Интегрально-оптический управляемый направленный ответвитель со ступенчатым изменением фазы Советский патент 1983 года по МПК G02F1/03 

Изобретение относится к оптоэлек тронике, интегральной оптике и воло конноптическим системам связи и может быть использовано как оптически &лстродействующий переключатель или оптический широкополосный амплитудный модулятор в оптоэлектронных и интегрально-оптических устройствах и системах, в волоконнооптических системах связи. Известны интегрально-оптические управляемые ответвители со ступенча тым изменением фазы ij , Недостатками таких ответвителей являются сложная конфигурация электродов, высокие паразитные емкость и индуктивность и, следовательно, небольшое быстродействие. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату предлагаемому является интегральнооптический управляемый направленный ответвитель со ступенчатым изменени ем фазы, содержащий подложку из сег нетоэлектрического кристалла, в которой сформированы два связанных по лосковых световода, и систему метал лических управляющих электродов. Система электродов этого устройст ва состоит из трех электродов сложной конфигурации: центрального зазем ляемого электрода, имеющего форму меандра и располагающегося ндд обла тью связи полоскових сведоводов симме рично по отношению к световодам, и двух управляюшлх электродов. Каждый управляющий электрод состоит из относительно широкой распределительной шины, расположенной достаточно далеко от световода, от которой с шагом соответствующим периоду (шагу) зазем ленного электрода (меандра), в направлении световода отходят трапецеидальной формы выступы, заканчивающиеся узкими прямоугольной формы полосками, расположенными над световодом. Каждая такая полоска совместно с противолежащим ей участком заземленного электрода (меандра) образует секцию-. Такая секционированная конструкция электродов обеспечивает при ложение к соседним учаскам области связи полосковых световодов противоположно направленных электрических полей, обуславливающих ступенчатое знакопеременное рассогласование фаз в световодах 2 . Недостатками этого устройства являются низкое быстродействие и узкая полоса частот. Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение полосы ча тот интегрально-оптического ответвителя. Поставленная цель достигается тем что в интегрально-оптическом управляемом направленном ответвителе со ступенчатым изменением фазы, содержащем подложку из сегнетоэ/гектрического материала, в которой сформированы два связанных полосковых световода, и систему металлических управляющих электродов, в подложке из сегнетоэлектрического кристалла образованы участки, расположенные вдоль области связи упомянутых полосковых световодов, имеющие противоположную ориентацию оптической оси кристалла, а система металлических управляющих электродов выполнена из двух электродов в виде полосок, каждая из которых расположена вдоль области связи над соответствующим световодом. Для подведения управляющего напряжения у электродов имеются контактные площадки, равноудаленные от концов электродов. На чертеже представлено схематическое изображение интегрально-оптического управляемого направленного ответвителя со ступенчатым изменением фазы. Интегрально-отпический управляемая направленный ответвитель состоит из подложки 1 из LiTaOj с парой связанных полосковых световодов 2 и 3 на поверхности которой имеются два управляющих электрода 4, 5 с контактными площадками б и 7 для подве дения напряжения. В области связи полосковых световодов 2 и 3 между электродамм 4 и 5 имеются участки (180°-ных макродоменов) 8 с противоположно ориентированными оптическими осями. Устройство работает следующим образом. Приложение к управляющим электродам .4 и 5 управляющего напряжения в результате электрооптического эффекта вызывает изменения показателя преломления подложки дп, причем знаки изменения показателя преломления в соседних участках 8 противоположные. Это. и обусловливает ступенчатое знакопеременное рассогласование фаз в области связи полосковых световодов 2. В рассмсгтриваемом часгном случае длина области связи Ь полосковых световодов направленного ответвителя выбрана раЕ1Ной 6 UQ где Ц - так называемая длина связи, т.е. длина участка области связи двух совершенно идентичных световодов, на которой происходит полная перекачка энергии света из одного световода в другой, bo , Где k - коэффициент связи световодов . В идеальном случае, когда связанные световоды совершенно идентичны и строго выполнено условие L-GLro вся энергия монохроматического света, введенного, например, в световод 2

слева, будет сконцентрирована на выходе того же световода. Если прило-« жить к электродам разность потенциалов V , определяемую длиной волны света и величинами L и К, то благода ря электрооптическим свойствгм материала подложки индуцируется рассоглы сование фаз свяэаных световодов,обес- печивгиощее перекачку всей введенной энергии света в световод 3. Так как в реальных условиях изготовления paaeHCTpoldUo точно выполнено быть не может, то при энергия света, введенного в световод 2 на выходах световодов окажется расспределенной между световодами 2 и 3. Однако, всегда эмпирически можно подобрать напряжение подстройки V , приводящее к концентрации всей введенной в световод 2 энергии света на выходе этого же световода, и некоторое другое напряжение V , приводящее к концентрации всей введенной в световод 2 энергии света на выходе световода 3. Тогда, например, операция переключения светового потока, введенного в световоды 2 и 3; заключается в изменении напряжения, приложенного к управляющим электродам 4 и 5 интеграль но-оптического направленного ответвителя со ступенчатым изменением фазы, с величины Vf на величину V . Для света с другой длиной волны значения напряжений V| и V , обеспечивающих предельные состояния переключателя, будут соответственно другими.

За базовый обект принят переключатель 2, у которого ступенчатое

знакопеременное рассогласование фаз в области связи полосковых световодов обеспечивается сложной секционированной конфигурацией управляющих электродов,создающих противоположно

направленгале электрические поля на соседних участках области связи полосковых световодов. В то же время предлагае1«1й управляемый направленный ответвител

имеет всего два простых управляющих электрода, создающих в области связи полосковых световодов однонаправленное электрическое поле, а cxyneHt чатое знакопеременное рассогласова- . ние фаз в указанной области обеспечи вается 180°-ными макродоменами в сегнетоэлектрическом материгше под ложки, представляющими собой участки с противоположным направлением оптической оси. Такое конструктивное решение позволяет изготовить переключатель с меньщими паразитными индуктивностью, емкостью и сопротивлением, что обеспечивает соответственно более высокое быстродействие и более широкую (при оптимизации формы и размеров электродов - до 2 кГц, согласно приближенной оценке) полосу частот. того, его дополнительным важным преимуществом является более

высокая надежность, меньшая интенсивность отказов, обеспечиввекие простой конфигурацией, меньшим числом электродов и меньшим числом контактов внешней упргвля1Ч-1ей

цепи к электродам упрапляе юго .направленного ответвителя. .

ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ СО СТУПЕНЧАТЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ФАЗЫ, содержащий подложку из сегнетоэлектрического материала, в которой сформированы два связанных полосковых световода, и систему меташлических управляющих электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения полосы частот, в подложке из сегнетоэлектричесКого материала образованы участки, расположенные вдоль области связи полосковых световодов и имеющие противоположную ориентацию оптической оси кристалла, а система металлических управляющих электродов выполнена из двух электродов в виде полосок, каждая из расположеф на вдоль области связи над соответ(Л ствующим световодом. СП :о 00