一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光信息調(diào)制和光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磁光調(diào)制器，具體為一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，利用BiLuIG薄膜的法拉第效應(yīng)，并在外部磁場(chǎng)的作用下，實(shí)現(xiàn)光模式的轉(zhuǎn)換。
【背景技術(shù)】
[0002]光調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式很多，最常見(jiàn)的是利用電光調(diào)制，如利用晶體電光效應(yīng)制成的波導(dǎo)調(diào)制器?，F(xiàn)如今，電光調(diào)制器可以被用于光通信系統(tǒng)，但近年來(lái)電光調(diào)制的缺點(diǎn)越來(lái)越明顯，比如壽命短、光學(xué)損傷大以及會(huì)產(chǎn)生直流漂移，使得電光調(diào)制器的應(yīng)用的受到限制。
[0003]近年來(lái)，磁光材料在光學(xué)方面表現(xiàn)越來(lái)越大的性能優(yōu)勢(shì)。相較于電光調(diào)制，磁光調(diào)制器能很好的實(shí)現(xiàn)光的調(diào)制。對(duì)于石榴石材料，由于其大的法拉第角、低的光吸收系數(shù)以及在近紅外區(qū)的透明特性，可以被用在光調(diào)制器、磁光開(kāi)關(guān)、磁光環(huán)行器和光偏轉(zhuǎn)器等器件中，進(jìn)而可以應(yīng)用到光通信、光信息處理等領(lǐng)域。磁光調(diào)制器的研宄是微波光電子學(xué)的研宄內(nèi)容之一，它有效地將微波與磁光效應(yīng)結(jié)合起來(lái)。與聲光作用類似，微波靜磁波與導(dǎo)波光相互作用，能夠?qū)е翨ragg衍射現(xiàn)象，按照波矢匹配的Bragg條件發(fā)生光衍射效應(yīng)。在外加直流偏置場(chǎng)的作用下，磁性材料內(nèi)部的電子磁矩將產(chǎn)生附加的拉莫進(jìn)動(dòng)，在交變電磁場(chǎng)的作用下，磁有序體中某些對(duì)磁性有貢獻(xiàn)的電子自旋偏離原來(lái)有序的排列方向，局部偏離的自旋進(jìn)動(dòng)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(jìn)動(dòng)，即自旋波。靜磁波是自旋波的長(zhǎng)波模式，靜磁波與導(dǎo)光波發(fā)生相互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)光模式的轉(zhuǎn)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(duì)于磁光調(diào)制器件，能夠更好地實(shí)現(xiàn)TM-TE的轉(zhuǎn)換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)超寬帶的TM-TE的磁光調(diào)制以及調(diào)制器的小型平面化。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，由直流偏置磁場(chǎng)、射頻調(diào)制磁場(chǎng)及磁光單元組成，其中，直流偏置磁場(chǎng)與光方向垂直，射頻調(diào)制磁場(chǎng)與光方向平行、與直流偏置磁場(chǎng)垂直；其特征在于，所述磁光單元包括光方向上依次設(shè)置的光纖、偏振器、磁光薄膜結(jié)構(gòu)和檢偏器，所述磁光薄膜結(jié)構(gòu)包括襯底基片、襯底基片上依次設(shè)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(yōu)選的，所述磁光薄膜結(jié)構(gòu)的襯底基片采用釓鎵石榴石(GGG)襯底基片。
[0007]優(yōu)選的，所述射頻調(diào)制磁場(chǎng)由射頻信號(hào)加載至螺旋正反繞組式微帶線上產(chǎn)生。
[0008]優(yōu)選的，所述直流偏置磁場(chǎng)由永磁鐵加載電流線圈產(chǎn)生，或者由永磁鐵產(chǎn)生。
[0009]優(yōu)選的，所述直流偏置磁場(chǎng)由直流偏置信號(hào)加載至兩層互相交疊的矩形微帶線上產(chǎn)生。兩層直流微帶線依次設(shè)置于磁光薄膜結(jié)構(gòu)絕緣層上，且每層直流微帶線上分別設(shè)置有絕緣層。
[0010]本發(fā)明中的磁光調(diào)制器利用的是Faraday效應(yīng)，利用靜磁波與導(dǎo)波光的相互作用實(shí)現(xiàn)。所述射頻調(diào)制磁場(chǎng)由射頻信號(hào)加載至螺旋正反繞組式RF微帶線產(chǎn)生，螺旋正反繞組式微帶線的設(shè)計(jì)能夠有效減少光學(xué)損傷并且能夠減小磁光薄膜內(nèi)部對(duì)光產(chǎn)生的雙折射作用，更大限度的實(shí)現(xiàn)光的模式轉(zhuǎn)換。同時(shí)，本發(fā)明采用液相外延生長(zhǎng)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(shù)以及面內(nèi)各向異性的特性，實(shí)現(xiàn)了超寬帶的TM-TE的磁光調(diào)制；另外，本發(fā)明采用直流偏置磁場(chǎng)和射頻調(diào)制磁場(chǎng)通過(guò)微帶線設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方式更加簡(jiǎn)潔且有效實(shí)現(xiàn)了器件小型化。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明磁光調(diào)制器中光的傳播方向和磁場(chǎng)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(fā)明實(shí)施例1中磁光調(diào)制器結(jié)構(gòu)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(fā)明實(shí)施例1中磁光調(diào)制器另一結(jié)構(gòu)示意圖，其中，6是永磁鐵(NdFeB)。
[0014]圖4是本發(fā)明磁光調(diào)制器中射頻磁場(chǎng)加載的微帶線設(shè)計(jì)示意圖。
[0015]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中磁光調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖，其中，7、8為微帶線、11均為絕緣層。
[0016]圖6是本發(fā)明實(shí)施例2中磁光調(diào)制器中直流偏置場(chǎng)的設(shè)計(jì)示意圖。
[0017]圖7是本發(fā)明實(shí)施例2中磁光調(diào)制器中磁光單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，其結(jié)構(gòu)如圖2或圖3所示。圖2、圖3描述的是本實(shí)施例磁光調(diào)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(gòu)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(dǎo)體激光器，光通過(guò)光纖I導(dǎo)入磁光單元，依次經(jīng)過(guò)偏振器2、磁光薄膜10、檢偏器4以及光電探測(cè)器。光束被偏振器4線偏振，從而進(jìn)入磁光薄膜；磁光薄膜由具有磁光效應(yīng)的薄膜組成，這里采用的通過(guò)液相外延工藝制成的BiLuIG單晶薄膜；在外部磁場(chǎng)的作用下，光在磁光薄膜內(nèi)部傳播期間，由于Faraday效應(yīng)，導(dǎo)波光與靜磁波發(fā)生相互作用，使得光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)；從磁光薄膜輸出的光被輸入到光檢偏器，最后經(jīng)光電探測(cè)器將光的強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而探測(cè)、分析?？衫霉庠诒∧ぶ械膫鞑ゾ嚯x、薄膜的光吸收系數(shù)以及磁場(chǎng)的強(qiáng)度來(lái)控制光的偏振旋轉(zhuǎn)角度。
[0022]在圖2、圖3中直流偏置磁場(chǎng)Hdc分別由永磁鐵加電流線圈5或永磁鐵6(如Sm-Co, NdFeB)實(shí)現(xiàn)，前者可通過(guò)線圈匝數(shù)使得磁場(chǎng)強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，后者可以通過(guò)改變兩塊磁鐵之間的間距來(lái)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。RF磁場(chǎng)Hrf由射頻信號(hào)加載至螺旋正反繞組式微帶線3實(shí)現(xiàn)，射頻磁場(chǎng)通過(guò)螺旋正反繞組式微帶線3的設(shè)計(jì)以及加載射頻信號(hào)產(chǎn)生，螺旋正反繞組式微帶線3的設(shè)計(jì)能夠減少光學(xué)損傷并且能夠減小薄膜內(nèi)部對(duì)光產(chǎn)生的雙折射作用，能夠更大限度的實(shí)現(xiàn)光的模式轉(zhuǎn)換。圖4是磁光調(diào)制中射頻磁場(chǎng)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?qū)崿F(xiàn)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(shù)以及能夠?qū)崿F(xiàn)面內(nèi)各向異性。直流偏置磁場(chǎng)的大小大于材料的飽和磁場(chǎng)，使其磁化飽和，獲得條狀疇，當(dāng)射頻磁場(chǎng)施加時(shí)，能夠減少疇壁移動(dòng)對(duì)磁光效應(yīng)產(chǎn)生的影響。
[0023]實(shí)施例2
[0024]基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5描述的是磁光調(diào)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(guò)光纖I導(dǎo)入磁光單元，依次經(jīng)過(guò)偏振器2、磁光薄膜10、檢偏器4以及光電探測(cè)器。光束被偏振器4線偏振，從而進(jìn)入磁光薄膜；磁光薄膜采用的是通過(guò)液相外延工藝制成的BiLuIG單晶薄膜；在外部磁場(chǎng)Hdc和Hrf的作用下，光在磁光薄膜內(nèi)部傳播期間，導(dǎo)波光與靜磁波發(fā)生相互作用，使得光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)；從磁光薄膜輸出的光被輸入到光檢偏器，最后經(jīng)光電探測(cè)器將光的強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而探測(cè)、分析。
[0026]如圖5所示，直流偏置磁場(chǎng)Hdc和射頻交變磁場(chǎng)Hrf均由微帶線產(chǎn)生，能夠?qū)崿F(xiàn)磁光調(diào)制器的小型化和平面。RF磁場(chǎng)由射頻信號(hào)加載至螺旋正反繞組式微帶線3實(shí)現(xiàn)，射頻磁場(chǎng)通過(guò)螺旋正反繞組式微帶線3的設(shè)計(jì)以及加載射頻信號(hào)產(chǎn)生。如圖6所示，直流偏置磁場(chǎng)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(jīng)過(guò)磁場(chǎng)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(kāi)，如圖7所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，由直流偏置磁場(chǎng)、射頻調(diào)制磁場(chǎng)及磁光單元組成，其中，直流偏置磁場(chǎng)與光方向垂直，射頻調(diào)制磁場(chǎng)與光方向平行、與直流偏置磁場(chǎng)垂直；其特征在于，所述磁光單元包括光方向上依次設(shè)置的光纖、偏振器、磁光薄膜結(jié)構(gòu)和檢偏器，所述磁光薄膜結(jié)構(gòu)包括襯底基片、襯底基片上依次設(shè)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(quán)利要求1所述基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，其特征在于，所述磁光薄膜結(jié)構(gòu)的襯底基片采用釓鎵石榴石襯底基片。
3.按權(quán)利要求1所述基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，其特征在于，所述射頻調(diào)制磁場(chǎng)由射頻信號(hào)加載至螺旋正反繞組式RF微帶線上產(chǎn)生。
4.按權(quán)利要求1所述基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，其特征在于，所述直流偏置磁場(chǎng)由永磁鐵加載電流線圈產(chǎn)生，或者由永磁鐵產(chǎn)生。
5.按權(quán)利要求1所述基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，其特征在于，所述直流偏置磁場(chǎng)由直流偏置信號(hào)加載至兩層互相交疊的矩形直流微帶線上產(chǎn)生，兩層直流微帶線依次設(shè)置于磁光薄膜結(jié)構(gòu)絕緣層上，且每層直流微帶線上分別設(shè)置有絕緣層。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光調(diào)制器，用于實(shí)現(xiàn)超寬帶的TM-TE的磁光調(diào)制以及調(diào)制器的小型平面化。本發(fā)明TM-TE磁光調(diào)制器，由直流偏置磁場(chǎng)、射頻調(diào)制磁場(chǎng)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(shè)置的光纖、偏振器、磁光薄膜結(jié)構(gòu)和檢偏器，所述磁光薄膜結(jié)構(gòu)包括襯底基片、襯底基片上依次設(shè)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(fā)明射頻調(diào)制磁場(chǎng)由射頻信號(hào)加載至螺旋正反繞組式RF微帶線產(chǎn)生，螺旋正反繞組式微帶線的設(shè)計(jì)能夠有效減少光學(xué)損傷并且能夠減小磁光薄膜內(nèi)部對(duì)光產(chǎn)生的雙折射作用，更大限度地實(shí)現(xiàn)光的模式轉(zhuǎn)換。
【IPC分類】G02F1-09
【公開(kāi)號(hào)】CN104820298
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510182105
【發(fā)明人】楊青慧, 田曉潔, 張懷武, 饒毅恒, 文岐業(yè), 賈利軍, 朱英超
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日