[发明专利]基于电热效应的光纤调制芯片

说明书

本发明提供的是一种基于电热效应的光纤调制芯片。其特征在于，所述的调制芯片包括光纤1、电热膜3、电极4‑1、4‑2、基底2‑1、2‑2构成。基底为刻蚀了光纤槽及电极槽的石英玻璃；电热膜为镀在基底上的电阻膜阵列；电极放置在电极槽中，一端与电热膜相连，另一端与电源控制端相连，并且每个电阻膜都可单独被开关控制。本发明通过调制施加的电压，利用电热效应在光纤上形成一系列的温度变化，进而实现对光纤内传输光的调制。通过本发明所述的光纤调制芯片，可以实现光纤光衰减器、光纤光栅、光纤干涉仪等结构。本发明提高了热光光纤器件的集成度，且结构简单，成本低，可以灵活调制输出光的特性。本发明在光纤传感领域有重要应用。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种基于电热效应的光纤调制芯片制作技术。具体而言，涉及一种可控制的光纤热光调制系统。可用于光纤衰减器、光纤光栅、光纤干涉仪等器件的制作，属于光纤传感技术领域。

(二)背景技术

从20世纪70年代开始，随着低损耗光纤及高性能半导体激光器的出现和发展，人们越来越重视光纤通信技术。现在，光纤通信已经成为现代通信网络中三大支柱中的主体。同时，光纤通信还被人们誉为通信发展史上的一次革命。通信技术进步的过程是光纤、器件和网络不断地推陈出新。然而传统光学系统结构复杂，稳定性差，而且光纤器件和集成波导之间的会有很大的附加损耗，所以器件微型化、高性能化和低功耗化是未来光纤通信技术的发展趋势。

光调制器是光纤通信网络中一类重要的器件，按照调制方式与光源的关系来分，有直接调制和外调制两种。前者指直接用电调制信号来控制半导体光源的振荡参数(光强、频率等)，后者是让光源输出的幅度与频率等恒定的光载波通过光调制器，光信号通过调制器实现对光载波的振幅、频率及相位等进行调制，光源直接调制的优点是简单，但调制速率受到载流子寿命及高速率下的性能退化的限制(如频率啁啾等)。外调制方式需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，尤其适合于高速率下运用。现代光纤系统主要使用的的外部调制包括电光调制、热光调制、声光调制、电吸收调制、全光调制等。他们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、热光效应、声光效应、磁光效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。

基于热光效应的光调制器件利用温度的变化，改变波导的折射率，从而引起光在波导中传输时相位的变化，最终达到光调制的功能。与其他物理效应的调制器件相比，热光调制器件的制作工艺简单、集成度高、成本低廉，避免了对材料性能的特殊要求，如高电光系数、高非线性系数等，这些优势使得基于热光效应的光波导器件研究受到极大关注。

自1980M.Haruna等人首次在文章《Thermo-optic effect in LiNbO3，for lightdeflection and switching》中提出将热光效应用于制作铌酸锂多模通道波导以来，热光效应在制作光调制器方面得到了广泛的应用，主要用于制作光衰减器、光开关等器件。专利CN101000392介绍了一种光纤热光可变形光衰减器，该专利公开了以下制作方法，将一段抛磨区覆盖有聚合物的D型光纤外螺旋缠绕加热电阻丝，通过对电阻丝通电加热实现光衰减。该器件通过缠绕电阻丝的方法制作加热区，制作出来的器件结构较大，且易使光纤内光场在温度的影响下产生损耗。专利CN104849878A介绍了一种基于马赫曾德结构的光开关的制作方法，该专利的原理为通过对干涉臂光波导通电改变干涉臂折射率来实现光开关的功能。该器件由于是波导器件，因此连接到光纤通信网络中会有较大的附加损耗，且封装困难，不利于制作。

这些专利和方法在一定程度上都可以实现基于热光效应的光调制，但是这些方法制作出的器件在器件结构、制作过程、插入损耗等方面或多或少存在不足之处。例如，波导器件与光纤通信网络连接时会附加损耗；器件无法大规模生产；制作成本较高等。

(三)发明内容

本发明的目的在于提出一种应用于光纤通讯网络的简单紧凑、低功耗，稳定性好、便于制作、可灵活调控的基于电热效应的光纤调制芯片。

为达到上述目的，本发明采用的方案是：