Электрооптическое коммутирующее устройство

 

Союз Советских

Социалистицеских

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 528798 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) ЗаЯвлено10.10.75 (21) 2179255/25 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано 25.07.77.Бюллетень ¹27 (51) М. Кл.

Ст 02 )Г 1/31

Государственный комитет

Савета Миниетрав СССР аа делам изобретений и аткрытнй (53) УДК 535.89:

:621.376 (088.8) (45) Дата опубликования описания 31.08.77 (T2) Авторы изобретения

М. П. Петров и А. С. Пикалев (71) Заявитель

Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф Иоффе (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЕ КОММУХИРУЮШЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к интегральной оптике, в частности к устройствам отклонения светового луча и может быть использовано в оптических вычислительных машинах и в технике оптической волоконной связи.

В связи с разработкой оптических вычислительных машин и оптических линий связи появилась необходимость в оптических коммутируюшнх устройствах. Эти устройства должны обладать высоким быстродействием (гигагерцы) и высокой коммутируюшей способностью (десятки и сотни положений).

Известно оптическое коммутирующее устройство, выполненное в виде призмы из электрооптического материала, на боковые грани которой нанесена система пилообразных электродов(1 . При создании электрического поля между электродами меняется показатель преломления материала призмы и возникает периодическая фазовая решетка, íà которой происходит дифракция светового луча. Разрешающая способность такого устройства относительно невелика.

Другое известное оптическое коммутируюшее устройство исполтзует явление взаимодействия света с акустическими волнами.

Устройство состоит из тонкопленочного оптического волновода, сформированного на поверхности пьезоэлектрического кристалла, и нанесенных поверх волновода параллельных электродов. Электроды ориентированы вдоль направления распространения света, но находятся в стороне от пути прохождения луча (2) .

Под воздействием переменного электрического поля электродов в волноводе воз15 буждаются звуковые волны. Периодически изменяюшееся в пространстве волновода акустическое давление модулирует значение показателя преломления материала; в волноводе формируется обьемная фазовая

Qp дифракпионная решетка. Г1адаюший под углом к направлению распространения звуковых волн свет диурагирует на периодических вариациях показателя преломления материала. С изменением частоты электрического поля изменяется период дифрак», 828798 ционной решетки, тем самым достигается отклонение луча света на различный угол.

Это устройство обладает высокой коммутиоующей способностью, достигающей нескольких разрешимых положений луча, Но для переключения луча света иэ одного положения в другое требуются единицы и десятки микросекунд.

Прототипом предлагаемого электрооптического коммутирующего .устройства является известная электрооптическая переменная фазовая дифракционная решетка, предназначенная для модуляции оптического излучения j31

Это устройство представляет собой тон- 15 копленочный волновод на подложке с нанесенными поверх его электродами гребенчавого типа. При приложении электрического напряжения к гребенчатым электродам вектор напряженности электрического поля меняет свое направление в соседних парах зубьев. В соответствии с изменениями направления вектора напряженности электрического поля изменяется и показатель преломлен%я кристалла. Таким образом, в волноводе формируется объемная фазовая дифракционная решетка с глубиной модуляции показателя преломления, пропорциональной приложенному напряжению. Свет, распространяющийся в волноводе, проходит через дифракционную решетку и дифрагирует на йей, причем интенсивность отклоненного пучка модулируется в соответствии с изменениями электрического напряжения. При некотором электрическом напряжении падающее на устройство излучение дифрагирует со 100% эффективностью — происходит переключение света иэ одного углового положения в другое.

Это устройство имеет ряд достоинств наиболее важным из которых является малое управляющее напряжение. Однако оно имеет существенный недостаток: луч света может отклоняться только на два угловых положения.

Для обеспечения коммутации луча света

К в Я =2 параллельно смещенных положений предлагаемое устройство содержит ряд из К последовательно расположенных групп электродов, причем каждая группа включает в себя две одинаковые системы гребенчатых электродов, а расстояния между группами подчинены закону геометрической прогрессии.

На чертеже изображено предлагаемое

55 устройство, позволяющее осуществлять многократный параллельный перенос луча света.

Устройство состоит из подложки l, оптического тонкопленочного волновода 2, 60 выполненного из электрооптического материала, например иэ l ) Nb 0, и нанесенного.на поверхность волновода ряда последовательно расположенных парных электродов 3. Парные электроды 3 представляют собой пару одинаковых гребенчатых электродов. Расстояние между груп лами гребенчатых электродов, составляющих пару, подчинено закону геометрической прогрессии.

Устройство работает следующим образом.

Коммутируемый луч света, распространяющийся в волноводе, падает под углом

Брэгга 8 к зубьям первого гребенчатого электрода, входящего в парный электрод устройства. Если электрическое напряжение к парному электроду не приложено, то луч света распространяется беэ каких-либо изменений.. При приложении электрического напряжения к парному электроду коммутируемый луч света испытывает дифракцию. как на дифракционной решетке, . сформированной под первым гребенчатым электродом пары, так и на дифракционной решетке, создающейся под вто- рым гребенчатым электродом пары. Так

KBK зубья всех гребенчатых электродов параллельны между собой, то дифрагированный на первой дифракционной решетке пары луч света падает на вторую дифракционную решетку под углом, равным 8 . Поэтому после прохождения парного электрода луч света смещается только параллельно самому себе на величину д,определяемую выражением

Й = 25 sih8

После любого парного электрода число возможных положений коммутации луча удваивается, то есть ряд последовательно расположенных К парных электродов цеК реключает луч в М =2 параллельно смешенных положения. Таким образом, предлагаемое электрооптическое коммутирующее устройство, сохраняя быстродействие, свойственное прототипу (достигающее частот в несколько гигагерц) позволяет переключать луч света в И =2 паралК лельно смещенных положения.

При достигнутом уровне техники фотолитографии минимальное напояжение, управляющее работой устройстВа, лежит в пределах 5-20 В для оптического волновода, сформированного в кристалле

L i N Ь 0> . Максимальное число параллельно смещенных положений луча света равно К =200.(при Ь =0,1 мм). Изменив соответствующим образом значения расстояний )„или периода гребенчатых

528793

БНИИПИ Заказ 2585/46 Тираж 628 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 электродов d в ряде последовательно расположенных парных электродов, возможно построение коммутирующего устройства с наперед заданным законом коммутации, возможна также передача информации иэ любого К кана- 5 ,лов в один. Технологичность изготовления, малые размеры и малые напряжения, управляющие работой устройства, легко стыкуются с хорошо развитыми методами интегральной техники. Поэтому предлагае- 10 мое электрооптическое коммутирующее устройство может найти широкое применение в качестве отклоняющего устройства в оптических цифровых машинах и в технике оптической волоконной связи. 15 формула изобретения

Электрооптическое коммутирующее устройство, содержащее тонкопленочный волновод на подложке с нанесенными на его поверхность электродами гребенчатого типа, отличающееся тем,что, с целью обеспечения коммутации луча света в Я =2 параллельно смещенных

К положений, оно содержит ряд из к последовательно расположенных групп электродов, причем каждая группа включает в себя две одинаковые системы гребенчатых электродов, а расстояния между группами подчинены закону геометрической прогрессии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент CEA № 3497285 кл. 350160, 1970.

2. Р1"ос DEE E 1974, 62, ¹ 8, 1044-1060.

3. Патент США ¹ 3813142 кл. 35096. 1 974.