進(jìn)行，極化偶極子在富氮環(huán)境下隨著溫度逐漸 降低能保持極化。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，控制極化可涉及側(cè)向電極化。在其他實(shí)施例 中，它可涉及橫向電極化。
[0059] 具有硅基壓控振蕩器的電光聚合物基馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器及其相關(guān)的控制電路 的高效集成，是低成本和高效率的生產(chǎn)的一個(gè)重要方面。具有電光聚合物（即，與硅光子兼 容）的調(diào)制器的使用優(yōu)于其他基于絕緣體的調(diào)制器的使用，如鈮酸鋰（LiNb03)基調(diào)制器。 然而，為了覆蓋工作頻率的有效范圍，調(diào)制器的長(zhǎng)度必須仔細(xì)選擇。如以下公式所示，調(diào)制 的最大工作頻率與它的長(zhǎng)度L成反比：
[0060]
[0061] 其中，C為真空中的光速，nrff為電光材料的有效折射率折射，且ε eff為電光材料 的有效射頻介電常數(shù)。由于在鈮酸鋰的光學(xué)和射頻頻率上的有效折射率的巨大差異，使用 這種材料的調(diào)制器的最大工作頻率是相對(duì)有限的。相反的，非線性聚合物系統(tǒng)在光學(xué)和射 頻頻率上的有效折射率之間具有相對(duì)小的差異，且因此工作在較大的最大工作頻率。
[0062] 此外，需要夾斷電壓νπ施加在調(diào)制器的一端，以引起通過(guò)該端的光波產(chǎn)生180度 的相位偏移（相對(duì)于調(diào)制器的另一端的光波），從而，在馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x中通過(guò)消波效 應(yīng)（即破壞性干擾或破壞性組合）有效地切割調(diào)制信號(hào)。這個(gè)電壓￥"可表達(dá)為：
[0064] 其中，λ為光波的波長(zhǎng)，η為光波導(dǎo)的折射率，r為電光系數(shù)，d為調(diào)制器電極之間 的間隔，且Γ為光限制因數(shù)。從上面的公式中可看出，具有較高光電系數(shù)的調(diào)制器需要施 加較低的電壓（νπ)以獲得180的相位偏移。由于電光聚合物具有比大約為100pm/V更大 的r值（相對(duì)于具有大約30pm/V的r值的鈮酸鋰），電光聚合物基馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器需 要更低的νπ。因此，本發(fā)明中電光聚合物基調(diào)制器，具有長(zhǎng)度大約等于lcm(為了獲得如上 所述的更大的最大工作頻率），在νπ低至0. 5V時(shí)可獲得180度的相位偏移，相對(duì)于同樣尺 寸中的鈮酸鋰馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器在νπ* 5V時(shí)所獲得的相位偏移來(lái)說(shuō)。
[0065] 與鈮酸鋰相比，電光聚合物馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器進(jìn)一步的性能優(yōu)勢(shì)可見(jiàn)于具有長(zhǎng) 度為lcm的調(diào)制器仿真中。馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器的設(shè)計(jì)是與窄帶放大器集成，以獲得統(tǒng)一的 閉環(huán)增益。為了在波長(zhǎng)為1550nm且相關(guān)強(qiáng)度噪聲（RIN)值為-155dB/Hz時(shí)獲得12dBm的光 源功率，調(diào)制器鈮酸鋰基系統(tǒng)需要30dB的放大器，且系統(tǒng)底噪水平為-133dBm/Hz。相比之 下，對(duì)于光電聚合物基系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，9dB的放大器增益就足夠了，且系統(tǒng)底噪水平為-152dBm/ Hz。下面的表格進(jìn)一步突出使用電光聚合物馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器仿真的性能優(yōu)點(diǎn)，并與鈮 酸鋰作比較，其中兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均為L(zhǎng) = lcm。
[0067] 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，調(diào)制器可以是來(lái)自非線性發(fā)色團(tuán)具有很高的電光系數(shù)的極 化聚酰亞胺，發(fā)色團(tuán)偶極取向的程度高，且在1. 3 μ m時(shí)具有1250pm/V的大r值。通過(guò)改變 交聯(lián)劑的電子特性，溫度窗口被優(yōu)化以獲得最佳性能的硬度材料。賓主光電聚合物可具有 低的穩(wěn)定溫度，因發(fā)色團(tuán)沒(méi)有連接至聚合物基質(zhì)且可自由旋轉(zhuǎn)。賓主光電聚合物在新發(fā)色 團(tuán)的評(píng)價(jià)中是非常有用的，因?yàn)檫@些聚合物容易制備且容易極化。
[0068] 圖6a_6d描述了硅光子基馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器的強(qiáng)度繪制圖形，該調(diào)制器利用硅 兼容電光（E0)聚合物材料實(shí)現(xiàn)。在圖6中，橫向極化電光聚合物基馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器依 據(jù)在干涉儀每條腿以及輸入輸出端光場(chǎng)的橫向和縱向組件進(jìn)行仿真。馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制 器各個(gè)位置的強(qiáng)度值在光波導(dǎo)尺寸中，同時(shí)在側(cè)向和橫向方向幾微米的范圍內(nèi)被描繪。馬 赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器的電波導(dǎo)為可與振蕩器單片集成的微帶傳輸線。馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器的 工作點(diǎn)可以是正交點(diǎn)或閉合點(diǎn)，以產(chǎn)生顯性基波或顯性二次諧波。
[0069]圖7描述圖6a_6d中集成的馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器設(shè)計(jì)的工作特性，工作在波長(zhǎng)為 1550nm且電光系數(shù)大約在735pm/V條件下，使用標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或光子帶隙作結(jié)構(gòu)為慢波結(jié) 構(gòu)。在圖7的仿真結(jié)果中，微帶線具有高達(dá)大約60GHz的模擬的單模橫電磁波操作，基板的 厚度為大約等于2mm。
[0070] 上述光電振蕩器的單片集成在一些附加方面是有困難的。例如，盡管利用長(zhǎng)光纖 延遲線可以在Q因數(shù)產(chǎn)生顯著增益，但長(zhǎng)延時(shí)也會(huì)引起非常小的模間距。為了使多模光電 振蕩器系統(tǒng)以穩(wěn)定的頻率起作用，該光電振蕩器必須能夠以低邊模抑制比（SMSR)抑制邊 模。盡管使用附加電子環(huán)路可提高邊模抑制比，但這僅能使模間距更大且光電振蕩器依 然受跳頻的影響，例如在啟動(dòng)時(shí)。雖然注入鎖定（如，光電振蕩器與單異質(zhì)結(jié)光電晶體管 (HPT)振蕩器或電子振蕩器的耦合）可減輕這些問(wèn)題并產(chǎn)生單模輸出，但這樣的設(shè)計(jì)將導(dǎo) 致成本的顯著增加。
[0071] 針對(duì)上述問(wèn)題，多模注入鎖定效應(yīng)可并入到使用法布里-珀羅激光二極管 (FP-LD)的光電振蕩器系統(tǒng)中。使用激光二極管，單個(gè)光電振蕩器?？杀绘i定，且其他不匹 配的模由于增益競(jìng)爭(zhēng)和相位同步效應(yīng)而被抑制。這保證了振蕩頻率調(diào)制頻率被同步在單模 操作中，進(jìn)而無(wú)需任何更多的高速光電器件加入光電振蕩器系統(tǒng)。激光二極管的設(shè)置可導(dǎo) 致75dB的單模抑制比或更好。
[0072] 光電振蕩器系統(tǒng)的可調(diào)性也是一個(gè)重要的問(wèn)題。由于光纖延遲線的長(zhǎng)度長(zhǎng)，傳統(tǒng) 的光電振蕩器一般具有密集間距振蕩模，且具有相對(duì)小頻率調(diào)諧范圍（例如，在MHz級(jí)別的 范圍）的固定微波帶通濾波器（MBPF)必須應(yīng)用于保證單頻振蕩。本發(fā)明允許使用在光域 實(shí)現(xiàn)的可調(diào)諧微波帶通濾波器并入光電振蕩器。頻率調(diào)諧的一種可行技術(shù)是通過(guò)改變?nèi)肷?光波的波長(zhǎng)或法布里-珀羅激光二極管的縱模來(lái)進(jìn)行?？梢酝ㄟ^(guò)改變操作溫度、電流注入 和/或具有外部腔的激光器的外腔長(zhǎng)度改變波長(zhǎng)。然而，溫度和電流注入的變化可經(jīng)常惡 化持續(xù)微波信號(hào)的質(zhì)量。頻率調(diào)諧的另一種可行技術(shù)是通過(guò)使用雙端口調(diào)相（PM)和線性 啁嗽光纖布拉格光柵來(lái)進(jìn)行。通過(guò)調(diào)諧線性啁嗽光纖布拉格光柵的色散實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧。然 而，確保大頻率可調(diào)范圍要求色散的可調(diào)范圍必須非常大，這在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)的。
[0073] 另一個(gè)問(wèn)題是，所產(chǎn)生的微波的頻率通常很低，由于該頻率明顯受限于調(diào)制器的 帶寬和微波帶通放大器的中心頻率。該頻率可以在兩個(gè)不同波長(zhǎng)中使用兩個(gè)光載波代替單 個(gè)光載波。在這樣的設(shè)置中，馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器可在一個(gè)波長(zhǎng)中被偏置在正交點(diǎn)，以產(chǎn)生 基本振蕩，且在其他波長(zhǎng)中被偏置在輸送點(diǎn)，以產(chǎn)生倍頻操作。然而，這種設(shè)置因漂移而會(huì) 導(dǎo)致穩(wěn)定性差。雖然偏振調(diào)制器（PolM)可解決偏置漂移的問(wèn)題，但倍頻光電振蕩器仍然需 要固定的微波帶通放大器，且再次為光電振蕩器系統(tǒng)留下相對(duì)有限的頻率調(diào)諧范圍。
[0074] 上述的問(wèn)題可利用寬帶可調(diào)諧倍頻光電振蕩器來(lái)解決，該振蕩器組合了基于調(diào)相 和相位偏移光纖布拉格光柵的光學(xué)微波帶通放大器（PS-FBG)。這樣的光電振蕩器的主要優(yōu) 勢(shì)是：（1)它能夠在光電振蕩器環(huán)路中使用低頻組件時(shí)產(chǎn)生倍頻微波信號(hào)，（2)它通過(guò)簡(jiǎn)單 調(diào)諧入射光波的波長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)寬帶頻率調(diào)諧。此外，無(wú)需偏置控制。這簡(jiǎn)化了實(shí)施，且提高了 操作的穩(wěn)定性。調(diào)相和相位偏移光纖布拉格光柵可以潛在地集成在光學(xué)集成電路芯片中， 這將顯著提高其整體性能。
[0075] 在具有移頻器（FS)的光電振蕩器系統(tǒng)中，其振蕩頻率可通過(guò)改變光栗浦波長(zhǎng)來(lái) 調(diào)諧。相比于具有馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器的光電振蕩器的可調(diào)性，這樣的設(shè)置能夠?yàn)榻o定的 放大器增益和激光輸出增加的射頻輸出功率。
[0076] 光電振蕩器的光學(xué)存儲(chǔ)元件通常是光纖延遲線。然而，使用這種存儲(chǔ)元件，在操作 光電振蕩器系統(tǒng)中增加了一定難度。首先，延遲線是相對(duì)大體積的，且會(huì)使光電振蕩器的運(yùn) 輸困難。其次，延遲線需要溫度穩(wěn)定，因此需要大量的功率（如，有源溫度控制器）。最后， 延遲線能夠產(chǎn)生非常接近載波（幾十千赫）的偽峰，這在一些應(yīng)用中是不利的。
[0077] 鑒于這些困難，在一些實(shí)施例中，光纖延遲線可由超高Q回音壁模式（WGM)光諧振 器代替?；匾舯谀Ｊ焦庵C振器通過(guò)激光捕獲光及限定振蕩頻率（通過(guò)諧振器的自由光譜范 圍限定）儲(chǔ)存能量。使用回音壁模式技術(shù)光諧振器通常是緊湊的，不會(huì)在射頻頻譜產(chǎn)生延 遲引起的偽峰，且兼容緊湊的溫度控制系統(tǒng)。因此，使用回音壁模式技術(shù)可以產(chǎn)生便攜式的 光電振蕩器，它能夠產(chǎn)生超純微波信號(hào)。這在許多應(yīng)用中，如在航天工程中，是非常理想的 功能，只要能妥善解決任何澶噪聲或者應(yīng)力/應(yīng)變特性。這功能還允許的持續(xù)信號(hào)的調(diào)相， 而不是強(qiáng)度調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制器是環(huán)境敏感的器件（當(dāng)器件的高穩(wěn)定性為必需時(shí)這是不需要 的，例如，純音的生成），而調(diào)相涉及到差分相位強(qiáng)度轉(zhuǎn)換，對(duì)電光漂移具有較小敏感（如， 慢電荷再分配）。由于諧振器實(shí)際上是不平衡干涉儀，顯然它對(duì)差分相位強(qiáng)度轉(zhuǎn)換是有用 的。與標(biāo)準(zhǔn)的差分光學(xué)調(diào)相技術(shù)一樣，回音壁模式光學(xué)諧振器在非常高的調(diào)制速度（如， >10Gb/s)提供優(yōu)越的性能。同時(shí)，超高Q回音壁模式光諧振器的結(jié)構(gòu)是與芯片集成兼容的， 并因此作為可行的和可移動(dòng)的超純微波發(fā)生源。
[0078] 本發(fā)明公開(kāi)的光電振蕩器系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以產(chǎn)生非常高頻率的信號(hào)（例 如，100GHz)。一般