ_sb＝λ_c+Δλ

$\mathrm{\Δ\λ}={\mathrm{\λ}}_c-\frac{{\mathrm{C\λ}}_c}{C+f_m\mathrm{\π}}=\frac{f_m{{\mathrm{\λ}}_c}^2}{C+f_m{\mathrm{\λ}}_c}$ …(公式6)

C：光速

λ_c：光中心波长

f_m：调制信号的频率

在本发明的光信号-电信号变换装置中，利用该边带的波长λ_sb和光的中心波长λ_c产生的差频(公式7)，进行向调制信号的变换。

ω_m＝ω_sb-ω_c

即

$\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_m}=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{sb}}}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_c}=\frac{f_m}{C}$ …(公式7)

ω_m：调制信号的频率

ω_sb边带的角频率

ω_c：中心波长的角频率

λ_m：调制信号的波长

λ_sb：边带的波长

λ_c：中心波长

在这里，为了方便起见，考虑2个不同频率(波长)的光射入非线性光学材料中的情况。但1个频率(波长)的光射入时也一样。

下面，讲述采用本发明的光信号-电信号变换装置的优选实施方式。

(第1实施方式)

首先，参照图1，讲述本发明的光信号-电信号变换装置的优选结构。

本实施方式的光信号-电信号变换装置，具有：由非线性光学材料形成的介电体基板101；在基板101的上面形成的光波导线路102；在基板101的上面，在隔着光波导线路102的相对位置上设置的一对电极103、104。

应该检测的光信号，射入光波导线路102的射入部102a，在光波导线路102中从图中左侧向右侧传输。这时，在非线性光学效应中的差频发生效应的作用下，产生电场。一对电极103、104设置在光波导线路102中产生的电场作用的区域内。

采用本实施方式的结构后，可以通过电极103及104，检出光信号在光波导线路102中由图中的左侧向右侧传输时产生的电场的变化。该电场，如前所述，是在非线性光学效应中的差频发生后在光波导线路及其附近形成的。为了在这种差频发生后将光信号变换成电信号，需要使输入的光信号具有边带信号的调制信号，。

在本实施方式中，作为介电体基板101，可以适当使用铌酸锂(LiNbO₃)基板。基板101的材料，不限于铌酸锂(LiNbO₃)，还可以使用钽酸锂(LiTaO₃)、磷酸钛钾系材料(KTiOPO₄)、稀土类钙氧化硼酸脂(RECa₄O(BO₃)₃RE：稀土类元素)、DAST(4-二甲胺基-N-甲基-4-苯乙烯基吡啶鎓-对甲苯磺酸盐)及3RDCVXY(二氰基乙烯基末端-二甲基置换一重氮基)等。

下面，讲述图1所示的光信号-电信号变换装置的制造方法。

首先，对基板101，在纯水、丙酮、乙醇等液体中，对基板101进行超声波清洗。然后，再在醋酸中进行时间为1分钟以内的超声波清洗。

接着，采用光刻蚀术，在基板101的上面形成规定光波导线路102的位置和形状的抗蚀剂掩膜，然后在抗蚀剂掩膜上，采用电子束蒸镀法蒸镀Ti膜。Ti膜的厚度，例如设定为40～50nm。

再接着，采用吊下法剥离抗蚀剂掩膜，从而清除Ti膜中应该形成光波导线路102的区域以外的区域的部分。这样，就形成布图规定应该形成光波导线路102的区域的Ti。制造Ti膜的方法，不限于电子束蒸镀法，还可以采用RF磁控管溅射法等溅射法。

接着，将表面存在布图的Ti状态的基板102装入管状炉内，使Ti在基板102的表面区域扩散。管状炉内，具有加热器和被加热器加热的石英管，基板101固定在石英管中设置的石英舟皿内。作为石英管内的气体介质，在扩散处理开始后的前5个小时，使用包含水蒸汽的湿度80％以上的Ar气体。5个小时之后，将气体介质切换成包含水蒸汽的湿度80％以上的O₂气体，加热1小时左右。加热温度，例如，设定1000℃左右。只在Ti扩散处理工序中的最后1小时里在氧气气体介质中加热的理由，是为了弥补基板101上生成的结晶的缺氧。

这样，在基板101上形成光波导线路102。光波导线路102的形成方法，不限于Ti扩散法，还可以使用扩散V(钯)、Ni(镍)、Cu(铜)等过渡性金属的方法，也可以采用在安息香酸的溶盐中浸泡24小时左右，进行质子交换的方法。

作为基板101，使用DAST(4-二甲胺基-N-甲基-4-苯乙烯基吡啶鎓-对甲苯磺酸盐)及3RDCVXY(二氰基乙烯基末端-二甲基置换一重氮基)等有机类的非线性光学材料时，最好采用由紫外线照射引起的折射率变化(光析出)法，形成光波导线路。

此外，光波导线路102的宽度及深度，在本实施方式中，都是5μm左右。但光波导线路102的宽度及深度，可以根据波导的光信号的波长最佳化。

接着，形成顺着光波导线路102延伸的电极103及104。具体地说，首先，在形成光波导线路102的基板101的上面，用电子蒸镀法蒸镀铝膜。电极的材料，不限于铝，还可以使用铂、金、钛、锗、镍等的单体或合金。堆积金属或其它导电性材料的膜后，用种种方法在导电膜上布图，从而形成电极103、104。电极103、104的布图，也可以采用吊下法进行。

此外，在形成电极103、104之前，最好在基板101整个上面形成起保护膜作用的SiO₂、HfO₂、SiN等薄膜。

然后，跨过终端电阻105(50Ω)，连接电极103及104的一端，完成图1的装置。利用终端电阻105，可以象行波型光调制器的电极那样，缓和光和电信号的相位速度的差异。

非线性光学材料的有效性的非线性光学常数d_eff，如公式8所示，对产生的电信号的功率而言，具有平方倍的比例关系。

$P=\frac{{{\mathrm{Ad}}_{\mathrm{eff}}}^2{L}^2{P}_1{P}_2}{n_1{n}_2{n}_3{\mathrm{\λ}}_3}{\left(\frac{\sin x}{x}\right)}^2$ …(公式8)

A：比例常数

d_eff：非线性光学常数

L：结晶的长度

P₁：入射光①的功率

P₂：入射光②的功率

n₁：对入射光①的折射率

n₂：对入射光②的折射率

n₃：对输出的折射率(感应率的平方)

λ₃：输出的波长

上述的输入光①，是输入传输线路的光信号的中心频率的信号；输入光②，是边带的信号。

因此，最好使用有效性的非线性光学常数d_eff大的材料形成光波导线路。一般地说，与无机的非线性光学材料相比，有机的非线性光学材料的非线性光学常数d_eff高，所以使用有机的非线性光学材料的装置，光信号的检出灵敏度得到提高，由光向电信号的变换效率增大。具有比较大的有效性的非线性光学常数d_eff的无机结晶之一的LiNbO₃结晶的有效性的非线性光学常数d_eff，是30pm/V左右。与此相对，有机结晶之一的DAST结晶的有效性的非线性光学常数d_eff，是1000pm/V左右，是LiNbO₃结晶的有效性的非线性光学常数d_eff的30倍以上的高值。因此，在本实施方式的基板或光波导线路的材料中，可以适当使用DAST材料。

此外，有效性的非线性光学常数d_eff随着光的入射方向而变化。因此，使用铌酸锂·钽酸锂类非线性光学结晶时，光的入射方向，最好是感应主轴的xy面内。

不仅铌酸类非线性光学结晶，在有效的非线性光学结晶中，表示光对结晶的入射角度和有效性的非线性光学常数d_eff的变化的公式，随其结晶具有的结晶系(点群·空间群)的不同而不同，因此，需要根据其结晶的种类，选择有效性的非线性光学常数d_eff变大的角度。

例如，在LiNbO₃结晶中，因为是单轴性结晶·点群32，所以表示结晶的角度和有效性的非线性光学常数d_eff的公式9，成为如下所示：

d_eff＝d₁₁cos2θsin3φ              …(公式9)

式中：θ是光的入射方向在感应主轴的xz面内投影的成分与z轴的夹角，φ是光的入射方向在感应主轴的xz面内投影的成分与x轴的夹角。

在本发明的光信号-电信号变换装置中，通过将极化颠倒结构引入光波导线路部分，从而能够进一步缓和光信号和电信号的相位速度的差异。引入极化颠倒结构后，可以进行模拟速度整合。与利用光对结晶的角度进行速度整合时相比，可以获得较大的有效性的非线性光学常数d_eff。引入极化颠倒结构后，可以提高灵敏度，并且提高由光信号向电信号的变换效率。

(第2实施方式)

下面，参阅图2，讲述具有使极化周期性地颠倒的结构的光波导线路的第2实施方式。

本实施方式的基本结构，除了具有极化颠倒结构202的光波导线路203外，与图1所示装置的结构大致相同。即本实施方式的光信号-电信号变换装置，具有：基板201；在基板201的上面形成的光波导线路203；在基板201的上面，在隔着光波导线路203的相对位置上设置的一对电极204、205。射入位于光波导线路203的一端的射入部203a的光信号，在光波导线路203中由图中的左侧向右侧传输时，在非线性光学效应中的差频发生效应的作用下，产生电场。一对电极204、205设置在光波导线路203产生的电场的作用区域内。另外，电极204、205的一端通过终端电阻206相互连接。

本装置的各部的材料、尺寸及制造方法，基本上和第1实施方式讲述的一样。不同之处是：进行了极化颠倒结构202的制作，所以下面对此加以讲述。

在本实施方式中，首先，采用电子束蒸镀法，在基板201上蒸镀金属电极。更具体地说，在基板201的上面，形成梳状电极；在背面形成前面电极。作为金属电极的材料，最好使用铂、金、钛、锗、镍等的单体或合金。梳状电极通过在基板201上堆积金属膜后，再采用图刻蚀术及腐蚀技术进行布图后制作。但也可以在基板上形成布过图的抗蚀剂掩膜后，堆积金属膜，利用吊下法形成。

梳状电极形成后，在基板201的上面侧电极和背面侧电极之间，形成电场，使光波导线路203的特定区域中的极化的方向，与其它区域中的极化的方向相反。

极化颠倒周期Λ＝2L_C，可以用下面的公式(10)或(11)求出。

L_c＝λ_m/2(n_g-n_m)            …(公式10)

L_c＝1/2f_m(1/v_m-1/v_g)        …(公式11)

式中：L_C是相干长，n_g是光的折射率，n_m是电波的折射率，V_g是光的群速度，V_m是电波的相位速度，λ_m是电磁波的波长，f_m是电波的频率。

在本实施方式中，作为光信号，使用He-Ne激光，由于是f_m：26GHz、V_m：6.4×10⁷m/s、V_g：1.36×10⁸m/s，所以相干长成为2.4mm，极化颠倒周期成为4.7mm。

形成极化颠倒结构202后，在纯水、丙酮、乙醇等液体中对基板201实施超声波清洗。以后的制造工序，和第1实施方式讲过的一样。

在上述各实施方式中，并不特别限定通过电极检出电信号的结构。可以采用众所周知的高灵敏度检出电路放大电气信号。可是，在上述各实施方式中的光信号-电信号变换装置中，由光信号变换的电信号非常微弱，所以最好具有简单将其放大的结构。

下面，讲述利用共振器将由光信号变换的电信号放大的实施方式。

(第3实施方式)

下面，讲述本发明的光信号-电信号变换装置的第3实施方式。在本实施方式中，在将极化颠倒结构引入光波导线路部分的同时，还使天线(电磁波发射器)通过共振器与电极连接。本实施方式中的周期性的极化颠倒结构，与第2实施方式中的结构一样。

下面，参照图3，讲述本实施方式的装置。

本装置将基板301装在壳体309内。在基板301上，和第2实施方式一样，形成具有周期性的极化颠倒结构的光波导线路302。在基板301的上面，在隔着光波导线路302的相对位置上形成一对电极303a、303b。射入位于光波导线路302的一端的射入部的光信号，在光波导线路302中由图中的左侧向右侧传输时，在非线性光学效应的作用下，产生电场。一对电极303a、303b设置在光波导线路302产生的电场的作用区域内。

在位于光射出侧308的部分中，设置着具有电磁波发射机构的介电体共振器304；在光射入侧307上，形成终端电阻305(50Ω)。

现在，参照图4(a)～(c)，更详细地讲述本实施方式的装置的结构。图4(a)是表示从本实施方式的光信号-电信号变换装置中拆下共振器后的主要部件的立体图；(b)是其A-A’线剖面图，是(c)的B-B’局部图。

如图4(b)所示，在安装在壳体309内的基板301的光波导线302中，形成极化颠倒结构403。极化颠倒结构403，是将基板材料的极化方向颠倒的区域周期性地配置而成。配置的周期，设定成与输入的光信号的相干长相等。本实施方式中的光波导线路302，设计成为传输波长633nm的光信号。

壳体309，是覆盖基板301的底面及侧面的金属匣子，在与基板301的光信号输出入部位对应的部位形成缺口。为了减少外界的电磁波的影响，壳体309最好具有利用图中未示出的罩子覆盖基板301的上面的形状。

电极303(303a、303b)如图4(c)所示，沿光波导线路302形成，能够检出光波导线路302产生的微小的电场。本实施方式中的电极303a、303b的一部分，从基板301的上面埋入内部。但不具有这种结构的电极也行。例如：也可以使用通过在基板301的上面堆积的金属膜上布图后获得的电极。

下面，参照图5(a)及(b)，讲述介电体共振器部及电磁场发射机构。图5(a)表示介电体共振器的简要结构，图5(b)是图5(a)的A-A’线剖面图。

介电体共振器304具有从外部遮蔽共振器内部的电磁场的金属壳体501，和配置在壳体501内部的高介电常数的介电体503。在高介电常数的介电体503和壳体501之间，插入介电常数相对较低的材料(例如：商品各为特氟隆(注册商标)的材料)，用该低介电常数的材料，包围、保持高介电常数的介电体503。

本实施方式的高介电常数的介电体503，分作2个部分，在其间隙中，形成旨在使共振器内部的电磁场增大的缝隙505。另外，在壳体501中，在与高介电常数的介电体503的缝隙505相对位置上，设置着旨在发射电磁波的缝隙504。

介电体共振器304的高介电常数介电体503，如图6所示，与微波传输带线路502a、502b电磁性地结合。图6是从另一个角度看图3所示的本实施方式的装置的立体图。由图6可知：微波传输带线路502a、502b的一端，分别在氧化铝基板602a、602b上形成，通过接合线605a、605b与电极303a、303b的支线连接。

光信号在光波导线路中传播时，电极303a、303b感应的电信号，通过图6的接合线605a、605b，传递给微波传输带线路502a、502b，导入介电体共振器304的内部。介电体共振器304的各种参数设计成使该电信号在介电体共振器304的内部共振。

为了通过共振，在介电体共振器304的内部有效地积蓄电信号的能量，最好在在介电体共振器304上设置选择性开闭缝隙505的开关。该开关闭合时，抑制电磁场的外部漏泄，提高共振器的Q值，使电信号的能量放大。将开关断开时，具有在共振器内放大能量的电信号，就被作为电磁波，向共振器的外部发射。

在开放状态的缝隙505中，介电常数与共振器的内部相比，急剧变小，所以经过高介电常数的介电体503传播来的电信号的电磁场，在缝隙505的部位急剧增大。这样一来，由于在电场增大的部位附近，配置壳体501的缝隙504，所以在微波传输带线路502a、502b上传播来的电信号，变换成电磁波，由缝隙504发射到共振器的外部。

本实施方式中的介电体共振器304，设计成以TM₁₁δ振荡型共振。例如，将26GHz的电信号作为电磁波发射时，缝隙504的长度设定为长度约3mm、宽度为0.6mm。

如果设真空介电常数为ε₀，介电体共振器304的内部的电容率ε_r为24，缝隙504中的电容率ε_r为1，那么电通量密度D就等于ε₀ε_rE，在介电体共振器304的内部和缝隙504的部位都是恒定的。因此，电场E从电容率高的共振器内部通过缝隙504到达共振器外部时，大小被加大24倍。另外，在介电体共振器304的内部，由于积蓄电场能，所以可以利用共振器将产生的电场能本身加大。在本实施方式中，可以将介电体共振器304的Q值设定为2000左右。

由DAST结晶形成基板301时，光信号在光波导线路中传播时，电极间产生的电场是80μV/m左右。但使用本实施方式的共振器后，可以将大小提高到超过2000倍。

高介电常数的介电体503，例如，由MgYiO₃-CaTiO₃系陶瓷形成。断面为1mm见方，长度是5mm。

本实施方式中的壳体501，例如，具有断面为3mm见方、长度为15mm的矩形形状。在壳体501和高介电常数的介电体503之间，成为用PTFE充填的结构。

高介电常数的介电体503，还可以使用以Zr-TiO₄·BaTiO₃为代表的介电体陶瓷材料。由于介电常数因介电体材料而异，所以需要变更壳体501的尺寸及介电体共振器304的尺寸。

在本实施方式中，设计成用TM₁₁δ振荡型共振，但也可以设计成用TE₁₀振荡型等其它振荡型共振。另外，在本实施方式中，将作为电磁波发射机构发挥作用的缝隙504，设置在共振器304的壳体501中。但以使共振器壳体不接地的状态设置导体电极后，就能加大电波的发射量。设置在共振器304的壳体501中的缝隙504，作为缝隙天线动作。但还可以在缝隙504中再设置其它介电体共振器，使缝隙504作为介电体天线动作。

综上所述，采用上述的各实施方式的光信号-电信号变换装置后，通过在光波导线路中输入、传播光信号，从而可以将光信号变换成电信号。而且，由于利用共振器将该电信号放大，所以可以正确检出超高速调制光。

另外，将光波导线路、电极、共振器及天线在基材上一体化后，可以使装置小型化，所以在各种通信机器及电器之间进行信息的收发时，易于装入那些通信机器中。

这样，采用本发明的实施方式后，易于使通过光纤等光信号输送单元送来的光信号变换成无线信号。能够轻而易举地通过无线方式对通信机器及电器进行相互控制。另外，可以进一步促进用无线方式控制现有的电气产品的网络家电的普及。

采用上述实施方式后，由于使用光导波线路检出光信号，所以可以通过模拟速度整合，提高灵敏度及变换效率。特别是使用周期性的极化颠倒结构后，可以通过适当设计极化颠倒周期及光导波线路、介电体共振器，将其应用于检出任意波长及频率的光信号。

此外，毫无疑问，本发明使用的各种材料及元件的结构，并不限于上述实施方式。使用上述介电体材料、非线性光学材料以外的材料，可以实现本发明的光信号-电信号变换装置。

采用本发明后，可以不利用电荷(载流子)的漂移将光信号变换成电信号，所以能够实现高速响应。另外，利用共振器放大由光信号变换的电信号，将其作为电磁波由天线发射，从而实现由光信号向电信号的高效率的变换。采用本发明后，可以提供小型、可以高速动作的光信号-电信号变换装置。

Claims (14)

1、一种光信号—电信号变换装置，具有：取得并传输经调制的光信号的光波导线路；和

在所述光波导线路中传输所述光信号时，在非线性光学效应的作为下在所述光波导线路中产生的电场所作用的区域中，在隔着所述光波导线路的相对位置上设置的一对电极。

2、如权利要求1所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：还具有与所述一对电极耦合的共振器，该共振器取得所述一对电极在所述电场的作用下感应的电信号后激发。

3、如权利要求1或2所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：所述光信号，包含与调制频率f_m对应的边带信号。

4、如权利要求1所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：所述光波导线路，形成在介电体基板上或所述介电体基板中；所述电极被所述介电体基板支承。

5、如权利要求4所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：所述光波导线路及所述介电体基板的至少一部分，由非线性光学材料构成；所述光信号在所述光波导线路中传输时，利用光整流效应，产生所述电场。

6、如权利要求5所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：还具有与所述共振器连接电磁波发射器，将所述电信号作为无线信号发射。

7、如权利要求4所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：所述共振器及所述电磁波发射器，与所述基板一体化。

8、如权利要求7所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：所述共振器和所述电极，被在所述介电体基板上形成的微波传输带线路连接。

9、如权利要求1所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：所述光信号的调制频率在10GHz以上。

10、如权利要求1所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：还具有与所述光波导线路耦合的光入射部。

11、如权利要求5所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：所述非线性光学材料，是从由铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)系材料、磷酸钛钾(KTiOPO₄)系材料、稀土类钙氧化硼酸脂(RECa₄O(BO₃)₃RE：稀土类元素)系材料、DAST(4-二甲胺基-N-甲基-4-苯乙烯基吡啶鎓-对甲苯磺酸盐)及3RDCVXY(二氰基乙烯基末端-二甲基置换一重氮基)组成的材料组中选择的材料。

12、如权利要求1所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：所述光波导线路，具有极化方向与其它部分的极化方向不同的周期性的极化倒相结构。

13、如权利要求1所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：还具有将所述一对电极电连接的电阻。

14、如权利要求4所述的光信号—电信号变换装置，其特征在于：还具有纳入所述介电体基板的壳体。

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