一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光信息調制和光通信技術領域，涉及一種磁光調制器，具體為一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，利用BiLuIG薄膜的法拉第效應，并在外部磁場的作用下，實現光模式的轉換。
【背景技術】
[0002]光調制的實現方式很多，最常見的是利用電光調制，如利用晶體電光效應制成的波導調制器。現如今，電光調制器可以被用于光通信系統，但近年來電光調制的缺點越來越明顯，比如壽命短、光學損傷大以及會產生直流漂移，使得電光調制器的應用的受到限制。
[0003]近年來，磁光材料在光學方面表現越來越大的性能優勢。相較于電光調制，磁光調制器能很好的實現光的調制。對于石榴石材料，由于其大的法拉第角、低的光吸收系數以及在近紅外區的透明特性，可以被用在光調制器、磁光開關、磁光環行器和光偏轉器等器件中，進而可以應用到光通信、光信息處理等領域。磁光調制器的研宄是微波光電子學的研宄內容之一，它有效地將微波與磁光效應結合起來。與聲光作用類似，微波靜磁波與導波光相互作用，能夠導致Bragg衍射現象，按照波矢匹配的Bragg條件發生光衍射效應。在外加直流偏置場的作用下，磁性材料內部的電子磁矩將產生附加的拉莫進動，在交變電磁場的作用下，磁有序體中某些對磁性有貢獻的電子自旋偏離原來有序的排列方向，局部偏離的自旋進動在交換作用及磁偶極矩等相互作用下向有序體的其他部分傳播，形成磁矩的非一致進動，即自旋波。靜磁波是自旋波的長波模式，靜磁波與導光波發生相互作用，能夠實現光模式的轉換。相比較于純的釔鐵石榴石(YIG)材料，镥鉍共摻雜石榴石(BiLuIG)具有更大的法拉第角、更小的光吸收損耗和平面各向異性，對于磁光調制器件，能夠更好地實現TM-TE的轉換。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，實現超寬帶的TM-TE的磁光調制以及調制器的小型平面化。
[0005]本發明的技術方案為:一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，由直流偏置磁場、射頻調制磁場及磁光單元組成，其中，直流偏置磁場與光方向垂直，射頻調制磁場與光方向平行、與直流偏置磁場垂直；其特征在于，所述磁光單元包括光方向上依次設置的光纖、偏振器、磁光薄膜結構和檢偏器，所述磁光薄膜結構包括襯底基片、襯底基片上依次設置的BiLuIG磁光薄膜、RF微帶線以及微帶線上覆蓋的絕緣層，其中所述RF微帶線為螺旋正反繞組式微帶線。
[0006]優選的，所述磁光薄膜結構的襯底基片采用釓鎵石榴石(GGG)襯底基片。
[0007]優選的，所述射頻調制磁場由射頻信號加載至螺旋正反繞組式微帶線上產生。
[0008]優選的，所述直流偏置磁場由永磁鐵加載電流線圈產生，或者由永磁鐵產生。
[0009]優選的，所述直流偏置磁場由直流偏置信號加載至兩層互相交疊的矩形微帶線上產生。兩層直流微帶線依次設置于磁光薄膜結構絕緣層上，且每層直流微帶線上分別設置有絕緣層。
[0010]本發明中的磁光調制器利用的是Faraday效應，利用靜磁波與導波光的相互作用實現。所述射頻調制磁場由射頻信號加載至螺旋正反繞組式RF微帶線產生，螺旋正反繞組式微帶線的設計能夠有效減少光學損傷并且能夠減小磁光薄膜內部對光產生的雙折射作用，更大限度的實現光的模式轉換。同時，本發明采用液相外延生長BiLuIG薄膜作為磁光薄膜，該薄膜材料具有大Faraday角、小的光吸收系數以及面內各向異性的特性，實現了超寬帶的TM-TE的磁光調制；另外，本發明采用直流偏置磁場和射頻調制磁場通過微帶線設計得以實現，實現方式更加簡潔且有效實現了器件小型化。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明磁光調制器中光的傳播方向和磁場的方向示意圖。其中，9是襯底基片、10是磁光薄膜。
[0012]圖2是本發明實施例1中磁光調制器結構示意圖，其中，I是光纖、2是偏振器、3是微帶線、4是檢偏器、5是磁體、9是襯底基片GGG、10是磁光薄膜。
[0013]圖3是本發明實施例1中磁光調制器另一結構示意圖，其中，6是永磁鐵(NdFeB)。
[0014]圖4是本發明磁光調制器中射頻磁場加載的微帶線設計示意圖。
[0015]圖5是本發明實施例2中磁光調制器結構示意圖，其中，7、8為微帶線、11均為絕緣層。
[0016]圖6是本發明實施例2中磁光調制器中直流偏置場的設計示意圖。
[0017]圖7是本發明實施例2中磁光調制器中磁光單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0019]實施例1
[0020]基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，其結構如圖2或圖3所示。圖2、圖3描述的是本實施例磁光調制器的主要部分的透視圖，I是光纖，2是偏振器，3是微帶線，4是檢偏器，5磁體，由永磁鐵加直流線圈構成，6是永磁鐵(NdFeB)，9是基片襯底GGG，10是磁光薄膜。
[0021]如圖2、3所示，光源采用半導體激光器，光通過光纖I導入磁光單元，依次經過偏振器2、磁光薄膜10、檢偏器4以及光電探測器。光束被偏振器4線偏振，從而進入磁光薄膜；磁光薄膜由具有磁光效應的薄膜組成，這里采用的通過液相外延工藝制成的BiLuIG單晶薄膜；在外部磁場的作用下，光在磁光薄膜內部傳播期間，由于Faraday效應，導波光與靜磁波發生相互作用，使得光的偏振面發生旋轉；從磁光薄膜輸出的光被輸入到光檢偏器，最后經光電探測器將光的強度信號轉換為電信號，進而探測、分析。可利用光在薄膜中的傳播距離、薄膜的光吸收系數以及磁場的強度來控制光的偏振旋轉角度。
[0022]在圖2、圖3中直流偏置磁場Hdc分別由永磁鐵加電流線圈5或永磁鐵6(如Sm-Co, NdFeB)實現，前者可通過線圈匝數使得磁場強度在一定范圍內可調，后者可以通過改變兩塊磁鐵之間的間距來調節磁場強度的大小。RF磁場Hrf由射頻信號加載至螺旋正反繞組式微帶線3實現，射頻磁場通過螺旋正反繞組式微帶線3的設計以及加載射頻信號產生，螺旋正反繞組式微帶線3的設計能夠減少光學損傷并且能夠減小薄膜內部對光產生的雙折射作用，能夠更大限度的實現光的模式轉換。圖4是磁光調制中射頻磁場加載的螺旋正反式微帶線3的具體形狀，螺旋正反式微帶線3與磁光BiLuIG材料9直接物理接觸，能夠實現更大的親合。磁光薄膜采用的是液相外延形成的BiLuIG薄膜，因其具有大的Faraday角、小的光吸收系數以及能夠實現面內各向異性。直流偏置磁場的大小大于材料的飽和磁場，使其磁化飽和，獲得條狀疇，當射頻磁場施加時，能夠減少疇壁移動對磁光效應產生的影響。
[0023]實施例2
[0024]基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，其結構如圖5所示。圖5描述的是磁光調制器的主要部分的透視圖，I是光纖，2是偏振器，3是微帶線，4是檢偏器，7、8是微帶線。
[0025]如圖5所示，光通過光纖I導入磁光單元，依次經過偏振器2、磁光薄膜10、檢偏器4以及光電探測器。光束被偏振器4線偏振，從而進入磁光薄膜；磁光薄膜采用的是通過液相外延工藝制成的BiLuIG單晶薄膜；在外部磁場Hdc和Hrf的作用下，光在磁光薄膜內部傳播期間，導波光與靜磁波發生相互作用，使得光的偏振面發生旋轉；從磁光薄膜輸出的光被輸入到光檢偏器，最后經光電探測器將光的強度信號轉換為電信號，進而探測、分析。
[0026]如圖5所示，直流偏置磁場Hdc和射頻交變磁場Hrf均由微帶線產生，能夠實現磁光調制器的小型化和平面。RF磁場由射頻信號加載至螺旋正反繞組式微帶線3實現，射頻磁場通過螺旋正反繞組式微帶線3的設計以及加載射頻信號產生。如圖6所示，直流偏置磁場采用兩層互相交疊的矩形微帶線，兩層微帶線的疊加要確保光路經過磁場的均勻性。為了避免干擾，直流微帶線和RF微帶線之間用絕緣層11隔開，如圖7所示。
【主權項】
1.一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，由直流偏置磁場、射頻調制磁場及磁光單元組成，其中，直流偏置磁場與光方向垂直，射頻調制磁場與光方向平行、與直流偏置磁場垂直；其特征在于，所述磁光單元包括光方向上依次設置的光纖、偏振器、磁光薄膜結構和檢偏器，所述磁光薄膜結構包括襯底基片、襯底基片上依次設置的BiLuIG磁光薄膜、RF微帶線以及微帶線上覆蓋的絕緣層，其中所述RF微帶線為螺旋正反繞組式微帶線。
2.按權利要求1所述基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，其特征在于，所述磁光薄膜結構的襯底基片采用釓鎵石榴石襯底基片。
3.按權利要求1所述基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，其特征在于，所述射頻調制磁場由射頻信號加載至螺旋正反繞組式RF微帶線上產生。
4.按權利要求1所述基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，其特征在于，所述直流偏置磁場由永磁鐵加載電流線圈產生，或者由永磁鐵產生。
5.按權利要求1所述基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，其特征在于，所述直流偏置磁場由直流偏置信號加載至兩層互相交疊的矩形直流微帶線上產生，兩層直流微帶線依次設置于磁光薄膜結構絕緣層上，且每層直流微帶線上分別設置有絕緣層。
【專利摘要】本發明提供一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調制器，用于實現超寬帶的TM-TE的磁光調制以及調制器的小型平面化。本發明TM-TE磁光調制器，由直流偏置磁場、射頻調制磁場及磁光單元組成，其特征在于，所述磁光單元包括光方向上依次設置的光纖、偏振器、磁光薄膜結構和檢偏器，所述磁光薄膜結構包括襯底基片、襯底基片上依次設置的BiLuIG磁光薄膜、RF微帶線以及微帶線上覆蓋的絕緣層，其中所述RF微帶線為螺旋正反繞組式微帶線。本發明射頻調制磁場由射頻信號加載至螺旋正反繞組式RF微帶線產生，螺旋正反繞組式微帶線的設計能夠有效減少光學損傷并且能夠減小磁光薄膜內部對光產生的雙折射作用，更大限度地實現光的模式轉換。
【IPC分類】G02F1-09
【公開號】CN104820298
【申請號】CN201510182105
【發明人】楊青慧, 田曉潔, 張懷武, 饒毅恒, 文岐業, 賈利軍, 朱英超
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月17日