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

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带宽不受光谱范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内灵敏度高的特性。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范围（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范围，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Vim π=0.35V Voπ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，V PM=0.45Vπo。这相当于V PMπ给出了第一个调制边带的强度|J1(πV/V PMπ)|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V PMπ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（硕士邦德有限公司）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有限公司）制作。UV15LV，AJL8/APC，和UFC170A的折射率分别是1.51,1.61,1.50。The commercial mode solver【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