CN1282028C - 宽带电光调制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光调制器，所述光调制器包括一种波导结构，该波导结构形成一个两波干涉仪，所述两波干涉仪由一种电光材料制成并包括两个臂，一组电极连接到一个可控电源上，用于将一个电场加在上述干涉仪的至少一个臂上，以便改变分别沿着两个臂中的一个臂或另一个臂的光波之间的相位差。它包括两组电极，所述两组电极分别安放在干涉仪的每个臂上，一组电极处于电光材料的非反向区域而另一组电极处于反向区域，和一个延迟线，所述延迟线安放在控制各组电极的电子设备之间，用于引入一个等于在第一组电极中的光传播时间的延迟。

Description

宽带电光调制器

技术领域

本发明涉及特别适用于光远程通信领域的集成式光电子元件。

更具体地，本发明涉及一种电光式光调制器，所述调制器特别易于用铌酸锂制造。它的构造要求一种两组电极的级联结构，所述两组电极平行于一个波导结构排列，上述波导结构形成一种两臂干涉仪例如Mach-Zehnder干涉仪。第一组电极设置在一部分晶体上，所述部分晶体的铁电场取向为具有正(或负)的极化，第二组电极是在晶体的另一半上，这一半晶体显示一个负(或正)的反向铁电极化场。

背景技术

在光纤传输中的最近进展要求越来越高的信道信息流速，约40Gbit/s。每个信道在这种情况下都是发射激光器的一个波长信道。这叫做波长多路复用。各信道之间的光谱间隔，发射频率的稳定性及所用半导体激光器的光谱精细度(finesse)，涉及采用光源外部的光调制器，以便将信息接合到信道。

由铌酸锂电光晶体制出的光调制器能满足这种外部调制功能。基于已经得到证明的技术，能将它们工业化。然而，在高达40Gb/s的流速下它们的实施涉及要同时解决若干问题。这些问题中值得注意的是调制器的频率响应的平缓性，即它的随着调制频率增加而迅速增加的功耗。另外，要点是不仅要得到频率范围响应，而且还要得到低控制电压，所述控制电压受控制电子设备制约。最后，在高达40Gb/s的流速下，产生一些色散问题，尽管通过一个调制器的光的外部调制与半导体激光器直接调制相比色散小。这些色散问题在外部调制器例如在铌酸锂中，与所产生的残余相位调制及强度调制之间的比值有关。这个比值叫做“啁啾”(chirp)。

这种铌酸锂型集成式光调制器的惯常构造要求若干原理：

第一个原理是基于以下事实，即最经常应用的铌酸锂晶体是电光式的，这意味着将一外部电场施加到晶体的合适取向的、间隔开一给定距离的晶面上，会转换成材料折射率的变化，及因此转化成在给定的长度上通过它的光波的线性相位变化。这种操作涉及光的电场具有一优选的极化方向，该极化方向平行于或垂直于所加的静电场。然后干涉装置能将这种相位变化转变成可用光检测器检测的强度调制。

第二个原理是基于这一事实，即在这种铌酸锂晶体材料中，通过金属离子或通过质子掺杂能局部例如取一狭窄面积形式增加折射率，以便光可以射入由这种掺杂所产生的微型信道中，并可以通过连续的内部总反射来传播，同时在这样提供的光波导中没有任何发散。因此能得到复杂的光路，在所述光路上沿着典型宽度约为10μm的光波导实现电极，就能以低的控制电压(5V)施加一很高的电场，满足电子远程通信***的要求。

由作为顶视图的图1A和作为剖视图的图1B所示出的称为Mach-Zehnder干涉仪的结构能够集成整个调制器。包括光波导部分的光路集成在一个Z形铌酸锂衬底1上。在这种情况下，它包括一个用于***光的线性光波导部分2′，上述光的波长在真空中为λ，光波导部分2′后面是一Y形分支3，所述Y形分支3将传播的光分开朝向两个另外的线性和平行部分4′和4″，这两个部分4′和4″形成干涉仪的每一个臂。在一个传播长度L之后，两个臂通过第二个Y形接合3′重新结合，上述接合3′由一最后部分2″结束，上述最后部分2″使光波重新结合并将光引向装置的输出。在两臂之间由电场产生的相位间距通过干涉现象转变成所传输的光的强度调制。

光波导结构的一个可能实施例是通过薄层真空蒸发技术将一预定厚度的钛层淀积在结晶衬底的表面上。在这个钛层中，光波导的图形用惯常的光刻技术限定，然后在高温下扩散一段固定的时间。在热扩散期间，金属离子进入晶体，并且最终的掺杂根据幅度、深度和宽度分布转变成折射率的局部增加，上述分布可以计算和测量。传播的照明场(luminous field)具有一基本上和折射率分布匹配的空间范围。

调制器的操作另外涉及一薄层完全绝缘的介电材料5，如例如给定厚度为e的二氧化硅。此外，各电极6通过光刻转移技术淀积到装置的表面上。得到这种电极结构的可能解决方案是放置一个与干涉仪其中一个臂4′平行的导体C。在衬底装有Mach-Zehnder干涉仪光学元件的情况下，其中衬底的主表面在最有利于得到一种具有很宽电通带的调制器的结构中，是垂直于所考虑的铌酸锂晶体主轴Z(或c)的，导电电极将例如安排在臂4″上。然后在宽度为W的这个中心线的每一边上，在距离S处安排两个接地面，如图1B上所示。当距离S约为15微米时，可以在中心导体C和对称的接地面M和M′之间加一很高的电场。

一般用来增加相位调制效率的可能解决方案是将接地面的其中之一放置在第二臂4的正上方，如图1A和1B上所表示的。在这种情况下，光波导4和4′受到通过它们的相反符号电场的影响。由电光效应引入的相对相位变化可以通过这种构造改善大约两倍。

正是在这种情况下涉及一个对由调制器产生的“啁啾”幅度来说是决定性的参数。实际上，在光的给定波长处，所产生的半波电压V_π与相互作用长度L，所考虑的材料电光系数r₃₃，和通过在材料中传播光所看到的材料的非常折射率n_e的立方三者成反比，和各电极之间的偏差成正比。因此当各电极长而接近时，半波电压较弱。另一方面，这个半波电压用所谓重叠系数η的倒数加权，该重叠系数η值在0和1之间，并且它说明了照明场7和静电场8之间的相互作用效率，此外，上述照明场7和静电场8每个都是非均匀的。如图1B所示，电场分布8在中心电极C下和在侧边接地面M和M′的边缘下不相同。因此，由位于中心电极下面的光波导得到的重叠系数η₁与由位于侧边接地电极其中之一下面的光波导得到的重叠系数η₂不同。结果，电压加到各电极的接线端上造成每个臂中不同符号和不同幅度的相位变化。在重新结合之后，光波干涉并被强度调制。一个臂相对于另一个臂的过量调制被转变成纯粹相位调制。如果利用一信号源9将一谐波脉冲信号Ω加到与适配终端阻抗10连接的电极上，则它通过一个幅度调制此外还通过一个残余相位调制转化，上述残余相位调制造成光载波频率的即时调制。这叫做频率“啁啾”，所述频率啁啾是通过光源的光谱变宽转化的。这可能有损于色散介质中的传输质量和转化成信号形状变差，而信号形状变差危及数字信号的接收。

在某些条件下，目的在于控制光谱变宽的幅度，尤其是控制它的符号，以便在传播介质的色散符号适于实现脉冲压缩时实现脉冲压缩。

为了摆脱频率“啁啾”，最好的解决示方案一般是完全平衡每个臂中的重叠比η。达到这个目标的措施要求用不同于Z形的晶体部分工作。X形部分能得到一种结构，其中两个光波导位于中心电极的两边上，在将该中心电极与每个侧边电极分开的区域的中部。图1C示出一种从上面看到的在X形部分衬底11上得到这种结构的可能解决方案。所加的通过光波导的场是水平的，而对称的结构是这样的：各重叠在每个臂中都相同。图1D作为剖视图示出场线8的分布及由光波导传输的照明场7相对于电极的位置。然而，可以表明X形部分调制器的频率响应与Z形部分调制器的频率响应相比，不那么有利。

清除或控制在Z形部分铌酸锂晶体上频率“啁啾”的一种解决方案，是得到两组对称的电极12，每组电极的中心导***于一个臂上，以便使结构对称。在这种情况下，有一个信号源9。信号源9连接到用于每个臂的两个控制放大电子设备13′和13″上。另外，必须将一个电子触发器(flip-flop)14加到输入其中之一上，以便使所加电场的极性变反。图1E示出一种从下面看的实施例形式。图1F作为剖视图表示光波导相对于电极的位置。

关于电极的频率响应，上述响应与线路的特征阻抗Z_c，线路中与微波折射率n_m有关的微波信号的传播速率，和线路衰减α有关。特征阻抗Z_c和微波折射率n_m与线路的几何参数如中心导体的宽度，接地面的间距，电极的厚度，介电层厚度有关。目的是达到一个等于光学折射率n_o的微波折射率n_m，以便适配光和微波的速度，使由电光效应所产生的光相位变化在整个相互作用过程中累积。另一个目的涉及特征阻抗，所述特征阻抗必须尽可能接近微波信号源的输出阻抗和位于线路输出处的负载阻抗10。完全适配的线路实际上能保证传播的波不经受任何反射，所述反射易于降低调制信号的质量。

当电极如此设计，以致特征阻抗Z_c被适配并且微波折射率n_m等于光折射率n_e时，频率响应的唯一限制因素是电极中的传播损失α。沿着线路的电功率传播损失用分贝表示，与线路长度以及调制频率的平方根二者成正比。这种损失一般表示为α(f，L)＝α₀f^1/2L。α₀用dB/cm/GHz^1/2表示。因此，作为举例，如果α₀等于-0.47dB/cm/GHz^1/2，则对于2cm的电极，在40GHz处的通带为-6dB。如果对于2cm的电极，半波电压通常是6伏，对于相当于40GHz处的通带的-3dB的、1cm的电极，半波电压将是12伏，这表示耗散的电功率大4倍。另外，很难设计和得到具有能提供12伏峰间电压的40GHz通带的控制电子设备。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种光调制器，所述光调制器具有良好的频率响应并消除了“啁啾”现象。

为此，本发明涉及一种光调制器，该光调制器包括：

波导结构，所述波导结构形成由电光材料制成并包括两个臂的两波干涉仪，

电极组，所述电极组连接到一个可控制的电源上，该电源能把电场加到上述干涉仪的至少其中一个臂上，以便改变分别沿着其中一个臂或另一个臂的照明波(luminous wave)之间的相位间距。

按照本发明，光调制器包括：

两组电极，所述两组电极分别位于干涉仪的每个臂之上，一组处于电光材料的非反向区域，另一组处于反向区域，及

延迟线，所述延迟线位于用于控制各组电极的电子设备之间，该延迟线引入一个等于光在第一组电极中的传播时间的延迟。

本发明还涉及一些特点，这些特点将在下面说明中讨论，并且它们将被单独考虑或按照所有它们技术上可能组合进行考虑：

衬底是一种垂直于表面的Z形铌酸锂各向异性晶体；

衬底是一种垂直于表面的Z形钽酸锂各向异性晶体；

波导结构通过薄金属层的热扩散产生；

波导结构通过质子交换产生；

每组电极都接近一个负载阻抗；

所述电极组被分组为并包括两个电极，所述两个电极相互平行，并且每个电极都包括两个用S形段连接的部分；

具有所述分组的电极组的调制器不包括任何延迟线；

所述各组电极被分组为并包括两个电极，所述两个电极相互平行，并且包括偶数个平行部分，所述偶数个平行部分通过S形段连接，每个部分都通过这样一个区域，该区域的铁电极性符号与相邻部分的极性符号相反；

电光材料的反向区域通过局部施加强电场的短脉冲永久得到；

电光材料的反向区域通过电子轰击得到；

电光材料的反向区域在一个长度范围内覆盖干涉仪的两个臂及在一个宽度范围内覆盖这些臂，上述长度至少等于一组电极的长度，而上述宽度至少等于照明场的宽度；

干涉仪是一种Mach-Zehnder干涉仪；

每组电极都包括一个低损失的中心导体，上述中心导体分别定心在干涉仪的每个臂上；

每组电极都包括两个对称的侧边接地面，所述两个接地面以一定的距离安排，上述距离至少等于中心导体宽度的两倍；

可控制的电源包括两个可变增益的控制放大器，所述放大器能控制分别加到电极上的电压使其相当于由单个一组电极所产生的半波电压的一半，以便调节残余相位调制；

光调制器包括一个延迟线，所述延迟线能使电场分别在两组电极上的施加偏移，以便光波和外部微波二者的传播时间相同；

延迟线是无源的；

延迟线是有源的。

因此，当根据下列要点进行时，按照本发明的所述铌酸锂上集成式宽带光调制器的性能得到改善：

·在干涉仪各臂的其中一部分光路上的铁电场反向，

·实现具有Z形部分铌酸锂上的导波的Mach-Zehnder干涉仪结构，

·在干涉仪的不经受任何铁电场反向的部分臂上实现一组前进波电极，这组电极的中心导***于干涉仪其中一个臂的上方，

·在干涉仪的经受了铁电场反向的部分臂上实现一组前进波电极，这组电极的中心导***于干涉仪其中另一个臂的上方，

·用两个不同的控制电子设备，每个控制电子设备都提供一个峰间电压，所述峰间电压等于半波电压V_π，后者对应于一个相互作用长度，所述相互作用长度等于每组电极的单个长度的总和，

·由微波信号源馈送的每个控制电子电路都控制一组电极。

一个延迟安排在每个控制电子电路之间，以便在考虑到光波在光波导中的传播速度和上行电极中相互作用的持续时间后，在下行电子电路上加信号与上行电子电路同步。将结合附图详细说明本发明。

根据本发明的一个方面，提供了一种光调制器，包括：

波导结构，所述波导结构形成一个由电光材料制成并包括两个臂的两波干涉仪，

电极，所述电极连接到一个可控制的电源上，上述电源能把电场加到干涉仪的至少一个臂上，以便改变分别沿着一个臂或另一个臂的照明波之间的相位间隔，

其特征在于：

所述电极包括两组电极，所述两组电极分别位于干涉仪的每个臂之上，一组电极是处于电光材料的非反向区域，而另一组电极处于电光材料的反向区域；并且所述光调制器还包括：

延迟线，该延迟线位于用来控制各组电极的电子设备之间，上述延迟线引入一个延迟，该延迟等于光在第一组电极中的传播时间，其中

电光材料的反向区域在一个长度范围内覆盖干涉仪的两个臂和在一个宽度范围内覆盖这些臂，上述长度至少等于所述另一组电极的长度，而上述宽度至少等于照明场的宽度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种光调制器，包括：

波导结构，所述波导结构形成一个由电光材料制成并包括两个臂的两波干涉仪，

电极，所述电极连接到一个可控制的电源上，上述电源能把电场加到干涉仪的至少一个臂上，以便改变分别沿着一个臂或另一个臂的照明波之间的相位间隔，

其特征在于：

所述电极包括一组电极，该组电极包括通过S形段连接的偶数个部分，所述各部分分别位于干涉仪的每个臂之上，并且所述各部分中一部分是处于电光材料的非反向区域，而这些部分的相邻部分处于所述电光材料的反向区域，其中

电光材料的各反向区域分别在一个长度范围内覆盖干涉仪的两个臂和在一个宽度范围内覆盖这些臂，上述长度分别至少等于相应的所述相邻部分电极的长度，而上述宽度至少等于照明场的宽度。

附图说明

图1A和1B表示上述现有技术结构；

图1C和1D表示上述X形部分现有技术结构；

图1E和1F还表示上述Z形部分现有技术结构；

图2A，2B，2C表示本发明的第一实施例，图2C是顶视图，图2A和2B分别是沿着线段C₁和C₂的剖视图；

图3是本发明第二实施例的顶视图；

图4是本发明与现有技术Z形部分的性能对照图；

图5是本发明一个可供选择的实施例顶视图。

具体实施方式

元件在Z形部分的铁电铌酸锂衬底1上得到。轴线Z是例如相对于晶体的主表面正取向。它被称之为取向Z⁺。衬底载有Mach-Zehnder干涉仪的波导图形。这个图形包括一个直线输入2′和输出2″波导，两个Y形接合3′和3″，这两个Y形接合3′和3″通过干涉仪的每个臂4′和4″连接。波导例如通过钛扩散，或者通过锂/质子交换的方法得到。

铌酸锂晶体在其整个厚度上包括一个区域15，所述区域15经受了一个铁电场的反向。这意味着通过在晶体的两个面之间短暂而局部地施加一个约20kV/mm的电场一段短的时间，晶体的自发极化永久地改变方向。晶体这样局部经受了它的极性反向，因此称为铁电场反向。轴线Z的方向变反。在表面处，区域15具有一所谓的取向Z^-。就调制器来说，取向改变的主要结果是调制中所涉及的电光系数r₃₃的符号变反，它意味着，在所谓的反向区域中，施加正电压造成与在所谓非反向区域得到的符号相反的折射率变化。

在所谓的非反向区域中，如相应于根据C1的剖视图的图2A所示，设置一组长度为L₁的电极6，其中心电极对准在干涉仪的臂4″上方。这个臂的折射率变化例如是正的，在电场和照明场之间具有一重叠部分η₁。另一个臂4′位于接地电极其中之一的下方，并经受一个具有重叠比η₂的负折射率变化。

在所谓反向区域15中，如相当于根据C2的剖视图的图2B所示，设置一组长度为L₂的第二组电极16，其中心电极现在对准在干涉仪的臂4′上方。将一与在非反向区域的电极6上所加电压V₁符号相同的电压V₂加到电极16的接线端子上。由于r₃₃的符号变反，所以现在这个臂的折射率变化是负的。重叠比现在是η₁。位于侧边电极其中之一下方的另一个臂4″由于对称的原因而经受一个正的折射率变化，同时重叠比为η₂。

图3说明了另一种可能性。在这种情况下，提供了单个一组总长度为2L₁的电极18。这些电极分成两部分。第一部分对应于所谓非反向区域上方的一个位置，其中心导***于臂4″上方，而第二部分通过一个S形连接器19连接到第一部分上，所述连接器19使中心导体从臂4″去到所谓的反向晶体区域中的臂4′。在这种情况下，需要单个电压源。下面很显然，在这种构造的情况下，频率响应不那么有利，但必需的控制功率不那么大。另一方面，如下面表明的，可以消除频率“啁啾”。

在这些实施例的其中之一中，参见图2的一般结构，在用于相互作用长度L₁加上L₂的臂4″中，累积相位正比于+η₁V₁L₁+η₂V₂L₂。在用于相互作用长度L₁加上L₂的臂4′中，累积的相位正比于-η₂V₁L₁-η₁V₂L₂。

在各波重新结合之后，强度调制取决每个臂中累积的相位间差值平方的余弦，亦即：

$S=S_0\mathrm{CO}{S}^2\left[\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λs}}{n}_e^3{r}_{33}({\mathrm{\η}}_1{V}_1{L}_1+{\mathrm{\η}}_2{V}_2{L}_2+{\mathrm{\η}}_2{V}_1{L}_1+{\mathrm{\η}}_1{V}_2{L}_2)\right]$

S_o与入射到元件中的光强度成正比。

与元件传送的信号有关、并由光学频率“啁啾”表示的残余相位调制取决于在每个臂上累积的相位之和，亦即：

$\mathrm{\φ}(V_1,V_2)=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λs}}{n}_e^3{r}_{33}({\mathrm{\η}}_1{V}_1{L}_1+{\mathrm{\η}}_2{V}_2{L}_2-{\mathrm{\η}}_2{V}_2{L}_1-{\mathrm{\η}}_1{V}_2{L}_2)$

可以看出，在简单的情况下，特别是相应于图3所代表的L₁＝L₂和V₁＝V₂的情况，残余的相位变化是零。操作抑制了各个臂的电场/照明场重叠比之间的不平衡，所述不平衡一般在用Z形部分元件时遇到，上述Z形部分元件只具有一组电极，这组电极具有一直线中心导体，该导体对准在干涉仪的单个臂上。因此，提供了一种无“啁啾”的装置。另一方面，正如在图2的结构中可能的那样，通过操作V₁和V₂之间的比例，能够得到可根据所实施的应用调节的“啁啾”。

电压V₁和V₂可通过操作信号源9驱动的控制放大器13′和13″的增益进行调节。刚刚所作的静态描述不考虑装置的动态行为，所述装置一般用与时间有关的信号调制并覆盖约40GHz的频率范围。在这样的条件下，电波和光波的传播时间不能忽略，并且特别是，正如前面所指出的，必须适配光波和微波的速度。假定光是从波导2′朝向输出波导2″传播的，则由第二组电极进行的调制必须与在第一组电极中传播的调制同步，以使信号沿着两组电极累积，所述同步避免了容易使调制效率变差的任何相位延迟。为此，将一个延迟线17插在电子设备13′和13″之间。所引入的延迟正好相当于光通过长度为L1的电极部分6的传输时间。对于图3的装置，不使用这条延时线，因为已使用单一信号源与单个一组电极18。

为了确定相位上的频率响应，假定特征阻抗是适配的，以使通过电极传播的超高频波是一种前进波，并且假定光和微波的速度是适配的。在这种情况下，主要限制因素是由于导体中能量耗散而引起的沿着电极的电压损失，上述导体其趋肤深度随频率而减少。沿着每条线路，认为相对于所覆盖距离X的这种电压振幅分布如下：

$V\left(X\right)=V_0\exp (-r\sqrt{\mathrm{\Ω}}L)$

V₀是加到电极输入上的电压振幅。因此可以证明，对低损耗来说，通过取V₁＝V₂＝V₀和L₁＝L₂+L，在与两组电极相互作用之后相位差上的响应近似给出为：

${\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λs}}{n}_e^3{r}_{33}({\mathrm{\η}}_1+{\mathrm{\η}}_2)2V_0\mathrm{Lexp}(-r\sqrt{\mathrm{\Ω}}\frac{L}{2}$

为了对照的目的，如图1A所述的由单一输入电压V₀控制的调制器，对于一组总长度为2L的电极，具有的相位响应等于：

${\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λs}}{n}_e^3{r}_{33}({\mathrm{\η}}_1+{\mathrm{\η}}_2)2V_0\mathrm{Lexp}(-r\sqrt{\mathrm{\Ω}}L$

可以看出，为得到弧度π的相移所必需的电压V₀在每种情况下都相同，但频率衰减在第一种情况下更小。上述第一种情况需要两个电子设备来控制13′和13″，以便向每组电极供电，这造成两倍的电功率耗散。然而，通过将电极长度分为两段，可以使用单个一组电极和单个控制电子电路来得到相同的频率响应。在这种情况下，为得到同样相移所必需的控制电压将等于2V₀。在这种情况下，功耗将是两倍大。此外，接后一种情况那样在宽通带上提供高压的控制电子设备在竞争性价格下短时间内不容易得到。

图4对于切割成Z形部分的晶体将按照本发明所检测的光信号电功率响应与现有技术进行比较。它以分贝提供对应于每种情况的相对于频率的响应。这些曲线通过假定相同的电极特性(中心导体宽度，接地面的间距，电极厚度，电层厚度)而得到。在每个曲线之间改动了选定的控制电压，以使每种情况下所用的电功率相同。还根据各曲线改动的是：长度，所包括的电极数，上述电极或是串联，或是并联。

曲线20代表一组长度为2L的电极的情况，这组电极由等于半波电压V_π的峰间电压V₀控制。0Hz基准位于0dB处。在40GHz处，信号损失是-6dB。另外，由于相应于每个臂的电场/照明场重叠比η₁和η₂不同，所以信号受光频率“啁啾”影响。

曲线21代表两组长度为2L的并联电极的情况，上述电极一个用电压+V₀/控制并且另一个用电压V₀控制。所用的电功率与上述情况相同。0Hz基准位于-3dB处。为了保持相同的调制水平，用两个电压源实施所必需的功率是第一种情况的两倍。在40GHz处，如前所述，信号损失是-6dB，同时各电极具有相同的长度。另一方面，响应不受光频率“啁啾”的影响，因为对每个臂来说重叠η相同。然而，需要一个电子触发器将两个输入之间的信号反向。

曲线22代表一组长度为L的电极情况，这组电极受峰间电压等于V₀、即在这种情况下所需半波电压V_π的一半的信号控制。0Hz基准位于-6dB处，因为所用的电功率是第一种情况的4倍，以便保持相同的调制水平。在40GHz处，这时，信号损失仅是-3dB。然而，响应受光学频率“啁啾”影响。

最后，曲线23代表本发明的最终目的。它相当于每组长度为L的两组电极的情况，亦即相互作用的总长度为2L。每组电极都受一个电压V₀/控制。其中一组电极位于晶体的所谓非反向区域上方，而另一组电极位于晶体的所谓反向区域上。另外，第二组电极的中心导体对准在Mach-Zehnder干涉仪的一个臂上方，该臂与第一组电极所用的不同。0Hz基准点位于-3dB处。在这种情况下用两个电压源实施所必需的功率也是第一种情况的两倍，以便保持相同的调制水平。在40GHz处，这时，信号损失仅是-3dB，因此响应更平缓。此外，在这种情况下，响应不受光频率“啁啾”影响，因为在两组电极之间沿着每个臂重叠的平均值相等。这种解决方案比以前报道的其它解决方案在低电耗，平缓的频率响应，低相关残余相位调制(啁啾)等要求之间构成了一个良好的折衷。

作为本发明的目的的最后一种情况按照曲线20进行。它是相当于图3所表示的情况，在上述情况中，单个一组电极通过在晶体的所谓非反向区和晶体的所谓反向区之间的过渡处中心导***置的变换来实现。这唯一的一组电极长度为2L，受一峰间电压V₀控制，所述峰间电压V₀等于半波电压V_π。在40GHz处，信号损失是-6dB。然而，由于与上述情况相同的原因，信号不受相关的残余相位调制(啁啾)的影响。

为了得到一种低啁啾的调制器，因此提出了两种结构。一种结构是基于使用两组微波线路，所述两组微波线路安排在干涉仪各臂部分的上方，上述各臂具有相同长度，但通过人工反转铁电场而极性符号相反。这种结构要求使用两个电子控制设备，所述两个电子控制设备通过一个延迟线连接。

另一种结构基于使用单个一组共面线型电极，这组电极的中心导体通过一个S形弯曲部分从干涉仪的一个臂去到另一个臂，臂的这种改变对应于材料的极性改变，以便保持光在与由电极所承载的电场相互作用的两个区域内的整个传播中的建设性相位调制。

在这种类型结构中，所产生的相位调制幅度的绝对值对每个臂都相等。所提出的配置通过对电场和照明场的重叠引入相同的值来使相位变化平衡。

然而，由于它涉及容易在电极长度范围内引入传播损失的微波线路，所以能量可能在很高频率下在电极的第一部分中部分地耗散。并因此，第二部分对调制的影响较低。

图5提供了本发明一种可供选择的方案，其中装置显示出多于一对的反向的场结构以及同样多通过S形段连接的电极部分，因此一部分决不会长到足以单独使它自己受到沿线路的传播损失的影响。区域15相当于反向区。从一个区域到另一个区域的每个转变都对应于一个S形段。

Claims (17)

1.一种光调制器，包括：

波导结构，所述波导结构形成一个由电光材料制成并包括两个臂的两波干涉仪，

电极，所述电极连接到一个可控制的电源上，上述电源能把电场加到干涉仪的至少一个臂上，以便改变分别沿着一个臂或另一个臂的照明波之间的相位间隔，

其特征在于：

所述电极包括两组电极，所述两组电极分别位于干涉仪的每个臂之上，一组电极是处于电光材料的非反向区域，而另一组电极处于电光材料的反向区域；并且所述光调制器还包括：

延迟线，该延迟线位于用来控制各组电极的电子设备之间，上述延迟线引入一个延迟，该延迟等于光在第一组电极中的传播时间，其中

电光材料的反向区域在一个长度范围内覆盖干涉仪的两个臂和在一个宽度范围内覆盖这些臂，上述长度至少等于所述另一组电极的长度，而上述宽度至少等于照明场的宽度。

2.按照权利要求1所述的光调制器，其特征在于：衬底是一种垂直于表面的Z形铌酸锂各向异性晶体。

3.按照权利要求1所述的光调制器，其特征在于：衬底是一种垂直于表面的Z形钽酸锂各向异性晶体。

4.按照权利要求1-3其中之一所述的光调制器，其特征在于：波导结构通过薄金属层的热扩散产生。

5.按照权利要求1-3其中之一所述的光调制器，其特征在于：波导结构通过质子交换产生。

6.按照权利要求1-3其中之一所述的光调制器，其特征在于：每组电极都接近一个负载阻抗。

7.按照权利要求1-3其中之一所述的光调制器，其特征在于：电光材料的反向区域通过局部施加电场脉冲永久地得到。

8.按照权利要求1-3其中之一所述的光调制器，其特征在于：电光材料的反向区域通过电子轰击得到。

9.按照权利要求1-3其中之一所述的光调制器，其特征在于：干涉仪是Mach-Zehnder干涉仪。

10.按照权利要求1-3其中之一所述的光调制器，其特征在于：每组电极都包括一个低损耗的中心导体，这些中心导体分别定心在干涉仪的每个臂上。

11.按照权利要求10所述的光调制器，其特征在于：每组电极都包括两个对称的侧边接地面，所述两个接地面以一定的距离放置，所述距离至少等于中心导体宽度的两倍。

12.按照权利要求1-3其中之一所述的光调制器，其特征在于：可控制的电源包括两个可变增益放大器，所述放大器能控制分别加到各电极上的电压使其相当于由单个一组电极所产生的半波电压的一半，以便调节残余的相位调制。

13.按照权利要求12所述的光调制器，其特征在于：它包括一个延迟线，所述延迟线能使电场分别在两组电极上的施加偏移，以使光波和外部微波二者的传播时间相同。

14.按照权利要求13所述的光调制器，其特征在于：延迟线是无源的。

15.按照权利要求13所述的光学调制器，其特征在于延迟线是有源的。

16.一种光调制器，包括：

波导结构，所述波导结构形成一个由电光材料制成并包括两个臂的两波干涉仪，

电极，所述电极连接到一个可控制的电源上，上述电源能把电场加到干涉仪的至少一个臂上，以便改变分别沿着一个臂或另一个臂的照明波之间的相位间隔，

其特征在于：

所述电极包括一组电极，该组电极包括通过S形段连接的偶数个部分，所述各部分分别位于干涉仪的每个臂之上，并且所述各部分中一部分是处于电光材料的非反向区域，而这些部分的相邻部分处于所述电光材料的反向区域，其中

电光材料的各反向区域分别在一个长度范围内覆盖干涉仪的两个臂和在一个宽度范围内覆盖这些臂，上述长度分别至少等于相应的所述相邻部分电极的长度，而上述宽度至少等于照明场的宽度。

17.按照权利要求16所述的光调制器，其特征在于：所述一组电极包括两个部分，所述两个部分通过一S形段连接。

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