[发明专利]基于缺陷结构的周期极化铌酸锂的电光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，具体涉及含有缺陷结构的周期极化铌酸锂 (PPLN)超晶格中的电光相互作用，以及基于这种作用的一种新型的电光调制 器的设置。更具体而言，是一种通过电光效应改变入射光的偏振状态继而改变光 波位相的一种电光调制器。

背景技术

上个世纪末全球的信息产业飞速发展，人们对通信的需求也不断增加，人们 不仅要求能得到越来越多的语音、数据、图像等业务的传输，更希望能以更快的 速度、更高的质量、更便捷的方式来获取信息。在这种形势下，对信息传输系统 带来了压力和动力。高速、高效、大容量的宽带通信网络是现代通信网络发展的 趋势。光纤凭借着其频带宽、容量大、损耗低等优点已成为现代通信网中一种不 可替代的、最主要的信息传输方式。在光纤通信中，信息由激光器发出的光波所 携带，光波就是载波，要实现信息的传输，首先必须把信息加载到光源发射的光 波上，这一过程就是调制。光调制器就是实现从电信号到光信号的转换的器件。

调制方式可分为内调制(也称直接调制)、外调制(也称间接调制)两种。 内调制是将调制信号直接注入激光器，调制激光输出参数(如光强)。外调制方 式是让激光器连续工作，把外调制器放在激光器输出端之后，用调制信号通过调 制器对激光器的连续输出进行调制，因而不会影响光源工作的稳定性，可以提高 光纤通信系统的质量。因此在目前高速长距离光纤通信系统中正成为主要的调制 方式。从其实现的激励来讲，主要基于电光、声光、磁光和电吸收效应，其中电 光效应是在光调制中得到最广泛应用的物理现象。电光效应(electro-optic effect) 指材料折射率随外加电场变化的现象，介质的折射率变化随信号电压线性改变， 介质折射率变化最终反映到光波相位、振幅或频率上，实现光调制。若电光效应 追本溯源，则是由于构成材料原子的电子状态随电场变化，所以对电场变化的响 应速度非常快，对飞秒级得电场变化也能瞬息响应，因此可以说这一物理效应最 适合于用在超高速光调制器中。电光调制器的优点是响应速度快，调制速率高， 带宽也大，且易于集成，此外电光调制无频率啁啾。电光调制器的材料一般为双 折射材料，例如液晶与铌酸锂晶体等。设置铌酸锂超晶格提供的倒格矢可以满足 入射光实现偏振旋转的波矢匹配。

铌酸锂晶体是无机材料中电光系数最大的铁电晶体，而且其光学损耗很低， 是目前光通讯主干线上高速长距离的主要外调制器。铌酸锂电光调制器具有带宽 较宽、可抑制啁啾性能、波长独立性、损耗小等优点，是用于高速光通信系统最 有希望的器件，而且铌酸锂材料成本低，工艺相对简单，现已成为国内外研发的 热门器件。但是由于铌酸锂晶体的介电常数比较大，因此微波和光波之间的速度 失配较大，调制带宽受到限制，如果要提升器件的带宽，需要对波导和电极做复 杂的设置。而且干涉型、相位调制型器件的体积相对来说都比较大，因此其集成 度具有一定的限制。对铌酸锂电光调制器仍需进一步的研究与改进。而周期极化 铌酸锂已经是本申请人在先期的专利申请中有所体现。

参考文献如下：

1.罗雁横、张瑞君，光电子·激光15，190(2004)

2.李宇波、周强、吴树高、杨建义、江晓清、王明华，光电子·激光17， 783(2006)

3.Y.Q.Lu，Z.L.Wan，Q.Wang，Y.X.Xi，N.B.Ming  Appl.Phys.Lett. 77，3719(2000)

4.姜彬新型电光调制器原理及电路设置

5.E.L.Wooten et.al.IEEE Journal of Selected Topics in Quantum  Electronics 6，69(2000)

发明内容

本发明目的是提出了一种基于电光效应使入射光波偏振方向旋转的电光调 制器及其设置方法。这种方法及得到的电光调制器不改变入射光的偏振状态，但 极大程度地改变了光波的位相，可以实现低电压的电光调制，而且结构紧凑，易 于集成，在高速光通信系统中起到了至关重要的作用。