专利名称：用于有线电视系统的铌酸锂电光调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铌酸锂调制器，尤其涉及一种应用于有线电视系统
(CATV)的铌酸锂电光调制器。
背景技术：
铌酸锂(LiNb03)是优质的电光、声光材料，在其晶体表面上制作 不同的波导和电极图案可对传输光进行分束/合束、起偏/检偏、偏转，外 加电信号可对光进行相位、强度、偏振态、频率、波前、开关态等进行 调制与控制。铌酸锂集成光学器件功耗小、响应极快、可集成度高、稳 定可靠。铌酸锂集成光学技术与柔韧灵便、体积小、重量轻、成本低、 抗电磁干扰力强的单模光纤技术相容，能充分开发光纤的应用领域，可 广泛应用于光纤通信、光纤传感、光信息处理等军民两用领域。
目前，我国正大力发展地面数字电视和高清晰电视，并计划经过未 来10年模拟电视与数字电视共存的过渡时期，在2015年全面实现广电 数字化。CATV是我国实现数字电视的最主要方式之一，而将电信号调制 到光载波上通过光纤进行传输，也成为有线电视信号传输的首选方式。 因此，在CATV领域中，电光调制器也就成为将视频、音频以及数据信 号调制到光信道上进行传播所必不可少的器件。由于铌酸锂电光调制器 既可以用于模拟有线电视发射系统，也可用于数字有线电视发射系统， 而且其调制速度块，稳定性好等，所以铌酸锂电光调制器成为目前CATV 领域应用最广泛的电光调制器。
然而，目前应用的铌酸锂电光调制器在许多方面还有待改善。其中， 在相位调制器电极结构设计方面，非对称微带线(ASP)结构和对称共面波 导(CPW)结构是目前采用较多的设计方案。然而，非对称微带线(ASP)结 构在微波损耗和带宽方面有待改善，而对称共面波导(CPW)结构由于电光 作用效率相对较差，半波电压也较大，也无法兼顾高带宽和高转换效率 的需求。在铌酸锂电光调制器件中，在常规的铌酸锂电光调制器中强度
调制器的电极作用区中，射频电极、波导均采用直线条形状设计，且各 个电极相互平行，因此在调制带内由于铌酸锂晶体材料的压电效应容易 导致器件电光响应的不平坦。另外，为消除铌酸锂电光调制器件调制带 内由于压电效应导致的涟漪波紋，通常磨粗铌酸锂晶片背面以消除部分 声波的反射，然而该方法的结果并不理想。
为此，实有必要设计一种适于在CATV领域应用的、性能更加优越 的铌酸锂电光调制器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种适于在CATV领域应用的铌酸锂电 光调制器，其可有效减小器件在调制带内由于铌酸锂晶体材料的压电效
应导致的器件电光响应的不平坦，减小器件的半波电压。
为达到上述目的，本实用新型提出一种用于有线电视系统的铌酸锂 电光调制器，包括设置于铌酸锂芯片上的相位调制器和强度调制器，所 述相位调制器包括相位调制电极，所述强度调制器包括第二波导段、射 频电极，所述射频电极的各个部分之间的缝隙之间存在垂直距离，且该 距离沿纵长方向变化。
优选地，所述铌酸锂芯片的背面与所述强度调制器相对应的表面为 凹陷柱面。
优选地，所述铌酸锂芯片背面的所述凹陷柱面为粗糙表面。 优选地，所述射频电极采用非对称平面波导电极结构。
铌酸锂芯片背面进行磨凹磨粗处理以及对相位调制器电极结构进行优化 设计，明显改善了器件的电光响应特性，提高了电光作用效率，也使器 件的半波电压进一步降低。采用该器件制作的发射机，在860MHz带宽 内，可以同时传输80套高品质电视信号，包括模拟信号和数字信号。该 器件还可以提供双纤输出，从而服务于更多的用户。
图1为CATV铌酸锂电光调制器的结构示意图； 图2A为常规的铌酸锂电光调制器中相位调制器的电极结构俯视截 面图2B为常规的铌酸锂电光调制器中相位调制器的电极结构的侧视 图2C为本实用新型优选实施例中相位调制器的电极结构俯视截面
图2D为本实用新型优选实施例中相位调制器的电极结构的侧视截 面图3A为常规的铌酸锂电光调制器中强度调制器电极结构示意图； 图3B为本实用新型优选实施例中强度调制器电极结构示意图； 图4A为常规的铌酸锂电光调制器中强度调制器的芯片背部处理方 式示意图4B为本实用新型优选实施例中强度调制器芯片背部处理方式示 意图。
具体实施方式
构示意图，该器件主要包括相位调制器100和强度调制器200,其中强度 调制器200还包括一个平衡桥式结构的3dB定向耦合器30，从而使整个 铌酸锂电光调制器可以实现光波的相位调制、强度调制以及将光波分束 的功能。
如图1所示，CATV铌酸锂电光调制器主要由铌酸锂芯片1及与其连 接在一起的输入光纤2和输出光纤3、管壳4组成，在铌酸锂芯片1上经 过镀膜、光刻以及扩散等工艺形成光波导，再在铌酸锂芯片1上沉积二 氧化硅(Si02)保护层11,在Si02保护层ll之上再形成电极，电极各个 部分之间的缝隙与光波导的图形 一 致，从而保证光波导处于电极电场的 作用区域中。根据位置和作用的不同，光波导划分为第一波导段12、 Y 型分支波导14、两个第二波导段16和16，、两个第三波导段18和18，以
及3dB定向耦合器的分支波导20,其中，第一波导段12和相位调制电 极22构成了相位调制器100，相位调制器100的作用是抑制光纤中的受 激布里渊散射(SBS); Y型分支波导14、两个笫二波导段16和16'、两 个第三波导段18和18，以及射频电极24和偏置电极26连同3dB定向耦 合器30构成了强度调制器200,强度调制器200用来将CATV电信号转 换为光信号，它需要外置特殊的电路以实现电学线性，外置电路在图1 中以简化的形式示出，包括相位调制(PM)电路5、射频(RF)电路6 以及偏压控制(BIAS)电路7，工作时仅需要调节偏置控制电路便可实 现调制，设计方面相对简单，结合于强度调制器200中的3dB定向耦合 器30则实现光波分束输出的功能。通常，输入光纤2为保偏光纤，与第 一段直波导12耦合连接，输出光纤3为单模光纤，分别与3dB定向耦合 器30的两分支波导20耦合连接。
知，所以这里不再赘述。下面结合本实用新型的优选实施例，重点描述 其针对现有技术的缺陷所做的改进。
A. 相位调制器电极22结构设计方面的改进如图2A至图2D所示， 图2A为常规铌酸锂电光调制器中相位调制器电极22结构的俯视图，图 2B为对应的侧视截面图。图2A和2B示出了常规的设计所采用的非对称 微带线(ASP)结构，图2C和图2D示出了本实用新型所采用的非对称共 面波导(ACPW)结构电极，该结构与常规的非对称微带线(ASP)结构相比 多了一组电极，但其也不同于常规的对称共面波导(CPW)结构，ACPW 结构中的电极间距G1^G2，而常规的对称共面波导(CPW)结构中G1=G2。 这里，允许G1〉G2或者GKG2，通常G1、 G2的尺寸为5 ~ 50微米，而 W可以在12 20微米的范围内选择。本方案中的ACPW电极结构更适 合于直波导相位调制器，与非对称微带线(ASP)结构相比，ACPW结构具 有更小的微波损耗和更高的带宽，与对称共面波导(CPW)结构相比，采用 ACPW电极结构的铌酸锂电光调制器具有更高的电光作用效率和更小的 半波电压。
B. 对射频电极24的优化设计如图3A和图3B所示。在常规的铌酸 锂电光调制器中强度调制器的电极作用区中，射频电极、波导均采用直
线条形状设计，且各个电极相互平行，如图3A所示。在本实用新型的优 逸实施例中，射频电极24的备个部分在其横截面上的宽度为渐变的，备 个部分之间的缝隙为如图3B所示的纺锤形，相应地，第二波导段16和 16，也呈现为纺锤形。这样的设计可以有效的减小器件在调制带内由于铌 酸锂晶体材料的压电效应导致的器件电光响应的不平坦，而且增加了射 频电极24与波导16、 16，的作用长度，从而可以减小器件的半波电压。 很容易想到，将射频电机24的各个部分的缝隙以及第二波导段16和16， 设计为任何不交叉的非平行直线条形状，都可以达到上述效果。也就是 说，射频电极的各个部分的缝隙之间存在着垂直距离，且该距离沿纵长 方向变化。因此，本发明并不局限于图3B中示出的结构。
C.为消除调制带内由于压电效应导致的涟漪波紋而对铌酸锂芯片 背面的处理。由于铌酸锂晶体材料的压电效应，强度调制器部分的电光 响应曲线会产生涟漪波紋，为消除该波紋，目前采用的常规方案是磨粗 铌酸锂晶片背面，如图4A所示。这样的处理虽然能够消除部分声波的 反射，但是效果并不理想。本优选实施例中采用的方案是将晶片背面磨 除一部分，形成表面为柱面的凹陷，凹陷的位置与强度调制器的电极和 波导的作用区域相对应，为达到较好的效果，晶片上凹陷区域的大小不 应该小于电极和波导作用区域的面积。此外，还要将凹陷部分的表面磨 粗，其余部分不磨粗，如图4B所示。该方案所采用的结构可以把声波 散射到芯片以外的方向，从而更好地消除了器件电光响应曲线中的涟漪 波紋。本领域技术人员应该认识到，凹陷部分的大小和形状可以随器件 尺寸以及其它参数的不同而变化，但是都具有消除压电效应在电光响应 曲线上产生的涟漪波紋的作用。通常凹陷部分的宽度为20微米~ 5毫米， 深度为5(U效米 1亳米。
对于A中的相位调制器电极22结构的优化设计和B中的射频电极 24优化设计，实现途径是通过计算机软件生成该设计对应的图形，制作 出光刻掩膜版，通过半导体的标准光刻工艺，在晶片上生成设计的波导 和电才及图形。
对于c中为消除调制带内由于压电效应导致的涟漪波紋而对芯片背
面的处理，实现途径是在芯片正面制作完成了波导和电极等图形后，通 过精密磨抛机来磨除铌酸锂晶片的凹陷部分。
综上所述，虽然本发明通过优选实施例进行上述的描述，然而并非 用以限定本发明。本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围
的前提下，能够进行各种的改变与修饰。因此，本发明的保护范围应当 以后附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求1.一种用于有线电视系统的铌酸锂电光调制器，包括设置于铌酸锂芯片上的相位调制器和强度调制器，所述相位调制器包括相位调制电极，所述强度调制器包括第二波导段、射频电极，其特征在于，所述射频电极的各个部分之间的缝隙之间存在垂直距离，且该距离沿纵长方向变化。
2. 根据权利要求1所述的用于有线电视系统的铌酸锂电光调制器， 其特征在于，所述铌酸锂芯片的背面与所述强度调制器相对应的表面为 凹陷柱面。
3. 根据权利要求2所述的用于有线电视系统的铌酸锂电光调制器， 其特征在于，所述铌酸锂芯片背面的所述凹陷柱面为粗糙表面。
4. 根据权利要求1所述的用于有线电视系统的铌酸锂电光调制器， 其特征在于，所述射频电极采用非对称平面波导电极结构。
5. 根据权利要求2或3中任意一项所述的用于有线电视系统的铌酸 锂电光调制器，其特征在于，所述射频电极采用非对称平面波导电极结 构。
专利摘要一种用于有线电视系统(CATV)的铌酸锂(LiNbO<sub>3</sub>)电光调制器，包括设置于铌酸锂芯片上的相位调制器和强度调制器，所述相位调制器包括相位调制电极，所述强度调制器包括第二波导段、射频电极，所述射频电极的各个部分之间的缝隙之间存在垂直距离，且该距离沿纵长方向变化。同时，与强度调制器的位置相对应的铌酸锂芯片背面为凹陷的粗糙柱面，并且相位调制器电极采用ACPW电极结构。通过本实用新型可以有效减小器件在调制带内由于铌酸锂晶体材料的压电效应导致的器件电光响应的不平坦，减小器件的半波电压，从而有效地改善铌酸锂调制器的性能。
文档编号H04N7/10GK201007762SQ200620121000
公开日2008年1月16日 申请日期2006年10月11日 优先权日2006年10月11日
发明者勇 华 申请人:北京世维通光通讯技术有限公司