專利名稱：帶光隔離器的集成磁光調(diào)制器及其制造方法和光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集用于光通信的光隔離器和利用磁光效應(yīng)來調(diào)制光的光調(diào)制器為一體的、具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，以及該調(diào)制器的制造方法和使用該調(diào)制器的光通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁光調(diào)制器(例如Pockels cell)已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)。特別是，利用LiNbO2晶體的光電效應(yīng)的波導(dǎo)光調(diào)制器是一典型的例子(參見Nishihara等人的光集成電路，第298-304頁，1985，Ohm-sha)。然而，用光電晶體的光調(diào)制器有一個(gè)缺點(diǎn)，就是遭受直流漂移(J-Appl.Phys，第76卷第3期，第1405-1408頁，1994)和光衰減，因此，很難長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，或者要花費(fèi)很多來避免其特性的惡化。
另一方面，雖然磁光調(diào)制器已被研究了很長時(shí)間(Appl.Phys.Lett.第21卷第8期，第394-396頁，1972)，但是由于其響應(yīng)速度比光電調(diào)制器慢，因此其發(fā)展不是很快。JP7-199137A公開的常見的應(yīng)用于光通信系統(tǒng)的磁光調(diào)制器的響應(yīng)不高于幾十Khz。
近年來，為了測量半導(dǎo)體電子電路基板中的電流，已經(jīng)研究了其中將DC偏置磁場應(yīng)用于磁光晶體的磁光調(diào)制器(Appl.Phys.Lett.第68卷第25期，第3546-3548頁，1996，和61st JJAP Transaction，lecture No.4p-Q-4，2000)。進(jìn)一步，光隔離器被用于磁光調(diào)制器(USPNO.6141140或JP3-144417A)。進(jìn)一步，光調(diào)制的功能和光隔離的功能都可以通過使用具有靜磁波的單個(gè)的磁光元件來實(shí)現(xiàn)(JP2001-272639A)。
然而，幾乎所有的常規(guī)光通信系統(tǒng)都利用了半導(dǎo)體激光器電流中的直接高速調(diào)制和利用電光效應(yīng)(Pockels效應(yīng))的波導(dǎo)光調(diào)制器。雖然半導(dǎo)體激光器的直接調(diào)制有一個(gè)好處，就是光通信系統(tǒng)不需要另外的調(diào)制器，和由此帶來的其結(jié)構(gòu)變得簡單，但是其調(diào)制頻率一般不高于幾GHZ。進(jìn)一步，當(dāng)半導(dǎo)體激光器由高頻信號驅(qū)動時(shí)，驅(qū)動電路變的非常貴而且光信號通過的光纖的傳輸距離受波長線性調(diào)頻(chirping)的限制。
另一方面，光電磁調(diào)制器，尤其是利用Pockels效應(yīng)的波導(dǎo)光調(diào)制器的優(yōu)點(diǎn)是適合激光或LED光的高速調(diào)制，并且沒有由半導(dǎo)體激光器的直接調(diào)制引起的波長變化或波長附加調(diào)頻。然而光電調(diào)制器有一個(gè)缺點(diǎn)，就是具有直流漂移和光衰減，為對這些不利采取對策而使制造成本增加。
進(jìn)一步，有一種磁光調(diào)制器，通過直接在半導(dǎo)體板或微帶線(micro strip line)上放置磁光晶體，或?qū)Υ殴饩w施加了DC偏置磁場，來監(jiān)控微帶線上的電流波形(Appl.Phys.Lett.第68卷第25期，第3546-3548頁，1996)。然而上面提到的電流監(jiān)控有一個(gè)缺點(diǎn)，就是由于在線路和調(diào)制信號發(fā)生器之間的阻抗不匹配引起振鈴故使電流波形失真，并且上面提到的電流監(jiān)控裝置(電流波形監(jiān)控器)不包括任何光纖，因此不適合用于光通信系統(tǒng)。
另一方面，還有另一種用來監(jiān)控微帶線上的電流波形的磁光調(diào)制器，其中在經(jīng)過一條短的例如短于大約1米的光纖之后，設(shè)置分析器(61st JJAPTransaction，lecture No.4p-Q-4，2000)。然而，通常通過長的光纖的線偏振變?yōu)殡S機(jī)的偏振。因此，即使使用分析器也不可能實(shí)現(xiàn)對通過長光纖的光傳播強(qiáng)度的調(diào)制。進(jìn)而，上面提到的另一種磁光調(diào)制器中，DC偏置磁場幾乎和高頻磁場平行。因此，上面提到的另一種磁光調(diào)制器具有一個(gè)缺點(diǎn)，即在用于得到單一磁疇的大的偏置磁場下磁光調(diào)制器是磁飽和的，而磁飽和大大降低或完全消除了已調(diào)信號。
此外，一個(gè)重要的問題就是光沿著光源方向反射，當(dāng)采用光隔離器作為光調(diào)制器時(shí)，那里光的傳播一定會受到光隔離器的阻擋，并且光的偏振隨外部磁場產(chǎn)生的磁光效應(yīng)(Faraday效應(yīng))而旋轉(zhuǎn)。這種情況下，光調(diào)制器根本就沒有實(shí)現(xiàn)光隔離器的任務(wù)。上面提到的問題將參考圖7A、7B和8具體描述。入射光從光源側(cè)通過偏光器202傳播如圖7A所示，并且只有和偏光器202的偏振平面相應(yīng)的光透過。然后，穿過偏光器202的光被輸入磁光元件204并且在通過其傳播期間偏振平面旋轉(zhuǎn)45°。由于分析器能夠傳輸?shù)钠衿矫婢褪潜黄馄?02旋轉(zhuǎn)了的偏振平面，所以分析器210完全能夠?qū)⒐廨斔偷较到y(tǒng)側(cè)。因此，如果正確地設(shè)定偏光器202和分析器210二者的偏振取向，則前向的入射光可以沒有損失地理想傳播。
另一方面，當(dāng)反方向的光從系統(tǒng)側(cè)引入時(shí)，分析器210以和分析器210的偏振取向相同的偏振平面?zhèn)鬏斣摴狻Ｈ缓?，?jīng)過分析器210傳輸后的光被輸入磁光元件204并且在通過磁光元件204傳播期間，偏振平面旋轉(zhuǎn)45°。偏振的旋轉(zhuǎn)方向總是相同，而不管光是向前或反向傳播。由于通過磁光元件204的透射光的偏振方向和偏光器202的偏振取向完全垂直，因此反射的反饋(feedback)光根本不能向著光源的方向返回。由于光能夠沿一個(gè)方向(前向)傳播，因此這種結(jié)構(gòu)可被稱為光二極管。然而，當(dāng)由于Faraday效應(yīng)在磁光元件204處的偏振的旋轉(zhuǎn)角度恰好為45°的時(shí)候，可完成上述過程。這意味著，如果其中的旋轉(zhuǎn)角度稍微偏離45°，則通過磁光元件204反射的反饋光的偏振就不與分析器210處的偏振平面完全垂直，并且反射反饋光向著光源方向稍許反射。在用光調(diào)制器作為光隔離器的一個(gè)特殊的情況下，由于磁光元件204必須執(zhí)行光調(diào)制的作用，所以磁光元件204處的Faraday旋轉(zhuǎn)角度需要偏離45°。角度偏差越大，就有越多的反射的反饋光向著光源方向反射。
圖8示出當(dāng)光隔離器用作光調(diào)制器時(shí)，調(diào)制深度和反射的反饋光的透射率之間的關(guān)系曲線圖。常見的光隔離器應(yīng)該具有這種功能，使得反方向的光的投射率可以是0.1％或者更少(根據(jù)使用情況，似是0.001％或更小)。然而，公知的是，即使調(diào)制深度成為如圖8所示的百分之幾，反射反饋光反射到光源大約也高達(dá)10％-20％，而且光隔離器根本不執(zhí)行光隔離的功能。到目前為止，還沒有認(rèn)識到當(dāng)光隔離器被用作光調(diào)制器時(shí)，光隔離器的功能象這樣明顯惡化。此外，光隔離器可以被金屬殼體覆蓋，并且稀土金屬磁體可用在光隔離器中。因此，還有一個(gè)問題，就是從當(dāng)光隔離器的外部施加高頻磁場時(shí)，受渦流影響，用于調(diào)制的高頻磁場不能有效地應(yīng)用于磁光元件。
還有一個(gè)問題是，當(dāng)使用靜磁波的磁光調(diào)制器和光隔離器由單個(gè)元件(JP2001-272639A)構(gòu)成時(shí)，由于靜磁波只能被窄頻率帶寬激發(fā)，因此不能實(shí)現(xiàn)寬帶通信，象光通信。同樣情況下，還有另一個(gè)問題，就是光隔離器不能有效阻擋反射的反饋光，而且當(dāng)光調(diào)制器中的調(diào)制深度變大時(shí)，就有更多的反射的反饋光向著光源方向反回。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上面所提到的問題。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其在寬頻范圍內(nèi)工作并實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制。
本發(fā)明提供一種具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其包括光隔離器單元，用來旋轉(zhuǎn)來自光源的入射光的偏振，傳輸具有已旋轉(zhuǎn)的偏振的光，和用于消除向著光源的反射的反饋光；磁光調(diào)制器單元用于調(diào)制來自光隔離器單元的光的強(qiáng)度，并將已調(diào)制的光傳輸出去；阻抗調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)電阻抗，以便有效地將用于光調(diào)制的高頻信號引入磁光調(diào)制器單元；和單個(gè)殼體用于容納光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元。
本發(fā)明還提供一種制造具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法，該磁光調(diào)制器由至少一個(gè)光隔離器單元和一個(gè)磁光調(diào)制器單元組成，方法包括步驟制造生長在非磁性石榴石基板上的稀土鐵石榴石晶體；形成幾乎和光傳播路徑的方向垂直的槽；和將用于旋轉(zhuǎn)光的偏振方向的光元件插入到槽中。
本發(fā)明還提供一種光通信系統(tǒng)，包括將光輸入到光隔離器的光源；用于驅(qū)動光源的光源驅(qū)動電路；光隔離器單元，用于旋轉(zhuǎn)來自光源的入射光的偏振和傳輸具有已旋轉(zhuǎn)的偏振的光，同時(shí)用于消除向著光源的反射的反饋光；磁光調(diào)制器單元，用于調(diào)制來自光隔離器單元的光的強(qiáng)度，并將已調(diào)制的光傳輸出去；磁光調(diào)制驅(qū)動電路，在磁光調(diào)制器單元上，用來處理用于光調(diào)制的高頻信號；阻抗調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)電阻抗，以便有效地將用于光調(diào)制的高頻信號引入磁光調(diào)制器單元；光纖，用于傳播從磁光調(diào)制器單元輸出的光；光檢測器，用于檢測通過光纖傳播的光；和信號處理電路，用于執(zhí)行信號解碼過程，以從光檢測器所接收的光的光信號中取出所需信息。


圖1是本發(fā)明具有光隔離器的整個(gè)集成磁光調(diào)制器的部分橫截面圖。
圖2是具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的第一實(shí)施例的包括光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元的主要部分的透視圖。
圖3是具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的第二實(shí)施例的包括光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元的主要部分的透視圖。
圖4A是用來描述制造在同一基板上包括光隔離器和磁光調(diào)制器的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法中第一步驟的示意圖。
圖4B是用來描述制造在同一基板上包括光隔離器和磁光調(diào)制器的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法中第二步驟的示意圖。
圖4C是用來描述制造在同一基板上包括光隔離器和磁光調(diào)制器的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法中第三步驟的示意圖。
圖4D是用來描述制造在同一基板上包括光隔離器和磁光調(diào)制器的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法中第四步驟的示意圖。
圖4E是用來描述制造包括在同一基板上包括光隔離器和磁光調(diào)制器的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法中第五步驟的示意圖。
圖5是表示光源、光隔離器單元、和磁光調(diào)制器容納在同一殼體中的透視圖。
圖6是表示本發(fā)明光通信系統(tǒng)的組成的透視圖。
圖7A是表示光從光源側(cè)向系統(tǒng)側(cè)傳播的透視圖(相關(guān)技術(shù))。
圖7B是表示光從系統(tǒng)側(cè)向光源側(cè)傳播的透視圖(相關(guān)技術(shù))。
圖8示出當(dāng)把光隔離器用作光調(diào)制器時(shí)，調(diào)制深度和反射的反饋光的透射率之間關(guān)系的曲線圖(相關(guān)技術(shù))。
具體實(shí)施例方式
下文，將參考附圖，描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，在一單個(gè)殼體中包括一個(gè)可高速調(diào)制的磁光調(diào)制器和一個(gè)光隔離器，或者把可高速調(diào)制的磁光調(diào)制器和光隔離器設(shè)置成面對面接觸的方式。
通過將偏置磁場應(yīng)用于磁光材料上并使它具有單一的鐵磁疇，磁光調(diào)制器可響應(yīng)于10GHZ-100GHZ或者更高的FMR(鐵磁諧振)的頻率等級，例如Appl.Phys.Lett.第68卷第25期，第3546-3548頁，1996所述的。另一方面，由于來自設(shè)置在光傳輸線路上的各種光元件如連接器，耦合器，和濾波器到光源的反射的反饋光，光源的劇烈波動一般會在高速調(diào)制的光通信系統(tǒng)中引起噪音。由于磁光調(diào)制器和光隔離器可以分別由類似的磁光元件制成，因此很容易將它們?nèi)菁{在一單一的殼體中。同樣由于這個(gè)原因，也很容易將磁光調(diào)制器單元和光隔離器單元設(shè)置成面對面接觸的方式。而且，用一個(gè)或兩個(gè)磁場發(fā)生器產(chǎn)生偏置磁場，可以把適當(dāng)強(qiáng)度的偏置磁場施加到光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元上。此外，當(dāng)使用沒有偏置磁場而具有多個(gè)磁疇的磁光元件時(shí)，由于磁疇的偏移會產(chǎn)生100MHZ-1000MHZ的低頻諧振，因此，如果不施加偏置磁場，磁光元件在就不能在高于諧振頻率的頻率上響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)光的高速調(diào)制。因此，必須把偏置磁場施加到磁光元件上。進(jìn)一步，下文將對本發(fā)明的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器作出描述。
(第一實(shí)施例)下文將參考圖1和2描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是本發(fā)明具有光隔離器的整個(gè)集成磁光調(diào)制器的部分橫截面圖。在圖1中，2是偏光器，4是磁光元件，6是偏光器和分析器，7是磁體，8是磁光元件，9是磁體，10是分析器，70是殼體。圖1示出具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的俯視截面圖。圖2是具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的第一實(shí)施例的包括光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元的主要部分的透視圖。在圖2中，2是偏光器，4是磁光元件，6是偏光器和分析器，8是磁光元件，10是分析器，128是阻抗調(diào)節(jié)器。
參見圖2，將描述具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的工作。光束Pin被偏光器2線偏振。入射光Pin被某些透鏡松聚焦，使得光束的直徑幾乎可以在一形成在磁光元件8的后部上的線圈12處被最小化。由于光隔離，只有光束Pin的線偏振分量被從偏光器2輸出到磁光元件4。磁光元件4可以由具有faraday效應(yīng)的任何鐵磁材料制成，如YIG(Y8Fe6O12)體晶體和Bi置換的石榴石厚膜。特別是，由于每單位長度具有更有效的Faraday效應(yīng)，故Bi置換的石榴石晶體可實(shí)現(xiàn)磁光元件4的較薄的晶體薄膜。
在光通過磁光元件4內(nèi)部傳播的期間，由于Faraday效應(yīng)，光束的偏振被旋轉(zhuǎn)一預(yù)定的角度。光的傳播距離和磁光元件4內(nèi)施加磁場的強(qiáng)度被調(diào)整，并且磁光元件4被設(shè)置成將光偏振旋轉(zhuǎn)一所需角度。從磁光元件4輸出的光被輸入到具有光隔離器的分析器和磁光調(diào)制器的偏光器功能的分析器和偏光器6。為了提高光隔離器單元的隔離率，可以設(shè)置成兩級的組(一個(gè)組由偏光器2、磁光元件4、和分析器和偏光器6組成)。根據(jù)偏置磁場的磁體，偏振光分配器可以用作分析器和偏光器6。此外，磁光元件8可以是能夠?qū)崿F(xiàn)較薄的晶體薄膜的Bi置換的石榴石晶體。
光束傳播通過磁光調(diào)制單元內(nèi)的分析器和偏光器6和磁光元件8、作為高頻磁場發(fā)生器的線圈12的中心部分、和分析器10，然后分析器10輸出被調(diào)制為所需的信號強(qiáng)度的輸出光Pout。
為了施加高頻磁場，線圈圖形(pattern)被設(shè)置在磁光元件8的表面。圖2中，把線圈12的線圈圖形示為矩形旋渦繞組圖形，但它也可以是通常的螺旋線圖形。圖2中線圈12僅設(shè)置在磁光元件8的一側(cè)上，但它也可以設(shè)置在兩側(cè)上。在采用兩側(cè)都設(shè)置線圈的情況下，可將應(yīng)用于磁光元件8上的高頻磁場強(qiáng)度增加到兩倍或更高。線圈12的最里面的直徑應(yīng)該盡可能小，并比傳輸光束的直徑稍大，以增加高頻磁場強(qiáng)度。線圈12最里面的直徑取決于通過磁光元件8的傳輸光的光束直徑(或者取決于所用的光系統(tǒng))。例如，當(dāng)該具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器應(yīng)用于通信中時(shí)，將其值設(shè)置在10到幾百微米的范圍內(nèi)是恰當(dāng)?shù)摹?br> 光隔離器單元中的偏置磁場Hdc1利用永磁以幾乎平行于光傳播的方向(圖2中差不多沿著Z軸的方向)來施加。另一方面，磁光調(diào)制器單元的偏置磁場Hdc2利用永磁體以差不多沿著和光的傳播方向垂直的方向(圖2中差不多沿著X軸的方向)來施加。圖2中，為使附圖更易理解，沒有示出產(chǎn)生偏置磁場的永磁體。
圖1給出了一單一的殼體容納有光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元。圖1中光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元以面對面接觸的方式設(shè)置，且它們被容納在一個(gè)殼體70中。圖1還示出了磁體7和9。磁體7是一偏置磁場發(fā)生器，用來在光隔離單元內(nèi)產(chǎn)生偏置磁場Hdc1，磁體9是一偏置磁場發(fā)生器，用來在磁光調(diào)制器單元內(nèi)產(chǎn)生偏置磁場Hdc2。偏置磁場發(fā)生器可以是電磁體或永磁體如SmCo和NdFeB。這里，偏置磁場利用永磁體7和9來施加。如果磁光元件8中Faraday的旋轉(zhuǎn)角度大約是0±90×n°(n是整數(shù))，任一組偏置磁場的施加方向和強(qiáng)度都是可以的。相對于最有效的角度，偏置磁場Hdc2可取向于角度在大約±30°的范圍內(nèi)。
阻抗調(diào)節(jié)器128設(shè)置在線圈12和磁光調(diào)制器的驅(qū)動電路之間，調(diào)節(jié)阻抗以便有效地將用于光調(diào)制的高頻信號從驅(qū)動電路引入線圈12中。采用第一實(shí)施例的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，光隔離器單元的隔離率可以是大約30dB(這個(gè)值相應(yīng)于反向反饋光透射率為0.1％)，調(diào)制頻率可以在從直流(DC)到大約3GHZ的范圍內(nèi)，并且不會觀察到向著光源或半導(dǎo)體激光器的反射的反饋光。
進(jìn)一步，在不施加偏置磁場的情況下不會產(chǎn)生100MHZ到幾百M(fèi)HZ的頻率諧振，并且調(diào)制頻率可以在直流(DC)到大約3GHZ的范圍內(nèi)。此外，第一實(shí)施例的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器包括光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元，它們以面對面接觸的方式設(shè)置，但是，如果它們?nèi)菁{在同一殼體中，則沒有必要把它們設(shè)置成面對面接觸的方式。
(第二實(shí)施例)接下來，參考圖3，描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖3是具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的第二實(shí)施例的包括光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元的主要部分的透視圖。在圖3中，2是偏光器，4是磁-光元件，6是偏光器和分析器，8是磁-光元件，10是分析器，13是帶狀線，129是終端負(fù)載(阻抗調(diào)節(jié)器)。
第一和第二實(shí)施例主要不同在于施加的偏置磁場的方向和用于施加高頻磁場的高頻場發(fā)生器。而且，這里為了縮短整個(gè)元件的光路長度(從入射光Pin的射入部分到輻射光Pout的射出部分的長度)，偏光器2、偏光器和分析器6、和分析器10采用薄玻璃偏光器。
圖3中，偏置磁場Hdc施加到光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元上。利用永磁體(圖3中沒有示出)作為偏置磁場發(fā)生器，偏置磁場Hdc沿著與光傳播方向成45°的方向(沿著圖3中Z-X平面上，從Z軸向X軸45°的方向)來施加。也就是說，在光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元中產(chǎn)生偏置磁場的偏置磁場發(fā)生器是一樣的。相對于Z-X平面、Z-Y平面或任一包括Z軸的平面上的光的傳播方向，偏置磁場Hdc的方向可以取向于角度在大約45°±30°的范圍內(nèi)。然而，光通過磁光元件4傳播的路徑長度應(yīng)該被設(shè)計(jì)成Faraday旋轉(zhuǎn)角度必須固定在45°。
高頻場也可以利用分布常數(shù)線(distributed constant line)作為高頻磁場發(fā)生器13來施加。分布常數(shù)線包括帶狀線(也包括微型帶狀磁線)和共面線，圖3中帶狀線13用作高頻磁場發(fā)生器。由帶狀線13產(chǎn)生的高頻磁場具有和帶狀線13的高頻電流的流動方向垂直的分量。因此，當(dāng)電流流入帶狀線13并施加高頻磁場時(shí)，磁光調(diào)制器單元中磁光元件8的磁化指向偏置磁場Hdc和高頻磁場HRF合成的方向(在這種情況下，發(fā)生磁化的旋轉(zhuǎn))。Faraday旋轉(zhuǎn)角度將取決于磁化方向而改變，并且相應(yīng)于高頻磁場的變動可獲得光強(qiáng)度的變動。此外，為了有效地傳輸來自磁光調(diào)制器單元中的驅(qū)動電路的高頻信號，高頻電流在帶狀線13的終端被用于阻抗匹配的終端負(fù)載(阻抗調(diào)節(jié)器129)所終結(jié)。因此，這種情況下，阻抗調(diào)節(jié)器129連接到帶狀線13，且由帶狀線13和終端負(fù)載129進(jìn)行阻抗調(diào)節(jié)。而且，為了有效調(diào)制磁光調(diào)制器單元中的光束，優(yōu)選的是使光束剛好在帶狀線13下方，細(xì)到幾十微米，并且盡可能接近于帶狀線13而通過。
采用第一實(shí)施例的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，隔離率可以是大約30bB(這個(gè)值相應(yīng)于反向反饋光透射率為0.1％)，調(diào)制頻率可以在從直流(DC)到大約10GHZ的范圍內(nèi)。此外，在把數(shù)字信號施加到磁光調(diào)制器單元上的情況下，調(diào)制速度可以在從直流到大約2.5Gbps或10Gbps的范圍內(nèi)。向著光源或半導(dǎo)體激光器方向反射的反饋光的噪音不能被觀察到，而且誤碼率不會增加。
(第三實(shí)施例)接下來，參考圖4A-4E，描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖4A-4E分別描述了在同一基板上包括光隔離器和磁光調(diào)制器的、具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器第一到第五步驟制造方法的示意圖。在圖4A中，20是非磁性石榴石基板；在圖4B中，5是生長磁光元件，20是非磁性石榴石基板；在圖4C中，4是形成帶狀線和小片磁-光元件，8是磁-光元件，20是非磁性石榴石基板，120是槽；在圖4D中，2是偏光器，6是偏光器和分析器，10是分析器；在圖4E中，2是偏光器，6是偏光器和分析器，10是分析器，13是帶狀線。
首先，如圖4A所示，準(zhǔn)備非磁性石榴石基板20。作為非磁性石榴石基板20，最好采用晶格常數(shù)和在該基板20上生長的磁光元件(石榴石晶體)的晶格常數(shù)類似的晶體。例如，可以采用GGG(Gd3Ga5O12)或Ca-Mg-Zr置換的GGG。
接著，如圖4B所示，以外延法在非磁性石榴石基板20上生長磁光元件。作為外延法，例如，可以采用生長率迅速的液相外延生長法。各種石榴石晶體5都可以用作磁光元件，但是，由于每單元長度的Faraday旋轉(zhuǎn)的角度變化較大，所以這里采用Bi置換的稀土鐵石榴石或(BiR)3(FeGa)5O12[R是稀土元素]。
接著，石榴石晶體被生長為具有所需厚度的薄膜。然后，如圖4C所示，通過采用高精度的旋轉(zhuǎn)刀鋸(通常稱作切割鋸)把石榴石晶體切割成作為元件所必需的尺寸。例如#400-#2000的金剛砂刀片可用作切割刀片，切割速率可以是0.1-5.0(毫米/秒)。在上述切割的同時(shí)形成槽。該槽用于插入分析器和偏光器6，并將石榴石晶體5分為磁光元件4的一部分和磁光元件8的一部分。原理上最好是偏光器2、偏光器和分析器6、和分析器10的光傳輸表面相對于光的傳輸方向基本上分別取向于角度為90°。但是，為了抑制光反射對這些表面的影響，也可以使它們相對于光的傳輸方向取向于角度在90°±10°的范圍內(nèi)。換句話說，槽120可以這樣形成，使得槽120的方向相對于光的傳輸方向取向于角度在90°±10°的范圍內(nèi)，磁光元件5可以研磨得使得磁光元件5的邊緣表面的方向相對于光的傳輸方向取向于角度在90°±10°的范圍內(nèi)。當(dāng)光傳輸表面相對于光的傳輸方向取向于角度在90°±10°的范圍內(nèi)的時(shí)候，可以說光的傳輸表面幾乎和光的傳播方向垂直。
接著，分析器和偏光器6被插入槽120中，偏光器2和分析器10分別被粘著固定在入射光Pin和射出光Pout傳輸?shù)奈恢?，如圖4D所示。
接著，高頻磁場發(fā)生器(帶狀線13)形成于設(shè)定的磁光元件8的表面，接地電極形成于基板背面的表面上，如圖4E所示。
根據(jù)上面的制造過程，只要將分析器和偏光器6插入槽120中，就能形成具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器。因此，邊緣的研磨和各種調(diào)節(jié)，如光軸的調(diào)節(jié)，可以顯著地簡化或不需要。雖然圖4D中只有分析器和偏光器6被插入槽120中，但是可以形成插入偏光器2和分析器10的槽，并可將它們插入每個(gè)槽中?？梢园凑丈厦娴淖龇ê唵蔚刂圃鞄в泄飧綦x器的集成磁光調(diào)制器，其光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元被設(shè)置在同一個(gè)基板上。
把偏置磁場施加到經(jīng)上述過程制造的元件上。偏置磁場的方向和第三實(shí)施例中描述的一樣。另外，從高頻信號源(圖中沒有示出)把高頻信號提供到高頻磁場發(fā)生器13。此外，終端負(fù)載設(shè)置在高頻磁場發(fā)生器13的對面端，而且高頻信號源、高頻磁場發(fā)生器13、和終端負(fù)載的所有阻抗都設(shè)為相同的值，例如50歐姆。圖4E中省略了終端負(fù)載。在上述結(jié)構(gòu)中，通過利用分布常數(shù)型的帶狀線作為高頻磁場發(fā)生器，就能夠通過擴(kuò)展到寬帶(從直流到10GHZ)對傳輸光進(jìn)行調(diào)制。這種情況下，上限頻率取決于高頻信號源或另一個(gè)信號處理裝置的頻率響應(yīng)。采用上述結(jié)構(gòu)的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，光隔離器單元的隔離率也可以是大約30bB(這個(gè)值相應(yīng)于反向反饋光透射率為0.1％)，而且不會觀察到向著光源或半導(dǎo)體激光器的反射的反饋光。
(第四實(shí)施例)接下來，參考圖5，描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖5是表示光源、光隔離器單元、和磁光調(diào)制器容納在同一殼體中的透視圖。在圖5中，2是偏光器，4是磁光元件，6是偏光器和分析器，8是磁光元件，10是分析器，50是光檢測器，52是半導(dǎo)體激光器，54是透鏡，56是透鏡，60是光纖，70是殼體。圖5中，半導(dǎo)體激光器用作光源52，來自光源52的光通過透鏡54、和具有光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器而傳輸。作為具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，例如，可以采用圖2和3所示的任一組成。調(diào)節(jié)透鏡54以便松聚焦該光，使得光束的直徑幾乎可在某一光點(diǎn)處被最小化，例如剛好在帶狀線的下面。設(shè)置透鏡56以便有效地耦合來自光纖60一端的磁光調(diào)制器單元的輸出光Pout。
光檢測器50檢測從半導(dǎo)體激光器52到正確光向的相對側(cè)漏出的光，并監(jiān)控半導(dǎo)體激光器52的光發(fā)射功率。由于所有上面提到的元件都被膠合、焊接和熔接固定在同一殼體70中，所以具有單一殼體70的裝置可靠地具有良好的工作。為了使附圖更易理解，圖5中沒有示出用于施加偏置磁場的磁體和阻抗調(diào)節(jié)器。利用上面提到的具有單一殼體70的裝置檢測了光的傳輸，調(diào)制頻率可以在從DC到10GHZ的范圍內(nèi)。此外，在把數(shù)字信號施加到磁光調(diào)制器單元上的情況下，調(diào)制速度可以在從直流到大約2.5Gbps或10Gbps的范圍內(nèi)。向著光源或半導(dǎo)體激光器方向反射的反饋光的噪音不能被察覺到，而且誤碼率不會增加。
當(dāng)除了光源以外、還有光源52和磁光調(diào)制器單元的驅(qū)動電路、光隔離器單元、和磁光調(diào)制器單元都被容納在同一殼體70中時(shí)，也可以得到十分類似于上面提到的性能。這種情況下，由于包括驅(qū)動電路的所有元件都被容納于同一殼體70中，所以還有容易屏蔽非所需輻射等優(yōu)點(diǎn)。殼體70也可以容納半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電路或者磁光調(diào)制器的驅(qū)動電路。殼體70也可以容納用于調(diào)節(jié)磁光調(diào)制器單元的驅(qū)動電路的阻抗的阻抗調(diào)節(jié)器。
(第五實(shí)施例)接下來，參考圖6，描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。圖6是表示本發(fā)明光通信系統(tǒng)的組成的透視圖。在圖6中，104是光源，106是透鏡，108是透鏡，110是光纖，112是透鏡，114是光檢測器，122是光源驅(qū)動電路，124是磁光調(diào)制器驅(qū)動電路，126是信號處理電路，130是具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器。受控于光源104的驅(qū)動電路122，光源104用來發(fā)射強(qiáng)度適當(dāng)?shù)墓?。來自光?04的發(fā)射光通過透鏡106變成松聚焦的光束或平行光束，該光束被射入具有光隔離器130的集成磁光調(diào)制器。另一方面，調(diào)制信號由磁光調(diào)制器的驅(qū)動電路124提供給具有光隔離器130的集成磁光調(diào)制器。光在具有光隔離器130的集成磁光調(diào)制器的磁光調(diào)制器單元中，按照這個(gè)調(diào)制信號被調(diào)制。把光調(diào)制到在通過具有光隔離器130的集成磁光調(diào)制器傳播期間內(nèi)所需的強(qiáng)度。已調(diào)光從具有光隔離器130的集成磁光調(diào)制器輸出，輸出的光由透鏡108聚焦使得光束在光纖110的一端被耦合。
然后，光通過光纖110傳播。從光纖110的另一端輸出的光經(jīng)透鏡112傳輸，被光檢測器114檢測。光檢測器114將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將電信號提供給信號處理電路126。信號處理電路126執(zhí)行信號解碼處理等，并取出所需的信息。因?yàn)榫哂泄飧綦x器的集成磁光調(diào)制器，例如，可以采用圖3和4示出的任一組成。因此，具有光隔離器130的集成磁光調(diào)制器具有高速響應(yīng)的能力。由于它在光源和磁光調(diào)制器單元之間設(shè)有光隔離器單元，所以不會觀察到向著光源方向的反射的反饋光噪音，而且頻率高于10GHZ的信號通過光纖110，可傳輸幾十(tens)公里或更遠(yuǎn)的距離。
此外，例如，來自天線的電信號或其放大信號可以用作高頻信號，高頻磁場發(fā)生器利用該高頻信號產(chǎn)生高頻磁場。例如，可以實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)，它具有這樣的能力借助天線接收移動通信系統(tǒng)的無線電信號、按照接收到的信號調(diào)制和產(chǎn)生光、并且通過光纖將該信號傳輸?shù)骄帧Ｔ谶@種情況下，雖然本發(fā)明的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器可以在戶外，但不會有如DC漂移這樣的缺點(diǎn)，并且即使在溫度變化很大的戶外也可穩(wěn)定地工作。
權(quán)利要求
1.一種具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，包括光隔離器單元，用來旋轉(zhuǎn)來自光源的入射光的偏振，以傳輸具有已旋轉(zhuǎn)的偏振的光，和用于消除向著光源的反射的反饋光；磁光調(diào)制器單元，用于調(diào)制來自光隔離器單元的光的強(qiáng)度，并將已調(diào)制的光傳輸出去；阻抗調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)電阻抗，以便有效地將用于光調(diào)制的高頻信號引入磁光調(diào)制器單元；和單個(gè)殼體，用于容納光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中磁光調(diào)制器單元的調(diào)制頻率等于或者高于100MHZ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中磁光調(diào)制器單元的調(diào)制速度等于或者高于2.5Gbps。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中光隔離器單元的分析器和磁光調(diào)制器單元的偏光器包括同一光元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中施加到磁光調(diào)制器單元中的磁光元件上的偏置磁場的方向相對于光的傳播方向在90°±30°的范圍內(nèi)，和其中施加到磁光調(diào)制器單元中的磁光元件上的高頻磁場的方向相對于光的傳播方向在0°±30°的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中施加到磁光調(diào)制器單元中的磁光元件上的偏置磁場的方向相對于光的傳播方向在45°±30°的范圍內(nèi)，和其中施加到磁光調(diào)制器單元中的磁光元件上的高頻磁場的方向相對于光的傳播方向在90°±30°的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中產(chǎn)生高頻磁場的高頻磁場發(fā)生器是分布常數(shù)線。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中將偏置磁場施加到磁光調(diào)制器單元中的磁光元件上，使得當(dāng)光通過磁光調(diào)制器單元時(shí)，由于Faraday效應(yīng)，光的偏振可以被旋轉(zhuǎn){(0±90)×n}°(n是整數(shù))。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中將偏置磁場應(yīng)用于磁光調(diào)制器單元中的磁光元件上的偏置磁場發(fā)生器，和將偏置磁場應(yīng)用于光隔離器單元中的磁光元件上的偏置磁場發(fā)生器包括同一磁場發(fā)生器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中磁光調(diào)制器單元中的磁光元件和光隔離器單元中的磁光元件設(shè)置在同一基板上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中磁光元件是Bi置換的稀土鐵石榴石制成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中從光隔離器單元輸出光的偏振平面和輸入到磁光調(diào)制器單元的光的偏振平面是一致的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中光隔離器單元包括兩級隔離器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中該單個(gè)殼體容納光源。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中光源是半導(dǎo)體激光器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器，其中至少有光源和磁光調(diào)制器單元的驅(qū)動電路中的一個(gè)容納在該單個(gè)殼體中。
17.一種制造具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法，該集成磁光調(diào)制器由至少一個(gè)光隔離器單元和一個(gè)磁光調(diào)制器單元組成，包括步驟制造生長在非磁性石榴石基板上的稀土鐵石榴石晶體；形成幾乎和光的傳播路徑的方向垂直的槽；以及將用于旋轉(zhuǎn)光的偏振方向的光元件插入到槽中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的制造具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法，其中形成槽的時(shí)候使用旋轉(zhuǎn)刀鋸；
19.根據(jù)權(quán)利要求17的制造具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法，其中稀土鐵石榴石是Bi置換的稀土鐵石榴石。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的制造具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器的方法，其中利用外延法生長稀土鐵石榴石晶體。
21.一種光通信系統(tǒng)包括用于將光輸入到光隔離器的光源；用于驅(qū)動光源的光源驅(qū)動電路；光隔離器單元，用來旋轉(zhuǎn)來自光源的入射光的偏振和傳輸具有已旋轉(zhuǎn)的偏振的光，同時(shí)用于消除向著光源的反射的反饋光；磁光調(diào)制器單元，用于調(diào)制來自光隔離器單元的光的強(qiáng)度，并將已調(diào)制的光傳輸出去；磁光調(diào)制驅(qū)動電路，用于在磁光調(diào)制器單元上處理用于光調(diào)制的高頻信號；阻抗調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)電阻抗，以便有效地將用于光調(diào)制的高頻信號引入磁光調(diào)制器單元；光纖，用于傳播從磁光調(diào)制器單元輸出的光；光檢測器，用于檢測通過光纖傳播的光；和信號處理電路，用于執(zhí)行信號解碼過程，以便從光檢測器所接收的光的光信號中取出所需信息。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的光通信系統(tǒng)，其中光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元容納在單個(gè)殼體中。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的光通信系統(tǒng)，其中光源容納在所述殼體中。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的光通信系統(tǒng)，進(jìn)一步包括接收無線電信號并將信號提供給磁光調(diào)制驅(qū)動電路的天線，并且其中磁光調(diào)制器單元根據(jù)由磁光調(diào)制驅(qū)動電路處理的信號對光進(jìn)行調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明的具有光隔離器的集成磁光調(diào)制器包括光隔離器單元、磁光調(diào)制器單元、阻抗調(diào)節(jié)器。光隔離器單元旋轉(zhuǎn)來自光源的入射光的偏振，傳輸具有已旋轉(zhuǎn)的偏振的光并消除向著光源的反射的反饋光。磁光調(diào)制器單元調(diào)制來自光隔離器單元的光的強(qiáng)度，并將已調(diào)光傳輸出去。阻抗調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)磁光調(diào)制器單元的電阻抗，以便有效地將用來光調(diào)制的高頻信號引入磁光調(diào)制器單元。進(jìn)一步，光隔離器單元和磁光調(diào)制器單元容納在一單個(gè)殼體中。
文檔編號G02F1/01GK1484392SQ0314293
公開日2004年3月24日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者峰本尚 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社