[發(fā)明專(zhuān)利]集成有光電探測(cè)器的MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410536567.0
• 申請(qǐng)日: 2014-10-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104238151A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田自君;胡紅坤;李薇;朱學(xué)軍;華勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G02F1/035
• 分類(lèi)號(hào): G02F1/035
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂(lè)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器，特別涉及的是一種集成有光電探測(cè)器的MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器。

背景技術(shù)

基于Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)型光強(qiáng)度調(diào)制器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器）具有寬帶工作、高調(diào)制速率、大消光比等優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展成為高速光纖通信、光載射頻、微波光子信號(hào)處理等系統(tǒng)中關(guān)鍵的電光調(diào)制器件。

由于MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器的傳遞函數(shù)為非線(xiàn)性函數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中為了利用不同的調(diào)制區(qū)域，需要在器件偏置電極端加載一個(gè)偏置電壓設(shè)置合適的偏置工作點(diǎn)，例如正交點(diǎn)一般用于非歸零編碼調(diào)制，而最小功率傳輸點(diǎn)則用于產(chǎn)生相位調(diào)制信號(hào)；然而，受環(huán)境溫度、外電場(chǎng)、機(jī)械應(yīng)力等外界因素以及器件固有缺陷的影響，MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，其偏置工作點(diǎn)會(huì)隨時(shí)間、溫度發(fā)生漂移，引起調(diào)制輸出信號(hào)失真，以鈮酸鋰MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器為例，環(huán)境溫度和外電場(chǎng)的變化會(huì)在調(diào)制電極和鈮酸鋰襯底材料之間激發(fā)起自由電荷，改變光波導(dǎo)區(qū)域的電場(chǎng)分布，從而引起偏置工作點(diǎn)的偏移；因此，應(yīng)用中需要對(duì)MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制輸出的光信號(hào)進(jìn)行采樣并反饋至偏置工作點(diǎn)控制電路，以實(shí)現(xiàn)偏置工作點(diǎn)的閉環(huán)鎖定。

經(jīng)典的技術(shù)方案如圖1所示，即在MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器輸出端連接光纖耦合器，對(duì)調(diào)制輸出的光信號(hào)分路采樣并通過(guò)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋偏置工作點(diǎn)控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)偏置工作點(diǎn)的閉環(huán)控制。盡管該方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但不能適應(yīng)光強(qiáng)度調(diào)制器小型化、緊湊化的發(fā)展要求。于是，業(yè)內(nèi)開(kāi)始將光電探測(cè)器集成于MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器封裝管殼內(nèi)部，以滿(mǎn)足光強(qiáng)度調(diào)制器小型化、緊湊化發(fā)展要求，目前采用的技術(shù)方案主要有分支波導(dǎo)和微光學(xué)元件兩種。

分支波導(dǎo)方案的原理如圖2所示，即在MZ型光強(qiáng)度調(diào)制芯片輸出側(cè)制作一分支波導(dǎo)，并在分支波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的輸出端面位置設(shè)置光電探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制輸出光信號(hào)的采樣。該方案理論上可獲得較高的響應(yīng)度和消光比，但卻增加了器件的光損耗和制作工藝難度。

微光學(xué)元件方案的原理如圖3所示，即在MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器芯片輸出端設(shè)置微光學(xué)元件和光電探測(cè)器芯片，從MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器芯片輸出端出射的波導(dǎo)輻射光經(jīng)微光學(xué)元件匯聚、反射后到達(dá)光電探測(cè)器芯片的光敏面。將光電探測(cè)器芯片響應(yīng)反饋于偏置工作點(diǎn)控制電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)偏置點(diǎn)的精確控制。但該方案中，需要用到精密的微光學(xué)元件，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝實(shí)現(xiàn)難度大。

總體來(lái)看，分支波導(dǎo)和微光學(xué)元件兩種技術(shù)方案均存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝難度大、制作成本高等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種集成有光電探測(cè)器的MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器，其創(chuàng)新在于：所述集成有光電探測(cè)器的MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器包括MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器芯片、光電探測(cè)器芯片和封裝管殼；所述光電探測(cè)器芯片設(shè)置于MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器芯片輸出側(cè)的波導(dǎo)合束點(diǎn)位置處；所述光電探測(cè)器芯片的光敏面與波導(dǎo)合束點(diǎn)相對(duì)，且光電探測(cè)器芯片的光敏面將波導(dǎo)合束點(diǎn)全部覆蓋，光敏面與波導(dǎo)合束點(diǎn)之間通過(guò)光學(xué)膠粘接固定；所述光電探測(cè)器芯片的電極引腳通過(guò)金絲與封裝管殼的引出電極鍵合連接。

本發(fā)明的原理是：發(fā)明人經(jīng)大量試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器芯片上輸出側(cè)的波導(dǎo)合束點(diǎn)位置處，由于波導(dǎo)折射率分布存在突變，波導(dǎo)中的部分光波信號(hào)會(huì)脫離光波導(dǎo)約束向外輻射；基于前述發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人考慮，如果在波導(dǎo)合束點(diǎn)位置處設(shè)置一光電探測(cè)器芯片來(lái)對(duì)輻射光進(jìn)行采集，即可提取出用于偏置工作點(diǎn)閉環(huán)控制的反饋信號(hào)，從而大大降低工藝難度和制作成本，于是本發(fā)明就應(yīng)運(yùn)而生了；將本發(fā)明方案與背景技術(shù)中的兩種典型方案相比較后，我們就能看出，在本發(fā)明中，既不需要將芯片結(jié)構(gòu)制作為較為復(fù)雜的分支波導(dǎo)，也不需要在芯片上設(shè)置微光學(xué)元件，工藝難度得到了明顯降低；

在本發(fā)明方案中，光學(xué)膠的作用有二，其一，即用于光電探測(cè)器芯片和MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器芯片的粘接，實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)器芯片在MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器芯片上的安裝固定（或集成）；其二，即用于將輻射光引導(dǎo)至光電探測(cè)器芯片的光敏面上；另外，本發(fā)明的調(diào)制原理與現(xiàn)有技術(shù)完全相同。

優(yōu)選地，所述光電探測(cè)器為背照式光電探測(cè)器。常規(guī)光電探測(cè)器芯片的其中一個(gè)引出電極與其光敏面位于同側(cè)平面上，也即這個(gè)引出電極與MZ型光強(qiáng)度調(diào)制器芯片相對(duì)，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，要將這個(gè)引出電極通過(guò)引線(xiàn)向外引出，其工藝難度相對(duì)較高，而背照式光電探測(cè)器芯片的兩個(gè)引出電極與其光敏面分別位于芯片的正反兩面，結(jié)合到本發(fā)明的具體方案，由于光敏面與芯片相對(duì)，光電探測(cè)器芯片的背面裸露在外，這十分便于后期的引線(xiàn)布置，于是發(fā)明人將背照式光電探測(cè)器芯片作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案。