[发明专利]一种铌酸锂电光调制器

说明书

本发明涉及一种铌酸锂电光调制器，特别涉及一种低半波电压铌酸锂电光调制器，属于铌酸锂电光调制器技术领域。本发明将行波电极和直流偏置电极合二为一，通过匹配电路上的电容实现了只将直流电压加载在行波电极的中心电极上的作用，保证了直流调制的进行，同时，利用电容的通高频性质，没有影响微波的传播，保证了调制器的高速调制。提高了器件集成度，在保持芯片长度不变和器件整体尺寸不变的条件下，芯片上的电极长度大幅度增加，从而大幅降低了调制器的直流半波电压和微波半波电压。

技术领域

本发明涉及一种铌酸锂电光调制器，特别涉及一种低半波电压铌酸锂电光调制器，属于铌酸锂电光调制器技术领域，所述的低半波电压是指本发明中所涉及的铌酸锂电光调制器中的半波电压较现有技术中的铌酸锂电光调制器中的半波电压有所降低。

背景技术

以铌酸锂材料为基础的集成光学器件，例如集成光学电光调制器、光开关、电场传感器以及磁场传感器等器件的研究引起了许多研究者的关注。高速铌酸锂电光调制器具有光谱工作范围宽、驱动电压低、插入损耗小、消光比高、啁啾可以为零或可调、可靠性高和易于大规模生产等优点，成为目前应用于微波光子学、高速长距离光通信等领域的主流调制器。

铌酸锂电光调制器中，主要有两处电极，行波电极和直流偏置电极。其中调制器行波电极采用共面波导(CPW)传输线结构，由3根金属线条组成，中间为信号电极，两边为地电极。微波传输方向与光波传输方向相同，在光电互作用区域的两个波导分支上产生大小相等，方向相反的电场，从而对两路光波产生调制作用。由于铌酸锂晶体的电光效应，两路光波会产生大小相等，符号相反的相位差。当两路光波发生干涉时，微波信号就可以加载到光波上。而传输到共面波导末端的微波信号进入输出匹配电路，消耗在匹配负载上。

直流偏置电极，主要作用是调节器件的偏置工作点，即施加合适的偏置相位给器件使其正常工作，例如当铌酸锂波导强度调制器被运用到CATV(Community AntennaTelevision)系统中的时候，马赫-泽德干涉仪必须工作在线性工作点(即偏置相位为π/2)附近，此时器件线性响应最佳；应用于光纤通信系统中的铌酸锂外调制器也同样需要一个稳定的偏置相位，这样光传输系统的误码率能够得到有效的降低；当铌酸锂调制器被应用到光开关领域时，这样的光开光器件同样需要将器件偏置在合适的工作点处，这样能够使光开光的透光率灵活地在最大最小值之间来回转换，而此时器件对应的分别是固定的“0”和“π”工作点，这样有利于提高器件的消光比；另外，铌酸锂器件在实际的工程应用当中，一些内外界因素例如温度、外电场、应力等等以及器件本身的缺陷都会对铌酸锂集成光学器件的调制相位的稳定性产生非常大的影响，从而使器件的偏置工作点发生漂移，工作点幅度漂移大小有时较小有时非常大，漂移频率大小也有时较小有时较大。为了使器件在这些因素的影响下偏置工作点不稳定，也要通过直流偏置电极来控制。

铌酸锂电光调制器的重要指标之一是半波电压，包括微波半波电压和直流半波电压。微波半波电压和直流半波电压分别由行波电极和直流偏置电极的结构来决定。在器件的实际应用中往往希望半波电压越小越好，在器件设计中也将低半波电压作为设计目标，但低半波电压设计往往导致器件其他性能的降低。在其他结构参数不变的情况下，电极长度越长，半波电压越低。但是单纯增大电极长度会导致器件体积相应增大，影响实际使用。

现有的铌酸锂电光调制器结构如图1所示，其中1为铌酸锂衬底、2为波导、3为行波电极、4为直流偏置电极、5为匹配电路板、6为匹配电极、7为互联金丝、8为负载电阻，9为微波输入，10为直流偏置电压输入。

微波信号9输入到行波电极上后，沿着行波电极传播到匹配电路板5，最终在负载电阻上消耗掉，完成微波对光波的调制作用。直流偏置电压10加载在直流偏置电极4上，控制调制器的偏置工作点。器件工作时，微波调制与直流调制分别在行波电极3和直流偏置电极4上进行，调制器芯片1上需要设置2个电极。

上述的结构使得调制器的半波电压较大。

发明内容