非周期宽带响应电光调制器的制备方法

摘要

一种电光调制领域的非周期宽带响应电光调制器的制备方法，选择一种铁电单畴晶体；选择待制备的晶体中单个作用样本电畴宽度d和总电畴数目N，计算得到每个电畴区域的极化方向以获得每个正负电畴的排列顺序，从而形成非周期性光学超晶格；对非周期性光学超晶格结构进行室温电场极化；在所得的非周期性光学超晶格的+Z面上利用蒸镀的方式制备行波电极，并在行波电极的尾部串联一个高频电阻，于非周期性光学超晶格的晶体前设置一块偏振器从而形成电光调制器。本发明利用光学超晶格的非周期性来提供丰富的倒格矢，来补偿不同频率微波与光波之间的相速度差，从而迫使该类电光调制器能够在适用带宽下的不同频率微波驱动下，获得效果一致的调制作用。

主权项

一种非周期宽带响应电光调制器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选择一种在生长过程中长成沿介电体光轴方向自发极化的铁电单畴晶体，其中铁电单畴晶体切割时沿该介电体光轴方向切割，上下表面平行且均进行抛光，上下表面的法线方向即为晶体的自发极化方向；步骤二、选择单个样本作用电畴区域宽度d和作用电畴总数目N，其中：d满足在现有室温电场极化的技术条件下实现电畴反转，同时小于电光调制器的电畴宽度Λ；N满足N×d≤L，L为铁电单畴晶体长度；步骤三、计算得到每个电畴区域的极化方向以获得每个正负电畴的排列顺序，从而形成非周期性光学超晶格，具体是指选定模拟退火算法的目标函数F，对正负电畴的排列顺序进行优化计算使得目标函数最大：F＝ΣT(n)‑10·Nσ；$\mu =\frac{\Sigma T\left(n\right)}{N};\sigma =\sqrt{\frac{1}{N-1}\Sigma {\left(T\right(n)-\mu )}^2};$$T\left(n\right)=\frac{1.5\times {10}^8·g\left(n\right)·sin\left(\frac{(2n-1){\mathrm{\lambda f}}_m\pi }{1.5·{10}^8}\right)·sin\left(\frac{{\mathrm{\lambda f}}_m\pi }{1.5·{10}^8}\right)}{{\mathrm{N\lambda f}}_m\pi },$其中：F是目标函数，N是电畴总数目，μ是样本均值，σ是均方差值，T(n)是样本各个电畴区域的调制强度，g(n)代表每个电畴区域的电畴方向，电畴方向为正则g(n)＝1，电畴方向为负则g(n)＝‑1；n代表电畴区域的序号；f_m代表微波频率；λ代表确定的入射光波长；步骤四、对非周期性光学超晶格结构进行室温电场极化，制作出实体结构，具体是指改变各个电畴的自发极化方向，使得负电畴的晶轴方向与正电畴的晶轴方向相反，具体为：根据得到的正负电畴的排列顺序，用光刻方法在步骤三得到的晶体的+Z面制作数目与负电畴数目相同的金属格栅，该金属格栅与外接高压电源的一极相连，每个金属格栅的宽度等于电畴区域宽度d；高压电源的另一极与一块接地的、表面抛光的金属板相连，该金属板直接与步骤三得到的晶片的‑Z面接触；高压电源产生高压脉冲施加于+Z面的金属格栅与‑Z面的金属板之间，在有电极的电畴区域，利用高压电场克服步骤三得到的晶体内部的矫顽场，使有电极的电畴区域中电畴的自发极化方向反转；在无电极的电畴区域中电畴的极化方向仍保持原来的方向，其中，+Z面与水平面垂直并面向Z轴正方向；步骤五、在步骤四所得的非周期性光学超晶格的+Z面上利用蒸镀的方式制备行波电极，并在行波电极的尾部串联一个高频电阻，于非周期性光学超晶格结构的晶体前设置一块偏振器从而得到工作在室温下，能够对多频率响应的电光调制器，其中：X轴、Y轴位于水平面，Z轴位于垂直面，+Z面是与水平面垂直并面向Z轴正方向；所述的行波电极长度为：$L_{etro}=\frac{2.8C}{\pi \Delta f|n_m-n_o|},$宽度为：$W_{etro}=\frac{7.48H}{\exp \left(\frac{Z_0\sqrt{{ϵ}_r+1.41}}{87}\right)}-t,$其中：L_etro是所设计行波电极长度，W是所设计行波电极宽度，H是铁电单畴晶体厚度，Z₀是特征阻抗，ε_r是铁电单畴晶体介电常数，t是行波电极厚度，C是电容，Δf是目标响应带宽，n_m是微波在铁电单畴晶体中的折射率，n_o是入射光在铁电单畴晶体中的折射率；所述铁电单畴晶体为不掺杂任何杂质的纯铌酸锂晶体，其尺寸大小：长度L为65mm，宽度W为10mm，厚度H为0.5mm。