Интегрально-оптический демультиплексор

 

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 полосковых световодов и К ёрэгговских дефлектов 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

° РЕСПУБЛИК (51)4 G 02 F 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3880722/31-25 (22) 08. 04 ° 85 (46) 23. 01.88. Бюл. № 3 (71) Ленинградский политехнический институт им, M. И. Калинина (72) Ю. П. Удоев (53) 621.378:68).327(088,8) (56) Патент США № 4340272, кл. G 02 В 6/12, 20.07.32, Патент США ¹ 4)53329, кл ° G 02 В 6/12, 08.05.79. (54) ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИ)м ДЕ)ЮЛЬТИПЛЕКСОР (57) Изобретение относится к интегральной оптике и может быть использовано для частичного или полного ответвления мощности оптического сигнала в требуемый выходной канал, преимущественно в технике волоконнооптической связи. Целью изобретения является упрощение известного дифракционного коммутатора с углом отклонения 90 . Коммутатор содержит подложку из пьезоэлектрического или электрооптического материала, на ко торой расположены один входной и N

„„SU„„1368845 А 1 взаимно параллельных выходных полосковых световодов и М брэгговских дефлектов в областях пересечейия 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 мо«Ю ды, падающей на решетку. При этом угол Лифракционного отклонении может (/) быть выбран меньше 90, могут исполь" зоваться волноводы, каналирующие С только моды с определенной поляризацией, и при определенных условиях могут не использоваться дополнитель- в4 ные модовые переключатели, восста- (ф навливающие исходный тип волны в ОЪ выходных световодах, 1 ил ° QO

1 136884

Изобретение относится к интегральной оптике и может быть использовано для пространственной коммутации оптических сигналов, преимущественно в

С> 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 полосковый световод 3, выходные полосковые световоды 4 (общее число выходных световодов равно Н), входной элемент 5 оптической связи волокна с входным полосковым световодом, выходной элемент 6 оптической связи во- 2> локна с выходным полосковым световодом, стационарную брэгговскую решетку 7 G (i — номер выходного полоскового световода), электрически управляемый модовый переключатель 8 Р1,общую подложку 9, фотоприемник 10, блок 11 управления модовыми переключателями.

Входное оптическое волокно 1 оптически связано с входным полосковым световодом 3 с помощью входного эле- зо мента 5 оптической связи. Каждое вьг ходное оптическое волокно 2 связано с соответствующим выходным полосковым световодом 4 с помощью выходного элемента 6 оптической связи. Все элементы оптической связи обеспечи35 вают возбуждение (или вывод) световодных мод с требуемой поляризацией и заданным номером моды (например, m).

Выходные полосковые световоды 4 параллельны друг другу и пересекаются с входным полосковым световодом под углом tp, Все полосковые световоды расположены на общей подложке 9, В каждой области пересечения полоско45 вых световодов имеется стационарная брэгговская решетка 7, вектор К которой лежит в плоскости фигуры.

Перед каждой решеткой во входном полосковом световоде расположен элек50 трически управляемый модовый переключатель, выполненный л виде преобразователя моды беэ изменения поляризации. Без подачи управляющих сигналов на переключатель 8 световая волна на его выходе сохраняет номер моды, па55 дающий на его вход, (состояние "O").

При подаче управляющего сигнала на переключатель 8 световодная мода с

5 2 постоянной распространения р преобfoal разуется в световодную моду с постоянной распространения р e (m 4 1) той же поляризации (состояние "1"). На конце входного полоскового световода

3 имеется фотоприемник 10, электрически связанный с блоком ll управления, который декодирует сигнал вызова, поступающий из входного оптического волокна 1, и формирует управляющий сигнал, поступающий на требуемый переключатель.

Подложка 9 может быть выполнена как иэ пьезоэлектрического (кварц

LiNbOg), так и электрооптического (LiNbO)) 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 Я электродов удовлетворяет соотношению где М, N — эффективные показатели преломления для световодных мод с номерами

m, I;

Зо . — 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 а преобразуется в световодную моду с волновым вектором 1 беэ изменения поляризации.

Во втором случае преобразователь

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

Период решетки выбирается по соотношению о

4 (2) где - дифракционный угол.

Полосковые волноводы приготовлены, например, на основе LiNbO методом (3) 45

5с

3 13688 протонного обмена в расплаве бензойной кислоты с дополнительным боковым ограничением с помощью нанесения на поверхность 1 1ЫЬО полосок оптическо5 го материала с более высоким (по сравнению с Н : LiNbOq) показателем преломления (например, As, Я,) . Каждая стационарная брэгговская решетка выполнена в ниде периодически гоф- )p рированного участка поверхности полоскового световода. Вектор каждой стационарной решетки К удовлетворяет обобщенному условию Брэгга

p = И ° где р — волновой вектор световой волны в выходном полосковом световоде;

pj - волновой вектор световой волны во входном полосковом световоде °

Непосредственно перед решеткой выполняется условие m 4 1 и предполагается, что вектор К направлен из 25 конца волнового вектора волны, распространяющейся но входном световоде, а угол между векторами р„ и р< меньше 90 . При выполнении условия (3) снетовая волна с волновым вектором р в результате дифракции на гофрированной решетке преобразуется в световую волну с волновым вектором 7„ беэ изменения поляризации, Стационарная брэгговская решетка может

35 быть выполнена также и в виде решетки показателя преломления. В этом случае период Л решетки выбирается по соотношению

2N Л sing/2 =Л,, 40 где Д- угол дифракционного отклонения.

Соотношение (3) вытекает из векторного условия Брэгга типа (2) при

m=1 т.е. тогда, когда в процессе дифракции номер моды не изменяется, Учитывая, что эффективность дифракции на стационарной брэгговской решетке пропорциональна sin x L (х — коэффи° 2 циент, зависящий от степени расстройки условия Брэгга; Ь вЂ” толщина решетки вдоль направления ее штрихов), толщина решетки может быть выбрана таким образом, что для световодной моды с номером (эффективность дифракции максимальна, а для световодной моды с номером m — минимальна.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все модовые переключатели 8 находятся в состоянии

"0 . Светоная волна, приходящая из входного оптического волокна 1 с помощью входного элемента 5 оптической связи, возбуждает во входном полосковом световоде 3 моду с волновым вектором, „ . Для этой моды угол падения на каждую из стационарных брэгговских решеток 7 не равен углу Брэгга, поэтому волна доходит до фотоприемника 10, Если в таком состоянии поступает оптический сигнал вызова требуемой 1-й выходной линии, то после преобразования его фотоприемником в электрический сигнал и декодирования в блоке ll управления на модоный переключатель Р, подается управляющий сигнал, переводящий его в состояние "1". При этом световод-е ная мода с волновым вектором р„ непосредственно перед стационарной решеткой С. преобразуется в моду с волновым вектором 7, для которой условие Брэгга выполняется, и в результате дифракции волна поступает в i-й выходной полосковый световод, причем

1в процессе дифракции на стационарной гофрированной решетке осуществляется обратное преобразование волнового вектора, т.е, в выходном полосковом световоде световодная мода имеет волковой вектор р,„, С помощью выходного элемента 6 оцтической 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, затребонанном сигналом вьгзова. Переключение волны в i 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

Составитель В. Ежов

Техред М. Дидык Корректор Л. Пилипенко

Редактор И. Шулла

Заказ 290/49 Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035> Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

11роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 136884 преобразованиях (переключениях) мод позволяет обойтись в выходных каналах без N модовых переключателей, предназначенных для восстановления требуемой поляризации световодных мод (поступающих на выходные элементы 6 оптической связи) °

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

Формула изобретения

Интегрально-оптический демультиплексор, содержащий расположенные на общей подложке входной полосковый световод, который снабжен входным

5 6 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 брэгговских 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 демульти" плексора, 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 .