文档介绍：范志诚:电光调制器的优化设计与分析· 1·

电光调制器的优化设计与分析

(工程技术学院,光子信息工程系,电子科学与技术专业范志诚)
(学号:2000301024)

内容提要:采用有限元法,准静态分析法和增量电感公式对一种新型电极结构的电光调
制器进行了理论分析和设计。计算中对损耗系数进行了修正。计算结果表明这种结构可以灵
活地实现相速匹配和有效降低电极损耗,是一种具有超宽带潜力的调制器。用带宽和驱动功
率的比值作为衡量调制器特性优劣的标准,得到了这种电极结构的一些优化尺寸。利用优化
结果,可以灵活地优化设计调制器,并给出了一系列优化设计例子。
关键词:LiNbO3 电光调制器,行波电极,脊波导,调制器设计
教师点评: 该论文选题较好,通过较深入分析,在已有工作的基础上,提出了一种新
型结构宽带电光调制器,论文层次分明,优化计算与分析较深入,有个人见地。提出的新型
结构与优化设计结果对电光调制器研制具有实际意义。(点评教师:高致慧,教授)

引言
从长距离高速光纤通信系统到微波测量仪器,LiNbO3 行波电光调制器都获得了广泛
的应用。这类调制器具有小的波长啁啾,在未来的高速宽带光通信系统中具有重要的应用前
景。
调制器的设计应考虑四个方面[1]:微波和光波的相位匹配,低微波电极损耗,低半波电
压和与驱动源特性阻抗匹配。
限制行波型电光调制器带宽的主要因素是相速匹配和电极损耗。对于前者目前已有了各
种各样的解决方案。要有效扩展带宽,必须在相速匹配的情况下进一步减小电极的损耗。采
用 Z 切对称共面波导型幅度调制器[2],中心电极为 T 型结构[3],并采用脊波导结构[4],能在
相速匹配的条件下有效地增大电极上表明电流流过的截面积,减小电极的导体损耗,因而是
一种在超宽带调制方面较有前途的结构。
计算模型及分析
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图 1 电光调制器设计模型电极结构横截面示意图
the cross-sectional configuration of the electrode structure
将 T 型电极和脊波导结合,设计模型如上图(图 1)。图中,电极材料为金属 Au,缓冲
层为二氧化硅 SiO2 ,脊波导为聚四***乙烯(简写为 Teflon),衬底为铌酸锂 LiNbO3。电极
分为上下两部分,Wu 为中心电极上电极宽度,WL 为中心电极下电极宽度,Gu 为上电极间
隙,GL 为下电极间隙,△G 为侧电极上下电极宽度差,Tu 为上电极厚度,TL 为下电极厚
度,Tb 为 SiO2 缓冲层厚度, Th 为 Teflon 脊波导厚度。
中心电极下电极宽度 WL 和下电极厚度 TL 沿用传统共面波导的尺寸:WL=10um,TL
=10um。T 型脊波导结构电光调制器的特性归根到底由五个尺寸参数所决定:即 Tu,Wu,
GL,Tb 和 Th。本文要分析的就是这些参数变化对器件特性的影响。
计算结果与数据优化
△G 对器件微波特性参数的影响
80
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50
50
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