专利名称：采用非均衡耦合结构的带微环马赫－曾德尔光强度调制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学元器件，特别涉及一种采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器。
背景技术：
光调制器作为光信号的外调制方式，是光通信技术中重要的器件之一，人们利用多种材料的多种效应，已经成功地研制了各种光调制器。近年来，由于模拟信号直接调制传输的需要，对具有高度线性调制特性的光强度调制器有了特定的需求。作为基本的光强度调制器结构，马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉型结构是最为常用的光强度调制器结构，但是由于其调制特性曲线为典型的正弦曲线，无法满足高度线性模拟信号调制的要求。针对正弦曲线为亚线性曲线，以基于光微环谐振器的全通滤波器相位响应曲线所具有的超线可以对马赫-曾德尔干涉结构的强度特性进行线性补偿。
由于光波导中的损耗是不可避免的，特别是目前主要的电光光波导材料的损耗均不小，由光微环谐振器构成的全通滤波器在强度响应特性上并不可能是真正的“全通”。虽然采用光微环的马赫-曾德尔光调制器中光微环工作在远离谐振点的位置，且谐振腔也不要求为高品质因子，但波导损耗的影响对调制特性的影响并不能因此而可以忽略。分析表明，损耗导致带光微环的马赫-曾德尔光调制器的调制曲线的固有调制深度下降，信号传输效率下降。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器，其对损耗引入的调制深度下降进行了补偿，可以实现调制信号的高效率的传输。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是包括任意闭环形状光微环，马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构，马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构，马赫-曾德尔干涉结构的两个干涉臂，输入波导和输出波导。两个干涉臂的一端接马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构的一端，马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构的一端接输入波导，两个干涉臂的另一端接马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构的一端，马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构的另一端接输出波导，任意闭环形状光微环放置在任意一个干涉臂的一侧，与干涉臂相耦合。
所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构和合束干涉结构可以分别采用第一、第二Y分支结构，或者X结结构，或者定向耦合器结构，或者多模干涉耦合器结构。
本实用新型具有的有益的效果是采用非均衡耦合结构，可以对损耗所导致的采用微环的高线性马赫-曾德尔光强度调制器的调制深度下降进行补偿，实现调制信号的高效率传输。而这种非均衡耦合结构仅简单地改变马赫-曾德尔干涉结构的分束或合束干涉结构，或是调整干涉臂的损耗，所以依然可以用平面集成光波导工艺制作，工艺简单。
图1是采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器结构图；图2是图1的第一种实施例图；图3是图1的第二种实施例图；图4是图1的第三种实施例图；图5是图1的第四种实施例图。
图中1为任意闭环形状光微环，2为马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构，3为马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构，4为马赫-曾德尔干涉结构的干涉臂，5为马赫-曾德尔干涉结构的干涉臂，6为输入波导，7为输出波导，12为Y分支，13为Y分支，22为X结，23为X结，32为定向耦合器，33为定向耦合器，43为多模干涉耦合器，43为多模干涉耦合器。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括任意闭环形状光微环1，马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构2，马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构3，马赫-曾德尔干涉结构的两个干涉臂4、5，输入波导6和输出波导7。两个干涉臂4、5的一端接马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构2的一端，马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构2)的一端接输入波导6，两个干涉臂4、5的另一端接马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构3的一端，马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构3的另一端接输出波导7，任意闭环形状光微环1放置在任意一个干涉臂的一侧，与干涉臂相耦合。
马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构2所具有的分束功率比Rs、合束干涉结构3所具有的合束功率比Rc以及两个干涉臂4、5上的光功率损耗比Ra所综合表现出的在马赫-曾德尔干涉结构两个干涉臂上光功率的非均衡ImB＝RsRcRa满足对调制器的最大调制深度下降的补偿，即要求非均衡与调制器在最大调制深度时光微环1在相耦合的干涉臂(在此假设为4)上引入的额外光传输损耗Loss的乘积为1ImB·Loss＝1。
如图2所示，所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构2和合束干涉结构3分别采用第一、第二Y分支12、13结构，其所具有的非均衡耦合的分束功率比Rs或合束功率比Rc通过设计两分支臂的宽度不同、波导材料结构不同或是波导偏角不同而实现。
如图3所示，所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构2和合束干涉结构3分别采用第一、第二X结22、23结构，其所具有的非均衡耦合的分束功率比Rs或合束功率比Rc通过设计输出与/和输出的分支臂宽度不同、波导材料结构不同或是波导偏角不同而实现。
如图4所示，所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构2和合束干涉结构3分别采用第一、第二定向耦合器32、33结构，其所具有的非均衡耦合的分束功率比Rs或合束功率比Rc通过设计两个耦合波导间的间隔不同、长度不同或是波导宽度不同、材料结构不同而实现。
如图5所示，所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构2和合束干涉结构3分别采用第一、第二多模干涉耦合器42、43结构，其所具有的非均衡耦合的分束功率比Rs或合束功率比Rc通过设计多模干涉区的长与宽的比例或是输入与输出波导对应多模干涉区的位置而实现。
在如图2、3、4和5所示的各实施例中，马赫-曾德尔干涉结构的两个干涉臂4、5间的一定的光功率损耗比Ra可以根据光波导的传输损耗来设计出两臂长度来实现，也可以在干涉臂上人为设置弯曲等损耗缺陷实现，或是可以在干涉臂上设计诸如Y分支结构、定向耦合结构等分束结构来实现。
本实用新型的具体实现方式很多，在此以电光有机聚合物作为器件材料作为例子，但决非仅限于此材料例。
首先要进行的是器件结构参数的设计。在本实用新型的器件中主要是要清楚所采用的电光有机聚合物材料的损耗值大小，由损耗值和微环1的大小及其与马赫-曾德尔光强度调制器的一个臂间的耦合系数计算出微环1对马赫-曾德尔光强度调制器的两个干涉臂4、5中光功率非均衡影响的大小，以满足对调制深度下降进行补偿的要求。在这个非均衡值的基础上分配马赫-曾德尔光强度调制器的分束耦合结构2的分束功率比、合束干涉结构3的合束功率比与两个干涉臂4、5的功率损耗比。由分束功率比和合束功率比设计出用作分束耦合结构和合束干涉结构的Y分支器12、13，X结22、23，定向耦合器32、33或者多模干涉耦合器42、43。由功率损耗比设计出两个干涉臂4、5的长度、损耗缺陷或是分束结构。
在设计出微环1、分束耦合结构2、合束耦合结构3和两个干涉臂4、5后，再根据需要完成输入波导6和输出波导7的设计，即设计出马赫-曾德尔光强度调制器的光波导部分。马赫-曾德尔光强度调制器的调制电极采用传统的电极设计方法。光波导部分和电极部分要分别制作在两块光刻版上。
带微环的马赫-曾德尔光强度调制器的具体制作过程中，以硅片或玻璃为衬底材料，采用旋转涂敷成膜法制作下限制层，再制作芯层，并用光刻与干法刻蚀，制作出由微环1、分束耦合结构2、合束耦合结构3和两个干涉臂4、5、输入波导6和输出波导7组成的马赫-曾德尔光强度调制器的光波导部分芯层。完成芯层后涂敷上限制层。马赫-曾德尔光强度调制器的调制电极上制作在上限制层上的，采用金属镀膜、光刻和金属腐蚀的方法进行制作。由此就可以完成具有高线性特性和大调制深度的采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器。
上述具体实施方式
用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器，其特征在于包括任意闭环形状光微环(1)，马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构(2)，马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构(3)，马赫-曾德尔干涉结构的两个干涉臂(4、5)，输入波导(6)和输出波导(7)；两个干涉臂(4、5)的一端接马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构(2)的一端，马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构(2)的一端接输入波导(6)，两个干涉臂(4、5)的另一端接马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构(3)的一端，马赫-曾德尔干涉结构的合束干涉结构(3)的另一端接输出波导(7)，任意闭环形状光微环(1)放置在任意一个干涉臂的一侧，与干涉臂相耦合。
2.根据权利要求1所述的采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器，其特征在于所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构(2)和合束干涉结构(3)分别采用第一、第二Y分支(12、13)结构。
3.根据权利要求1所述的采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器，其特征在于所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构(2)和合束干涉结构(3)分别采用第一、第二X结(22、23)结构。
4.根据权利要求1所述的采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器，其特征在于所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构(2)和合束干涉结构(3)分别采用第一、第二定向耦合器(32、33)结构。
5.根据权利要求1所述的采用非均衡耦合结构的带微环马赫-曾德尔光强度调制器，其特征在于所述的马赫-曾德尔干涉结构的分束耦合结构(2)和合束干涉结构(3)分别采用第一、第二多模干涉耦合器(42、43)结构。
专利摘要本实用新型公开了一种采用非均衡耦合结构的带微环马赫－曾德尔光强度调制器。两个干涉臂的一端接分束耦合结构的一端，分束耦合结构的一端接输入波导，两个干涉臂的另一端接合束干涉结构的一端，合束干涉结构的另一端接输出波导，任意闭环形状光微环放置在任意一个干涉臂的一侧。分束耦合结构和合束干涉结构分别采用Y分支结构、X结结构、定向耦合器结构或是多模干涉耦合器结构。采用非均衡耦合结构，可以对损耗所导致的采用微环的高线性马赫－曾德尔光强度调制器的调制深度下降进行补偿，实现调制信号的高效率传输。而这种结构仅改变马赫－曾德尔干涉结构的分束或合束干涉结构，或是调整干涉臂的损耗，依然可用平面集成光波导工艺制作，工艺简单。
文档编号G02F1/03GK2807287SQ20052001359
公开日2006年8月16日 申请日期2005年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者杨建义, 王帆, 江晓清, 王明华 申请人:浙江大学