CN1888951A - 表面波光纤声电光调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面波光纤声电光调制器，可用于光纤通信调制技术中，属于光纤通信和光纤传感领域。本器件主要包括有基底(1)、条形光波导(2)、一对直流电极(7)，其中，在基底(1)上面用光刻工艺制作声叉指换能器(3)，用离子注入工艺制作与声叉指换能器(3)平行的掩埋型条形光波导(2)，在光波导(2)两端分别连接有输入光纤(5)和输出光纤(6)，在基底(1)上、光波导(2)的两侧用光刻工艺制作一对直流电极(7)。本发明的工作频率可以随需要而改变，并且由于增加了输入、输出光纤，使得此调制器可以用于光纤调制技术中。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面波光纤声电光调制器，可用于光纤通信调制技术中，属于光纤通信和光纤传感领域。
技术背景
目前一类“表面波声电光相关器”在国外曾有过报道，如美国雷塞兰工业学院的P.Das等人最早提出了使用表面波声电光效应制作相关器的设想。(Appl.Phys.Lett.，1986：49(16)1016-1018)该器件的结构如图1所示，长方形压电晶片铌酸锂作基底1，在晶片表面上扩散一层非常薄的金属钛，作光波导2，用于传播光。然后再在晶片表面上采用光刻工艺分别制作声叉指换能器3和电叉指换能器4，前者用于产生声表面波、后者用于产生直流电场。其工作原理如图2所示，将待输入的电信号A事先调制到射频信号上，射频信号的载频要与声叉指换能器3的中心频率一致。然后将此调制后的电信号加载到声叉指换能器上，产生出强度随输入信号变化的声表面波，沿基底晶体的表面传播。将入射激光束引入电叉指换能器4下方的光波导内，在声光效应的作用下产生出强度也随输入信号而变化的衍射光。将另外一个待输入的电信号B和直流电压合在一起，加到电叉指换能器4上，在它下方的晶体内产生大小随输入信号变化的直流电场。在电光效应的作用下，使得在电场内传输的光强也随输入信号而变化。当信号A和信号B同时加载，则衍射光强将同时携带两个输入信号的信息。将衍射光输出到光电转换器件如光电管上，就可以将两个输入信号的相关信号解调出来，不携带信息的零级光则被光栏挡掉。
发明内容
本发明中提供了一种表面波光纤声电光调制器，本器件的工作频率可以随需要而改变，并且由于增加了输入、输出光纤，使得此调制器可以用于光纤调制技术中。
本发明采用了如下技术方案。本发明主要包括有基底1、光波导2、声叉指换能器3、输入光纤5、输出光纤6、一对直流电极7。其中，在基底1上面用光刻工艺制作声叉指换能器3，用离子注入工艺制作与声叉指换能器3平行的掩埋型条形光波导2，在光波导2两端分别连接输入光纤5和输出光纤6，在基底1上、光波导2的两侧用光刻工艺制作一对直流电极7。
表面波光纤声电光调制器的工作原理如图7所示，将待传输的视频或音频信号事先调制到射频信号上，射频信号的载频与声叉指换能器3的本征中心频率一致。本征中心频率是由换能器的指长、指宽、占空比等几何尺寸决定，是无法改变的。然后将调制信号加载到声叉指换能器3上，产生出强度随传输信号变化的声表面波，沿基底晶体的表面传播。将入射导光波通过输入光纤引入光波导内，在声光效应的作用下，产生出强度随传输信号而变化的衍射导光波。将衍射导光波通过输出光纤输出到光电管上，将待传输信号解调出来。若将方向、大小合适的直流电压加在直流电极上，在晶体内产生直流电场，在电光效应的作用下，可以使调制器的工作频率随需要而改变。其原理是：当射频信号的载频与声叉指换能器本征中心频率不一样时，造成入射导光波、衍射导光波、声波3个波矢量间的动量失配，使衍射效率下降。这时若加上方向大小合适的直流电压，可减小失配，使衍射效率回升。相当于使调制器的中心频率转移到该射频信号的频率上。表面波光纤声电光调制器除了可改变工作频率，使用灵活以外，还有体积小、耗电少、工作稳定性强、易于集成等优点。
本发明具有以下两个特点：1)器件的工作频率可以随需要而改变；2)由于增加了输入、输出光纤，使得此调制器可以用于光纤调制技术中。
附图说明
图1表面波声电光相关器结构
图2表面波声电光相关器原理
图3本发明的结构示意图
图4本发明的正视平面图
图5本发明的俯视平面图
图6本发明的侧视平面图
图7本发明的工作原理图
图8本发明的工艺制作流程图
图中：1、基底，2、光波导，3、声叉指换能器，4、电叉指换能器，5、入射光纤，6、衍射光纤，7、一对直流电极。
具体实施方式
本发明的具体实施方式参见图3～6。本实施例主要包括有基底1、条形光波导2、声叉指换能器3、输入光纤5、输出光纤6、一对直流电极7。其中，在基底1上面用光刻工艺制作声叉指换能器3，用离子注入工艺制作与声叉指换能器3平行的掩埋型条形光波导2，在光波导2两端分别连接有输入光纤5和输出光纤6，在光波导2两侧用光刻工艺制作一对直流电极7。
各部分工艺条件及作用如下：
基底1：使用同时具有压电效应、声光效应和电光效应的铌酸锂晶体制作。形状为长方形薄片，表面法线方向为晶体的Y轴方向、长度方向为Z轴方向、宽度方向为X轴方向。晶片的定向切割与研磨抛光的工艺要求为：须制作换能器和电极的上表面定向误差不能超过5′、光洁度达11级、平整度小于1个光圈。须粘贴光纤的两个侧面要求光洁度达11级。它的作用是利用压电效应产生声表面波并沿长度方向传播；利用声光效应使声表面波与入射导光波相互作用，产生衍射导光波并对其进行调制；利用电光效应使直流电场与导光波相互作用，改变器件的工作频率。
光波导2：形状为掩埋型条状，方向沿基底1宽度方向，并与声表面波传播方向垂直。使用离子注入工艺在基底内注入一定浓度的金属钛而制成。工艺要求为波导厚度大于10μm。作用是为导光波的传播提供通道。
声叉指换能器3：由两个形如手指状、并互相交叉的换能器组成。所用材料为银，使用光刻工艺在基底上制作而成。工艺要求为不能断指和连指。作用是用载有输入信号的调制电信号激发出超声表面波，沿基底长度方向传播。
输入光纤5：使用单模光纤，将端面磨平，与波导所在位置对准后，用环氧树脂直接粘接到基底的侧面。作用是将入射导光波引入光波导内。
输出光纤6：使用单模光纤，将端面磨平，与波导所在位置对准后，用环氧树脂直接粘接到基底的侧面。作用是将衍射导光波从光波导内引出。
直流电极7：由两个一样的电极组成，为长方形，与条形光波导平行，分别列在光波导的两侧。所用材料为银，采用光刻工艺与声叉指换能器同步制成。作用是加直流电压，控制调制器的工作频率。
表面波光纤声电光调制器的制作工艺流程如图8所示，由下面5个主要步骤组成：
1)基底晶体的定向和研磨：按照上述工艺要求将基底晶体备好。
2)声叉指换能器和直流电极的制作：按照设计好的声叉指换能器3和直流电极7的尺寸，事先统一预制好掩模版，利用光刻工艺同时完成制作。主要工艺包括：镀银、匀胶、曝光、显影、刻蚀、去胶。
3)光波导2制作：按照事先设计好的条型光波导几何尺寸，预制好掩模版，利用离子注入工艺制作光波导2。主要工艺包括：离子注入、退火。
4)粘接光纤：将输入光纤5与输出光纤6的端面磨平后，对准光波导两端的位置，用环氧树脂粘接到基底晶体的两侧。
5)装架与引线：将基底晶片用环氧树脂粘接到胶木板上，同时将光纤固定在与胶木板相连的架子上；用低温烙铁将引线从声叉指换能器3的信号输入端和两个直流电极7焊接到胶木板上的铆钉上；然后将胶木板固定在金属外壳内，并用引线将胶木板上的铆钉与外壳上的电缆插座和接线柱连接起来。
本发明的“表面波光纤声电光调制器”用作光调制器，从结构上对上述表面波声电光相关器做了以下三项改进：将光波导2从覆盖整个基底1的平面形状改为条状，将电叉指换能器4改为一对电极7，同时增加了输入光纤5和输出光纤6。
Claims (1)
1、表面波光纤声电光调制器，主要包括有基底(1)，其特征在于：还包括有条形光波导(2)、一对直流电极(7)，其中，在基底(1)上面用光刻工艺制作声叉指换能器(3)，用离子注入工艺制作与声叉指换能器(3)平行的掩埋型条形光波导(2)，在光波导(2)两端分别连接有输入光纤(5)和输出光纤(6)，在基底(1)上、光波导(2)的两侧用光刻工艺制作一对直流电极(7)。
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