Интегрально-оптический демультиплексор Советский патент 1988 года по МПК G02F3/00 

Изобретение относится к интегральной оптике и может быть использовано для пространственной коммутации оптических сигналов, преимущественно в технике волоконно-оптической связи.

Целью изобретения является упрощение коммутатора.

На чертеже изображена оптическая схема демультиплексора.

Устройство содержит входное оптическое волокно 1, выходное оптическое волокно 2 (общее число выходных волокон равно N) , входной поло ско- вый световод 3,.выходные полосковые световоды 4 (общее число выходных световодов равно N), входной элемент 5 оптической связи волокна с входным полосковым световодом, выходной элемент 6 оптической связи волокна с выходным полосковым световодом стационарную брэгговскую решетку 7 G ; (i - номер выходного полоскового световода), электрически управляе- мый модовый переключатель 8 Р, общую подложку 9, фотоприемник 10, блок 1 1 управления модовыми переключателями. Входное оптическое волокно 1 оптически связано с входным полосковым световодом 3 с помощью входного элемента 5 оптической связи. Каждое выходное оптическое волокно 2 связано с соответствующим выходным полосно- вым световодом 4 с помощью выходного элемента 6 оптической связи. Все элементы оптической связи обеспечивают возбуждение (или вывод) свето- водных мод с требуемой поляризацией и заданным номером моды (например, т) Выходные полосковые световоды 4 параллельны друг другу и пересекаются с входным полосковым световодом под углом 1. Все полосковые световоды расположены на общей подложке 9. В каждой области пересечения полоско- вых световодов имеется стационарная брэгговская решетка 7, вектор К которой лежит в плоскости фигуры.

Перед каждой рещеткой во входном полосковом световоде расположен электрически управляемый модовый переключатель, вьшолненный JB виде преобразователя моды без изменения поляризации. Без подачи управляющих сигналов на переключатель 8 световая волна на его выходе сохраняет номер моды, падающий на его вход, (состояние О). При подаче управляющего сигнала на переключатель 8 световодная мода с

постоянной распространения преобразуется в световодную моду с постоянной распространения /Г, (т / 1) той же поляризации (состояние l). На конце входного полоскового световода 3 имеется фотоприемник 10, электрически связанный с блоком 11 управления, который декодирует сигнал вызова, поступающий из входного оптц- ческого волокна 1, и формирует управляющий сигнал, поступающий на требуемый переключатель.

Подложка 9 может быть выполнена как из пьезоэлектрического (кварц Ь1КЪОз), так и электрооптического (LiNbOj) материала. В первом случае преобразователь 8 моды выполнен в виде встречно-штыревых электродов, направление которых перпендикулярно направлению входного полоскового световода. Встречно-штыревые электроды нанесены на поверхность подложки, причем период Л электродов удовлетворяет соотношению

Л o/lN.-N

(1)

0

5

0

5

0

5

где N

N Р

Лл эффективные показатели преломления для све- товодных мод с номерами т, I;

рабочая длина волны в вакууме.

При подаче на эти электроды переменного напряжения соответствующей частоты генерируется акустическая волна, направленная вдоль входного полоскового световода, и вследствие коллинеарного акустооптического взаимодействия световодная мода с волновым вектором преобразуется в световодную моду с волновым вектором Р без изменения поляризации.

Во втором случае преобразователь 8 моды выполнен также в виде встречно-штыревых электродов, преобразование моды осуществляется за счет коллинеарного взаимодействия свето- водной моды с неоднородной по глубине фазовой решеткой, индуцированной в волноводном слое за счет электрооптического эффекта.

Период решетки выбирается по со- отношению

2 0

где I/- дифракционный угол.

Полосковые волноводы приготовлены, например, на основе LiNbOj методом

(2)

31368845

протонного o6Mefia в расплаве бензон - ной кислоты с дополнительным боковым ограничением с помощью нанесения на поверхность LiNbO полосок оптического материала с более высоким (по сравнению с Н : LiNbOg) показателем преломпения (например, ). Каждая стационарная брэгговская решетУстронстпо работает следующим образом.

В исходном состоянии все модовые переключатели 8 находятся в состояни О. Световая волна, приходящая из входного оптического волокна 1 с помощью входного элемента 5 оптической

вектором

Для этой моды угол паде

связи, возбуждает во входном полоска вьшолнена в виде периодически гоф- ю ковом световоде 3 моду с волновым рированного участка поверхности по- лоскового световода. Вектор каждой стационарной решетки К удовлетворяет обобщенному условию Брэгга

ния на каждую из стационарных брэг- говских решеток 7 не равен углу Брэг га, поэтому волна доходит до фото- приемника 10. Если в таком состоянии поступает оптический сигнал вызова требуемой i-и выходной линии, то пос ле преобразования его фотоприемни- ком в электрический сигнал и декодирования в блоке I1 управления на модовый переключатель Р подается управляющий сигнал, переводящий его в состояние I. При этом световод- ная мода с волновым вектором р не- 25 посредственно перед стационарной решеткой G. преобразуется в моду с волновым вектором Д, для которой условие Брэгга вьшолняется, и в результате дифракции волна поступает в i-и 30 выходной полосковый световод, причем (в процессе дифракции на стационарной гофрированной решетке осуществляется обратное преобразование волнового вектора, т.е. в выходном полосковом световоде световодная мода имеет волновой вектор р„.

г.

(3)

где /i волновой вектор световой

волны в выходном полосковом

световоде; волновой вектор световой

волны во входном полоско-

вом световоде.

Непосредственно перед решеткой выполняется условие m 1 и предполагается, что вектор К направлен из конца волнового вектора волны, распространяющейся во входном световоде а угол if между- векторами и мен ще 90°. При выполнении vcлoвия (3) световая волна с волновым вектором Зр в результате дифракции на гофрированной решетке преобразуется в световую волну с волновым вектором р,, без изменения поляризации. Стационарная брэгговская решетка может быть вьшолнена также и в виде решетки показателя преломления. В этом случае период Л решетки выбирается по соотношению

2ЫрЛ sir(f/2 АО,

где if- угол дифракционног о отклонения .

Соотношение (3) вытекает из векторного условия Брэгга типа (2) при , т.е. тогда, когда в процессе дифракции номер моды не изменяется. Учитывая, что эффективность дифракци на стационарной брэгговской решетке пропорциональна sinasL ( эе - коэффициент, зависящий от степени paccTpofr ки условия Брэгга; L - толщина решетки вдоль направления ее штрихов), толшина решетки может быть выбрана таким образом, что для световодной моды с номером Е эффективность дифракции максимальна, а для световод- ной моды с номером m - минимальна.

Устронстпо работает следующим образом.

В исходном состоянии все модовые переключатели 8 находятся в состоянии О. Световая волна, приходящая из входного оптического волокна 1 с помощью входного элемента 5 оптической

вектором

Для этой моды угол паде-

связи, возбуждает во входном полосковом световоде 3 моду с волновым

связи, возбуждает во входном полосковом световоде 3 моду с волновым

5

0

ния на каждую из стационарных брэг- говских решеток 7 не равен углу Брэгга, поэтому волна доходит до фото- приемника 10. Если в таком состоянии поступает оптический сигнал вызова требуемой i-и выходной линии, то после преобразования его фотоприемни- ком в электрический сигнал и декодирования в блоке I1 управления на модовый переключатель Р подается управляющий сигнал, переводящий его в состояние I. При этом световод- ная мода с волновым вектором р не- 5 посредственно перед стационарной решеткой G. преобразуется в моду с волновым вектором Д, для которой условие Брэгга вьшолняется, и в результате дифракции волна поступает в i-и 0 выходной полосковый световод, причем (в процессе дифракции на стационарной гофрированной решетке осуществляется обратное преобразование волнового вектора, т.е. в выходном полосковом световоде световодная мода имеет волновой вектор р„.

С помощью выходного элемента 6 оптической связи волна поступает в i-e выходное оптическое волокно. Возвращение в исходное состояние происходит либо по истечении фиксированного времени соединения, определяемого блоком управления, либо по времени, затребованном сигналом вызова . Переключение волны в i-ю выходную линию может быть осуществлено также и в режиме ручного управления с помощью блока 11. Кроме того, в режиме частичного ответвления мощности оптического сигнала сигнал одновременно может быть подан в несколько выходных линий.

Упрощение демультиплексора состоит в упрощении состава элементов выходных каналов. Поскольку элементы оптической связи рассчитаны на возбуждение (вывод) световодной моды с определенной поляризацией, то сохранение одной и той же поляризации при

5

0

5

0

5

преобразованиях (переключениях) мод позволяет обойтись в выходных каналах без N медовых переключателей, предназначенных для восстановления требуемой поляризации световодных мод (поступающих на выходные элементы 6 оптической связи).

Также упрощается технология изготовления демультиплексора,поскольку рабочие углы дифракционного отклонния световых волн меньше 90° и вследствие соотноше шй (2) и (3) увеличивается период стационарной брэггов- ской решетки. Упрощается изготовление световодов, поскольку последние рассчитаны на одну и ту же поляризацию мод.

Формула изобретения

Интегрально-оптический демульти- плексор, содержащий расположенные на общей подложке вход1юй полосковый световод, который снабжен входным

,Ю

элементом оптической связи, N взаимно параллельных выходных полосковых световодов, ,каждый из которых пересекается с входным полосковым световодом и снабжен выходным элементом оптической связи, N стационарных брэг- говских решеток, каждая из которых расположена в соответствующей области пересечения входного и выходных полосковых световодов, N электрически управляемых модовых переключателя, каждый из которых расположен на участке входного полоскового световода перед соответствующей брэгговской решеткой, отличающийся тем, что, с целью упрощения демультиплексора, каждый электрически управляемый модовый переключатель выполнен в виде преобразователя моды одной и той же поляризации, а оптическое пропускание одного и других полосковых световодов соответствует по крайней мере двум волноводным модам одной и той же поляризации.

Изобретение относится к ральной оптике и может быть использовано для частичного или полного ответвления мощности оптического сигнала в требуемый выходной канал, преимущественно в технике волоконно-оптической связи. Целью изобретения является упрощение известного дифрак ционного коммутатора с углом отклонения 90°. Коммутатор содержит подложку из пьезоэлектрического или электрооптического материала, на ко торой расположены один входной и N взаимно параллельных выходных полос- ковых световодов и К ёрэгговских деф- лектов в областях пересечения входного и выходного световодов. Причем каждый дефлектор выполнен в виде стационарной решетки и перед каждым дефлектором расположен электрически управляемый модовый переключатель, выполненный в виде преобразователя номера моды без изменения ее поляризации, а каждый световод выполнен каналирующим по крайней мере две моды одной и той же поляризации. Работа коммутатора основана на резонансной зависимости эффективности волноводной дифракции от номера волноводной моды, падающей на рещетку. При этом угол дифракционного отклонения может быть выбран меньше 90°, могут использоваться волноводы, каналирующие только моды с определенной поляризацией, и при определенных условиях могут не использоваться дополнительные модовые переключатели, восстанавливающие исходный тип волны в выходных световодах. 1 ил. S (Л оо О5 00 00 4 СП