TW201441693A - 電光調製器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種電光調製器,其包括一基底、一形成於該基底上的Y型光波導、一對設置於該基底上的第一電極及一對設置於該基底上的第二電極。該Y型光波導包括一第一分支及一第二分支,該第一分支包括一第一子Y型光波導,該第一子Y型光波導包括一第一子分支及一第二子分支,該第二分支包括一第二子Y型光波導,該第二子Y型光波導包括一第三子分支及一第四子分支。該對第一電極及該對第二電極分別用於調製該第一子Y型光波導及該第二子Y型光波導以使該第一子Y型光波導及該第二子Y型光波導輸出的光束的功率相同,從而提高消光比。
Description
本發明涉及集成光學,特別涉及一種電光調製器。
馬赫-曾德爾(Mach-Zehner)電光調製器利用電光效應通過調製電場改變Y型光波導兩個分支之一的等效折射率,從而改變在其中傳輸的光束的相位,使之與Y型光波導另外一分支中傳輸的光束存在相位差。如此,Y型光波導兩個分支中傳輸的光束重新彙聚後將發生干涉,輸出功率取決於相位差,也即是由調製電場決定,從而實現調製。然而,Y型光波導兩個分支中傳輸的光束的功率往往存在微小差異,導致當電光調製器作為開關使用時,關閉狀態依然有微小功率輸出而開啟狀態時輸出的功率並非最大,消光比(extinction ratio)下降。
有鑑於此,有必要提供一種可提高消光比的電光調製器。
一種電光調製器,其包括:
一基底;
一形成於該基底上的Y型光波導,該Y型光波導包括一第一分支及一第二分支,該第一分支包括一第一子Y型光波導,該第一子Y型光波導包括一第一子分支及一第二子分支,該第二分支包括一第二子Y型光波導,該第二子Y型光波導包括一第三子分支及一第四子分支,該第二子分支及該第四子分支分別位於該第一子分支及該第三子分支兩側;該基底在該第一子分支與該第二子分支開設一第一凹槽、在該第三子分支與該第四子分支之間開設有一第二凹槽及在該第一分支與該第二分支之間及兩側分別開設有一第一凹槽;
一填充於該第一凹槽的第一調製電極;
一填充於該第二凹槽的第二調製電極;及
三個分別填充於該三個第三凹槽的地電極;
該第一調製電極與兩側兩個該地電極配合用於調製該第一子Y型光波導而該第二調製電極與兩側兩個該地電極配合用於調製該第二子Y型光波導以使該第一子Y型光波導及該第二子Y型光波導輸出的功率相同。
如此,當該電光調製器作為開關使用時,該第一子Y型光波導及該第二子Y型光波導輸出的功率分別決定該第一分支及該第二分支參與干涉的功率,而由於該第一子Y型光波導及該第二子Y型光波導輸出的光束的功率相同,從而使得關閉狀態輸出功率最小而開啟狀態時輸出功率最大,消光比提高。
10...電光調製器
110...基底
111...第一凹槽
112...第二凹槽
113...第三凹槽
114...頂面
120...Y型光波導
121...第一分支
122...第二分支
123...第一子Y型光波導
124...第一子分支
125...第二子分支
126...第二子Y型光波導
127...第三子分支
128...第四子分支
129...輸入段
12a...輸出段
12b...第一子輸入段
12c...第一子輸出段
12d...第二子輸入段
12e...第二子輸出段
130...第一調製電極
140...第二調製電極
150...地電極
圖1為本發明較佳實施方式的電光調製器的立體示意圖。
圖2為圖1的電光調製器沿線II-II的剖面示意圖。
請參閱圖1及圖2,本發明較佳實施方式的電光調製器10,其包括一基底110、一Y型光波導120、一第一調製電極130、一第二調製電極140及三個地電極150。該Y型光波導120形成於該基底110上,且包括一第一分支121及一第二分支122。該第一分支121包括一第一子Y型光波導123,該第一子Y型光波導123包括一第一子分支124及一第二子分支125,該第二分支122包括一第二子Y型光波導126,該第二子Y型光波導126包括一第三子分支127及一第四子分支128。該第二子分支125及該第四子分支128分別位於該第一子分支124及該第三子分支127兩側。該基底110在該第一子分支124與該第二子分支125開設一第一凹槽111、在該第三子分支127與該第四子分支128之間開設有一第二凹槽112及在該第一分支121與該第二分支122之間及兩側分別開設有一第三凹槽113。該第一調製電極130填充於該第一凹槽111。該第二調製電極140填充於該第二凹槽112。該三個地電極150分別填充於該三個第三凹槽113。該第一調製電極130與兩側兩個該地電極150配合用於調製該第一子Y型光波導123而該第二調製電極140與兩側兩個該地電極150配合用於調製該第二子Y型光波導126以使該第一子Y型光波導123及該第二子Y型光波導126輸出的功率相同。
如此,當該電光調製器10作為開關使用時,該第一子Y型光波導123及該第二子Y型光波導126輸出的功率分別決定該第一分支121及該第二分支122參與干涉的功率,而由於該第一子Y型光波導123及該第二子Y型光波導126輸出的光束的功率相同,從而使得關閉狀態輸出功率最小而開啟狀態時輸出功率最大,消光比提高。
具體的,該基底110包括一頂面114。由於鈮酸鋰(LiNbO3)晶體(LN)具有較高的反應速度,因此,該基底110的材料採用鈮酸鋰晶體,以提高該電光調製器10的頻寬。
該Y型光波導120是自該頂面114向該基底110內部高溫擴散金屬鈦(單質)而形成的。具體的,該Y型光波導120包括一輸入段129及一輸出段12a。該第一分支121及該第二分支122自該輸入段129分叉出並彙聚入該輸出段12a。該第一分支121還包括一與該輸入段129連接的第一子輸入段12b及一與該輸出段12a連接第一子輸出段12c。該第一子分支124及該第二子分支125自該第一子輸入段12b分叉出並彙聚入該第一子輸出段12c。該第二分支122還包括一與該輸入段129連接的第二子輸入段12d及一與該輸出段12a連接第二子輸出段12e。該第三子分支127及該第四子分支128自該第二子輸入段12d分叉出並彙聚入該第二子輸出段12e。
根據干涉理論,該輸出段12a傳輸的光束可以表示為:
,
其中,、及分別為該輸出段12a、該第一子輸出段12c及該第二子輸出段12e傳輸的光束的振幅,、及分別為該第一子輸出段12c及該第二子輸出段12e傳輸的光束的相位,為自然指數,為虛數單位,為角速度及為時間變數。
該輸出段12a傳輸的光束的功率表示為:
,
其中,即為該輸出段12a傳輸的光束功率。
同理可得該第一子輸出段12c傳輸的光束及其功率:
,
,
,及
,
其中,、、及分別為該第一子分支124、該第二子分支125、該第三子分支127及該第四子分支128傳輸的光束的振幅,、、及分別為該第一子分支124、該第二子分支125、該第三子分支127及該第四子分支128傳輸的光束的相位,及為該第一子輸出端12c傳輸的光束的功率。
以該基底110的高度方向為軸(即垂直於該頂面114的方向),寬度方向為軸(即平行於該頂面114而垂直於該第二子分支125或該第四子分支128的方向),該第二子分支125及該第四子分支128的長度方向為軸,根據平板光波導的波動方程分析,可知,橫電波僅有沿軸方向的電場分量,而橫磁波僅有沿軸方向的電場分量及沿軸方向的電場分量。
由於該第一調製電極130與兩側兩個該地電極150載入一調製電壓後產生的極間電場穿過該第一子分支124及第二子分支125的部分完全平行於軸,因此可以有效改變該第二子分支125的等效折射率從而調製橫電波,進而改變及。同理的,由於該第二調製電極140與兩側兩個該地電極150載入一調製電壓後產生的極間電場穿過該第三子分支127與該第四子分支128的部分完全平行於軸,因此可以有效改變該第二子分支125的等效折射率從而調製橫電波,進而改變及。
根據上面的公式改變、、及,便可使得,而且還可以使得(達到最大,該電光調製器10處於開啟狀態)或(達到最小,該電光調製器10處於關閉狀態)。
本實施方式中,該輸入段129、該輸出段12a、該第一子分支124、該第二子分支125、該第三子分支127及該第四子分支128平行設置。
該第一凹槽111、該第二凹槽112及該三個第三凹槽113自該頂面114向該基底110內開設,且基本呈矩形。
該第一凹槽111、該第二凹槽112及該三個第三凹槽113的深度大於或至少等於該Y型光波導120的深度,而該第一調製電極130填滿該第一凹槽111。該第二調製電極140填滿該第二凹槽112。該三個地電極150分別填滿該三個第三凹槽113。如此,該極間電場及在軸方向完全覆蓋該第一子分支124、該第二子分支125、該第三子分支127及該第四子分支128,可以提高調製效率。
位於該第二子分支125兩側的該第一凹槽111該第三凹槽113與該第二子分支125平行、對齊且等長,對應的,位於該第二子分支125兩側的該第一調製電極130與該地電極150與該第二子分支125平行、對齊且等長,因此產生的該極間電場在軸方向完全覆蓋該第二子分支125,可以提高調製效率。
位於該第四子分支128兩側的該第二凹槽111該第三凹槽113與該第四子分支128平行、對齊且等長,對應的,位於該第四子分支128兩側的該第二調製電極140與該地電極150與該第四子分支125平行、對齊且等長,因此產生的該極間電場在軸方向完全覆蓋該第四子分支128,可以提高調製效率。
該第一凹槽111及該第二凹槽112沿軸方向在位於該第一分支121與該第二分支122之間的該第三凹槽113上的投影完全落在位於該第一分支121與該第二分支122之間的該第三凹槽113上,對應的,該第一調製電極130與該第二調製電極112沿軸方向在位於該第一分支121與該第二分支122之間的該地電極150上的投影完全落在位於該第一分支121與該第二分支122之間的該地電極130上。如此,在軸方向上,該極間電場對該第一子分支124的調製與對該第二子分支124的調製相同,而該極間電場對該第三子分支127的調製與對該第四子分支128的調製相同,可以提高調製效率。
10...電光調製器
110...基底
111...第一凹槽
112...第二凹槽
113...第三凹槽
114...頂面
120...Y型光波導
121...第一分支
122...第二分支
123...第一子Y型光波導
124...第一子分支
125...第二子分支
126...第二子Y型光波導
127...第三子分支
128...第四子分支
129...輸入段
12a...輸出段
12b...第一子輸入段
12c...第一子輸出段
12d...第二子輸入段
12e...第二子輸出段
130...第一調製電極
140...第二調製電極
150...地電極
Claims (10)
- 一種電光調製器,其包括:
一基底;
一形成於該基底上的Y型光波導,該Y型光波導包括一第一分支及一第二分支,該第一分支包括一第一子Y型光波導,該第一子Y型光波導包括一第一子分支及一第二子分支,該第二分支包括一第二子Y型光波導,該第二子Y型光波導包括一第三子分支及一第四子分支;該第二子分支及該第四子分支分別位於該第一子分支及該第三子分支兩側;該基底在該第二子分支與該第一子分支相背一側開設有一第一凹槽、在該第一分支與該第二分支之間開設一第二凹槽及在該第四子分支與該第三子分支相背一側開設有一第三凹槽;
一填充於該第一凹槽的第一調製電極;
一覆蓋該第二子分支的第一地電極;
一覆蓋該第一子分支的第二調製電極;
一填充於該第二凹槽的第二地電極;
一覆蓋該第三子分支的第三調製電極;
一覆蓋該第四子分支的第三地電極;及
一填充於該第三凹槽的第四調製電極;
該第一調製電極、該第一地電極、該第二調製電極及該第二地電極配合用於調製該第一子Y型光波導而該第二地電極、該第三調製電極、該第三地電極及該第四調製電極配合用於調製該第二子Y型光波導以使該第一子Y型光波導及該第二子Y型光波導輸出的功率相同。 - 如請求項1所述的電光調製器,其中,該基底的材料採用鈮酸鋰晶體。
- 如請求項1所述的電光調製器,其中,該Y型光波導包括一輸入段及一輸出段,該第一分支及該第二分支自該輸入段分叉出並彙聚入該輸出段,該第一分支還包括一與該輸入段連接的第一子輸入段及一與該輸出段連接第一子輸出段,該第一子分支及該第二子分支自該第一子輸入段分叉出並彙聚入該第一子輸出段,該第二分支還包括一與該輸入段連接的第二子輸入段及一與該輸出段連接第二子輸出段,該第三子分支及該第四子分支自該第二子輸入段分叉出並彙聚入該第二子輸出段。
- 如請求項1所述的電光調製器,其中,該基底包括一個頂面,該Y型光波導是自該頂面向該基底內部高溫擴散金屬鈦而形成的,該第一凹槽、該第二凹槽及該第三凹槽自該頂面向該基底內開設,該第一凹槽、該第二凹槽及該第三凹槽的深度大於或至少等於該Y型光波導的深度,而該第一調製電極填滿該第一凹槽,該第二地電極填滿該第二凹槽,該第四調製電極填滿該第三凹槽。
- 如請求項1所述的電光調製器,其中,該輸入段、該輸出段、該第一子分支、該第二子分支、該第三子分支及該第四子分支平行設置,該第二子分支及該第四子分支分別位於該第一子分支及該第三子分支兩側,該第二子分支比該第一子分支短,該第一凹槽與該第二子分支平行、對齊且等長,該第一地電極也與該第二子分支行、對齊且等長。
- 如請求項5所述的電光調製器,其中,該第二調製電極與該第一地電極平行、對齊且等長,且該第二調製電極沿垂直於該第二子分支的方向在該第二凹槽上的投影完全落在該第二凹槽上。
- 如請求項1所述的電光調製器,其中,該輸入段、該輸出段、該第一子分支、該第二子分支、該第三子分支及該第四子分支平行設置,該第二子分支及該第四子分支分別位於該第一子分支及該第三子分支兩側,該第四子分支比該第三子分支短,該第三凹槽與該第四子分支平行、對齊且等長,該第四調製電極也與該第四子分支平行、對齊且等長。
- 如請求項7所述的電光調製器,其中,該第三調製電極與該第三地電極平行、對齊且等長,且該第三調製電極沿垂直於該第二子分支的方向在該第二凹槽上的投影完全落在該第二凹槽上。
- 如請求項1所述的電光調製器,其中,該電光調製器還包括一設置於該基底與該第一地電極、該第二調製電極、該第三調製電極及該第三地電極之間的緩衝層,用於防止在該第一子分支、該第二子分支、該第三子分支及該第四子分支傳輸的光束被該第一地電極、該第二調製電極、該第三調製電極與該第三地電極吸收。
- 如請求項9所述的電光調製器,其中,該緩衝層採用二氧化矽製成。
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