УПРАВЛЯЕМЫЙ ОПТРОН Российский патент 1998 года по МПК G02F3/00 

Изобретение относится к элементам интегральной оптики, системам оптической обработки сигналов.

Известен управляющий оптрон [1], однако он имеет большие габаритные размеры, потребляет большую мощность от источников питания на создание магнитного поля в катушке.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является управляемый оптрон [2] , содержащий источник света, модулятор и фотоприемники, соединенные последовательно волоконно-оптическим кабелем, причем модулятор выполнен в виде оптического коммутатора с управляющими электродами на M волноводных каналах в ниобате лития.

Недостатками известного устройства являются сложность модулятора, его большие размеры, необходимость в высоком управляющем напряжении свыше (1 кВ). Это обусловливает низкое быстродействие устройства при управлении аналоговыми сигналами, т. е. в тех случаях, где невозможно использование формирователей для формирования коротких импульсов, а требуется малое время переключения, высокие напряжения управления обусловливают сложность устройства управления, а следовательно, сложность всего устройства.

Целью изобретения является упрощение конструкции оптрона при сохранении быстродействия, большие функциональные возможности.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается управляемый оптрон, содержащий источник света, модулятор и фотоприемники, соединенные последовательно волоконно-оптическим кабелем, причем модулятор выполнен в виде оптического коммутатора с управляющими электродами на M волноводных каналах в ниобате лития, управляющие электроды выполнены на противоположных сторонах волноводного канала.

Управляемый оптрон отличается тем, что управляющие электроды выполнены на противоположных сторонах волноводного канала.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Известен модулятор [2] (с. 41, рис. 7), использующий электрооптический эффект. Недостатками модулятора являются большое управляющее напряжение, что усложняет устройство управления, или имеет низкое быстродействие.

Предлагаемый оптрон имеет низкое управляющее напряжение, что существенно упрощает устройства управления и позволяет без сложных схем управления существенно повысить быстродействие. При этом положительный эффект достигается только при выполнении модулятора в виде волноводного канала, выполненного в ниобате лития.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - то же, вариант с подключением фотоприемника через волоконно-оптический кабель и с управлением выходным напряжением фотоприемника вторым волноводным каналом; на фиг. 3 - схема волноводного канала; на фиг. 4 - устройство с модулятором в виде оптического коммутатора и подачей света на фотоприемник через оптический соединитель; на фиг. 5 - вариант выполнения предлагаемого устройства с оптическим коммутатором на входе.

Устройство (фиг. 1) содержит волноводный канал 1, выполненный в пластине 2 из ниобата лития, с входом 3, выходом 4, первый 5.1 и второй 6.1 (фиг. 3) управляющие электроды, первый контакт 7.1 для подключения к источнику управляющего напряжения, соединенный с первым управляющим электродом, фотоприемник 8, вход которого оптически связан с выходом волноводного канала 1, выход фотоприемника 9.

Нумерация и конструктивные связи устройства на фиг. 2 аналогичны конструктивным связям и нумерации устройства на фиг. 1, отличием является выполнение фотоприемника на устройстве с фотоэффектом 10 и сопротивлением нагрузки 11, соединенным с выходом фотоприемника 9, который в свою очередь соединен с первым контактом 7.2 для подключения к источнику управляющего напряжения второго волноводного канала 12, по конструкции аналогичного первому волноводному каналу 1, световой поток поступает на вход фотоприемника через первый оптический плотный переход 13, волоконно-оптический кабель 14, второй оптический плотный переход 15.

Нумерация и конструктивные связи волноводного канала на фиг. 3 аналогичны устройству на фиг. 1, второй управляющий электрод 6 подключен к общей шине устройства.

Нумерация и конструктивные связи устройства на фиг. 4 аналогичны конструктивным связям и нумерации устройства на фиг. 1 и 2, отличием является выполнение M волноводных каналов 1.1-1.M в пластине из ниобата лития, подключение к входу фотоприемника 8 соединителя 16 M волоконно-оптических кабелей через первый оптический плотный переход 13.

Нумерация и конструктивные связи на фиг. 5 аналогичны нумерации устройств на фиг. 1, 3, отличием является выполнение модулятора в виде оптического коммутатора, выполненного на волноводных каналах 1 ij, где i - количество волноводных каналов в ряду, j - количество рядов волноводных каналов, выход волноводного канала последнего ряда оптически связан с входом фотоприемника, первые 5.ij управляющие электроды, первые контакты 7.ij для подачи управляющих напряжений.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Волноводный канал 1 (фиг. 3), выполненный в пластине из ниобата лития, представляет собой электрооптическую систему, использующую электрооптический эффект, т.е. возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного твердого диэлектрика при помещении его во внешнее электрическое поле. При воздействии однородного электрического поля, прикладываемого между управляющими электродами 5 и 6, диэлектрик поляризуется и приобретает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором E напряженности поля управляющего сигнала.

При этом за счет эффекта полного внутреннего отражения света на выходе волноводного канала получают световой поток с малым коэффициентом затухания. В основу работы волноводного канала положено каналирование светового пучка в тонких диэлектрических структурах или пленках.

В режиме отсутствия управляющего напряжения на гранях волноводного канала 1 (полосковых волноводов) свет в волноводном канале не распространяется из-за сдвигов по фазе на 90^o плоскости поляризации в соответствующем волноводном канале 1 и вектора E напряженности электрического поля управляющего сигнала.

Световой поток, попадая на вход фотоприемника, вызывает изменение напряжения на его выходе.

Предлагаемое устройство имеет большие функциональные возможности, заключающиеся в возможности управления выходным напряжением фотоприемника, другими волноводными каналами, при использовании в фотоприемниках низковольтных (до 100 В) элементов фотодиодов, фоторезисторов, фототранзисторов и др. Вариант данного устройства представлен на фиг. 2. Напряжение управления волноводным каналом составляет (12-60) В и зависит от технологии его выполнения. Последнее позволяет строить на нем быстродействующие - более (10⁸-10⁹) Гц оптические логические элементы. Это уменьшает габаритные размеры, повышает его быстродействие.

Модулятор более прост, так как не содержит поляризаторов света.

На фиг. 4 и 5 представлены варианты выполнения устройства с модуляторами в виде коммутатора оптических сигналов, выполненными в виде волноводных каналов, расположенных в ниобате лития. Это позволяет, подключая выводы других фотоприемников к контактам 7 для подачи управляющих напряжений, осуществлять логические операции над световыми потоками.

Таким образом, предлагаемые устройства имеют более простую конструкцию оптрона при сохранении быстродействия, большие функциональные возможности.

Использование: изобретение относится к элементам интегральной оптики, системам оптической обработки сигналов. Сущность изобретения: управляемый оптрон содержит источник света, модулятор и фотоприемники, соединенные последовательно волоконно-оптическим кабелем, причем модулятор выполнен в виде оптического коммутатора с управляющими электродами на M волноводных каналах в ниобате лития. В оптроне управляющие электроды выполнены на противоположных сторонах волноводного канала. 5 ил.

Управляемый оптрон, содержащий источник света, модулятор и фотоприемники, соединенные последовательно волоконно-оптическим кабелем, причем модулятор выполнен в виде оптического коммутатора с управляющими электродами на M волноводных каналах в ниобате лития, отличающийся тем, что управляющие электроды выполнены на противоположных сторонах волноводного канала.