Оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1989 года по МПК G02F7/00 

Изобрь I йняе. ит;юсит(:я к оптоэлект- роинке и может быт1. использовано для преобра ова)ия аналсгорьп сигналов

р UHropOBOi i ДВОИЧ1 ЬБ кол,, СОБМ : СТИМЫ11

с вычислительными комплексами и сис- цифровой обработка сигналов.

Целью изоОретения является улучшение схемотехнических свойств, упрощение топологии, повылгение техноло- i KMHOCTH изготовле-)-1я устройства.

На фи .1 приведена принципиальная схема лреобразователя; на фиг.2 - схема волноводного резонатора Фабри- 1еро; н ф.иг, 3 вигменные диаграммы работы преобразователя

Для определенности рассмотрим . трехразрядчый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), Устройство вьшолне- но на злектрооптической подложке 1,

р которой сформиро1;ан одномодовьп1 в тновод 2. На левом (. О торце волнотюда пристыкован лазер 3. На правом торце пристыкованы фотоприемник 4, усилитель 5 и компаратор 6. На поверхности подложки поперек волновода расположены отражающие элементы 7-10, между которыми вдоль волновода расположены управляющие электроды 11-13.

Для понимания работы устройства в целом необходимо рассмотреть фукк- ционировзние отдельного волноводного резонатора Фабри-Перо (ВРФП).

На фиг.2 изображены подложка 1, одномодовый волновод 2, расположенные вдоль волновода металлические электроды 11 и отражательный элемент 7.

сл

о

о (;о

00

При включении электрического напряжения Vj встречно-штьфевые электроды, из которых состоят отражательные элементы 7, формируют вследствие электрооптического эффекта фазовую решетку в диэлектрике. При вьтолнении условия

2А

ш m --,

где А - период расположения электродов 1 1;

m 1,2,3 ... - порядок брэггов кой дифракции;

Дд - длина волны светового излучения в вакууме;

n.j - эффективный показатель преломления волновой моды, эта фазовая решетка действует как отражающая поверхность с некоторым коэффициентом отражения света по интенсивности R и коэффициентом пропускания света по интенсивности Т, Таким образом, отражательные элемен ты сформируют в подложке разонатор Фабри-Перо, Без учета потерь .

Так как волновод сформирован в электрооптическом материале, то приложенное к электродам 11 напряжение V вносит в световую моду, распространяющуюся по волноводу, фазовый сдвиг

) oi.vi,

где oi, - коэффициент пропорционально сти, зависящий от свойств материала подложки, размеро и взаимного расположения во:1новода и электродов; 1 - длина электродов.

Общий фазовый сдвиг за один проход световой моды вдоль резонатора равен

(V) iL + ucfjCv),

где ft - постоянная распространения

данной моды;

L - длина резонатора, т.е. расстояние между отражающими элементами.

Зависимость коэффициента пропус- кания t резонатора Фабри-Перо (в отсутствие потерь) от йЦ дается вьфажением

Т2

1 T +ARsin fAi CV)

где Ij, - интенсивность вводимого в резонатор света;

0

0

,

5 0

5

Q

5

I - интенсивность света, прошедшего через резонатор.

Отметим, что является периодической функцией V, а вид этой функции зависит от коэффициентов Т и R. Таким образом, на ВРФП можно реализовать разряд АЦП. Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг.З), где V(t) - входной аналоговый сигнал; б, , f. , j коэффициенты пропускания ФРФП, образованных соответственно отражаюш 1ми элементами 7и8, 7и9, 7и10;У;- управляющие импульсы, подаваемые на отражающие элементы i+7, (,2); I - выходной цифровой сигнал, г - десятичное представление сформированного на выходе I двоичного числа.

Преобразователь работает следующим образом.

Трехразрядное двоичное число, соответствующее входному аналоговому сигналу V(t), формируется за три такта (фиг.З, V , V, V), В первом такте напряжение подается на отражающие элементы 7 и 8, которые формируют ВРФП длиной 1, что приводит к формированию на выходе компаратора 6 старшего двоичного разряда. Во втором такте включаются отражательные элементы 7 и 9, которые формируют ВРФП длиной 1 , , что приводит к формированию второго разряда, так как суммарная длина электродов 11 и 12 вдвое превышает длину электродов 11. В третьем такте включаются отражательные элементы 7 и 10, формируется ВРФП длиной , и на выходе АЦП появляется младший разряд. Таким образом, на выходе формируется трехразрядное двоичное число в последовательном во времени коде. I

Предлагаемый преобразователь по . сравнению с известным имеет более простую топологию и более технологичен в изготовлении, так как в отличие от известного имеющего по одному волноводу на к,аждый разряд, предлагаемый преобразователь имеет только один волновод. Кроме того, торцовые зеркала, образующие в известном преобразователе резонаторы Фабри-Перо, требуют прецизионных методов изготовления, ибо диэлектрические волноводы почти всегда находятся на поверхности подложки и их глубина, как правило, не превьшает 1-2 мкм. Фотолитографический метод нанесения на поверхность

подложки встречно-штьфевых электродных структур, которые образуют резонаторы Фабри-Перо в описанном устройстве, значительно проще. Преобразователь обладает также существенными схемотехническими преимуществами, В прототипе количество выходных элемен- тов (фотоприемников, компараторов, усилителей) равно разрядности выход- ного числа, В описанном устройстве необходимы только один фотоприемник, один компаратор, один усилитель, Кроме того, предлагаемый преобразователь в отличие от известного формиру- ет число в двоичном коде, развернутом во времени, и поэтому его выход можно непосредственно стыковать с входом оптоволоконной линии связи без использования линий задержки или схем мультиплексирования,

Формула изобретения

Оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь, содержап(ий полоско- вый одномодовый волновод, вьополненньш на подложке из электрооптического материала, с системой управляющих электродов, на выходе которого установлены последовательно соединенные фотоприемник, усилитель и компаратор, отличающийся тем, что, с целью улучшения схемотехнических свойств, упрощения топологии, повышения технологичности изготовления, в него дополнительно введены управляемые отражающие элементы, расположенные на поверхности подложки вдоль

волновода между управляющими электродами, вьтолненные в виде встречно- штыревых структур с периодом Л, определяемым из условия

2А.«-Ь-,

где m 1,2,3 ... - порядок брэгговской дифракции;

Лд - длина волны светового излучения в вакууме; п - эффективный показатель преломления волноводной моды, причем расстояния между отражательными элементами равны

L,

(Ц)

L

Э fi где i 1,2..,;

|3 - постоянная распространения

волноводной моды; п - порядковый номер зазора между соответствующими отражательными элементами.

а длины управляю1цих электродов 1„ равны

In 1,2

п-т.

0

5

где 1 - длина самого короткого управляющего электрода; п 2,3,4,..- порядковые ног мера остальных электродов, причем количество пар электродов равно количеству двоиуных разрядов формируемого числа, а количество отражательных элементов превышает количество разрядов формируемого числа на единицу.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для преобразования аналоговых сигналов в цифровой двоичный код. Целью изобретения является улучшение схемотехнических свойств, упрощение топологии, повышение технологичности изготовления устройства. Для реализации цели в аналого-цифровом преобразователе использован резонатор Фабри-Перо в виде полоскового волновода на подложке из электрооптического материала с отражательными элементами в виде планарных встречно-штыревых электродных структур. 3 ил.

0 У ft) Ъ

УЗ

456

Ш

и.г.1

f uB.2