[发明专利]具有内部阻抗匹配的电光调制器

说明书

本发明一般涉及一种电光调制器，尤其涉及具有用于和同轴连接器进行阻抗匹配的内部结构的光调制器。

电光调制器的操作基于电微波，或射频(RF)，调制信号和光信号之间的相互作用。一般通过利用调制器的波导材料的电光效应获得光调制器。所述电光效应包括，通过施加的电场，改变光信号在其中传播的光波导的折射率。在改变折射率的同时，产生通过波导传播的光信号的所需的相位调制。通过在波导干涉仪例如麦齐德(Mach-Zehnder)干涉仪的至少一个臂中使用上述的相位调制可以获得幅值调制器。

为了获得调制器，需要具有一种传输光信号的光波导和响应施加的RF信号而产生用于调制所述光信号的电场的电极结构。为了增加调制效果，即相对于施加的RF信号的幅值而发生的光信号的相位改变，光信号和电场之间的相互作用应当沿着一种平面微波导结构分布。使光束平行于平面微波导结构传输。用这种方式，光信号沿着微波导的整个长度经受由微波信号引起的相位改变。

这种基片和电极结构的一个例子如图3所示。图3是电光基片2的顶视图，其上具有光波导1。电极3沿着其整个长度产生电场。因而，通过波导1传播的光信号沿着电极3的整个长度被进行相位调制。

为了获得增加的调制效果，使用合适的电光基片引导光信号，在所述电光基片中，施加的RF电场可以引起折射率的显著改变。用于这种基片的材料的例子是LiNbO₃。已知的欠佳的另一种材料是LiTaO₃。

此外，传播的光和微波信号之间的耦合必须同步，以便使得由微波信号引起的相位改变沿着整个结构而逐渐增加。同步耦合可以借助于微波线路的合适的设计，即通过使线路的有效的指数等于光的有效指数来实现。这可以利用若干方法来实现，例如通过增加电极的厚度，并使电极在一个薄的、低介电常数的缓冲层上生成。

电极区域相对于同步传输和最大的电光相互作用而进行的优化通常导致具有非常小的宽度的线路，其不能直接地和平面-同轴过渡段相连。这个问题通常借助于传输线锥度来解决，如图3中的5所示。所述锥度以恒定的特征阻抗从小的调制器线路3引向调制器2的外部的相对大的尺寸。标准的同轴过渡段需要这个较大的尺寸作为接口。不过，调制器的合成的输入阻抗值大大小于标准的参考阻抗50欧姆，目前的同轴连接器和RF发生器是根据所述参考阻抗设计的。

这种在源和负载阻抗中的不匹配引起若干问题，因而源和负载阻抗应当“匹配”。按照一般的理解，阻抗匹配包括使源阻抗和负载阻抗基本相等，例如，从而使得从源传输到负载的电功率最大。在当前的实施方案中，源是RF发生器/同轴电缆，负载是光调制器电极。

在光调制器中，需要进行输入阻抗匹配，这是因为除了增加馈给调制器的输入电功率之外，还能够减少多重反射和信号失真。因为在基片中的折射率的改变直接和输入给调制电极的RF电功率相关，所以在阻抗匹配时，在给定的RF发生器功率下，可以达到的光调制的幅值也增加。

在电光调制领域内的专利公开了许多方案，其中包括提供外部的匹配网络，用于使光调制器及其各个调制信号源的的阻抗相匹配。

美国专利5189574(Day等人)描述了一种用于阻抗匹配的和电光调制器相连的可调谐的自适应外部电路。这种外部驱动电路被连接在信号发生器和调制器之间。所述驱动电路包括可以手动调节的分立元件，用于使调制器的阻抗和信号发生器的阻抗相匹配。

美国专利5572610(Toyohara)描述了一种阻抗匹配装置，用于匹配宽带波导形光学器件的控制信号源和信号电极的阻抗。