NIR-MX-LN及NIR-MXP-LN系列介紹

北京波威科技有限公司代理的法國iXblue公司的NIR-MX-LN和NIR-MPX-LN是超寬帶的振幅和相位電光調制器，能夠傳輸波長從980到1150nm的光學信號, 帶寬高達20GHz。這系列調制器的芯片會被特別篩選，已保證單模傳輸特性。這款調制器可以使用在許多激光應用領域中：

iXblue調制器是在近紅外波段的最佳選擇，波長覆蓋可從780-1150nm。 我們這里將介紹制造NIR-MX-LN和NIR-MPX-LN調制器的加工工藝及其效果的影響。

調制器外界因素的干擾

基于鈮酸鋰基底的調制器的性能取決于很多外部參數，例如光功率，溫度和電加載過程。這些影響產生的結果分別稱為光折變效應(Photo-refractive)，熱釋電效應(Pyroelectric)，熱膨脹和應力效應等。那么我們該如何做，才能降低上述不希望出現的效應呢？

光波導結構的選擇，鈮酸鋰調制器的基底切向：

對于鈮酸鋰調制器，通?？梢圆扇煞N切向的基底。Z切向（電場施加方向），這種調制器通常表征為較低的插入損耗和半波電壓V?，它的電-光轉化的有效性更高。然而，熱釋電效果很強，導致調制器漂移（調制器傳輸曲線不穩定），而且一些Z切向的調制器當測試環境變化時（例如溫度）非常難以控制。X切向（光波導相對電波導結構對稱）提供略微低于Z切向的電光轉換效率(稍高的Vpi和插入損耗)。然而，X切向的調制器穩定性更好，漂移被很大的限制，熱釋電效應非常弱。也就是說，X切向允許得到比Z切向更穩定的性能。

絕大多數iXblue調制器是基于X切向，即使在產品參數手冊上，我們的光學或電光參數看起來不如Z切向的好，但是可以保證調制器長時間的穩定工作，插入損耗穩定，減少傳輸曲線漂移。

Figure 1a : Z切向結構

Figure 1b : X切向結構

光波導加工工藝的選擇，光折變效應：

很多的研究已經證明了光折變的影響，其中制造工藝是影響光折變效應的最大因素，兩種技術目前被應用：鈦擴散(Ti in-Diffusion)和退火質子交換(Annealed Proton Exchange)，這兩種工藝是為了在鈮酸鋰基底上增加波導的折射率。

鈦擴散技術最被廣泛使用，主要是光通訊領域（O,C,L波段）。事實上，這是一種比較容易實現的加工技術，它在加工過程中可以容易實現較低的光損耗。然而，這種工藝對于短波長（小于1310nm）展現出更多光折變的影響。光波導的折射率隨激光功率變化，表征為調制器傳輸曲線的漂移，消光比的變差和損耗的增加。同時，光折變效應隨時間變化，這導致標稱的參數不再穩定。

退火質子交換工藝相比鈦擴散更難以實現。然后，這是為了實現調制器在近紅外波段工作的最佳技術。如下圖，退火質子交換工藝的激光閾值要遠遠高于鈦擴散工藝制造出的調制器。當入射激光功率較高時，光折變效應出現時，波導的折射率隨時間變化，這將導致調制器不穩定，消光比的變差和光學損耗的增加。

Figure 2 : 插入損耗和消光比的對比，使用兩個結構相同的調制器，但是不同的制造工藝。鈦擴散調制器參數隨時間抖動。左：退火質子交換。右：鈦擴散

再一次聲明，即使在某些廠商的參數手冊上，鈦擴散工藝制造出的調制器在近紅外波段優于退火質子交換工藝，但是鈦擴散工藝的光折變效應會在低激光功率時更早的介入，器件的性能將不再受控。所有iXblue近紅外波段的調制器使用退火質子交換工藝，減小光折變的影響，提供更穩定的性能。

所有iXblue近紅外調制器都是基于退火質子交換工藝，可以保證調制器長時間的穩定工作。

鈮酸鋰基底的選擇，光折變效應

通過摻雜不同材料的鈮酸鋰基底，光折變效應還可以進一步減小，例如摻雜氧化鎂的鈮酸鋰基底(MgO-LiNbO3)，摻雜的介質允許在自由載流子的復合過程中限制一些不利因素。退火質子交換工藝，加上MgO-LiNbO3能夠提高調制器的激光閾值，降低光折變的影響，這對短波長和高入射功率時尤其重要。

Figure 3 : 使用退火質子交換工藝的NIR-MX800-LN調制器插入損耗隨時間的穩定性變化

電光效應， 帶寬：

iXblue是光通訊行業超寬帶調制器的主要供應商之一，波長通常在O,C和L波段。通過高頻電極的特別設計，iXblue開發了在近紅外波段1000nm (或NIR-MX800, 780 nm, 850 nm, 930 nm)高達20GHz (或NIR-MX800, 40GHz)的超寬帶調制器，這種調制器可用來產生上升沿為皮秒數量級的超短脈沖。 另一方面，這種調制器的阻抗接近50歐姆，降低電子信號的回損，提高電光轉換的有效性。

Figure 4a : NIR-MX800-LN-20的S參數

Figure 4b : NIR-MX800-LN-20產生的光學脈沖

消光比：

使用退火質子交換技術制造的光波導在近紅外波段還有其他的好處：

? 如前面所說，降低光折變影響

? 能夠實現偏振片功能，濾掉雜散偏振態，提高消光比

iXblue生產最優的芯片，提供消光比大于30dB的調制器

Figure 5a : 傳輸函數的實測結果，消光比>30 dB

Figure 5b : NIR-MX800和偏壓控制一起使用，消光比隨時間的變化