基于量子干涉的任意波形电光调制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及量子通信技术领域，特别是涉及一种基于量子干涉的任意波形电光调 制器。
【背景技术】
[0002] 随着光通信、信号处理技术和集成光子学的发展，对光信号的处理变得越来越重 要。当今，对光信号的主要调制手段有直接调制和间接调制两种方式。直接调制一般只适 用于半导体光源激光器，其中除了输出光强随调制信号发生变化外，输出光的频率也会发 生移动，即振幅和频率双调制，存在啁啾（chirp)特性。这种啁啾特性不仅使光场线宽展 宽，而且在传播过程中受色散的影响，非线性失真增大。间接调制：主要是利用晶体的电光 效应、声光效应、磁光效应和电吸收效应等性质来对激光实现调制，主要包括电光调制，声 光调制，磁光调制和电吸收调制等，其中应用比较普遍的是电光调制。
[0003] 电光调制器主要原理是利用施加电场调制光在相互作用介质中折射率的实部和 虚部，其分别对应于电光效应和电吸收效应。电光效应是指相互作用介质在外加直流或低 频电场作用下，由于极化而出现光学特征（各向异性）的改变，进而影响到光波在相互作 用介质中的传播特性的性质，本质就是指某些晶体在光波电场与外电场的共同作用下出现 非线性的极化和双折射现象，从而引起相互作用介质折射率变化。这类电光效应主要包括 Pockels效应和Kerr效应，Pockels效应又称线性电光效应，是指相互作用介质的折射率与 施加电场强度的一次方成正比；Kerr效应又称二阶光电效应，是指相互作用介质的折射率 与施加电场强度的二次方成正比。电吸收效应是指半导体材料对入射光的吸收系数随外加 电场不同而产生变化，主要包括在传统块状半导体材料中的Franz-Keldysh效应和量子阱 结构材料中的量子限制Stark效应。在半导体量子阱材料中，当法向电场施加于量子阱层 时，电子和空穴的能级发生偏移，导带底能级与价带顶能级之间的能量差变小，同时电子和 空穴在外电场的作用下分别向相反的方向移动使得激子能量降低，造成激子吸收的Stark 移位。在外加电场的作用下，材料对光场的吸收谱发生了变化。
[0004] 然而目前出现的电光调制器对强度波形的调整还非常有限，尤其是任意波形的产 生器。不能很好的根据需求来随意的调制波形，即使可以调节，也要通过非常复杂的技术手 段。而本发明将基于量子干涉的机制一利用相互作用介质内态中两束光的相干干涉现象来 实现电光调制，并且建立了一种一一对应的电光连接，为获得某种需求波形的光输出，只需 要输入一种相应波形的电荷即可，即可以获得一种产生任意波形的电光调制器。
【发明内容】
[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于量子干涉的任意 波形电光调制器，通过量子干涉机制来实现电光调控，并建立一一对应的电光连接，以解决 现有技术中电光调制器对强度波形的调整非常有限，不能很好的根据需求来随意的调制波 形，即使可以调制，也要通过非常复杂的技术手段的问题。
[0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于量子干涉的任意波形电光 调制器，所述基于量子干涉的任意波形电光调制器包括：相对设置的固定腔镜及可移动腔 镜，两者间形成设有相互作用介质的光学腔，所述可移动腔镜充有电荷；所述光学腔内注入 探测光及入射光场，所述入射光场与所述光学腔共振形成腔场；
[0007] 电荷体，与所述可移动腔镜间形成电容性耦合；
[0008] 外部电路，包括：电流发生器；所述电流发生器与所述电荷体电性连接，用于向所 述电荷体注入电荷，并通过调整所述注入的电荷数调控所述探测光在所述相互作用介质内 的吸收，以得到所需波形的光输出。
[0009] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，通过调整所 述注入的电荷数调控所述探测光在所述相互作用介质内的吸收，以得到所需波形的光输 出，包括：
[0010] 通过调整所述注入的电荷数控制所述电荷体同所述可移动腔镜上电荷间的库仑 力，以控制所述可移动腔镜相对固定腔镜位移；所述光学腔因所述位移而变化腔长度，使所 述光学腔内因外部作用而产生的腔场的强度发生变化，根据所述腔场强度的变化相干地调 控所述探测光在所述相互作用介质内的吸收，以得到所需波形的光输出。
[0011] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，根据所述腔 场强度的变化相干地调控所述探测光在所述相互作用介质内的吸收，包括：
[0012] 所述腔场强度变化使光学腔和所述入射光场之间失去共振而减少光学腔内光子 数量，所述光学腔内光子数量减少使得所述探测光在所述相互作用介质内的极化率随之相 应变化，极化率的虚部决定所述探测光在所述相互作用介质内的吸收率，进而实现相干地 调控所述探测光在所述相互作用介质内的吸收。
[0013] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，所述极化率 的虚部与所述电荷体上注入的电荷数具有一一对应的关系，依据所需波形的光输出在所述 相互作用介质中的吸收率向所述电荷体上注入相应的电荷数即可得到所需波形的光输出。
[0014] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，所述电荷体 上注入的电荷数与所述极化率的虚部的对应关系式为：
[0015]
[0016] 其中，nq为电荷体上注入的电荷数;m为可移动腔镜的质量；《m为振动频率；Gc!为 光力学耦合强度； Q?为可移动腔镜上的电荷数，r为可移动腔镜与电荷体的 ) 距离；g为腔场与相互作用介质的耦合强度；e。为入射光场的强度；
yba为偶 极跃迀动量；y为相互作用介质上能级的衰减；ys为两个亚稳态之间的衰减；Im(x)为极 化率的虚部；K为腔场的衰减因子。
[0017] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，所述入射光 场的强度大于所述探测光所形成光场的强度。
[0018] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，所述可移动 腔镜为可带电的纳米机械振子，所述可移动镜的移动还受到光压和外部热环境的作用。
[0019] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，所述固定腔 镜朝向腔外的第一壁面为光入射面，所述固定腔镜朝向腔内的第二壁面为反射面；所述可 移动腔镜朝向腔外的第三壁面充有电荷，其朝向腔内的第四壁面为反射面；所述电荷体对 应所述第三壁面设置并与其保持预定距离。
[0020] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，所述相互作 用介质为三能级系统。
[0021] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，所述外部电 路还包括：被调制激光器及同步信号发生器；
[0022] 所述被调制激光器用于发射所述探测光，且所述被调制激光器通过所述同步信号 发生器与所述电流发生器电连接。
[0023] 作为本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器的一种优选方案，所述电流发 生器为电流脉冲发生器。
[0024] 如上所述，本发明的基于量子干涉的任意波形电光调制器，具有以下有益效果：
[0025] 1)采用全新机制的电光调控原理：本发明是基于量子物理的本质特性-量子干涉 来实现对光的干涉相消从而达到调制的目的，其调制手段是通过外部电路中电流脉冲实现 的，完全不同于传统的电光调制方案基本原理。
[0026] 2)可以调制出所需的任意波形的光场：根据光场吸收系数与电信号的一一对应 的关系，通过简单的调节电路中的电流，可以产生需求波形的光场。
[0027] 3)具有电控制高集成化优势：利用灵敏快速相应的电纳米机械振子和光学微腔 与电路相连接，具有很高的集成性。
[0028] 4)具有腔品质调节的功