[发明专利]采用四分之一玻片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四分之一玻片实现偏振无关的铌酸锂电光相位调制器，其创新在于：述铌酸锂电光相位调制器包括铌酸锂芯片和四分之一玻片；本发明的有益技术效果是：提出了一种采用四分之一玻片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，尤其涉及一种采用四分之一玻片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

针对背景技术的问题，本发明提出了一种采用四分之一玻片实现偏振无关的铌酸锂电光相位调制器，其创新在于：述铌酸锂电光相位调制器包括铌酸锂芯片和四分之一玻片；所述四分之一玻片的一侧记为受光侧，四分之一玻片的另一侧记为反射侧，所述反射侧上设置有反射膜；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四分之一玻片的受光侧光路连接；条形波导向四分之一玻片输出光信号时，光信号先穿过四分之一玻片，然后到达反射膜位置处时，光信号被反射膜反射后又再次穿过四分之一玻片，然后回到条形波导中；光信号每次通过四分之一玻片时，四分之一玻片都能使光信号的偏振方向旋转45度；相比于条形波导向四分之一玻片输出的光信号，从四分之一玻片回到条形波导的光信号的偏振方向旋转了90度。

本发明的原理是：四分之一玻片是一种现有器件，当线偏光垂直入射到四分之一玻片中，线偏光的偏振方向可分解为垂直于光轴的o光和平行于光轴的e光，通过四分之一波片后，o光和e光将产生一个四分之一波长的光程差，这个光程差会导致出射的线偏光相对于入射的线偏光的偏振方向旋转45度角；