环谐振器基于电光聚合物行波调制器正文翻译.docx

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环谐振器基于电光聚合物行波调制器正文翻译

环谐振器基于电光聚合物行波调制器

HidehisaTazawa,Member,IEEE,Member,OSA,Ying-HaoKuo,IlyaDunayevskiy,JingdongLuo,AlexK.-Y.Jen,HaroldR.Fetterman,Fellow,IEEE,Fellow,OSA,andWilliamH.Steier,LifeFellow,IEEE,Fellow,OSA

作者指出一个环谐振器的行波调制器具有电光聚合物AJL8/APC的带通调制特性特征。

行波电极能够使一个7GHz的3dB带宽不受光谱围控制的谐振器实现大约28GHz的高效调制。

通过定义一个等效的半波电压环

调制器来评估调制灵敏度。

结果表明，调制器在微波和毫米波光子学应用的潜力。

指数方面，模拟光链路，电光（EO）调制，电光聚合物，微波光子学，环谐振器，波导调制器。

一引言

为了满足在光传输系统中容量增加的需求，不仅要大力研究和发展一直执行的数字光纤链路，还有模拟光纤链路。

在数字系统或基带操作中有必要为一个调制器在高速通信方面提供很宽的带宽。

另一方面，在模拟系统或带通操作中，需要调制器具有载波频率波段灵敏度高的特性。

近来，带通操作【1】【2】引起了对谐振调制的极大兴趣。

谐振电极或光学共振以降低操作带宽周围共振频率为代价降低驱动力来增强调制灵敏度。

调制环和磁盘微共振是以光学谐振腔【2】-【6】为基础的。

光学共振高Q值引起调制效率的提高，但是rf带宽被谐振腔的线宽【7】所限制。

在这种基带带宽下或者射频频率等于一个自由光谱围（RSF）谐振器带宽下的调制器是可操作的。

电光聚合物和半导体环谐振器已经证明了【3】-【5】基带运算。

基于毫米大小的铌酸锂磁盘谐振器的调制器已经证明【2】【6】微波和毫米波的高效率调制。

此外，基于环谐振器的调制可以提供一个高三阶自由互调动态围，这是在模拟光链路上【8】另一个优越性。

在本文中，我们已经证明了电光聚合物环形调制的带通操作。

调制器的功能如下：

1）在FSC下适度Q光学谐振和调制能够使一个7GHz波段实现大约28GHz的高效调制。

2）调制器是一个波导器件，然而以前的基于铌酸锂磁盘谐振器的调制器则采用棱镜耦合来输入输出光。

3）【9】分析中放弃电容采用移动电极显示FSR频率的高效调制。

二基于环谐振器调制器的灵敏度

为了评估实验数据，我们首先通过比较传统电光调制器半波电压Vttof来定义基于环谐振器调制器的灵敏度。

环调制器原理图如图1所示。

调制器由一个总线波导耦合电光材料的环谐振器组成。

幅度的输出Eout由【10】τ给出，τ是环和波导之间恒定的振幅传输，ａ是往返损耗因子，θ为往返的相位移动。

（1）一环谐振器

（2）。

当α=τ，共振时传输为零（θ=0）。

这种情况被称为临界耦合，环的损失和耦合损失相等。

对于α<τ，谐振器被认定为低于耦合，α>τ，谐振器被认定为超过耦合。

透射光相位由参数

（1）给出：

Θ（θ）=arg（H（θ））。

（3）图2显示了环谐振器在超过耦合（α=0.8，τ=0.7）和低于耦合（α=0.8，τ=0.9）下的传输和相位。

在这两种情况下，共振和相位传输下降经历了快速变化随着共振相位移动往返。

如果一个环谐振腔共振可以电光调谐，那么环谐振腔可用于共振传输坡度大的强制调制器（IM）的使用，或者共振快速变换阶段的相位调制器（PM）的使用。

如图3所示，当在一半传输点货最大坡度点环谐振器被偏置时，光输出强度将随着一个小的调制电压强烈调制。

由于相位Θ在这些偏置点时有一个斜坡，所以强度调制信号伴随着一个小的相位调制，即一个频率信号[11].另一方面，由于光学共振对称的T（θ），在PM操作中，调制频率ω下没有调制强度，2ω下有少量调制强度。

此外，在PM操作中，光学共振一直光载波。

当电压V是一个EO环时，相位移动θ用

（4）表示，其中θo是偏置相位，L是环周长，ηo是环形波导的有效折射率，λ是自由的空间光波长，γ是电光系数，ɡ是电极差，Γ是电光重叠积分。

电压V0π产生相位移动π在一个谐振器往返行程里，同时也是一个单条交互长度L的马赫增德尔调制器的Vπ。

Voπ由材料和器件结构参数给出。

在IM操作中，一个环形调制的灵敏度等同于Vimπ，通过比较一个环形调制器斜坡传输|dT/dV|max来定义，如【7】一个MZ调制器。

（5）。

光共振调制灵敏度提高是2×|dT/dθ|倍。

例如，以条件α=τ=0.8（临界耦合）。

结果Vimπ=0.35VVoπ当θo=0.082π时，这是最高点坡度。

显而易见，随着一个带宽牺牲较高精度谐振调制带来较大提高调制。

在PM操作中，并不是简单地定义一个参数Vπ，因为传输功率取决于菜蔬α，τ。

在临界耦合条件下，相位斜率Θ，|dΘ/dθ|θ=0是无穷的以及透射率T（0）变为零。

因此，我们必须定义一个VπPM，从而使小信号区域，传统相位调制器同一级别的第一阶调制边带具有相同的Vπ。

（6）虽然图2dΘ/dθ|θ=0在低于耦合以及高于耦合下有一个反向符号，但是相位斜率符号不影响相位调制器功能。

VπPm显示了最低临界耦合（α=τ）下每一个α。

例如，当α=τ=0.8，VPM=0.45Vπo。

这相当于VPMπ给出了第一个调制边带的强度|J1（πV/VPMπ）|2，其中J1第一类一阶贝塞尔函数。

T（0）是传播光载波。

光载波强度与多次往返方法【9】计算结果是一致的。

因此，我们可以使用等效的VPMπ来代替常规相位调制器的Vπ，因为第一调制边带的强度是相同的。

三电光聚合物行波环形调制器

光学显微镜下的图像和制作调制器的原理截面图如图4所示。

作为一个行波电极微带线电极包括高精度环形光波导谐振器。

调制器由三个聚合物层组成：

较低的包层，核心，上覆盖层。

UV15LV（硕士邦德）在200nm厚的凹底电极衬底上制作了5微米厚的低包层。

核心是电光聚合物AJL8/APC【12】。

高端非线性AJL8是由一种无定形聚碳酸酯（APC）掺杂得到的。

1毫米弯曲半径和150微米直耦合区跑道形环谐振器与2微米差距的总线波导侧向耦合。

环形波导和总线波导是2微米宽度，1微米高度rib，1微米高度slab的脊形波导。

在较低的包层使用氧电浆蚀刻沟槽形成波导。

4微米厚的上层包层由UFC170A（Uray）制作。

UV15LV，AJL8/APC，和UFC170A的折射率分别是1.51,1.61,1.50。

Thecommercialmodesolver【Olympios（C2V）】证实，波导是单模，并且在1毫米弯曲半径模式下又一个忽略不计的弯曲损耗。

在形成顶端电极前，该装置被冠状极化调整成AJL8。

2微米厚，17微米宽真空挥发和电镀形成凹凸电极。

顶部和底部之间电极差距是10微米。

微带线的特性阻抗预计将要达到57Ω。

我们来测试调制器的基本特性。

在1.31微米波长时，（新焦点6200）光源是一个可调谐的激光。

通过小核心纤维（UHNA3Nufern公司）输入和输出光耦合。

光纤和光纤的接入损耗为-12db，主要是由光纤/波导耦合损耗造成的。

如图5所示，为了利用最大化的量元件r33的电光系数和透射光谱，将光的偏振设置为环谐振的TM模式。

测量激光源的频率调制数据。

半高峰和FSR设备的全宽分别为5.1ghz，28ghz。

因此，实验值或负载值Q是4.5*104,精细度是5.5。

由于-14db的消光比存在，所以在Q和波导损失估计分别为7.1*104,4.8db/cm。

由于AJL8/APC的材料损失约为2dB/cm，多出来的2.8db/cm是由于制造造成的粗糙侧壁散射损耗。

从这个数据来看，理论传输能力

（2）中的参数为α=0.696，τ=0.783。

电光调谐灵敏度适用于一个三角信号从100Hz到1GHz/V的测量，其中电光调谐对应一个有效的核心层系数R33=33pm/V电光调谐。

在低频率调制下，调制器Vimπ和VPMπ预计分别为7.5V和11.5V。

四高频率调制实验

接下来，在光学频谱分析仪下（AndoAQ6317B），我们测量单边带调制电源的高频调制响应。

这种方法通常用来表示告诉调制器【13】【14】。

信号发生器（Agilent8244A）产生的正弦调制信号高达40GHz。

共面探针（CascadeACP40）发射信号到信号调制器微带上。

用50Ω片式电阻（StateoftheArtsS0202AF）终止微带。

由于S参数的S11从0到30GHz是小于-10dB的，非常适合阻抗的匹配。

每个频率时微波功率是10dBm。

图6是光谱调制光在22，28，34GHz时的显示图。

数据表明，在调制频率是28GHz（0.16mm）时，是环形调制器FSR的单边值功率峰值。

在一个共振的环形调制器里，输入光会被调整，因为输入光很容易在每个调制频率相同的偏置点重复。

由于相位调制能够观测到边带。

在共振时，调制是纯粹的相位调制，而且我们可以比较理论结果。

在其他偏置点，边带取决于相位调制和强度调制的组合，很难进行理论结果比较。

当激光输出功率为-17dBm时，28GHz的-32dBm边带强度提供了相当于16V的VπPM。

VπPM增幅大于预测，可能是由于调制器微带线路中未知的微波损耗以及微带损耗，因为在聚合物装置中光/微波的速度不匹配是可以忽略不计的【15】。

为了计算28GHz时的VπPM，我们假定调制器输入10dBm的微波功率。

如图7所示为28GHz的调制器光谱偏差。

当输入的光信号为调谐共振光时，由于光学共振图显示15dB的抑制作用，观察到28GHz的相位调制边带。

当在半反转点在共振±2.5GHz（±0.014nm）调整输入光时，观察到光载波抑制作用大约是3dB，28GHz调制边带，主要是由强度调制引起的。

图8显示了当相位调制偏置时，调制频率的光边带量的依赖性。

光输出强度为没频率-17dBm。

单边带功率显示在调制频率为14GHz时最小，28GHz时最大这个写着器的非共振功率。

检测到3dB带宽的信号功率与3dB带宽的边带功率是相同的。

从图8可以看出，3dB带宽的信号功率是7GHz。

该调制器将会找出在载波频率28GHz，边带宽度7GHz模拟光纤链路的应用。

五结论

我们已经证明，一个环形基本谐振器的行波调制器带通操作被用于电光聚合物AJL8/APC。

调制器清楚地表明由于光学共振调制作用增强。

行波电极的使用，使得大约28GHz的高效调制有可能实现，使用频率7GHz边带宽度3dB的FSR谐振器。

环形行波调制器可以显示高调制效率围绕FSR全部倍数的频率，与行波MZ调制器【9】相比在速度不匹配和微波电机损失方面环形行波调制器有更好的耐受性，因此在微波和毫米波模拟光纤链路中，是更好的电/光传感器。

该调制器也可以找到其他微波毫米波光子学应用，例如计量系统【16】锯齿generations【17】，【18】，脉冲generations【19】。

参考

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HidehisaTazawa（S’02–M’06）分别在1996年和1998年在东京日本早稻田大学应用物理，获得工学学士和硕士学位，在2005年洛杉机加利福尼亚（南加州大学）大学电子工程部获得博士学位。

从1998到2001，他曾在日本股份工作，他在那里从事开发有机发光二极管显示器。

他目前在日本横滨住友电气工业公司。

他的研究兴趣包括波导器件和传感器，微聚合物光子学，和微波光子学。

Dr.Tazawa是美国光学学会会员。

Ying-HaoKuo,照片和资料不可用于出版

IlyaDunayevskiy,照片和资料不可用于出版

JingdongLuo,照片和资料不可用于出版

AlexK.-Y.Jen照片和资料不可用于出版

图1一环谐振器（κ-耦合常数；τ-传输常数；κ2+τ2=1）。

图2环谐振器（a）低于耦合（α=0.8，τ=0.9）和（b）超过耦合（α=0.8，τ=0.7）传输和相位。

图3环形电光调制器IM和PM概念图以及调制光频谱

图4（a）制作调制器光学显微镜的顶部视图。

（b）赛马场形环谐振器直耦合去光学显微镜图像。

（c）环形谐振器耦合区跨示意图。

图5环形谐振器TM模的透射光谱。

图622,28,34GHz的相位调制光谱

图728GHz的调制光谱偏差依赖性。

共振时，边带功率受到相位调制作用，而在其他两个偏置点，主要是强度调制作用。

图8相位调制在光学单边频率调制频率的依赖性。