浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
为了在使用相位电光调制器前能够快速准确地确定其半波电压，提出了一种基于频域互相关的干涉条纹相位差计算方法用于相位电光调制器的标定。该方法将条纹图像通过傅里叶变换转换成频谱图并对其进行滤波，将提取出的正负一级次频谱信息进行互相关操作，得到两张条纹图之间的相位差。为了验证所提方法在相位电光调制器标定中的作用，搭建实验系统，使得一路经过电光调制器的光与另一路光进行干涉后形成条纹像，改变电光调制器上施加的电压并用相机记录相位不同的干涉条纹，从而获得干涉条纹组，进而运用所提方法获得相位-电压对应关系。与轮廓法相比，所提方法快速且精度高。与迈克耳孙干涉法相比，该方法不需要重新搭建光路，操作迅速且能够达到相当的精度。
傅里叶光学 信号处理 频谱分析 相共轭 互相关 电光调制器 光学学报
2023, 43(23): 2307001
1 大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
2 中国科学院理化技术研究所，北京 100190
3 中国科学院微电子研究所，北京 100029
对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究，构建调制器的波导电极结构模型，分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化，完成调制器芯片的设计与制备，研究电光聚合物材料的片上极化工艺，得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S（Scatter）参数进行测试，分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。
集成光学 电光调制器 硅-有机复合集成 行波电极 3 dB带宽 光学学报
2023, 43(23): 2313002
天津工业大学 电子与信息工程学院， 天津 300000
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。
铌酸锂 马赫-曾德尔电光调制器 多模干涉耦合器 低半波电压 lithium niobate Mach-Zehnder electro-optic modulators multimode interference couplers low half-wave voltage
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 200120
激光稳频是影响原子喷泉系统性能的关键技术。提出了一种应用于原子喷泉系统的激光稳频优化方案。该方案将激光冷却过程中采用的移频方法应用到稳频系统中，通过光纤电光调制的方法产生边带，并将频率锁定在边带的饱和吸收峰上。同时应用大光斑饱和吸收模块，改善饱和吸收信号和误差信号的信噪比。利用原子喷泉系统主光路的探测光，通过1.035 GHz的移频，实现从饱和吸收峰到饱和吸收峰的转移锁定，并在喷泉系统中观测到冷原子云信号。锁定后的信号可实现较长时间的稳定工作。该方案通过控制电光调制频率，还有望实现激光冷却实验范围内的任意频率锁定，具有重要的应用价值。
原子喷泉 电光调制 移频 饱和吸收 稳定度 光学学报
2023, 43(19): 1914002
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
随着光通信产业和光互联技术的高速发展，具有高调制速率且易集成的小尺寸电光调制器件研究越来越重要。提出了一种以硅绝缘体（SOI）材料为基底的光子晶体纳米梁腔（PCNC）反射壁下载型电光调制器。信号光经过主线波导后首先被锥形波导耦合进一维光子晶体纳米梁腔中，然后进入下载波导并输出。优化主线波导与下载波导中反射圆孔的位置与个数，可以提高器件的整体透射率。纳米梁腔采用圆孔形渐变孔径，使得光束更好地被束缚在腔内。同时，在纳米梁腔两侧引入掺杂以形成PN结，施加较低偏压以改变纳米梁腔的谐振波长，从而实现工作波长光信号的“通”“断”调制。运用三维时域有限差分（3D‐FDTD）法对调制器的光学特性和电学性能进行仿真分析。结果表明，该电光调制器可以实现波长为1550.01 nm的光信号调制，调制电压仅为1.2 V，插入损耗为0.2 dB，消光比为24 dB，面积仅为54 μm2，调制速率为8.7 GHz，调制带宽为122 GHz，调制速率下的能耗仅为4.17 pJ/bit。所提出的电光调制器结构紧凑，性能优异，有望应用于高速大容量光通信系统和集成硅光子技术等领域。
光通信 载流子色散效应 时域有限差分法 光子晶体纳米梁腔 硅基波导 电光调制器 中国激光
2023, 50(19): 1901005
南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室，人工微结构科学与技术协同中心，江苏 南京 210093
高速率、低功耗的小型化电光调制器是现代电通信网络和微波光子系统的关键组成部分。基于人工表面等离激元的慢光效应，设计了一种利用金属光子晶体电极的马赫-曾德尔干涉仪电光调制器。通过在薄膜铌酸锂光子芯片上调控微波色散与群速度，实现了微波与光波之间更强的相互耦合作用。对电光重叠积分因子的分析表明，这种结构相较条形电极结构可以通过更短的传播长度得到相同的相移，实现高效的调制过程。同时，所提慢光效应结构也可以应用于其他集成化的电光器件。
光学器件 电光调制器 人工表面等离激元 慢光效应 薄膜铌酸锂 光学学报
2023, 43(19): 1923001
功率是微波信号的基本参数之一。传统的功率测量方法受限于同轴电缆传输损耗大、体积大等因素, 难以适应分布式长距离组网应用。文章提出基于电光转换的微波功率测量方法, 将微波功率测量转换为对光边带抑制比的测量。分别分析了采用相位调制和强度调制的电光转换方法时, 微波功率与光边带抑制比之间的映射关系。实测对比了测量值与理论计算值之间的符合性。该方法经过电光转换后, 可以采用光纤传输信号, 进行长距离远拉测试, 在分布式长距离组网中具有较好的应用前景。
微波功率测量 电光调制 微波光子技术 microwave power measurement electro-optic modulation microwave photonics
BaTiO3凭借其较高的电光系数、优良的压电性质和非线性光学性质, 成为制备高性能电光调制器的关键材料。其制备方法、实验条件和衬底的选择等决定了薄膜的质量、生长取向和电光系数等, 进而影响电光调制器的传播损耗、半波电压、消光比等性能。本文从电光调制器的工作原理出发, 围绕BaTiO3薄膜的制备方法、实验条件和薄膜衬底等, 探讨了成膜的取向和质量的影响因素, 分析了各个BaTiO3薄膜制备方法的优缺点, 论述了波导的结构及参数, 并展望了未来优化BaTiO3薄膜制备和波导制作工艺的方向。
BaTiO3薄膜 电光调制器 波导 电光系数 化学气相沉积法 分子束外延法 BaTiO3 thin film electro-optic modulator waveguide electro-optic coefficient chemical vapor deposition method molecular beam epitaxy method
