[发明专利]集成光学多功能调制器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感领域或光纤通信领域用的元件，特别是一种采用在单Y型波导中集成一个斜通臂波导的耦合器的集成光学多功能调制器，以及这种调制器的制造方法。

背景技术

在光纤传感或光纤通信领域中经常会用到光学调制器，对于光纤陀螺传感器应用，目前光学调制器的光路采用较多的是单Y型波导结构，对于双输入的情况，就需要在单Y型波导结构的输入端设置一个2×2光纤耦合器用于实现分离输入输出功能，见图1；光学调制器的光路也经常采用双Y型波导结构，第二个Y型波导结构用于功率分束，第一个Y型波导结构与单Y型的结构中对应使用的2×2光纤耦合器功能相同，用于分离返回光进入另外一根光纤输出，见图2。

上述两种技术方案都存在一定的不足：

1、单Y型波导结构的相位调制器需要外接2×2光纤耦合器，增加了额外的光学元件，不利于集成化；而且2×2光纤耦合器的波长相关性较大，其分束比与波长相关，50∶50分束情况，一般能够达到±20nm范围，不利于宽波长范围，如光纤陀螺或波分复用光通信系统应用；另外温度敏感性很大，可以工作的温度范围较窄，不适用大工作温度范围的应用情况。

2、双Y型波导结构的相位调制器，由于双Y结构中间共用波导长度限制，不能太长，因此输出部分的光波中携带非有用信号成分较多，也不利于提高应用系统，如光纤陀螺或波分复用光通信的性能，另外器件整体长度较大，不利于应用系统的小型化设计。

3、单Y型与双Y型波导结构的相位调制器应用于光纤传感或光纤通信系统中，都会有3dB，即50％的光功率损耗，降低了系统的信噪比或者误码率。

4、如果在单Y型波导结构的相位调制器前面集成2×2指向型波导耦合器，同样具有波长相关性较大，影响系统整体性能。

现有光学调制器的技术方案可参考以下专利文献：

1、一种铌酸锂调制器及其制造方法，申请号：01140589.9。

2、铌酸锂多功能集成光学器件，申请号：03236082.7。

3、用于有线电视系统的铌酸锂电光调制器，申请号：200620121000.8。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种克服现有技术方案中存在的信噪比不高、额外50％光波损耗及波长带宽等缺陷的集成光学多功能调制器及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明是按如下的方式来实现的：

本发明所述的集成光学多功能调制器由晶体基底、Y型波导、斜通臂波导和波导电极构成；在晶体基底上制有Y型波导和斜通臂波导，Y型波导的三个分支分别是直通臂波导、分支A和分支B，斜通臂波导与直通臂波导处于同一侧，斜通臂波导末端以弯曲的形状贴近Y型波导交叉点，Y型波导与斜通臂波导共同构成一个集成耦合器；在晶体基底之上制有波导电极，波导电极通过电光效应或热光效应使传输的光波产生相位差，从而形成Mach-Zehnder干涉仪结构，并通过电光效应或热光效应改变所产生的相位差，实现光波的回路与所进入的波导不同。

所述晶体基底的输入端设有一个集成耦合器，波导电极设于分支A和分支B两侧及中央，光波从直通臂波导和斜通臂波导输入，从分支A和分支B输出，形成光学相位调制器。

所述晶体基底的输入端和输出端各设有一个集成耦合器，两个集成耦合器的分支A和分支B分别连为一体，波导电极设于分支A和分支B两侧及中央，光波从输入端的直通臂波导和斜通臂波导输入，从输出端的直通臂波导和斜通臂波导输出，形成光学强度调制器。

所述晶体基底输入端设有一个Y型波导，晶体基底输出端设有一个集成耦合器，Y型波导的分支A和分支B与集成耦合器的分支A和分支B分别连为一体，波导电极设于Y型波导的直通臂波导两侧以及分支A和分支B两侧及中央，光波从输入端的直通臂波导输入，从输出端的直通臂波导和斜通臂波导输出，形成CATV用调制器。

所述晶体基底为电光晶体基底或热光晶体基底；电光晶体基底为铌酸锂或钽酸锂基底；热光晶体基底为硅或玻璃基底。

所述电光晶体基底，对于Z切Y传铌酸锂、钽酸锂晶体则波导电极设计在波导分支结构的正上方，以利用最大的电光系数。

本发明所述的集成光学多功能调制器，其制造方法如下：

1)在晶体基底上采用光刻工艺制备波导结构；

2)采用退火质子交换，或者钛扩散工艺在铌酸锂等电光晶体上制作光波导；或者在硅等热光基底上制作脊形、矩形波导；

3)在电光晶体基底上光刻制作波导电极；或者在热光晶体基底上制作薄膜波导电极，用于加热；

4)对晶体基底芯片端面抛光；