Оптический коммутатор
Изобретение относится к технике оптической обработки информации и может быть использовано, например, для выборки страниц в голографичес- Ktrx заг1оминакга;и ; устройствах. Цельуменьшение 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-тмутирукзщих 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 соответствунгцие 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, например лазерных, с меньшими оптическим потерями. 2 ил. i С %1ШФ«
СО103 СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУ БЛИН (51)5 G
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (46) 23. 09. 90. Бюл, 9 35, (21) 4111184/24-25 (22) 16,06.86 (71) Ленинградский политехнический институт им. N.È.Êàëèíèíà (72) l0.Ï.Óäîåâ (53) 535.8 (088,8) (56) Акаев А.A. Майоров С.А.
Когерентные оптические вычислительные машины. Л.: Машиностроение, 1974, с.180„
Заявка Франции М 2561403, кл. G 02 F 1/315, опублик. 1985. (54) ОПТИЧЕСКИЙ КОММУТАТОР (57) Изобретение относится к технике оптической обработки информации и может быть использовано, например, для выборки страниц в голографических запоминающих устройствах. Цельуменьшение оптических потерь в режиме коммутации одного оптического входа на М 1 оптических выходов с помощью матрицы иэ М М оптических коммутирук цил ячеек. Сущность изобретения состоит в ориентации объемных дифракционных решеток, входящих в оптические коммутационные ячейки и расположенных между гипотенуэными о гранями двух 45 --ных равнобедренных призм. На входе оптических коммутирукицих ячеек имеется электрически управляемый бинарный переключатель поляризации входного оптического излучения, Плоскости равного показателя преломления решеток в верхней горизонтальной строке ячеек ориентированы перпендикулярно к плоскосо ти матрицы v. под углом 45 к этой строке. Плоскости равного показателя преломления всех решеток других ячеек ориентированы под углом 45 к плоскости матрицы и параллельно первой строке. В верхнюю горизонтальную строку вводится TH-волна.
Подача напряжения на соответствую" шие один или два переключателя поляризации приводит к дифракционному отклонению волны в любой из H Изобретение Относится к технике оптической обработки информации и мо жет 6biTb использована, например,. для выборки страниц в голографических запоминающих устройствах. Она может быть также применено для коммутации Оптических валноводов. Целью изобретения является уменьшение оптических потерь в режиме КОММУтаЦИИ ОДНОГО ОПТИЧЕСКОт а ВХОДа на И 1! оптических выходов с помашью матрицы из МХИ Оптических коммутационных ячеек. На фиг1 показано расположение элементов коммутатора в плоскости координатной сетки; иа фиг.2 — разрез A-A на фиг.1. На этих чертежах обозначены диф-ра1<ционная абь мпая решетка 1 показателя преломления,. электрически управляемое средства 2 рпя преобразования поляризации световой волны. !.5 ная равнобецренная призма 3, А„,А,„... А„- горизонтальные строки„. Б,, Б  — вертикальные строки,, К, Кд,,: К „в ер тикал ьные выходы ? „ — горизонтальные выходы г q--тай вертикальной строке. ажда я дифр а к щ! О н и а я p e E! > e >. < e or:, раничепа двумя плоскими B"-.àHEEFIO г!а- РВЛЛ ЕЛ Ь НЫМИ и О В Е Р Хи О С Т и МИ т" P B C I! O ложена между гипотепузньаи гра1!я!и;. двух равнобедренных 45 --ных 1три311 ), прозрачных JIJIII рабочей JIJIHElbi IIO!IHbi а вакууме т> „НО;аз E eJIb iiрелам„тения призм и равен среднему пока >aTeriic прело IJEeниЯ г> Объе<>пай! peii!eтк:i „ -IleРИОД Л Каждой РЕШЕТК,т ВЫт1О.ПНЕИ ПС соотношению обеспечивакяцему внутренний угол Брэг= 1«a I! 5 алщнна H т>Е1т!>з-! т, И 1 1-Бyá 1Н модуляции показателя преломления F, 11 выбраны па соотношению обеспечиваюшему I OOX-пую эффект11ь-,. на<"ть дифракцни TE-вали (электричес= кий вектор. световой волны перпендикулярен плоскости падения па решетку) . Бсе решетки расположены в узлах прямоугольной координатпой сетки "тт>В и Устройс1ва работает следующим образам. В исхОдном сОстоянии Все средства, для преобразования поляризации находятся в состоянии НЕТ. На вход коммутатора падает световая волна в направлении горизонтальной строки А„, причем электрический вектор волны находится в плоскости координатной сетки. IIo отношению к дифракционным решеткам, расположенным в строке А,, падаю!Цая волна является TN волной, дпя которой эффективность дифракции равна нулю, т.к. внутренний угол б Брзгга равен 45 . Ввиду этого световая волна свободно проходит через коммутатор. При подаче напряжения на средства для преобразования поля» ризации Р расположенное перед решеткой Gi, (ïepEIbé номер горизонтальной страк6, q — номер вертикалвнай строки) осуществляется cocTOIIHHe ДА и па Отношению к решетке Gq волна будет Являться ТЕ-волной. Бвпду 1тЕРПЕПДИКУЛЯРНОСТИ ВХОДНОЙ ГРапн призмы к горизонтальной строке и ввиду равенства п =п, волна будет падать на реи етку точно под углом Брэгге и в результате дифракции II с.« Iу (?) пол!!Ост зю Отклонится в кам СГ (1= ° / p,-ichIIGГ«нрава:;Heÿ валпа является Т!1-волной, Яс>это ! Iy дт>фр а!<дня !!! !".:Р Ои сход«<т и волна попадает на вертцкал11ньп1 вьi ход ! I:b!й в -EKop )т т, IIocKoJ11=-Ky !IHcJIo oIITH ч:OKHK вьем<О;!ов, Б! !водя!>Б<х излучение в плоскости 1итри11Ь! ячеек равна IIg а, !Jiiciio 01ITHHecKHK Bbixo>lав, B:«!HoJEJIш>.«: Ei «т у«1еп11!«пр«1 ндику«111р1«О «1атри ц-:, равно {М-- !)- И, тo Обшее -п1сла КО!1«тУ71<Р>У МЬ1Х ОП" ИЧЕСК1Б< EEGIFPGBJIeEGG раппа ИкЕ. Нрп этом возможна комму"IIJE11I светав;:я< и"екав., иапр1<иер, ла-": 3 ЕР Пь>Х ., С 0 011Ь!>ПНМ IFOIIePeNFEbM СЕЧЕ :-.ием,. Лос!<Ольку величина последне! о ограничивается теперь лишь илоцадьЮ решетки. Устройство имеет мень1ш<е внесенные потери по сравиени1о как с прото !">!!! е т«! Тат< т- т1И >1пй Fib>M р а 3 i- еце >и!ем ! : N объе!а11тх решеток так как числа комм>ут1>ру!«1В1х эле1 еитав через котО 1441948 1О 30 рые проходит световая волна при ком= мутации в любое из Й М положений, заведомо не превышает N+N тогда как при линейном размещении это чисfj ло достигает N N. Если коэффициент оптического пропускания каждого из коммутирующих элементов равен Т, то выигрьпп в оптическом пропускании не меньше, чем 1ЧФН Н Т /Т . При этом предлагаемый коммутатор также более компактен по сравнению с коммутатором 1»(NN-типа,, реализуемом при линейном размещении N N коммутирующих элементов. 15 При согласовании входа и выходов коммутатора с оптическими волокнами (например, путем применения линз для коллимации выходящего из волокон излучения) предлагаемое устройство мо" 20 жет быть использовано в качестве ком" мутатора волоконно-оптических линий передачи. Однако наиболее целесообразным представляется применение коммутатора в высокоскоростных сис- 25 темах когерентной оптической обработки информации, например, в качестве входного дефлектора в блоках выборки страниц голографических запоминающих устройств. Конкретный пример вьп1олкенкя устройства, ?!ризмы оптических коммутационных ячеек изготовлены из стекла К8 (n= =1,516), объемные решетки приготов- 35 лены на слое бихромироваккого желатина (после экспонирования и проявления n=1,55) а склейка осуществлена клеем бальзамин — N(n=1,518, см. ГОСТ-14887-80) . В этом слу1ае ка- 4р иболь1пая величина gn= 0,03 ка границе клея с желатиком. При угле падееа ыия 45 ка эту границу коэффипиект отражения в худшем случае (для 1 -поляризации равен В=0,0004, т.е. про- 4r„ пускание одной поверхности склейки составляет 99,967. Такой коэффициент пропускакия будет для границы бихромироваккого желатина со стеклянной подложкой, ка которую QH накесен (и подложки — 1,515 если используются фотоэмульсиоккые пластинки). На другой границе (стекло-клей) разность п -0,002 и величина К существенно меньше и учитывать это не надо. Таким образом, эффективное пропускаьп1е одного призмеккого блока с решеткой будет состав;1я1 ь 99, 92/, а аая матаяам 4х5 — яе мехеме 99 36я. для числа призменных ячеек, через которь1е проходит световая волна, равного 8. Коэффициент оптического пропускания клея бальзамин-М в видимой области спектра не менее 99K даже при толщине слоя 10 мкм. При проходе волны через 1б слоев клея (две склейки на один блок призм с решеткой) эффективное пропускание матрицы 4х5 будет не меньше 857. Таким образом, эффективное пропускакие заявленного устройства, обусловленного как пог-! лощением клея, так и френелевским отражением на границях клея, будет не меньше 84,6%. Поскольку для решеток, записанных на бихромированном желатине, экспериментально достигнута дифракционная эффективность 95Х, а отклонение светового пучка в любое заданное положение осуществляется в результате дифракции на двух решетках, получаем, что дополнительный к ранее найденному коэффициент облабления интенсивности света, учитыва1пщий как, наличие клея, так и реальную эффективность дифракции, равен 0,77. 11ля типичной рабочей длинь1 волны 9, =0,63 мкм и выполнения решетки на слое хромированного желатина (показатель преломления после обработки п=1,55), из формулы (1) следует, что внутренний угол Брэгга равен 45 при периоде решетки Л, раво ном - 0 29 мкм, что соответствует пространственной частоте 3480 лин/мм. Поскольку разреп1а1ещая способность хромированного желатина Во всяком случае боль1пе 4000 лик/мм, хромированный желатин пригоден для изготовления требуемых реше ТоК Требуемая решетка может быть изготовлена HBBEcTHbl1I голографическим методом путем экспонирования светочувствительного слоя в области иктеферекции двух сходящихся лазеркьгх пучков с длиной волны в зоне чувствительности хромированного желатина (400500 км). Практически такая запись может бь1ть осуществлена ка стандартHbIx голографических ус. nîíках (например, С1!Н- 1) кри использовании, например, Hp. Ckl лазера тика ЛП11-11 (ДЛ1111а POJI kkt l l.с кар;111ilH О, Ч 4 мкм) ° СЛОЙ 057 kеМКOii HPIй . КК рае11РЛОжсн межл y г и110 T е к уз l! .!.:11 г р а к. -.. и 1 д в у ."; 45 -кых равкобе;;рс1к11." ст. ::л11ккьп1 призм. К ."е1кь1 гра11и гр,.з;::; 1;.моют < тт размер 3 х 3 ми, апертур» ре(пе(.кц порядка 3 х ((мм = Рабоч(-.е Го»ни прттзм просветле((ы. 1>PЕ06РЯ ЗОВ BТЕЛЪ I!0JIЯ РИЗ сЯЦИ. т ВИ(ОЛ нен иэ кристалла S(-o < Ба((ИЪ ОБ среза в виде прямоугольного параллелепипеда с квадратным сечением 3 х 3 4N I10 осНН Х, Z H Длиной L 6 мм. Диагонали сечения параллелепипеда ориентированы параллельно или перпендикулярно плоскости каор= динатной сетки матрицы кою утатора., Для уменьшения требова((ий к точ-. ности изготовления преобразователь (еоляриэации может быть снЯбжен че1"- вертьволновой Пластинкой,цля компенсации фязоьОГО с((HНГ ; 06TслОВ= ленного естественной анизотропией КРИСТЯЛЛЯ PB(J ОЧИсЕ 1" PBHI(1(P((C тс(ЛЛЯ просветлены. Ця грапи криc(BJ(ëB. перпендикулярные Ос(1 f ия(lе <сены ЗЛЕ К т Ь ОДЫ с,((ЛЯ Д 0 П Ол НИ " С < (:Ь Н О Г 0 уменьшения френепевских (0:.-.".,-:. ";r((B; И ПрЕОбряэопятЕЛИ П(J!<(01:, : 1;:т.;; бЫТX ПОГружв;(Ы I((((я((рс((OH I (т(I(x-" КОСТЬ С HOI НИЯ сЗ-ПЕК.(ОООН (Ит(Е((с(т(< -т т(т,тт< т -, (т(» д ЗЯНВЛЕ((НОМ устт<()тэ т Г -;.„.:т<(т:,т.<(т»сРЯСПОЛО КЕНИЕ Коки-,ттатт((((1(т (тт(".(-, З;, -:" F((т(-= TOB ПОЗВОЛНЕТ ОсуЩЕСТБ((тi> 1(((т(;;(.."TB ТОР 1.((И 3) ТИПЯ т-, По Р» "ñ ;»-"т тт (. обычным. Сто оч нь(с(ра с1т ело((е (((," е.",(Р--;: i-, Э коммутационных зле;.;енто - .-....; —,, -,-= ВОДИТ с Как ПОКЯЗЯНО ВЫШЕ - !(; ", (Е:(Ь ШЕIГт((О ОПТИ 1ЕСК(ГХ 1(O 1 -.0 т,, фУНКЦт(ОНИРОВакт(Е 1-;Ят:(т ВЯЕМЬтт((<0(,(Мут Ьтт.(0((тт т „ -, 194(8 6 -.ъЮ кят(естве ко((мутатора li((N N) типа возможно лишь в том случае, когда (спользуются обычные объемные решетГ ки, тсе. указанный положительнь(й эффект достигается при коммутации непосредственно свободных световых пучков. (бйормулаизобрете1(ия Оптический коммутатор, содержаБИЙ (IBTPH РЯСПОЛОЖЕННЬ. Х В Мт<К Уэ лях прямоугольной координатной сет-ки оптс(ческих коь(мутиру((шанц(ячеек„ (Э г(<Л(О((ащ((ИХ ДВЕ q 5 -H(„B рЯВНобадрЕН=. ные призмы H-. Объемнуи решетку с Вптт<ТРЕ((НИМ;тгло(.(БРЗГГЯ - -.",. Р" По" TI0ytPHI(y(((. Ет- ПУ ИПОТЕт. т,НЬ;.;(И ГОЯНЯсси 2б призм, 0 =: л и ч а ш щ ((й с 1(те((„ что., с цель(с уме<(ьшения Опти(еск(п(-,,ОТЕР т, H РтЕжИМЕ КОЬ1т(т,ттаЦтт;-, 0(тпо(0 (;1(ТИ((ЕСКОГО ВХОда Ня l:,i. ; ОПТИ ".BCHÈÕ еь., "ш-:чески у;".равляемое средство для ,.т.;,1(ЯР .(01 0 (j F (iáPBЗQB(iHHI(Нот(ЯВИЗЯЬ"!.(Б. " :ОД((ОI O ИЭЛ ЧЕН:-IЯ, ПЛОС <ОСТИ -,-;т(.;:; — т;0.,» ятв ття (Н;С: O !ттЕ;.,,.; Об (тв((- (1 !!B"; ..-; 0,,1-1;=,<-BC(<(O<, Ь 0(РО т, <(((01(-(< 0 (} ;, т т т < Я Т Н Ой B 7 i< i (И (ОД У Г - <;С;.О< (;=; - "BHO((: D0ÃЯЗЯ т Етт(((тЦЕ (OЧОбъ:" c(ых Ое(зез Ок Ост<алт...". ъп( (М-- 1 1 .; (, С;; И<та< т<(сп т(0:.(((Утатс(ОННЫХ ст т;< -, ст тт 1-!OH ., Нтш П(та У(т Q((.3 ) 1441948 Составитель A.Ãóñåâ Техред И.Ходанич Корректор Н.Король Редактор Н. Коляда Заказ 3328 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 л к Фиа 1 Тираж 465 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-Зз, Раушская наб., д. 4/5 К (р@р Я
