TW201439624A - 電光調製器 - Google Patents

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Hsin-Shun Huang
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Hon Hai Prec Ind Co Ltd
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Abstract

本發明提供一種電光調製器，其包括一基底、一形成於該基底上的平板光波導、一形成於該平板光波導上的介質光柵、一對第一電極、一形成於該基底上的非對稱Y型光波導及一對第二電極。該平板光波導包括一側面及一與該側面相背且與該基底相接的介面，該側面用於接收一沿一中心軸入射的光束。該介質光柵關於該中心軸對稱。該對第一電極設置於該平板光波導上且平行於該中心軸設置於該介質光柵兩側。該非對稱Y型光波導沿該中心軸自該介面相接且延伸出。該對第二電極設置於該基底上且平行於該中心軸設置於該非對稱Y型光波導的一分支兩側。

Description

電光調製器
本發明涉及集成光學，特別涉及一種電光調製器。
在集成光學中，電光調製器(electro-optic modulator)是重要的元件。然而現有的電光調製器只能實現一階調製，無法適用較複雜的兩階調製。
有鑑於此，有必要提供一種可實現兩階調製的電光調製器。
一種電光調製器，其包括：
一基底；
一形成於該基底上的平板光波導，該平板光波導包括一側面及一與該側面相背且與該基底相接的介面，該側面用於接收一沿一中心軸入射的光束；
一形成於該平板光波導上的介質光柵，該介質光柵關於該中心軸對稱；
一對第一電極，該對第一電極設置於該平板光波導上且平行於該中心軸設置於該介質光柵兩側；
一形成於該基底上的非對稱Y型光波導，該非對稱Y型光波導包括一輸入段及自該輸入段分岔出的一第一分支及一第二分支，該輸入段與該介面相接且沿該中心軸延伸；該介質光柵與該平板光波導構成一繞射型光波導透鏡，該對第一電極用於載入一第一調製電壓以通過電光效應改變該平板光波導的折射率從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距；
一對第二電極，該對第二電極設置於該基底上且平行於該中心軸設置於該第二分支的兩側，用於載入一第二調製電壓以通過電光效應改變該第二分支的折射率。
根據集成光學理論，該介質光柵與該平板光波導構成載入型光波導，該平板光波導載入該介質光柵的部分的等效折射率變大。如此，通過合理設置該介質光柵的結構，例如設置成啁啾光柵便可構成一啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡。而該對第一電極可以載入該第一調製電壓從而通過電光效應改變該平板光波導的折射率，從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距。因此該第一調製電壓可以控制該光束會聚入該輸入段的功率大小，例如，當該繞射型光波導透鏡的焦距等於該繞射型光波導透鏡到該輸入段的距離時，該光束幾乎全部會聚入該輸入段，即該光束會聚入該輸入段的功率最大。如此，該第一調製電壓可以實現對該光束的第一階(次)調製。
該第二調製電壓改變該第二分支的折射率使得其中傳輸的光束的相位發生改變，與該第一分支傳輸的光束存在相位差。因此，該第二分支與該第一分支的光束彙聚後將發生干涉，輸出功率取決於相位差。如此，該第二調製電壓可以實現對該光束的第二階(次)調製。
也即是說，該電光調製器可以對該光束實現兩階調製。
10．．．電光調製器
110．．．基底
111．．．頂面
120．．．平板光波導
121．．．側面
122．．．介面
130．．．介質光柵
131．．．介質條
140．．．第一電極
150．．．非對稱Y型光波導
151．．．輸入段
152．．．第一分支
153．．．第二分支
160．．．第二電極
O．．．中心軸
20．．．光束
30．．．電射器
圖1為本發明較佳實施方式的電光調製器的立體示意圖。
圖2為圖1的電光調製器沿直線II-II的剖面示意圖。
圖3為圖1的電光調製器的介質光柵的結構示意圖。
圖4為圖1的電光調製器沿直線IV-IV的剖面示意圖。
請參閱圖1，本發明較佳實施方式的電光調製器10包括一基底110、一平板光波導120、一介質光柵130、一對第一電極140、一非對稱Y型光波導150及一對第二電極160。該平板光波導120形成於該基底110上，並包括一側面121及一與該側面121相背且與該基底110相接的介面122，該側面121用於接收一沿一中心軸O入射的光束20。該介質光柵130形成於該平板光波導120，且該中心軸O對稱。該對第一電極140設置於該平板光波導120上且平行於該中心軸O設置於該介質光柵130兩側。該非對稱Y型光波導150形成於該基底110上，並包括一輸入段151及自該輸入段151分岔出的一第一分支152及一第二分支153，該輸入段151與該介面122相接且沿該中心軸O延伸。該介質光柵130與該平板光波導120構成一繞射型光波導透鏡，該對第一電極140用於載入一第一調製電壓以通過電光效應改變該平板光波導120的折射率從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距。該對第二電極160設置於該基底110上且平行於該中心軸O設置於該第二分支153的兩側，用於載入一第二調製電壓以通過電光效應改變該第二分支153的折射率。
根據集成光學理論，該介質光柵130與該平板光波導120構成載入型光波導，該平板光波導120載入該介質光柵130的部分的等效折射率變大。如此，通過合理設置該介質光柵130的結構，例如設置成啁啾光柵便可構成一啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡。而該對第一電極140可以載入該第一調製電壓從而通過電光效應改變該平板光波導120的折射率，從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距。因此該第一調製電壓可以控制該光束20會聚入該輸入段151的功率大小，例如，當該繞射型光波導透鏡的焦距等於該繞射型光波導透鏡到該輸入段151的距離時，該光束20幾乎全部會聚入該輸入段151，即該光束20會聚入該輸入段151的功率最大。如此，該第一調製電壓可以實現對該光束20的第一階(次)調製。
該第二調製電壓改變該第二分支153的折射率使得其中傳輸的光束的相位元發生改變，與該第一分支152傳輸的光束存在相位差。因此，該第二分支153與該第一分支152的光束彙聚後將發生干涉，輸出功率取決於相位差。如此，該第二調製電壓可以實現對該光束的第二階(次)調製。
也即是說，該電光調製器10可以對該光束20實現兩階調製。
該光束20為一與該側面121對接的雷射器30發出的雷射光束。
該雷射器30採用分散式回饋雷射器(distributed feedback laser, DFB)，其屬於側面發射的半導體雷射器，可以通過晶片焊接(die bond)方式將發光的側面直接焊接到該側面121上，以使該光束20沿該中心軸O入射。當然，該雷射器30也可以採用其他類型鐳射光源，並通過其他方式設置，只要保證其可沿該中心軸O出射該光束20即可。
由於鈮酸鋰()晶體()具有較高的反應速度，因此，該基底110的材料採用鈮酸鋰晶體，以提高該電光調製器10的頻寬。該基底110基本呈矩形，並包括一與該介面122垂直連接的頂面111。
該平板光波導120同樣呈矩形，並通過向該頂面111擴散金屬鈦而形成。如此，在載入該介質光柵130後，該平板光波導120的折射率發生漸變，是產生啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡的有利條件。
在本實施方式中，該介質光柵130為擴散有金屬鈦的鈮酸鋰晶體，並通過自該頂面111向該平板光波導120內蝕刻該平板光波導120得到。在其他實施方式中，該介質光柵130也可以是形成於該頂面111上的高折射率薄膜。
該介質光柵130可以是一啁啾光柵。具體的，該介質光柵130包括多個矩形的、平行設置的介質條131，該多個介質條131平行於該中心軸O設置，且高度基本相同。該多個介質條131的數目為奇數，且沿該中心軸O到遠離該中心軸O的方向，該介質條131的寬度越來越小，而相鄰兩個該介質條131的間隙也越來越小。
請參閱圖2及圖3，本實施方式中，以該介質光柵130的寬度方向(即平行於該頂面111與該側面121的方向)為軸，該中心軸O與軸的相交點為原點，沿該中心軸O到遠離該中心軸O一側的方向為軸正向，以該光束20在處與原點處的相位差為軸，根據平板光波導波動理論可得：
，
其中。
該多個介質條131的第個邊界滿足如下條件：
，
其中，為正整數，(為構成該繞射型光波導透鏡)，及為常數且與該繞射型光波導透鏡的焦距相關。
如此，可推得：
。
而的情況，即該中心軸O另一側的該多個介質條131的邊界可通過對稱性獲得。
該對第一電極140在載入第一調製電壓後產生的極間電場將橫穿該平板光波導120，從而可以改變該平板光波導120的等效折射率，等效地改變啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡的折光能力(即焦距)。該對第一電極140的長度及高度分別等於或大於該介質光柵130的長度及高度。本實施方式中，該對第一電極140的長度及高度大於該介質光柵130的長度及高度。
該非對稱Y型光波導150通過在該頂面111向該基底110上擴散金屬鈦而形成。
請參閱圖4該對第二電極160在載入第二調製電壓後產生的極間電場將橫穿該第二分支153，從而可以改變該第二分支153的等效折射率。該對第二電極160的長度等於或小於該第二分支153的長度。本實施方式中，該對第二電極160的長度等於該第二分支153的長度。
10．．．電光調製器
110．．．基底
111．．．頂面
120．．．平板光波導
121．．．側面
122．．．介面
130．．．介質光柵
131．．．介質條
140．．．第一電極
150．．．非對稱Y型光波導
151．．．輸入段
152．．．第一分支
153．．．第二分支
160．．．第二電極
0．．．中心軸
20．．．光束
30．．．電射器

Claims (9)

  1. 一種電光調製器，其包括：
    一基底；
    一形成於該基底上的平板光波導，該平板光波導包括一側面及一與該側面相背且與該基底相接的介面，該側面用於接收一沿一中心軸入射的光束；
    一形成於該平板光波導上的介質光柵，該介質光柵關於該中心軸對稱；
    一對第一電極，該對第一電極設置於該平板光波導上且平行於該中心軸設置於該介質光柵兩側；
    一形成於該基底上的非對稱Y型光波導，該非對稱Y型光波導包括一輸入段及自該輸入段分岔出的一第一分支及一第二分支，該輸入段與該介面相接且沿該中心軸延伸；該介質光柵與該平板光波導構成一繞射型光波導透鏡，該對第一電極用於載入一第一調製電壓以通過電光效應改變該平板光波導的折射率從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距；
    一對第二電極，該對第二電極設置於該基底上且平行於該中心軸設置於該第二分支的兩側，用於載入一第二調製電壓以通過電光效應改變該第二分支的折射率。
  2. 如權利要求1所述的電光調製器，其中，該基底採用鈮酸鋰晶體製成，並包括一與該介面垂直連接的頂面。
  3. 如權利要求2所述的電光調製器，其中，該平板光波導通過向該頂面擴散金屬鈦而形成。
  4. 如權利要求3所述的電光調製器，其中，該介質光柵為擴散有金屬鈦的鈮酸鋰晶體，並通過自該頂面向該平板光波導內蝕刻該平板光波導得到。
  5. 如權利要求1所述的電光調製器，其中，該介質光柵為啁啾光柵，並包括多個矩形的、平行設置的介質條，該多個介質條平行於該中心軸設置，且高度基本相同；該多個介質條的數目為奇數，且沿該中心軸到遠離該中心軸的方向，該介質條的寬度越來越小，而相鄰兩個該介質條的間隙也越來越小。
  6. 如權利要求5所述的電光調製器，其中，以該介質光柵的寬度方向為軸，該中心軸與軸的相交點為原點，沿該中心軸到遠離該中心軸一側的方向為軸正向，該多個介質條的第個邊界滿足如下條件：
    ；
    為正整數，及為常數且與該繞射型光波導透鏡的焦距相關。
  7. 如權利要求2所述的電光調製器，其中，該非對稱Y型光波導通過在該頂面向該基底上擴散金屬鈦而形成。
  8. 如權利要求1所述的電光調製器，其中，該對第一電極的長度及高度分別等於或大於該介質光柵的長度及高度。
  9. 如請求項1所述的電光調製器，其中，該對第二電極長度等於或小於該第二分支的長度。
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