[发明专利]一种能实现无温度效应的集成电光相位调制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电光相位调制器，尤其是涉及一种能实现无温度效应的集成电光相位调制器。

背景技术

集成电光相位调制器，是基于电光效应，通过改变电压获得对相位的调制。它通常采用铌酸锂（LiNbQ₃）晶体，主要是因透明波段从可见光至红外光在晶体中的透过率达到98%，并且晶体具有良好的物理及热稳定性。当前的集成电光相位调制器还将消偏器，耦合器集成在一起，形成一个集成光学器件。

集成电光相位调制器一般和光纤构成干涉仪，广泛应用于光纤传感中。特别地，它是基于赛格纳克效应的光纤陀螺中的关键器件。集成电光相位调制器的主要参数包括附加损耗，分光比，消光比，半波电压。光纤陀螺对后两个的要求高，但是集成电光相位调制器的这些参数并不恒定，会受到温度等影响，其中半波电压的变化会直接影响光纤陀螺的标度因数。

为了解决集成电光相位调制器的稳定性问题，常用的措施有两种，一种是在干涉仪的信号处理中增加反馈回路，根据集成电光相位调制器的变化，实时调节响应的调制增益。这需要在系统方案中增加另一个回路，系统复杂并带来成本的提高；另一种是在系统级为干涉仪提供恒定的温度环境，但该方案意味着体积增大，成本提高，且不易使用。

发明内容

针对集成电光相位调制器特性参数随温度变化的问题，本发明的目的在于提供一种能实现无温度效应的集成电光相位调制器。

发明原理：

集成电光相位调制器是基于晶体的电光效应，常用铌酸锂晶体LiNbO3作为衬底的。铌酸锂晶体属于三角晶系。根据Y波导铌酸锂的线性电光效应，采用z向通过，横向加电压的工作方式。当外加电压V，相应产生的相移

           (1)

其中，γ是晶体电光系数，Γ是光场与电场的有效重叠系数，b为电极间距，λ是传输光波波长，L是调制波长长度，n为折射率。当Δφ=π时，此时的输入电压即为半波电压Vπ：

                                    (2)

集成电光相位调制器有一系列特性参数，其中半波电压是受温度影响最大的一个参数，在整个工作温度范围内（-40℃~+65℃）内的变化通常为6%~8%。从上式可以看出，集成电光相位调制器的半波电压与铌酸锂的材料和制作工艺有关，器件本身无法克服温度变化引起的L,b,ne的变化。最有效简单的方式是在集成电光相位调制器中控制其工作环境的温度，使其保持恒定。

帕尔贴制冷器是一种基于热电效应的半导体器件。当电流通过两个相互接触的相异导体时，温度差异会在导体两端出现。半导体制冷的最大温差取决于其冷端温度Tc、温差电系数α、导热系数λ和电导率σ。

(T_h- T_c)_max=(α²σ/λ) T_c²/2                     (3)

根据集成电光相位调制器的温度，改变帕尔贴制冷器的驱动电流，调节电导率，可获得不同的环境温度，从而达到保持集成电光相位调制器环境温度的恒定的目的。

本发明采用的技术方案是：

在集成电光相位调制器的管壳内的底面从下至上依次装有帕尔贴制冷器和波导，帕尔贴制冷器两端设帕尔贴制冷器电源输入正电极，帕尔贴制冷器电源输入地电极，波导上面设集成电光相位调制器的调制正电极、集成电光相位调制器的调制地电极、集成电光相位调制器的调制负电极、温度计电源输入正电极、温度计和温度计电源地电极、温度计温度输出电极，输入光纤和输出光纤分别与波导连接，两条条形块分别压在输入光纤和输出光纤的两端；温度计电源输入正电极、温度计电源地电极、温度计温度输出电极分别与温度计电源输入管脚、温度计电源输出管脚、集成电光相位调制器的调制地管脚相连，集成电光相位调制器的调制正电极、集成电光相位调制器的调制地电极、集成电光相位调制器的调制负电极分别和集成电光相位调制器的调制正管脚、集成电光相位调制器的调制地管脚、集成电光相位调制器的调制负管脚相连，帕尔贴制冷器电源输入正电极，帕尔贴制冷器电源输入地电极分别和帕尔贴制冷器电源输入正端管脚、帕尔贴制冷器电源输入地管脚相连。

所述的波导为Y型波导或X型波导。

本发明具有的有益效果是：