【摘要】：電光調(diào)制器在光通信、光傳感與光信息處理領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值,是這些系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。目前,電光調(diào)制器基本上都是使用無機(jī)晶體鈮酸鋰(LiNbO3,LN)材料制作,這是因?yàn)長N具有較大的電光系數(shù),在較寬的波長范圍(450 nm-4500 nm)內(nèi)具有良好的光學(xué)透明性,以及具有成熟的波導(dǎo)制作工藝。在電光調(diào)制器的應(yīng)用中,為了降低系統(tǒng)的功耗,提高器件的性能,以及方便地實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的其他部分集成,通常要求電光調(diào)制器具有低的半波電壓。因此,在電光調(diào)制器的研究領(lǐng)域,降低器件的半波電壓是一個重要的研究方向。為了實(shí)現(xiàn)低的半波電壓,對LN電光調(diào)制器而言,最有效的辦法是使用較長的電極,從而增加電光作用區(qū)長度,但這不可避免地會增加器件的長度,不利于器件的制作與系統(tǒng)的集成。此外通過優(yōu)化波導(dǎo)與電極的設(shè)計(jì),如采用脊形光波導(dǎo)增大調(diào)制電場與光場的重疊積分也是降低半波電壓的一種方法,但這將導(dǎo)致復(fù)雜的工藝,而且對半波電壓的降低也十分有限。因此,本論文針對降低LN電光調(diào)制器的半波電壓進(jìn)行研究,探索了利用反射結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低半波電壓的原理,并以x切y傳的LN晶體為材料,通過退火質(zhì)子交換的方式,研究了反射式LN電光調(diào)制器的制作工藝及相關(guān)測試技術(shù)。論文的主要工作及成果如下:1.研究了反射型LN低半波電壓電光調(diào)制器的基本原理首先對LN相位調(diào)制器、馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder,M-Z)干涉儀強(qiáng)度調(diào)制器的基本原理進(jìn)行了分析,然后在此基礎(chǔ)上討論了降低LN調(diào)制器的半波電壓的方法,并分析了反射型LN低半波電壓電光調(diào)制器的基本原理。此外,通過對LN光波導(dǎo)的兩個端面鍍膜制作了波導(dǎo)型法布里-珀羅腔(Fabry Pérot,F-P),并對其傳輸特性進(jìn)行了研究。2.退火質(zhì)子交換LN光波導(dǎo)的理論分析與制作工藝研究首先利用有效折射率法研究了LN光波導(dǎo)的設(shè)計(jì),確定了單模LN光波導(dǎo)的參數(shù);然后研究了基于退火質(zhì)子交換制作LN光波導(dǎo)的工藝技術(shù),經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)后得到了制作出合格的LN單模光波導(dǎo)的工藝條件;最后,進(jìn)一步通過對波長為1538.3 nm時LN有效折射率的研究來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù),并重點(diǎn)研究了交換時間及退火時間對光波導(dǎo)的影響,最終得到了實(shí)現(xiàn)低損耗LN光波導(dǎo)的工藝條件。3.LN反射型電光調(diào)制器的設(shè)計(jì)、制作及測試根據(jù)反射型LN電光調(diào)制器的工作原理,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)參數(shù);根據(jù)這些參數(shù)制作了相應(yīng)的光刻掩模版;利用退火質(zhì)子交換工藝制作了反射型LN相位調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制器及LN光波導(dǎo)F-P腔;搭建了測試平臺,分別測試了LN調(diào)制器的光學(xué)特性,電光調(diào)制特性及半波電壓,其結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的反射型LN電光調(diào)制器可實(shí)現(xiàn)4 V的半波電壓,此外,對腔長800μm的LN光波導(dǎo)F-P腔的傳輸譜特性進(jìn)行了測試。
[Abstract]:The electro-optic modulator is one of the key devices in optical communication, optical sensing and optical information processing. At present, electro-optic modulators are basically made of inorganic crystal lithium niobate (LiNbO3,LN) because LN has a large electro-optic coefficient and good optical transparency in a wide wavelength range (450 nm-4500 nm). And has mature waveguide fabrication technology. In the application of electro-optic modulator, in order to reduce the power consumption of the system, improve the performance of the device, and easily integrate with other parts of the system, the electro-optic modulator is usually required to have a low half-wave voltage. Therefore, in the field of electro-optic modulator, reducing the half-wave voltage is an important research direction. In order to achieve low half-wave voltage, the most effective method for LN electro-optic modulator is to use a longer electrode to increase the length of the electro-optic action zone, but this will inevitably increase the length of the device. It is unfavorable to the fabrication of the device and the integration of the system. In addition, by optimizing the design of waveguides and electrodes, such as increasing the overlap integral between modulated electric field and light field by ridge waveguide, it is also a method to reduce half-wave voltage, but this will lead to complex process. And the reduction of half wave voltage is very limited. Therefore, in this paper, we study the reduction of half-wave voltage of LN electro-optic modulator, and explore the principle of realizing low half-wave voltage using reflection structure. The LN crystal with x cut y is used as material, and the way of proton exchange is annealed. The fabrication technology and related testing technology of reflective LN electro-optic modulator are studied. The main work and results are as follows: 1. In this paper, the basic principle of the reflected LN low half-wave voltage electro-optic modulator is studied. Firstly, the basic principles of the LN phase modulator and the intensity modulator of the Mach-Zehnder,M-Z interferometer are analyzed. Then, the method of reducing half-wave voltage of LN modulator is discussed, and the basic principle of reflected LN low-half-wave voltage electro-optic modulator is analyzed. In addition, the waveguide Fabry-Perot cavity (Fabry P 茅 rot,F-P) has been fabricated by coating two ends of the LN optical waveguide, and its transmission characteristics have been studied. 2. Theoretical Analysis and Fabrication Technology of annealed Proton Exchange LN Optical waveguides the design of LN optical waveguides is studied by using the effective refractive index method and the parameters of the single-mode LN optical waveguides are determined. Then the fabrication technology of LN optical waveguide based on annealed proton exchange is studied. After a lot of experiments, the process conditions of making qualified LN single-mode optical waveguide are obtained. Finally, the experimental parameters are optimized by studying the effective refractive index of LN at a wavelength of 1538.3 nm, and the effects of switching time and annealing time on the optical waveguide are studied. Finally, the process conditions of realizing low loss LN optical waveguide are obtained. The design of 3.LN reflective electro-optic modulator is given. According to the working principle of reflective LN electro-optic modulator, the corresponding device structure parameters are designed. The photolithography mask is made according to these parameters, and the reflective LN phase modulator, intensity modulator and LN optical waveguide F-P cavity are fabricated by using the annealing proton exchange process. The optical characteristics, electro-optic modulation characteristics and half-wave voltage of the LN modulator are tested. The results show that the reflected LN electro-optic modulator can achieve a half-wave voltage of 4 V. The transmission spectrum characteristics of an 800 渭 m LN optical waveguide F-P resonator are measured.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN761

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2354588