[发明专利]采用法拉第旋转镜实现偏振无关的铌酸锂电光相位调制器

说明书

本发明公开了一种采用法拉第旋转镜实现偏振无关的铌酸锂电光相位调制器，其创新在于：所述铌酸锂电光相位调制器包括铌酸锂芯片、法拉第旋转镜和反射镜；本发明的有益技术效果是：提出了一种采用法拉第旋转镜实现偏振无关的铌酸锂电光相位调制器，该装置结构简单巧妙，可以在不降低任何指标的条件下，实现完全的偏振无关调制。

技术领域

本发明涉及一种铌酸锂电光相位调制器，尤其涉及一种采用法拉第旋转镜实现偏振无关的铌酸锂电光相位调制器。

背景技术

量子通信的量子密钥分发系统中，一般采用相位调制器进行相位编码；通常的相位调制器与光的偏振方向存在相关性，即对不同偏振方向的光的调制效率不同，偏振相关的损耗也不相同。由于系统光路中的光纤存在双折射效应，经过光纤传输后必然会改变光的偏振方向，那么在偏振方向改变后再进入一个偏振相关的调制器进行相位编码，必然会对正常的相位编码造成严重影响，因此开展偏振方向无关的相位调制器技术研究很有必要。

对于相位调制器，目前综合性能最优、应用最广的是基于铌酸锂材料的电光相位调制器，铌酸锂材料可通过退火质子交换工艺或Ti扩散工艺制作出光波导；其中，退火质子交换工艺制作的光波导具有单偏振特性，只能传输TE模式的光，无法满足偏振无关的要求；而Ti扩散工艺制作的光波导具有双折射特性，既能传输TE模也能传输TM模，采用这种波导制作调制器并对同时传导TE模和TM模的光信号进行调制时，两个模式的光信号存在偏振相关损耗，在具体器件中表现为，TM模的损耗比TE模的损耗大，更重要的是，调制电极产生的电场对TE模和TM模的电光调制系数也不相同，在具体器件中表现为：对于X切的铌酸锂光波导而言，其对TE模式光的调制效率约是其对TM模式光的调制效率的3倍，因此调制效率也是偏振相关的。

为了得到偏振无关的调制器，1977年，R·A·Steinberg等人，在方向耦合器中提出采用两组电极，分别提供水平场和竖直场以实现器件与偏振无关，这种方法仅能一在定程度上实现调制效率与方向无关，且存在较大的偏振相关损耗；1984年，Y·Bourb1等人用调节电极与波导的相对位置建立非均匀场的方法，采用一组电极设计制作了与偏振无关的M-Z型调制器，但这种设计难度较大，工艺精度要求较高。

对于偏振无关的电光调制器，国内还有报道利用Z传Ti扩散LiNbO₃波导在X和Y轴方向上具有相同电光系数来实现制作的，但同时由于铌酸锂材料在X和Y轴方向上的电光系数较小，导致制作的器件往往需要较高的半波电压，难以满足系统所需。

近年来，本课题组还曾采用钛扩散工艺的X切铌酸锂光波导与钛扩散工艺的Z切铌酸锂光波导进行集成来实现偏振无关，但仍然存在偏振相关损耗等问题。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种采用法拉第旋转镜实现偏振无关的铌酸锂电光相位调制器，其创新在于：所述铌酸锂电光相位调制器包括铌酸锂芯片、法拉第旋转镜和反射镜；所述铌酸锂芯片上集成有条形波导和两根调制电极，两根调制电极平行设置，两根调制电极之间的区域形成调制区，条形波导设置在调制区中；条形波导的一端与外围装置光路连接，条形波导的另一端与法拉第旋转镜光路连接，法拉第旋转镜与反射镜光路连接；法拉第旋转镜能将条形波导输出的光传输至反射镜，反射镜能将收到的光反射回法拉第旋转镜，法拉第旋转镜能将反射镜反射的光传输至条形波导；所述法拉第旋转镜的旋光角度为45°。

本发明的原理是：当外围装置向条形波导输入光信号时，光信号在调制电极的作用下被第一次调制，调制后的光信号从条形波导输出至法拉第旋转镜，在法拉第旋转镜的作用下，光信号的偏振方向发生第一次旋转，然后，光信号又在反射镜的作用下，反射回法拉第旋转镜，反射回法拉第旋转镜的光信号的偏振方向又发生第二次旋转，然后光信号又回到条形波导中，并被调制电极第二次调制；