Оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь

 

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.

СОЮЗ СОВЕ ТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

151! 4 G О? F 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ прс. браэеяания аналс говых сигнан ц:щ»>Оно!! двоичн! Гй коп - 1!сл1ъю

j . Ib><",,с тенин является улу и(!ение схемо(е)<<> .<".êèõ св >!.стг,, упрею е1(ие топол г!и, пень<1!! :,гичнасти и (< " в i !i!<ÿ . 1>ойcт на > >< рвали аци!<

I< 1 :à.ôt.oâ< .«прес браэоваРс ль.. Г<он резковат ор Фабри»»: «>о Ги:.< . полоскс ног(> I одно!!с да

II < 1<э .!е, т»>с>спти !е(.кс>, о ма-ерпала с отра.(атель><ьг(!! "лемс нтами

Р Р <(("I:I а I! а р н ь!х в (. Тр с ч < е Iц ты}> е вых электр >дн!!х структ р. 3 ил, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) <" 7535>>3 > -. 5

<,? 2 i 3 . 1 i . .R; с- <5) 23 . (!> (:, 8<7 .;-<и . >1, 7 1 ) . »о I !<ЛеРс к«><э < > . еи! 1:- »! > <(THту «, <<вики Л}» ЬО»;1

, i ) 1>.Н. (.I .. ух;! < 1, . .)o>ii i (I>b; и В. »»„Ред<,ко

» 53 ) 535 . В» бс»}3 . <(» ((>) Та :1ог Н. F. Лп (!1 !.сal Лпа1

-DlI, !1а}. (?<>и гc - . р-я1, и, и>» . «::I } > si s. — 1E} 1 .», "> .>о,".и: <; - . ес1.—

;Гг< s, »9>. gL,— ;- »(- !5

С."1 1!1 С, > ., Хна 1 . ..".1 1((! I с —, 1с

«;аl } -Сс —.» i, i 1 с! ° <-, r<, < r .; ". н i ",<; с i >,! I»e l (>аъ од(< . с»е ((}> г — }» o t. г<; ><,<>}асог .<"r, га". — Лрр . . P}tys, е:;, i 9g3 v, (<3(» ), р. -?1 .

»la<>6» <; .=и!!е т",!оси; с> к оптоэлектронике и может F>bITb использовано для преоб!) > =.<. н эния знал< ГОРЬ!.. сиг нало в н цифровой дно<(ч! bLi ко <. (с нмс стимыи с вычислительными комглексами и сис— темами цифрон ", обрабстк,! (игна:!ов.

Целью изобретения является улучгение схемотехничс>ских с <ойств, упрощ ние тополсгии, поньш(ение технолоГичности изгст< вле.а!я устройства.

Н фи! .1 приведена принципиальная с:.ема преобразователя; на фиг ° 2 схема волноводногс резонатора Фабри<»еро;:(а фиг . 3 — нс>еменные диагр «ммы

pë6<>òb> преобра она теля, Для определенности рассмотрим трехразрядный аналог -:-цифроно!. преобразователь (ЛцП), Устройство выполнено на электрооптической подложке 1, „„SU „„1503038 Р 1

15 < i (} »(. "ЕКтГО}}}!}М Л}»л<.ОГР-1»1В} ОВ(1.

I!".»:< >. ГЛЗО} . "ТЕЛЬ !

<эобрете!. ие от!(оси T(я к <;пта кт< (1;< е и может б>ыть исп(льзонано

Р которой сформирован однсмодовый ь лнонс д 2. На левом <,фиг. »1 торце волноно;!а пристыконан лаэс» 3. На праРом торце пристыкованы фотоприемник с(, усилитель 5 и компаратор 6.

На поверхности подложки поперек волнонода расположены отражающие элементы 7-»0 между которыми вдоль волновода расположены управляющие электроды 11 — 13.

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

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

1503038

При включении электрического напряжения V встречно-штыревые электро1 ды, из которых состоят отражательные элементы 7, формируют вследствие электрооптического эффекта фазовую решетку в диэлектрике. При выполнении условия о

2Л= m

"%gal где A — период расположения электродов 1i;

m = 1,2,3 ... — порядок брэгговской дифракции; — длина волны светового излуо чения в вакууме;

n> — эффективный показатель преломления волновой моды, эта фазовая решетка действует как отражающая поверхность с некоторым коэффициентом отражения света по интенсивности К и коэффициентом пропускания света по интенсивности Т.

Таким образом, отражательные элементы сформируют в подложке разонатор

Фабри-Перо. Без учета потерь T+R 1.

Так как волновод сформирован в электрооптическом материале, то приложенное к электродам 11 напряжение

Ч вносит в световую моду, распространяющуюся по волноводу, фазовый сдвиг

Ьсу,(Ч) =, 1, где, — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала подложки, размеров и взаимного расположения воЛновода и электродов;

1 — длина электродов.

Общий фазовый сдвиг за один проход световой моды вдоль резонатора равен щ (ч) = p L + ь у,(ч), где P — постоянная распространения данной моды; — длина резонатора, т.е. расстояние между отражающими элементами.

Зависимость коэффициента пропускания с резонатора Фабри-Перо (в отсутствие потерь) от dg дается выражением

I Т2 с а

T +4Rsin P 6g(V)g где I — инте»сивность вводимого в о резонатор света; l0

1 — и»те»сивность света, прошедшего через резонатор, Отметим, что является периодической функцией V, а вид этой функции зависит от коэффициентов Т и К. Та им образом, на ВРФП можно реализовать разряд АЦП. Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг.3), где V(t) — входной аналоговый сигнал; с,, с., с — коэффициенты пропускания ФРФП, образованных соответственно отражающими элементами

7 и 8, 7 и 9, 7 и 10; V; — управляющие импульсы, подаваемые на отражающие элементы i+7, (i=1,2); I — выходной цифровой сигнал, r — десятичное представление сформированного на выходе Т двоичного числа.

Преобразователь работает следующим образом.

Трехразрядное двоичное число, соответствующее входному аналоговому сигналу V(t), формируется за три такта (фиг.3, Ч,, Ч, Ч ). В первом такте напряжение подается на отражающие элементы 7 и 8, которые формируют ВРФП длиной 1,, что приводит к формированию »а выходе компаратора 6 старшего двоичного разряда. Во втором такте включаются отражательные элементы 7 и 9, которые формируют ВРФП дпиной 1=21, что приводит к формированию второго разряда, так как суммарная длина электродов 11 и 12 вдвое превышает л„лину электродов 11. В третьем такте включаются отражательные элементы 7 и 10, формируется

ВРФП длиной 1=41, и на выходе А1,П появляется младший разряд. Таким образом, на выходе формируется трехразрядное двоичное число в последовательном во времени коде. !

Предлагаемый преобразователь по сравнению с известным имеет более простую топологию и более технологичен визготовлении,так как в отличие от известного имеющего по одному волноводу на каждый разряд, предлагаемый преобразователь имеет только один вол»овод. 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 превышает 1-2 мкм, Фотолитографический метод нанесения на поверхность

1503038

L ! где а длины равны

Vft) 6 подложки встречно-штыревых электродных структур, которые образуют резонаторы Фабри-Перо в описанном устройстве значительно проще. ПреобразонаУ

5 тель обладает также существенными схемотехническими преимуществами, В прототипе количество выходных элементов (фотоприемников, компараторов, усилителей) равно разрядности выходного числа, В описанном устройстве необходимы только один фотоприемник, один компаратор, один усилитель, Кроме того, предлагаемый преобразователь в отличие от известного формирует число в двоичном коде, развернутом но времени, и поэтому его выход можно непосредственно стыковать с входом оптоволоконной линии связи без использования линий задержки или схем 2О мультиплексирования .

Ф о р м ул а и з î 6 р е т е н и я

Оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь, содержащий полоско- 25 вый одномодовый нолновод, выполненный 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, выполненные в виде встречноштыреных структур с периодом Л, опре-, деляемым из услония

1 о

2i, м — --, и з где m 1,2,3 ... " порядок брэгговской дифракции.

9,, — длина волны снетового излучения в вакууме; п — эффективный показатель преломления волнонодной моды, причем расстояния между отражательными элементами равны (j+-)а

1 и - 1

i2 <

Pj n (3

1,2...; постоянная распространения волноводной моды; порядковый номер зазора между соответствующими отражательными элементами, управляющих электродов 1„

1л 1 2 ° где 1, — длина самого короткого уп1 равляющего электрода; и = 2,3,4 ... — порядковые но.мера остальных электродов, причем количество пар электродов равно количеству двоичных разрядов формируемого числа, а количество отражательных элементов превышает количество разрядов формируемого числа на единицу, !

1503038

Составитель В.Адмалов

Редактор С.Пекарь Техред М.Ходанич Корректор Y.:. Поко

Заказ 5082/56 Тирам 513 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101