發(fā)布時(shí)間：2021-10-20 14:10

　　光調(diào)制器是光通信系統(tǒng)中產(chǎn)生高速數(shù)字脈沖光信號(hào)的器件,相當(dāng)于光信息系統(tǒng)的心臟。光調(diào)制器的工作原理是用高速微波電信號(hào)對(duì)光信號(hào)通道的物理特性進(jìn)行調(diào)制,從而使連續(xù)激光束變成與其同步交變的光脈沖信號(hào)。目前光調(diào)制器有兩種:一種是電光調(diào)制器,另一種是電吸收調(diào)制器,分別利用外部驅(qū)動(dòng)電信號(hào)改變光信號(hào)通道的光折射率和光吸收特性。鈮酸鋰晶體波導(dǎo)電光調(diào)制器已經(jīng)在光通信中得到了廣泛應(yīng)用,達(dá)到了40GHz調(diào)制帶寬,但其電光特性限制其帶寬值的繼續(xù)提高,所以需要新材料制備的電光調(diào)制器。鐵電晶體-鈦酸鋇具有超高的電光系數(shù)、穩(wěn)定性好和兼容性好的優(yōu)越性,成為現(xiàn)階段人們研究的熱點(diǎn)材料之一。鈦酸鋇晶體薄膜波導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)激光信號(hào)的調(diào)制輸出,其中晶體薄膜的電光系數(shù)r₅₁發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,可達(dá)到600-800 pm/V。而在之前的研究中由于使用了不恰當(dāng)?shù)碾姽庹{(diào)制理論,導(dǎo)致所得到的鈦酸鋇電光系數(shù)值不準(zhǔn)確,從而對(duì)調(diào)制器件的研究有很大的影響。本論文通過(guò)對(duì)鈦酸鋇晶體薄膜波導(dǎo)電光調(diào)制特性的研究,建立電光系數(shù)r₅₁和雙折射b_eo與調(diào)制電場(chǎng)間的有效關(guān)系,可精確測(cè)定鈦酸鋇晶... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：107 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

Petraru團(tuán)隊(duì)對(duì)BaTiO3晶體薄膜波導(dǎo)電光調(diào)制器的研究

長(zhǎng)春理工大學(xué)博士學(xué)位（畢業(yè)）論文6更深一步的研究導(dǎo)致的，同時(shí)也說(shuō)明晶軸取向和電光系數(shù)對(duì)研究BaTiO3晶體的重要性。2004-2007年，該課題組進(jìn)一步研究了BaTiO3晶體薄膜/Si3N4條型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（也屬于脊型波導(dǎo)），實(shí)現(xiàn)了低電壓電光調(diào)制器，用近似線性調(diào)制方程，根據(jù)測(cè)出的半波電壓Vπ與電極間距G以及由此產(chǎn)生的電場(chǎng)與光場(chǎng)重疊積分Γ估算51r，從而給出了51r=150pm/V測(cè)試結(jié)果[55]。需要說(shuō)明的是，這一測(cè)試結(jié)果是非常粗糙的，因?yàn)樗褂玫慕Y(jié)構(gòu)與近似線性調(diào)制的條件并不匹配。所以，該課題組進(jìn)一步工作是在波導(dǎo)上加工布拉格光柵，然后測(cè)定衍射波長(zhǎng)隨驅(qū)動(dòng)電壓的移動(dòng)。根據(jù)衍射方程與電光調(diào)制方程：32(/)OeffΔλ=ΛΔn=ΛnrΓVG(其中，Oλ、Λ和Γ分別為衍射波長(zhǎng)、光柵周期和電場(chǎng)-光場(chǎng)重疊積分)測(cè)定有效電光系數(shù)，給出了300/effr=pms的測(cè)試估算結(jié)果，調(diào)制帶寬由10GHz以下逐漸提高到了40GHz的水平[56]。圖1.2就是在這一研究階段研究成果的代表性結(jié)果。事實(shí)上，這種測(cè)試方法也有很大的局限性，因?yàn)檠苌浞逯档囊苿?dòng)除了與驅(qū)動(dòng)電壓、布拉格光柵周期有關(guān)外，還受衍射角的影響。a)b)c)圖1.2在鈦酸鋇晶體薄膜波導(dǎo)電光調(diào)制器上做布拉格光柵以測(cè)定電光系數(shù)a)器件示意圖b)器件TE模式的光投射譜c)器件TM模式的光投射譜

第1章緒論72003-2005年，由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的孫德貴課題組在完成中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”的課題過(guò)程中，與美國(guó)西北大學(xué)聯(lián)合取得了先導(dǎo)性理論研究成果[57]。他們提出了BaTiO3晶體薄膜在針對(duì)其絕對(duì)高的電光系數(shù)51r的電光調(diào)制方程與LiNbO3的截然不同，即折射率電光調(diào)制量與調(diào)制電場(chǎng)之間不再是傳統(tǒng)的線性關(guān)系，而是一個(gè)二階方程的關(guān)系，而且更重要的發(fā)現(xiàn)是：一個(gè)電光調(diào)制電場(chǎng)施加在a軸上，可以在尋常光和非尋常光兩個(gè)偏振態(tài)上同時(shí)產(chǎn)生大小近似相等，符號(hào)相反的折射率電光調(diào)制。圖1.3（a）給出了基于BaTiO3晶體薄膜波導(dǎo)電光調(diào)制器的共面波導(dǎo)（光波導(dǎo)和電極）結(jié)構(gòu)，而圖1.3（b）給出了兩個(gè)關(guān)于電光系數(shù)51r的二階方程：一個(gè)是光折射率調(diào)制量與調(diào)制電場(chǎng)（E）的關(guān)系；另一個(gè)是包括半波電壓、電光系數(shù)和光場(chǎng)與電場(chǎng)作用長(zhǎng)度的二階平方的電光調(diào)制方程。a)b)圖1.3中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所的孫德貴課題組在完成"百人計(jì)劃"課題時(shí)發(fā)表的成果a)基于BaTiO3晶體薄膜波導(dǎo)電光調(diào)制器的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)b)關(guān)于電光系數(shù)51r的二階方程1.3.2鈦酸鋇材料的研究進(jìn)展BaTiO3晶體薄膜特有的超高電光系數(shù)和特殊的電光調(diào)制機(jī)制為實(shí)現(xiàn)超高速電光調(diào)制器提供了有力依據(jù)，而現(xiàn)有的設(shè)計(jì)與加工技術(shù)給予了它很高的技術(shù)可行性，因此在過(guò)去的十幾年中越來(lái)越受到研究人員的重視[58-61]。作為最新崛起的工業(yè)研究團(tuán)隊(duì)，IBM公司位于瑞士蘇黎世研究中心的科學(xué)家于2012-2013年發(fā)表了如圖1.4所示的BaTiO3晶體薄膜電光調(diào)制特性的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图皽y(cè)試結(jié)果[62]。于2016年4月對(duì)所有電光材料性能進(jìn)行如圖1.5所示的系統(tǒng)比較[49]。從比較的結(jié)果可以看出，BaTiO3晶體薄膜本身屬于鐵電晶體，具備高穩(wěn)定的電光效應(yīng)，而且薄膜形式的鈦酸鋇晶體有利于器件性能的優(yōu)化，可以成

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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