非对称M-Z干涉仪铌酸锂光波导电场传感器

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集成光波导电场传感器因其具有灵敏度高、带宽大、对原电场的干扰小等优点受到越来越广泛的关注。但它的工作点会因制作工艺、外界环境因素等的变化而不稳定。而工作点又是影响其传感性能的关键,它对系统的探测灵敏度和线性动态范围以及探测信号的波形影响非常大。针对此种情况,本文采用直通型非对称Mach-Zehnder (M-Z)光波导结构,以铌酸锂为材料,并利用可调谐激光器作为光源设计了一种工作点可调控的光波导电场传感器。论文首先介绍了所提出的非对称M-Z电场传感器的基本结构,然后对该传感器的性能进行了分析讨论。分析结果表明,通过调整传感器的工作波长,可使工作点位于线性区域,从而可以将系统探测灵敏度提高到83dBμV/m,而线性动态范围也可保持在62dB左右。这种方法对工作点的控制简单,可调节范围大,而且具有较大的工艺容差,分析表明其3dB耦合器的耦合间距可以容忍的工艺误差在0.5μm左右,而Y分支的工艺容差则更大。此外,论文还简单地讨论了反射型非对称Mach-Zehnder Interferometer (MZI)光波导传感器。这种反射型非对称结构MZI通过将直通型MZI的两波导臂以一定角度切割并在端面镀膜,从而使传播于两波导臂中的光波在该端面反射并沿原路返回,最终在输入端干涉而实现。该结构可以减小器件的尺寸,并巧妙地通过反射端面与波导成一定的夹角实现非对称M-Z的臂长差。与直通型MZI光波导电场传感器相比,它具有尺寸小,易于实现较大的臂长差等优点,然而其制作成本相对高一些。最后,考虑到直通型结构更易制作实现,因此根据以上理论分析和仿真得到的器件尺寸参数,制作了直通型非对称MZI光波导电场传感器。介绍了器件的制作工艺,并对制作完成的器件的光学传输特性及传感性能进行了测试,测试的结果首先表明,所制作的直通型MZI电场传感器在C波段内,输出功率成近似的余弦曲线变化,基本上能覆盖半个周期。其次,在不同的工作波长下的电场传感特性充分验证了通过改变系统的工作波长控制工作点的可行性。
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