一种光学相位调制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于光栅的相位调制器。该器件属于光学工程领域，主要应用于 光通信、光信号处理、光传感、W及光器件集成等领域。
【背景技术】
[0002] 光学相位调制器是使光波的相位按一定规律变化，实现光调制的装置。因此，光学 相位调制器在光通信、光信号处理W及光器件集成等领域具有非常广泛的应用。随着模式 禪合等光学理论的进一步完善，W及光学平面波导技术的不断进步，人们已经能够实现高 速的光学相位控制。
[0003] 目前，光学相位调制器主要有基于波导电光调制的相位调制器和基于机械调制的 相位调制器。基于波导电光调制的相位调制器利用介质的电光效应，改变波导中的模式，从 而使输出光的相位发生变化，达到相位调制的目的。（C. K. tang et. al .，ELECTRONICS LETTERS, 1995, Vol. 31 ,No. 6，pp451-452)是一种典型的基于波导电光调制的相位调制器， 其结构如图1所示。
[0004] 运是一个中间渗杂垂直于纸面的脊型波导，渗杂的目的是利用电光效应改变娃的 折射率。因为娃没有泡克尔斯效应，克尔效应也很微弱，所W需要利用增加载流子浓度的方 法来改变折射率，有：
[0005] An = -8.8Xl〇-22 ANe-8.5Xl〇-"( ANh)〇's
[0006] A 曰=8.5 X 10-18 A Ne+8.5 X 10-18 A Nh〇's
[0007] 式中An, Aa，A Ne, A化分别代表折射率，吸收系数，电子浓度和空穴浓度的改变 量。从上式可W看出，随着折射率的改变相应的吸收系数也会增加。同时，在改变折射率的 时候也会有电流通过。因此，基于波导电光调制的相位调制器会有比较大的功耗。而基于机 械调制的相位调制器利用机械调制方法改变光程，达到相位调制的目的。运种基于机械调 制的相位调制器一般分为两种:一种是压电陶瓷(PZT)相位调制器，此相位调制器的特点是 损耗小，但是存在体积大、稳定性差的缺点；另一种是微机电系统(MEMS)相位调制器，（1111-Chern Chiou et.al.,IE趾 JOURNAL OF QUANTUM ELECTR0NICS，2010，Vol.46,No.9， PP1301-1308)是一种典型的基于机械调制的相位调制器。当运个微机电系统相位调制器充 电后，上面的反射镜会产生位移变化，进而对于反射光产生光程上的改变，达到相位调制的 目的。此调制器的特点是体积小。但是，基于机械调制的相位调制器主要问题是采用机械调 审IJ，由于惯性等问题，相比于电光调制速度要慢很多，不适用于高速调制系统。
【发明内容】
[0008] 针对现有光学相位调制器存在的问题，本发明提出一种基于光栅的光学相位调制 器。
[0009] 本发明的技术方案为：
[0010] -种光学相位调制器，其特征在于，包括一亚波长光栅;该亚波长光栅与一调节所 述条状介质的折射率的折射率调节装置连接。
[0011] 进一步的，所述折射率调节装置为一种通过电光调制所述条状介质的折射率的折 射率调节装置。
[0012] 进一步的，所述条状介质两端设有P级和N级；其中，所述条状介质垂直于P级和N 级，且与P极、N极形成p-i-n二极管结构。
[0013] 进一步的，所述条状介质两侧设有P级和N级；其中，所述条状介质平行于P级和N 级，且与P极、N极形成p-i-n二极管结构。
[0014] 进一步的，所述折射率调节装置为一种通过热光调节所述条状介质的折射率的折 射率调节装置。
[0015] 进一步的，所述折射率调节装置为一种通过声光调节所述条状介质的折射率的折 射率调节装置。
[0016] 进一步的，所述折射率调节装置为一种通过应力调节所述条状介质的折射率的折 射率调节装置。
[0017] 本发明中的光栅是一种新型的亚波长光栅，其对于平面波电磁场之间的相互作用 具有强烈的限制。根据导模谐振效应，使光栅具有高品质因数谐振特性，其反射谱或透射谱 会产生尖锐的谐振峰。当光栅产生高品质因数谐振时，光谱带宽最窄，相位曲线的斜率最 大，相位变化最剧烈。所W，为了得到高灵敏度和高速的相位调制器，利用光栅的高品质因 数谐振特性进行相位调制。通过设计并优化光栅周期和光栅占空比等参数可W得到较为满 意高品质因数谐振的中屯、波长和带宽。同时，由于光谱谐振峰的中屯、波长主要取决于介质 的折射率，而光谱谐振峰中屯、波长的改变会导致谐振峰光谱的相移。因此，采用载流子注入 等电光调制，热光调制W及声光调制等方式改变介质的折射率，从而达到相位调制的目的。
[0018] 图2为光栅相位调制示例图，光谱的带宽为4.4pm。当介质的折射率只增加1.0 X 1〇-5时，中屯、波长大约移动3.8pm，相位移动大约1.2531。
[0019] 与现有的技术方案相比，本发明的积极效果为：
[0020] 本发明是基于光栅高品质因数谐振特性的相位调制器，首先，尺寸非常紧凑，便于 光器件集成;其次，具有高灵敏度和高速度特点，利于光通信领域;并且，相位移动范围大； 而且，插入损耗小;最后，由于光栅具有很好的制作容忍度，光学相位调制器制作相对简单。
【附图说明】
[0021] 图1为典型的基于波导电光调制的相位调制器；
[0022] 图2为光栅相位调制示例图（DC = 0.329，tg = 0.22祉m，A = 0.9祉m，目=0.1°);
[0023] (a)代表不同栅瓣折射率下的光栅透射谱，（b)代表对应光栅透射谱的相位特性；
[0024] 图3为光栅结构图；
[002引图4为光栅典型光谱图（11 = 0.45心=0.22皿，11<1 = 3.48，八=1皿，目=2°);
[0026] 图5为光栅的相位特性；
[0027] (a)代表带宽较宽的光栅反射谱，（b)代表带宽较宽光栅反射谱的相位特性，
[0028] (C)代表带宽较窄的光栅反射谱，（d)代表带宽较窄的光栅反射谱的相位特性；
[0029] 图6为电光光栅相位调制器；
[0030] (a)图P极和咐及垂直于栅瓣，（b)图P极和咐及平行于栅瓣；
[0031] 图7为利用反射光的光学相位调制器；
[0032] (a)代表不同高折射率介质的折射率下的光栅反射谱，（b)代表其对应的相位特 性；
[0033] 图8为利用透射光的光学相位调制器；
[0034] (a)代表不同高折射率介质折射率下的光栅透射谱，（b)代表其相对应的相位变 化。
【具体实施方式】
[0035] 此光栅是一种新型的光学结构器件，其结构如图3所示。影响光栅的五个重要参数 是光栅周期（A )、光栅厚度(tg)、占空比(n)、栅瓣折射率(nd) W及空气层折射率(no)。同时， 光栅结构简单，对制作的误差容忍度很大。因此，光栅的制作工艺简单，不易损坏。
[0036] 此光栅对于平面波电磁场之间的相互作用具有强烈的限制。因此，将光栅看成一 个谐振器，即每一个高折射率介质和空气之间都可W看做一个小的谐振腔，会产生高品质 因数(Q)谐振，其反射谱或透射谱会产生尖锐的谐振峰。我们利用导模谐振效应对其进行分 析。导模谐振效应指的是外部传播的衍射场和波导中的模式之间的相互禪合。将介质光栅 看作折射率经过调制的薄膜波导，运样光栅中就存在导模。根据衍射条件，电磁波的传播常 数为：
[0037] 0i = kosin 目巧 in/八
[0038] 其中i是任意整数。如果运些传播常数有的和导模的传播常数相同，则入射光会被 禪合进波导的导模中。运样，光栅中会存在两个波数相同、传播方向相反的导模。由于光栅 是一种亚波长光栅，其光栅周期远小于入射