用于电光装置的稳定控制的装置与方法

电光材料，如铌酸锂，在电讯行业特别有用，用于调制与解调由 光载波光束携带的信号。例如，为了调制光束，诸如共面波导电极结 构(CPW)的电极或者多电极结构把配置于电光衬底的光波导暴露于 时变电场(典型地是RF)，RF场使光波导的电光材料的折射率产生变 化，改变通过光波导传送的光相位，由此调制光束，正如本领域所知， 把这样的调制器配置为干涉仪有很多优点，其中CPW电极结构以“推 挽”方式把RF电场应用到两段光波导。通过两段光波导传送的光束 经结合而干涉，以产生单个光输出。本领域公知的用于形成带有电光 衬底的光波导的技术，包括钛内扩散和退火质子交换(APETM)技术。

像调制器和检波器这样的装置，通常在所选偏置点下工作。正像 本领域一般技术人员所了解的，偏置点的选择可以根据当时条件和设 备组合，选择为使设备在最小限度零吞吐量，或在光输出的半功率点， 工作于特定线性范围。

根据现有技术，典型地通过设法把已知的恒定电场施加到光波导 的方法，使电光设备产生偏置。该光波导形成在电光衬底内，或形成 在电光衬底上，比如：把固定直流偏压施加到适当位置的偏电极上。 偏压有时应用在一些或所有施加RF电场的电极上。遗憾的是，电压 偏置技术必须处理偏置漂移现象。尽管偏电极使用的是恒定电压，但 是施加到电光光波导的实时电场发生变化，装置的偏置点飘移。物理 杂质、晶体缺陷、以及所有的俘获和移动电荷都被认为是影响设备的 偏置稳定性的因素。此外，由于光波导通常紧挨着电光衬底表面，表 面附近的晶体成分因各种表面化学机理影响了偏置点的漂移。甚至制 造波导使用的方法也能影响偏置点的漂移，因为这些技术改变晶体结 构，该方法涉及内扩散和质子交换过程。偏置点漂移是一个敏感的， 技术界广泛讨论的问题，特别是关于铌酸锂的问题，它是光学装置使 用的最常用的电光材料。

抵消干涉仪型的调制器的偏置漂移的一个方法是直流电压不固 定，反馈线路监视偏置点，即输出光束的相位和强度，并且调整调制 器所施加的偏压。然而适用于偏置的电压很有限，例如，提供干线电 压在15伏。有可能使反馈电路在追踪和调整偏置时“击中干线”，即 施加全15伏。调整偏置会某种程度上降低电压，基本上述到干涉仪的 邻近“条纹”。这样一种“重新设置”被认为是不可取的，因为会使数 据丢失。重新设置通过适当的设计可以避免。不过，重新设置仍然是 一个关注的问题，补偿重新设置将会使偏置电路设计复杂化。

在有些情况下，光学装置可制造成工作于选定的偏置点。例如： 干涉仪的两段光波导可以加工成不同的物理长度，致使沿两段传播的 光束之间有选定的相位差。该技术可行有效且增加成本，但可能限制 于特定的应用。

因此，本发明的目的是克服前面提到的一个或多个现有技术的缺 陷和不足之处。

本发明的此目的和其他目的将在下文的披露中部分地明确，使普 通技术人员部分地清楚。

根据本发明，沿电光装置的光波导传播的光束的幅度和/或相位可 以通过控制光波导的温度来选择。被选择的相位或者幅度是稳定的， 基本上不漂移。光波导的温度可以由向光波导段传递热能的加热器控 制。加热器可与衬底配置在一起，而光波导段配置在衬底上。本发明 的优点是简单可行、经济。

根据本发明的一个方面，光学调制器包括电光衬底；配置于电光 衬底的光波导段干涉仪，它包括第一、第二光波导段，该光波导段用 来传播光束进行干涉以形成输出光束；配置于衬底的电极结构，它含 有第一和第二接地电极和一个中心电极，该电极结构使光波导段暴露 于时变电场；该电场产生于中心电极和接地电极之间，用于调制输出 光束；以及提供第一光波导段的至少一部分的温度与第二光波导段的 至少一部分的温度之间选定的温度差的装置，用于对调制器的工作提 供选定的偏置点。

另一方面，根据本发明提供一种光学装置。它包括电光衬底，电 光衬底具有配置于所述衬底的第一、第二光波导，该光波导传递第一、 第二光束。发明还提供非对称地传给热能于上述第一、第二光波导段 的装置，以在所述第一光波导段的至少一部分和所述第二光波导段的 至少一部分之间提供选定的温度差，用于在第一和第二光束间提供选 定的相位差和选定的强度差。一个导热元件可以配置于衬底，靠近光 波导段以便提供选定的温差。导热元件154用作“热传播器”来增加 光波导段之间的温差。

本发明还进一步提出了一个电光光学装置，它用来稳定控制光束 的相位和强度。装置包括电光衬底、配置于衬底并用来传播光束的波 导段、以及把热能传给光波导段的装置，使光波导段加热或者冷却以 改变光波导段传播的光束的相位和强度。与通过固定的直流电压控制 办法控制光的相位和强度相比，该相位和强度基本上没有漂移。

本发明还包括根据以下披露所实行的方法。

根据一种特征，本发明包括偏置电光调制器的方法，以便具有选 择的相位和强度。电光调制器至少包括配置于电光衬底的第一、第二 光波导段，用于传播光束进行干涉以形成输出光束。该方法包括下列 步骤：选择调制器工作的偏置点；选择温差以达到选定的偏置点；提 供第一光波导段至少一部分的温度与第二光波导段至少一部分的温度 差之间近似的选定温度以取得选定的偏置点。

根据另一种特征，本发明包括稳定控制由一个光波导段传播的光 波的方法。该方法有下列步骤：选择要求的光束相位和强度；选择温 度以便达到要求的相位和强度之一；把热能传递给所述光波导段，使 光波导段保持近似于选定温度，使得选定的相位和强度之一基本上不 漂移。

本发明的其他特征和方面在下文提供。

为了更完全地了解本发明，请参阅下列本发明的优选实施方案的 详细说明，相关附图作为参考。

图1A：示意本发明的光学调制器的一个实施方案。

图1B：该图是一个图1A中光学调制器的横断面视图，沿1B-1B 剖面线上截取。

图1C：示意图1A中的光学调制器，光波导位于电光衬底表面的 抬起区域。

图2：示意本发明的加热器电极，当有多层配置于电光衬底时所 处的优选位置。

图3：示意本发明调制器的选择实施方案，包括为CPW电极提供 加热电流的电流源，用于光波导加热。

图4；示意本发明另一个实施方案，包括光耦合于调制器的热光 装置。图4还示意了择优为加热器电极提供电源的控制电源。

图5A：本发明的调制器的一个示意图。该调制器包括一个为RF 调制信号、为偏置电流提供单输入的线路。线路包括控制电流，根据 对应于加热电流的电压极性，控制加热器电流的偏置电流。

图5B：本发明的调制器的一个示意图，包括一个组合输入电路， 该输入电路为RF调制信号和加热器电流提供单一输入，该电路包括 控制电路，根据相应于加热器电流的电压的极性，控制加热器电流至 CPW电极结构接地电极。

图6A：本发明一个装置示意图，其中一个平面矩形加热器配置于 一个带有第一、第二光波导段的电光衬底。

图6B：示意图6A装置。进一步包括配置于电光衬底的导热元件 154，用作“热传播器”，增强第一、第二光波导段的温度差异。

图6C：本发明一个装置示意图，包括形成在衬底里的第一、第二 光波导段，适宜用作传播热的导热元件154的第一、第二加热电极，

图6D：本发明一个装置示意图，包括第一、第二光波导段，以及 分别配置于第一、第二导热元件154的第一、第二加热电极。

图6E：该图是图6D的横断面视图，沿图6E-6E剖面线上截取。

图6F：本发明一个装置示意图，包括配置于单加热器的光波导段， 其作用是改变沿光波导段传播的光束的相位或者幅度。

图6G：本发明一个装置示意图，包括配置于加热器和导热元件的 第一、第二光波导段。

图7：示意本发明的装置的另一个实施方案。

图7A：示意本发明的装置的另一个实施方案。

图7B：该图是一个图7A的横断面，沿图7A中的7B-7B剖面 线上截取。

图7C：本发明干涉仪型调制器一个优选实施方案的示意图。

图7D：该图是图7C所示的实施方案的一个横断面视图，从图7C中 7D-7D剖面线上截取。

图8：该图是一个有限元图。示意恒温线，显示导热元件154如 何在配置于电光衬底的光波导段之间增强温差的。

图9：含有非对称共面波导(ACPW)电极结构的装置示意图

图10：示意本发明加热器电极上匹配电阻的作用。

图11：表明本发明一种使用热电冷却器的实施方案。

图12A-12B：示意各项实验结果。分别演示本发明的光学调制器 的偏置点的变化。

图13A-13B：是实验结果图，显示含有ACPW电极结构的调制 器偏置点的变化。

图1A-1C表明已经改进偏置点调节的光学调制器20的一种实施 方案。该调制器20包括形成在电光衬底22内，如铌酸锂衬底内的光 波导干涉仪结构21。光波导干涉仪结构21包括输入光波导段24；输 入分支结点26，它把输入光波导段24分成两个独立光波导段28、30； 输出分支结点32，它干涉光波导段28、30传送的光束；输出光波导 段33用于传递光束输出。如本领域普通技术人员所知道的，分支结点 26和32可以是光学耦合器，而不是图1A所示的“Y”结头。光波 导干涉仪结构21形成在衬底22里面，因此，如图1B所示，它是图 1A横断面，从1B-1B剖面线上截取。光波导段28、30位于衬底22 的表面73的下面。

光学调制器20包括配置于衬底的共面波导(CPW)电极结构。CPW 结构包括中心电极34，具有输入端48、输出端38、上下接地电极40 和42。如本领域所知，时变信号应用在中心电极34的输入端48和地 之间，将光波导段28、30幕露于CPW中心电极34和上、下接地电 极40和42之间产生的电场。时变电场改变电光材料的折射率形成光 波导于“推挽”方式，使得沿输出光波导段33传播的输出光束由时变 信号调制，时变信号典型地为“RF”信号。接地电极输入端44、49 以及输出端46、50通常提供以RF接地信号。

根据本发明，至少上加热器电极54A或下加热器电极54B配置于 衬底22。加热器电极54A、54B的每一个非对称地相对于光波导段28、 30放置。因而非对称地把热传给光波导段，以提供选定的温度差。在 此，“加热器电极”术语指的用于传导电以把电能消耗为热的电极。

通常，在一个时间里，有一个加热器电极工作。例如，电流源71 给加热器电极54B提供选定的电流，致使光波导段30比28更热，产 生光波导段28和光波导段30的折射率之间的差异，并因此有光波导 段28和30之间的光程差。这导致沿光波导段28和30传播的光束之 间的微分相移，在输出结点32，调整沿波导段28、30传播的光束的 干涉形成的结合光束。加热器54A工作时(通常加热器54B不工作)， 光波导段28比30更热，这导致沿光波导段28和30传播的光束的相 位的相反的微分相移。选择加热器电极和提供给它的电流以提供选定 的微分相移，由此产生选定的调制器20工作的偏置点。

电流源71可接通为对上加热器电极54A供电，或对加热器电极54A 提供单独的电流源。注意：尽管光波导结构21形成在电光衬底内，衬 底表面73不必是平坦的。表面73可选择蚀刻成光波导结构21或其一 部分形成于电光衬底22的抬起区域，如图1C所示，该图是一个横断 面，示意光波导段28、30形成于抬起区域70。

选择地，加热器电极可构成在CPW接地电极上，如图1B所示， 其中加热器电极54C配置于上接地电极40。导热电绝缘层68把加热 器电极54C和上接地电极40隔开。

如本领域所了解的，生产基于特定衬底的电子与光学装置时，通 常沉积不同材料的各种层。例如，衬底的表面可能沉积一个中间层， 以对继续沉积在中间层上的上一层提供缓冲。因此，例如，可以不把 电极直接沉积在衬底22的表面73，而通过一个中间层附加到衬底上。 在此使用的术语“配置于”系指直接沉积到或附着到衬底的结构或元 件，通过中间层或结构附加到衬底上，或其形成于衬底22内，如光波 导干涉仪21。

如果在电光衬底22和如图1所示的CPW结构之间使用一个插入 层，如图2所示二氧化硅层75，加热器电极54A和54B优选为靠近 电光衬底以便于向其传热，如图2所示。然而，把加热电极放在层75 的顶面76上，而不是如图2所示那样，也属本发明范围，此时是作为 隔离于衬底22的加热器。二氧化硅层75通常被利用于“Z切”衬底， 其中电光衬底的Z轴垂直于电光衬底22的表面平面，并因此垂直于光 的传播方向。本发明对非Z切定向也适用，例如，对X切衬底，且插 入层也不必是二氧化硅层75。例如，参见美国专利申请系列号08/683， 870，申请日期1997年7月19日，名称为“Velocity Matched Traveling Wave Electro Optical Modulator”，在此引入供参考。

图3示意本发明的可选实施方案78，其中电流源71通过上CPW 接地电极40(或者，下CPW接地电极42)传导电流，用来加热接地 电极40和衬底22。由于接地电极40相对于光波导段28、30不对称 放置，非对称地把热能传递到光波导段28、30，以提供光波导段选定 的温度差异，由此选择了调制器工作的偏置点。同样地，电流源71B 可以把电流传给下CPW接地电极42。正如本领域任何技术人员理解 的，尽管图3所示为两个电流源，也可使用一个电流源，并在分别与 上下接地电极40和42的电连接之间简单地切换。由此，上、下两个 接地电极除了执行RF功能充当接地电极40和42以外，还用作加热 器电极。

图4示意了本发明的另一个实施方案82，包括热光信号调节装置 84位于虚线85左边，与位于虚线85右边的调制器86处于光联系， 两者均配置于电光衬底22。热光装置84包括一个干涉仪波导结构21 和分别为上下加热器电极54A和54B。调制器86同样包括一个光波 导干涉仪结构21，和一个CPW电极结构，该结构带有中心电极34， 上下接地电极40和42，以及加热器电极54A和54B。热光装置84 可用作移相器和/或衰减器，根据通过选择性地加热加热器电极54A和 54B，对沿光波导段28和30传播的光束引入的相移的和与差而定。 装置86用作调制器，具有热控偏置点，用于调制来自热光装置84的 相移了的和/或衰减了的光束。两者结合组成了灵活有用的单体光调制 装置82，它具有增强型强度和/或相位控制。

根据发明的另一实施方案，装置84可以单独构成，即配置于电光 衬底22A，而不包括虚线85右边的电光衬底22的22B半个部分。

图4还示出了控制电路90，用于根据施加于控制电路输入端92 的直流电压的极性，控制分别向上下两个加热器电极54A和54B的加 热电流。单向装置96A和96B(如：二极管)串联于热光装置84的 上加热器电极54A和下加热器电极54B之间。控制电路输入端92施 加的正向电压施加到结点94，正向偏置单向装置96B而反向偏置单向 装置96A使得电流通向下加热器电极54B。负电压具有相反作用，电 流通向上加热器电极。由此决定了哪一个加热器电极接收加热器电流。 该控制电路可结合于任何带有多于一个加热器电极的光学装置，包括 图1A-1C所示的光学调制器21，以及图4所示的调制装置86。

图5A示意了组合输入电路100，提供单输入端102用于接收RF 调制信号和提供给加热器电极54A和54B的加热电流，以用来偏置调 制器。组合输入电路包括电容器104，把RF频率传送给CPW电极结 构的中心电极34的输入端36，并阻止加热电流到达中心电极34。电 感器106把热电流(有助于阻止RF)传给控制电路90，它如前所述， 根据加热信号的极性控制加热电流给上下加热器电极。

图5B，CPW接地电极用来非对称地把热能传送给光波导段28、 30，使调制器偏置。电容器112为上接地电极和下CPW接地电极提 供RF接地电极。电感器110将任何RF信号与任何加热电流隔离。

本发明其他的实施方案示于图6A-6E。

图6A显示本发明一种实施方案144，其中配置于电光衬底22的 加热电极54非对称把热能传送到形成在衬底22内的光波导段28、30。 以便偏移通过光波导段28、30的其中一个传播的光束相对于通过另一 个传播的光束的相位。装置144用作相控阵列天线的移相器非常有用， 该天线通过改变提供到天线阵子的信号相位而被电控。在此应用中， 每个光程段28、30耦合于一个单独的天线阵子。虽然6A显示两个光 波导段和一个加热电极，但可以用更多。

或者，在其他应用中，光波导段28和30传送的光束可以通过诸 如光耦合器150而合并以产生沿着输出光程段33的合并光束。带有光 耦合器150的装置144有多种用途，包括信号相移和衰减。

图6B示意本发明的一个可选实施方案151，包括配置于电光衬底 的导热元件154，用来增强光波导段28、30之间的温差。在图6B所 示的方案中，导热元件154是平面金属条，用作“热传播器”，对加热 器电极给定的热输入增强两个光波导段之间的温差。导热元件154工 作的有限元分析结果，如图8所示，并在以后详细讨论。导热元件154 优选为好的热导体，加热器电极54优选为有充足的电阻以产生足够热 能，以便基于加热器电极的电流，把足够热能传给光波导段，在光波 导段传播的光束之间产生要求的相移。

典型地，良好的热导体电阻小。然而根据本发明，披露出加热器 电极可以如本发明图6C所示实施方案160中的加热器电极54A和 54B，可以有效地既用作加热器，又用作传播热的导热元件154。图6C 所示的加热器电极54A和54B优选为由具有高导热性又相对地具有电 阻的材料形成。已发现金制加热电极在某些应用中可以接受。

图6D和6E示意一个可选实施方案，其中加热器电极54A和54B 配置于导热元件154。图6E是从沿剖线6E-6E截取的图6D的横断面。 由此，加热器电极54可以是高电阻材料，如铬、钛或镍铬合金，由电 绝缘层68将其隔离于导热元件154。

图6A-G所示的实施方案中，加热器电极54被示意成条状加热器 电极，有宽度Wh，可以例如是配置于电光衬底22的金、铬、或钛层 (或者是金、铬、镍铬合金与钛层的结合)。电流源71驱动电流通过 加热器电极54。

注意到光波导段28和30的标称物理长度或光程长度不必相同， 也就是说，相同温度下波导间的差异可以是特定设计的一部分。非对 称地把热能传递到光程长度能减少或加大光程段28和30传播的光束 间的额定相位差。

图6F所示，加热器电极54可以配置于电光衬底22内的单一光 波导段30，以改变光波导段30的折射率，并因此改变光波导段30所 传播的光的相位

此外，根据本发明公开了对形成在电光衬底内的光波导段的加热 能够以合理的电流(即毫安范围)和以适应于实用光学系统的电压(即 典型地，15伏或更小)并且以容易构成的加热器电极而产生光波导段 折射率的有用而稳定的变化。尤其是，本发明还公开了，通过加热器 电极在光程段30中引入有用而稳定的变化，加热器电极由具有较低电 阻率(即金)并且具有一定厚度，其形成的单位面积电阻通常表明具 有可接受的传播RF信号的表面电阻的材料构成。例如，具有几微米 范围厚度的金制条片。

由此，本发明的一些实施方案中，已经在装置中用于调制RF信 号的导体也可以执行或可以接受其执行附加的加热器电极的功能，用 于引入稳定的相移或者稳定的偏置点。可以避免电压偏置且元件数也 减少(电压偏置经常利用单独的电压电极)。偏置功能显著改善并且取 消了电压偏置电极。

再者，根据本发明公开了，加热器电极可以以与光程段间距d的 距离达到对光程段30有用的加热，使得不太干扰沿光波导段30中的 光束的传播。

图7A和7B示意本发明的一个实施方案180，包括分开的导热元 件154和加热器电极54，用于产生光波导段28、30的选定的温差， 并由此产生沿光波导段28、30传播的光束之间的相位差。图7A-7B 所示的实施方案与图6B的方案相似，除了图7中所示两个导热元件154 和两个加热器电极外。图7B是横断面图，从图7A的剖面线7B-7B截 取的。图7A和7B所示装置180用途广泛，如，单体集成输入输出 耦合器126、150，形成一个可调谐的移相器或者分别带有输入、输出 波导段34’、33’的衰减器。虚线部分内表示耦合器126、150，说明 衬底22可以选择性地包含22’部分。

图7C-7D示意本发明干涉仪型调制器的一个优选实施方案。图7D 是图7C的一个横断面，沿图7C所示的剖面线7D-7D截取。图7C和 7D提供四个条状加热器电极54A、54B、54C、54D。上、下CPW接 地电极40、50可同时用作CPW接地电极和导热元件154，以增加光 波导段28、30之间的温差，如图7C-7D所示。

CPW接地电极40、42优选为金，并且至少要有大约5微米厚度 th。加热器电极54优选为比金更具电阻率的材料，例如钛、铬和镍 铬合金。铬比钛更优选，因为钛能氧化，其特性随时间而变化。优选为， 加热器电极54的厚度不超过大约1微米，更优选为不超过5000埃， 最好为大约2000-1000埃之间。

如本领域技术人员所知，一种材料的特定长度的电阻取决于该材 料的长度、宽度、厚度和电阻率。优选为，上述加热器电极54的尺寸 使得每一个加热器电极具有大约是300--2000欧姆的电阻；更优选为， 加热器电极的尺寸使得每一个加热器电极具有大约是500--1000欧姆 的电阻；最优选为，每一个加热器电极具有大约是700--800欧姆的电 阻。加热器电极的宽度(相关的图里Wh代表宽度)可以选择为结合 其他加热器电极有关的参数而获得要求的电阻。但是，参考图6和图 7，理想地认为加热器电极应作为“线型”热源。因此，优选为加热器 电极的宽度不超过大约100微米；更优选为，加热器电极的宽度不超 过大约50微米；最优选为，热器电极的宽度在大约5-10微米之间。

导热元件154希望靠近它所影响的光波导段。优选为距离“c”不 超过大约20微米；更优选为该距离不超过大约10微米；最优选为该 距离不超过大约5微米。同样，加热器电极54和邻近热传播器154之 间的缝隙“g”越窄越好。优选为g不超过大约20微米；更优选为该 距离不超过大约10微米；最优选为该距离不超过大约5微米。当两个 加热器电极彼此邻近时，图7D示出该加热器电极54A和54D，优选 为加热器电极与加热器电极相隔大约10微米(图7中hs)。

光学装置通常要求在一定的环境温度范围内正常工作，当然，装 置和周围的环境之间的温差和装置尺寸的原因导致热量从装置传给周 围的环境。为了改善加热器电极在变化的环境温度中的独立运行效果， 优选为衬底宽度Wsub大于大约1mm，且厚度tsub大于大约0.25mm； 更优选为衬底宽度大于1mm，且衬底厚度大于0.5mm；最优选为衬底 宽度大于大约1.5mm，且衬底厚度大于大约1mm。典型的电极长度 Leletrode大约10-20mm。已发现导热元件154的宽度Ws为50微米是 有效的。从上述讨论可知，这种尺寸也适用于图7C和图7D所示的共 面波导接地电极的宽度。虽然增加共面波导接地电极的宽度，比如增 加到200微米，仅导致由每毫瓦热量的相位变化所定义的效率的边际 亏损。

图8是一个有限元分析图，示意了导热元件的作用，在这种情况 下，接地电极42处在形成于铌酸锂衬底中的第一、第二光波导段28、 30之间的温度梯度中。加热器电极54A和54B配置在接近共面波导 电极结构处，该结构具有中心电极34与接地电极40和42。图8中， 加热器电极54B通过电流以非对称地把热能传给光波导段28、30；加 热器电极54A不加热。等温线190隔开温度区域200、202、204、206、 208，区域200的温度比区域202的高；区域202的温度比区域204的 高；依次类推。

接地电极40、42用作导热元件，或者把热从条状加热器传给光波 导；或者在不受热一侧为光波导移走热。例如，接地电极40建立了温 度区域204变宽的部分，由标号215表示，由此光波导段30位于温度 区域204，而不是位于温度较高的区域202。光波导段28和30之间 的温差因此由于导热元件154(即图8所示的接地电极40)的存在而 增强。导热元件154有利于达到光波导段(或其一部分)28和30的 选定的温度差异。

区域204的变宽部分215包括尾部区域212和214。中心电极的 存在被认为是稍有害处的，这是由于当中心电极34存在时，变宽部分 215更宽了，使得尾部区域214向右推得更远，见图8。中心电极34 在光波导段28、30之间提供了热短路，降低了其间的温差。

图9显示本发明的一种可选实施方案240，其中，非对称共面波 导(ACPW)结构含有一个中心电极34，它非对称地相对于接地电极 40和42放置。如图8所示，ACPW中心电极34离上接地电极40比 离下接地电极42更远，因为中心电极相对于光波导段28、30非对称 放置，向中心电极34提供加热电流便把热能非对称地传给光波导段28 和30。由此，光波导段达到不同温差。ACPW可用于干涉仪应用中。

如图10所示，最好包括匹配电阻262，用来匹配加热器电极54A (或者54B)与电流源71，加热器电极用加热器电极等效电阻260表 示。匹配电阻262较佳地大约等于加热器电极等效电阻260在温度范 围内的电阻平均值。尽管匹配电阻器在本领域有所了解，但当从电流 源向加热器电极供电时通常不用电阻器，这是因为匹配电阻器耗电量 与加热器电极耗电量相同，所以电流源提供的总功率要增加。然而， 使用匹配电阻器262极大地降低了电流源71和加热器电极之间功率传 输时的敏感性，该敏感性是由于加热器等效电阻260的电阻变化引起 的，并由此有助于使供应给加热器电极的电流变得稳定。

此前集中讨论了使用加热器电极非对称地把热能传播给光波导段 28和30，以便从光波导段28和30中得到选定的温差。但是，如图10 所示的热电冷却器302这样的装置也可以非对称地把热能传播给光波 导段28和30，如图11所示。一个CPW电极结构，具有中心电极34 与接地电极40和42，并配置于电光衬底22中，如图11以横断面所 示。热电冷却器302包括半导体连结件306，用于选择性地冷却接地 电极40和42，把热传给热导体310。热导体促进把热传给周围环境或 传给衬底22。此处使用的术语“把热能传给”意味着既包含把热能传 递给，也包含把热能从例如整个光波导段移走的意思。

图12A和12B所示的是实验结果，示意图3所示的本发明实施方 案中偏置点的热调谐。单体光调制器具有干涉仪光波导结构21和CPW 电极结构，该结构有中心电极34，接地电极40和42。图12A所示的 表格包括供应给接地电极42的加热电流项目，该电流是71提供的， 包括供应给接地电极42总加热功率，以及包括沿着输出光波导段33 传送的输出光束的光相位。接地电极42施加的电压范围大约是0-0.02 伏，完全在光学系统适用范围(15伏)内。当加热器电极电流是200mA 时，RF接地电极电压降17毫伏，传输3.4毫瓦并产生光相位6.7度的 变化，或者说1.97度/毫瓦。该比例系数当然依赖于电极几何形状，因 为两个光波导段之间的温差是由多种因素决定的。值得注目的是，没 有发现输出相位漂移，因而也没有偏置点漂移。图12B是图12A中的 光相位项目对功率项目的图线。

图13A和13B中所示的是对包含ACPW结构的调制器进行实验 的结果，该结构与图9所示的ACPW电极结构相似，其中中心电极 非对称相对于光波导段放置，不过只有一个接地电极。传给中心电极 的加热电流非对称地把热能传给光波导段以便出现温差。测量了相对 于加热电流的光相位，光相位变化特性良好，虽然结果显示出该装置 按照单位功率的相位变化而言没有图12A和12B中的实验效率那么 高。观察到一些电压场引入的相位变化，这是由于通过中心电极的加 热电流引入的中心电极和接地电极之间的小电压。这可看作是正、负 电流对相位曲线的差异，由于i2R加热项总是正值，而电压引入的变 化可以有两种符号。对于设计为跨波导保持低电压的构形，诸如“保 护”接地通路，这不成为问题。

图13A所示为具有抛物线的曲线，尽管温度差与光波导段的折射 率变化被认为主要是线型函数，加热器电极耗去的热能按i2R进行，i 是加热器电极的电流，R是加热器电极的电阻。绘制作为消耗的热能 的函数的曲线揭示了更加线性化的关系，如图13B所示。通过平均图 13B中的两条曲线350和352计算出每毫瓦0.9度光相位的平均灵敏 度。

光波导段中，如图6F所示的光波导段30中的相位变化可按如下 估算。以铌酸锂为例，其折射率对温度的函数已有报道，对1.6微米 波长的光，当从25度C时2.1351变化到温度为80度C时2.1372， 得出平均斜率38.18×10-6每度C。对1.4微米波长，同样温度范围， 折射率变化是从2.1410到2.1426，得出平均斜率29.0×10-6每度C。 对于光波导段30给定的温度变化，长度用L表示，其传送光束相位的 变化可以用以下公式估算，

相位变化(度数)＝(360)×(平均斜率)×(温度变化)L/λ0

对于L为16mm长，即实际中通常使用的长度，温度改变1.4度 C就可以实现相位改变180度，这种很小的温度变化，正好处在铌酸 锂的折射率对温度曲线近似线性范围内。上述等式也适用于调制器， 如图1中的调制器21，其中光波导段28和30的长度相等，“温度的 变化”指的是光波导段之间的温度差，相位变化是沿光波导段28和 30传送的光束之间的相位差异。一个180度的相位差可以将调制器21 的输出强度减少到0，因为光束在结点32破坏性地叠加。给定长度的 温度被认为沿长度是恒定的。正如普通技术人员所知，根据在此公开 的内容，可以加热光波导段30的一部分，此时上述等式的L代表受热 部分的长度。

就一般技术人员所知，铌酸锂有一个所谓的非寻常轴。由于光电 材料的折射率的温度敏感性沿非寻常轴较大，较佳地，衬底定向为使 得衬底的非寻常轴平行于光的偏振方向，也就是说，该非寻常轴较佳 地处在附图中标号350表示的方向，通常称作衬底的Z轴方向。

由此看出，前述目的以及后续描述中变清楚的目的均完全达到了。 由于上述结构中可以进行某些修改而不偏离本发明范围，因此应当认 为上述描述中的所有内容是说明性的而非限制性的。例如：用于把热 能传给光波导段，或非对称地把热能传给两个或者更多的光波导段以 产生选定的温度差的加热器或冷却器不必非配置于衬底，而是例如可 以独立于衬底并适当地热耦合于光波导段。然而，加热器或冷却器与 衬底配置是优选的。此外，加热器电流不必为稳态电流。处于稳定的 状态。正如普通技术人员所知道的，根据在此公开的内容，一个交变 加热器电流也可以用来耗散加热器电极的热能。

还应理解的是所附权利要求书意欲覆盖在此描述的本发明的所有 一般与具体特征，本发明范围的所有陈述作为一种语言形式均覆盖其 中。