[实用新型]超大带宽的铌酸锂电光开关

说明书

本实用新型公开了一种超大带宽的铌酸锂电光开关。超大带宽的铌酸锂电光开关包括多个级联的等臂马赫‑曾德干涉仪。所述的等臂马赫‑曾德干涉仪从输入到输出依次包括渐变输入波导、3dB分束器、分开弯曲波导、移相器、靠近弯曲波导、3dB合束器、渐变输出波导。本实用新型可以通过设置级联结构中多个等臂马赫‑曾德干涉仪的移相器长度，实现单电压控制的超大带宽范围内超高消光比的光开关，也可用作紧凑集成型的“斩光器”或超大带宽调制器。

技术领域

本实用新型涉及集成光电子器件领域，具体涉及一种超大带宽的铌酸锂电光开关。

背景技术

集成光子学是一种强大的平台。与自由空间光学系统相比，它可以在提高光学系统的性能和稳定性的同时实现低成本、小尺寸、可替代等诸多优点。过去的十几年来，在开发通信波段低损耗的集成光子平台方面取得了非常显著的成就，其中最为代表性的就是硅基光子学。

而可见光波段的集成光子器件则受到的关注较少。可见光波段涉及许多应用领域，包括光学成像、生物传感、生物医学、光遗传学等等。例如，碱金属和碱土金属，如铯、钙和钠，是现代精密光学频率计量、磁测定和量子计算的关键元素，它们的原子跃迁谱线在可见光谱和近可见光谱范围内。

在这些应用的驱动下，人们研究了许多可用于可见光光子平台的材料，包括二氧化硅、氮化硅、氮化铝、铌酸锂等等。铌酸锂是一种负单轴晶体，其透明窗口非常大，覆盖400~5000nm波段，且铌酸锂的具有很大的电光系数以及强的光学非线性，非常适用于调制器、开关的制作以及波长转换等非线性过程的产生。早些年的铌酸锂光器件中的光波导是基于钛扩散或退火质子交换形成，其折射率差非常小，因此整体器件的尺寸通常非常大，不利于大规模密集集成的需要。然而近几年来，铌酸锂薄膜快速发展。基于铌酸锂薄膜的波导结构具有折射率差大、波导尺寸小、与CMOS兼容等诸多优点，因而受到了广泛的关注。由于铌酸锂的透明窗口覆盖了整个可见光波段，因此铌酸锂薄膜是可见光波段集成光子平台的一个非常好的选择。

光开关是集成光子领域的一个关键器件，其被用于控制光信号的有无，以实现特定的目的。实现光开关的原理主要有热光效应、电光效应、声光效应等等。在过去的十几年，研究人员们的研究重心主要放在通信波段的光开关，并提出了多种结构。然后，在可见光波段，关于光开关的工作可谓少之又少。其主要原因可能有两点，一是适用于可见光波段且能制作高性能光开关的集成光子平台并不多；二是可见光波段波长太小，色散太大，想在可见光波段实现超大带宽和超高消光比的光开关相比于通信波段更加困难。

在气体检测中，可以使用斩光器将光源发出的光线调制为具有一定频率的光线，配合锁相放大器使用，可以降低其他频率的噪声对系统的影响，从而提高检测结果的信噪比。其中所用的斩光器通常为机械装置，一般由旋转式斩波片及其控制装置组成，其通过斩波片不断旋转来对光线进行周期性地遮断，从而将连续光调制为具有一定频率的光。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目是提供一种超大带宽的铌酸锂电光开关，可以在整个400~900nm波段内实现消光比小于-20dB。