Электрооптическое коммутирующее устройство Советский патент 1977 года по МПК G02F1/31 

(54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЕ КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к интегральной оптике, в частности к устройствам коммутации светового луча. Оно может быть использовано в оптических вычислительных машинах и технике оптической волоконной свяаи, где требуется большое быстродействие и высокая коммутирующая способность.

Известно оптическое коммутирующее устройство, содержащее тонкий слой электрооптического кристалла с электродами, выполненными в виде нескольких параллельных рядов проводящи.х полосок, длина и период расположения которых определяют период фазовой дифракционной решетки, на которой происходит дифракция света 1 . Эффективность такой дифракционной рашетки даже при расположении ее под углом Брьгга к падающему световому пучку относительно невелика из-за малой длины взаимодействия света с участком среды, имеющим измененный коэффициент преломления.

Прототипом предложенного электрооптического коммутирующего устройства является электрооптическая переменная фазовая дифракционная решетка, предназначенная для модуляции оптического излучения 2 . Эта решетка - пленочный модулятор - представляет собой сформированный на повер.хности электрооптического кристалла тонкопленочный оптический волновод с нанесенными на его поверхность гребенчатыми электродами, зубья которых расположены вдоль направления распространния света. При приложении электрического напряжения к гребенчатым электродам вектор напряженности электрического поля меняет свое направление в соседних парах зубьев. В соответствии с изменениями направления вектора напряженности электрического поля изменяется и показатель преломления кристалла. Таким образом, в волноводе формируется объемная фазовая дифракционная решетка с глубиной модуляции показателя преломления, пропорциональной приложенному напряжению. Свет, распространяющийся в волноводе, проходя чере дифракционную решетку, дифрагирует, причем интенсивность отклоненного пучка модулируется в соответствии с изменениями электрического напряжения. При некотором электрическом напряжении падаюшве на устройство излучение дифрагирует.со 1ОО%-ной эффективностью- происходит переключение света из одного углового положения в другое. Наряду с несомненными, преимущест- вами (наиболее важным из которых является малое управляющее напряжение опи санное устройство имеет суз цественный недостаток: луч света может отклоняться тол ко в два угловых положения. Цель изобретения - увеличение числа угловык положений комк гтируемого луча света. Поставленная цель достигается тем, что нанесенные на поверхность волновода гребенчатые электроды расположены последовательно, причем угол между зубьями соседних электродов равен удвоенному углу дифракции Брэгга. На чертеже показано предлагаемое устройство, коммутирующее луч света по yi ловому положению. Устройство состоит из подложки 1, оптического тонкопленочного волновода 2, выполненного из электрооптического материала, например из L NbO,j , и нанесенных на поверхность волновода гребен чатых электродов 3. Зубья двух соседних гребенчатых электродов повернуты друг относительно друга на угол, равный удвое ному углу дифракции Брэгга б определяемый соотношением: 2( cf - период гребенчатых электродов; длина волны коммутируемого оптического излучения в воэДухе;И - показатель прелоквхения материала волновода. Работа устройства заключается в следу ющем. Коммутируемый луч света, распространяюшийся в волноводе,падает под углом орэгга в на дифракционную рещетку, сформированную первым гребенчатым электродом устройства. В зависимости от того, приложено или не приложено электри ческое напряжение к электроду,, луч света либо отклоняется на угол 2 в, либо рас{фостраняется без изменения направления.ПосколЬву зубья соседних гребенчатых электродов повернуты на угол 20 , то дифрагированный на первой дифракционной решетке луч света падает на дифракционнную решетку, сформированную следующим гребенчатым электродом, также под углом Брэгга 0 . Остальные электроды устойства работают подобным образом. После любого гребенчатого электрода число возможных угловых приложений луча увеличивается .на единицу. Вся последовательность из К электродов отклоняет луч в К/ К +1 угловых положений. Предлагаемое электрооптическое комму тирующее устройство, сохраняя быстродействие, свойственное Прототипу (достигающее частот несколько гигагерц), позволяет переключать луч света в N К+1 угловых положений. При достигнутом уровне техники фотолитографии .максимальный шаг отклонения луча света устройством достигает около 2 в воздухе для ,6 мкм. Следует заметить, что при нанесэрии на поверхность волновода грабенчатых электродов с различными периодами а возможно построение коммутирующего устройства с заданным законом коммутации. Малые размеры, технологичность изготовления и малые напряжения (5-20 В), управляющие работой устройства, составляют преимущества устройства. Формула изобре тения Электрооптическое коммутирующее устройство, содержащее тонкопленочный оптический волновод с нанесенными на его поверхность электродами гребенчатого типа, отличающееся тем, что, с целью увеличения числа угловых положений коммутируемого луча света, нанесенные на поверхность волновода гребенчатые электроды расположены последовательно, причем угол между зубьями соседних электродов равен удвоенному углу дифракции Брэгга. Источники информации, принятые во вннмание при экспертие: 1. Патент Франции № 2103124, кл. G 02 Т 1/ОО, 12.05.72. 2. Патент США № 3813142, кл.350. 96, 28.05.74.