專(zhuān)利名稱：用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸鋰電光調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈮酸鋰調(diào)制器，尤其涉及一種應(yīng)用于有線電視系統(tǒng)
(CATV)的鈮酸鋰電光調(diào)制器。
背景技術(shù)：
鈮酸鋰(LiNb03)是優(yōu)質(zhì)的電光、聲光材料，在其晶體表面上制作 不同的波導(dǎo)和電極圖案可對(duì)傳輸光進(jìn)行分束/合束、起偏/檢偏、偏轉(zhuǎn)，外 加電信號(hào)可對(duì)光進(jìn)行相位、強(qiáng)度、偏振態(tài)、頻率、波前、開(kāi)關(guān)態(tài)等進(jìn)行 調(diào)制與控制。鈮酸鋰集成光學(xué)器件功耗小、響應(yīng)極快、可集成度高、穩(wěn) 定可靠。鈮酸鋰集成光學(xué)技術(shù)與柔韌靈便、體積小、重量輕、成本低、 抗電磁干擾力強(qiáng)的單模光纖技術(shù)相容，能充分開(kāi)發(fā)光纖的應(yīng)用領(lǐng)域，可 廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感、光信息處理等軍民兩用領(lǐng)域。
目前，我國(guó)正大力發(fā)展地面數(shù)字電視和高清晰電視，并計(jì)劃經(jīng)過(guò)未 來(lái)10年模擬電視與數(shù)字電視共存的過(guò)渡時(shí)期，在2015年全面實(shí)現(xiàn)廣電 數(shù)字化。CATV是我國(guó)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視的最主要方式之一，而將電信號(hào)調(diào)制 到光載波上通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，也成為有線電視信號(hào)傳輸?shù)氖走x方式。 因此，在CATV領(lǐng)域中，電光調(diào)制器也就成為將視頻、音頻以及數(shù)據(jù)信 號(hào)調(diào)制到光信道上進(jìn)行傳播所必不可少的器件。由于鈮酸鋰電光調(diào)制器 既可以用于模擬有線電視發(fā)射系統(tǒng)，也可用于數(shù)字有線電視發(fā)射系統(tǒng)， 而且其調(diào)制速度塊，穩(wěn)定性好等，所以鈮酸鋰電光調(diào)制器成為目前CATV 領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的電光調(diào)制器。
然而，目前應(yīng)用的鈮酸鋰電光調(diào)制器在許多方面還有待改善。其中， 在相位調(diào)制器電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，非對(duì)稱微帶線(ASP)結(jié)構(gòu)和對(duì)稱共面波 導(dǎo)(CPW)結(jié)構(gòu)是目前采用較多的設(shè)計(jì)方案。然而，非對(duì)稱微帶線(ASP)結(jié) 構(gòu)在微波損耗和帶寬方面有待改善，而對(duì)稱共面波導(dǎo)(CPW)結(jié)構(gòu)由于電光 作用效率相對(duì)較差，半波電壓也較大，也無(wú)法兼顧高帶寬和高轉(zhuǎn)換效率 的需求。在鈮酸鋰電光調(diào)制器件中，在常規(guī)的鈮酸鋰電光調(diào)制器中強(qiáng)度
調(diào)制器的電極作用區(qū)中，射頻電極、波導(dǎo)均采用直線條形狀設(shè)計(jì)，且各 個(gè)電極相互平行，因此在調(diào)制帶內(nèi)由于鈮酸鋰晶體材料的壓電效應(yīng)容易 導(dǎo)致器件電光響應(yīng)的不平坦。另外，為消除鈮酸鋰電光調(diào)制器件調(diào)制帶 內(nèi)由于壓電效應(yīng)導(dǎo)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(jié)果并不理想。
為此，實(shí)有必要設(shè)計(jì)一種適于在CATV領(lǐng)域應(yīng)用的、性能更加優(yōu)越 的鈮酸鋰電光調(diào)制器。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種適于在CATV領(lǐng)域應(yīng)用的鈮酸鋰電 光調(diào)制器，其可有效減小器件在調(diào)制帶內(nèi)由于鈮酸鋰晶體材料的壓電效
應(yīng)導(dǎo)致的器件電光響應(yīng)的不平坦，減小器件的半波電壓。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出一種用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸鋰 電光調(diào)制器，包括設(shè)置于鈮酸鋰芯片上的相位調(diào)制器和強(qiáng)度調(diào)制器，所 述相位調(diào)制器包括相位調(diào)制電極，所述強(qiáng)度調(diào)制器包括第二波導(dǎo)段、射 頻電極，所述射頻電極的各個(gè)部分之間的縫隙之間存在垂直距離，且該 距離沿縱長(zhǎng)方向變化。
優(yōu)選地，所述鈮酸鋰芯片的背面與所述強(qiáng)度調(diào)制器相對(duì)應(yīng)的表面為 凹陷柱面。
優(yōu)選地，所述鈮酸鋰芯片背面的所述凹陷柱面為粗糙表面。 優(yōu)選地，所述射頻電極采用非對(duì)稱平面波導(dǎo)電極結(jié)構(gòu)。
鈮酸鋰芯片背面進(jìn)行磨凹磨粗處理以及對(duì)相位調(diào)制器電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化 設(shè)計(jì)，明顯改善了器件的電光響應(yīng)特性，提高了電光作用效率，也使器 件的半波電壓進(jìn)一步降低。采用該器件制作的發(fā)射機(jī)，在860MHz帶寬 內(nèi)，可以同時(shí)傳輸80套高品質(zhì)電視信號(hào)，包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。該 器件還可以提供雙纖輸出，從而服務(wù)于更多的用戶。


圖1為CATV鈮酸鋰電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2A為常規(guī)的鈮酸鋰電光調(diào)制器中相位調(diào)制器的電極結(jié)構(gòu)俯視截 面圖2B為常規(guī)的鈮酸鋰電光調(diào)制器中相位調(diào)制器的電極結(jié)構(gòu)的側(cè)視 圖2C為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中相位調(diào)制器的電極結(jié)構(gòu)俯視截面
圖2D為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中相位調(diào)制器的電極結(jié)構(gòu)的側(cè)視截 面圖3A為常規(guī)的鈮酸鋰電光調(diào)制器中強(qiáng)度調(diào)制器電極結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3B為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中強(qiáng)度調(diào)制器電極結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4A為常規(guī)的鈮酸鋰電光調(diào)制器中強(qiáng)度調(diào)制器的芯片背部處理方 式示意圖4B為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中強(qiáng)度調(diào)制器芯片背部處理方式示 意圖。
具體實(shí)施方式
構(gòu)示意圖，該器件主要包括相位調(diào)制器100和強(qiáng)度調(diào)制器200,其中強(qiáng)度 調(diào)制器200還包括一個(gè)平衡橋式結(jié)構(gòu)的3dB定向耦合器30，從而使整個(gè) 鈮酸鋰電光調(diào)制器可以實(shí)現(xiàn)光波的相位調(diào)制、強(qiáng)度調(diào)制以及將光波分束 的功能。
如圖1所示，CATV鈮酸鋰電光調(diào)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(jīng) 過(guò)鍍膜、光刻以及擴(kuò)散等工藝形成光波導(dǎo)，再在鈮酸鋰芯片1上沉積二 氧化硅(Si02)保護(hù)層11,在Si02保護(hù)層ll之上再形成電極，電極各個(gè) 部分之間的縫隙與光波導(dǎo)的圖形 一 致，從而保證光波導(dǎo)處于電極電場(chǎng)的 作用區(qū)域中。根據(jù)位置和作用的不同，光波導(dǎo)劃分為第一波導(dǎo)段12、 Y 型分支波導(dǎo)14、兩個(gè)第二波導(dǎo)段16和16，、兩個(gè)第三波導(dǎo)段18和18，以
及3dB定向耦合器的分支波導(dǎo)20,其中，第一波導(dǎo)段12和相位調(diào)制電 極22構(gòu)成了相位調(diào)制器100，相位調(diào)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(dǎo)14、兩個(gè)笫二波導(dǎo)段16和16'、兩 個(gè)第三波導(dǎo)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(gòu)成了強(qiáng)度調(diào)制器200,強(qiáng)度調(diào)制器200用來(lái)將CATV電信號(hào)轉(zhuǎn) 換為光信號(hào)，它需要外置特殊的電路以實(shí)現(xiàn)電學(xué)線性，外置電路在圖1 中以簡(jiǎn)化的形式示出，包括相位調(diào)制(PM)電路5、射頻(RF)電路6 以及偏壓控制(BIAS)電路7，工作時(shí)僅需要調(diào)節(jié)偏置控制電路便可實(shí) 現(xiàn)調(diào)制，設(shè)計(jì)方面相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)合于強(qiáng)度調(diào)制器200中的3dB定向耦合 器30則實(shí)現(xiàn)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(dǎo)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(dǎo)20耦合連接。
知，所以這里不再贅述。下面結(jié)合本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，重點(diǎn)描述 其針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷所做的改進(jìn)。
A. 相位調(diào)制器電極22結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的改進(jìn)如圖2A至圖2D所示， 圖2A為常規(guī)鈮酸鋰電光調(diào)制器中相位調(diào)制器電極22結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖 2B為對(duì)應(yīng)的側(cè)視截面圖。圖2A和2B示出了常規(guī)的設(shè)計(jì)所采用的非對(duì)稱 微帶線(ASP)結(jié)構(gòu)，圖2C和圖2D示出了本實(shí)用新型所采用的非對(duì)稱共 面波導(dǎo)(ACPW)結(jié)構(gòu)電極，該結(jié)構(gòu)與常規(guī)的非對(duì)稱微帶線(ASP)結(jié)構(gòu)相比 多了一組電極，但其也不同于常規(guī)的對(duì)稱共面波導(dǎo)(CPW)結(jié)構(gòu)，ACPW 結(jié)構(gòu)中的電極間距G1^G2，而常規(guī)的對(duì)稱共面波導(dǎo)(CPW)結(jié)構(gòu)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(nèi)選擇。本方案中的ACPW電極結(jié)構(gòu)更適 合于直波導(dǎo)相位調(diào)制器，與非對(duì)稱微帶線(ASP)結(jié)構(gòu)相比，ACPW結(jié)構(gòu)具 有更小的微波損耗和更高的帶寬，與對(duì)稱共面波導(dǎo)(CPW)結(jié)構(gòu)相比，采用 ACPW電極結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰電光調(diào)制器具有更高的電光作用效率和更小的 半波電壓。
B. 對(duì)射頻電極24的優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖3A和圖3B所示。在常規(guī)的鈮酸 鋰電光調(diào)制器中強(qiáng)度調(diào)制器的電極作用區(qū)中，射頻電極、波導(dǎo)均采用直
線條形狀設(shè)計(jì)，且各個(gè)電極相互平行，如圖3A所示。在本實(shí)用新型的優(yōu) 逸實(shí)施例中，射頻電極24的備個(gè)部分在其橫截面上的寬度為漸變的，備 個(gè)部分之間的縫隙為如圖3B所示的紡錘形，相應(yīng)地，第二波導(dǎo)段16和 16，也呈現(xiàn)為紡錘形。這樣的設(shè)計(jì)可以有效的減小器件在調(diào)制帶內(nèi)由于鈮 酸鋰晶體材料的壓電效應(yīng)導(dǎo)致的器件電光響應(yīng)的不平坦，而且增加了射 頻電極24與波導(dǎo)16、 16，的作用長(zhǎng)度，從而可以減小器件的半波電壓。 很容易想到，將射頻電機(jī)24的各個(gè)部分的縫隙以及第二波導(dǎo)段16和16， 設(shè)計(jì)為任何不交叉的非平行直線條形狀，都可以達(dá)到上述效果。也就是 說(shuō)，射頻電極的各個(gè)部分的縫隙之間存在著垂直距離，且該距離沿縱長(zhǎng) 方向變化。因此，本發(fā)明并不局限于圖3B中示出的結(jié)構(gòu)。
C.為消除調(diào)制帶內(nèi)由于壓電效應(yīng)導(dǎo)致的漣漪波紋而對(duì)鈮酸鋰芯片 背面的處理。由于鈮酸鋰晶體材料的壓電效應(yīng)，強(qiáng)度調(diào)制器部分的電光 響應(yīng)曲線會(huì)產(chǎn)生漣漪波紋，為消除該波紋，目前采用的常規(guī)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(yōu)選實(shí)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(qiáng)度調(diào)制器的電極和 波導(dǎo)的作用區(qū)域相對(duì)應(yīng)，為達(dá)到較好的效果，晶片上凹陷區(qū)域的大小不 應(yīng)該小于電極和波導(dǎo)作用區(qū)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(jié)構(gòu)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(yīng)曲線中的漣漪 波紋。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，凹陷部分的大小和形狀可以隨器件 尺寸以及其它參數(shù)的不同而變化，但是都具有消除壓電效應(yīng)在電光響應(yīng) 曲線上產(chǎn)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(duì)于A中的相位調(diào)制器電極22結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和B中的射頻電極 24優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)途徑是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件生成該設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的圖形，制作 出光刻掩膜版，通過(guò)半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝，在晶片上生成設(shè)計(jì)的波導(dǎo) 和電才及圖形。
對(duì)于c中為消除調(diào)制帶內(nèi)由于壓電效應(yīng)導(dǎo)致的漣漪波紋而對(duì)芯片背
面的處理，實(shí)現(xiàn)途徑是在芯片正面制作完成了波導(dǎo)和電極等圖形后，通 過(guò)精密磨拋機(jī)來(lái)磨除鈮酸鋰晶片的凹陷部分。
綜上所述，雖然本發(fā)明通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行上述的描述，然而并非 用以限定本發(fā)明。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍
的前提下，能夠進(jìn)行各種的改變與修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng) 以后附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸鋰電光調(diào)制器，包括設(shè)置于鈮酸鋰芯片上的相位調(diào)制器和強(qiáng)度調(diào)制器，所述相位調(diào)制器包括相位調(diào)制電極，所述強(qiáng)度調(diào)制器包括第二波導(dǎo)段、射頻電極，其特征在于，所述射頻電極的各個(gè)部分之間的縫隙之間存在垂直距離，且該距離沿縱長(zhǎng)方向變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸鋰電光調(diào)制器， 其特征在于，所述鈮酸鋰芯片的背面與所述強(qiáng)度調(diào)制器相對(duì)應(yīng)的表面為 凹陷柱面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸鋰電光調(diào)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(jù)權(quán)利要求1所述的用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸鋰電光調(diào)制器， 其特征在于，所述射頻電極采用非對(duì)稱平面波導(dǎo)電極結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3中任意一項(xiàng)所述的用于有線電視系統(tǒng)的鈮酸 鋰電光調(diào)制器，其特征在于，所述射頻電極采用非對(duì)稱平面波導(dǎo)電極結(jié) 構(gòu)。
專(zhuān)利摘要一種用于有線電視系統(tǒng)(CATV)的鈮酸鋰(LiNbO₃)電光調(diào)制器，包括設(shè)置于鈮酸鋰芯片上的相位調(diào)制器和強(qiáng)度調(diào)制器，所述相位調(diào)制器包括相位調(diào)制電極，所述強(qiáng)度調(diào)制器包括第二波導(dǎo)段、射頻電極，所述射頻電極的各個(gè)部分之間的縫隙之間存在垂直距離，且該距離沿縱長(zhǎng)方向變化。同時(shí)，與強(qiáng)度調(diào)制器的位置相對(duì)應(yīng)的鈮酸鋰芯片背面為凹陷的粗糙柱面，并且相位調(diào)制器電極采用ACPW電極結(jié)構(gòu)。通過(guò)本實(shí)用新型可以有效減小器件在調(diào)制帶內(nèi)由于鈮酸鋰晶體材料的壓電效應(yīng)導(dǎo)致的器件電光響應(yīng)的不平坦，減小器件的半波電壓，從而有效地改善鈮酸鋰調(diào)制器的性能。
文檔編號(hào)H04N7/10GK201007762SQ200620121000
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者勇 華 申請(qǐng)人:北京世維通光通訊技術(shù)有限公司