1、環諧振器基于電光聚合物行波調制器Hidehisa Tazawa, Member, IEEE, Member, OSA, Ying-Hao Kuo, Ilya Dunayevskiy, Jingdong Luo, Alex K.-Y. Jen,Harold R. Fetterman, Fellow, IEEE, Fellow, OSA, and William H. Steier, Life Fellow, IEEE, Fellow, OSA作者指出一個環諧振器的行波調制器具有電光聚合物AJL8/APC的帶通調制特性特征。行波電極能夠使一個7GHz的3dB帶寬不受光譜范圍控制的諧振器實現大約28

2、GHz的高效調制。通過定義一個等效的半波電壓環調制器來評估調制靈敏度。結果表明，調制器在微波和毫米波光子學應用的潛力。指數方面，模擬光鏈路，電光（EO）調制，電光聚合物，微波光子學，環諧振器，波導調制器。一 引言為了滿足在光傳輸系統中容量增加的需求，不僅要大力研究和發展一直執行的數字光纖鏈路，還有模擬光纖鏈路。在數字系統或基帶操作中有必要為一個調制器在高速通信方面提供很寬的帶寬。另一方面，在模擬系統或帶通操作中，需要調制器具有載波頻率波段內靈敏度高的特性。近來，帶通操作【1】【2】引起了對諧振調制的極大興趣。諧振電極或光學共振以降低操作帶寬周圍共振頻率為代價降低驅動力來增強調制靈敏度。調制環和

3、磁盤微共振是以光學諧振腔【2】-【6】為基礎的。光學共振高Q值引起調制效率的提高，但是rf帶寬被諧振腔的線寬【7】所限制。在這種基帶帶寬下或者射頻頻率等于一個自由光譜范圍（RSF）諧振器帶寬下的調制器是可操作的。電光聚合物和半導體環諧振器已經證明了【3】-【5】基帶運算。基于毫米大小的鈮酸鋰磁盤諧振器的調制器已經證明【2】【6】微波和毫米波的高效率調制。此外，基于環諧振器的調制可以提供一個高三階自由互調動態范圍，這是在模擬光鏈路上【8】另一個優越性。在本文中，我們已經證明了電光聚合物環形調制的帶通操作。調制器的功能如下：1）在FSC下適度Q光學諧振和調制能夠使一個7GHz波段實現大約28GHz

4、的高效調制。2）調制器是一個波導器件，然而以前的基于鈮酸鋰磁盤諧振器的調制器則采用棱鏡耦合來輸入輸出光。3）【9】分析中放棄電容采用移動電極顯示FSR頻率的高效調制。二 基于環諧振器調制器的靈敏度為了評估實驗數據，我們首先通過比較傳統電光調制器半波電壓Vttof來定義基于環諧振器調制器的靈敏度。環調制器原理圖如圖1所示。調制器由一個總線波導耦合電光材料的環諧振器組成。幅度的輸出Eout由【10】給出，是環和波導之間恒定的振幅傳輸，是往返損耗因子，為往返的相位移動。（1）一環諧振器（2）。當=，共振時傳輸為零（=0）。這種情況被稱為臨界耦合，環的損失和耦合損失相等。對于<，諧振器被認定為低

5、于耦合，>，諧振器被認定為超過耦合。透射光相位由參數（1）給出：（）=arg（H（）。（3）圖2顯示了環諧振器在超過耦合（=0.8，=0.7）和低于耦合（=0.8，=0.9）下的傳輸和相位。在這兩種情況下，共振和相位傳輸下降經歷了快速變化隨著共振相位移動往返。如果一個環諧振腔共振可以電光調諧，那么環諧振腔可用于共振傳輸坡度大的強制調制器（IM）的使用，或者共振快速變換階段的相位調制器（PM）的使用。如圖3所示，當在一半傳輸點貨最大坡度點環諧振器被偏置時，光輸出強度將隨著一個小的調制電壓強烈調制。由于相位在這些偏置點時有一個斜坡，所以強度調制信號伴隨著一個小的相位調制，即一個頻率信號11.

6、另一方面，由于光學共振對稱的T()，在PM操作中，調制頻率下沒有調制強度，2下有少量調制強度。此外，在PM操作中，光學共振一直光載波。當電壓V是一個EO環時，相位移動用（4）表示，其中o是偏置相位，L是環周長，o是環形波導的有效折射率，是自由的空間光波長，是電光系數，是電極差，是電光重疊積分。電壓V0產生相位移動在一個諧振器往返行程里，同時也是一個單條交互長度L的馬赫增德爾調制器的V。Vo由材料和器件結構參數給出。在IM操作中，一個環形調制的靈敏度等同于Vim，通過比較一個環形調制器斜坡傳輸|dT/dV |max來定義，如【7】一個MZ調制器。(5)。光共振調制靈敏度提高是2 × |

7、dT/d|倍。例如，以條件=0.8（臨界耦合）。結果Vim=0.35V Vo當o=0.082時，這是最高點坡度。顯而易見，隨著一個帶寬犧牲較高精度諧振調制帶來較大提高調制。在PM操作中，并不是簡單地定義一個參數V，因為傳輸功率取決于菜蔬，。在臨界耦合條件下，相位斜率，|d/d|=0是無窮的以及透射率T（0）變為零。因此，我們必須定義一個VPM，從而使小信號區域，傳統相位調制器同一級別的第一階調制邊帶具有相同的V。（6）雖然圖2d/d|=0在低于耦合以及高于耦合下有一個反向符號，但是相位斜率符號不影響相位調制器功能。VPm顯示了最低臨界耦合（=）下每一個。例如，當=0.8，VPM=0.45Vo。

8、這相當于VPM給出了第一個調制邊帶的強度|J1(V/VPM)|2，其中J1第一類一階貝塞爾函數。T（0）是傳播光載波。光載波強度與多次往返方法【9】計算結果是一致的。因此，我們可以使用等效的VPM來代替常規相位調制器的V，因為第一調制邊帶的強度是相同的。三 電光聚合物行波環形調制器光學顯微鏡下的圖像和制作調制器的原理截面圖如圖4所示。作為一個行波電極微帶線電極包括高精度環形光波導諧振器。調制器由三個聚合物層組成：較低的包層，核心，上覆蓋層。UV15LV（碩士邦德有限公司）在200nm厚的凹底電極襯底上制作了5微米厚的低包層。核心是電光聚合物AJL8/APC【12】。高端非線性AJL8是由一種無

9、定形聚碳酸酯（APC）摻雜得到的。1毫米彎曲半徑和150微米直耦合區跑道形環諧振器與2微米差距的總線波導側向耦合。環形波導和總線波導是2微米寬度，1微米高度rib，1微米高度slab的脊形波導。在較低的包層使用氧電漿蝕刻溝槽形成波導。4微米厚的上層包層由UFC170A（Uray有限公司）制作。UV15LV，AJL8/APC，和UFC170A的折射率分別是1.51,1.61,1.50。The commercial mode solver【Olympios（C2V）】證實，波導是單模，并且在1毫米彎曲半徑模式下又一個忽略不計的彎曲損耗。在形成頂端電極前，該裝置被冠狀極化調整成AJL8。2微米厚，1

10、7微米寬真空揮發和電鍍形成凹凸電極。頂部和底部之間電極差距是10微米。微帶線的特性阻抗預計將要達到57。我們來測試調制器的基本特性。在1.31微米波長時，（新焦點6200）光源是一個可調諧的激光。通過小核心纖維（UHNA3 Nufern公司）輸入和輸出光耦合。光纖和光纖的接入損耗為-12db，主要是由光纖/波導耦合損耗造成的。如圖5所示，為了利用最大化的張量元件r33的電光系數和透射光譜，將光的偏振設置為環諧振的TM模式。測量激光源的頻率調制數據。半高峰和FSR設備的全寬分別為5.1ghz，28ghz。因此，實驗值或負載值Q是4.5*104,精細度是5.5。由于-14db的消光比存在，所以內在

11、Q和波導損失估計分別為7.1*104,4.8db/cm。由于AJL8/APC的材料損失約為2dB/cm，多出來的2.8db/cm是由于制造造成的粗糙側壁散射損耗。從這個數據來看，理論傳輸能力（2）中的參數為=0.696，=0.783。電光調諧靈敏度適用于一個三角信號從100Hz到1GHz/V的測量，其中電光調諧對應一個有效的核心層系數R33=33pm/V電光調諧。在低頻率調制下，調制器Vim和VPM預計分別為7.5V和11.5V。 四 高頻率調制實驗 接下來，在光學頻譜分析儀下(Ando AQ6317B)，我們測量單邊帶調制電源的高頻調制響應。這種方法通常用來表示告訴調制器【13】【14】。信

12、號發生器(Agilent 8244A)產生的正弦調制信號高達40GHz。共面探針(Cascade ACP40)發射信號到信號調制器微帶上。用50片式電阻(State of the Arts S0202AF)終止微帶。由于S參數的S11從0到30GHz是小于-10dB的，非常適合阻抗的匹配。每個頻率時微波功率是10dBm。圖6是光譜調制光在22，28，34GHz時的顯示圖。數據表明，在調制頻率是28GHz（0.16mm）時，是環形調制器FSR的單邊值功率峰值。在一個共振的環形調制器里，輸入光會被調整，因為輸入光很容易在每個調制頻率相同的偏置點重復。由于相位調制能夠觀測到邊帶。在共振時，調制是純粹

13、的相位調制，而且我們可以比較理論結果。在其他偏置點，邊帶取決于相位調制和強度調制的組合，很難進行理論結果比較。當激光輸出功率為-17dBm時，28GHz的-32dBm邊帶強度提供了相當于16V的VPM。VPM增幅大于預測，可能是由于調制器微帶線路中未知的微波損耗以及微帶損耗，因為在聚合物裝置中光/微波的速度不匹配是可以忽略不計的【15】。為了計算28GHz時的VPM，我們假定調制器輸入10dBm的微波功率。如圖7所示為28GHz的調制器光譜偏差。當輸入的光信號為調諧共振光時，由于光學共振圖顯示15dB的抑制作用，觀察到28GHz的相位調制邊帶。當在半反轉點在共振±2.5 GHz (&

14、#177;0.014 nm)調整輸入光時，觀察到光載波抑制作用大約是3dB，28GHz調制邊帶，主要是由強度調制引起的。圖8顯示了當相位調制偏置時，調制頻率的光邊帶量的依賴性。光輸出強度為沒頻率-17dBm。單邊帶功率顯示在調制頻率為14GHz時最小，28GHz時最大這個寫著器的非共振功率。檢測到3dB帶寬的信號功率與3dB帶寬的邊帶功率是相同的。從圖8可以看出，3dB帶寬的信號功率是7GHz。該調制器將會找出在載波頻率28GHz，邊帶寬度7GHz模擬光纖鏈路的應用。五 結論我們已經證明，一個環形基本諧振器的行波調制器帶通操作被用于電光聚合物AJL 8/APC。調制器清楚地表明由于光學共振調制

15、作用增強。行波電極的使用，使得大約28GHz的高效調制有可能實現，使用頻率7GHz邊帶寬度3dB的FSR諧振器。環形行波調制器可以顯示高調制效率圍繞FSR全部倍數的頻率，與行波MZ調制器【9】相比在速度不匹配和微波電機損失方面環形行波調制器有更好的耐受性，因此在微波和毫米波模擬光纖鏈路中，是更好的電/光傳感器。該調制器也可以找到其他微波毫米波光子學應用，例如計量系統【16】鋸齒 generations 【17】，【18】，脈沖 generations 【19】。參考【1】T. Kawanishi, S. Oikawa, K. Higuma, Y. Matsuo, and M. Izutsu,

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