電光相位調(diào)制器及調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明基本涉及用于控制光信號(hào)的光學(xué)調(diào)制器領(lǐng)域。
[0002]其更特別地涉及旨在調(diào)制入射到調(diào)制器上的光波的光學(xué)相位的電-光相位調(diào)制器。
[0003]本發(fā)明還涉及用于這種電光相位調(diào)制器的調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0004]電光相位調(diào)制器是一種光電設(shè)備，其允許控制入射到調(diào)制器上并穿過該調(diào)制器的光波的光學(xué)相位，作為施加到其上的電信號(hào)的函數(shù)。
[0005]電光相位調(diào)制器的特定種類是現(xiàn)有技術(shù)所已知的，稱作集成調(diào)制器或引導(dǎo)光學(xué)調(diào)制器，其包括:
[0006]-電光基板，包括入射面和出射面，
[0007]-光波導(dǎo)，其從位于基板的所述入射面上的波導(dǎo)入射端到位于基板的所述出射面上的波導(dǎo)出射端為連續(xù)直線，所述光波導(dǎo)具有高于基板的光學(xué)折射率的光學(xué)折射率，且適配于將部分地耦合到所述光波導(dǎo)內(nèi)的所述入射光波引導(dǎo)成引導(dǎo)光波，該引導(dǎo)光波沿著位于所述波導(dǎo)入射端和所述波導(dǎo)出射端之間的所述光波導(dǎo)的光路傳播，和
[0008]-平行于所述波導(dǎo)布置的至少兩個(gè)調(diào)制電極，以便在將調(diào)制電壓施加到所述調(diào)制電極之間時(shí)，在所述光波導(dǎo)中傳播的所述引導(dǎo)光波上引入作為所述調(diào)制電壓的函數(shù)的調(diào)制相移。
[0009]在本申請(qǐng)中，電光基板是單塊的，其是由單個(gè)件制成的。換句話說，電光基板不是例如包括所述電光基板、一個(gè)或多個(gè)中間層、以及為所述結(jié)構(gòu)提供機(jī)械強(qiáng)度的支撐的更復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)的分離的部分。
[0010]以相同的方式，連續(xù)直線光波導(dǎo)是由波導(dǎo)的唯一直線段形成的，其僅在一個(gè)件中，將波導(dǎo)入射端與波導(dǎo)出射端相連。特別地，光波導(dǎo)在其路徑上不包含任何彎曲部分，且不是連續(xù)的一片接一片，即由多個(gè)直線段形成。
[0011]具有調(diào)制電壓的調(diào)制電極的極化允許通過基板中的電光效應(yīng)來改變波導(dǎo)的光學(xué)折射率，作為調(diào)制電壓的函數(shù)，引導(dǎo)光波在該波導(dǎo)中傳播。
[0012]波導(dǎo)的光學(xué)折射率的改變隨后在穿過波導(dǎo)的引導(dǎo)光波的光學(xué)相位上引入作為調(diào)制電壓的符號(hào)的函數(shù)的調(diào)制相移、相位超前或延遲。
[0013]這導(dǎo)致了在調(diào)制器出口處，入射光波的光學(xué)相位的調(diào)制。
[0014]理論上，這種電光相位調(diào)制器僅僅對(duì)入射的光波的光學(xué)相位進(jìn)行調(diào)制。因此，如果光探測(cè)器被置于調(diào)制器出口處的出射光波的跡線上，由這個(gè)光探測(cè)器測(cè)得的光功率(單位為瓦特)將是常數(shù)且與由于調(diào)制電極而被引入引導(dǎo)光波中的調(diào)制相移無關(guān)。
[0015]然而，事實(shí)上，測(cè)得的光功率不是常數(shù)，且在相位調(diào)制器的出口處檢測(cè)到光功率的低的變化。
[0016]這種剩余振幅調(diào)制或“RAM”證明了，在某些情況下，是不可忽視的，以致相位調(diào)制器的性能被破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]為了補(bǔ)救現(xiàn)有技術(shù)水平的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種電光相位調(diào)制器，其允許在該調(diào)制器的出口處減少該剩余振幅調(diào)制。
[0018]為了該目的，本發(fā)明涉及前言中所定義的電光相位調(diào)制器，根據(jù)本發(fā)明，其還包括用于所述電光基板的電極化的裝置，適配于在電光基板中產(chǎn)生能減少在波導(dǎo)附近的所述電光基板的光學(xué)折射率的永久(permanent)電場(chǎng)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備因此允許減少在光波導(dǎo)中被引導(dǎo)的光波和以非光學(xué)引導(dǎo)方式在電光基板中傳播的光波之間的耦合。
[0020]確實(shí)，在波導(dǎo)入射端，在入射光波被注入光波導(dǎo)中的時(shí)候，入射光波的一部分不被耦合入波導(dǎo)中，而是在入射面處衍射，從而光波發(fā)射并隨后在基板中以非引導(dǎo)方式傳播，離開波導(dǎo)。
[0021]該非引導(dǎo)光波在垂直于波導(dǎo)的平面內(nèi)具有橫向空間外延，通過衍射，其增加到基板的出射面。
[0022]換句話說，與非引導(dǎo)光波相關(guān)的光束在波導(dǎo)之外具有在光束在基板中傳播的過程中增加的角發(fā)散，該衍射光波的主傳播方向由將波導(dǎo)入射端連接至波導(dǎo)出射端的直線段限定。
[0023]換句話說，該衍射光波與直線光波導(dǎo)平行傳播，并且尤其是在調(diào)制電極下方行進(jìn)。
[0024]沒有特別的防范，看起來有一部分非引導(dǎo)光波可在波導(dǎo)出射端處與引導(dǎo)光波耦合，因此，這兩種光波彼此干涉，從而產(chǎn)生上述的剩余振幅調(diào)制。
[0025]因此，通過在電光基板中由電極化裝置產(chǎn)生永久電場(chǎng)，在這些裝置附近形成一區(qū)域，在該區(qū)域中光學(xué)折射率低于靜態(tài)時(shí)基板的光學(xué)折射率。
[0026]此處應(yīng)當(dāng)理解，由電極化裝置產(chǎn)生的電場(chǎng)是永久的，在于一旦不再提供電極化裝置，該電場(chǎng)就會(huì)消失。
[0027]在經(jīng)受電場(chǎng)的區(qū)域中，在波導(dǎo)附近，不再有光波可被傳播，從而基板中的非引導(dǎo)光波偏離并從波導(dǎo)中移出。
[0028]電光基板的光學(xué)折射率的降低會(huì)同時(shí)影響基板和波導(dǎo)，從而波導(dǎo)中的引導(dǎo)光波的引導(dǎo)不會(huì)被由電極化裝置產(chǎn)生的永久電場(chǎng)過度干擾。
[0029]由于非引導(dǎo)光波的偏離，該非引導(dǎo)光波在波導(dǎo)出射端處不再與引導(dǎo)光波重疊，從而在調(diào)制器的出口處的引導(dǎo)光波和非引導(dǎo)光波之間的干涉顯著減少。
[0030]那樣，剩余振幅調(diào)制被強(qiáng)烈減少。
[0031]有利地，所述電極化裝置包括所述至少兩個(gè)調(diào)制電極，當(dāng)除了所述調(diào)制電壓以外的額外的極化電壓被施加到所述調(diào)制電極之間時(shí)，該調(diào)制電極易于產(chǎn)生所述永久電場(chǎng)。
[0032]此外，根據(jù)本發(fā)明的電光相位調(diào)制器的其他優(yōu)勢(shì)和非限制性的特征如下:
[0033]-所述電極化裝置包括與所述調(diào)制電極不同且平行于所述波導(dǎo)被布置于所述波導(dǎo)入射端或所述波導(dǎo)出射端和所述調(diào)制電極之間的至少兩個(gè)額外的電極，所述至少兩個(gè)額外的電極易于被極化電壓極化以產(chǎn)生所述永久電場(chǎng)；
[0034]-所述至少兩個(gè)額外的電極被布置于所述波導(dǎo)入射端和所述調(diào)制電極之間，所述電極化裝置還包括與所述調(diào)制電極不同的且平行于所述波導(dǎo)被布置在所述波導(dǎo)處射端和所述調(diào)制電極之間至少兩個(gè)另外的額外的電極，所述至少兩個(gè)另外的額外的電極易于被另一個(gè)極化電壓極化以在電光基板中產(chǎn)生另一個(gè)永久的電場(chǎng)，其適配于在減少波導(dǎo)附近的所述電光基板的光學(xué)折射率；
[0035]-所述電光相位調(diào)制器還包括用于將所述入射光波耦合到所述波導(dǎo)入射端的裝置和/或用于將所述引導(dǎo)光波耦合到所述波導(dǎo)出射端的裝置，所述耦合裝置優(yōu)選包括光纖段;
[0036]-所述電光基板是平面的幾何形狀，具有兩個(gè)側(cè)面，下表面和上表面，所述下和上表面在基板的所述入射面和所述出射面之間延伸，并且所述光波導(dǎo)在平行且靠近于所述上表面的平面中延伸；
[0037]-所述電光基板是由鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、聚合物材料、半導(dǎo)體材料，例如硅(Si)、磷化銦(InP)、或砷化鎵(GaAs)，制得的基板；
[0038]-所述波導(dǎo)和所述電光基板之間的光學(xué)折射率的差(以絕對(duì)值)被包含在從102至10 3范圍內(nèi)；
[0039]-由于電極化裝置在所述電光基板中引起的光學(xué)折射率的差(以絕對(duì)值)被包含在從10 5至10 6范圍內(nèi)。
[0040]本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的電光相位調(diào)制器的調(diào)制方法。
[0041]根據(jù)本發(fā)明，所述調(diào)制方法包括將所述電極化裝置極化的步驟，所述電極化裝置適配于產(chǎn)生能在減少所述波導(dǎo)附近的所述電光基板的光學(xué)折射率的永久電場(chǎng)。
【附圖說明】
[0042]以非限制性的例子的方式給出的后面的關(guān)于附圖的說明，將允許對(duì)本發(fā)明的組成及其實(shí)現(xiàn)方式的很好的理解。
[0043]在附圖中:
[0044]-圖1示出了包括一對(duì)調(diào)制電極且在入口處和出口處被連接于光纖的根據(jù)本發(fā)明的電光相位調(diào)制器的第一實(shí)施例的頂視圖；
[0045]-圖2是圖1的相位調(diào)制器沿截面A-A的橫截面圖；
[0046]-圖3是圖1的相位調(diào)制器的沿截面B-B的縱向截面圖；
[0047]-圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的電光相位調(diào)制器的第二實(shí)施例的頂視圖，其中該相位調(diào)制器包括三個(gè)調(diào)制電極；
[0048]-圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的電光相位調(diào)制器的第三實(shí)施例的頂視圖，包括一對(duì)調(diào)制電極和布置于調(diào)制電極前方的一對(duì)額外的電極；
[0049]-圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的電光相位調(diào)制器的第四實(shí)施例的頂視圖，包括一對(duì)調(diào)制電極和布置于調(diào)制電極前面和后面的兩對(duì)額外的電極；
[0050]-圖7是圖5的根據(jù)本發(fā)明的相位調(diào)制器的第三實(shí)施例的變型的頂視圖，其中額外的電極沿著波導(dǎo)的彎曲部分放置；
[0051]-圖8是圖6的根據(jù)本發(fā)明的相位調(diào)制器的第四實(shí)施例的變型的頂視圖，其中兩對(duì)額外的電極被置于波導(dǎo)的兩個(gè)彎曲部分上。
【具體實(shí)施方式】
[0052]在圖1至8中示出了電光相位調(diào)制器100的不同的實(shí)施例，以及它們的一些變型。
[0053]通常，這種調(diào)制器100旨在調(diào)制入射到調(diào)制器100上的光波I (此處以箭頭表示，參見例如圖1)的光學(xué)相位。
[0054]這種調(diào)制器100在光學(xué)方面發(fā)現(xiàn)了很多應(yīng)用，尤其是在用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w電通信中、在用于信息處理的干涉儀傳感器中、或在激光腔的動(dòng)態(tài)控制中。
[0055]調(diào)制器100首先包含電光基板110，示出了被靜態(tài)或可變的電場(chǎng)減少的一階雙折射，也被稱作普克爾斯(Pockels)效應(yīng)。
[0056]這種電光基板110優(yōu)選由化學(xué)式為LiNb03的鈮酸鋰晶體形成，這種材料具有很強(qiáng)的Pockels效應(yīng)。
[0057]此外，基板110對(duì)于包含在400納米(nm)和1600nm之間的波長范圍具有包含在
2.13和2.25之間的光學(xué)折射率ns。
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