BRPI0617568A2 - elemento àtico e procedimento para o controle da funÇço de transferÊncia de um elemento àtico - Google Patents

Abstract

ELEMENTO OTICO E PROCEDIMENTO PARA O CONTROLE DA FLTNÇAO DE TRANSFERÊNCIA DE UM ELEMENTO OTICO Área de aplicação: àtica. Elemento ótico compreendendo uma rede de fases de Bragg (3) , a qual é formada de material eletro-ótico ou inserida em uma camada adicional. A rede de fases de Eragg (3) é construída como uma série de picos (6) e vales (7) da superfície do guia de ondas (2), recoberto com uma camada de material de compensação (8) e uma camada de material eletricamente isolante (9), ao longo da propagação da luz. A rede de fases (3) é provida com um meio para a formação de um campo elétrico externo aperiódico espacialmente não homogêneo.

Description

"ELEMENTO ÓTICO E PROCEDIMENTO PARA O CONTROLE DA FUNÇÃODE TRANSFERÊNCIA DE UM ELEMENTO ÓTICO"Campo da invençãoA invenção pertence à área física da ótica, na verdadeaos métodos e dispositivos para filtragem espectral deradiação ótica. Esta se baseia em cristais eletro-óticose é utilizada para a fabricação de filtros de bandaestreita controlados eletricamente com um espectro deonda mais largo da comutação em longitude de onda, assimcomo para a fabricação dos atenuadores e moduladores deluz óticos seletivos e dos equalizadores óticos.Antecedentes da invençãoO volumem das informações a serem transmitidas cresceatualmente desproporcionalmente e leva ao desenvolvimentode novas tecnologias que possibilitam o aumento datransmissão de dados das redes de telecomunicações. Nestecontexto, um dos processos orientados para o futuro é acompactação dos sinais nos canais de redes óticas,baseados em fibra de vidro, para a transmissão de dados(WDM - Wavelength Division Multiplexing). A transmissãode até 80 canais espectrais, onde são geradas longitudesde onda de intervalos iguais no espectro de 1530nm até1600nm, permitirá alcançar em um futuro próximovelocidades de transmissão de vários tera-bit por segundoem redes óticas.Então, o uso da WDM será eficiente na prática, quandoexista um grande número de elementos óticos como, porexemplo, divisores, roteadores, filtros, moduladores,amplif icadores, etc. Além disso, para o uso efetivo dasnovas possibilidades é necessário alcançar o controle ecomutação de sinais óticos assim como sua transformaçãoem modo eletrônico. Dessa forma cresce cada vez mais opapel dos elementos óticos controlados, como por exemplo,o comutador ótico e o filtro ótico controlável.Todos os métodos conhecidos da filtragem espectral daradiação ótica baseiam-se na difração da radiação em redede fases de Bragg, a qual foi fixada e inscrita antes emum cristal foto-refrativo [G.A. Rakuljic, V. Leyva -"Volume holographic narrow-band optical filter" . - Opt.Lett. - 1993, Vol . 18, N6 p.p. 459-461]. É possível,utilizar tanto o volume como também o desenho guia deonda de rede de fases Bragg [J. Hukriede, I. Nee, D. Kip,E. Kraetzig - "Thermally fixed reflection gratings forinfrared light in LiNb03:De impressão:Fe channelwaveguides". - Opt. Lett. -1998, Vol. 23, N17, p.p. 1405-1407] .

A filtragem espectral verdadeira ocorre da seguintemaneira. Iluminando-se o cristal através de um feixe deluz praticamente na direção paralela à direção do vetorda rede de fase, a luz reflete somente na longitude deonda que corresponde à respectiva condição de Bragg narede de fase e, a saber, na direção oposta. A luz doresto do espectro de onda passa sem mudança através docristal ótico transparente. Precisamente observado, a luzreflete na rede de fase em um determinado estreitoespectro de onda da longitude de onda. A longitude deonda central λΒ corresponde à seguinte fórmula:

λΒ = 2nΛ (1)

Onde, η é o índice médio de refração do cristal; Λ é operíodo da rede de Bragg.

A seletividade espectral de um filtro tal depende docomprimento da rede de Bragg e corresponde a seguinte

fórmula:

d/ΛB = Λ/T quando Λ/T >> n1/Πn (2)

d/ΛB = n1/Πn quando Λ/Τ << n1/Πn

onde, d é a banda de onda da luz seletiva refletida; n1 aamplitude da mudança do índice de ref ração da rede defases de Bragg; T é o comprimento da rede de fases.Para a mudança da longitude de onda λ escolhida pode seaplicar um campo elétrico com uma intensidade de campo Etransversal à direção de propagação do feixe de luz [R.Muller, J.V. Alvarez-Bravo, L. Arizmendi, J.M. Cabrera -"Tuning of photorefractive interference filters inLiNb03-J.Phys. D: Apll. Phys. - 1994, Vol 27, p.p. 1628-1632] . Devido ao efeito linear eletro-ótico (Efeito dePokkel), nos cristais foto-refrativos o índice médio derefração η depende da tensão do campo elétrico E, comosegue:

Δη = % n^rE (3)

Onde, Δη é a variação dispositivo índice de refração ocristal; n0 é o índice médio de refração do cristal, soba condição E=O; r é o coeficiente eletro-ótico efetivo,que depende da direção do campo elétrico em relação aoseixos cristalográficos.

Mudando a intensidade do campo elétrico E altera-se ofiltro, uma vez que se escolhe uma determinada longitudede onda λΒ da radiação a ser filtrada. 0 desenho do guiade onda possibilita a geração de campos de controle emuma tensão aplicada relativamente pequena graças a umadistância muito pequena entre os eletrodos (ΙΟμιη) .Conhece-se um elemento ótico holográfico [US005440669A],que realiza a função de um filtro ótico de bandaestreita. Esse elemento consiste de um cristal foto-refrativo no qual é fixada e inscrita a rede de fase deBragg. O elemento possui uma seletividade espectral muitoalta (é possível produzir o filtro com uma largura dafunção de transmissão espectral de pelo menos IOpm). 0elemento pode ser utilizado para filtragem de luz comdeterminado grau médio de Krümmel da frente de onda,assim como para a filtragem simultânea de váriaslongitudes de onda.

Na utilização do elemento holográfico conhecido em redesde fibra ótica precisa-se um desenho de volume e óticacolimadora adicional. Isto exige por sua vez um ajustepreciso. Isto é extremamente cara e com isso nãoapropriado para uma produção em massa.

Conhece-se um procedimento de comutação elétrica de umfiltro ótico holográfico em cristal foto-refrativo [M.P.Petrov, V.M. Petrov, A.V. Chamrai, C. Denz, T. Tschudi. -"Electrically controlled holographic optical filter". -Proc. 27th Eur. Conf. On Opt. Comm. (EC0CO1Amsterdam). - Th.F.3.4,ρ.ρ. 628-629 (2001)], segundo οqual cria-se no cristal um campo elétrico espacialhomogêneo através da utilização de uma tensão constanteno cristal. Com a mudança da tensão aplicada e com asmudanças associadas da intensidade de campo elétrico Ε, ofiltro é comutado uma vez que é escolhida uma determinadalongitude de onda λΒ da radiação a ser filtrada.

A desvantagem deste procedimento é a necessidade dautilização de tensões de controle muito altas, as quaissão determinadas através de pequenos coeficientes eletro-óticos dos materiais foto-refrativos utilizados. Outradesvantagem é uma pequena banda de onda da comutação namagnitude de máximo Inm para LiNb03 limitada através dedescarga elétrica.

Conhece-se um procedimento de multiplexação elétrica[M.P. Petrov, S.I. Stepanov, A. A. Kamshilin. - Lightdiffraction from the volume holograms in electroopticbirefringent crystals". - Opt. Commun. - 1979, No. 29,p.p. 44-48], segundo o qual várias redes de fases deBragg são inscritas em um e no mesmo volume de cristalfoto-refrativo, com diferentes valores de intensidades decampo elétrico. Este procedimento possibilita ampliar abanda de longitudes de onda da comutação elétrica dofiltro.

Na utilização deste procedimento existem, porémlimitações relacionadas ao número de canais espectraiscomutados (os quais são determinados através de um númeromáximo de hologramas elétricos multiplexados) assim comoà distância entre os canais vizinhos. Esta limitaçãosurge através das mais altas exigências nos sistemasmodernos de transmissão de dados em relação acongestionamento. Com a conexão elétrica tem-se umdeslocamento mais simples das longitudes de onda centraisde todas as redes que estão inscritas no cristal. Alémdisso, a banda central de longitudes de onda de uma redecorresponde à banda central de longitudes de onda daquelecanal espectral que esteja conectado nesse momento. Aomesmo tempo, o resto da rede causa ruídos adicionais.Conhece-se um conector elétrico (WO 00/02098) que contémum material paraelétrico foto-refrativo, no qual éformada pelo menos uma rede holográfica, com dois eletrodos que são arranjados nas bordas contrárias domaterial para utilizar um campo elétrico externo.Nesse comutador é utilizado, porém, o cristal KLTN nafase paraelétrica, que atua perto da transição de fase.Isto eleva as exigências de estabilização das temperaturas desta construção e limita a faixa detemperatura de trabalho.

Atualmente, não se conhece nenhum procedimento para afabricação de guias de onda de alta qualidade com cristalKLTN. Por isso, as construções com base nos procedimentosconhecidos de holografia elétrica são produzíveis somenteem volume de desenho e exigem tanto altas tensões decomutação como também uma complexa regulagem ótica. Istotem como conseqüência longos tempos de comutação.É conhecido ainda o procedimento de um comutador ótico(US004039249A) . Esse procedimento se baseia em m efeitoeletro-ótico quadrático. Isto possibilita conectareletricamente a rede holográfica inscrita no cristalparaelétrico. Essa conexão é produzida através dainteração da distribuição espacial modulada do campo elétrico, a qual forma a rede holográfica dentro docristal, assim como da influência do campo elétricoexterno espacialmente homogêneo. Este procedimentoconhecido permite realizar a comutação da luz, e aindatanto na direção da propagação como também em dependênciada longitude de onda. Entretanto, este procedimentoconhecido exige altas tensões de comutação e umaregulagem ótica complexa. O que tem como conseqüêncialongos tempos de comutação.

0 elemento construtivo que mais se aproxima do elemento anunciado em relação a um grande número de suaspropriedades essenciais, é o elemento descrito em[USO05832148A]. Ele baseia-se em um substrato sobre oqual foi depositada uma fina película de um materialeletro-ótico que possui um índice de refração mais altoque o índice de refração do próprio substrato. A películadepositada na parte de cima é utilizada como guia de ondaótico. Em um outro desenvolvimento do mesmo é utilizadoum material eletro-ótico específico (LiNbO3) comosubstrato, e o guia de onda ótico se forma através dadifusão de uma camada intermediária de íons de Titânio.Sobre a superfície da camada eletro-ótica são arranjados eletrodos alongados, aos quis é conectada uma fonte detensão de controle. Na camada guia de onda é inscrita arede de fases de Bragg.

O filtro possui uma seletividade espectral muito alta erealiza a função de um filtro ótico ajustável eletricamente em banda estreita (é possível criar filtroscom uma seletividade espectral de menos de IOpm). 0desenho do guia de onda permite criar uma grandeintensidade de campo elétrico para uma tensãorelativamente pequena, graças a uma distância muito pequena entre os eletrodos (10 μπι) .

A faixa de longitude de onda do ajuste de um filtro tal élimitada, contudo, pela tensão de colapso elétrico eultrapassa no caso do filtro na base do cristal LiNbO3não mais que 1 nm.

Conhece-se ainda um outro procedimento de controle dafunção de transmissão de um filtro elétrico, descritocomo protótipo [aaO], o qual aplica um campo elétrico aoseletrodos que estão arranjados sobre a superfície dacamada de material eletro-ótico. A tensão de controleutilizada forma, no material eletro-ótico, umaintensidade de campo elétrico homogênea, a qual seorienta ao longo do vetor de onda da rede de fases deBragg. O campo elétrico formado gera uma mudança doíndice de refração do material eletro-ótico e com issouma mudança da velocidade da luz dentro do guia de onda.

Isto leva a uma mudança da intensidade de luz da luzrefletida pela rede de fases de Bragg em uma determinadalongitude de onda.

A faixa de longitude de onda do ajuste de um filtro tal élimitada, entretanto pela tensão de colapso elétrico eultrapassa no caso do filtro na base do cristal LiNbO3não mais que 1 nm.

Descrição da invenção

A tarefa desta invenção é primeiramente a fabricação deelementos óticos em um desenho ótico integral, os quaistêm utilização multifuncional (filtros óticos ajustáveis,atenuadores e moduladores óticos seletivos, comutadoresóticos assim como equalizadores óticos) , e os quaispossuem uma seletividade espectral alta, uma faixa delongitude de onda ampla de ajuste, grande dinâmica, ebaixa tendência a congestionamento. Uma outra meta destainvenção foi o desenvolvimento de um procedimento decontrole dos elementos mencionados acima, o qual permitecontrolar eletricamente, através do uso de uma tensão decontrole relativamente pequena, o perfil da função detransferência, a posição do máximo da função detransferência, o número dos canais a serem selecionados,a compensação da distorção de fase, assim como com maiorvelocidade de ajuste e comutação.

A tarefa pretendida foi solucionada através de umamaioria de invenções que são juntadas por uma intenção deinvenção.

Assim, soluciona-se a tarefa de invenção, fabricando oelemento ótico sobre um material eletro-ótico no qualestá formada a rede de fases de Bragg. Para isso, a rededispõe de um meio para a formação de campos elétricosexternos aperiódicos, espacialmente não homogêneos, pelomenos em partes da rede ao longo da direção de propagaçãoda radiação ótica.

A rede de fases de Bragg pode ser formada no guia de ondaótico do material eletro-ótico, e mais precisamente, naforma dos picos e vales induzidos periodicamente dasuperfície do guia de onda na direção da propagação daluz.Além disso, uma camada de um material é arranjada nasuperfície da rede, cujo índice de refração correspondeao índice de ref ração do substrato, ou se não se podedesviar do índice de refração da base um máximo de 40%.

O meio para a formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo pode ser criadoatravés da introdução de dois eletrodos os quais seencontram a ambos os lados da rede mencionada acima.

O meio para a formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo pode ser criadoatravés da introdução de dois eletrodos os quais seencontram a ambos os lados da rede mencionada acima. Adistância entre ambos os eletrodos muda linearmente aolongo da direção da propagação da radiação.

0 meio para a formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo pode ser criadoatravés de quatro eletrodos individuais isolados entresi, os quais se encontram em par em ambos os lados darede mencionada acima. A distância entre os respectivospares de eletrodos aumenta ou diminui linearmente aolongo da direção da propagação de radiação.

0 meio para a formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo pode ser criadoatravés da introdução de pelo menos três eletrodosisolados eletricamente entre si, os quais se encontram aambos os lados da rede mencionada acima e os quais sãoajustados para o controle da intensidade de campoelétrico em pontos diferentes da rede mencionada acima.Esta construção pode ser realizada, por exemplo, nonúmero N dos eletrodos mencionados acima; para isso onúmero de eletrodos N é derivado da seguinte fórmula:

<formula>formula see original document page9</formula>

Onde D é a faixa de longitude de onda da comutaçãoelétrica do filtro.

A tarefa pretendida pode ser solucionada também atravésdo controle do perfil da função de transferência dofiltro, o qual é construído sobre um material eletro-ótico, no qual é formada uma rede de fases de Bragg, aqual por sua vez dispõe de um meio para a criação de umcampo elétrico externo aperiódico espacialmente nãohomogêneo pelo menos em partes do comprimento da rede aolongo da direção da propagação de radiação ótica, atravésda influência em pelo menos uma parte da rede de um campoelétrico externo aperiódico espacialmente não homogêneo,o qual causa a mudança da difração da radiação ótica e, asaber, até sua mudança máxima.Com a influência de um campo elétrico externo aperiódicoespacialmente não homogêneo pode ser formada a direção dovetor de intensidade do campo elétrico em uma parte darede mencionada acima, na direção contrária àquela dovetor de intensidade de campo elétrico na outra parte darede.

Objeto da invenção é que a difração na rede de Bragg, queé gerada no material eletro-ótico, seja controlada pelaformação de uma distribuição não homogênea do campoelétrico dentro do material.

Com a concretização deste procedimento de controle pode-se introduzir (ligar) a radiação ótica ao longo do vetorda rede, com reconhecimento simultâneo da radiação óticarefletida na rede mencionada acima devido à difração,assim como a radiação ótica guiada através do cristalótica.

Ademais, a tensão de controle pode ser substancialmentediminuída através do uso do desenho do guia de onda,propagando a radiação de luz a ser filtrada dentro doguia de onda, o qual é formado no cristal ótico, assimcomo pode ser elevada substancialmente a velocidade dafunção de transferência.

Além disso, a eficiência da difração da rede de fases deBragg, consistindo dos picos e vales introduzidosperiodicamente da superfície do guia de onda na direçãode propagação da radiação, pode ser substancialmentemelhorada. Isto acontece através da introdução de umacamada adicional de material ótico na rede, cujo índicede difração corresponde ao índice de difração dosubstrato, ou se não se pode desviar do índice derefração do substrato um máximo de 40%.

Ademais, o tamanho do colapso elétrico pode sersubstancialmente elevado (aumentado), e conseqüentementeé aumentado o tamanho da faixa de longitude de ondaajustável, Isto ocorre através do uso de uma camadaadicional de um material isolante elétrica, a qual ocupatodo o espaço entre todos os eletrodos, o que elevasubstancialmente a tensão do colapso e, conseqüentemente,permite elevar a tensão a ser utilizada nos eletrodos.

Assim como nos procedimentos conhecidos, a difração daradiação a ser filtrada é controlada através da formaçãono cristal de um campo elétrico de uma determinadaintensidade, através do qual é mudado o índice derefração do cristal. Uma característica especial doprocedimento da invenção é que o campo elétrico não éhomogêneo na direção da propagação da radiação.

Com a criação da distribuição espacial necessária docampo elétrico no cristal, pode-se conseguir a necessáriafunção de transferência do elemento ótico, o que leva àmuiti - funcionalidade do elemento ótico.

Assim, com a utilização do campo elétrico externo mudadohomogêneo ao longo da direção da propagação da radiação,é diminuída a eficiência de difração da redesubstancialmente, até zero.

Sob este fundamento pode ser criado um interruptor de luzelétrico espectral seletivo. A velocidade de interrupçãode um interruptor tal é muito alta graças à naturezaeletro-ótica do controle e pode chegar a 10-100 GHz.

Com a mudança do grau de não homogeneidade pode sercontrolada a eficiência de difração da rede de fases deBragg. Nesse caso, um tal elemento funciona como ummodulador de luz seletivo controlado eletricamente.

Além disso, o perfil da função de transferência da redede fases de Bragg pode ser controlado eletricamente. Comoexemplo pode servir a reconfiguração da função detransferência do estado de reflexão ao estado depassagem. Esta reconfiguração é alcançada introduzindocampos elétricos em duas metades iguais da rede, os quaisproduzem uma defasagem de fase igual a Π para as ondas de luz refletidas pelas duas metades da rede.

O elemento ótico da invenção pode funcionar como uminterruptor ótico universal com um número variável decanais espectrais. Para isso, encontra-se um determinadonúmero de redes de fases de Bragg formadas em um campo elétrico não homogêneo e cuja difração por isso não estádisponível. A uma outra rede de fases é introduzido umcampo elétrico homogêneo. Por causa disso, sua difraçãoestá disponível. Esta circunstância permite a reflexãodos canais espectrais selecionados. Adicionalmente, oelemento ótico da invenção pode funcionar como umequalizador ótico eletricamente controlado. Neste caso, aeficiência de difração de cada uma das redes elementaresindividuais é definida pelo grau da não homogeneidadeespacial do campo elétrico externo.

Além disso, o elemento ótico da invenção pode funcionarcomo um filtro ótico de banda estreita com uma amplafaixa de longitude de onda.

Ademais, o elemento ótico da invenção pode funcionar comocompensador da dispersão espectral ótica.

O objeto da invenção será explicado com ajuda das figurasanexas:

A Figura 1 apresenta o protótipo do elemento ótico comdois eletrodos (Ui e U2 representam as tensões elétricasaplicadas aos eletrodos. Camadas de material

compensadoras ou isolantes não são representadas.);

A Figura 2 representa o elemento ótico com doiseletrodos. A distância entre ambos os eletrodos diminuilinearmente ao longo da direção da propagação daradiação;

A Figura 3 apresenta o elemento ótico com quatroeletrodos;

A Figura 4 apresenta o elemento ótico com quatroelementos. A distância entre o respectivo par deeletrodos muda linearmente ao longo da direção dapropagação da radiação;

A Figura 5 representa o elemento ótico com 3 eletrodos;

A Figura 6 representa o elemento ótico com 8 eletrodos;A Figura 7 apresenta o elemento ótico em um cortelongitudinal. A rede de fases de Bragg é construída comouma série de vales e picos posicionados periodicamente dasuperfície do guia de onda, cobertos com uma camada domaterial compensador e uma camada do materialeletricamente isolante. (h-altura do guia de onda, Ah -diferença de altura entre picos e vales). A camadaencontra-se ao longo do guia de onda (no plano ABC) ;

A Figura 8 representa a secção transversal do elementoótico mencionado acima. 0 corte percorre a direçãotransversal ao eixo do guia de onda (no plano DEF) ;

A Figura 9 mostra a dependência da intensidade de campoelétrico E das coordenadas ao longo da direção dapropagação de radiação para o arranjo dos eletrodos noelemento como mostrado na Figura 2;

A Figura 10 mostra a dependência da intensidade de campoelétrico E das coordenadas ao longo da direção depropagação de radiação para o arranjo de eletrodos noelemento como o mostrado na Figura 4;

A Figura 11 apresenta a característica espectral docoeficiente de reflexão da rede de fases de Bragg. (λ -longitude de onda da radiação ótica, λΒ - longitude deonda central da radiação ótica refletida, d - amplitudeda função de transferência da rede de fases de Bragg);

A Figura 12 apresenta o protótipo do elemento ótico comuma rede de fases, na qual é aplicado um campo elétrico Eexterno homogêneo. (Ebd- intensidade de campo elétrico,para a qual acontece o colapso elétrico do filtro ótico,-Ebd _ intensidade de campo elétrico com polaridadereversa, E0 - intensidade de campo elétrico, que servepara a mudança da longitude de onda central da radiaçãorefletida na magnitude da amplitude da função detransferência da rede de fases de Bragg (d) , Tcomprimento da rede de fases de Bragg);

A Figura 13 apresenta a dependência da característicaespectral do elemento ótico da magnitude da intensidade de campo elétrico externo, (a - sem campo elétrico, b -com E = -Ebd, c - E = E0, d - com E = Ebd) ;

A Figura 14 apresenta uma das variantes do campo elétricoexterno espacialmente não homogêneo aplicado ao elementoótico. (En/2 - intensidade de campo elétrico na primeirametade da rede, que cria uma diferença de fase adicionalda radiação ótica, a qual é igual a ΓΓ/2; -En/2 intensidadede campo elétrico na segunda metade da rede, que cria umadiferença de fase adicional da radiação ótica, a qual éigual a - Π/2) ;

A Figura 15 apresenta a função de transferência doelemento, no caso em que se aplica ao elemento o campoelétrico apresentado na Figura 14 (línea sólida - naausência do campo elétrico externo; linha tracejada -campo magnético a presença do campo elétrico externo);

A Figura 16 apresenta uma outra variante possível docampo elétrico externo espacialmente não homogêneoaplicado ao elemento ótico. (Ebd ~ intensidade de campoelétrico na primeira metade da rede, - Ebd - intensidadede campo elétrico na segunda metade da rede);

A Figura 17 apresenta a função de transferência doelemento, no caso em que se aplica o campo elétrico daFigura 16 ao filtro (linha sólida - com a ausência docampo elétrico externo; linha tracejada - com a presençado campo elétrico externo);

A Figura 18 apresenta uma outra variante possível docampo elétrico externo espacialmente não homogêneoaplicado ao elemento ótico. (Ebd - intensidade de campoelétrico na primeira oitava parte da rede, para o qualacontece o colapso elétrico do filtro ótico, - Ebd -intensidade de campo elétrico com polaridade reversa naúltima oitava parte da rede); e

A Figura 19 apresenta a função de transferência doelemento, no caso em que se aplica o campo elétrico daFigura 18 ao filtro (linha sólida - com a ausência docampo elétrico externo; linha tracejada - com a presençado campo elétrico externo).

O elemento ótico da invenção compreende uma platina 1 dematerial eletro-ótico, na qual pode ser formado o guia deonda ótico 2 (ver Figura 2). Como material eletro-óticopode se usar cristais como, por exemplo, LiNbO3, KNbO3,BaTiO3, SBN. A rede de fases de Bragg 3 pode ser formadapropriamente tanto no material da platina 1 como tambémno guia de onda ótico 2. A rede 3 pode ser formada naforma de picos 6 e vales 7 periódicos da superfície doguia de onda 2 na direção da propagação da luz (verFiguras 7, 8). Acima dos picos e vales periódicos do guiade onda é arranjada uma camada compensadora de ummaterial 8. Esta camada pode ser de, por exemplo, TiO2 ouSiO2.

De ambos os lados da rede 3 encontra-se o meio para aformação de campos elétricos externos aperiódicosespacialmente não homogêneos, na forma dos eletrodos 4,aos quais são aplicadas as tensões elétricas U1, U2, U3,. . .UN através dos contatos 5 (segundo o número e aconfiguração dos eletrodos 4, o tamanho das tensõesaplicadas pode ser ou igual ou diferente e a polaridadepode ser diferente ou igual).

A superfície dos eletrodos, a superfície do materialcompensador, a superfície restante da base, assim como oespaço disponível restante entre os eletrodos sãopreenchidos com um material eletricamente isolante 9.

Esta camada de material pode ser de resina epóxi ou deoutro material plástico qualquer, que possua um altocoeficiente de resistência elétrica.

O campo elétrico externo aperiódico espacialmente nãohomogêneo pode ser formado pelos eletrodos 4, os quaispossuem deferentes geometrias. Assim, por exemplo,através de dois eletrodos, cuja distância entre si mudalinearmente ao longo da direção da propagação da radiação(ver Figura 2) ; através de três eletrodos retangulares(ver Figura 5) , sobre os quais se atua com diferentestensões Ui, U2, U3; através de quatro eletrodos dediferente geometria (ver Figuras 3, 4); através de oitoeletrodos retangulares (ver Figura 6), sobre os quais seatua com diferentes tensões Ui, U2, U3,...,U8; através deN eletrodos, onde N > 2D/d. Os exemplo mencionados acimanão limitam a escolha do número de eletrodos nem a suaconfiguração.

A função de transferência do elemento ótico da invenção écontrolada como segue. Dentro do material eletro-ótico 1é formada a distribuição necessária da tensão daintensidade de campo elétrico.

A distribuição necessária da tensão da intensidade decampo elétrico pode ser gerada através de uma formageométrica dos eletrodos 4, sobre os quais se atua com astensões Ui, U2. Na Figura 2 é mostrado um exemplo daconfiguração dos eletrodos para a formação de um campoelétrico aperiódico espacialmente não homogêneo. A não homogeneidade do campo elétrico é determinada pelamudança da distância entre os eletrodos. A distribuiçãoda intensidade de campo elétrico para a configuração doseletrodos representada na Figura 2 é mostrada na Figura9. A importância máxima possível do campo elétrico e do gradiente máximo associado à mesma determinam-se atravésda magnitude do colapso elétrico Ebd-

A Figura 4 mostra a possibilidade do aumento do gradienteda intensidade de campo elétrico através da formação dosistema, que forma novamente o campo elétrico nãohomogêneo, na forma de 2 pares de eletrodos, com adistância variando entre os eletrodos. Em cada par deeletrodos atuam as tensões Ui, U2 com a respectivapolaridade invertida. A distribuição da intensidade decampo elétrico dentro do material eletro-ótico, quecorresponde a essa configuração de eletrodos, é mostradana Figura 10. O meio para a formação de um campo elétricoaperiódico espacialmente não homogêneo na forma de Neletrodos, sobre os quais atuam as tensões U através doscontatos, permite que se formem distribuições diferentesda intensidade de campo elétrico dentro do materialeletro-ótico, e o que é especialmente importante, o tipode dependência da distribuição da intensidade de campoelétrico pode ser mudada através da mudança da magnitudedas tensões utilizadas.

Quando se atua sobre os eletrodos, que estão em um ladodo guia de onda, com a mesma tensão Ua., e sobre oseletrodos que se encontram no outro lado do guia de onda,com a mesma tensão U2, então se forma o campo elétricoespacialmente homogêneo no material eletro-ótico (verFigura 2). Um campo tal leva ao deslocamento da função detransferência da rede de fases de Bragg (ver Figura 11)sem mudança da forma (ver Figura 13). A magnitude dodeslocamento da longitude de onda central é determinadapela intensidade do campo elétrico produzido. 0 campoelétrico E0 corresponde Ao deslocamento da longitude deonda central na largura da função de transferência d (acurva c na Figura 13). A polaridade do campo elétricoutilizado determina a direção do deslocamento dalongitude de onda central. A distância D entre aslongitudes de onda centrais das funções de transferência,as quais correspondem aos campos elétricos homogêneosaplicados, Ebd e -Ebd é a faixa total de longitudes deonda do ajuste da longitude de onda central. Um tal campoelétrico espacialmente homogêneo é formado no protótipodo elemento ótico (ver Figura 1).

A seguir será descrito o método mais fácil dedistribuição espacial de um campo elétrico homogêneo.

Aqui, se atua sobre ambos os lados da rede com amagnitude segundo o mesmo campo elétrico, porém com apolaridade segundo um campo elétrico diferente (verFiguras 14, 16). Uma tal distribuição da intensidade decampo elétrico pode se formar através de um sistema doseletrodos, o qual é mostrado na Figura 5, quando U1=O,U2 = -U3. A rede de fases de Bragg é por meio dissodividida em duas redes com longitudes de onda centraisdeslocadas. No caso, quando o tamanho do deslocamento daslongitudes de onda é muito maior que a amplitude dafunção de transferência d, podem ser desconsideradas asrelações de fase pela adição da radiação de luz refletidapor ambas as metades da rede. Neste caso, se transforma afunção de transferência do elemento ótico na adição dafunção de transferência de ambas as metades da rede defases de Bragg. A função de transferência para esse caso é mostrada na Figura 17.

De grande importância é o caso, no qual, através dadiferença das intensidades de campo elétrico, com asquais se atua em diferentes metades da rede, é formadauma diferença de fase da radiação de luz refletida, quecorresponde a Π (ver Figura 14) . No caso das pequenasamplitudes da rede (ηχ/ηο << Λ/Τ)επ/2 = e0 diferenciam-seas longitudes de onda centrais meramente através daamplitude da amplitude da função de transferência d. Asamplitudes das longitudes de onda centrais refletidaspelas diferentes metades da rede são adicionadascoerentemente, ou seja, sob consideração da fase. Nessecaso, é formado o mínimo local no meio da função detransferência (ver Figura 15) . Nesse caso, o elementoótico deixa passar as longitudes de onda centrais, nolugar de refletir-las. Este exemplo mostra claramente apossibilidade de um controle eletro-ótico da função detransferência do estado da "Reflexão" para o estado da"Passagem".

Na Figura 18 é mostrada a distribuição espacial daintensidade de campo elétrico, para o caso em que, a redede fases de Bragg é dividida em oito partes. Uma taldistribuição do campo pode ser formada por um sistema deeletrodos, como é representado na Figura 6. Nesse caso,realizam-se as seguintes relações entre as tensõesutilizadas Ui=IJ8, U2=U7, U3=U6, U4=U5. Assim, a luz atingeoito partes da rede independentes entre si com longitudesde onda centrais deslocadas. Isto leva à diminuição doscoeficientes de reflexão adicionados assim como àdiminuição da seletividade espectral, ou seja, a anulaçãoda função de transferência do filtro (ver Figura 19).A diminuição do comprimento das porções da rede, sobre asquais se atua com o campo elétrico homogêneo, leva àdiminuição ainda dos coeficientes de reflexão adicionadosassim como à diminuição da seletividade espectral. Nocaso, quando o meio para a formação do campo elétricoexterno aperiódico espacialmente não homogêneo consistede N eletrodos, existe a possibilidade de formar um campoelétrico independente em N/2 das partes da rede (cada 2eletrodos em ambos os lados do guia de onda em cada parteda rede).O número ótimo de eletrodos é escolhido da relaçãoN>2ü/d, ou seja, para a anulação efetiva da difração(diminuição dos coeficientes de reflexão adicionadosassim como para a diminuição da seletividade espectral) énecessário dividir a rede em N/2 partes independentes. 0número N é definido através do número de canais seletivosnecessários.Anteriormente foi colocado, como com ajuda da utilizaçãode um campo elétrico externo aperiódico espacialmente nãohomogêneo pode-se mudar o tipo de função de transferênciado elemento ótico. Ademais, foi mostrado o exemplo daanulação da difração na rede de fases de Bragg através dadiminuição dos coeficientes de reflexão adicionados assimcomo a diminuição da seletividade espectral. 0procedimento, conforme a invenção, para controle dafunção de transferência do elemento ótico pode serutilizado em filtros óticos de banda estreita, ematenuadores óticos, assim como em compensadores dadispersão de fase. Os exemplos apresentados acima nãolimitam, porém, as possíveis áreas de utilização docontrole da função de transferência.Lista de referências nas figuras:1 Platina2 guia de onda ótico3 Rede de fases de Bragg

4 eletrodos

5 contatos

6 picos7 vales

8 camada de compensação de um material

9 material eletricamente isolante

Claims (14)

1. Elemento ótico, consistindo de material eletro-ótico ede rede de fases de Bragg, a qual é formada no materialeletro-ótico, caracterizado pelo fato da rede de fases deBragg (3) dispor de um meio para a formação de camposelétricos externos aperiódicos espacialmente nãohomogêneos pelo menos em partes do comprimento da rede aolongo da direção da propagação da radiação ótica.

2. Elemento ótico, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato da rede de fases de Bragg (3)estar formada no guia de onda ótico (2) do materialeletro-ótico.

3. Elemento ótico, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato da rede defases de Bragg (3) ser formada como picos (6) e vales (7)periódicos ao longo da direção de propagação da radiaçãode luz do guia de onda ótico (2).

4. Elemento ótico, de acordo com uma qualquer uma dasreivindicações de 1 até 3, caracterizado pelo fato darede de fases de Bragg (3) dispor de uma camada adicionalconsistindo de material de compensação (8), cujo índicede refração corresponde ou ao índice de refração dosubstrato utilizado ou se não se desvia deste um máximode 40%.

5. Elemento ótico, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 4, caracterizado pelo fato domeio para formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo ser realizado naforma de dois eletrodos (4) que se encontram em ambos oslados da rede de fases de Bragg (3).

6. Elemento ótico, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 de até 5, caracterizado pelo fato domeio para formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo ser realizado naforma de dois eletrodos (4) que se encontram em ambos oslados da rede, sendo que a distância entre ambos oseletrodos (4) muda linearmente ao longo da direção dapropagação da radiação.

7. Elemento ótico, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 6, caracterizado pelo fato de queo meio para formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo ser realizado naforma de quatro eletrodos (4) isolados eletricamenteentre si, os quais se encontram aos pares em ambos oslados da rede (3) .

8. Elemento ótico, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 7, caracterizado pelo fato domeio para formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo ser realizado naforma de quatro eletrodos (4) isolados eletricamenteentre si, os quais se encontram aos pares em ambos oslados da rede (3) , sendo que a distância entre orespectivo par de eletrodos muda linearmente ao longo dadireção da propagação de radiação.

9. Elemento ótico, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 8, caracterizado pelo fato domeio para formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo ser realizado naforma de pelo menos três eletrodos (4) isoladoseletricamente entre si, os quais se encontram em ambos oslados da rede (3) e para o controle da intensidade decampo elétrico em diferentes posições da rede (3) aolongo da direção da propagação da radiação de luz.

10. Elemento ótico, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 9, caracterizado pelo fato domeio para formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo ser realizado naforma de N eletrodos (4), sendo que o número de eletrodos(4) corresponde à fórmula N>2D/d.

11. Elemento ótico, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 5, 6, 7, 8, 9, 10, caracterizado pelo fatodo meio para formação de um campo elétrico externoaperiódico espacialmente não homogêneo dispor de umacamada de material eletricamente isolante (9) , o qualpreenche o espaço entre todos os eletrodos (4). 0material (9) serve para o reforçamento da tensão aplicadaaos eletrodos (4).

12. Procedimento para o controle da função detransferência de um elemento ótico, conforme definido nareivindicação 1, caracterizado pelo fato do qual dispõedo efeito de um campo elétrico externo aperiódicoespacialmente não homogêneo sobre uma parte da rede (3)ao longo da direção da propagação da radiação ótica, coma meta de controlar a eficiência de difração da rede.

13. Procedimento, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato que o efeito de um campo elétricoexterno aperiódico espacialmente não homogêneo sobre umaparte da rede (3) mencionada acima ao longo da direção dapropagação de radiação ótica dispõe, com o objetivo demudar a eficiência de difração máxima possível.

14. Procedimento, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato da direção do vetor daintensidade de campo elétrico sobre uma parte da rede (3)ser formada na direção contrária do vetor da intensidadede campo elétrico sobre uma outra parte da rede (3).