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CN1042368C - 光调制装置 - Google Patents

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Abstract

具有基板4、在该基板上形成的用于入射光的入射光波导5、在基板4上从入射光波导5分支形成的透过光的位相随电场的强度变化的2个位相偏移光波导6和在基板4上把位相偏移光波导6合流形成的出射光波导7。位相偏移光波导6中至少一边具有使偏振反向的偏振反向部分8。也可以具有在位相偏移光波导6的一部分或多个部分的区域形成的光透过膜。也可具有在位相偏移光波导6上或其附近的一部分区域形成的缓冲层14。也可以在没有缓冲层14的区域的一部分或全部形成的向位相偏移光波导6施加应力的透明物质膜。也可具有向位相偏移光波导6之一的一部分施加应力的应力施加部件。也可以具有向位相偏移光波导6之一的一部分或全部照射光的光照射装置26。

Description

光调制装置
技术领域
本发明涉及通过从外部施加电场而对透过光波导的光进行调制的光调制装置。
背景技术
作为已知的先有的光调制装置，具有光源、接收从该光源发出的光的光学元件和将电场加到该光学元件上的电场施加元件。上述光学元件具有基板、在该基板上形成的入射光的入射光波导、在上述基板上从入射光波导分支后形成的透过光的位相随电场的强度变化的2个位相偏移光波导和在上述基板上把上述位相偏移光波导合流形成的出射光波导。
但是，在先有的光调制装置中，由于光波导的制造条件的限制，即使外加电场的强度为零，在分支后的光波导间也会产生位相差，所以，光强度相对于外加电场的变化而发生的变化即光调制效率将发生随机偏差。
另外，在先有的光调制装置中，当外加电场强度大时，容易使光学元件的性能变坏。
本发明的目的旨在提供可以很容易地调整外加电场的强度为零时的位相差的光调制装置。
本发明的目的还在于提供当外加电场强度大时可以防止光学元件性能变坏的光调制装置。
发明的公开：
本发明的特征在于：具有基板、在该基板上形成的入射光的入射光波导、在上述基板上从入射光波导分支形成的透过光的位相随电场的强度变化的2个位相偏移光波导和在上述基板上把上述位相偏移光波导合流形成的出射光波导，上述位相偏移光波导中至少一边的位相偏移光波导具有使偏振反向的偏振反向部分。
另外，本发明的特征在于：具有基板、在基板上形成的透过光的强度随电场的强度变化的光波导和在该光波导上的一部分或多个部分的区域形成的光透过膜。
本发明的特征在于：具有在上述位相偏移光波导上或其附近的一部分区域形成的缓冲层。
本发明的特征在于：具有在上述位相偏移光波导上或其附近的一部分区域形成的缓冲层和在未设该缓冲层的部分的一部分或全部区域形成的向上述位相偏移光波导施加应力的透明物质膜。
本发明的特征在于：具有向上述位相偏移光波导之一的一部分施加应力的应力施加部件。
本发明的特征在于：具有向上述位相偏移光波导之一的一部分或全部照射光的光照射装置。
附图的简单说明：
图1是本发明的光调制装置的正面图
图2是本发明其他例子的正面图
图3是图2例子的特性图
图4是图2例子的其他特性图
图5是本发明其他例子的斜视图
图6是本发明其他例子的斜视图
图7是图6例子的特性图
图3是本发明其他例子的斜视图
图9是本发明其他例子的斜视图
图10是本发明其他例子的斜视图
图11是图10例子的特性图
图12是本发明其他例子的斜视图
图13是本发明其他例子的斜视图
图14是本发明其他例子的斜视图
图15是本发明其他例子的斜视图
图16是本发明其他例子的正面图
图17是图16例子的主要部分的斜视图
图18是本发明其他例子的正面图
实施例：
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是本发明第1实施例的正面图。如图1所示，本发明的光调制装置具有光源1、接收从光源1发出的光的光学元件2和向该光学元件2施加电场的电场施加元件3。上述光学元件2具有基板4、在该基板4上形成的用于入射光的入射光波导5、在上述基板4上从入射光波导5分支形成的透过光的位相随电场的强度变化的2个位相偏移光波导6和在上述基板4上把上述位相偏移光波导6合流形成的出射光波导7。上述位相偏移光波导6的至少一方具有使偏振反向的偏振反向部分8。
上述光源1和入射光波导5使用入射光纤9相连接。通过入射光纤9射入上述入射光波导5内的上述光源1的光，由上述2个位相偏移光波导6分支后再由出射光波导7合流。出射光波导7与出射光纤10连接。在上述出射光波导7中合流的光通过出射光纤10出射。
上述电场施加元件3由在上述基板4上在位相偏移光波导6上或其附近形成的2个调制电极11和分别通过导线与这2个调制电极11连接的天线12构成。这2个天线12接收到信号时，由上述调制电极11将指定的电场加到上述位相偏移光波导6上，由该电场强度引起上述位相偏移光波导6的折射率发生变化，所以，通过这些位相偏移光波导6的光的位相发生变化。上述偏振反向部分8与该偏振反向部分8以外的位相偏移光波导6的部分的光轴方向不同，所以，当均匀电场加到基板4上时，使透过光发生与其他部分方向相反的位相偏移，结果，使出射光的强度发生变化。
下面，说明本发明实施例1的具体例子。
上述基板4由Z切割的铌酸锂(LiNbO3)晶体板形成。在该基板4的表面上，通过将Ti进行热扩散形成宽8μm、深6μm的入射光波导5、位相偏移光波导6和出射光波导7。这里，取位相偏移光波导6上作为偏振反向部分8的部分的长度为25mm，2个位相偏移光波导6的直线部分的间隔为20μm。
另外，在上述基板4、入射光波导5、位相偏移光波导6和出射光波导7上形成厚度约0.5μm的SiO2层，利用光刻胶图案和SiO2蚀刻使2条分支的位相偏移光波导6的1条的部分露出。
然后，在WET氧氛围中，在1000℃下进行2小时的热处理，加热结束之后，在电炉内自然冷却。这样，就制成了位相偏移光波导6的偏振反向器分8。晶体表面残留的SiO2利用缓冲腐蚀剂溶液除掉。
将这样制作的光学元件与偏振状态稳定光纤即入射光纤9和单模光纤即出射光纤10连接。上述光源1由激光器构成，该激光器的传播激光波长为1.31μm。
如图2所示，作为本发明的实施例，制作了使用由沿X轴切断的LiNbO3构成的基板4的马赫-齐德干涉仪即光学元件2。作为其制作条件，在Ti膜800的厚度下进行热扩散(在1025℃下，在Wet O2的气氛中进行5小时)，利用Cr-Au进行真空镀膜形成用于沿基板4的C轴方向向分支的位相偏移光波导6施加外加电压的调制电极11。
在上述光学元件2的分支的1条光波导6的一部分(宽15mm)溅射膜厚为1500μm的SiO2形成光透过膜13。向不具备上述光透过膜13的先有的光学元件加电压时的光输出的强度如图3的曲线A所示的那样变化，向具有上述光透过膜13的光学元件2加电压时的光强度如图3的曲线B所示的那样变化。由此可以证明，利用本实施例可以调整光学元件2的位相。
光输出随上述光透过膜13的膜厚而变化的数据的一个例子示于图4。由图可知，在利用溅射法形成了由SiO2膜构成的光透过膜13的情况下，膜厚为500时，输出偏置为π/8的偏移，膜厚为1000时，输出偏置为π/4的偏移。使用的元件的半波长电压为1.5V。另外，这里所说的偏置，是指未向光波导加电压时图3的光输出强度曲线上的点。
如图5所示，在由LiNbO3构成的基板4上，形成由在900～1100℃的温度下将钛进行数小时的热扩散而形成的宽5～12μm、深3～10μm的入射光波导5、位相偏移光波导6和出射光波导7构成的光学元件2。
在上述入射光波导5、位相偏移光波导6、出射光波导7和基板4上形成由SiO2构成的缓冲层14。在该缓冲层14上形成宽10～30μm的调制电极11。这里，将位于一条位相偏移光波导6上的缓冲层14的一部分切去，形成构槽15。
如图6所示，在上述光学元件2上，在没有由SiO2构成的缓冲层14的区域的一部分重新涂上对位相偏移光波导6的部分施加应力的物质，例如氰基丙烯酸酯系列高分子粘接剂16。该粘接剂16可以使位相偏移光波导6的折射率发生变化，所以，可以使2个位相偏移光波导6之间出现位相差。向图6所示的光学元件2加电压时的光强度可以从图7的曲线C所示的特性改变为曲线D所示的特性。
如图8所示，在上述光学元件2上，也可以在上述位相偏移光波导6上的缓冲层14上形成多个沟槽15。
如图9所示，在上述光学元件2上，在上述位相偏移光波导6上的缓冲层14上形成多个沟槽15，也可以在位相偏移光波导6上将上述粘接剂16涂到这些沟槽15中指定数量的沟槽15上。
按照本实施例，在光学元件2的入射光波导5、位相偏移光波导6和出射光波导7制作之后，可以给出任意的光学位相差。
实施例3：
下面，参照附图说明本发明的实施例3。
如图10所示，光学元件2具有基板4和在该基板4上形成的入射光波导5、2个位相偏移光波导6、出射光波导7和调制电极11。
上述入射光波导5、位相偏移光波导6和出射光波导7是在900～1100℃的温度下将钛(Ti)在基板4上进行数小时的热扩散而形成的。上述入射光波导5、位相偏移光波导6和出射光波导7的宽度约为5～12μm，深度约为3～10μm。上述调制电极11的宽度约为10～30μm。
在上述基板4和入射光波导5、位相偏移光波导6及出射光波导7上形成缓冲层14。该缓冲层14由SiO2构成。在上述缓冲层14的上面形成调制电极11。该调制电极11的宽度约为10μm。
在上述基板4的与光的透过方向平行的2个侧面设置与其接触的应力施加部件17。该应力施加部件17由压电半导体构成。上述应力施加部件17通过施加指定的电压发生变形，通过上述基板4向位相偏移光波导6施加应力。位相偏移光波导6受到应力作用时，折射率发生变化，所以，在位相偏移光波导6中传送的位相发生变化。
例如，当在上述应力施加部件17未向位相偏移光波导6施加应力的状态下，出射光的强度随外加电压的变化而变化如图11的曲线E所示的那样时，利用上述应力施加部件17向位相偏移光波导6施加应力，可以将出射光的强度随外加电压的变化而变化设定为如图11的曲线F所示的那样。
如图12所示，上述光学元件2装配到外壳18内。在该外壳18的一部分位置形成螺纹孔19。将螺钉20拧合到该螺纹孔19内。该螺钉20构成为上述应力施加部件17。上述螺丝钉20的前端部构成为可以挤压上述位相偏移光波导6。上述螺钉20向上述位相偏移光波导6施加应力时，位相偏移光波导6的折射率发生变化。
如图13所示，也可以构成螺钉20通过挤压上述位相偏移光波导6附近的上述基板4而向上述位相偏移光波导6施加作用力的结构。
如图14所示，在上述光学元件2具有缓冲层14的情况下，也可以构成为上述螺钉20通过挤压上述位相偏移光波导6上的缓冲层14而向上述位相偏移光波导6施加应力的结构。
如图15所示，在上述光学元件2具有缓冲层14的情况下，也可以构成为上述螺钉20通过挤压位于上述位相偏移光波导6附近的缓冲层14而向上述位相偏移光波导6施加应力的结构。
如图16和图17所示，上述光学元件2装配到具有热可塑性的外壳21内。光学元件2利用硅树脂固定到在外壳21的底部22上形成的固定台23上。入射光纤9和出射光纤10与光学元件2的入射光波导5及出射光波导7的端面连接。天线12通过导线24与光学元件2的调制电极11连接。通过利用紫外线照射装置向外壳21的底部22的指定部分25照射紫外线将外壳21的底部22加热使之变形而向上述位相偏移光波导6施加应力。在将上述基板4与外壳21的内壁接触地装配进该外壳21内时，则不必使用粘接剂将基板4与外壳21固定。
实施例4：
下面，参照附图详细说明本发明的实施例4。
如图18所示，上述光学元件2具有基板4、在该基板4上形成的用于入射光的入射光波导5、在上述基板4上从入射光波导5分支形成的透过光的强度随电场的强度变化的2个位相偏移光波导6、在上述基板4上把上述位相偏移电路6合流形成的出射光波导7和向上述位相偏移光波导6之一的一部分或全部照射光的光照射装置26。
上述基板4由铌酸锂(LiNbO3)等构成。当将光照射到铌酸锂等电光晶体等上时，电子便从晶体中的杂质能级向导带激励，电子向-Z方向漂移。在途中激励电子落入俘获能级，所以，在晶体中出现带正、负电的部分，从而产生空间电场，该空间电场引起折射率变化。这个现象称为光损伤。本发明恰好就是利用了这个现象。
例如，在由铌酸锂构成的基板4上通过将Ti进行热扩散形成入射光波导5、位相偏移光波导6和出射光波导7。热扩散的条件为温度1025℃，在Wet O2气氛下进行5小时。入射光波导5、位相偏移光波导6和出射光波导7的膜厚为500，宽度为6μm。
在该光学元件2中，插入损耗为5.5dB，消光比为26.0dB，半波长电压为1.9V。
产业上利用的可能性
本发明适用于需要进行光开关和位相控制的光调制系统。另外，本发明还可作为测量电场强度的电场传感器使用。

Claims (6)

1．一种光调制装置，具有基板、在该基板上形成的用于入射光的入射光波导、在上述基板上从入射光波导分支形成的能使透过光的相位随着电场强度而产生变化的两个相位偏移光波导、在上述基板上形成的能与上述两个相位偏移光波导合流的出射光波导、向上述两个相位偏移光波导施加电场的电场施加装置，其特征在于，上述两个相位偏移光波导中的至少一个具有已被偏振反向的偏振反向部分。
2．一种光调制装置，具有基板、在该基板上形成的用于入射光的入射光波导、在上述基板上从入射光波导分支形成的能使透过光的相位随着电场强度而产生变化的两个相位偏移光波导、在上述基板上形成的能与上述两个相位偏移光波导合流的出射光波导、向上述两个相位偏移光波导施加电场的电场施加装置，其特征在于，在上述两个相位偏移光波导中的至少一个相位的偏移光波导上，在其一部分或多个部分上形成有光透过膜。
3．一种光调制装置，具有基板、在该基板上形成的用于入射光的入射光波导、在上述基板上从入射光波导分支形成的能使透过光的相位随着电场强度而产生变化的两个相位偏移光波导、在上述基板上形成的能与上述两个相位偏移的光波导合流的出射光波导、向上述两个相位偏移光波导施加电场的电场施加装置，其特征在于，至少在上述两个相位偏移光波导上形成有缓冲层，在覆盖着上述两个相位偏移光波导中一个相位偏移光波导的缓冲层的一部分上设置了至少一个孔。
4．如权利要求3所述的一种光调制装置，其特征在于，在上述孔的至少一部分中埋有能向与其对应的相位偏移光波导施加应力的物质。
5．一种光调制装置，具有基板、在该基板上形成的用于入射光的入射光波导、在上述基板上从入射光波导分支形成的能使透过光的相位随着电场强度而产生变化的两个相位偏移光波导、在上述基板上形成的能与上述两个相位偏移光波导合流的出射光波导、向上述两个相位偏移光波导施加电场的电场施加装置，其特征在于，在上述两个相位偏移光波导中的至少一个光波导上设有可借助螺丝施加应力的装置。
6．一种光调制装置，具有基板、在该基板上形成的用于入射光的入射光波导、在上述基板上从入射光波导分支形成的能使透过光的相位随着电场强度而产生变化的两个相位偏移光波导、在上述基板上形成的能与上述两个相位偏移光波导合流的出射光波导、向上述两个相位偏移光波导施加电场的电场施加装置，其特征在于，设有能向上述两个相位偏移光波导中的至少一个光波导的一部分或全部照射光的光照射装置。
CN94190477A 1993-07-07 1994-07-07 光调制装置 Expired - Fee Related CN1042368C (zh)

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