Оптический коммутатор Советский патент 1990 года по МПК G02F1/31 

Изобретение относится к техяи ;а оптической обработки информации и мо жет Оьгг ь HcnoJibsoBaHo, напримерj,.-.для выборки страниц в голографцтгескик запог-тнающнх устройствах. Оно может быть также применено для коммутации оптическ1{х волноводов а

Целью изобретения является шение оптических потерь в режиме кoм fyтaц.ии одного оптического входа на МаМ оптических .выходов с помощью матрицы из M«N оптических коммутационных ячеек,

На показано расположение элементов комг-гутатора в плоскости координатной сетки; да фиг,2 разрез на фиг о 1

На этих чертежах обозначены дифракционная объемлая решетка 1 показателя преломления электрически управляемое средство 2 р,пя преобразо™ вания поляризации сзетоаой волны,

ая равнобедренная пр11зма 3. .j,

горизонтальные строки В.,,

KV я л Л

j,, - вертикальные

2

Р

преломления пд. риод А каждой соотношению

вертикальные строки

выходы Цд5 L,, ,«а

M - горизонтальные выходы в с --тсй вертикальной стройе

Каждая дифракционная решетка 1 ог., раничена двумя плоскими взаимно параллельными 11оверхностя И и распоожена между гипотенузHbiJvM граг-гяш двух равнобедренных 45 --ньв триэм З,. прозрачных для рабочей длины волньз в вакууме Д „ Порсазатель прелог-ктения призм Пр равен среднему показэл елю

об7земной решетки s Пе- решетки вья ьэлнеи ио

. А.(1)

, а

обеспечиваклцему внутреннш угол Брэг° .га 45 а Толищна Н решетки к i-лубина модуляции показателя преломления А h выбраны по соотношению

,

(2)

обеспечивающему 100%-пую эффектнБ-- ноать дифракции ТЕ-волн (электрический вектор,, световой волны перпендикулярен плоскости падения на решет- liy) с, Все решетки расположе ш в узлах прямоугольной координатной сетки

.

Устройство работает следугагцим

oбpaзo г,

0

5

В искодном состоянии все средства , ДО1Л преобразования поляризации находятся в состоянии НБТ. На вход коммутатора падает световая волна в направлении горизонтальной строки А,, причем электрический вектор волны находится в плоскости координатной сетки. По отношению к дифракционньм решеткам расположенным в строке Aj j падающая волна является ТМ волной, для которой эффективность дифракции равна нулЮу т,к внутренний угол Врэгга равен 45 о Ввиду этого свето- вел волна свободно проходит через KOf-iMi TaTopa При подаче напряжения на средства для преобразования поляризации PV расположенное перед решеткой (первьй номер горизонтальной строкИэ q - номер вертикалйнай строки) осуществляется состояние ДА и по отношению к решетке полна будет являться ТЕ-волнойс. Ввиду перпендикулярности входной грани призмы к горизонтальной строке и

ввиду равенства п,,п

волна будет

0

i

5

падать на решетку точно под углом Брэгга и в результате дифракции в ciuiy (2) полностью отклонится в q - ч ую вертикальную строку. По отноше нию к решет Кам Gjq(lfe 2) дифраг-и- 41овакиая волна является ТМ-волной поэтому дифракция не происходит,, и волна попадает на вертикалвккй выход Kin,. Если напряжение одновренен .но подано п& средства для преобразования поляризации Р.а и , (15-- 2) J то по отиошекию к решетке Gj. (15-- 2) BOJUia будет иметь ТЕ-поляризаьщю VI по указанным выше причинам будет полностью отклоняться В горизонталь КХЙ БЬКОД Поскольку ЧИСЛО ОПТИ

ческих вьосодоВ;, вьшодяищх Sts.nyqejffle Б плоскости матрил1Ь ячеек, равно N а, число оптических выходов,, зьшодя- ш,их излу-челц 8 перпендикулярно матри це равно (M -l)Mj то общее число ког-1 утируемых опти ческих яаправлега-й рави-о МгЬ IlpZ i этом возможна тация светчовьк п гчков; nanprn-iep, . iepHbijCj с большим поперечным сече киемр поскольку велз-гчнпа последнего , ограничивается теперь лишь площадью решетки

Устройство имеет меньшие BHeceif- яые потери по срасиеш-по как с прото™ TitncM, так к с лииаЙЕЫМ размещв шем M N объе№1ых решеток5 так как число KOhMyTHpyioKC tx элемемтов через кото-

3t4i19A8

ые проходит световая волна при ком- утащш в любое из M-N положений, аведомо не превьпиает M+N, тогда ак при линейном размещении это чисо достигает M N,

Если коэффициент оптического ропускания каждого из коммутирующих лементов равен Т, то выигрьш в опдлко но

ни ла то во ки эф бу эф ус 5 ло от не ше но 20 ти в вл дв 25 по фи св та ци 30 че н е жел ле сле 35 ра ном про Пос хро 40 слу ров тов мая изв 45 пут тел ции с д нос 50 500 мож ньгк рим нап (дл Сло меж 45 при

тическом пропускании не меньше, чем

„M + N . N „. „

Т /Т „ При этом предлагаемый коммутатор также более компактен по сравнению с коммутатором 1«(MN-типа реализуемом при линейном размещении М N коммутирующих элементов,

При согласовании входа и выходов коммутатора с оптическими волокнами (например, путем применения линз дл коллимации выxoдяD eгo из волокон излучения) предлагаемое устройство может быть использовано в качестве ком fyтaтopa волоконно-оптических линий передачи Однако наиболее целесооб- разньм представляется применение коммутатора в высокоскоростных системах когерентной оптической обработки информацш-1, например, в качестве входного дефлектора в блоках выборкт страниц голографических запоминающих устройств.

Конкретный пример вьтолнения устройства.

Призмы оптическ1-гх кo D- yтaциoнныx ячеек изготовлены из стекла К8 (п 15516)5 объемные решетки приготовлены на слое бихромированного желатина (после экспонирования и проявления ,55) а склейка осуществлена клеем бальзамин - М(,518, сМо ГОСТ-14887 80)о В этом на- иболыпая величина й.,03 на границе клея с желатином. При угле падения 45 на эту границу козффи1гиент отражения в худшем случае (для i-по- ляризацин} равен ,OOOA, т.е« про- пускание одной поверхности склейки составляет 99,96%, Такой коэффихд ент пропускания будет для гранищз бихромированного желатина со стеклянной подложкой, на которую он нанесен (h подложки - 1,515 если используются фотоэмульсиокные пласти)1ки), На другой границе (стекло-клей) разность ivn 0,002 и величина R существенно меньше и учитывать это не надо Таким образом, эффективное пропускание одного призмениого блока с. решеткой будет составлять 99,92%, а для матри1 ы 4x5 - не меньше 99,36%,.

0

для числа призменных ячеек, через которое проходит световая волна, равного Я.

Коэффициент onTi-niecKoro пропускания клея бапьэамин-М в видимой области спектра не менее 99% даже при толщине слоя 10 мкм. При проходе волны через 16 слоев клея (две склейки на один блок призм с решеткой) эффективное пропускание матрицы 4x5 будет не меньше 85%, Таким образом, эффективное пропускание заявленного устройства, обусловленного как пог- 5 лощеиием клея, так и френелевским отражением на границах клея, будет не меньше ,6%. Поскольку для решеток, записанных на бихромирован- ном желатине, экспериментально дос- 0 тигнута дифракционная эф(})ективность , а отклонение светового пучка в любое заданное положение осуществляется в результате дифракции на двух решетках, получаем, что до- 5 полнительный к ранее найденному коэффициент ослабления интенсивности света, учитывающий как, наличие клея, так и реальную эффективность дифракции, равен- 0, 77 о Для типичной рабо- 0 чей длины волны Л 0,63 ьжм и выпол- н ения решетки на слое хромированного желатина (показатель преломле1шя после обработки ,55), из формулы (1) следует, что внутренний угол Брэгга 5 равен 45 при периоде решетки Л, равном ,29 мкм, что соответствует пространственной частоте лин/мм. Поскольку разрешающая способность хромированного желатина во всяком 0 случае больше 4000 лин/мм, хромированный жешатнн пригоден для изготовления требуемых решеток. Требуемая решетка может быть изготовлена известным Г ологрпфическим методом 5 путем зкспонирования светочувствительного слоя в области интеферен- ции двух сходяпц хся лазернЕ гх пучков с длиной волны в зоне чувствительности хромирона1 ного желатина (400- 0 500 нм)о Практически такая запись может быть осуществлена на ста щарт- ньгк голографр;ческих ус 1 аиойКах (например. СИИ-1) при использовании, например, He-Cd лазера riuia 1 (длина волн1)1 гсне.рации 0,44 км) . Слой o6 jC Mi;oi ; рсгао.тки рлсяоложен между гипотенузными гранями дв -:-; 45 -ньк разнобе;лр|- -- -::ьгх ст.;-:лл1П1ьк призм. Ка еч яь .с грлим прт:зг;ь; -;мсют

3

размер 3 X 3 апертзфа решетки порядка 3x4 мм Рабочие граии призм просветленьь

ИресбраЗОБатель .поляризацнп выполнен из Кристалла Sr - , среэд 3 ввде прямоугольного napaii- лелепипеда с квадратньш сечением 3x3 Г4М по осям XjZ и длиной L - 6 ммо Диагонали сечения параллегте- пипеда ориентированы параллельно или парпеццикулярно гшоскости коор-- динатной сетки матри1дь( коммутатора. Дли еньгаения требовзлшй к нести изготонления преобразователь поляризации может быть С габлсен ч&т- вертьвшшовой иластинкой ,цля.ко14™ пенсации фазового сдвигаз обуслов- легшого естественной анизотропией крист.аллао Рабочие грани крг;сталпа просветлены Па грани крысталла, перпендг1кулярные оси Е,, нанесены злектродЫо Для допо-пни ге.г1Ь;-шгс уманьшения фрВЕЕелевских потагп, ПРИЗМ и преобразователи. по.гшркга1; ;;-1 когуг быть погружены в и.П герсиом1рую жидкость с показателем пр.елонпепия Пр «i, п,(т1 - показатель ггре.по1-ше-- -ш-ш злектрооптического кристалла)„

В заявленном устройс -ке матрпчио расположение коммутационных зленеи- тов позволяет осуществит ког.ч.гута- тор t.is (М К) типа.. По сравкеншс с обычным- строчньм расположетшг- Р-М Н коммутационных элементом- это приводит j как показано выше, i у чень-- юегшю оптнч8СК1Оч потерь, Опукадо функционирование натр :ц.; vj ваемых коммутациозпгык зпйм- нгпз з

1д

I M 9486

качестве комт-гутатора ti((M N) тина Бозможйо лишь в том случае, когда используются обьЕчные объемные решет- г. KHj т,е указанкьй положительный эффект достигается при комь-1 ташш непосредственно свободных световых

ny iKOBo

10 Формул

зобоетеннл

Оптический коммутатор, содержа- ш,ий матрицу расположенных в уз .яах прямоугольной коорд.инатиой сет™ кн оптических коммуткрукш к: ячеек включающих две 45 -ные равнобедрен- кые призг-й) к объемную решетку с

Е1Г/треншда углом Брэгга 45 ,, рлспо- ложенную между гипоте1- узнь«ми гранями призМэ о Т л и ч а ю щ и и с я ref.,, ч:то, с целью уменьшения оптическшс потерь в режиме кo iI гy тaци.iI одного оптического входа на М - , N оптмческда выход ОБ ; каждая оптическая Koj-fl.iyrii-- ,ая ячейка сбдерлшт на пходе элек прически управляемое средство для Си1 арног о преобразования полярнз а- цип пходного излучения,, плоскости :чгвт-ого показателя пре гомлетпи; объеК ык реаеток оптическшс коь 1ута1Шон ячеек -ервой из М строк натп11ЦЫ С негп кролаг- ь лерпагщккугяр -о илос™ кос Гк координатной сетки н под уг .i-o - к паправлвни о строки,, а viJiOCKocTK оавиого показателя npeiiot-f

() к N САП Ическ15Х комиутащшнных

-Н 13 ,1 i 1

I -, -V-i-n г 1 -л

Д vH

Г

Т

2

1

-J 1

а(/гГ

К Рг/й 2

Изобретение относится к технике оптической обработки информации и может быть использовано, например, для выборки страниц в голографичес- Ktrx заг1оминакга;и ; устройствах. Цель- уменьшение оптических потерь в режиме коммутации одного оптического входа на M«N оптических вьсходов с помощью матрицы из МкН оптических коммутирующих ячеек. Сутдность изобретения состоит в ориентации объем.ИЫХ дифракционных решеток, входящих ,в .оптические коммутационные ячейки и расположенных между гипотенузными гранями двух 45 -ных равнобедренных призм. На входе оптических ког-тмути- рукзщих ячеек имеется электрически управляемьй бинарный переключатель поляризации входного оптического излучения. Плоскости равного показателя преломления решеток в верхней горизонтальной строке ячеек ориеп- Т1тройаны перпендикулярно к плоскости матрицы и под углом 45 к этой строкво Плоскости равного показателя преломления всех решеток другш: ячеек ориентированы под углом 45 к плоскости матрицы и параллельно первой строке, В верхнюю горизонтальную строку вводится ТМ-волна. Подача напряжения на соответствунг- цие один или два переключателя поляризации приводит, к дифракщ онному отклонению волны в любой из Mi N выходов, N из которых выводдт излучение в плоскости матрицы, () N - перпендикулярно ей При этом возможна коммутация световых пучков с большим поперечным сечением, напри- мер лазерных, с меньшими оптическим потерями. 2 ил. i С %1ШФ«