[发明专利]基于周期性极化铌酸锂脊型波导结构的电光偏振旋转器

说明书

一种电光偏振旋转器，包括：依次设置于铌酸锂基底上的二氧化硅层、铌酸锂晶体薄膜层和绝缘介质保护层，铌酸锂晶体薄膜层中设有周期性的铌酸锂脊型波导、划槽以及设置于划槽内的嵌入式电极，藉由在铌酸锂脊型波导的侧面方向上施加电场，通过横向电光效应，实现输入光在铌酸锂脊型波导中的偏振旋转。本发明利用周期性极化铌酸锂脊型波导结构，具有电光控制、体积小、驱动电压低、响应速度快、偏振精度高、可集成、损伤阈值高等优点。

技术领域

本发明涉及的是一种光电子、光通信领域的技术，具体是一种基于周期性极化铌酸锂脊型波导结构的电光偏振旋转器。

背景技术

目前，对光偏振的控制主要有机械式、液晶式和电光调制等类型。机械式偏振控制器如空间波片旋转器、挤压型光纤偏振控制器等。波片旋转器是基于波片本身的自然双折射特性，通过手动或者电控方式旋转波片主轴方向，从而达到偏振控制的目的；而利用挤压光纤产生的应力双折射来改变偏振态，结构比较简单，但偏振态无法精确控制。液晶型偏振控制器是利用液晶分子在电场中取向产生的双折射，但受液晶材料本身的限制，其响应速度一般在微秒甚至毫秒量级，而且光损伤阈值较小。电光调制器是利用晶体的电光效应产生的双折射来控制光偏振态的，这类控制方法响应速度快、控制精度高。但由于晶体的电光系数小，通常体器件所用的晶体尺寸也很大，需要很大的驱动电压。传统的基于晶体的电光调制器的尺寸和质量都较大，不易于集成，体积大、驱动电压高。其驱动电压一般在千伏以上。总之，目前的偏振控制器大多涵盖了尺寸大、高压驱动、精度低、响应慢、不宜集成等缺点。

发明内容

本发明针对现有扩散型波导的折射率对比度小，光场局域性不强；扩散波导损伤阈值较低，在高功率输入的情况下也容易损伤等缺陷，提出一种基于周期性极化铌酸锂脊型波导结构的电光偏振旋转器，基于横向电光效应，通过施加在周期性极化铌酸锂脊型波导两侧的横向电场，使其形成Solc滤波器构型的摇摆畴结构。光在通过这些摇摆畴结构时发生偏振耦合，输出光的偏振最终旋转特定角度，从而实现电信号对光偏振方向的控制。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种电光偏振旋转器，包括：依次设置于铌酸锂基底上的二氧化硅层、铌酸锂晶体薄膜层和绝缘介质保护层，其中：铌酸锂晶体薄膜层中设有周期性的铌酸锂脊型波导、划槽以及设置于划槽内的嵌入式电极，藉由在铌酸锂脊型波导的侧面方向上施加电场，通过横向电光效应，实现输入光在铌酸锂脊型波导中的偏振旋转。

所述的电光偏振旋转器外部进一步设有封装结构，该封装结构包括基座、保偏光纤和外部接口，其中：保偏光纤与基座固定连接，通过光纤端面耦合直接将偏振光耦合进铌酸锂脊型波导。

所述的外部接口包括：SMA接口和TEC接口。

所述的封装结构上进一步设有光准直器，该光准直器将从输出端面耦合出的光整形成空间平行光。

所述的光准直器为折射率梯度透镜、微透镜组等。

所述的准直器也可以直接用单模光纤替代，从而形成光纤输入光纤输出器件。

本发明涉及上述电光偏振旋转器的制备方法，通过在铌酸锂晶体基底上沉积一层二氧化硅层，其上键合周期性极化铌酸锂晶体，并通过化学机械研磨工艺减薄至微米级，形成周期性极化铌酸锂晶体薄膜，该铌酸锂晶体薄膜层通过高精度光学级划片工艺加工出平行划槽，中间预留几个微米宽的脊型结构，即铌酸锂脊型波导。

所述的铌酸锂波导即为平行划槽之间预留的脊型结构。

所述的横向电场通过嵌入在划槽中的金属电极施加，通过横向电光效应，偏振光经过周期性极化铌酸锂脊型波导后偏振发生旋转。

所述的周期性极化铌酸锂的极化周期正好可补偿输入光在晶体中偏振耦合过程中的动量失配。

技术效果