A bias-independent inter-modulation method is proposed and demonstrated for measuring low-frequency modulation and bias half-wave voltages of Mach-Zehnder modulators (MZMs). The method consists of simultaneous sinusoidal modulation on the modulation and bias ports of the MZM under test. Sinusoidal-modulated sidebands heterodyne with each other and generate the desired inter-modulation products after photodetection, which allows extracting both the modulation depth and half-wave voltage for the modulation and bias ports of the MZM. Our method is independent of bias voltages of the MZM, which can be canceled out by carefully choosing the sinusoidal-modulation frequencies. Moreover, the proposed method enables the low swing voltage for measuring both the modulation depth and half-wave voltage of MZMs. Experiments indicate that the proposed method features the simple setup and high accuracy for low-frequency response measurement ranging from 1 Hz to 1 MHz.

低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。文章提出了一种半波电压低于1.5V的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，MZ)电光调制器，选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础，分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明，当调制臂长为3mm时，该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05V的低半波电压、0.319dB的低损耗和27dB的高消光比。同时，该调制器半波电压长度积为0.315V·cm，调制效率高，具有与CMOS技术兼容的半波电压，有利于大规模光电集成。

基于反射式电光相位调制原理与偏振器、法拉第旋光器结合, 提出了一种用于光纤环形干涉仪的非互易相位调制方案。其结构利用铌酸锂晶体不同切向电光特性, 构成环形干涉仪上顺逆两束可调相位干涉信号, 特别是引入信号能量损耗较小的全反射棱镜, 实现非互易相位调制, 有效降低了相位调制器半波电压。实验测得反射(调制两次)结构相位调制半波电压比透射(调制一次)下降一半, 并用于光纤环形干涉仪调试, 获得检测信号与调制信号相位线性相关, 为下一步原理样机的研制提供可行性参考。

硅-有机复合光子集成技术充分发挥了硅光的大规模集成优势和有机聚合物材料的高电光系数优势, 在高性能集成微波光子系统中极具应用潜力。本文对硅-有机复合集成电光调制器结构进行了较为全面地优化设计和初步制备研究。电光有机聚合物填充在硅Slot波导的狭缝中, 优化Slot波导结构得到光场限制因子为0.32, 使得光波场与射频电场高度重合, 提高了电光调制效率。采用锥型波导模式转换结构实现Strip-to-Slot的低损耗耦合, 耦合效率为99.55%。重点分析了电极长度、宽度等参数对调制器频率响应的影响, 优化得到3 dB带宽为77 GHz, 半波电压-长度积为0.045 V·cm。根据仿真结果设计了用于制备调制器的MASK。实验制备了Slot波导并进行了聚合物的填充实验研究, 获得了良好的结果。

提出了一种通过改变晶体切割方向, 调控和提高锗酸铋晶体半波电压的方法, 可以显著扩大光学电压传感器的测量范围。使用电光效应耦合波理论, 分析了半波电压对晶体切割方向的依赖关系。晶体切割方向决定了锗酸铋晶体的通光方向和电场方向。分析结果表明, 当晶体沿[-2-0.5, 2-0.5, 0]和[0.219, 0.219, 0.951] 方向切割时, 可使半波电压提高为标准切割方向的5倍; 当晶体沿[0.140, 0.275, 0.951]和[2-0.5, 2-0.5, 0]方向切割时, 半波电压可提高至12倍。讨论了光传播方向对半波电压的影响, 锗酸铋晶体采用标准切割方向, 光路角度偏移在±0.05π范围内时, 半波电压的变化量小于0.06%。该半波电压调控方法同样适用于其它电光晶体。

对降低铌酸锂(LN)电光调制器的半波电压进行了研究, 探索了利用反射结构实现低半波电压的原理。通过退火质子交换工艺在x切LN晶片上制作了反射结构的LN电光调制器。测试表明, 这种反射结构的LN电光调制器在保持器件长度不变的条件下可以降低半波电压。

建立了Y分支光学调制器半波电压与工作波长和温度的数学模型，其半波电压随工作波长增加而增加、随温度增加而减小。设计实现了一种基于4阶波调制Sagnac干涉仪的半波电压自动测试系统，实现了半波电压的在线连续测量，相对测量精度达到8.5×10-6。用可调激光器光源，改变工作波长和环境温度，分别进行了1310 nm和1550 nm波段Y分支光学调制器半波电压的实际测量，通过实验测试确定了半波电压与波长和温度的相关性。结果表明，半波电压在这两个测试波段内与波长和温度均呈线性关系，波长相关系数为正，分别约为3.61×10-3 V/nm和9.54×10-3 V/nm；温度相关系数为负，分别约为-1.76×10-3 V/℃和-2.00×10-3 V/℃。实验结果验证了理论模型的正确性。

半波电压是电光相位调制器的一个重要指标，针对现有半波电压测量方法存在的测量误差大、测量装置复杂等问题，提出了基于激光相控阵光束扫描原理的半波电压测量方法。通过理论分析，得到了远场主光束的偏移量和相位调制器半波电压的关系表达式。搭建了1×2全光纤激光相控阵光路，对铌酸锂波导相位调制器的半波电压进行了实验测量，改变相位调制器的加载电压，记录多幅远场光强分布图，通过求平均值减小测量误差，而且根据远场光强分布的变化得到了相位调制特性曲线。结果表明，该方法测量装置简单，不仅可以精确地测量半波电压，还可以对相位调制线性度进行分析，具有重要的工程应用价值。