Refined modeling of traveling-wave Ti:LiNbO3 channel waveguide modulator

A refined computation model for traveling-wave operation of external electro-optical phase modulators made of a single titanium in-diffused lithium niobate channel waveguide (Ti:LiNbO₃WG) is described. The modulator circuit model outlined as two traveling-wave coupled microstrips includes microwave losses and dispersion. In the optimization procedure, we consider different circuit load conditions. The influence of a dielectric overlay covering the electrodes is examined. The consolidated techniques of conformal mapping, multiple image, and finite element are used to investigate the microwave characteristics of the structure, and the refractive effective index method is used in calculating the characteristics of the diffused anisotropic optical channel. The performances of Y-cut and Z-cut substrate configurations are compared. We have verified that the Y-cut substrate modulator gives the best overall performance, and that the overlay presence causes significant improvements in the evaluated modulation efficiency and in the bandwidth. A model of the modulator that takes electrode thickness into account permits one to obtain a wider bandwidth.     

小型铌酸锂多功能集成光学器件

为满足小型光纤陀螺对光学器件小体积的要求,对铌酸锂多功能集成光学小型化器件的结构做了分析和优化设计。采用BPM软件分析了Y形分支波导的S形波导损耗与弯曲长度及折射率差的关系。通过调整退火质子交换的工艺参数,增加了波导对光的束缚能力;降低了小型化芯片上S形波导的弯曲损耗;去掉了原有Y形波导的输出端直波导,直接由S形弯曲波导引至输出端,在更短的芯片上得到了更长的弯曲过渡区。设计制作的芯片长度由常规的20 mm减至12.5 mm,封装后的器件长度减小到20 mm,为目前同类常规器件尺寸的2/3。设计制作的器件插入损耗典型值小于2.5 dB,全温损耗变化量小于0.2 dB。     

用于有线电视发射机的铌酸锂外调制器研究

介绍了铌酸锂调制器在1550nm有线电视(CATV)外调制发射机中的功能及其结构,调制器集成了高频相位调制器、模拟强度调制器和无源3dB耦合器在同一芯片上。分析了CATV调制器的关键技术和解决方案,采用了新颖的非平行电极、磨凹芯片背面的结构和阻抗变换方案。设计制作的模拟强度调制器获得了优于±0.5dB平坦的响应和小于-20dB的电反射。基于工艺容差和BPM软件模拟优化设计的3dB耦合器使器件得到大于30 dB的开关消光比。     

1.5μm Ti:LiNbO_3光波导TE_0模偏振器

在1.523μm波长He-Ne激光,对于Z切Ti扩散LiNbO_3光波导及其带有金属包覆/介质缓冲层的偏振器结构,理论上计算了单模波导的工艺参数和基模的吸收损耗系数.文中用TM_0模的共振吸收效应,在1.5μm波长首次研制成Ti:LiNbO_3光波导TE_0模偏振器.当器件长度为2mm和9mm时,其消光比分别为20dB和25dB.     

钛扩散铌酸锂矩形波导中的双折射耦合对传播常数的影响

 从亥姆霍兹方程出发，得到了各向异性光波导在弱导近似下的耦合模理论。耦合系数包括偏振耦合项和双折射耦合项。并用马卡提里近似下的模式作为零级近似。用一级微扰法计算了折射率渐变分布的钛扩散铌酸锂矩形波导的传播常数。在给定参数的情况下，得到双折射项引起的传播常数的改变约为主微扰项的3%，因此双折射耦合对钛扩散铌酸锂矩形波导的性能影响不可忽略，这对设计和分析与它相关的光波导器件具有指导意义。     

15GHz马赫－陈德尔型Ti：LiNbO_3行波幅度电光调制器

比较了四种马赫－陈德尔调制器的结构特性，表明Ｚ切共面波导（ＣＰＷ）是最好的一种结构。用阶跃倒相电极设计了新型电光光波导幅度调制器，研制了包装式带尾光纤的有５段例相电极的马赫－陈德尔调制器。在１．５３２μｍ波长上，该器件调制带宽为１４．８ＧＨｚ，半波电压为１４Ｖ，消光比为２１．３ｄＢ，光纤－器件－光纤插入损耗７．６ｄＢ。     

准位相匹配铌酸锂波导倍频特性分析与优化设计

用标量有限元方法计算了周期性极化的铌酸锂光波导中模折射率和模场分布,并在计算中引入铌酸锂晶体折射率与温度变化的关系,分析了准位相匹配铌酸锂波导倍频效率与极化反转光栅周期、基频光波长、波导器件温度等关系.理论分析与实验结果符合得很好.在此基础上,分析了波导制作参数与倍频效率、光栅周期与晶体温度,以及温度带宽与光栅通光方向长度等关系,进而对铌酸锂波导倍频器件进行优化设计. 关键词： 铌酸锂 光波导 准位相匹配 有限元     

Design and demonstration of interferometric integrated-optic sensors in Ti:LiNbO3 waveguides

The design of an integrated optic Michelson interferometer sensor for stress, temperature, and microdisplacement measurements consisting of a semi-asymmetric X-junction made by Ti in-diffused LiNbO₃ waveguides is reported. The possibility of performing simultaneous measurements of strain and temperature is investigated, and different calibration schemes are proposed. Experimental results of displacement-only measurements show a 64% intensity modulation with 33-dB optical loss.     

新型高速光发射模块的设计与分析

介绍了用于高速、宽带光纤通信系统的铌酸锂(LiNbO3)光发射模块的优化设计方法。分析比较了半导体器件与铌酸锂波导器件在作为光纤通信光发射模块时的优缺点。对光发射模块的两个主要器件———掺铒铌酸锂(Er∶LiNbO3)波导激光器和LiNbO3电光调制器进行了结构设计和分析。分析和讨论了电光调制器带宽及半波电压随器件主要参数的变化关系。用BPM软件模拟了所设计的模块的结构特征。该发射模块的发射峰值波长为1531nm,调制速率为10Gbits/s。     

SBN:60晶体的电光诱导光波导及其调制器

本文首次报道了在SBN:60(Sr_(0.6)Ba_(0.4)Nb_2O_6)单晶上观察到DC(直流)电光诱导光波导的形成,以及当反转上述DC极性时光由电极间隙下低折射率区折向衬底的现象,并根据上述现象演示了一种不同于以光相位调制为基础的新的低压高调制度的电光光强调制器。     

Design of Metal-clad Ti: LiNbO_3 Polarizer

ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｅｔａｌ－ｃｌａｄＴｉ：ＬｉＮｂＯ＿３ＰｏｌａｒｉｚｅｒＨＵＨ．Ｚ．，ＣＨＥＮＧＧ．（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆａｐｐｌｉｅｄＰｙｓｉｃｓ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）ＧＥＮＦ；ＳＯＮＧ...     

一种质子交换铌酸锂波导与保偏尾纤对轴方法

提出了一种用宽谱光源及偏光干涉效应为质子交换铌酸锂波导与其保偏尾纤的对轴方法.将宽谱光源与待对轴的保偏光纤相熔接,当宽谱光通过保偏光纤和质子交换铌酸锂波导后,由于偏光干涉效应,相干函数上新增不同的次峰.利用各次峰的位置和幅值信息,可解算出质子交换铌酸锂波导与其保偏尾纤的对轴角度,将解算出的角度作为反馈控制信号即可实现在线对轴.     

LiNbO3:Ru晶体的光折变特性研究

采用丘克拉斯基法生长了单掺杂的LiNbO3∶Ru晶体,并对其作氧化处理。实验研究了LiNbO3∶Ru晶体二波混频条件下光栅记录特性和波长的依赖关系;并且研究了氧化处理对其透射谱和光栅记录特性的影响。研究结果表明,LiNbO3∶Ru晶体的最佳记录波长为458 nm;氧化处理会增加LiNbO3∶Ru晶体对光的吸收,同时提高光栅记录的灵敏度和饱和衍射效率,表现了不同于LiNbO3∶Fe晶体的氧化态依赖特性。分析认为,LiNbO3∶Ru晶体的反常氧化态依赖特性可能是由于出现了电子通道效应的暗衰减机制,以及Ru存在多个价态所造成的。     

Ti：LiNbO3光波导导模的场分布

给出了Ti扩散LiNbO_3条波导任意阶导模场分布的试探解.通过变分法分析,不但可以合理地确定其中的待定参数,而且也得到了相应导模传播常数的近似值.与扩展的有效折射率方法比较:这种解不但在函数形式上简单,待定常数确定方便,而且具有精度高的优点.还可以得到等效一维波导折射率分布的解析表达式.     

质子交换LiNbO3光波导的特性研究

采用X射线衍射谱法和红外吸收光谱法对质子交换和退火质子交换LiNbO3光波导的特性进行了研究.研究结果表明:在LiNbO3晶体衬底X射线衍射主峰的左侧出现质子交换LiNbO3光波导的伴峰,则质子交换使光波导层Li1-xHxNbO3的晶格常数比衬底的晶格常数稍大,产生垂直于表面的应变,波导经过退火后,伴峰向主峰靠近,应变减少.质子交换波导中的OH-基团的红外吸收光谱在3 500和3 300 cm-1处存在特征峰,波导经过退火后,3 300 cm-1处的特征峰基本消失,而3 500 cm-1处的吸收强度基本不变.实验还表明,OH-在3 500 cm-1处吸收带的积分面积基本与交换时间的开方呈正比例关系.     

Spectral noise analysis of Er3+:Ti:LiNbO3 curved waveguide amplifiers

We report simulations concerning optical amplification in Er:Ti:LiNbO₃ curved waveguides. The derivation and the evaluation of the spectral optical gain, the spectral noise figure, the amplified spontaneous emission photon number, and the signal to noise ratio are performed under the small gain approximation. The simulations show the evolution of these parameters under various pump regimes, Er concentration profiles and waveguide lengths. The results obtained are of significant interest for the design of complex, rare earth-doped integrated optics structures involving bent waveguides.     

LiNbO3:Fe晶体中光写入波导时折射率的变化规律

研究了利用光辐照法制作光折变波导时LiNbO3:Fe晶体中折射率变化的规律.分别采用波长为6328nm和532nm的寻常偏振和非常偏振的细激光束和片状激光束，在LiNbO3:Fe晶体中进行了写入波导实验.研究表明，制作波导的写入光宜采用寻常偏振光.在利用由光束辐照LiNbO3:Fe晶体形成的正折射率变化区域作为波导结构时，必须严格控制辐照时间.否则，由于长时间光辐照会带来较强的噪音栅以及折射率变化区域会发生扩展，而难以形成优 质波导.利用片光在“三明治”方式辐照下，以小曝光量制作波导时，可以避免噪音栅的 关键词： 光致折射率变化 光折变波导 光辐照法 LiNbO3:Fe晶体     

Ti∶LiNbO_3二维渐变折射率光波导传播常数的计算

从Ti∶LiNbO3波导截面折射率分布的特点出发，得出一套计算传播常数简单而精确的方法。文中对该法进行了分析，并应用该方法计算了钛扩散波导的色散关系。该方法为钛扩散光波导集成光学器件的设计提供了一种较可靠的理论手段。     

Cu,Fe掺杂LiNbO_3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理对Cu,Fe单掺及共掺LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质进行了计算.结果显示:Cu,Fe单掺杂LiNbO_3晶体禁带内均产生了杂质能级,主要由Cu3d,Fe3d轨道及O 2p轨道贡献;共掺LiNbO_3晶体禁带内出现了双能级结构,深能级由Cu3d和O2p轨道贡献,浅能级由Fe3d和O2p轨道贡献.Cu,Fe单掺和共掺LiNbO_3晶体带隙依次缩小,在可见光区的光吸收明显增强.共掺LiNbO_3在445和630nm左右分别表现出一个宽吸收峰,比单掺LiNbO_3晶体表现出更好的光吸收性质.研究表明,Fe占Nb位比Fe占Li位的双掺样品在双光存储应用中更有优势;同时,浓度比[Fe2+]/[Fe3+]值的适当降低有助于这种优势的形成.     

Analysis of Ti:LiNbO3 zero-gap directional coupler for wavelength division multiplexer/demultiplexer

For the purpose of multichannel integrated-optical wavelength division MUX/DEMUX design, the wavelength tuning method of Ti:LiNbO₃ zero-gap directional coupler is analysed by effective-index based matrix method (EIMM). In this method, first, the 2D refractive index profile of the Ti:LiNbO₃ zero-gap directional coupler is transformed into lateral 1D effective-index profile by WKB method. Finally, matrix method is applied to this effective-index profile and the propagation constants are computed from the resonance peaks of the excitation efficiency versus propagation constant characteristics. It has been shown that the channel wavelength tuning can be achieved by varying the Y-branching angle at the input and output of the device or by a slight variation of two-mode-section length. The method of electro-optic fine tuning of the channel wavelength and channel separation of the device has also been investigated. A cascaded structure with proper parameters for four-channel application is also simulated and the results are presented.