Способ переключения оптического излучения Советский патент 1990 года по МПК G02F1/33 

Изобретение относится к способам переключения оптического излучения, распространяющегося в двух каналах, в частности волоконно-оптических, путем акустооптического взаимодействия света с акустической волной, и может быть использовано в оптоволоконных коммутационных системах, типлексорах, в системах обработки информации и т.п.

Целью изобретения является умень шение перекрестных помех между каналами.

На чертеже показана схема акустооптического взаимодействия, на которой основан предложенный способ.

Способ осуществляют следующим образом.

Два пучка 1 и 2 оптического излучения направляют по двум каналам в акустооптическую среду под углом б друг к другу. В области А, где они пересекаются, на оба пучка воздействуют объемной акустической волной с частотой f, , распространяющейся в акустооптической среде вдоль прямой 3. Эта прямая лежит в плоскости А, перпендикулярной биссектрисе 00 угла б , и образует с направлениями распространения пучков 1 и 2 углы, соответствующие брэгговскому синхронизму на частоте f| . При этом угол между прямой 3 и направлением распространения пучка 1 равен /i| 90 - -у, , где у, - угол Брэгга для частоты f, , а угол Ь, между прямой 3 и направлением распространения пучка 2 равен pt « 90° + у, .

В результате акустооптического взаимодействия оба пучка 1 и 2 претерпевают дифракцию. Дифрагированные пучки излучения распространяются под углом 0 друг к другу в направлениях

акустической полной. Прямая 9 расположена в плоскости А и образует с направлениями распространения пучков 1 и 2 углы, соответствующие брэгговскому синхронизму на частоте f. При этом угол между прямой 9 и направлением распространения пучка 1 равен 90° |f, , , - угол

10 Брэгга для частоты f, а угол р, меж ду прямой 9 и направлением распространения пучка 2 равен 90° - jp . Частоту fj выбирают в соответствии с соотношением /1). Для того чтобы при

15 воздействии на оба пучка 1 и 2 оптического излучения акустической волно с частотой fJ произошло переключение каналов, необходимо угол б между направлениями распространения пучков

20 1 и 2 устанавливать в зависимости от выбранного соотнощения частот f и fj в соответствии с условием (2), если используются обыкновенные пучки 1, 2, ив соответствии с условием (3

25 если используются необыкновенные пуч ки 1 и 2 оптического излучения.

Данный способ может быть реализован с использованием как изотропной, так и анизотропной дифракции. При

30 использовании изотропной дифракции угол 9 между направлениями распро странения дифрагированных пучков 5,6 оптического излучения равен углу в между напрайлениями распространения

„с первоначальных пучков 1 и 2, При использовании анизотропной дифракции пучки 1 и 2 направляют в акустооптическую среду так, чтобы биссектриса 00 угла б совпадала с оптической

40 осью этой среды. При анизотропной ди фракции происходит поворот плоскости поляризации дифрагированного иэлуче- ния относительно исходного на 90, и пучки 5, 6 будут распространяться

5 и 6, лежащих в плоскости 7, которая 45 °Д углом 0 друг к другу, величина

образует с первоначальной плоскостью 8 распространения пучков 1 и 2 угол «6 . При этом дифрагированная часть пучка 1 распространяется в направлении 5, а дифрагированная часть пучка 2 - в направлении 6. Для взаимного переключения оптического излучения из одного канала в другой на оба пучка 1 и 2 в области их пересечения А воздействуют другой объемной акустической волной с частотой fj, распространяющейся в акустооптической среде вдоль прямой 9, и одновременно прекращают воздействие первой объемной

50

55

которого соответствует условию (3), если исходные пучки 1 и 2 обыкновенные, и условию (2), если исходные пучки 1 и 2 необыкновенные. Данный способ полностью обратим, т.е. пучки 5, 6 могут быть входными, а пучки 1,2 - выходными.

Приведем конкретные примеры реали зации предлагаемого способа.

Пример 1. Длина волны переключаемого оптического излучения И 0,488 ,. В качестве акустооптической среды используют два последовательно расположенных кристалла

акустической полной. Прямая 9 расположена в плоскости А и образует с направлениями распространения пучков 1 и 2 углы, соответствующие брэггов , скому синхронизму на частоте f. При этом угол между прямой 9 и направлением распространения пучка 1 равен 90° |f, , , - угол

Брэгга для частоты f, а угол р, между прямой 9 и направлением распространения пучка 2 равен 90° - jp . Частоту fj выбирают в соответствии с соотношением /1). Для того чтобы при

воздействии на оба пучка 1 и 2 оптического излучения акустической волной с частотой fJ произошло переключение каналов, необходимо угол б между направлениями распространения пучков

1 и 2 устанавливать в зависимости от выбранного соотнощения частот f и fj в соответствии с условием (2), если используются обыкновенные пучки 1, 2, ив соответствии с условием (3),

если используются необыкновенные пучки 1 и 2 оптического излучения.

Данный способ может быть реализован с использованием как изотропной, так и анизотропной дифракции. При

использовании изотропной дифракции угол 9 между направлениями распро странения дифрагированных пучков 5,6 оптического излучения равен углу в между напрайлениями распространения

первоначальных пучков 1 и 2, При использовании анизотропной дифракции пучки 1 и 2 направляют в акустооптическую среду так, чтобы биссектриса 00 угла б совпадала с оптической

осью этой среды. При анизотропной ди- фракции происходит поворот плоскости поляризации дифрагированного иэлуче- ния относительно исходного на 90, и пучки 5, 6 будут распространяться

°Д углом 0 друг к другу, величина

которого соответствует условию (3), если исходные пучки 1 и 2 обыкновенные, и условию (2), если исходные пучки 1 и 2 необыкновенные. Данный способ полностью обратим, т.е. пучки 5, 6 могут быть входными, а пучки 1,2 - выходными.

Приведем конкретные примеры реализации предлагаемого способа.

Пример 1. Длина волны переключаемого оптического излучения И 0,488 ,. В качестве акустооптической среды используют два последовательно расположенных кристалла

Bi.npOjg, KOTf)pbie являются оптически изотропными. Значение показателя преломления этого материала для указанной длины волны Пд Пр 2,65, Выбирают направления распространения и значения частот акустических волн в акустооптических кристаллах: в одном кристалле продольная волна, направление ее распространения ЮО, скорость V, 3,65-10 см/с, частота f, 1 ГГц; в другом кристалле продольная волна, направление ее распространения Dlol скорость v 3,4 X X 10 см/с, частота f,, 0,85 ГГц. В соответствии с выражением (1) соот

ношение ---- 1,1. По известным зависимостям рассчитывают для каждой волны углы Брэгга : , 1,Д4 я у 1,31 ,й по формуле (2) вычисляют угол 0 4,21. Направляют в указанные кристаЛл1 1 два пучка 1 и 2 оптичекого излучения под углом 9 4,21 друг к другу. Кристаллы ориентируют так, чтобы направление 1 OOj одного кристалла и направление 110 другог кристалла были расположены в плоскости 4, перпендикулярной биссектрисе угла 0 , и пересекались с ней. При этом нaпpaвлeF иe lOOJ первого крис- талла составляло с направлением распространения пучка 1 угол р, 90 - -у, 88,56°, а направление 1 Ю второго кристалла составляло с направлением распространения пучка 1 угол 90° + Уг 91,ЗГ. Возбуждают в первом кристалле продольную акустическую волну с частотой ft 1 ГГц, распространяющуюся в направлении lOn. При этом оба пучка пре- терпевают дифракцию, и дифрагированные пучки 5 и 6 распространяются в плоскости 7 под углом б 0 4,21 Друг к другу. Угол ос, между плоскостями 7 и 8 определяется для изотроп- ной дифракции из формул,

о 2arctp(). ,

В данном примере угол od 5,4 . Для переключения излучения из одного канала в другой возбуждают во втором кристалле продол Ь1 ую акустическую волну с частотой f, 0,85 ГГц распространяющуюся в направлении

110.-

Пример 2. Длина волны переключаемого опткческого излучения р 1 10 ,см. В качестве акустооптической среды используют дпл кристалла TcOj, которые являются оцти- чески анизотропными. Значения гланны показателей преломления этого материала для указанной длит, полны п 2,2, Пд 2-, 35. Выбирают направления распространения, поляризацию и значения частоты акустических волн р обоих кристаллах поперечные волны с направлением распространения вдоль 110 и направлением колебания смещения 110. Скорость их распространения в этом направленрп1 v, г 0,610 см/с. Частота акустической волны, возбуждаемой в одном кристалле, f 100 МГц, частота акустической BOJUibi, возбуждаемой в другом кристалле, f 66,7 М1 ц. В соответствии с выражением (1) соотношение

-- 1 , 5 . Рассчитьпзают углы Брэгта: г J v

у, 2,05, у, 1,28,и по формуле (2) вычисляют угол б 3 . Два пучка 1,2 поляризованного пптического излучения направляют г-, указанные кристаллы под углом друг к другу так, чтоб1;1 плоскость IK поляризации была ортогонал/,;а биссектрисе угла 9 а последняя совпадала с оптическо осью кристаллов. Кристаллы ориентируют так, чтобы направление ПО каждого из них было расположено в плоскости, перпендикулярной биссектрисе угла 9 и пересекалось с ней. При этом направление 1TOJ одного кристалла должно составлять с направлением распространения пучка 1 угол

fj; 90 - у, 87,95, а направление D 1 другого кристалла должно составлять с направлением распространения пучка 1 угол /ij 90 4- у-j 91,28. Возбуждают в первом кристалле поперечную акустическую волну с частотой f, 100 МГц, распространяющуюся в направлении 110. Дифрагированные пучки 5 и 6 распространяются в плоскости 7 под углом 0 5,35 друг к другу. При зтом ориентация плоскости поляризации оптического излучения в Hvrx повернута на 90 относительно плоскости поляризации излучения в пучках 1 и 2. Угол аб между плоскостями 7 и 8 определяется для анизотропной дифракции из формулы

arccos

(L)2(fl)2

1 . J

:,,

(Il)2+( V,

X +

Dt) п

В данном примере угол об 112,3 Для переключения излучения из одног канала в другой возбуждают во втором кристалле попе речную акустическую волну с частотой fi 66,7МГц, распространяющуюся в направлении plOJ.

Пример 3. Длина волны переключаемого оптического излучения „

л.

0,63-10 см. В качестве акустооп- тической среды используют два последовательно расположенных кристалла РЬМ рО, , .которые имеют структуру, аналогичную структуре TeOj. Значения главных показателей преломления для указанной длины волны п 2,39, п 2,26.

Выбирают направления распространения, поляризацию и значения частоты акустических волн: в обоих кристаллах поперечные волны Направлением колебания смещения ГОЮ. Скорость их распространения э этом направлении v, v 2, см/с. Частота f, 200 МГц, частота fj « 111 МГц. В соответствии с выражением СО соотношение

liYL 8. Рас- ,

считывают для каждой акустической волны угол Ьрэгга: 0,71; у, 0,Д2 и по формуле (2) вычисляют угол Q 1,6°. Два пучка 1 и 2 поляризованного оптического излучения направляют в указанные кристаллы под углом 0 1,6° друг к другу так, чтобы плоскость их поляризации была ортогональна биссектрисе угла 0 , а последняя совпадала с оптической осью кристаллов. Кристаллы ориентируют так, чтобы направление каждого из них была расположено в плоскости, перпендикулярной биссектрисе угла 0 , и пересекалось с ней. При зтом направление ЮО одного кристалла должно составлять с направлением распространения пучка 1 угол /J, 90 + + У 90 - J, 89,29, а направление ClOOj другого кристалла должно составлять с направлением padnpocTpa- нения пучка 1 угол /3 90° - 90,45. Возбуждают в первом кристалле поперечную акустическую волну с частотой f, 200 МГц, распространяю- щуюся в направлении .

Дифрагированные пучки 5 и 6 распространяются в плоскости 7 под углом

d

1,52 друг к другу. При этом

о

ориентация плоскости поляризации оптического излучения в них повернута на 90 относительно плоскости поляризации излучения в пучках 1 и 2. Угол «6 между плоскостями 7 и 8 определяется по формуле () и равен в данном примере ot «122,2°.

Для переключения излучения из одного каиала в другой возбуждают во 10 втором кристалле поперечную акустическую волну с частотой f « 111 МГц, распространяющуюся в направлении 100.

f5 Формула изобретения

Способ переключения оптического язлучения, включающий направление пучков этого излучения в акустоопти20 ческую среду по двум каналам под углом В друг к другу, отклонение их путем воздействия на оба пучка в области их пересечения первой акустической волной с частотой f, , распро 5 страняющейся в плоскости, перпендикулярной биссектрисе угла в , под углами к направлению распространения каждого пучка, соответствующими брэг- говскому синхронизму на частоте f«

30

первой акустической волны, и переключение оптического излучения из одного канала в другой путем воздействия на оба Лучка в области их пересечения второй объемной ак стичес- 35 кой волной, распространяющейся в той же плоскости, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения перекрестных помех между каналами, частоту fj второй объемной акустической

40

45

50 55

волны устанавливают отличной от частоты f, и направляют ее под углами, соответствующими брзгговскому синхро-i низу на частоте f к направлению распространения каждого пучка оптического излучения, лри этом значения час- трт объемных акустических волн выбирают в соответствии с соотношением

1,1 i

6 1,8, (t)

livt

.

a угол 9 между направлениями распре странения первоначальных пучков оптического излучения устанавливают из условий

21

rjfe:)

пТ

(2)

для обыкновенных пучков и

sin б

2|(f;). (i).

i k ite - Hir -t j

(

необыкновенных пучков,

V,, v - скорости распространения первой и второй объемных акустических волн с частотами f, и fi соответственно

(3)

Л, - длина волны оптического

излучения в вакуумеj Пд, п, - значения главных показателей преломления акус- тооптической среды.

Изобретение относится к способам переключения оптического измерения, распространяющегося в двух каналах, в частности волоконно-оптических, путем акустооптического взаимодействия. Цель - уменьшение nepeKpecTHbHt помех между каналами. На переключаемые пучки воздействуют двумя акустическими объемными волнами с разными частотами f , и fj, направленными под углами, соответствующими углам брэггов- ского синхрониэма на этих частотах. Причем значения частот выбирают в соответствии с соотношением 1,1 f,,/ /fVv, &1,8, где. V, и Vj - скорости распространения первой и второй объемных акустических волн с частотами f, и f соответственно. Угол между переключаемыми пучками определяют расчетным путем по значениям частот и параметров акустооптической среды.- 1 ил. § (Л со NU оо со О5

О

Редактор И.Иванова Заказ 499

Техред М.Ходанич Корректор Л

Тираж 463Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. ГТроектная, 4

Составитель Л.Архонтов

Техред М.Ходанич Корректор Л. Патай