第 38 卷 第 5 期 电 子 科 技 大 学 学 报 Vol.38 No.5
2009年9月 Journal of University of Electronic Science and Technology of China Sep. 2009
铌酸锂电光长周期波导光栅
郑建成，金 伟，刘 晴
(香港城市大学电子工程学系 香港)
【摘要】该文对用铌酸锂制作电光长周期波导光栅的研究进展进行了综述。讨论了用铌酸锂制作长周期光栅的难点，介
绍了解决此难点所用的特殊铌酸锂波导的制作原理和方法，再重点论述了对铌酸锂电光长周期波导光栅的研究，包括包层模
阶数、铌酸锂波导的结构参数对光栅性能的影响以及光栅的谐振波长的温度灵敏度。研究表明铌酸锂长周期波导光栅的强度
和谐振波长可分别由电压和温度调控，使该器件能进一步开发成为新型高速动态光滤波器或调制器。目前在最佳样品中实现
25 dB光栅强度调控所需的驱动电压不超过49 V，其谐振波长的温度灵敏度为1.0 nm/C。
关 键 词 电光效应; 铌酸锂; 长周期光栅; 光波导; 光波导光栅; 光滤波器
中图分类号 O43 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2009.05.008
Electro-Optic Long-Period Gratings on Lithium Niobate Waveguides
CHIANG Kin Seng, JIN Wei, and LIU Qing
(Department of Electronic Engineering, City University of Hong Kong Hong Kong)
Abstract This paper reviews the development of electro-optic (EO) long-period waveguide gratings (LPWG)
on lithium niobate (LiNbO
3
). We first discuss the main difficulty of fabricating LPWGs on LiNbO
3
and explain the
principle and the method of forming a special LiNbO
3
waveguide structure to overcome this difficulty. We then
highlight the main findings from the study of EO LPWGs on LiNbO
3
, including the effects of using different
cladding modes and waveguide parameters on the grating performance and the temperature sensitivity of the
resonance wavelength. EO LPWG on LiNbO
3
allows the grating strength and the resonance wavelength to be
controlled effectively by the driving voltage and the temperature, respectively, and has the potential to be further
developed into new dynamic optical filters and intensity modulators for high-speed applications. Our best sample
demonstrated so far shows a grating strength of 25 dB at a driving voltage of 49 V and a thermally tunable
resonance wavelength with a sensitivity of 1.0 nm/C.
Key words electro-optic effect; LiNbO
3
; long-period grating; optical waveguide; optical waveguide
grating; optical filter
收稿日期：
2009 06 23
基金项目：香港特别行政区研究基金委员会项目(CityU 111907)
作者简介：郑建成(1957 )，男，博士，电子科技大学长江学者讲座教授，主要从事光纤、光波导技术方面的研究.
光栅是一种基本的选择波长的光学元件，用光
纤或光波导制作的光栅在光通信和光传感领域有广
泛的应用。光栅可以分为周期小于1 μm的布拉格光
栅和周期长达100 μm量级的长周期光栅
[1]
。布拉格
光栅能够将特定波长(布拉格波长)的光反射，是窄带
滤波器；而长周期光栅却能够将特定波长(谐振波长)
的光从光纤或光波导的芯层耦合到包层，使输出的
光谱出现抑制带，实现宽带的带阻功能。用光纤制
作长周期光栅特别容易，而且长周期光纤光栅具有
低损耗、低反射和连接方便等优点，因此，以长周
期光纤光栅为基础的器件发展很快，现已广泛用作
光滤波器、增益均衡器和光传感器等
[2-3]
。可是，长
周期光纤光栅器件由于受光纤的材料和结构限制，
功能比较局限，难以实现温度调制、电调制等有源
控制。为了突破这些局限，用波导代替光纤制作长
周期光栅是一种理想的解决办法
[4]
。
经过多年的发展，长周期波导光栅已经在聚合
物、玻璃、半导体等多种材料制作的各种结构的光
波导上实现
[5-11]
。长周期波导光栅可以利用材料选择
和结构设计上的灵活性，制成各种利用热光效应的
温度控制器件，如光滤波器
[5-7]
、光耦合器
[8]
及动态
光衰减器等
[9-10]
。这些器件具有可调范围大、灵敏度
高等优点，但调控速度缓慢。为了开发高速调控的
长周期波导光栅器件，必须利用高速效应，如电光
效应。铌酸锂(LiNbO
3
)是目前最成熟的电光材料
[12]
。
如果能用铌酸锂制作出电光长周期波导光栅，便有
望开发新一代的长周期光栅器件，促进高速光信号
处理的发展。
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