在光通信系统中，光滤波器用在终端设备，即，转发器或中继 器，为的是把波分多路复用设备中传送的信号光分出来。声表面波与 光的相互作用能够实现可调波长滤波器，且这种光学系统能够灵活地 构成。
利用声表面波的典型滤波器结构实例有如下几种。一种结构是 TE-TM模转换器，它与偏振器结合把入射光波长的TE/TM波转换 成TM/TE波，此偏振器提取一个特定的偏振波。另一种结构是利用 布拉格(Bragg)衍射。还有一种结构是利用定向耦合器中偶模与奇 模的耦合。以上结构可以实现光强调制器和光开关，这些结构的功能 是不用作滤波器。
图1A是普通TE-TM模转换器的透视图，如图1A所示，转换 器是由：声光衬底1，高密度Ti扩散区域2a和2b，发散光波导路径 (通道)3，叉指换能器4，以及声波吸收体5a和5b组成。声光衬 底1是由，例如，LiNbO3的X切割片(Y轴方向传播)制成。换能 器4在包含波导路径3的区域内激发声表面波(SAW)，且有金属， 如铝，制成的指状电极4a和4b，吸收体5a和5b是由声软材料制成， 如蜡或橡胶。
高密度Ti扩散区域2a和2b位于衬底1的两侧，其功能是增大 其中的声速。因此，SAW功率局限在区域2a与2b之间衬底1的表 面区域内。
在衬底1纵向上的Ti波导路径位于衬底的中央，它是由热扩散 Ti形成的。热扩散方法能够改变LiNbO3衬底相对于寻常光(光线) 和非常光的折射率no和ne，二者变化的程度几乎相同。
SAW的产生是利用LiNbO3的压电效应，把射频(高频)信号 跨接在换能器4指状电极4a与4b两端，此换能器直接固定在衬底1 的一个端面部分(光输入侧)。指状电极4a与4b之间距离l与SAW 的波长Λ有这样的关系，l＝Λ/2。在此情况下，在衬底1中产生的SAW 功率定义成射频(RF)信号输入功率乘以效率。传向光输入侧的SAW 被吸收体5a声吸收，因此就立刻消失。传向光输出侧的SAW以声 速V在区域2a与2b之间的衬底部分上传播。
在TE模(或TM模)偏振光波加到上述状态波导路径3输入端 的情况下，当波传播了一给定作用距离L时，由于衬底1上传播SAW 的声光效应，此偏振光波的偏振面转过了90°。因此，此TE模(或 TM模)偏振光波转换成TM模(或TE模)偏振光波。上述旋转可 以受SAW功率的控制。吸收体5b是在上述位置。所以，对SAW的 相互作用不出现在波导路径3中，因此，能够经波导路径3的输出端 得到TM(或TE)模偏振波。
在上述情况中，满足下列的相位匹配条件：
|βTE-βTM |＝(2π/λ)| NTE-NTM |＝2π/Λ＝2πf/V    (1)
其中βTE和βTM分别表示波导模TE和TM的传播常数，NTE和 NTM分别表示TE模和TM模的有效折射率，Λ表示SAW的波长，f 表示频率，V表示相速。模转换是由其频率f满足公式(1)的SAW 引起的，转换效率能够受SAW功率的控制。
以下公式(2)可以根据公式(1)得到：
    λ＝Λ|NTE-NTM|                            (2)
下面描述数值例子，使用LiNbO3得到的双折射率|NTE-NTM| 大致等于0.0072。为了实现波长为1.55nm(光通信中经常使用的波 长)光的上述模转换，SAW的波长Λ等于21.5μm。由于衬底1上声 速(相速)V大致等于3700m/s，对RF信号的要求是，其频率f(＝ V/Λ)为172MHz。RF输入信号的功率取决于对SAW的相互作用长 度L。假设L＝30mm，RF功率大致等于10mW。
有了上述的安排，在降低RF信号电平和降低RF功率的条件下， 输入光的TE/TM波能够以高效率转换成TM/TE波。
在以下状态下，配置一个提取TM(或TE)波的偏振器，可以 做成宽带声光可调滤波器。
在图1A所示结构中，换能器4的指状电极4a和4b直接地固定 在波导路径3的表面上。由于存在着制成电极的金属，通过波导路径 3传播的光被指状电极4a和4b吸收，因此，光有很大的传输损耗。 这是因为金属有负的介电常数，由于金属中电荷在光波长范围内的惯 性效应，金属起到了有很大损耗的介质作用。尤其是，TM模中电磁 场分布深深地进入金属之中，受到金属的影响非常大(TM模中的影 响程度大致为TE模中的十倍)。
为了减小换能器4引起的光传输损耗，提出了如图1B所示的改 进布置。缓冲层6放置在换能器4与衬底1之间的整个区域，缓冲层 6是由介质薄膜制成，如SiO2。缓冲层6降低了来自金属(换能器4) 的影响。随着缓冲层6厚度的增大，通过波导路径3传播的光传输损 耗大大地下降了。在通过单模波导路径能够传播的TMo模光情况下， 若SiO2薄膜的厚度为0.16μm或更大些，传输损耗可以减小至0.1dB 或更小。
然而，图1B所示的结构有一个缺点，换能器4与衬底1之间都 存在着缓冲层6，就会大大地降低SAW的激发效率，因此就需要增 大RF功率。这是由于缓冲层6的电绝缘性能，不能使足够的电场强 度加到衬底1上，而且缓冲层6的机械应力起到了阻止SAW产生和 传播的作用。

本发明的总目的是提供一个消除上述缺点的声光器件。
本发明更为具体的目的是提供这样一个声光器件，它有减小的 光吸收损耗和增大的激发SAW效率。
达到本发明上述目的的声光器件包括：声光衬底，光波导形成 在该声光衬底上；覆盖光波导的缓冲层，该缓冲层使用具有电绝缘性 能的、对声光器上所加的输入是透明的、且折射率小于声光衬底的折 射率的介质材料制成；带有指状电极的换能器，所述指状电极包括基 底部分和从基底部分延伸并跨越光波导路径的指状部分，指状部分有 与所述声光衬底表面直接接触的第一部分和位于所述缓冲层上的第 二部分，所述换能器横跨所述光波导路径，沿着所述光波导路径传播 一个声表面波。上述换能器的声光结构能够在通过光波导路径传播的 光中产生各种相互作用。这些相互作用的例子是，平行方向传播的两 个波共线耦合(同方向耦合，反方向耦合)，输出波模不同于输入波 模的模转换，TE-TE模耦合，TM-TM模转换，TE-TM模耦合， 和TM-TE模转换。
按照上述声光结构，指状电极在横跨光波导路径的交叉部分通 过缓冲层与光波导路径分隔开。所以，可以大大地抑制构成指状电极 的金属材料对产生光吸收损耗的影响。指状电极的其余部分直接地接 触声光衬底。因此，换能器的输入功率可以高效率地转换成声光衬底 上的SAW功率。所以，可以实现低损耗和高驱动效率的声光器件， 提供各种模转换器和可调光波滤波器。
上述声光器件可以做成这样，缓冲层是连续分布在交叉部分的 带状物。具有带状的缓冲层是简单的，因此很容易制造。不需要高精 度地排列缓冲层和指状电极。而且，缓冲层宽度略大于光波导路径宽 度就可以了。所以，该器件对于衬底表面上SAW功率的产生和传播 仅有很小的机械应力。
上述声光器件可以做成这样，缓冲层有分散开的各个部分，其 区域分别包括各个交叉部分。因此，可以进一步减小对SAW功率产 生和传播的机械应力。这有利于降低缓冲层部分的机械疲劳。
该声光器件可以做成这样，缓冲层对加到声光器件上的入射光 是透明的；且缓冲层的折射率小于声光衬底的折射率。所以，缓冲层 的作用是入射光的高质量包层。缓冲层的透明性不会衰减从光波导路 径射出的光。
该声光器件可以做成这样，放置的指状电极使缓冲层夹在指状 电极之间，指状电极接触到声光衬底。所以，声表面波能够在衬底两 侧高效率地被激发，衬底两侧之间有缓冲层。此外，由于衍射效应， 声表面波变成单个平面波(或呈弧状展开的波)，此波通过声光衬底 传播。
该声光器件可以做成这样，指状电极接触衬底的第一部分长度 等于或大于指状电极接触缓冲层的第二部分长度的两倍。
该声光器件可以做成这样，缓冲层是由一个空间形成的。
附图说明
本发明的其他目的，特征和优点可以从结合附图的以下详细描 述中变得更加明显，其中：
图1A是普通声光器件的透视图；
图1B是图1A所示声光器件中作了一些改进的透视图；
图2A是按照本发明第一个实施例的声光器件透视图；
图2B是图2A所示换能器的放大平面图；
图2C是沿图2B所示直线c-c切开的剖面图；
图2D是沿图2B所示直线d-d切开的剖面图；
图3A是按照本发明第二个实施例的声光器件透视图；
图3B是图3A所示换能器的放大平面图；
图3C是沿图3B所示直线c-c切开的剖面图；
图3D是沿图3B所示直线d-d切开的剖面图；
图4A是对本发明第一个和第二个实施例做了改动的声光器件 透视图；
图4B是沿图4A所示直线d-d切开的剖面图；以及
图5是按照本发明第三个实施例的声光器件透视图。

图2A是按照本发明第一个实施例的声光器件透视图。图中所示 的相同部件全部用相同的参考数字表示。图2A所示声光器件的功能 是作为一个TE-TM模转换器。连续形成的带状缓冲层延伸到换能 器4的指状电极4a和4b与光波导路径3之间的全部交叉部分。电信 号跨接在指状电极4a和4b上，在换能器4下面产生的SAW可以受 电信号的控制。
声光衬底1是由LiNbO3 X切割片(Y轴传播方向)制成。光 波导路径(通道)3的形成是在衬底1表面上加工一块Ti薄膜，此 薄膜的宽度为7μm，然后对其进行热扩散处理。例如，衬底1的宽 度为1.5mm，长60mm，厚1mm。
每个高密度Ti扩散区域2a和2b是，例如，其宽度为200μm， 长度为30mm(此长度相当于SAW的干涉长度L＝30mm)。Ti扩 散区域2a和2b的功能是把SAW功率局限在衬底1内，两个区域2a 和2b把光波导路径3夹在中间。Ti扩散区域2a与2b之间互相分隔 开，例如，分开140μm，为了使SAW能进行单模传播。若Ti薄膜 为1500，热扩散可以在，例如，1050℃下30个小时内完成。在上 述条件下得到的热扩散深度大致等于SAW的波长A，大部分的SAW 功率集中在其上面。
实际上，首先进行Ti扩散区域2a和2b的热扩散过程，此过程 需要较长的时间，其次进行光波导路径3的热扩散过程。
吸收体5a和5b是由，例如，抗蚀剂形成在衬底1上，它们位 于Ti扩散区域2a和2b的两端，为的是吸收SAW。换能器4安排在 吸收体5a的附近。
图2B是换能器4的放大平面图，其周围的部件在图2A中表示。
缓冲层7可以按照如下方法制成。例如，0.Sμm厚SiO2薄膜形 成在衬底1上。然后，把SiO2薄膜加工成宽度为10μm和长度为210μm 的长方形，使加工后的薄膜覆盖宽度为7μm的光波导路径3。SiO2 的折射率大约为1.44，此折射率小于Ti发散光波导路径3的折射率 (和LiNbO3衬底的折射率)。此外，SiO2薄膜相对于光通信中经常 使用的1.55nm波长有足够的透明度。形成SiO2薄膜的过程已经完成， 如此制成的SiO2薄膜有稳定的性能。所以，缓冲层7的作用是相对 于光波导路径3有很高质量的上包层。
缓冲层7可以用SiO2以外的其他介质材料制成，只要此介质材 料不吸收光，且其折射率小于衬底1的折射率。
换能器4的制成是在缓冲层7和衬底1上蒸镀一个金属层(Al， Au等)，其厚度为，例如，0.1μm，并把此金属层加工成手指4a和 4b形状，例如，其宽度为5μm，间距为21.5μm。上述实例的手指数 N等于10。随着手指数N的增大，SAW的Q值也增大。若换能器4 的孔径长度(相当于指状电极4a和4b两端之间的距离)等于140μm， 此长约等于Ti扩散区域2a与2b之间宽度，则可以保证SAW的直 线传播性能(平面波性能)。
图2C是沿图2B所示直线c-c切开的剖面图，其中概略地画出 换能器4的横截面。
除了指状电极4a和4b横跨波导路径3的交叉部分以外，换能 器4的指状电极4a和4b直接地接触衬底1。换句话说，形成的缓冲 层7是使换能器4的指状电极4a和4b在指状电极4a和4b横跨光波 导路径3的交叉部分与光波导路径3分隔开。指状电极4a和4b在其 余部分直接地接触衬底1。因此，SAW可以高效率地产生在衬底1 表面(因而在波导路径3)上。缓冲层7的宽度略大于波导路径3的 宽度已足够。所以，对于衬底1表面上SAW功率的产生和传播仅有 很小的机械应力。光可以高效率地在上、下两个高质量包层之间沿着 波导路径3传播而无传输损耗。上包层是缓冲层7，下包层是衬底1。
TE-TM模转换作用以及上述作用的相位匹配条件可以与结合 图1A和1B所描述的相同。本发明者做的实验说明，10mW RF功率 可以加到本发明第一个实施例的换能器4上，能够得到缓冲层7的光 传输损耗等于或小于0.1dB。
在图2A所示换能器的以下状态下，配置一个提取TM(或TE) 波的偏振器，可以做成宽带声光可调滤波器。
图2D是沿图2C所示直线d-d切开的剖面图，其中画出形成 在声光衬底1上的波导路径3，形成在波导路径3上的缓冲层7，以 及与衬底1和缓冲层接触的指状电极4a。形成的指状电极4a覆盖缓 冲层7，此缓冲层7夹在指状电极4a与衬底1之间。虽然在图2D中 未画出，指状电极4b与衬底1和缓冲层7接触。
一般来说，若指状电极足够长，具有指状电极换能器产生的声 表面波是一个平面波，若指状电极比较短，声表面波传播后扩展成圆 弧形态。在任一种情况下，声表面波耦合成图2B所示SAW波导路 径的一种模式，或由于透镜效应，声表面波会聚在波导路径上成平面 形态。
在上述情况中，若指状电极4a有形成缓冲层7的部分，则声表 面波在上述部分几乎不能在衬底1上产生。所以，平面波和扩展成圆 弧形态的波二者波面都受到干扰，因此，具有很好模式状态或很好分 布的声表面波不能通过SAW波导路径或光波导路径3传播。上述情 况也适用于指状电极4b。
本发明者研究了指状电极4a和4b接触缓冲层7部分的长度与 指状电极4a和4b接触衬底1部分的长度之间比例的关系，并研究了 具有很好模式状态或很好分布的声表面波能够通过SAW波导路径或 光波导路径3传播的条件。本发明者发现，若指状电极4a和4b接触 声光衬底1部分的长度等于或大于指状电极4a和4b接触缓冲层部分 长度的两倍，就可以得到很好的结果。我们认为，本发明者通过研究 得到的上述结果是由于这样一种机理，波面分布能够得到补偿的原因 是声表面波的衍射效应。在本发明的第一个实施例中，指状电极4a 和4b接触缓冲层7部分的长度与指状电极4a和4b接触衬底1部分 的长度之比例是10μm∶140μm。这种情况满足上述条件。这一比例 足以得到很好的结果。在此情况下，若指状电极4a和4b的位置接近 于指状电极纵向上指状电极4a和4b的中央，则可以得到更好的结果。
图3A表示本发明第二个实施例的声光器件，其功能是作为一个 TE-TM模转换器。如图3A所示，缓冲层8分散地形成在指状电极 4a和4b横跨光波导路径3的各个交叉部分。
图3B是图3A所示换能器4的放大平面图。厚度为，例如，0.5μm 的SiO2薄膜形成在衬底1上，然后加工成其尺寸足以覆盖各个交叉 部分(每个交叉部分为一矩形区域，其尺寸为7μm×5μm)的长方块。 每个长方块缓冲层8的大小是宽10μm和长6μm。
图3C是沿图3B所示直线c-c切开的剖面图。在指状电极4a 和4b横跨光波导路径3的交叉部分以外，换能器4的指状电极4a 和4b直接地接触衬底1。所以，SAW能够高效率地在衬底(光波导 路径3)表面上产生。分散放置在各个交叉部分的缓冲层8有最小的 面积。因此，对于SAW功率产生和传播有影响的机械应力极小。光 可以在上、下两个高质量包层之间沿着波导路径3传播而无传输损 耗。上包层是缓冲层8，下包层是衬底1。
本发明者进行的实验说明，10mW RF功率可以加到本发明第二 个实施例的换能器4上，能够得到缓冲层8的光传输损耗等于或小于 0.1dB。
图3D是沿图3B所示直线d-d切开的剖面图，其中画出形成 在声光衬底1上的波导路径3，形成在波导路径3上的缓冲层8，以 及与衬底1和缓冲层8接触的指状电极4a。形成的指状电极4a覆盖 各个缓冲层8，此缓冲层8夹在指状电极4a与衬底1之间，虽然在 图3D中未画出，每个指状电极4b与衬底1和各个缓冲层8接触。
在本发明的第二个实施例中，指状电极4a和4b接触声光衬底1 部分的长度等于或大于指状电极4a和4b接触缓冲层8部分的长度。 上述条件足以给出很好的结果。在此情况下，若指状电极4a和4b 部分的位置接近于指状电极纵向上指状电极4a和4b的中央，则可以 得到更好的结果。
本发明的第一个和第二个实施例是用于TE-TM模转换器。然 而，本发明声光器件的基本结构可用于实现各种功能的器件。
本发明的第一个和第二个实施例中配置了Ti扩散区域2a和2b 确定的SAW波导路径。另一种方案是，可以采用其他的布置，用于 通过光波导路径3传播SAW。例如，透镜可用于光波导路径3传播 SAW。
图4A是对本发明第一个和第二个实施例中作些变化的声光器 件透视图。图4B是沿图4A所示直线d-d切开的剖面图。图4A和 图4B所示的变化是这样一种布置，指状电极4a和4b与声光衬底1 之间限制的空间是缓冲层，所以，指状电极4a和4b并不与波导路径 3接触，而是与其分隔开。为了做成这种布置，指状电极4a和4b有 弯曲的部分。缓冲层20的功能与缓冲层7或缓冲层8的功能相同。 上述条件能够适用于这种变化。
图5是按照本发明第三个实施例的声光器件透视图。两个偏振 光分束器30和32把两个TE-TM模转换器夹在中间，两个TE-TM 模转换器的缓冲层可以做成缓冲层7，8和20中任一种形式。声光器 件的功能是作为一个与入射光偏振方向无关的滤波器。若指状电极 4a和4b直接地形成在两个波导路径34和36上，相对于TE和TM 偏振方向，与偏振方向有关的损耗极大。因此，输入光偏振条件的变 化大大地改变了输出光的强度。所以，上述布置不能用于对输出光强 度变化有严格要求的使用场合，例如，光通信。与此相对照，按照本 发明，缓冲层安排在指状电极4a和4b与声光衬底1之间。所以，不 出现与偏振方向有关的损耗，本发明能够适用于上述的使用场合。
本发明并不局限于具体披露的几个实施例，在不偏离本发明范 围的条件下可以有各种变化和改型。