[发明专利]一种具有弯曲臂的电光调制器

说明书

本发明公开了一种具有弯曲臂的电光调制器，通过弯曲臂环绕电极的设计，缩小了调制器长度，减小电光调制器横纵尺寸比，有利于大规模集成；在不增加器件整体长度的前提下，有效的增长了电光作用区长度，降低了电光调制器半波电压，减小了器件功耗；同时，电极与光波导的长度更易于调节，可有效补偿电极中传输的微波与光波导中传输的光波的群速度失配，提高调制效率。

技术领域

本发明涉及现代光通信和集成光学的器件，特别涉及具有弯曲臂的电光调制器。

背景技术

电光调制器是现代光通信和集成光学中的重要器件，其作用是将载有调制信息的电信号转换为光波信号进行传输。铌酸锂材料具有电光系数大、光学透明性好、物理化学性质稳定的特点，是制作电光调制器理想的衬底材料。铌酸锂电光调制器主要由铌酸锂光波导与电极两部分组成，其中光波导包含输入光波导、输出光波导、耦合结构、干涉臂等结构。电极位于干涉臂两侧，电极上施加的电压可改变干涉臂中传输光波的相位，实现对输出光信号的调制，如图1所示。

对于铌酸锂电光调制器来说，半波电压是衡量电光作用效率的一个重要参数，它是指传输光波相位变化为π时对应的电极电压值。半波电压值越低，系统的功耗越低，电光作用效率越高。在其他条件不变的情况下，半波电压值与电光作用区长度成反比，所以降低半波电压的方法是增长电光作用区的长度，最直接的措施是增长电极的长度D及对应的光波导的长度。但是直接增长电极长度D会造成两点不利影响：一是器件的长度L增加，不利于器件的小型化与集成；二是电极长度越长，电极中传输的微波与光波导中传输的光波之间的群速度失配越严重，导致调制效率显著降低。一种常见的改进方案是在电光调制器的一端增加反射结构，光在传播单程后并不会马上输出，而是由反射结构反射向回进行第二次传输。通过这样的方式，在不增加器件尺寸的情况下，电光作用区域的长度增加为原来的两倍，电光调制器的半波电压降为原来的一半。使用该方法可降低的半波电压值有限，且无法解决微波与光波之间的群速度失配问题。

发明内容

本发明提出一种具有弯曲臂的电光调制器，不同于现有电光调制器通过直接增加电极长度或增加二次传输的方式，通过引入弯曲臂的方式来间接增加电极总长度，在不增加器件尺寸的同时有效降低了半波电压，通过弯曲臂的尺寸可调设计，还解决了微波与光波之间的群速度失配问题。

本发明目的通过采用以下技术方案实现：

一种具有弯曲臂的电光调制器，如图2-4所示，包括光波导部分和电极部分，光波导部分包括输入光波导1、耦合器2、波导干涉臂3、4、输出光波导5；输入光波导1通过耦合器2与波导干涉臂的一端相连，输出光波导5通过耦合器2与波导干涉臂的另一端相连；所述电极部分包括信号极6和接地极7，信号极用于传输调制信号，信号极6与接地极7之间形成调制电场；所述波导干涉臂3、4具有至少一个弯曲臂部分，所述电极部分以沿所述弯曲臂环绕或被所述弯曲臂环绕的方式进行设置。

更进一步的，耦合器2为3dB耦合器或多模干涉耦合器。

更进一步的，所述波导干涉臂为多个，其中每个波导干涉臂均具有至少一个弯曲臂部分，波导干涉臂光程相同或者不同；优选的，多个波导干涉臂中的至少两个为交叉或者不交叉；更优选的，所述波导干涉臂包括第一波导干涉臂(3)和第二波导干涉臂(4)，其中两个波导干涉臂光程相同，第一波导干涉臂(3)和第二波导干涉臂为交叉或者不交叉。如图2、4所示，第一波导干涉臂(3)和第二波导干涉臂为不交叉的形式；如图3所示，第一波导干涉臂(3)和第二波导干涉臂为交叉的形式。

波导干涉臂的弯曲臂部分整体上呈现弧形、扇形、锯齿形、方形、抛物线形或其他二次曲线形状。

如图2-4所示，每个波导干涉臂包括多个平坦臂部分和弯曲臂部分，所述弯曲臂部分和平坦臂部分通过依次首尾相连的方式形成波导干涉臂。