专利名称：直波导相位调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种相位调制器，尤其涉及一种直波导相位调制器。
背景技术：
借鉴了光纤陀螺光电信号处理技术的光纤电流互感器(F0CT)，通过高速信号处理单元及电光相位调制器构建出的数字闭环反馈系统，可实时测量光波环路中由磁场法拉第效应导致的非互易性相移信息，进而获取外部电流信息，这使得FOCT具有测量范围宽、动态特性好的优点，解决了传统电磁式电流互感器存在的磁滞饱和、波形畸变等问题，适应了现代电力系统对电流测量值可靠性的需求。图2为一种典型的光纤电流互感器的组成结构示意图，该结构的本质是利用2束光干涉的原理测量电流。由原理图可以看出，光纤电流互感器主要由光源、光电探测器(图2中PIN)、保偏光纤稱合器、线偏光起偏器、第一保偏光纤、直波导相位调制器(即钛扩散银酸锂相位调制器)、第二保偏光纤、X/4波片、传感光纤环和反光镜组成；其中，与本发明所解决的问题相关的有:I)线偏光起偏器和直波导相位调制器为分体式结构，装置总体积较大，2)线偏光起偏器和直波导相位调制器之间通过第一保偏光纤连接，现有技术条件下，2米长的保偏光纤的偏振保持性能仅为35dB，且保偏光纤的偏振保持性能还会随着长度的增加而继续下降，这就导致最终进入直波导相位调制器的线偏光的起偏度小于35dB，十分不利于后续的信号处理。最近的研究表明，采用退火质子交换工艺加工出的铌酸锂光波导，其偏振消光比可达SOdB以上，将这种铌酸锂光波导作为起偏器(即铌酸锂起偏器芯片)可以获得高偏振度的线偏光，将其与钛扩散铌酸锂相位调制器直接端面耦合，可以使高偏振度的线偏光在偏振度无损耗的情况下直接注入钛扩散铌酸锂相位调制器中，从而省去起偏装置和相位调制装置之间的保偏光纤；但在实际应用中，由于需要对铌酸锂起偏器芯片的起偏角度进行调整，就需要在耦合工艺中对钛扩散铌酸锂相位调制器和铌酸锂起偏器芯片的耦合角度进行调节，由于耦合工艺中需要对钛扩散铌酸锂相位调制器和铌酸锂起偏器芯片的耦合质量进行实时监测，因此耦合工艺需要人工操作进行，操作人员在操作过程中既要监测耦合的效果又要对耦合角度进行调节，这就导致耦合工艺的复杂度大幅提高，加工效率明显下降。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种直波导相位调制器，包括钛扩散铌酸锂相位调制器，所述钛扩散铌酸锂相位调制器的输入端端面与一铌酸锂起偏器芯片端面耦合粘接；所述铌酸锂起偏器芯片由铌酸锂晶片及采用质子交换退火工艺在其表面形成的起偏波导组成，所述起偏波导所在的结构体表面形成第一波导面，起偏波导对输入光的起偏角度与第一波导面呈45°夹角，钛扩散铌酸锂相位调制器上的相位调制波导所在的结构体表面形成第二波导面，第一波导面和第二波导面齐平。本发明的原理是:在制作铌酸锂起偏器芯片时，就使铌酸锂起偏器芯片上的起偏波导的起偏角度与第一波导面呈45°夹角，从而省去在耦合工艺中对起偏角度的调节操作，大大简化耦合工艺的复杂度，提高耦合操作的加工效率；本发明的铌酸锂起偏器芯片是这样获得的:
常规的加工铌酸锂起偏器芯片的工艺为:1)对铌酸锂晶体进行垂直于X轴或垂直于Z轴的晶向进行切割，获得铌酸锂晶片，2)对铌酸锂晶片表面进行研磨抛光，3)采用质子交换退火工艺，在铌酸锂晶片上加工出波导，获得铌酸锂起偏器芯片；
由于工业生产中，在切割时通常其切割面一般都垂直于晶体的某一晶向，这样切割的好处除了可以简化切割工艺外，还能降低加工消耗，节省用料，这就使本领域技术人员形成了一定的思维定式；但发明人发现，步骤I)中，对铌酸锂晶体进行切割时，若进行倾斜切害I]，即使切割面与铌酸锂晶体的Y轴方向平行，同时切割面与铌酸锂晶体的Z轴方向成一定夹角0° <ff<90° (如图4所示)，然后采用步骤2)、3)中的工艺，在铌酸锂晶片上加工出波导结构(即起偏波导)，最终获得的铌酸锂起偏器芯片对输入光的起偏角度将与波导面(即第一波导面)存在S角度的夹角，后续的耦合工艺中，只需要保证第一波导面与第二波导面齐平即可，无须再对耦合角度进行调节，这就大大的降低了耦合操作的复杂度，同时，由于铌酸锂晶体的切割操作由全机械化设备进行，只需调节切刀的角度即可，因此，对切割工艺所造成的影响微乎其微。本发明的有益技术效果是:使起偏装置和相位调制装置集成为一体，大大降低了装置体积，降低耦合工艺的复杂度，提高生产加工效率。由于省去了起偏装置与相位调制装置之间的保偏光纤连接，偏振度大大提高(大于80dB)，同时提高了系统可靠性。
图1、本发明的结构示意 图2、现有的光纤电流互感器结构示意 图3、现有的铌酸锂晶片切割方式示意 图4、本发明的铌酸锂起偏器芯片采用的铌酸锂晶片切割方式示意 图5、图4中的铌酸锂晶片打磨后的结构示意 图中各个标记所示部件分别为:钛扩散铌酸锂相位调制器1、铌酸锂起偏器芯片2、铌酸锂晶片3、起偏波导4、相位调制波导5、光纤组件6、切割用的铌酸锂晶体A。
具体实施例方式一种直波导相位调制器，包括钛扩散铌酸锂相位调制器I，所述钛扩散铌酸锂相位调制器I的输入端端面与一铌酸锂起偏器芯片2端面耦合粘接；所述铌酸锂起偏器芯片2由铌酸锂晶片3及采用质子交换退火工艺在其表面形成的起偏波导4组成，所述起偏波导4所在的结构体表面形成第一波导面，起偏波导4对输入光的起偏角度与第一波导面呈45°夹角，钛扩散铌酸锂相位调制器I上的相位调制波导5所在的结构体表面形成第二波导面，第一波导面和第二波导面齐平。
权利要求
1.一种直波导相位调制器，包括钛扩散铌酸锂相位调制器(I)，其特征在于:所述钛扩散铌酸锂相位调制器(I)的输入端端面与一铌酸锂起偏器芯片(2)端面耦合粘接；所述铌酸锂起偏器芯片(2)由铌酸锂晶片(3)及采用质子交换退火工艺在铌酸锂晶片(3)表面形成的起偏波导(4)组成，所述起偏波导(4)所在的结构体表面形成第一波导面，起偏波导(4)对输入光的起偏角度与第一波导面呈45°夹角，钛扩散铌酸锂相位调制器(I)上的相位调制波导(5)所在的结构体表面形成第二波导面，第一波导面和第二波导面齐平。
全文摘要
一种直波导相位调制器，包括钛扩散铌酸锂相位调制器，其改进在于钛扩散铌酸锂相位调制器的输入端端面与铌酸锂起偏器芯片端面耦合粘接；铌酸锂起偏器芯片由铌酸锂晶片及在铌酸锂晶片表面形成的起偏波导组成，起偏波导所在的结构体表面形成第一波导面，起偏波导对输入光的起偏角度与第一波导面呈45°夹角，相位调制波导所在的结构体表面形成第二波导面，第一波导面和第二波导面齐平。本发明的有益技术效果是使起偏装置和相位调制装置集成为一体，大大降低了装置体积，降低耦合工艺的复杂度，提高生产加工效率。由于省去了起偏装置与相位调制装置之间的保偏光纤连接，偏振度大大提高(大于80dB)，同时提高了系统可靠性。
文档编号G02F1/035GK103197443SQ20131014468
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者华勇, 舒平, 田自君, 张鸿举, 黄健, 王超 申请人:中国电子科技集团公司第四十四研究所