NIR-MX-LN及NIR-MXP-LN系列介紹

北京波威科技有限公司代理的法國iXblue公司的NIR-MX-LN和NIR-MPX-LN是超寬帶的振幅和相位電光調(diào)制器，能夠傳輸波長從980到1150nm的光學(xué)信號(hào), 帶寬高達(dá)20GHz。這系列調(diào)制器的芯片會(huì)被特別篩選，已保證單模傳輸特性。這款調(diào)制器可以使用在許多激光應(yīng)用領(lǐng)域中：

iXblue調(diào)制器是在近紅外波段的最佳選擇，波長覆蓋可從780-1150nm。 我們這里將介紹制造NIR-MX-LN和NIR-MPX-LN調(diào)制器的加工工藝及其效果的影響。

調(diào)制器外界因素的干擾

基于鈮酸鋰基底的調(diào)制器的性能取決于很多外部參數(shù)，例如光功率，溫度和電加載過程。這些影響產(chǎn)生的結(jié)果分別稱為光折變效應(yīng)(Photo-refractive)，熱釋電效應(yīng)(Pyroelectric)，熱膨脹和應(yīng)力效應(yīng)等。那么我們該如何做，才能降低上述不希望出現(xiàn)的效應(yīng)呢？

光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的選擇，鈮酸鋰調(diào)制器的基底切向：

對于鈮酸鋰調(diào)制器，通?？梢圆扇煞N切向的基底。Z切向（電場施加方向），這種調(diào)制器通常表征為較低的插入損耗和半波電壓V?，它的電-光轉(zhuǎn)化的有效性更高。然而，熱釋電效果很強(qiáng)，導(dǎo)致調(diào)制器漂移（調(diào)制器傳輸曲線不穩(wěn)定），而且一些Z切向的調(diào)制器當(dāng)測試環(huán)境變化時(shí)（例如溫度）非常難以控制。X切向（光波導(dǎo)相對電波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對稱）提供略微低于Z切向的電光轉(zhuǎn)換效率(稍高的Vpi和插入損耗)。然而，X切向的調(diào)制器穩(wěn)定性更好，漂移被很大的限制，熱釋電效應(yīng)非常弱。也就是說，X切向允許得到比Z切向更穩(wěn)定的性能。

絕大多數(shù)iXblue調(diào)制器是基于X切向，即使在產(chǎn)品參數(shù)手冊上，我們的光學(xué)或電光參數(shù)看起來不如Z切向的好，但是可以保證調(diào)制器長時(shí)間的穩(wěn)定工作，插入損耗穩(wěn)定，減少傳輸曲線漂移。

Figure 1a : Z切向結(jié)構(gòu)

Figure 1b : X切向結(jié)構(gòu)

光波導(dǎo)加工工藝的選擇，光折變效應(yīng)：

很多的研究已經(jīng)證明了光折變的影響，其中制造工藝是影響光折變效應(yīng)的最大因素，兩種技術(shù)目前被應(yīng)用：鈦擴(kuò)散(Ti in-Diffusion)和退火質(zhì)子交換(Annealed Proton Exchange)，這兩種工藝是為了在鈮酸鋰基底上增加波導(dǎo)的折射率。

鈦擴(kuò)散技術(shù)最被廣泛使用，主要是光通訊領(lǐng)域（O,C,L波段）。事實(shí)上，這是一種比較容易實(shí)現(xiàn)的加工技術(shù)，它在加工過程中可以容易實(shí)現(xiàn)較低的光損耗。然而，這種工藝對于短波長（小于1310nm）展現(xiàn)出更多光折變的影響。光波導(dǎo)的折射率隨激光功率變化，表征為調(diào)制器傳輸曲線的漂移，消光比的變差和損耗的增加。同時(shí)，光折變效應(yīng)隨時(shí)間變化，這導(dǎo)致標(biāo)稱的參數(shù)不再穩(wěn)定。

退火質(zhì)子交換工藝相比鈦擴(kuò)散更難以實(shí)現(xiàn)。然后，這是為了實(shí)現(xiàn)調(diào)制器在近紅外波段工作的最佳技術(shù)。如下圖，退火質(zhì)子交換工藝的激光閾值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈦擴(kuò)散工藝制造出的調(diào)制器。當(dāng)入射激光功率較高時(shí)，光折變效應(yīng)出現(xiàn)時(shí)，波導(dǎo)的折射率隨時(shí)間變化，這將導(dǎo)致調(diào)制器不穩(wěn)定，消光比的變差和光學(xué)損耗的增加。

Figure 2 : 插入損耗和消光比的對比，使用兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的調(diào)制器，但是不同的制造工藝。鈦擴(kuò)散調(diào)制器參數(shù)隨時(shí)間抖動(dòng)。左：退火質(zhì)子交換。右：鈦擴(kuò)散

再一次聲明，即使在某些廠商的參數(shù)手冊上，鈦擴(kuò)散工藝制造出的調(diào)制器在近紅外波段優(yōu)于退火質(zhì)子交換工藝，但是鈦擴(kuò)散工藝的光折變效應(yīng)會(huì)在低激光功率時(shí)更早的介入，器件的性能將不再受控。所有iXblue近紅外波段的調(diào)制器使用退火質(zhì)子交換工藝，減小光折變的影響，提供更穩(wěn)定的性能。

所有iXblue近紅外調(diào)制器都是基于退火質(zhì)子交換工藝，可以保證調(diào)制器長時(shí)間的穩(wěn)定工作。

鈮酸鋰基底的選擇，光折變效應(yīng)

通過摻雜不同材料的鈮酸鋰基底，光折變效應(yīng)還可以進(jìn)一步減小，例如摻雜氧化鎂的鈮酸鋰基底(MgO-LiNbO3)，摻雜的介質(zhì)允許在自由載流子的復(fù)合過程中限制一些不利因素。退火質(zhì)子交換工藝，加上MgO-LiNbO3能夠提高調(diào)制器的激光閾值，降低光折變的影響，這對短波長和高入射功率時(shí)尤其重要。

Figure 3 : 使用退火質(zhì)子交換工藝的NIR-MX800-LN調(diào)制器插入損耗隨時(shí)間的穩(wěn)定性變化

電光效應(yīng)， 帶寬：

iXblue是光通訊行業(yè)超寬帶調(diào)制器的主要供應(yīng)商之一，波長通常在O,C和L波段。通過高頻電極的特別設(shè)計(jì)，iXblue開發(fā)了在近紅外波段1000nm (或NIR-MX800, 780 nm, 850 nm, 930 nm)高達(dá)20GHz (或NIR-MX800, 40GHz)的超寬帶調(diào)制器，這種調(diào)制器可用來產(chǎn)生上升沿為皮秒數(shù)量級(jí)的超短脈沖。 另一方面，這種調(diào)制器的阻抗接近50歐姆，降低電子信號(hào)的回?fù)p，提高電光轉(zhuǎn)換的有效性。

Figure 4a : NIR-MX800-LN-20的S參數(shù)

Figure 4b : NIR-MX800-LN-20產(chǎn)生的光學(xué)脈沖

消光比：

使用退火質(zhì)子交換技術(shù)制造的光波導(dǎo)在近紅外波段還有其他的好處：

? 如前面所說，降低光折變影響

? 能夠?qū)崿F(xiàn)偏振片功能，濾掉雜散偏振態(tài)，提高消光比

iXblue生產(chǎn)最優(yōu)的芯片，提供消光比大于30dB的調(diào)制器

Figure 5a : 傳輸函數(shù)的實(shí)測結(jié)果，消光比>30 dB

Figure 5b : NIR-MX800和偏壓控制一起使用，消光比隨時(shí)間的變化