Волноводно-оптический модулятор Советский патент 1981 года по МПК G02F1/11 

(54) ВОЛНОВОДНО-ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР

тудно-модулированного сигнала мощность, приходящаяся иа высокочастотную несущую, всегда превышает мощность, приходящуюся на частоты, несущие информацию, т. е. на боковые частоты. Поэтому при введении сигнала на поднесущей в-электрооптический модулятор основная доля мощности генератора будет расходоваться на создание модуляции с частотой поднесущей. В паузах сигнала высокочастотная поднесущая будет по-прежнему воздействовать на модулятор и в модуляторе будет рассеиваться мощность, значительно превышающая ту мощность, которая рассеивается вследствие передачи видеосигналом. Рассеяние мощности в волноводном электрооптическом модуляторе будет приводить к его разогреву и к дестабилизации оптического волновода, а следовательно -к рассогласованию оптической схемы.

Цель изобретения состоит в расширении полосы частот передаваемого сигнала и в повышении стабильности волноводного оптического модулятора за счет снижения энергетических затрат на введение высокочастотной поднесущей в канал оптической связи.

Цель достигается путем введения в схему модулятора нового элемента - резонатора поверхностных акустических волн, имеющего усилитель в цепи положительной обратной связи, образующего вместе с усилителем автогенератор и расположенного на поверхности волновода в оптическом волноводном пучке последовательно между устройством ввода и системой встречно-штыревых электродов, образующих дифракционный модулятор интенсивности света.

На чертеже представлена схема волноводно-оптического модулятора.

Вся схема расположена на поверхности подложки 1. Одним из наиболее подходящих материалов подложки является ниобат лития у среза. Ца поверхности кристалла LiNbOs сформирован оптический волновод 2 методом диффузии титана в поверхность LiiNbOs. Для ввода луча и вывода промодулированного луча из схемы на краях кристалла выполнено устройство в виде клинообразного снижения толщины волноводного слоя 3. В непосредственной близости от точки ввода на поверхности волновода расположен резонатор ПАВ, состоящий из двух отражающих рещеток 4 в виде, например, закороченных между собой металлических полос, нанесенных на поверхность подложки, повторяющихся с периодом, равным половине периода акустической волны, полости между рещетками и двух возбудителей ПАВ 5, расположенных в резонаторе параллельно штрихам отражающих решеток. Один из возбудителей соединен с входом электронного усилителя 6. Другой возбудитель соединен с выходом этого усилителя. В качестве усилителя может быть применен

усилитель на микросхеме. Расположение резонатора относительно устройства ввода таково, что точка пересечения луча, введенного в волновод, с продольной осью симметрии резонатора, т. е. с осью Z, находится в полости резонатора. Угол пересечения луча с поперечной осью равен углу Брэгга

вв arc sin (Хр/л экв Л),

где Ко-длина световой волны; Л - длина акустической волны; «экв - эквивалентный показатель преломления волноводного слоя. В отклоненном после резонатора световом пучке, направленном под углом 206 к

световому лучу, входящему в резонатор ПАВ, расположен электрооптический дифракционный модулятор интенсивности световой волны 7, образованный системой встречно-штыревых электродов на поверхности волновода. Угловое положение системы электродов таково, что направление встречно-штыревых электродов составляет угол з1п(Я,о//гэкв эл) с направлением оптического луча, выходящего из резонатора (здесь Яо - длина волны излучения; Лэкв - эквивалентный показатель преломления волновода; йэл - расстояние между электродами встречно-штыревой системы электродов). Устройство вывода луча яз

волновода расположено на пути светового пучка, отклоненного дифракционным модулятором. Угол отклонения равен 2вмод по отношению к пучку, входящему в дифракционный модулятор интенсивности.

Волноводно-оптический модулятор работает следующим образом. Световой пучок, введенный в волновод через устройство ввода 3, направляется под углом бб в область резонатора в промежутке между отражающими решетками. В резонаторе ПАВ поддерживается незатухающие колебания за счет положительной обратной связи с усилением между входом и выходом резонатора ПАВ. Вследствие дифракции волноводной оптической волны на стоячей волне в ПАВ резонаторе на выходе из резонатора образуется световой пучок, отклоненный под углом 26б к направлению входного пучка, а отклоненный луч промодулирован по

интенсивности с частотой 2/рез (где /рез-частота колебаний в резонаторе) и с глубиной модуляции 100%. Далее отклоненный и промодулированный с частотой 2/рез световой луч направляется по плоскому волновоДу в электрооптический дифракционный модулятор, где он модулируется по интенсивности видеосигналом, и в результате полученный оптический сигнал, промодулированный сигналом на высокочастотной поднесущей, направляется на выход модулятора в линию связи.

В отличие от прототипа на вход электрооптического модулятора в рассматриваемой схеме должен подаваться лишь видеосигнал, т. е. поднесущая уже введена в оптический сигнал ранее, в резонаторе ПАВ. Следовательно, отпадает необходимость в электронной схеме модулятора и генератора поднесущей частоты на входе электрооптического модулятора. Поскольку на электрооптический модулятор подается только видеосигнал, он работает в более благоприятном энергетическом режиме, а волновод испытывает меньшее дестабилизирующее воздействие от разогрева, т. к. мощность видеосигнала значительно меньше, чем мощность соответствующего радиосигнала. Полоса модулятора может быть полностью использована для передачи видеосигнала, если частота поднесущей, равная теперь 2/рез, превышает верхнюю частоту передаваемого сигнала.

Формула изобретения

Волноводно-оптический модулятор, содер:жащий оптический плоский волновод на

подложке, элементы ввода оптического луча от источника и вывода оптического луча

в линию связи, систему встречно-щтыревых электродов на поверхности волновода для амплитудной модуляции светового луча, отличающийся тем, что, с целью расширенпя полосы частот передаваемого сигнала п повышения стабильности оптической схемы, в него введен резонатор поверхностных акустических волн, имеющий усилитель в цепи положительной обратной связи и образующий вместе с усилителем автогенератор и расположенный по пути оптического луча между элементами ввода и системой встречно-штыревых электродов.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Мустель Е. Р., Парыгин В. Н. Методы модуляции и сканирования света. М. «Наука, 1972, гл. VII.

2.Белов А. В., Белялетдинов И. Ф., ДиаИОВ Е. М., Золотов Е. М., Прохоров А. М..,

Щербаков Е. А. Макет устройства волоконно-оптической связи с тонкопленочным модулятором. «Квантовая электроника, т. 5, № 1, стр. 214, 1978 (прототип).

ffff источника Q.fmu/ecKoy сёязу