文献分享四：（基础）Pyroelectric drift of integrated-optical LiNbO3 modulators

文献来源——S. M. Kostritskii, Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov & A. V. Yatsenko (2021) Pyroelectric drift of integrated-optical LiNbO3 modulators, Ferroelectrics, 574:1, 170-178, DOI: 10.1080/00150193.2021.1888062

本文分析了我们之所以需要偏置电路的原因：主要是由于热电漂移引起的，并给出了一种解决方案。（如果比较熟可以不看）

一、什么是热电效应

热电效应指的是温度改变引起了铌酸锂材料(有铁电性质)内部电荷的极化，发生了自发极化，从而产生热电场，极大地影响了集成光芯片IOC的性能。

二、具体的影响的机制

首先，IOC侧边±Z面的电荷不平衡，从而产生了一个垂直于IOC -X面的波导路径的Z方向的电场。（作者研究的是X切传）

其次，铌酸锂本身电阻率很高，筛选电荷需要很长时间才能通过电光晶体并中和极性面上的束缚电荷。这就引起了电荷的不平衡，从而影响或抑制到了本身用于调制光的电场。（即来自电极的电场）

因此，以上两点对电场和时间一致性都有不同程度的影响，这种由热电效应引起的随温度随时间的电场变化我们称之为热电漂移。

三、实验验证

作者用没有修剪过的X切铌酸锂的两路相位调制器为核心的集成光芯片做实验。如下如图所示。a是简单地使用其中一组电极进行光调制，而b则在两侧的其它电极组处让其它电极组接地，形成屏蔽。

具体的测试电压的方法作者没有详细解释，而是说用了这两篇文献里的方法供大家参考：

——S. M. Kostritskii et al., Dependence of pyroelectric response on inter-electrode capacitance
for integrated-optical circuits utilizing x-cut LiNbO3 chips, IOP Conf. Ser: Mater. Sci. Eng. 699, 012021 (2019). DOI: 10.1088/1757-899X/699/1/012021.

——A. V. Yatsenko et al., Features of the electrical properties of lithium niobate crystals grown from a melt containing K2O flux, Phys. Solid State 61 (7), 1211 (2019)., DOI: 10. 1134/S106378341907031X.

使用以上两篇文献的方法，测出的热电压如图所示，当我的温度随时间变化率比较高的时候，热电压变化很大，而温度变化比较缓慢的时候，热电压变化很小。

四、结论

1.结论一：响应温度变化的电压畸变与测得的热释电电压U直接相关，U可以引起IOC上驱动电压(负责光调制的电压)的时间变化。

如下图，在温度变化时，如果将一些调制器电极连接到放大器输入端，则在电计放大器输出信号中观察到具有尖锐电脉冲的缓慢变化的电信号。缓慢变化的信号与IOC的调制器电极上出现的电压U有关，并且根据参考资料，它随着温度扫描速率v单调增加。作者将其指定为IOC的热释电响应。该热释电电压的大小不足以引起IOC通道波导的传播光损耗发生任何显著变化(极端情况是所谓的通道波导“关闭”[8])，却足以引起IOC上驱动电压(负责光调制的电压)的时间变化，因此，应该出现明显的MIOC相位误差。同时，调制器上响应温度变化的电压畸变与测得的热释电电压U直接相关。下图图4所示的数据是使用低通滤波器获得的。因此，脉冲幅度受到低通滤波器的传输频带(1hz)以及静电计设置的记录系统的响应速度的限制。因此实际的U的值应该在几个伏特左右。