Оптическая линия задержки

 

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано, в частности, для построения многоканальных оптических систем передачи информации с временным мультиплексированием сигналов. Сущность изобретения: линия содержит планарный волновод, элементы ввода излучения и вывода излучения, группу последовательно оптически связанных отражающих элементов, управляемый отклоняющий элемент. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано, в частности для построения многоканальных оптических систем передачи информации с временным мультиплексированием сигналов.

Известным является волоконно-оптическое запоминающее устройство [1] , содержащее кольцевой отрезок волокна, выполняющий функцию контура, в котором распространяется оптический сигнал, а также электронные элементы, обеспечивающие ввод оптического сигнала в отрезок волокна и его вывод.

Недостатком данного устройства при его использовании в качестве оптической линии задержки является сложность устройства, обусловленная как самим наличием электронных блоков, так и необходимостью применения прецизионных электронных элементов, поскольку величина времени задержки оптического сигнала определяется точностью последних элементов. Кроме того, недостатками устройства являются сложность его интегрального исполнения и невозможность плавной (недискретной) регулировки времени задержки.

Наиболее близким техническим решением является оптическая линия задержки [2] , представляющая собой оптический световод в виде отрезка оптического волокна, временная задержка которого определяется длиной указанного отрезка, причем входной и выходной торцы волокна являются соответственно информационными оптическими входом и выходом линии.

Недостатком этой полностью оптической, простой по реализации, линии задержки является невозможность какой-либо регулировки (подстройки) времени задержки при использовании линии в составе системы передачи информации (время распространения определяется лишь данной отрезка волокна). Кроме того, недостатком являются также неудовлетворительные эксплуатационные характеристики (в том числе массогабаритные характеристики) линии задержки, связанные с необходимостью использования длинных (до 25 м и более) отрезков волокна и, соответственно, конструктивных элементов для их крепления. Указанные недостатки существенно ограничивают область применения волоконно-оптической линии задержки, в том числе и в приемно-передающих модулях систем оптической связи. Целью изобретения является возможность управления и регулирования времени задержки сигнала.

Цель достигается тем, что в оптической линии задержки, содержащей световод и оптически связанные с ним элемент ввода излучения, вход которого является информационным входом линии, и элемент вывода излучения, выход которого является информационным выходом линии, световод выполнен в виде планарного волновода, введены группа последовательно оптически связанных через соответствующие участки планарного волновода отражающих элементов и отклоняющий элемент, вход управления которого является управляющим входом линии, а его оптические выход и вход через соответствующие участки планарного волновода оптически связаны соответственно с первым и последним отражающими элементами группы, при этом выход элемента ввода излучения оптически связан через соответствующий участок планарного волновода с одним из отражающих элементов группы или с оптическим входом отклоняющего элемента, а вход элемента вывода излучения оптически связан через соответствующий участок планарного волновода с оптическим выходом отклоняющего элемента или с одним из отражающих элементов группы.

Кроме того, ряд отражающих элементов группы (один элемент или более) могут быть выполнены в виде фокусирующих элементов. В этом случае достигаются более высокие рабочие параметры линии (время задержки, мощность выходного сигнала).

На фиг. 1 представлена общая схема оптической линии задержки; на фиг. 2 - один из возможных вариантов ее технической реализации.

Линия задержки содержит планарный оптический волновод 1 (на фиг. 1 он расположен в плоскости чертежа), элементы ввода 2 и вывода 3 излучения, группу отражающих элементов 4 (в приведенной схеме используются четыре отражающих элемента, однако их количество может быть и иным) и отклоняющий элемент 5. Оптический вход элемента 2 ввода и оптический выход элемента 3 вывода являются соответственно информационным входом и выходом линии, входом управления которой является вход управления отклоняющего элемента. Отражающие элементы 4 группы последовательно оптически связаны между собой, начиная с первого элемента и кончая последним, между которыми расположен отклоняющий элемент 5, входная и выходная грани которого оптически связаны соответственно с последним и первым элементами 4. Выход элемента ввода 2 излучения оптически связан с одним из отражающих элементов группы (на фиг. 1 - вторым), а вход элемента 3 вывода излучения - с оптическим выходом отклоняющего элемента 5. Все указанные выше оптические связи элементов линии осуществляются через соответствующие участки планарного волновода 1.

Как видно из фиг. 1, отражающие элементы 4 расположены таким образом, что они образуют контур для распространения по волноводу 1 направленного пучка света, несущего информационный сигнал. При этом следует отметить, что расположение и, соответственно, оптические связи элементов ввода и вывода излучения 2 и 3 в линии задержки могут быть различными. Необходимым условием является лишь возможность ввода-вывода информации с помощью этих элементов в соответствующие участки волновода 1. Конкретные же оптические связи элементов 2, 3 с другими элементами линии определяются ее конструктивными особенностями (взаимным расположением и размерами элементов 4 и 5).

В показанном на фиг. 2 примере реализации схемы фиг. 1 на поверхности волновода 1, сформированного на подложке с меньшим показателем преломления, нанесены элементы ввода и вывода 2 и 3 в виде решеток. Отражающие элементы 4 выполнены в виде отражающих решеток. Отклоняющий элемент реализуется за счет электрода, управляемого электрическим входом управления, представляющего собой плоскопараллельную пластину, ориентированную под некоторым малым углом по отношению к направлению распространения света между соответствующими отражающими элементами 4 (см. фиг. 2), расположенную на поверхности волноводного слоя, а также второго электрода, расположенного на подложке. При такой реализации электрического управления планарный волновод или же только его часть в месте расположения отклоняющего элемента выполняется из материала, обладающего электрооптическими свойствами, т. е. зависимостью показателя преломления от напряженности электрического поля, создаваемой в промежутке между электродами (например, ниобата лития).

Очевидно, необходимым условием работоспособности линии является соответствующая ориентация слоя электрооптического материала и сохранение условий распространения луча в месте расположения электродов, которое может быть достигнуто, например, за счет дополнительных слоев материала с малым показателем преломления, расположенных между волноводом и электродами (на фиг. , 2 не показаны).

Помимо указанной технической реализации (фиг. 2), существует целый ряд других возможных реализаций линии, отличающихся типом используемых интегрально-оптических элементов. Так, например, функция отклоняющего элемента может быть достигнута и за счет использования электромагнитного управления. В этом случае волноводный слой из соответствующего материала облучается пучком света, вызывающим изменение показателя преломления материала, причем интенсивность пучка света играет роль управляющего воздействия. Для формирования плоскопараллельного участка волновода с измененным показателем преломления может быть использована маска с соответствующим профилем и расположением отверстия, помещаемая на пути пучка управляющего излучения, формируемого, например, аргоновым лазером. Может использоваться также и электрическое управление нагревом электрода, приводящим к температурному изменению показателя преломления. Отражающие элементы могут быть выполнены также и в виде тонкопленочных призм. Планарный волновод 1 может быть выполнен и в виде многослойного волновода.

На фиг. 1 представлен пример расположения отражающих элементов, при котором в отсутствие отклоняющего элемента (или сигнала на его входе управления) луч света распространяется по замкнутой траектории. Развертка луча света определяется в этом случае исключительно параметрами отклоняющего элемента. Однако при наклоне одного из отражающих элементов на некоторый малый угол от положения, при котором реализуется указанный замкнутый контур распространения луча, развертка луча достигается и без участия отклоняющего элемента, который в этом случае используется для корректировки (подстройки) времени задержки сигнала. Соответственно, в последней схеме отклоняющий элемент может иметь меньшие размеры в направлении, перпендикулярном распространению пучка света, и, соответственно, изменять траектоpию прохождения луча только на нескольких (не всех, как в схеме фиг. 1) циклах его распространения в системе отражающих элементов.

Исполнение одного отражающего элемента (или нескольких) с возможностью подфокусировки пучка распространяющегося в волноводе света может быть реализовано за счет соответствующего профиля решетки. Такое исполнение может оказаться целесообразным при необходимости получения большого времени задержки, поскольку оно обеспечивает компенсацию расширения пучка света при его распространении по неограниченному волноводу.

Компенсация потерь энергии (обусловленных неидеальностью волновода и отражающих элементов) может быть, при необходимости, достигнута за счет формирования участка волновода (на пути распространения света) с усиливающими свойствами.

Таким образом, при неизменной общей схеме оптической линии задержки (фиг. 1) за счет применения различных известных интегрально-оптических элементов может быть получен целый ряд вариантов реализации линии, отличающихся рабочими параметрами.

Линия задержки работает следующим образом.

Входящий через элемент 2 ввода пучок света, несущий информационный сигнал, распространяется по волноводу 1, отражаясь от отражающих элементов 4. Развертка луча обеспечивается за счет наличия отклоняющего элемента, функцию которого выполняет участок волновода в виде плоскопараллельной пластины с показателем преломления, отличным от показателя преломления волновода. Малое по величине изменение указанного показателя преломления обеспечивается в схеме фиг. 2 приложением соответствующей разности потенциалов между электродами. В результате наличие отклоняющего элемента, ориентированного под определенным углом к направлению распространения света, приводит к соответствующему малому линейному смещению выходящего луча в плоскости волновода по отношению к поступающему на вход отклоняющего элемента лучу, при сохранении углового направления его распространения. После прохождения некоторого числа циклов распространения, количество которых определяется показателем преломления отклоняющего элемента (точнее - отношением показателей преломления этого элемента и волновода), т. е. управляющим сигналом на входе управления линии, луч с помощью элемента 3 вывода излучения выводится из линии задержки.

Таким образом, в предложенной оптической линии задержки может быть реализовано произвольное время задержки распространения сигнала, управляемое соответствующим электрическим (или оптическим) воздействием. При этом реализуется также плавная регулировка времени задержки. Линия задержки при ее реализации методами интегральной технологии представляет собой малогабаритное механически прочное устройство, отличающееся расширенной областью применения. (56) 1. Патент США N 4708421, кл. G 02 B 5/172, 1987.

2. А. Козанне и др. Оптика и связь: Оптическая передача и обработка информации. М. : Мир, 1984, с. 434-436.

Формула изобретения

1. ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, содержащая световод и оптически связанные с ним элемент ввода излучения, вход которого является информационным входом линии, и элемент вывода излучения, выход которого является информационным выходом линии, отличающаяся тем, что, с целью возможности управления и регулировки времени задержки сигнала, в ней световод выполнен в виде планарного волновода, дополнительно введена группа последовательно оптически связанных через соответствующие участки планарного волновода отражающих элементов и отклоняющий элемент, выполненный из материала, способного изменять показатель преломления под управляющим воздействием, вход управления которого является управляющим входом линии, а его оптические выход и вход через соответствующие участки планарного волновода оптически связаны соответственно с первым и последним отражающими элементами группы, при этом выход элемента ввода излучения оптически связан через соответствующий участок планарного волновода с одним из отражающих элементов группы или с оптическим входом отклоняющего элемента, а вход элемента вывода излучения оптически связан через соответствующий участок планарного волновода с оптическим выходом отклоняющего элемента или с одним из отражающих элементов группы.

2. Линия по п. 1, отличающаяся тем, что по крайней мере один из отражающих элементов группы выполнен в виде фокусирующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2