CN2804802Y - 非共线结构双y波导集成相位调制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非共线结构双Y集成多功能相位调制器，主要由芯片1、光反射器4、输入/输出结构5、光纤6组成；芯片1包括两个Y型结构光波导器件，为平行并列结构：一个用于分束和相位调制器，另一个用作波导保偏光耦合器；芯片1的右端是一个微光学结构的光反射器4；芯片1的左端是输入/输出光纤阵列5，其中V型槽固定有输入/输出光纤6。本实用新型将双Y结构集成在一个芯片上，利用了APE波导的高偏振隔离性实现保偏光耦合器功能，利用分离的反射结构实现较好的空间滤波，比串联的共线双Y结构具有更优性能；同时由于采用专门的微光学技术，使这一结构比采用保偏光纤连接的结构有更低的插入损耗，且制做方法简单，能降低工艺难度，提高成品率。

Description

非共线结构双Y波导集成相位调制器

                        技术领域

本实用新型涉及一种集成多功能相位调制器，具体地说，涉及一种非共线结构双Y波导集成的相位调制器，可实现保偏合波/分波和推挽相位调制功能。此器件是非互易性光纤陀螺中的关键器件之一。

                        背景技术

保偏1×2(Y型)耦合器和波导Y型相位调制器是光纤陀螺中两个重要器件。采用铌酸锂质子交换工艺的全波导双Y型集成多功能相位调制器能将高保偏Y型耦合器和Y型相位调制器做在一个芯片上，结构紧凑，稳定性高，曾被认为是一个很好的器件。

在光纤陀螺中，进入Y型相位调制器的对称模的传导光波在Y分支处等分到之后的两个单模波导中，对于同时进入Y型相位调制器的反对称模必须加以抑制，这是互易性所要求的，直接影响光纤陀螺的精度。然而，在早先提出的共线双Y型集成结构中，作为空间滤波的公共基波导在模式抑制方面不理想。造成这种现象的原因是，在串联结构中，前面的保偏Y型耦合器的合波过程中有反对称模激发，但因合波器输出波导仅支持对称模传输，反对称模将成为泄漏模式，在之后的传输中逐渐耗散掉，由于反对称模传播方向与公共基波导一致，在有限的传输长度内没有完全泄漏到衬底中，导致在第二个Y分支也就是相位调制器的双模区再次激发反对称模，如图1所示。在分离器件结构中，保偏耦合器和波导Y型相位调制器用一定长度的单模保偏光纤连接，单模光纤足够长时能起到很好的空间滤波作用，这是原来的双Y集成结构难以实现的。

但是，实现光纤的保偏1×2耦合器难度较大，这与保偏光纤的保偏机制及其在拉制光纤耦合器过程中受到影响有关。而铌酸锂质子交换光波导具有优良保偏性能，其偏振隔离度能达到50dB以上，也易于实现单模Y型的器件结构。即便前面提到的全波导双Y型集成多功能器件性能不佳，采用单个铌酸锂质子交换波导作为保偏Y型耦合器也是可行的，只要用单模保偏光纤将其与Y型相位调制器相连就可以。然而，这样做导致另一方面的问题，即引入了较大的插入损耗，保守的估计，至少有2dB的插入损耗增加，在光源功率难以提高的情况下，大的损耗是难以接受的；并且，分离部件的增加提高了制作成本，也使整机的稳定性下降。

                        发明内容

本实用新型的目的是，为了解决串联双Y集成相位调制器中部的单模波导空间滤波效果不理想的问题，提供一种非共线结构双Y波导集成相位调制器，该相位调制器将单芯片上的双Y波导器件做成非共线结构，通过采用特殊的微光学技术和混合集成结构，实现具有低插入损耗，高性能和高稳定性的集成化双Y集成耦合器/相位调制器。

本实用新型的目的是这样实现的：

1、在铌酸锂晶体(电极之间X切或电极之下Z切)上通过质子交换方式得到两个并列的光波导Y分支结构，其中一个用来实现保偏分束作用；另一Y分支经制备电极以后，形成推挽工作的两个相位调制器。

2、在并列双Y结构调制器芯片的一端，采用微光学部件串联连接两Y分支器。

3、芯片的另一端，采用V型槽固定的四条光纤完成光信号输入/输出及其与光纤环的连接。

具体地说，如图3所示，本实用新型主要由芯片1、保偏光反射器4、输入/输出光纤阵列5组成；芯片1包括Y型波导保偏耦合器2和Y型波导相位调制器3；相位调制信号通过一组对称电极加在相位调制器3上；芯片1的右端是一个微光学结构的保偏光反射器4；芯片1的左端，是输入/输出光纤阵列5，其V型槽固定有四根输入/输出的保偏光纤6。

本实用新型具有以下优点和积极效果：

①能实现单一器件的保偏耦合-空间滤波-相位调制功能，减少了分离部件，结构紧凑，减小了体积，提高了稳定性。

②由于采用特殊的微光学结构，达到较好的空间滤波效果，且降低了插入损耗。

③由于采用单芯片双Y结构，减少了耦合封装等制做工序，降低了成本。

                        附图说明

图1 串联共线双Y波导中的模激发与传播示意图；

图2a 串联结构的双Y保偏耦合/相位调制器结构示意图；

图2b 保偏光纤连接并联结构的双Y保偏耦合/相位调制器结构示意图；

图3 非共线结构双Y波导集成相位调制器结构示意图；

图4 保偏光反射器结构图；

图5 多保偏光纤输入/输出结构图；

其中：1-芯片；2-Y波导保偏耦合；3-Y波导相位调制器；4-光反射器，4.1-自聚焦透镜；4.2-保偏反射镜；5-输入/输出光纤阵列；6-保偏光纤；

                        具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

具体结构如图3所示，主要由芯片1、保偏光反射器4、输入/输出光纤阵列5组成；芯片1包括Y型波导保偏耦合器2和Y型波导相位调制器3；相位调制信号通过一组对称电极加在相位调制器3上；芯片1的右端是一个微光学结构的保偏光反射器4；芯片1的左端，是输入/输出光纤阵列5，其V型槽固定有四根输入/输出的保偏光纤6。

如图3所示，在X-切Y传铌酸锂上通过质子交换及退火处理工艺方法制做并列的两个单模Y分支器，其中分支器3用作推挽结构的相位调制器，分支器2用作保偏分束器；相位调制器的调制基于铌酸锂特有的电光效应，调制电极分布在光波导两边，电场方向可有效利用最大的电光系数r33。

实现本方案的两个关键之一是良好的空间滤波效果。这里采用一种微光学结构连接两非共线Y波导的单模波导，由于透镜孔径限制，沿保偏耦合器输出方向传播的反对称模仅有极少部分进入透镜，这相当于一次空间滤波作用；而在反射到Y波导相位调制器时，由于反对称模的模场与单模波导模场不匹配，耦合效率很低，在一定长度的单模波导中传输一段距离，相当于二次空间滤波作用，因此，本方案采用的结构比共线的串联双Y型结构能更好地抑制反对称模，提高器件的性能，从而提高光纤陀螺的精度。

另一关键是，降低插入损耗。这里采用的微光学结构与目前商用的密集波分复用DWDM器件结构相似，具有实现低插入损耗的潜力，插入损耗可小于1dB，大大优于采用保偏光纤连接的性能。

为保证器件的高质量，此微光学结构的反射面应具有高保偏特性，对于以TE模传输的X切波导器件或以TM模传输的Z切波导器件来讲，应分别选择一特殊的膜系实现高保偏和高反射率。采用简单的功率监控方法实现微光学结构偏振取向与波导极化取向的一致，这种耦合方式也比采用保偏光纤的调节更简单易行。

在波导芯片的另一端，采用一个极化取向一致的保偏光纤阵列实现光信号的输入和输出。应当强调的是，保偏光纤阵列中极化取向一致性要求最高的是连接Y型相位调制器与光纤环路的两根保偏光纤，在保偏光纤阵列制作中必须保证此两根保偏光纤极化取向的高度一致性；其次是连接保偏Y型耦合器与光源的保偏光纤；连接保偏Y型耦合器与探测器的一根光纤，原则上可不用保偏纤。

器件的外封装形式为单端结构，即输入/输出光纤在封装盒的同一端，如图5所示。

Claims (4)

1、一种非共线结构双Y波导集成相位调制器，主要由芯片(1)、光反射器(4)、输入/输出结构(5)、光纤(6)组成，其特征在于：芯片(1)包括两个Y型结构光波导器件，为平行并列结构：一个用于分束和相位调制器，另一个用作波导保偏光耦合器；芯片(1)的右端是一个微光学结构的光反射器(4)；芯片(1)的左端是输入/输出光纤阵列(5)，其中V型槽固定有输入/输出光纤(6)。

2、根据权利要求1所述的集成相位调制器，其特征在于：所述的光反射器(4)由一个自聚焦透镜和反射镜构成，反射镜面具有高保偏特性且偏振取向与波导极化取向的一致。

3、根据权利要求1所述的集成相位调制器，其特征在于：所述的输入/输出光纤阵列(5)为保偏光纤阵列。

4、根据权利要求1所述的集成相位调制器，其特征在于：外封装为一种单端结构，也就是输入/输出光纤在封装盒的同一端。

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