TW561715B

TW561715B - Highly linear electro-optic delay generator for all-optical pulse-position modulation

Info

Publication number: TW561715B
Application number: TW091110902A
Authority: TW
Inventors: Stanislav I Ionov
Original assignee: Hrl Lab Llc
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-11-11
Also published as: US6600844B2; US20030025986A1; WO2003003105A1

Description

561715 五、發明說明（1) 發明領域： μΠϊ有關於光通錢，且特別有關於光學脈波流之调變。尤其，該脈波流之調變可藉由應用控制波流中之光學脈波來獲得。殊y m 發明背景：許多衛星和陸上光通信系統需要類比光學信號之傳輸。傳送類比光學信號的明確方法為調變光載^ ς振幅。然而，此方法會因微弱的信號雜音比（signal-tQ_nQise ratio，SNR)而受損。頗為習知的是，利用高於折射波形帶寬的多頻率調變技術可改善SNR，且超過用振幅調變達到的改·善。脈波位置調變（Pulse Positi〇rl M〇duUtic)n， PPM)係這些技術中之一。在ppm中，光學脈波流取樣一類比信號。每個光學脈波脈波位置的暫時轉移代表折射波形的一個例子。因此，每個脈波的暫時位置會從其未調變位置轉移，並與類比信號的振幅成比例。SNR的改善接近一調幅信號上脈波位置調變信號的Nycjui st取樣頻率，如下所示： SNRppM 〇〇 SNRAM(tp/ r )2 等式1 其中tp為介於未調變脈波間的暫時空隙，而τ分別為每個脈波的脈波期間。因此，由於SNR表現隨著調變脈波流内之脈波，寬度減小而改善，用於PPM之光學脈波應屬於短暫期間。短如〇. 3 微微秒的脈波寬度可合於PPM光通信系統之需要。然而，

1012-4883-PF(N);ahddub.ptd 第6頁 561715 五、發明說明（2) 該技術中另一頗為習知的是，如果在脈波對脈波偏壓上，該光學脈波的外形變化或脈波振幅變化，PPM之成果將受損。脈波雷射的波模鎖對於生產等距的極短相同脈波，係一項成熟的技術。如果PPM通信系統生產的等距脈波能在不失真之情況下調變，使用該系統中之波模鎖雷射將是有益的。此外，該P P Μ系統應能以廣大帶寬支持類比信號的調變與傳輸。具代表性地，Δί=1—10GHz及更高的帶寬對於衛星内通信是有利的。由於脈波重複頻率（pU 1 se

repetition frequencies，PRF) l/tp >2 Δί 對於取樣一帶寬為Δί的信號是需要的，具有超過十億赫茲pRF的一系列微微秒脈波應用來實現PPM的優點。例:如，一光學衛星内鏈鎖設計來傳送帶寬Af = 2〇GHz的波形，並需要一PRF —1/ΐρ^2Δί—40GHz的取樣率。在40GHz之取樣率和1微微秒期間之光學脈波，通過相同光學功率的.調幅（AM)系統貫現了30分貝（dB)增益。

光通信之PPM完成需要一機械裝置，以調變一脈波流内極短光學脈波間之延遲，而不調變脈波的外形或脈波^ 脈波之振巾曰。一半導體雷射的直接調變將適 =2=間之延遲。然而，直接調變的“二所生產之較長脈波，们可引出振幅調變或個別；門：：+導體雷射的直接調變- 飞1固別時間轉移脈波的脈波改造，進一 $

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限制表現。極短波之延遲部。也就光學脈波來達成，是說，使適當取樣傳送類遲，並進學脈波之明電光活由適用電時電壓之一個調變大的電壓料時所遇一步傳送脈波位置性材料的壓來可控電光活性器需要一來調變材到的延遲其中該用調變比信號該延遲調變器平行厚制地改材料時不適宜料的折位置調延遲位器能接所需之脈波。的例子板。電變，以，被可之大量射率，變也能於等距收一光速度下習知技包括一光活性致每個控制地電功率並從而光學脈學脈波脈波對術中，光延遲材料的脈波在延遲。，因為調變脈用脈波對脈波源頭之外流，改變在脈波之延一個用於光線’例如透折射率能藉經過依據瞬然而，如此需要以相對波經過該材脈波位置光學調變器的另一個例子，電料的使用，公開於美國專利編號U.S. Patent No.)材 3, 961，841，並於西元1976年6月8日發行給Giordmaine。 Gwrdmaine公開一用於光學脈波位置調變之裝置，包與電光稜鏡和透鏡結合之繞射光柵。該繞射光栅將-入射光脈波切成頻率分力，而該透鏡將該分力導入稜鏡中。鏡提供之折射率改變—但由繞射光柵重建，會引起頻率= 力中之周相轉移，以及因而在光學脈波中之時間轉移。 G i o^dma i ne公開之裝置提供了短如1微微秒之調變光脈波 f能。然而’最大可控制延遲限於3微微秒脈波之少許微 U 以及對較短脈波之進一步減少。同樣地，例如繞射

561715 五、發明說明（4) 光栅、透鏡及稜鏡等光學元件的多樣性增加了此裝置的複雜性和製造成本。用於延遲光學脈波的裝置公開於美國專利編號5，7 5 i， 466 ’並於西元1998年5月'12日發行給Dowi ing et al ·，如第1、圖所示。0〇^1丨1^公開一個光帶隙結構，包括寬度為(1 之複數電池18A至18N，且折射率會變化於其中。該折射率變化可使，個電池包括具兩個不同折射率^和％的兩材料層。如果每個電池内兩層的寬度為λ / _和λ / 4n2，其中；I為延遲光學脈波的自由空間波長，並創造出一分布布拉格反射器結構。依據D〇wl ing，光帶隙結構及/或其折射率中層之厚度及/或數量被選來產生一結構，該結構有傳輸諧振1心頻率及帶寬，並相當於延遲光學脈波的頻率及帶寬。藉由配合傳輸諧振於該光學脈波，將可控制延遲分給光學脈波，但不會顯著地變更該光學信號。 D〇wl ing公開的裝置需要裝置中每層的厚度接近於入射光學脈波的1/2波長，以形成光帶隙結構。藉由傳輸通過該結構而分授於光學信號上的延遲將取決於層内之層數和=射率。該結構可當作是實質上增加的導波管長度，因而提供了所需的延遲。例如，D〇wl ing公開了一個光結構的模擬，有7微半i 廿妈征 μ、屈雄米社構之光與：：/ 4於通過110微、、口構之光予信唬，或約〇 · 4微微秒之延遲。由於來自單二？對較小，D〇wiing透露該結構能·成功地 ΐ二：：以提供額外的延遲。當然，這會增加整個裝置的尺寸。 1012-4883-PF(N)；ahddub.ptd 第9頁

561715 五、發明說明（5)

Dowl ing也透露改-贫妹隙結構所提供之延遲。办成"的q之折射率能改變光帶料層中之至少_屏 ^成的方法為裝配來自電光活性材 K增r i主v 層。適用的電壓將桩鍫并作a丄十至該電壓適用為止。第丨H _ -將接者改變層中之折射率毛η 1 · ^ ν 第1圖顯不一電壓媒介15，運用電壓至Dowlmg所公開裝置内之一延用改變該延遲，因而提供脈波位置^夕層：改變該電壓將然而，由於光帶隙結構提供之m斤f的可控制延遲。電光改變折射率而提供之延遲二u果：之一部份，通常為〇.1%或更少。=將二^對較小延遲連、，、，、口構來克服，並在整個結構中有相當的搿加。光傳輸媒介能被配置來反射在特定波長^ 格光栅”戈「分布布拉格反射性變化來提供。變化之模型運作如擇j射：。分布布拉格反射器之反射達到其最 λ滿足布拉格（Bragg)條件時·· 、/長 /8 ( λ) = π / Α 等式 2 其中，/5(几）為在特定波長的波數，而八為格反射器的調變週期。 ~f f拉「線性調頻脈波」分布布拉格反射器由折期變化提供於光媒介。在線性調頻脈波分布布拉 (chirped distributed Bragg reflector C-DBR) ψ 射率變化之週期不固定，但反而沿著C_DBR之傳，折預定方式改變。該C-DBR之傳播軸指示光媒介中：^= 1012-4883-PF(N);ahddub.ptd 第10頁 561715

五、發明說明（6) 方向。折射率之特減少，如同沿著傳性線性調頻脈波分的線性線性調頻脈能。定準週期變化為折播軸之位置的大致布布拉格反射器。波變化，如同沿著射率變化週期增加或線性功能，導致一線第3圖顯示一折射率n 傳播軸之位置z的功以線性調頻脈波分布布拉格及鼾光延遲產生器公開於未定的美= =為基礎的電〇„ 632，「用於光學信號之電光延遲產生的方法置（Method and Apparatus f0r Electr〇_〇ptic DeU;

Generation of 0ptical Signals)」，申請於西元2〇〇〇年4月7日，並在此併入參考。一延遲產生器2〇〇以電光活 ί*生導波官1 20中之C-DBR結構為基礎，如第2圖所示。導波管120内電光活性層107的折射率由一電場控制，而該電場由配置在層107兩邊的電極1〇5、1〇6產生。在此延遲產生器20 0中，光學脈波31a被導入導波管12〇，接著被導波管 120内之C-DBR結構反射，然後被導離該導波管12〇，如延遲光學脈波3 1 b。因此，該光學脈波因來回傳送時間而延遲’並經由導波管120内脈波之傳播至C-DBr反射點（如第 2圖中參考數1〇8所指示），以及自C —DBR反射點1〇8之脈波傳播離開導波管120。藉著使用電光效果改變導波管12〇内之折射率，轉移C-DBR反射點108能控制光學脈波之延遲。該電光效果因該電場而產生，其中該電場產生於兩電極 105、106間，並連接至一電壓產生器1〇9。第2圖所不之延遲產生裔200能讓大量的（面達iq微微

1012-4883-PF(N);ahddub.ptd 第11頁 561715 五、發明說明（7) 秒）暫時轉移於光學脈波中。該C — DBR結構可藉由上鈦塗料於氧化鈮链（lithium niobate)而容易地製造。然而， L遲產生器200之帶寬在光學脈波的來回傳播期間，被適用於偏壓Vbias之恆定調變場的使用所限制。也就是說，應用特定延遲於特定光學脈波的偏壓直到光學脈波進入並離開導波管後才能改變。這限制了延遲產生器的帶寬，如第 2圖所不’有！公分至少許十億赫茲（Gigahertz)長。第2圖所示和以上所述之延遲產生器2〇〇的帶寬可藉由將電極轉為一配合的RF傳輸線來增加，其中該調變場以與

電光活性層中之光學脈波相同的速度來傳播。因此，向前，，之光學脈波總是歷經應用適當延遲於該脈波之恆定調變=°因為該調變場追蹤該向前傳播脈波，在脈波離開導波管之前，不需要減緩電場之改變。然而，該反射脈波歷經了對所需延遲不適當的電場，導致不必要的光學脈波轉移及脈波擴大。數值形式被用來決定此效果的強度。該模型之產生是以傳播於1公分長氧化銳裡（lithium ni〇bate)製裝置中之 1微微秒光學脈波為基礎。適用的偏壓相當於6微微秒所需

之暫時轉移。我們發現該主要效果是所需周相轉移中不必要的改變’反之’脈波擴大就相對地不重要。不必要的暫時轉移強度相對調變頻率顯示於第4圖。此種不必要的暫 f ^移曲解了折射波形，且因此減少了任何脈波位置調變系統的傳真度，其中該系統併入此種用配合RF傳輸線作為電極之延遲產生器。：

561715 五、發明說明（8) " " --- 、因此，在此技術中對於光學信號延遲產生器存在/需求，提供處理光學信號之較廣帶寬，且不會引起不必要的脈波轉移或脈波擴大。發明概述：如前所述，本發明之目的是為了提供可控制延遲給光學信號而提供設備和方法。、本發明之另一目的是提供延遲產生，該延遲產生砰通過一廣闊帶寬改變應用於個別光學信號的可控制延遲。本發明更進一步之目的是提供廣闊帶寬延遽產生，且不會引起不=要的暫時光學信號轉移或光學信號之擴大。這些及其他目的藉由耦合光學信號至一光學結構來提供，其中該光學結構包括一第一電光活性導波管和一配置 =鄰近，一導波官的第二導波管。線性調頻脈波分布布拉 ^射裔結，形.成於第一導波管内。該線性調頻脈波分布格反射器將反射光學信號至該鄰近導波管，於一個以光學信號導波管和反射器結構線性調頻脈波為基礎之反射 =。C-DBR中之諸振條件使反射不能發生回相同導波管 =更確切地，㈣振形成反射波束於該鄰近導管中。一電场穿過第一導波管而姑、富田 -XV. &而破運用。遠電場強度之改變引起電光活性材料之折射率改忾 ^ ^ * · c U 1/外耵手改變，並轉移了光學信號之反射點。兮笛-道、* :: : f 先學唬之延遲量轉#。因此，一導波官產生耦合至第一導波管之光學信號的延遲形式0

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该第二導波管最好配置為使無電場通過或從非電光活性材料裝配，以致電場強度之改變只影響第一導波管内之 f射率。同樣較佳地，藉一對電極將電場用於第一導波吕，以使電光活性材料位在電極間，且該電極投射於與一導波管内光學信號傳播方向相同的方向。該電極最&配置以便於形成一配合的RF傳輸線，其中適用於該傳輪線之 RF信號的集體速度大約等於第一導波管内光學信號的集 1¾ JS 。依據本發明之實施例，延產生裔提供’該光延遲產生器一的’包括電光活性材料，該光學信號傳播在該導波管内，方向；一線性調頻脈波分布布第一導波管内，該線性調頻脈一個大體上平行於該縱軸的傳一大體上相反於該傳播方向的置鄰近且大體上平行於該第一被諧振耦合至該第一光導波管脈波分布布拉格反射器結構反配置於該導波管層上方；一接上且位於前述第二光導波管上於刖述絕緣層上並定位，以使電極與該信號電極之間和下方接地電極。遲光學信號的裝置由光延遲包括：一導波管層，包括：第一導波管有一縱軸，其中於一大體上平行於該縱軸的拉格反射器結構，形成於該波分布布拉格反射器結構有播方向，並反射光學信號於方向；一第二光導波管，配光導波管，該第二光導波管 ’以接收藉由前述線性調頻射的光举信號；一絕緣層，地電極’配置於前述絕緣層方，以及一信號電極，配置該第一導波管設置於該接地 ’而該信號電極電絕緣於該

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五、發明說明（ίο) 依驟提供管，該頻脈波拉格反供反射變該電耦合該耦合於述第二分布布拉射器結構光學信號光活性材延遲光學信括電光活性於該電光活構，而該線號於該結構場穿過前述，以便改變導波管，而及引導該反光學信號。據本發明之實施例， ••耦合光學信號至包第一導波管有一形成格反射器結反射光學信 ’應用'一電料之折射率反射光學信號至第二前述第一導波管；以導波管，以提供延遲材料的第— 性材料内的性調頻脈波内的反射點第一導波管該反射點的該第二導波射光學信號線性調分布布，以提 ’來改 4立置；管諧振離開前本發明之實施例藉由將等距的光學脈波流導入依據發明的光延遲產生器，來提供脈波位置調變光學信號。本用於該延遲產生器的電控制信號促使每個光學脈波得到f 個與該控制信號成比例的延遲。該延遲光學脈波接著被^ 導離開該光學延遲產生器。該延遲光脈波，偕同減少的不必要脈波轉移或脈波擴大，代表位於該控制信號調變的光學脈波。 '式較佳實施例的詳細說明：本發明現將伴隨相關圖示詳細說明於下，其中顯示本發明的較佳實施.例。此發明可以許多不同形式具體化，且不應限制於在此的實施例。在圖中，層和部位的厚度為清楚表示而放大。依據本發明之較佳實施例，電光延遲產生器5 〇〇顯示

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二：：上剖面圖。電光延遲產生器之平面圖顯示於第器50 0包括兩個耗合導波管、520。在 =佳貫施例中’導波f51G、52G發展於包含如氧化錢 tHllT〇ni〇bate)等電光活性材料的晶圓530上。該導波了 51〇、520可藉由放置鈦於氧化銳鐘（Uthium niQbate) 曰曰圓530上來組裝，透過製作於感光耐蝕膜上的照相印刷屏框，結果產生感光耐蝕膜的升舉以及高溫爐中剩餘鈦的散佈。該技術中所習知的其他光學元件建築技術也可，用。兩個導波管510、520對於導波管内傳送的光學信號，最好有不同的傳播速度（即波數）。導波管5i〇、g2〇的不同波數可藉由製作不同寬度的導波管來達成，如中所習知。一一導波管520為了包含C-DBR結構522而建邊，如第6圖所不。該C-DBR結構522可藉幾種不同技術之一来創造。這些技術包括了（ 1)放置額外的鈦透過升舉及烘熱後之準周期性照相平版印刷屏框；（2)使用e束平版印刷術取代照相平版印刷術；或者（3 )用離子銑或雷射燒蝕製造準週期性波紋於導波管之表面上。如以上所論述，C-DBR結構522產生於光學媒介内折射率的變化，如同光學媒介内距離的功能。一折射率的較變化如下所示： n(z) =n〇〔 1 + 2h0cos〔 2 ττ ζ/ Λ〇 ( 1 +Cz )〕·〕等式3 、對於一L/2 SL/2，其中nQ為塗料部位内的平均折

561715 五、發明說明（12) 射率，hG為一折射率調變的振幅，Ag為一中心調變週期， C為一線性調頻脈波參數，以及L為C_DBR結構的總長度。在上塗料之氧化銳鐘（Hthium niobate)中，n。〜2.2。注意折射率的其他變化也可用來形成C-DBR結構。導波管510、520被可穿透材料540的絕緣層所覆蓋；該可穿透材料如氧化矽，從位於導波管5丨〇、5 2 〇上方的電極531、532分離導波管51〇、52〇。絕緣層阻止導波管 510、520内傳送之光學信號的光場到達該電極，這是為避免不必要的光學遺失所必須。該絕緣層最好厚於〇 · $ #爪，但薄於少許微米以達到最大電光效果。介於電極531、532 間的電壓差異將產生介於兩電極531、532間的電場535。電極531、532投射於一方向，大體土平行於導波管 510、520之方向。電極531、532最好置於適當位置，以使電場強度穿過包含C-DBR結構522的導波管520，增至最大而超過C-DBR結構522的長度，而電場強度穿過另一導波管 5 1 0時被減至最小。因此，導波管5丨〇可視為非電光活性，而另一導波管5°20為電光活性。一個較佳的組態為使用氧化鈮鋰（lithium niobate)之X切割，因此需要一穿過電光 -活性導波管5 2 0之水平電場，以達最大的電光效果。在第 5A圖中，顯示電光活性導波管520位於接地電極S3〗與信號電極5 32之間及下方。非電光活性導波管51〇位於接地電才^ 5 3 1下方，該接地電極作為電屏蔽，並將透過非電光活性導波官5 1 0之電場變化減至最小。亦可使用其他氧化銳鐘 (lithium niobate)之切割及其他電極配置。

561715 五、發明說明（13)

較佳地，接地電極531與信號電極532形成一評傳輸線，其中RF ^號傳播大體上平行於電光活性導波管5 2 〇内光傳播之方向。亦為較佳地，傳輸線中的集體速度大約等於電光活性導波管520中光學信號的集體速度。速度匹配可藉由控制電極531、532的寬度，電極531、532的分離，以及/或者藉由改變隔離層540的寬度來達成。用於提供速度匹配的方法敘述於Κ· C· Gupta、R· Gvg、〗· BahbX 及P. Bartia ， Microstrip Lines and Slotlines ，第二版，Artech House ， 1996 。第6圖依據本發明顯示一延遲產生器之操作。一入射的光學脈波501被導入電光活性導波管52〇。該入射的光學脈波501將行於第一導波管520内，直至遇到C-DBR反射點為止。光學脈波5 0 1將接著被反射。光學脈波之反射沿著標示5 2 2的線描繪於第6圖中。然而，與其向後傳播通過電光活性導波管520，C-DBR結構522之中心週期不如提供諧振麵合於電光活性導波管5 2 0中之向前傳播光場與非電光活性導波管5 1 0中之向後傳播光場間。因此，向後行之光學脈波將行經該非電光活性導波管510。由於C-DBR結構 5 2 2並非一理想的反射器，入射光學脈波5 〇 1能暈之一部份將持續行經該電光活性導波管520，並以光學遺失50 3輸出。第5B圖顯示一導波管510、520與電極531、532的延伸圖。第5 B圖也描繪了被導波管5 1 0、5 2 0支應的光波模 561、562。將導波管510、520放在互相平行且靠在一起的

1012-4883-PF(N);ahddub.ptd 第18頁 561715 五、發明說明（14) 位置’讓光波模5 6 1 ' 5 6 2稍；^會爲，丄4田一 , 明u董逢如重疊部位5 6 3所示。光學波模561、562之重最接批批4£ 士 <里逢徒供谐振耦合於導波營 5 1 0、5 2 0間’並讓反射脈波從雷并、壬久攸电尤居性導波瞢5 2 0耦会$ 非電光活性導波管510。 & 口至 C-DBR結構的有效諧振耦合強度大約如·· S =k〇Leff 等式4 其中k〇為一輕合常數，介於笛 ^ , 城冰略^ ^ ^ ;丨於第導波管之向前傳播波模與第二導波管之向後傳播古槿問七^ er 得權渡褀間而Leff AC-DBR結構的有效長度。该C-DBR結構的有效長度表示如下：

Leff =k〇 A〇/ 7TC 等式5 ，中Λ。為C-DBR的中心調變週期，而c為一線性調頻脈波參數。波模搞合常數藉使用弱導波模之近似值和高斯 (Gaussian)波模結構概略地估計，且可呀瞀士下· yd/;…心〜"一… 其中ef’b分別為〔導波f中向前和向後傳播波模的電場，而hQ為電光活性導波管中C_DBR結構的折射率調變振幅。我們進一步假設二導波管之圓柱式對稱高斯 (Gaussian)波模丄限定耦合強度的評估準確性於該強度等級。一導波管中向斯（Gaussian)波模之電場為· ef，b (X，y ) =c〇nst x exp〔〜“2 等式7 0

561715 五、發明說明（15) 其中 r〇 = P / (V -1 ) 1/2 等式 8 而P為導波管的半徑（一半寬度），以及¥為導波管的電壓數。由於該估計值只對一種強度等級有效，二導波管寬度上之任何差異可被忽略。該導波管的電壓數計算如下： V =2 7Γ pn (2 △ ) 1/2/ λ〇等式9 其中△為上塗料與未上塗料氧化鈮鋰（i i thium niobate)的折射率之差〇將等式7代入等式6，該耦合常數為·· k〇 = ( 7Γ / 八0 ) h0 exp〔 -d2 ( V - 1 ) / 2 p2〕等式10 其中d為導波管間之距離。因此，該有效耦合強度接近： S =kQ2 Λ〆 7Γ C 等式11 C-DBR結構中上述反射點的位置（以及因而該脈波延遲）會經由電光活性導波管520中之電光效果而被控制，並產生於兩電極531、532適用之橫向電場。由於該返回的光學脈波傳播於非電光活性第二導波管51〇中，並不會被穿過電光活性導波管5 2 0之向前傳播電場影響。因此，可避免不必要脈波延遲及脈波擴大的前述不必要曲解，並完全保存該C - D B R結構中合宜的延遲特性。介於第一導波管中向前傳播光場與第二導波管中向後傳播光場間之諧振耦合可藉由滿足下列光學脈·波中心波長

1012-4883-PF(N);ahddub.ptd 第 20 頁 561715 五、發明說明（16) 之布拉格（Bragg)條件來達成· kl+k2=27r/ Λ〇等式 12 /、中h # k2為光學脈波心，第一和第二導波營，品Λ 刀乃』得播於而八。為線性調頻脈波DBR之中心调期。該波數可大致計算為： k1>2 =2 ^η1ί2/ λ〇等式 13 其中h和分別為第—和第二導波管之有效折射而又〇為光學脈波之中心波長。如果兩個導波管皆組裝於氧化鈮鋰（nthi⑽ niobate)上’其折射率通常為& 2%2·2。如果該光學脈 ;在^準電#波長；lQ与1 · 5微米（# m)時，該線性調頻脈波DBR之中心週期為八〇— 入〇/ (r^+ng)与〇.36/zm 等式 14 該分布布拉格反射器的所需線性調頻脈洗可計算如下。如下列Pol ad i an標記，該所需之線性調頻脈波可從「失調」因子計算出，而非波長。失調是指在布拉格 (Bragg)光柵内之特定波長和特定距離時，布拉袼諧振的偏差。對於光學信號之特定波長λ，線性調頻脈波光栅中之失調（5隨著長度而線性改變，如以下所示· 6 -〔ki( A) +k2(入）〕/2 - 7τ / Λ〇-2 疋〇7/”八等式15 0 其中C為線性調頻脈波參數。第7圖顯示一線性調頻脈波d B R結構的帶隙圖，其中失調5對應於Z而標繪出。粗線701表示沿著線性調頻脈波

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1012-4883-PF(N);ahddub.ptd 第22頁 561715 五、發明說明（18)

hal f-maximum )光譜寬度代表性地表示為3人圓。3 fwHM 的光譜寬度應足以覆蓋高斯光學脈波的大部分光譜。因此’反射咼斯脈波的C-DBR結構應能容納光譜寬度△又=3 (5 λ FWHM。該光學脈波的中心波長可由下列等式求得：入〇 =八〇 (Πι +n2 ) 等式22 因△ λ =3 5 λ_ 且 λ〇 = Λ0 (Πι +n2 ) ，C-DBR 結構所需之線性调頻脈波可如以下所示計算出： 3 占入™μ = Λ〇 (h +η2 ) CL = A〇CL C =3 5 ^fwhm/ A〇L 等式23 1微微秒期間的高斯光學脈波（全寬半最大，FWHM ) 有一光4寬度（5 AFWHM =3. 55奈米（nm) (FWHM )。因此，對於有一FWHM光谱寬度<5又_ =3. 55奈米的脈波，該C-DBR 結構應容納-光譜寬度△又％3 ,、与1〇奈米。對於占入_=3.55奈米，λ〇= 1 550奈米，以及l=i公分（cm)，線性調頻脈波參數G〜7G微米"（W)。如等式23所示，較長的C:DBR結構需要相對較小的線性調頻脈波。咼斯光學脈波的有效搞合％ M u J令双祸σ強度可從等式10、11和23計算出，如以下所示： τ C ^ h〇2 L (n! + n2) /3^ ί >s r / 1W 等式24 ^fwhm ] exp ( -d2 (V - 1 )/ p 其中d為導波管間之距離。假設△ = 5 x 1 〇_3，p = 2 微米（及λ = 1. 5 5微米，我們可得到v 米’ p = 3微米，及hn = 1 〇-3 S = 2) # m) ，ιη 与 n2 与 2. 2，以 1 · 7 8。對於 d = 1 · 5 微 ’我們可得S = 3. 6 X 10_6 1/ 5

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561715 五、發明說明（19) λΡ酬。對於L = 1公分，及6又削M = 3奈米，該耦合強度s $1·2，意味著一合理強度，即exp(〜s)与，耦合於電光活性導波管中之向前傳播光場與非電光活性導波管中之向後傳播光場間。較長的C-DBR結構可能有更強的耦合。線性調頻脈波光柵引出的集體延遲大約為·· td = (iij +n2 ) z/c 等式25 其中c為光速。等式25說明了集體延遲可由改變導波管的有效折射率而改變，例如，由於導波管中之電光效果，如以下等式26所示： ’ dtd = ( (Πι +η2 ) L/3 5 Afwhm ] ( Λ /c) dn 笙依據等式23，使用CA0=35又FWHM / l。例如，如以下所示，C-DBR結構的長度和線性調頻波可選來提供某期間中光學脈波的特定延遲範圍。我知氧化鈮鋰（lithium niobate)折射率中之電光改變 Π 下列等式27得之： Φ =r33 Πι3 d Εζ 等式27 其中電光係數r33 = 3 0·8χ 10-12 m/v。假設一個3微寬之導波管和5伏特適用電壓，折射變化為=4·5χ ’、 \〇4, I對骑於L=1公分及5 λ_=3·55奈米（1微微秒脈波 )，集-延遲之變化dtd与2ps。如果需要較大的延遲，可使用有相對較小線性調頻脈波的較長。一_結構。例如，以適用於長度L = 3公分及線性調頻脈波因子c = 23微米1 ( // m 1 )結構的相同電壓，可得到6 p s延遲。：

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五、發明說明（20) 習知技術中，在5〇 GHz或其以上時運作的快速變器，有5公分及更長的長度，ϋ以上鈦塗料技先调造。1公分長的電光調變器在該技術中頗為習知。因此，製上述之本發明實施例可用該技術中頗為習知的技巧來’ 造0 從前面的敘述，可明顯一些優點，有些已在之前敘的發明實施例中固有的。同給文中所述的電光延遲產生教授。照這樣，除了如附加明並不限於所述之實施例。看出專精於該技術之本述過，而其他優點是文;有 ΐ地曰我們將了解能製作調· 裔，且不離開文中所述主欠的申晴專利範圍所需外 1之本發

1012-4883-PF(N);ahddub.ptd 第25頁 561715 圖式簡單說明第1圖（習知技術）係顯示用於延遲光學脈波的光帶隙結構。第2圖係顯示一光延遲產生器，包括一個在電光活性材料層之相對面有兩個電極的導波管，且該電光活性材料有一線性調頻脈波分布布拉格反射器結構。第3圖係顯示一線性調頻脈波分布布拉格反射器折射率的代表性變化圖。 ^ 第4圖係顯示當第2圖中所示延遲產生器之電極配 RF傳輸線時發生的暫時轉移誤差。 1如第5A圖係顯不一依據本發明實施例的光延遲結構圖。 °」面第5 B圖係顯示第5 A圖中所示導波管與電極的以及導波管中光波模的輕合。甲圖第Θ圖係顯示第5A圖中所示延遲產生器的平面第7圖係顯示用於線性調頻脈波分布布拉袼鉍三帶隙圖。射器的符號說明： 3 la〜光學脈波； 3 lb〜延遲光學脈波； 105、106〜電極； 107〜電光活性層； 108〜反射點； 109〜電壓產生器； 120〜導波管， 200〜延遲產生器； 5〇0〜電光延遲產生器；5〇1、5〇2〜光學脈波；. 503〜光學遺失； 510、520〜導波管；

561715 圖式簡單說明 522〜C-DBR結構； 530〜氧化銳鐘（lithium niobate)晶圓； 5 3 1〜接地電極； 5 3 2〜信號電極； 535〜電場； 540〜隔離層； 561、562〜光學波模；702〜帶隙。

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Claims

561715 六、申請專利範圍 1 · ~種光延遲產生器，包括·· 有-縱“，d二2:光活性材料，該第-導波管體上平行該縱軸的；r於該第-導波管内，於-大 -導波^ π:::分布布拉袼反射器結構，形成於該第個大體上平行於該縱軸的傳播；：u反射器結構有-大體亡相反於該傳播方向，並反射光學信號於- 邊；帛L長電極’酉己置於鄰近該第-光導波管的第一參邊，复電ί，配置於鄰近該第一光導波管的第二 -穿過前i =該電極與該第二電極間的電壓，產生該電場有调頻脈波分布布拉格反射器結構的電場，寬二^一垂直於該傳播方向的方向；以及導波管；ΐ導波管，酉己置鄰近且大體上平行於該第-光以接收藉；述譜振耦合至該第-光導波管，光學信號。、、束11凋頻脈波分布布拉格反射器結構反射的兮笛2二11凊專利範圍第1項所述的光延遲產生器，其中泫第二導波管包括非電光活性材料。 #楚3二如申？專利範圍第1項所述的光延遲產生器，其中二；& "I導波管包括電光活性材料，且該第二延長電極包括二，地電極’其中該第二延長電極大體上配置於該第二導波管上方。

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六、申請專利範圍节〃4·如申請專利範圍第1項所述的光延遲產生器，其中第電極和，該第一電極形成一射頻傳輸線，該射頻傳 :線有一傳播方向，大體上平行於第一光導波管中光學传就的傳播方向。 " ▲ •如申請專利範圍第1項所述的光延遲產生器，其中導波苔組裝於一氧化銳鋰（Hthium niobate)晶圓上。兮道6· ΐ申請專利範圍第5項所述的光延遲產生器，其中 =，管藉由放置鈦於該氧化鈮鋰（Hthium ni〇bat 回上來組裝。 7·如申請專利範圍第5項所述的光延豆 f如UhiumniQbate)w包括氧化鈮鐘’、中 Ulthlum niobate)之X 切割。 8·如申請專利範圍第丨項所述的光 X-L· _ 入… … 尸/T述的无延遲產生器，進一 ^ "於該導波管與該電極間的絕緣層。該絕緣第8項所述的光延遲產生器，其+ 該絕:層如厚VII:;圍第8項所述的光延遲射頻號如以申-凊隼專體:範/值第擁4項所述的光延遲產生器’其上等於前述第2 = !;;該傳輸線中，而該速度大， 12. 如申_ it波官中该光學信號傳播的集體速度該第-光導波;專: 13. 如申妹奎第一先導波官有不同的波數。 • ^利範圍第1項所述的光.延遲產生器，其 561715 六、申請專利範圍 _________ 線性調頻脈波分布布拉格反射器結構内性調頻脈波分布布拉格反射器結構内之折射率n隨著線依據下列等式：位置ζ而變化，並 η(ζ)=η〇 (l+2h〇cos (2^ζ/λο (j 其中nQ為一線性調頻脈波分布布拉+ Cz )〕〕平均折射率，hQ為一折射率調變的振幅f，射器結構内的週期，以及C為一線性調頻脈波參數。、為一中心調變 14· 一種用於延遲光學信號的方法， π 耦合光學信號至包括電光活性材料的第一導波· 中該第一導波管有一形成於前述電光活性材料内的二性調頻脈波分布布拉格反射器結構，而該線性調頻脈波分布布拉格反射器結構反射光學信號於一位於該結構内的反射點’以提供反射的光學信號；應用穿過前述第一導波管之電場，來改變該電光活性材料的折射率，以便改變該反射點的位置；耦合該反射光學信號至第二導波管，該第二導波管譜振搞合於前述第一導波管；以及引導該反射光學信號離開前述第二導波管’以提供延遲光學信號。 1 5 ·如申請專利範圍第丨4項所述的方法’其中該第一導波管和該第二導波管有不同的波數。 1 6 ·如申請專利範圍第1 4項所述的方> 法’其中在應用電場的步驟中，該電場是由一對酌f於4第一導波管任— 邊的電極所提供。

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561715 六、申請專利範圍一導波管内，該線性調頻脈波分布布拉格反射器結構有一大體上平行於該縱軸的傳播方向，並反射光學信號於一大體上相反於該傳播方向的方向；以及一第二光導波管，配置鄰近且大體上平行於該第一光導波管，該第二光導波管被諧振耦合至該第一光導波管，以接收藉由前述線性調頻脈波分布布拉格反射器結構反射的光學信號；以及一絕緣層，配置於該導波管層上方；一接地電極，配置於前述絕緣層上且定位於前述第二光導波管上方；以及一信號電極，配置於前述絕緣層上並定位，以使該第一導波管設置於該接地電極與該信號電極之間和下方，而該信號電極電絕緣於該接地電極。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述的光延遲產生器，其中該導波管層包括一氧化鈮鋰（lithium niobate)晶圓 23.如申6月專利蛇圍第22項所述的光延遲產生器，其中該第一光導波管和該第二光導波管藉塗上該氧化鈮鋰、 (lithiumniobate)晶圓來形成。 2 4 ·如申清專利範圍第2 2項所述的光延遲產生器，其中該氧化銳鐘（1 i thiuin niobate)晶圓包括一氧化鈮鋰 (lithium niobate)之X 切割。 2 5.如申請專利範圍第2 1項所述的光延遲產生器，其中該接地電極和該信號電極形成一射頻傳輸線，且°射頻作號以一集體速度傳播於該傳輸線中，而該速度大體上等於

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前述巾^學信號傳_ 其 .σ申°月專利範圍第2 1項所、f、、又中該絕緣層包括矽氧化物。、厅攻的光延遲產生器装 27. 如申請專利範圍第21項中該絕緣層厚於〇. 5微米。述的光延遲產生器其 28. 如中請專利範圍第21項所中該第一光導波管釦筐-氺道、士一產生裔 i i 第一先導波管有不同的波數。 29. 如申請專利範圍第21項所述的光延遲產生器，中線性調頻脈波分布布拉減射器結構内之㈣率^ 線性調頻脈波分布布拉格反射器結構内之位置z而並依據下列等式： n(z)=nQ〔l+2hQcos〔2 7Tz/AQ (Γ + Cz)〕〕其中nQ為一線性調頻脈波分布布拉格反射器結構内的平均折射率，hQ為一折射率調變的振幅，Λ()為一中心鱗週期’以及C為一線性調頻脈波參數。 °文

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