定向耦合优化的低伏高效X-cut LN电光调制器设计

本文主要探讨了低驱动、高调制性能的X-Cut铌酸锂（LN）电光调制器的优化设计。传统的电光调制器常常依赖于复杂的Y形分支结构，但本文创新性地采用了定向耦合器来替代，这使得新型调制器在保持高性能的同时，降低了驱动电压的要求。通过应用有限元方法，研究人员深入剖析了定向耦合器的工作原理及其关键参数的影响因素，如能量在两波导之间的传输模式，即能量呈现出正弦和余弦函数分布，且耦合长度与波导间距的关系得到了精确计算。 实验结果显示，在调制臂长为3厘米，工作光波长为1550纳米的条件下，单臂调制可实现半波电压Vπ值仅为2.22伏特，调制参数S21达到了-51.13分贝，显示出高效的电光调制性能。对调制臂的截面分析提供了详细的电场Ex分量、电位移矢量Dx分量以及光模分布信息，通过计算得出重叠积分因子为0.486，这直接影响了电光效应的强度和效率。 文章进一步指出，引入脊形波导结构对于电光重叠积分因子有显著提升。当脊高为1微米时，重叠积分因子增加至0.714，相比于平板波导，其电光重叠积分因子提高了约46.91%，这意味着更高的能量转换效率。这种优化设计对于降低能耗、提高调制器的响应速度和稳定性具有重要意义，为集成光学领域的电光调制器设计提供了新的思路和技术路线。 该研究通过定向耦合器和脊形波导结构的巧妙应用，成功实现了低驱动电压和高调制参数的X-Cut铌酸锂电光调制器，对于推动微纳光学器件的高效集成以及光电子技术的发展具有重要的理论价值和实际应用潜力。