專利名稱：用于有線電視系統的鈮酸鋰電光調制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鈮酸鋰調制器，尤其涉及一種應用于有線電視系統
(CATV)的鈮酸鋰電光調制器。
背景技術：
鈮酸鋰(LiNb03)是優質的電光、聲光材料，在其晶體表面上制作 不同的波導和電極圖案可對傳輸光進行分束/合束、起偏/檢偏、偏轉，外 加電信號可對光進行相位、強度、偏振態、頻率、波前、開關態等進行 調制與控制。鈮酸鋰集成光學器件功耗小、響應極快、可集成度高、穩 定可靠。鈮酸鋰集成光學技術與柔韌靈便、體積小、重量輕、成本低、 抗電磁干擾力強的單模光纖技術相容，能充分開發光纖的應用領域，可 廣泛應用于光纖通信、光纖傳感、光信息處理等軍民兩用領域。
目前，我國正大力發展地面數字電視和高清晰電視，并計劃經過未 來10年模擬電視與數字電視共存的過渡時期，在2015年全面實現廣電 數字化。CATV是我國實現數字電視的最主要方式之一，而將電信號調制 到光載波上通過光纖進行傳輸，也成為有線電視信號傳輸的首選方式。 因此，在CATV領域中，電光調制器也就成為將視頻、音頻以及數據信 號調制到光信道上進行傳播所必不可少的器件。由于鈮酸鋰電光調制器 既可以用于模擬有線電視發射系統，也可用于數字有線電視發射系統， 而且其調制速度塊，穩定性好等，所以鈮酸鋰電光調制器成為目前CATV 領域應用最廣泛的電光調制器。
然而，目前應用的鈮酸鋰電光調制器在許多方面還有待改善。其中， 在相位調制器電極結構設計方面，非對稱微帶線(ASP)結構和對稱共面波 導(CPW)結構是目前采用較多的設計方案。然而，非對稱微帶線(ASP)結 構在微波損耗和帶寬方面有待改善，而對稱共面波導(CPW)結構由于電光 作用效率相對較差，半波電壓也較大，也無法兼顧高帶寬和高轉換效率 的需求。在鈮酸鋰電光調制器件中，在常規的鈮酸鋰電光調制器中強度
調制器的電極作用區中，射頻電極、波導均采用直線條形狀設計，且各 個電極相互平行，因此在調制帶內由于鈮酸鋰晶體材料的壓電效應容易 導致器件電光響應的不平坦。另外，為消除鈮酸鋰電光調制器件調制帶 內由于壓電效應導致的漣漪波紋，通常磨粗鈮酸鋰晶片背面以消除部分 聲波的反射，然而該方法的結果并不理想。
為此，實有必要設計一種適于在CATV領域應用的、性能更加優越 的鈮酸鋰電光調制器。

實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種適于在CATV領域應用的鈮酸鋰電 光調制器，其可有效減小器件在調制帶內由于鈮酸鋰晶體材料的壓電效
應導致的器件電光響應的不平坦，減小器件的半波電壓。
為達到上述目的，本實用新型提出一種用于有線電視系統的鈮酸鋰 電光調制器，包括設置于鈮酸鋰芯片上的相位調制器和強度調制器，所 述相位調制器包括相位調制電極，所述強度調制器包括第二波導段、射 頻電極，所述射頻電極的各個部分之間的縫隙之間存在垂直距離，且該 距離沿縱長方向變化。
優選地，所述鈮酸鋰芯片的背面與所述強度調制器相對應的表面為 凹陷柱面。
優選地，所述鈮酸鋰芯片背面的所述凹陷柱面為粗糙表面。 優選地，所述射頻電極采用非對稱平面波導電極結構。
鈮酸鋰芯片背面進行磨凹磨粗處理以及對相位調制器電極結構進行優化 設計，明顯改善了器件的電光響應特性，提高了電光作用效率，也使器 件的半波電壓進一步降低。采用該器件制作的發射機，在860MHz帶寬 內，可以同時傳輸80套高品質電視信號，包括模擬信號和數字信號。該 器件還可以提供雙纖輸出，從而服務于更多的用戶。


圖1為CATV鈮酸鋰電光調制器的結構示意圖； 圖2A為常規的鈮酸鋰電光調制器中相位調制器的電極結構俯視截 面圖2B為常規的鈮酸鋰電光調制器中相位調制器的電極結構的側視 圖2C為本實用新型優選實施例中相位調制器的電極結構俯視截面
圖2D為本實用新型優選實施例中相位調制器的電極結構的側視截 面圖3A為常規的鈮酸鋰電光調制器中強度調制器電極結構示意圖； 圖3B為本實用新型優選實施例中強度調制器電極結構示意圖； 圖4A為常規的鈮酸鋰電光調制器中強度調制器的芯片背部處理方 式示意圖4B為本實用新型優選實施例中強度調制器芯片背部處理方式示 意圖。
具體實施方式
構示意圖，該器件主要包括相位調制器100和強度調制器200,其中強度 調制器200還包括一個平衡橋式結構的3dB定向耦合器30，從而使整個 鈮酸鋰電光調制器可以實現光波的相位調制、強度調制以及將光波分束 的功能。
如圖1所示，CATV鈮酸鋰電光調制器主要由鈮酸鋰芯片1及與其連 接在一起的輸入光纖2和輸出光纖3、管殼4組成，在鈮酸鋰芯片1上經 過鍍膜、光刻以及擴散等工藝形成光波導，再在鈮酸鋰芯片1上沉積二 氧化硅(Si02)保護層11,在Si02保護層ll之上再形成電極，電極各個 部分之間的縫隙與光波導的圖形 一 致，從而保證光波導處于電極電場的 作用區域中。根據位置和作用的不同，光波導劃分為第一波導段12、 Y 型分支波導14、兩個第二波導段16和16，、兩個第三波導段18和18，以
及3dB定向耦合器的分支波導20,其中，第一波導段12和相位調制電 極22構成了相位調制器100，相位調制器100的作用是抑制光纖中的受 激布里淵散射(SBS); Y型分支波導14、兩個笫二波導段16和16'、兩 個第三波導段18和18，以及射頻電極24和偏置電極26連同3dB定向耦 合器30構成了強度調制器200,強度調制器200用來將CATV電信號轉 換為光信號，它需要外置特殊的電路以實現電學線性，外置電路在圖1 中以簡化的形式示出，包括相位調制(PM)電路5、射頻(RF)電路6 以及偏壓控制(BIAS)電路7，工作時僅需要調節偏置控制電路便可實 現調制，設計方面相對簡單，結合于強度調制器200中的3dB定向耦合 器30則實現光波分束輸出的功能。通常，輸入光纖2為保偏光纖，與第 一段直波導12耦合連接，輸出光纖3為單模光纖，分別與3dB定向耦合 器30的兩分支波導20耦合連接。
知，所以這里不再贅述。下面結合本實用新型的優選實施例，重點描述 其針對現有技術的缺陷所做的改進。
A. 相位調制器電極22結構設計方面的改進如圖2A至圖2D所示， 圖2A為常規鈮酸鋰電光調制器中相位調制器電極22結構的俯視圖，圖 2B為對應的側視截面圖。圖2A和2B示出了常規的設計所采用的非對稱 微帶線(ASP)結構，圖2C和圖2D示出了本實用新型所采用的非對稱共 面波導(ACPW)結構電極，該結構與常規的非對稱微帶線(ASP)結構相比 多了一組電極，但其也不同于常規的對稱共面波導(CPW)結構，ACPW 結構中的電極間距G1^G2，而常規的對稱共面波導(CPW)結構中G1=G2。 這里，允許G1〉G2或者GKG2，通常G1、 G2的尺寸為5 ~ 50微米，而 W可以在12 20微米的范圍內選擇。本方案中的ACPW電極結構更適 合于直波導相位調制器，與非對稱微帶線(ASP)結構相比，ACPW結構具 有更小的微波損耗和更高的帶寬，與對稱共面波導(CPW)結構相比，采用 ACPW電極結構的鈮酸鋰電光調制器具有更高的電光作用效率和更小的 半波電壓。
B. 對射頻電極24的優化設計如圖3A和圖3B所示。在常規的鈮酸 鋰電光調制器中強度調制器的電極作用區中，射頻電極、波導均采用直
線條形狀設計，且各個電極相互平行，如圖3A所示。在本實用新型的優 逸實施例中，射頻電極24的備個部分在其橫截面上的寬度為漸變的，備 個部分之間的縫隙為如圖3B所示的紡錘形，相應地，第二波導段16和 16，也呈現為紡錘形。這樣的設計可以有效的減小器件在調制帶內由于鈮 酸鋰晶體材料的壓電效應導致的器件電光響應的不平坦，而且增加了射 頻電極24與波導16、 16，的作用長度，從而可以減小器件的半波電壓。 很容易想到，將射頻電機24的各個部分的縫隙以及第二波導段16和16， 設計為任何不交叉的非平行直線條形狀，都可以達到上述效果。也就是 說，射頻電極的各個部分的縫隙之間存在著垂直距離，且該距離沿縱長 方向變化。因此，本發明并不局限于圖3B中示出的結構。
C.為消除調制帶內由于壓電效應導致的漣漪波紋而對鈮酸鋰芯片 背面的處理。由于鈮酸鋰晶體材料的壓電效應，強度調制器部分的電光 響應曲線會產生漣漪波紋，為消除該波紋，目前采用的常規方案是磨粗 鈮酸鋰晶片背面，如圖4A所示。這樣的處理雖然能夠消除部分聲波的 反射，但是效果并不理想。本優選實施例中采用的方案是將晶片背面磨 除一部分，形成表面為柱面的凹陷，凹陷的位置與強度調制器的電極和 波導的作用區域相對應，為達到較好的效果，晶片上凹陷區域的大小不 應該小于電極和波導作用區域的面積。此外，還要將凹陷部分的表面磨 粗，其余部分不磨粗，如圖4B所示。該方案所采用的結構可以把聲波 散射到芯片以外的方向，從而更好地消除了器件電光響應曲線中的漣漪 波紋。本領域技術人員應該認識到，凹陷部分的大小和形狀可以隨器件 尺寸以及其它參數的不同而變化，但是都具有消除壓電效應在電光響應 曲線上產生的漣漪波紋的作用。通常凹陷部分的寬度為20微米~ 5毫米， 深度為5(U效米 1亳米。
對于A中的相位調制器電極22結構的優化設計和B中的射頻電極 24優化設計，實現途徑是通過計算機軟件生成該設計對應的圖形，制作 出光刻掩膜版，通過半導體的標準光刻工藝，在晶片上生成設計的波導 和電才及圖形。
對于c中為消除調制帶內由于壓電效應導致的漣漪波紋而對芯片背
面的處理，實現途徑是在芯片正面制作完成了波導和電極等圖形后，通 過精密磨拋機來磨除鈮酸鋰晶片的凹陷部分。
綜上所述，雖然本發明通過優選實施例進行上述的描述，然而并非 用以限定本發明。本領域普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍
的前提下，能夠進行各種的改變與修飾。因此，本發明的保護范圍應當 以后附的權利要求所界定的范圍為準。
權利要求1.一種用于有線電視系統的鈮酸鋰電光調制器，包括設置于鈮酸鋰芯片上的相位調制器和強度調制器，所述相位調制器包括相位調制電極，所述強度調制器包括第二波導段、射頻電極，其特征在于，所述射頻電極的各個部分之間的縫隙之間存在垂直距離，且該距離沿縱長方向變化。
2. 根據權利要求1所述的用于有線電視系統的鈮酸鋰電光調制器， 其特征在于，所述鈮酸鋰芯片的背面與所述強度調制器相對應的表面為 凹陷柱面。
3. 根據權利要求2所述的用于有線電視系統的鈮酸鋰電光調制器， 其特征在于，所述鈮酸鋰芯片背面的所述凹陷柱面為粗糙表面。
4. 根據權利要求1所述的用于有線電視系統的鈮酸鋰電光調制器， 其特征在于，所述射頻電極采用非對稱平面波導電極結構。
5. 根據權利要求2或3中任意一項所述的用于有線電視系統的鈮酸 鋰電光調制器，其特征在于，所述射頻電極采用非對稱平面波導電極結 構。
專利摘要一種用于有線電視系統(CATV)的鈮酸鋰(LiNbO₃)電光調制器，包括設置于鈮酸鋰芯片上的相位調制器和強度調制器，所述相位調制器包括相位調制電極，所述強度調制器包括第二波導段、射頻電極，所述射頻電極的各個部分之間的縫隙之間存在垂直距離，且該距離沿縱長方向變化。同時，與強度調制器的位置相對應的鈮酸鋰芯片背面為凹陷的粗糙柱面，并且相位調制器電極采用ACPW電極結構。通過本實用新型可以有效減小器件在調制帶內由于鈮酸鋰晶體材料的壓電效應導致的器件電光響應的不平坦，減小器件的半波電壓，從而有效地改善鈮酸鋰調制器的性能。
文檔編號H04N7/10GK201007762SQ200620121000
公開日2008年1月16日 申請日期2006年10月11日 優先權日2006年10月11日
發明者勇 華 申請人:北京世維通光通訊技術有限公司