电光相位调制器及调制方法
【技术领域】
[0001]本发明基本涉及用于控制光信号的光学调制器领域。
[0002]其更特别地涉及旨在调制入射到调制器上的光波的光学相位的电-光相位调制器。
[0003]本发明还涉及用于这种电光相位调制器的调制方法。
【背景技术】
[0004]电光相位调制器是一种光电设备，其允许控制入射到调制器上并穿过该调制器的光波的光学相位，作为施加到其上的电信号的函数。
[0005]电光相位调制器的特定种类是现有技术所已知的，称作集成调制器或引导光学调制器，其包括:
[0006]-电光基板，包括入射面和出射面，
[0007]-光波导，其从位于基板的所述入射面上的波导入射端到位于基板的所述出射面上的波导出射端为连续直线，所述光波导具有高于基板的光学折射率的光学折射率，且适配于将部分地耦合到所述光波导内的所述入射光波引导成引导光波，该引导光波沿着位于所述波导入射端和所述波导出射端之间的所述光波导的光路传播，和
[0008]-平行于所述波导布置的至少两个调制电极，以便在将调制电压施加到所述调制电极之间时，在所述光波导中传播的所述引导光波上引入作为所述调制电压的函数的调制相移。
[0009]在本申请中，电光基板是单块的，其是由单个件制成的。换句话说，电光基板不是例如包括所述电光基板、一个或多个中间层、以及为所述结构提供机械强度的支撑的更复杂的光学结构的分离的部分。
[0010]以相同的方式，连续直线光波导是由波导的唯一直线段形成的，其仅在一个件中，将波导入射端与波导出射端相连。特别地，光波导在其路径上不包含任何弯曲部分，且不是连续的一片接一片，即由多个直线段形成。
[0011]具有调制电压的调制电极的极化允许通过基板中的电光效应来改变波导的光学折射率，作为调制电压的函数，引导光波在该波导中传播。
[0012]波导的光学折射率的改变随后在穿过波导的引导光波的光学相位上引入作为调制电压的符号的函数的调制相移、相位超前或延迟。
[0013]这导致了在调制器出口处，入射光波的光学相位的调制。
[0014]理论上，这种电光相位调制器仅仅对入射的光波的光学相位进行调制。因此，如果光探测器被置于调制器出口处的出射光波的迹线上，由这个光探测器测得的光功率(单位为瓦特)将是常数且与由于调制电极而被引入引导光波中的调制相移无关。
[0015]然而，事实上，测得的光功率不是常数，且在相位调制器的出口处检测到光功率的低的变化。
[0016]这种剩余振幅调制或“RAM”证明了，在某些情况下，是不可忽视的，以致相位调制器的性能被破坏。
【发明内容】
[0017]为了补救现有技术水平的上述缺陷，本发明提出了一种电光相位调制器，其允许在该调制器的出口处减少该剩余振幅调制。
[0018]为了该目的，本发明涉及前言中所定义的电光相位调制器，根据本发明，其还包括用于所述电光基板的电极化的装置，适配于在电光基板中产生能减少在波导附近的所述电光基板的光学折射率的永久(permanent)电场。
[0019]根据本发明的设备因此允许减少在光波导中被引导的光波和以非光学引导方式在电光基板中传播的光波之间的耦合。
[0020]确实，在波导入射端，在入射光波被注入光波导中的时候，入射光波的一部分不被耦合入波导中，而是在入射面处衍射，从而光波发射并随后在基板中以非引导方式传播，离开波导。
[0021]该非引导光波在垂直于波导的平面内具有横向空间外延，通过衍射，其增加到基板的出射面。
[0022]换句话说，与非引导光波相关的光束在波导之外具有在光束在基板中传播的过程中增加的角发散，该衍射光波的主传播方向由将波导入射端连接至波导出射端的直线段限定。
[0023]换句话说，该衍射光波与直线光波导平行传播，并且尤其是在调制电极下方行进。
[0024]没有特别的防范，看起来有一部分非引导光波可在波导出射端处与引导光波耦合，因此，这两种光波彼此干涉，从而产生上述的剩余振幅调制。
[0025]因此，通过在电光基板中由电极化装置产生永久电场，在这些装置附近形成一区域，在该区域中光学折射率低于静态时基板的光学折射率。
[0026]此处应当理解，由电极化装置产生的电场是永久的，在于一旦不再提供电极化装置，该电场就会消失。
[0027]在经受电场的区域中，在波导附近，不再有光波可被传播，从而基板中的非引导光波偏离并从波导中移出。
[0028]电光基板的光学折射率的降低会同时影响基板和波导，从而波导中的引导光波的引导不会被由电极化装置产生的永久电场过度干扰。
[0029]由于非引导光波的偏离，该非引导光波在波导出射端处不再与引导光波重叠，从而在调制器的出口处的引导光波和非引导光波之间的干涉显著减少。
[0030]那样，剩余振幅调制被强烈减少。
[0031]有利地，所述电极化装置包括所述至少两个调制电极，当除了所述调制电压以外的额外的极化电压被施加到所述调制电极之间时，该调制电极易于产生所述永久电场。
[0032]此外，根据本发明的电光相位调制器的其他优势和非限制性的特征如下:
[0033]-所述电极化装置包括与所述调制电极不同且平行于所述波导被布置于所述波导入射端或所述波导出射端和所述调制电极之间的至少两个额外的电极，所述至少两个额外的电极易于被极化电压极化以产生所述永久电场；
[0034]-所述至少两个额外的电极被布置于所述波导入射端和所述调制电极之间，所述电极化装置还包括与所述调制电极不同的且平行于所述波导被布置在所述波导处射端和所述调制电极之间至少两个另外的额外的电极，所述至少两个另外的额外的电极易于被另一个极化电压极化以在电光基板中产生另一个永久的电场，其适配于在减少波导附近的所述电光基板的光学折射率；
[0035]-所述电光相位调制器还包括用于将所述入射光波耦合到所述波导入射端的装置和/或用于将所述引导光波耦合到所述波导出射端的装置，所述耦合装置优选包括光纤段;
[0036]-所述电光基板是平面的几何形状，具有两个侧面，下表面和上表面，所述下和上表面在基板的所述入射面和所述出射面之间延伸，并且所述光波导在平行且靠近于所述上表面的平面中延伸；
[0037]-所述电光基板是由铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、聚合物材料、半导体材料，例如硅(Si)、磷化铟(InP)、或砷化镓(GaAs)，制得的基板；
[0038]-所述波导和所述电光基板之间的光学折射率的差(以绝对值)被包含在从102至10 3范围内；
[0039]-由于电极化装置在所述电光基板中引起的光学折射率的差(以绝对值)被包含在从10 5至10 6范围内。
[0040]本发明还涉及根据本发明的电光相位调制器的调制方法。
[0041]根据本发明，所述调制方法包括将所述电极化装置极化的步骤，所述电极化装置适配于产生能在减少所述波导附近的所述电光基板的光学折射率的永久电场。
【附图说明】
[0042]以非限制性的例子的方式给出的后面的关于附图的说明，将允许对本发明的组成及其实现方式的很好的理解。
[0043]在附图中:
[0044]-图1示出了包括一对调制电极且在入口处和出口处被连接于光纤的根据本发明的电光相位调制器的第一实施例的顶视图；
[0045]-图2是图1的相位调制器沿截面A-A的横截面图；
[0046]-图3是图1的相位调制器的沿截面B-B的纵向截面图；
[0047]-图4示出了根据本发明的电光相位调制器的第二实施例的顶视图，其中该相位调制器包括三个调制电极；
[0048]-图5示出了根据本发明的电光相位调制器的第三实施例的顶视图，包括一对调制电极和布置于调制电极前方的一对额外的电极；
[0049]-图6示出了根据本发明的电光相位调制器的第四实施例的顶视图，包括一对调制电极和布置于调制电极前面和后面的两对额外的电极；
[0050]-图7是图5的根据本发明的相位调制器的第三实施例的变型的顶视图，其中额外的电极沿着波导的弯曲部分放置；
[0051]-图8是图6的根据本发明的相位调制器的第四实施例的变型的顶视图，其中两对额外的电极被置于波导的两个弯曲部分上。
【具体实施方式】
[0052]在图1至8中示出了电光相位调制器100的不同的实施例，以及它们的一些变型。
[0053]通常，这种调制器100旨在调制入射到调制器100上的光波I (此处以箭头表示，参见例如图1)的光学相位。
[0054]这种调制器100在光学方面发现了很多应用，尤其是在用于数据传输的光纤电通信中、在用于信息处理的干涉仪传感器中、或在激光腔的动态控制中。
[0055]调制器100首先包含电光基板110，示出了被静态或可变的电场减少的一阶双折射，也被称作普克尔斯(Pockels)效应。
[0056]这种电光基板110优选由化学式为LiNb03的铌酸锂晶体形成，这种材料具有很强的Pockels效应。
[0057]此外，基板110对于包含在400纳米(nm)和1600nm之间的波长范围具有包含在
2.13和2.25之间的光学折射率ns。
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