專利名稱：表面波光纖聲電光調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面波光纖聲電光調(diào)制器，可用于光纖通信調(diào)制技術(shù)中，屬于光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前一類“表面波聲電光相關(guān)器”在國(guó)外曾有過(guò)報(bào)道，如美國(guó)雷塞蘭工業(yè)學(xué)院的P.Das等人最早提出了使用表面波聲電光效應(yīng)制作相關(guān)器的設(shè)想。(Appl.Phys.Lett.，198649(16)1016-1018)該器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，長(zhǎng)方形壓電晶片鈮酸鋰作基底1，在晶片表面上擴(kuò)散一層非常薄的金屬鈦，作光波導(dǎo)2，用于傳播光。然后再在晶片表面上采用光刻工藝分別制作聲叉指換能器3和電叉指換能器4，前者用于產(chǎn)生聲表面波、后者用于產(chǎn)生直流電場(chǎng)。其工作原理如圖2所示，將待輸入的電信號(hào)A事先調(diào)制到射頻信號(hào)上，射頻信號(hào)的載頻要與聲叉指換能器3的中心頻率一致。然后將此調(diào)制后的電信號(hào)加載到聲叉指換能器上，產(chǎn)生出強(qiáng)度隨輸入信號(hào)變化的聲表面波，沿基底晶體的表面?zhèn)鞑?。將入射激光束引入電叉指換能器4下方的光波導(dǎo)內(nèi)，在聲光效應(yīng)的作用下產(chǎn)生出強(qiáng)度也隨輸入信號(hào)而變化的衍射光。將另外一個(gè)待輸入的電信號(hào)B和直流電壓合在一起，加到電叉指換能器4上，在它下方的晶體內(nèi)產(chǎn)生大小隨輸入信號(hào)變化的直流電場(chǎng)。在電光效應(yīng)的作用下，使得在電場(chǎng)內(nèi)傳輸?shù)墓鈴?qiáng)也隨輸入信號(hào)而變化。當(dāng)信號(hào)A和信號(hào)B同時(shí)加載，則衍射光強(qiáng)將同時(shí)攜帶兩個(gè)輸入信號(hào)的信息。將衍射光輸出到光電轉(zhuǎn)換器件如光電管上，就可以將兩個(gè)輸入信號(hào)的相關(guān)信號(hào)解調(diào)出來(lái)，不攜帶信息的零級(jí)光則被光欄擋掉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中提供了一種表面波光纖聲電光調(diào)制器，本器件的工作頻率可以隨需要而改變，并且由于增加了輸入、輸出光纖，使得此調(diào)制器可以用于光纖調(diào)制技術(shù)中。
本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案。本發(fā)明主要包括有基底1、光波導(dǎo)2、聲叉指換能器3、輸入光纖5、輸出光纖6、一對(duì)直流電極7。其中，在基底1上面用光刻工藝制作聲叉指換能器3，用離子注入工藝制作與聲叉指換能器3平行的掩埋型條形光波導(dǎo)2，在光波導(dǎo)2兩端分別連接輸入光纖5和輸出光纖6，在基底1上、光波導(dǎo)2的兩側(cè)用光刻工藝制作一對(duì)直流電極7。
表面波光纖聲電光調(diào)制器的工作原理如圖7所示，將待傳輸?shù)囊曨l或音頻信號(hào)事先調(diào)制到射頻信號(hào)上，射頻信號(hào)的載頻與聲叉指換能器3的本征中心頻率一致。本征中心頻率是由換能器的指長(zhǎng)、指寬、占空比等幾何尺寸決定，是無(wú)法改變的。然后將調(diào)制信號(hào)加載到聲叉指換能器3上，產(chǎn)生出強(qiáng)度隨傳輸信號(hào)變化的聲表面波，沿基底晶體的表面?zhèn)鞑ァ⑷肷鋵?dǎo)光波通過(guò)輸入光纖引入光波導(dǎo)內(nèi)，在聲光效應(yīng)的作用下，產(chǎn)生出強(qiáng)度隨傳輸信號(hào)而變化的衍射導(dǎo)光波。將衍射導(dǎo)光波通過(guò)輸出光纖輸出到光電管上，將待傳輸信號(hào)解調(diào)出來(lái)。若將方向、大小合適的直流電壓加在直流電極上，在晶體內(nèi)產(chǎn)生直流電場(chǎng)，在電光效應(yīng)的作用下，可以使調(diào)制器的工作頻率隨需要而改變。其原理是當(dāng)射頻信號(hào)的載頻與聲叉指換能器本征中心頻率不一樣時(shí)，造成入射導(dǎo)光波、衍射導(dǎo)光波、聲波3個(gè)波矢量間的動(dòng)量失配，使衍射效率下降。這時(shí)若加上方向大小合適的直流電壓，可減小失配，使衍射效率回升。相當(dāng)于使調(diào)制器的中心頻率轉(zhuǎn)移到該射頻信號(hào)的頻率上。表面波光纖聲電光調(diào)制器除了可改變工作頻率，使用靈活以外，還有體積小、耗電少、工作穩(wěn)定性強(qiáng)、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明具有以下兩個(gè)特點(diǎn)1)器件的工作頻率可以隨需要而改變；2)由于增加了輸入、輸出光纖，使得此調(diào)制器可以用于光纖調(diào)制技術(shù)中。


圖1表面波聲電光相關(guān)器結(jié)構(gòu)圖2表面波聲電光相關(guān)器原理圖3本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意4本發(fā)明的正視平面5本發(fā)明的俯視平面6本發(fā)明的側(cè)視平面7本發(fā)明的工作原理8本發(fā)明的工藝制作流程中1、基底，2、光波導(dǎo)，3、聲叉指換能器，4、電叉指換能器，5、入射光纖，6、衍射光纖，7、一對(duì)直流電極。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖3～6。本實(shí)施例主要包括有基底1、條形光波導(dǎo)2、聲叉指換能器3、輸入光纖5、輸出光纖6、一對(duì)直流電極7。其中，在基底1上面用光刻工藝制作聲叉指換能器3，用離子注入工藝制作與聲叉指換能器3平行的掩埋型條形光波導(dǎo)2，在光波導(dǎo)2兩端分別連接有輸入光纖5和輸出光纖6，在光波導(dǎo)2兩側(cè)用光刻工藝制作一對(duì)直流電極7。
各部分工藝條件及作用如下基底1使用同時(shí)具有壓電效應(yīng)、聲光效應(yīng)和電光效應(yīng)的鈮酸鋰晶體制作。形狀為長(zhǎng)方形薄片，表面法線方向?yàn)榫w的Y軸方向、長(zhǎng)度方向?yàn)閆軸方向、寬度方向?yàn)閄軸方向。晶片的定向切割與研磨拋光的工藝要求為須制作換能器和電極的上表面定向誤差不能超過(guò)5′、光潔度達(dá)11級(jí)、平整度小于1個(gè)光圈。須粘貼光纖的兩個(gè)側(cè)面要求光潔度達(dá)11級(jí)。它的作用是利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生聲表面波并沿長(zhǎng)度方向傳播；利用聲光效應(yīng)使聲表面波與入射導(dǎo)光波相互作用，產(chǎn)生衍射導(dǎo)光波并對(duì)其進(jìn)行調(diào)制；利用電光效應(yīng)使直流電場(chǎng)與導(dǎo)光波相互作用，改變器件的工作頻率。
光波導(dǎo)2形狀為掩埋型條狀，方向沿基底1寬度方向，并與聲表面波傳播方向垂直。使用離子注入工藝在基底內(nèi)注入一定濃度的金屬鈦而制成。工藝要求為波導(dǎo)厚度大于10μm。作用是為導(dǎo)光波的傳播提供通道。
聲叉指換能器3由兩個(gè)形如手指狀、并互相交叉的換能器組成。所用材料為銀，使用光刻工藝在基底上制作而成。工藝要求為不能斷指和連指。作用是用載有輸入信號(hào)的調(diào)制電信號(hào)激發(fā)出超聲表面波，沿基底長(zhǎng)度方向傳播。
輸入光纖5使用單模光纖，將端面磨平，與波導(dǎo)所在位置對(duì)準(zhǔn)后，用環(huán)氧樹(shù)脂直接粘接到基底的側(cè)面。作用是將入射導(dǎo)光波引入光波導(dǎo)內(nèi)。
輸出光纖6使用單模光纖，將端面磨平，與波導(dǎo)所在位置對(duì)準(zhǔn)后，用環(huán)氧樹(shù)脂直接粘接到基底的側(cè)面。作用是將衍射導(dǎo)光波從光波導(dǎo)內(nèi)引出。
直流電極7由兩個(gè)一樣的電極組成，為長(zhǎng)方形，與條形光波導(dǎo)平行，分別列在光波導(dǎo)的兩側(cè)。所用材料為銀，采用光刻工藝與聲叉指換能器同步制成。作用是加直流電壓，控制調(diào)制器的工作頻率。
表面波光纖聲電光調(diào)制器的制作工藝流程如圖8所示，由下面5個(gè)主要步驟組成1)基底晶體的定向和研磨按照上述工藝要求將基底晶體備好。
2)聲叉指換能器和直流電極的制作按照設(shè)計(jì)好的聲叉指換能器3和直流電極7的尺寸，事先統(tǒng)一預(yù)制好掩模版，利用光刻工藝同時(shí)完成制作。主要工藝包括鍍銀、勻膠、曝光、顯影、刻蝕、去膠。
3)光波導(dǎo)2制作按照事先設(shè)計(jì)好的條型光波導(dǎo)幾何尺寸，預(yù)制好掩模版，利用離子注入工藝制作光波導(dǎo)2。主要工藝包括離子注入、退火。
4)粘接光纖將輸入光纖5與輸出光纖6的端面磨平后，對(duì)準(zhǔn)光波導(dǎo)兩端的位置，用環(huán)氧樹(shù)脂粘接到基底晶體的兩側(cè)。
5)裝架與引線將基底晶片用環(huán)氧樹(shù)脂粘接到膠木板上，同時(shí)將光纖固定在與膠木板相連的架子上；用低溫烙鐵將引線從聲叉指換能器3的信號(hào)輸入端和兩個(gè)直流電極7焊接到膠木板上的鉚釘上；然后將膠木板固定在金屬外殼內(nèi)，并用引線將膠木板上的鉚釘與外殼上的電纜插座和接線柱連接起來(lái)。
本發(fā)明的“表面波光纖聲電光調(diào)制器”用作光調(diào)制器，從結(jié)構(gòu)上對(duì)上述表面波聲電光相關(guān)器做了以下三項(xiàng)改進(jìn)將光波導(dǎo)2從覆蓋整個(gè)基底1的平面形狀改為條狀，將電叉指換能器4改為一對(duì)電極7，同時(shí)增加了輸入光纖5和輸出光纖6。
權(quán)利要求
1.表面波光纖聲電光調(diào)制器，主要包括有基底(1)，其特征在于還包括有條形光波導(dǎo)(2)、一對(duì)直流電極(7)，其中，在基底(1)上面用光刻工藝制作聲叉指換能器(3)，用離子注入工藝制作與聲叉指換能器(3)平行的掩埋型條形光波導(dǎo)(2)，在光波導(dǎo)(2)兩端分別連接有輸入光纖(5)和輸出光纖(6)，在基底(1)上、光波導(dǎo)(2)的兩側(cè)用光刻工藝制作一對(duì)直流電極(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面波光纖聲電光調(diào)制器，可用于光纖通信調(diào)制技術(shù)中，屬于光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域。本器件主要包括有基底(1)、條形光波導(dǎo)(2)、一對(duì)直流電極(7)，其中，在基底(1)上面用光刻工藝制作聲叉指換能器(3)，用離子注入工藝制作與聲叉指換能器(3)平行的掩埋型條形光波導(dǎo)(2)，在光波導(dǎo)(2)兩端分別連接有輸入光纖(5)和輸出光纖(6)，在基底(1)上、光波導(dǎo)(2)的兩側(cè)用光刻工藝制作一對(duì)直流電極(7)。本發(fā)明的工作頻率可以隨需要而改變，并且由于增加了輸入、輸出光纖，使得此調(diào)制器可以用于光纖調(diào)制技術(shù)中。
文檔編號(hào)G02F1/01GK1888951SQ20061008887
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者俞寬新, 劉韜, 安偉 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)