專利名稱：一種光陀螺用LiNbO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光器件、光傳感、集成光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種光陀螺用LiNbO3電光相位調(diào)制器。
背景技術(shù)：
光調(diào)制器件是一類常用的有源光學(xué)器件。使光的相位、強(qiáng)度、偏振隨著外部信號變化的技術(shù)稱為光調(diào)制。按照外部輸入信號與光之間相互作用的形態(tài)，可以將光調(diào)制器包括以下幾類基于電光效應(yīng)的電光調(diào)制器、基于熱光效應(yīng)的熱光調(diào)制器、基于聲光效應(yīng)的聲光調(diào)制器、基于磁光效應(yīng)的磁光調(diào)制器，基于非線性光學(xué)效應(yīng)的調(diào)制器，以及基于自由載流子吸收的調(diào)制器。光調(diào)制器通過特定的物理效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)信號與載波之間的相互作用，這種相互作用的結(jié)果使光波導(dǎo)的折射率發(fā)生變化、或者光的偏振波面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，波導(dǎo)光得到調(diào)制。相應(yīng)于前述物理效應(yīng)，所以涉及的材料也涵蓋了玻璃、聚合物、LiNbO3、SiO2、Si、GaAs和InP等III-V族半導(dǎo)體材料，以及多種非線性光學(xué)材料等等。
1969年，S.E.Miller提出了集成光學(xué)的概念，其基本思想是在同一塊襯底的表面上，用折射率略高的材料制作光波導(dǎo)，并以此為基礎(chǔ)再集成作為光源的激光二極管，以及開關(guān)、調(diào)制器等有源器件，光二極管檢測器等。通過這種集成化，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化、輕量化、穩(wěn)定化和高性能化的目的。采用集成光學(xué)的方法制作光調(diào)制器可以將受外部作用的光調(diào)制區(qū)域限制在薄膜波導(dǎo)附近，因此與體型光學(xué)元件相比，具有一系列優(yōu)異的特性，包括可以保持固定的相互作用長度；可以以較弱的輸入信號實(shí)現(xiàn)對光的調(diào)制；器件設(shè)計的自由度高。因此集成光學(xué)調(diào)制器在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)、光傳感器件和光傳感網(wǎng)絡(luò)中必不可少的器件之一。
LiNbO3具有很好的電光和聲光性能，而且，隨著LiNbO3單晶制備技術(shù)的快速發(fā)展，這種LiNbO3作為集成光學(xué)調(diào)制器件的基片材料顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。由這種材料制作的集成光學(xué)調(diào)制器件已經(jīng)被廣泛地用于光通信和光傳感網(wǎng)絡(luò)。
圖1是一種采用LiNbO3基片材料制作的用于集成光學(xué)光纖陀螺的光調(diào)制器件的結(jié)構(gòu)示意圖。這種調(diào)制器在X-切LiNbO3基片1上制作，并采用了Y分支耦合的方式，其主要結(jié)構(gòu)包括輸入/輸出波導(dǎo)2、Y型1×2耦合器3、兩個分支波導(dǎo)4、調(diào)制區(qū)5、電極6。其工作原理是經(jīng)輸入/輸出波導(dǎo)2輸入的光經(jīng)過
Y型1×2耦合器3進(jìn)入分支波導(dǎo)4，在調(diào)制區(qū)5，通過電極6上輸入的信號對兩個分支波導(dǎo)4的相位進(jìn)行調(diào)制。從每一條分支波導(dǎo)4輸出的光經(jīng)過光纖線圈后進(jìn)入另一條分支波導(dǎo)4，經(jīng)兩條分支波導(dǎo)4返回的光經(jīng)Y型1×2耦合器3耦合后經(jīng)輸入/輸出波導(dǎo)2輸出。
上述型集成光調(diào)制器中采用了Y型1×2耦合器3將輸入光分支后分別進(jìn)入兩個分支波導(dǎo)4。采用這種方案進(jìn)行分支具有兩個十分明顯的缺點(diǎn)其一，考慮到光波導(dǎo)的彎曲損耗，需要加長Y型1×2耦合器3的長度，相應(yīng)地使光調(diào)制器件的長度增大；其二，Y型1×2耦合器3中的Y型分支的尖角7在工藝上很難實(shí)現(xiàn)，極易造成分支的不均勻性，而且器件制作的重復(fù)性難以保證，且分支損耗將較大；其三光調(diào)制器中輸入/輸出波導(dǎo)集光輸入和輸出功能于一體，光的輸入和探測需要的一個3dB耦合器8實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，3dB耦合器8通過三條連接波導(dǎo)9分別與光源10、光探測器11和光調(diào)制器的輸入/輸出波導(dǎo)2連接，降低了系統(tǒng)的集成程度；其四，光兩次通過3dB耦合器8，使光源10發(fā)出的光的能量的利用率最高只有四分之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光陀螺用LiNbO3電光相位調(diào)制器。
本發(fā)明所提出本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是技術(shù)方案1在X-切LiNbO3基片上設(shè)有耦合器和調(diào)制區(qū)；所述的耦合器為多模干涉型2×2耦合器，光的輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)分別在2×2耦合器的兩個端口上。
技術(shù)方案2在Z-切LiNbO3基片上設(shè)有耦合器和調(diào)制區(qū)；所述的耦合器為多模干涉型2×2耦合器，光的輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)分別在2×2耦合器的兩個端口上。
本發(fā)明具有的有益效果是1.多模干涉型耦合器具有結(jié)構(gòu)緊湊和設(shè)計制作容差大的特點(diǎn)；2.由于避免了Y型1×2耦合器結(jié)構(gòu)中尖角的制作，器件的制作工藝更加穩(wěn)定；3.光陀螺無需采用3dB耦合器而直接與光源和光探測器相連接，具有更低的損耗，并系統(tǒng)具有更高的集成度。


圖1是X-切LiNbO3基片上光陀螺用Y分支耦合型集成電光調(diào)制器件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是光陀螺用Y分支耦合型集成電光調(diào)制器件與光源和探測器的耦合結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是X-切LiNbO3基片上光陀螺用多模干涉耦合型集成電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是Z-切LiNbO3基片上光陀螺用多模干涉耦合型集成電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.X-切LiNbO3基片，1’.Z-切LiNbO3基片，2.輸入/輸出波導(dǎo)，3.Y型1×2耦合器，4.分支波導(dǎo)，5.調(diào)制區(qū)，6.電極，7.尖角，8.3dB耦合器，9.連接波導(dǎo)，；10.光源，11.光探測器，12.輸入波導(dǎo)，13.輸出波導(dǎo)，14.多模干涉型2×2耦合器。
具體實(shí)施例方式
如圖3所示，本發(fā)明是在X-切LiNbO3基片1上設(shè)有耦合器和調(diào)制區(qū)；所述的耦合器為多模干涉型2×2耦合器14，光的輸入波導(dǎo)12和輸出波導(dǎo)13分別在2×2耦合器14的兩個端口上。
如圖4所示，本發(fā)明是在Z-切LiNbO3基片1’上設(shè)有耦合器和調(diào)制區(qū)；所述的耦合器為多模干涉型2×2耦合器14，光的輸入波導(dǎo)12和輸出波導(dǎo)13分別在2×2耦合器14的兩個端口上。
如圖3和圖4所示，其主要結(jié)構(gòu)包括X-切LiNbO3基片1或Z-切LiNbO3基片1’上的輸入波導(dǎo)12、輸出波導(dǎo)13、多模干涉型2×2耦合器14、兩條分支波導(dǎo)4、調(diào)制區(qū)5、電極6。其工作原理是經(jīng)輸入波導(dǎo)12輸入的光經(jīng)過多模干涉型2×2耦合器14進(jìn)入分支波導(dǎo)4，在調(diào)制區(qū)5，通過電極6上輸入的信號對兩個分支波導(dǎo)4的相位進(jìn)行調(diào)制。從每一條分支波導(dǎo)4輸出的光經(jīng)過光纖線圈后進(jìn)入另一條分支波導(dǎo)4，經(jīng)兩條分支波導(dǎo)4返回的光經(jīng)多模干涉型2×2耦合器14耦合后經(jīng)輸出波導(dǎo)13輸出。
本發(fā)明所提出的多模干涉分支型集成光相位調(diào)制器件的制作可以采用多種方案實(shí)施，主要包括兩個步驟，光波導(dǎo)制作和電極的制作。
實(shí)施例1采用X-切LiNbO3基片制作光波導(dǎo)光波導(dǎo)的制作可以采用以下質(zhì)子交換法制作，交換溫度180～250℃，交換后400℃下退火；電極材料為金屬，如Al、Ag、Gr-Ni-Au等，電極制作采用蒸發(fā)或者濺射工藝，電極的形狀制作成圖3中電極6所示的形狀。
實(shí)施例2采用Z-切LiNbO3基片制作光波導(dǎo)光波導(dǎo)的制作可以采用以下質(zhì)子交換法制作，交換溫度180～250℃，交換后400℃下退火；電極材料為金屬，如Al、Ag、Gr-Ni-Au等，電極制作采用蒸發(fā)或者濺射工藝，電極的形狀制作成圖4中電極6所示的形狀。
上述具體實(shí)施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光陀螺用LiNbO3電光相位調(diào)制器，在X-切LiNbO3基片(1)上設(shè)有耦合器和調(diào)制區(qū)；其特征在于所述的耦合器為多模干涉型2×2耦合器(14)，光的輸入波導(dǎo)(12)和輸出波導(dǎo)(13)分別在2×2耦合器(14)的兩個端口上。
2.一種光陀螺用LiNbO3電光相位調(diào)制器，在Z-切LiNbO3基片(1’)上設(shè)有耦合器和調(diào)制區(qū)；其特征在于所述的耦合器為多模干涉型2×2耦合器(14)，光的輸入波導(dǎo)(12)和輸出波導(dǎo)(13)分別在2×2耦合器(14)的兩個端口上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光陀螺用LiNbO
文檔編號G01C19/72GK1847929SQ20061005075
公開日2006年10月18日 申請日期2006年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者郝寅雷, 江曉清, 楊建義, 王明華, 李錫華, 周強(qiáng), 唐奕 申請人:浙江大學(xué)