并列结构的归零码双级电光外调制器

1、一种并列结构的归零码双级电光外调制器，其特征在于：
主要由芯片(1)、光反射器(4)、输入/输出光纤阵列(5)、双光纤(9)组 成；芯片(1)包括非归零码型数据信号调制器(2)和时钟信号调制器(3)；非 归零码型数据信号调制器(2)和时钟信号调制器(3)为平行并列结构；其中非 归零码型数据信号调制器(2)接非归零码型数据信号(6)，时钟信号调制器(3) 接时钟信号(7)；芯片(1)的右端是一个微光学结构的光反射器(4)；芯片(1) 的左端，是输入/输出光纤阵列(5)，其V型槽固定有双光纤(9)；
所述的光反射器(4)或由一个尾端镀有保偏反射膜(4.2)的自聚焦透镜(4.1) 构成，或由一个自聚焦透镜系统和其尾端的直角棱镜(4.3)组成，自聚焦透镜 系统由两个平行的自聚焦透镜(4.1)构成；
所述的双光纤(9)或一根为保偏纤，或两根均为保偏纤。
2、按权利要求1所述的一种并列结构的归零码双级电光外调制器，其特征 在于：
外封装为一种单端结构，即输入/输出光纤阵列(5)在封装盒的同一端。

技术领域\n本发明涉及一种光调制器，具体地说，涉及一种并列结构的归零码双级电光 外调制器。\n背景技术\n随着传输速率的增加，用于长距离和超长距离光通信系统的光调制器的研究 和开发取得较大的进步。连续波光源(CW)的外调制具有低的啁啾，尤其在长距 离光通信系统中，大多采用马赫-甄德(M-Z)型的电光外调制器。在光传输系统 中有一种非归零码(NRZ)型数字信号格式，在NRZ中，如果下一个比特与前一 比特值相同，在下一时隙光功率保持与前一时隙一致；另外还有一种归零码(RZ) 型信号格式，在RZ码中，比特“0”对应低功率水平，比特“1”对应脉冲，但 即使比特“1”后一个比特也是“1”，光脉冲会在前一比特时隙结束前恢复到低 功率水平。在高比特率情况下，RZ格式的光信号比NRZ格式更稳定，具有更高 的非线性容限，因此，更适合于高速长距离和超长距离光通信系统。\n经过二十几年尤其是九十年代后期的高速发展，光通信类的光电子器件技术 的确取得了很大的进步，然而，困扰光电子器件领域一个根本性问题是成本或经 济性问题。权威分析指出：从工程和技术的角度，各种调制器无论半导体材料的 EA(电吸收)型，还是电光M-Z型的都发展很快，但是如果不能做到低价格，以及 能满足各种不同用户特定要求的合适的封装结构，这些先进器件技术的应用无疑 将被成本和封装的因素所限制。\n近年发展起来的双级M-Z结构的铌酸锂外调制器是一种专门针对RZ格式信 号发射机的集成化结构，即一种“直线结构的RZ码双级M-Z调制器”，如图1 所示。由于采用了双级结构，在调制方式上更加灵活，在许多长途干线系统上已 有成功的应用。但这种器件结构有一个缺点，即由于成品率低导致器件成本较高， 价格一直居高不下，因而使得在许多场合，这种铌酸锂外调制器与基于半导体 EA的调制器在性价比竞争上缺乏优势，限制了它的应用。\n在钛扩散铌酸锂波导M-Z干涉仪结构中，两平行臂为两个电光相位调制器， 器件设计的目标是尽可能有效利用铌酸锂最大的电光系数r33，从而能实现尽可 能低的驱动电压。因此在X切和Z切两种切向情况下，光波导须位于电极之间(X 切)或电极之下(Z切)，此外，电极间距(X切)或宽度(Z切)也非常小。对 于一个电极间距G，长度L的器件，电压V导致的电光相位移表示为：\nΔΦ＝-koL(n3r33/22)(V/G)Γ\n其中Γ为交叠因子，由电场与光模场的交叠状况决定。由于电极和光波导 狭长，套刻工艺制作误差将导致电极沿光波导路迳分布结构改变，交叠因子Γ劣 化，使器件性能下降甚至成为废品。\n发明内容\n本发明的目的是克服现有“直线结构的RZ码双级M-Z调制器”存在着的工 艺实现难度大、成品率低、原材料昂贵的问题，提出一种性能价格比高的并列结 构的归零码双级电光外调制器。\n本发明的目的是这样实现的：将两级M-Z结构调制器平行并列布置。\n1、在铌酸锂晶体(X切或Z切)上通过钛扩散得到两个并列的光波导M-Z 干涉仪结构，制备电极以后，形成两个M-Z结构调制器，分别用于NRZ数据信号 调制和时钟信号调制。\n2、在并列M-Z结构调制器的芯片的一端，采用微光学部件或V型槽固定的 双保偏光纤串联连接两并列M-Z结构调制器，分别注入数据和时钟信号实现RZ 码型调制。\n3、芯片的另一端，采用V型槽固定的双光纤(其中至少一根保偏光纤)完 成光信号输入/输出。\n4、注入的NRZ型数据信号和时钟信号采取双端面连接以降低对芯片长度的 要求。\n具体地说，如图2所示，本发明主要由芯片1、光反射器4、输入/输出光纤 阵列5组成；芯片1包括NRZ型数据信号调制器2和时钟信号调制器3；NRZ型 数据信号调制器2和时钟信号调制器3为平行并列结构：NRZ型数据信号调制器 2接NRZ型数据信号6，时钟信号调制器3接时钟信号7；芯片1的右端是一个微 光学保偏的光反射器4；芯片1的左端，是输入/输出光纤阵列5，其V型槽固定 有输入/输出光纤9。\n本发明具有以下优点和积极效果：\n①使RZ码型铌酸锂外调制器芯片长度缩短近一倍，降低了超长结构器件精 确套刻等一系列工艺制作的难度，能显著提高成品率；\n②由于器件长度缩短，可采用更小尺寸的工艺设备和衬底材料，因而也大大 降低了设备投入费和关键原材料费，因而能显著降低成本。\n③输入/输出尾纤都安排在器件的一端，将有利于节省器件系统盘上所占据 的实际尺寸。\n附图说明\n图1-现有的直线结构的RZ码双级M-Z调制器结构示意图；\n图2-本发明结构示意图；\n图3-光反射器结构图1；\n图4-光反射器结构图2；\n图5-双光纤输入/输出结构图；\n图6a-电信号注入方式图1；\n图6b-电信号注入方式图2；\n图6c-电信号注入方式图3；\n图7a-器件封装结构图1；\n图7b-器件封装结构图2。\n其中：\n1-芯片；\n2-NRZ型数据信号调制器；\n3-时钟信号调制器；\n4-光反射器，\n4.1-自聚焦透镜，\n4.2-保偏反射膜，\n4.3-直角棱镜，\n5-输入/输出光纤阵列；\n6-NRZ型数据信号；\n7-时钟信号；\n7.1-正相时钟信号；\n7.2-反相时钟信号；\n8-光波导；\n9-双光纤。\n具体实施方式\n下面结合附图和实施例进一步说明。\n如图2所示，在芯片1(Z-切或X-切铌酸锂)中，将用于RZ码调制的两个 Ti:LiNbO3M-Z结构调制器，一个用于数据信号调制的NRZ型数据信号调制器2， 一个用于时钟信号调制的时钟信号调制器3，并列平行布置在芯片1上.采用标准 的钛扩散铌酸锂光波导工艺制备光波导M-Z干涉仪结构，然后制备射频和直流电 极。\n实现这一结构的一个关键器件是微光学保偏的光反射器4，它可以有以下两 种结构：\n第一种结构如图3所示，光反射器4由一个尾端镀有保偏高反射膜4.2的自 聚焦透镜4.1构成。此类结构在保偏型薄膜密集波分复用(DWDM)滤波器中已有 商业应用，是一种成熟的技术；其光纤-器件-光纤的插入损耗小于0.3dB。在对 接Ti:LiNbO3光波导的情况下，由于光反射器4的引入，相对于集成串联结构有一 定的额外损耗，但因为输入与输出光波导传导模是一致的，模场匹配损耗很小，插 入损耗仅仅来自于介质折射率的差异，因而其额外损耗优于波导-光纤-波导的双 调制器串联结构。\n第二种结构如图4所示，反射器4由一个自聚焦透镜系统和其尾端的直角棱 镜4.3组成，自聚焦透镜系统由两个平行的自聚焦透镜(4.1)构成；这一结构 的优点是可适合于光波导间距更大的情况，因而能适应更复杂的器件结构。\n采用双V型槽固定的双光纤9在芯片的另一端实现光纤一波导耦合及固定， 光纤中至少有一根为保偏纤，如图5所示；也可两者均为保偏纤，使器件的使用 更加灵活，这样既可以将时钟调制器前置，也可后置，以适应不同用户的要求。\n由于双干涉仪结构在芯片上的并列集成，须考虑电信号注入的特殊性。对于 两个M-Z结构调制器均为单驱动的情况，NRZ型数据信号6和时钟信号7能方便 地从两侧注入，如图6a所示。对于至少有一个双驱动M-Z结构调制器的情况， 有两种方法实现电信号两侧注入，分别如图6b和图6c。其中第一种方式需要的 芯片略长；而第二种方式须在封装盒内完成信号相位补偿，对于单个调制器来说， 这是一种单边差分注入的形式，因此也简化了驱动器与双驱动调制器连接时的相 位补偿。\n器件的外封装形式为一种单端结构，即输入/输出光纤阵列5在封装盒的同 一端，如图7a和7b所示，使并列平行M-Z结构使芯片尺寸减小近一倍，整体器 件的尺寸大为缩小。