Управляемый световодный элемент "светотрон Советский патент 1992 года по МПК G02B6/35 

изменять радиус кривизны петлеобразного участка. И;звестен также оптический элемент использованный для разделения светового излучения по длинам волн. В этом устройстве также имеется одномодовый световод, содержащий несколько петлеобразных участков. Существенным признаком является покрытие световода.поверх оболочки другим веществом, коэффициент прелом ления которого отличается от коэффициента преломления оболочки световода Возможно разделение светового излучения по длинам волн на нескольких петлеобразных участках, различающихся между собой по радиусу кривизны световода и по коэффициенту преломления покрытия, с последующим измерением излучаемого на каждой петле света при помощи фотодетекторов, установленных с наружной стороны каждой петли. Однако, хотя коэф фициент преломления/покрытия различается от одного петлеобразного участка световода к другому, устройство не предусматривает средств, позволяющих изменять во времени коэф фициент преломления покрытия в преде лах каждого петлеобразного участка, В результате функциЪнальные возможности данного устройства остаются очень ограниченными и оно не может найти широкого применения в инте.гральной оптике и е волоконно-оптических линиях связи. Известное устройство не позволяет осуществлять ак тивного управления оптическим сигналом . Цель изобретения - обеспеч енйе бесконтактного управления оптическим сигналоМс Поставленная цель достигается тем, что в световодный элемент, содержащий петлеобразный, участок одномодового световода, покрытый поверх оболочки пленкой полупроводникового вещества, вводатся управляющий световод, торец которого оптически сопряжен с полупроводниковой пленкойj покрывающей петлеобразный участок основного световода, причем толщина пленки составляет 0,05, до 1,0 мкм. Оптический сигнал подается в устройство через управляющий световод и имеет энерг14Ю квантов больше ширины запрещенной зоны полупроводника . На чертеже схематически изображен предлагаемый управляемый световодный элемент. Одномодовый основной световод 1, содержащий сердцевину 2 и оболочку 3, имеет участок в виде петли . На этом участке оболочка световода покрыта тонкой пленко й 5 полупроводникового вещества, на которую падает свет, излучаемый с торца управляющего световода 6. Интенсивность света , излучаемого радиально из петли k основного световода, измеряется фотоприемником. При конкретном выполнении устройства выбор радиуса кривизны петлеобразного участка основного световода производят с использованием известного уравнения, которое в типичных случаях для одномодовых кварцевых волокон и длин волн С1ве.та в диапазоне 0,8-t,6 мк приводит к значениям ра- диуса кривизны петли порядка 10 мк. При сборке приб{)ра фиксируют радиус кривизны петли на таком значении, чтобы световой пробой на петле не происходил в отсутствие оптического сигнала, т.е. при значении R лишъ несколько меньше вычисленного по уравнению для выбранного значения N. Выбор мате|5иала полупроводниковой пленки 5 производят с учетом требований к характеру преобразования оптического сигнала. 8 любом случае ширина запрещенной зоны полупроводника Е а должна быть меньше энергии квантов света в упргаеляющем световоде 6, несущих оптический сигнал . Но относительно энергии квантов света в основном световоде возможны два варианта: энергия квантов Света в основном световоде меныиеширины запрещенной зоны полупроводника Ыосн V V энергия, квантав больше ширины запрещенной зоны полупроводника (). (4) При использовании предлагаемого элемента в качестве фотодетектора или оптического усилителя используется первый вариант. этом пленка может быть выполнена из арсенида галлия, длина волны света в управляющем световоде 0,9 мкм и меньше, длина волны света в основном световоде больше 0,9 мкм. При использовании элемента в качестве переключателя или оптического элемента памяти используют второй вариант. При этом пленка также может быть выполнена из арсенида галлия, а длина волны свет и в управляющем, и в основном световодах меньше 0,9 мкм. Представляется возможным использовать как неорганические, так и ор ганические фотопроводящие полупрово ники. Устройство работает следующим об разом. Оптический сигнал подается в ует ройствр через управляющий световод 6..Свет излучается с торца управляю щего световода 6 и попадает на полу проводниковую пленку 5. При вышеука занном соотношений (2) энергии кван тов света, излучаемых управляющим световодов, и шириной запрещенной зоны в полупроводнике генерируют ; электроны и дырки под действием падающего света, соответственно умень шается коэффициент преломления полупроводника и достигается выполнение критического условия светового пробоя. Интенсивность остаточного излучения 8 основном световоде 1 уменьшается. Выходящий на петлеобразном участке световода- свет регистрируется каким-либо фотоприемнико Соответственно мощность света, распространи юще г ося по световоду 1 после прохождения петлеобразного учас ка, может быть измерена известными приборами на выходе световода 1, 1Триведенное описание соответствует работе устройства в режиме усилителя. Другой возможный режим работы - в качестве переключателя или оптического элемента памяти. Для этого необходимо выполнение условия (4) . В этом случае состояние светового пробоя будет сохранятьс и после выключения управляющего импульса света. Генерация носителей заряда в полупроводнике и соответствующий сдвиг коэффициента преломления будет продолжаться неограни- ченное время за счет излучения, выходящего из основного световода и поглощаемого частично полупроводниковой пленкой. Для возвращения устройства в первоначальное состояние необходимо кратковременное вь|ключение подачи света в основной световод 1. Из приведенных опытов установлено, что достаточно очень малого изменения коэффициента преломления на Поверхности петлеобразного световода (Ьп/п -v 10), чтобы обеспечить достижение светового пробоя по уравнению (1). Для такого изме- нения коэффициента преломления полупроводниковой пленки арсенида галлия на поверхности световода диаметром 100 мк достаточно с.ветовой мощности оптического сигнала . Типичное значение мощности светового излучения в световоде 1 составляет Вт. Сравнение этой величины с мощностью оптического сигнала, обеспечивающего достижение условий свето- вого пробоя, дает характерную величину усиления оптического сигнала по мощности Р 10 Вт/10 Вт 10 , которая достигается в предлагаемом устройстве. При работе предлагаемого устройства в режиме оптического усилителя длительность фотоответа совпадает с длительностью управляющего импульса света с точностью до величины порядка времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниковой пленке. Этот параметр определяет и предельные значения рабочих частот импульсных сигналов. Обычное значение времени жизни носителей заряда в арсениде галлия равно , что обе.спечивает достижение рабочих частот порядка-1 МГц. Использование полупроводников, специально легированных рекОмбинационно-активными примесями, позволит поднять рабочие частоты до Нескольких десятков мегагерц. Для обеспечения высокой чувствительности устройства толщина . полупроводниковой пленки не должна превосходить значения диффузионной длины неосновных носителей заряда в данном полупроводнике. Например,для арсенида галлия это соответствует толщинам пленки порядка 1 мкм. Минимальная толщина пленки порядка

0,05 мкм определяется из условий сплошности пленки при ее осаждении.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого управляемого световодного элемента определяется его принципиально новыми свойствами по сравнению с известными действующими интегрально-оптическими устрой

ствами и вытекающей отсюда возможностью многофункционального применения в интегральной оптике и в волоконно-оптических линиях связи.

Большим достоинством является то, что управление параметрами устройства, (включение, подстройка, выключение) обеспечивается бесконтактно при помощи оптического сигнала. Возможность оптического усиления светового сигнала, поданного по управляющему световоду, исключает необходимость применения в усилительных узлах волоконно-оптических линий связи электронных усилителей, требующих организации независимого электрического питания.

С бет

.

CtflM

Управляемый световолный элемент, сойе|эжащий петлеобразный учасИзобретение относится к интегральной рптике, преимущественно к аолоконно-оптическим линиями связи и полупроводниковой оптоэлектронике. Известен оптический элемент, выполненный в виде одномодового световода, состоящего из сердцевины и оболочки и имеяйцего петлеобразный участок с малым радиусом кривизны. На петлеобразном участке происходит веделение из световода излучения с длинами волн, определяемыми уравнением 2 (п2-К)Ч2Ь /У f/il R Г П2-Г J 5 ,(1) 2Nir где Ъ - полуширина оболочки; Пл - коэффициент преломления оболочки; ток одномодового волоконного световода, имеющего сердцевину и оболочку, покрытого поверх оболочки полупроводниковой пленкой, о т л и чающийся тем, что, с целью обеспечения бесконтактного управления оптическим сигналом, в него введен управляющий световод, торец которого оптически сопряжен с полупроводниковой пленкой, покрывающей петлеобразный участок основного световода, причем толщина пленки составляет от 0,05 до 1,0 мкм. б фазовая постоянная моды света, передаваемого по световоду; К волновое число для свободного пространства; N .00 целое число; сд JR - радиус кривизны сердцевидо ны на петлеобразном участСР О5 ке световода; и jf (пгК). Уравнение

Сбе/л hit.

оен.