1、多包層聚合物長周期光纖光柵電光調制器研究報告人報告人 QJL電光調制器研究背景及意義通訊流量日益增長，人們對帶寬的要求越來越高。通訊流量日益增長，人們對帶寬的要求越來越高。傳統的傳統的波分復用技術波分復用技術（WDM）無法從根本上解決網絡節點的電子速率瓶頸。）無法從根本上解決網絡節點的電子速率瓶頸。解決辦法解決辦法是是直接對光信號進行處理直接對光信號進行處理，即建設全光通信，即建設全光通信網。網。 光電子器件光電子器件 電光有機電光有機聚合物材料聚合物材料 電光電光調制器調制器有機聚合物電光調制器研究進展19911997200420082012“DANS”發發色團色團的側的側鏈型鏈型聚合物研制

2、馬曾調制器聚合物研制馬曾調制器高性能高性能非線性非線性電光電光材料，材料，調制頻率調制頻率100GHz新型材料新型材料聚碳酸酯聚碳酸酯研制出研制出半波電壓為半波電壓為 8.4V 的電光的電光調制器調制器聚合物電光調制器逐聚合物電光調制器逐步進入步進入商業化時代商業化時代雙層石墨烯雙層石墨烯電光調制器的帶寬電光調制器的帶寬在理論上已經可達到在理論上已經可達到120GHz內調制外調制有機聚合物材料特性器件半波電壓低、電光響應速度快、良好的分子塑型聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸環氧甲酯共聚物n=1.483 ( =1.55 m )PMMA-GMA電光調制器簡介電光調制器電光調制器主要是將電信號加載到光載

3、波上，使主要是將電信號加載到光載波上，使光參量隨著電參量的改變而改變光參量隨著電參量的改變而改變，光參量包括了，光參量包括了光場的光場的幅度、相位、頻率幅度、相位、頻率等，將光波作為信息的載波等，將光波作為信息的載波。重要指標重要指標半波電壓半波電壓調制調制深度深度插入損耗插入損耗光波在晶體中傳播時，當光波的兩個垂直分量的光程差等于半個波長值時所需要的外加偏置電壓值。電光調制器輸出端輸出光功率的波形中相鄰的波峰值與波谷值之比。電光調制器導致的光傳輸鏈路系統的附加損耗，光纖、電極、耦合和傳播損耗。幾種常見電光調制器馬赫曾德馬赫曾德爾鈮酸鋰電光調制器爾鈮酸鋰電光調制器微環微環形電光調制器形電光調制

4、器 微環結構中的電光材料的電光效應，使得微環波導的折射率與外加電壓值有關，從而導致微環的諧振波長得改變，從而實現電光調制。 變化電極偏置電壓大小影響其輸出的光強度大小，實現光的強度調制。輸入光信號波長與微環諧振波長相等電光調制器相關理論分析電光材料是聚合物電光調制器的重要電光材料是聚合物電光調制器的重要組成部分，組成部分，制備電光材料制備電光材料首先需要首先需要對聚合物對聚合物進行進行極化極化。感應極化感應極化電負性相反的原子出現位移，分子帶上偶極矩偶極極化偶極極化分子發生原子和電子極化，偶極矩沿電場方向轉動、排序，產生分子取向，宏觀偶極矩不為零界面極化界面極化介質界面兩邊的成分具有不同極性或

5、者電導率時，通過電場的作用，電荷在介質界面處匯集外外加加電電場場極化聚合物材料極化聚合物材料電光效應電光效應電光調制器相關理論分析1、在電光材料薄膜上外加偏置電場后，電光材料折射率、在電光材料薄膜上外加偏置電場后，電光材料折射率 n 與與 E0 的關系的關系一次電光效應一次電光效應二二次電光效應次電光效應和跟場強方向及導光方向有關電極加載偏置電壓后2、折射率橢球方程、折射率橢球方程電光系數張量的分量Pockels 效應Kerr 效應極化聚合物中電光調制器相關理論分析縱向電光效應縱向電光效應時極化聚合物材料的電致折射率變化值時極化聚合物材料的電致折射率變化值纖芯模包層纖芯模包層模耦合常數模耦合常

6、數個數大約為170個 對于一階低次包層模，主要運用一階低次模的模式耦合 一階七次耦合模空心圓：包層 HE 模星號：包層 EH 模偏振敏感性聚合物電光調制器結構分析D型多包層聚合物光波導的截面圖多包層聚合物長周期光纖光柵電光調制器結構 ITO下電極的電勢低于Au上電極的電勢，接上外電源后形成偏置電壓，通過極化聚合物材料的電光效應，調節上下電極的偏置電壓實現極化聚合物材料折射率的改變。多包層光波導仿真分析各層厚度及分析各層厚度及折射率對傳輸常數的影響，給折射率對傳輸常數的影響，給出每出每層合適的結構參數層合適的結構參數范圍。范圍。12半徑半徑(m)折射率折射率纖芯：纖芯：3.92 R1 3.95

7、包層包層：5 R2 13.6ITO電極電極：7.375 R3 7.395聚合物薄膜：聚合物薄膜：8.595 R4 8.695 纖芯：纖芯：1.475 N1 1.490包層：包層：1.4701 N2 1.4790聚合物薄膜：聚合物薄膜：1.6089 N4 1.6133工作原理聚合物薄膜聚合物薄膜電光效應電光效應折射率改變折射率改變LPG損耗峰中損耗峰中心波長改變心波長改變輸出光強度不輸出光強度不同同調制調制實現實現極化V傳播常數變化電光調制器的調制過程聚合物折射率聚合物折射率與與LPG傳輸傳輸譜諧振譜諧振中中心心波長、峰值關系波長、峰值關系 控制調制器的外界電壓，使聚合物折射率非常接近外包層折射

8、率，此時中心波長偏移量最大。 纖芯模與一階七次包層模的耦合深度在逐漸增大，越來越多的纖芯模能量耦合進包層模，調制效率也在増加。仿真仿真計算調制電壓的大小與電光調制器傳輸譜各個參數的關系計算調制電壓的大小與電光調制器傳輸譜各個參數的關系電光調制器的調制過程中心波長透射率零點帶寬逐漸減小該調制器可以利用3V調制電壓實現波長在1498.1-1498.8nm 間的可控調制耦合透射譜耦合透射譜電光調制器的多波長調制一三五七九 隨著波長增大，相鄰諧振峰波長之間的間隔不斷增大 諧振峰的峰值出現先減小后增大的趨向 隨著階次的變大，同樣的調制電壓下，損耗峰中心波長的偏移值明顯增大。 一次、三次、五次損耗峰的峰值變大，而七次、九次損耗峰的峰值減小。總結結合結合極化聚合物的電光效應極化聚合物的電光效應及其折射率及其折射率改變對長周期光纖光柵傳輸譜的影響，改變對長周期光纖光柵傳輸譜的影響，分析了不同調制電壓下，電光調制器的輸出損耗峰的分析了不同調制電壓下，電光調制器的輸出損耗峰的變化。變化。AB單波長調制多波長調制 當驅動電壓小于 3V 即可實現：輸出損耗峰中心波長在1407.0nm-1498.8nm范圍內移動，輸出功率變化值為19dB。 調制電壓在 0-10V 時，損耗峰中也波長變化量在 0.4-9.4nm 范圍改變，輸出功率變化值分別為 11dB(七次），45dB（九