CN1152715A - 具有平衡光程的声光可调波导开关 - Google Patents

Abstract

一种波长可选的声光波导器件，包括第一和第二光路径(150，160)，在光波导内的这两个光路径长度不相同，差值与值d＝±λ(k+m)相对应，其中d代表两个波导的光路径之间的差，λ是光信号的波长，k是大于0和小于1的一个数，m是0或一整数，于是在光信号的至少两个寄生分量之间产生相移，从而在这些寄生分量之间产生相消干涉现象。

Description

具有平衡光路径的声光可调波导开关

本发明涉及一种声光可调波导开关，它具有平衡的光路径。

在波分复用式通信网路中，多个光传输信号或多个信道相互独立地在同一线路上传输，这是采用波长复用实现的，这种线路通常由光纤构成，也就是说，以不同的波长采用频分法实现多信号的同时传送。所传送的信号或信道可以是数字的，也可以是模拟的，可以将它们区分识别出来，因为它们各自具有特定的波长。在这类网路中，带有多个节点，信号从汇集在一个光纤线节点上的光纤线路变换到那些从该节点分支的光纤线路。为了实现在节点内的信号的寻址，简化其寻址结构，可采用波长选择光转接开关。在网路的输出端处，为了再次分离各信号，需采用滤波器，它能传送集中于某信号波长的波带，并且足够窄，以便阻隔开相邻的信号。

已有的集成的声光器件的工作是依据光信号之间的交互作用，光信号在一双折射和光弹性材料的基片上得到的波导中传播，声波在该基片的表面传播，它是经合适的变换器产生的。在偏振的光信号和声波之间的交互作用产生了该信号的偏振变换，也就是说，信号的TE(横向电场)分量和TM(横向磁场)分量出现偏振旋转。

在这种声光器件中，通过控制光波的频率，可以调谐该器件的频谱响应曲线，使它们适合于作为开关，以及作为信号的光滤波器，用于具有波分复用的光通信网。这些可调开关和滤波器允许改变信号的选择，因此，当重新配置一个网路时，无需改变组件的电缆敷设。

这些声光器件也允许转换和同时选择不同的信号或信道，其中在基片表面上传播的声波是不同声波的重叠。实际上，这些开关对具有相应于同时作用的频率的波长的信号执行混合转换，并且滤波器具有相应于这组不同波长间隔的频带，这些间隔由声波频率所决定。

Pohlmann等人在IEEE量子电子学月刊(总第27卷，1991年3月第3期，第602-607页)上描述了一种声光波导器件，它具有波长选择功能，声音可调，具有偏振独立的响应，它可用作(2×2)开关，即包括两个输入和两个输出，并且可用作滤波器。

如该文章中图4所示，这种开关包括一个由X切割(X-cut)的铌酸锂(LiNbO₃)晶体构成的基片，并且具有y传播(y-propagation)，两个并行的光波导，两个无源偏振分离器，一个电声变换器，一个声波导和吸声器。光波导和电声变换器构成一个声光模式转换级。电声变换器由叉指式电极构成，能够产生180MHz中心频率的射频(RF)表面声波。声波导的宽度为150微米，并且包含两个光波导。吸声器用于消除反射的声波，及自由传播波。

光波导和偏振分离器是通过在基片内扩散钛而形成的，声波导的信道也是在周围的区域内通过扩散钛而形成。电声变换器的叉指式电极则通过氧化锡和氧化铟的反射(catodic)喷涂后沉积而形成。

D.A.Smith等人在应用物理通讯(第56卷，1990年1月第3期，第209-211页)上介绍了一种可调声音的滤光器，具有偏振独立响应，与前述的Pohlmann等人的器件同属一个类型。D.A.Smith等人的滤光器是由X切割的铌酸锂晶体制成，具有y扩展，5厘米长，并包括两个间隔开270微米的光波导，由叉指式电极构成的一个电声变换器，和由定向耦合器构成的两个偏振分离器。

D’Alessandro等人在IEEE光子学技术通讯(第6卷，1994年3月第3期，第390-393页)上公开了一种与plhlmann等人的器件同样类型的声光开关。D’Alessandro等人的这种开关由一种铌酸锂XY晶体制成，长度为5厘米，并包括两个光波导，一个电声变换器，一个声波导(其中包含光波导)以及两个无源偏振分离器，它们通过质子变换/钛扩散和退火处理而形成。开关可采用4个信号进行操作，这些信号在1546nm和1558nm之间具有4nm间隔的波长，并且该开关在四个领示(pilot)射频下工作，选择出四个光波波长，这四个频率值为175.89MHZ，175.38MHZ，174.86MHZ和174.42MHZ。

John J.Johnson等人在其专利说明书US-5218653中公开了一种类似于上述D’Alessandro。等人的器件的声光器件(图2)。

上述声光器件属于2×2可调开关，具有偏振独立的响应。

如果选定了一个确定波长的信道，该波长上的光信号通过一输入端输入后按址访问相应的交互状态(cross-state)输出，并且那些由其他输入端进入的信号寻址访问其他的对应交互状态输出(开关处于交互状态)；未选中的信号则从一输入端按址访问相应的直接输出端(开关处于直接传输或并行状态，条信号状态(bar-state))。

这些器件起到可调的通带声光滤波器作用，在交互开关条件下具有偏振独立的响应，其中仅一个输入端与对应的交互状态输出端一起使用。

上述器件存在某些缺陷。

这些器件采用单级声光变换制；在这种单级制中，偏振变换通过在光信号和两个光波导中的声控波之间的交互作用实现，伴随着产生一个频移，频移量等于声波的频率。在前述结构中，这种频移具有取决于光信号的偏振的反向符号，因此，这两个分离的正交偏振分量分别具有正向和负向偏移。

光信号从声变换频率的频移可能给通信网路带来拍频问题(beat)。

为了限制在两个光波导中两个偏振的频移量，应使这种声光器件中的每个光波导有各自相关的声波导。

H.Herrmmann等人在集成光学第六次欧洲会议会刊(1993年4月，第10.1-10.3页)上介绍了一种2×2声光开关(图10)，它包括两个光波导和两个并列的声波导，其中每一个包括一光波导，并且其中表面声波沿反向传播。

John J.Johnson等人在US-5218653中所描述的声光器件类似于H.Herrmann等人的器件(图3)。

本申请人也已制造出由H.Herrmann等人所描述的这种声光器件。在该器件中，两个光波导连接到两个与偏振模式匹配的偏振分离器上，后者连接到部分弯曲成“S”形的波导上，两个声波导每个均包含一相应的光波导。每一声波导与一电声变换器相关联，后者由叉指式电极制成。这两个光波导大约为18毫米长，间隔270微米，偏振分离器大约5毫米长，弯曲成“S”形的部分大约为8毫米长，曲率半径约为160毫米。该器件的总长度大约为60毫米。

采用这种器件，在停止状态(直接传输)下，TM输入的总损耗经检测大约为2分贝，TE输入的总损耗大约为5分贝，由于与各偏振分离器的连接所产生的四个弯曲成“S”形的部分的存在，导致偏振相关损耗(PDL)为3分贝。与完全交互状态有关的串音干扰范围从-18分贝到-20分贝，该值与偏振分离器的分隔比有关。

在接通状态(交互状态)，经检测，TM输入的总损耗约为2分贝，TE输入的损耗为3分贝。偏振相关损耗较小，因为转换损失分布在两个偏振上。

开关特性的带宽为2.0nm，首侧波瓣为-18分贝。变换效率大于99％(对两个光波导分别考虑)。输入信号相对于垂直于基片表面的法向45°偏振，该器件的消光比则限定到大约-16分贝，作为耦合声音功率的-17分贝级的声波交叉耦合的效应和作为平均(总)变换效率均下降到大约80％，原因是变换波长的失配率从0.2nm-0.5nm。

特别地，在声波导中传播的声波的某些分量与在并列的光波导中传播的光信号相互干涉。这使在直接传输状态下的端口串音干扰增大，大约为-18分贝。

此外，光信号的频移或失配可以具有在两个光波导中不同的绝对值，原因在于该基片缺少均匀性。实际上，基片的材料和构成光波导的材料的双折射特性可以是并非完全均一的，而且由于制造过程中存在非理想误差，例如厚薄不均和/或钛的淀积层宽度非理想值，或钛层的扩散温度存在梯度等。双折射的小的局部变化会在两个光波导之间变换的尖峰波长上引起差别，它随在同样的波导之间的距离的增大而增大。

在将两个偏振分离器连接到偏振变换状态的光波导时，在制造过程中会存在误差，如果器件处于停止状态(直接传输)，被引向直接传输输出的输入信号Si降低，下降的量取决于偏振分离器的串音a，偏振分离器的分隔系数SR＝α/(1-α)，其中α大约等于0.3％。在这种情况下，两个偏振分离器具有同样的特性，来自第一偏振分离器的寄生的或残留的信号成分的密度与来自第二偏振分离器的寄生的或残留的成分的密度具有相同的数量级。在直接传输输出端存在信号Sb＝(1-4α)Si，它忽略了传播损耗。信号Si的寄生分量引到交互状态输出端上，在那里存在残留信号Sc＝4αSi。在(并行)直送状态输出端上，存在一个破坏性干涉，它发生在该信号Si的寄生分量之间，同时在交互状态输出端上，存在一个相长干涉，它发生在信号Si的两个寄生分量之间。

在输出端处残留信号的存在使总的消光比(对应于衰减的偏振分量的器件输出的功率和输出总功率之间的比)或端口串音特性劣化。在本申请人制造的器件中，经检测，该器件与单个偏振分离器的消光比相比，总消光比增加5-6分贝。实际上，单个偏振分离器的消光比等于-25分贝，而包括两个分离器的完整的器件的消光比只有-19分贝。

类似地，在前面所述的声光器件中会产生噪声，该器件具有一个变换级，包括一个用于两个光波导的公共的电声变换器和一个用于同样的光波导的公共的声波导。

根据本发明，波长选择声光波导器件包括以双折射的和光弹性的材料制成的基片，在基片上具有：

a)至少一个以预选的波长范围的光信号形成的偏振模式变换级，包括：

a1)第一和第二光波导路径，

a2)至少一个第一声波导，包含所述第一和第二光波导路径中至少一个的一部分，以及

a3)第一表面声波发生器，与所述第一声波导相关联，

b)所述变换级的分别处于上游和下游的第一和第二偏振选择元件光连接到所述第一和第二光波导路径上，能够将所述第一和第二光路径分离成所述光信号的两个偏振分量；

其特征在于，

所述第一和第二光波导路径具有不同的光程长，这个差值等于由下式表示的预选值：

d＝±λ(K+m)

其中d是两个光波导的光路径之间的差值，λ是所述光信号的波长，K是大于0但小于1的数，m是零或一整数；

为在从所述第二偏振选择元件输出的所述光信号的至少第一和第二寄生成分之间产生一个相移，所述寄生成分经受相消干涉。

在本发明的声光器件中，在两个波导的光路径之间产生的差d等于预选的波长的几分之一，或单数倍，它们满足关系式d＝±λ(K+m)，最好m＝0，这样可以减小光路径在波长上的平衡依赖性到最小值。光路径之间的平衡允许在信号的两个预选的寄生成分之间得到相移，所述信号取自该器件的交互传输输出端。这个相移的值应使该信号的两个寄生成分之间产生相消干涉而相互抵消。光路径的这种平衡可以明显减少处于完全交互状态的器件的消光比或端口串音干扰。

本发明的声光器件的其他优点是降低了不同于中心(调谐)波长的其他各波长的背景噪声，并且展宽了调谐带宽

本发明的声光器件可用作具有偏振独立响应的可调的2×2，1×2和2×1开关，或用作偏振独立响应可调滤波器。

本发明的特性和优点下面将结合附图所示的本发明的实施例进一步说明，这些实施例并非具有限定本发明的含义。附图为：

图1是本发明的可调式2×2声光开关的示意图，具有偏振独立响应；

图2是图1的开关的波导的放大的部分；

图3，4，5和6表示图1开关的改型实例；

图7是图1的声光开关的滤波器特性曲线图；

图8是传统的声光开关的滤波器特性曲线图。

图1中示出了本发明的可调式2×2声光波导开关，它具有偏振独立的响应。这个开关的基片1是由双折射的和光弹性的铌酸锂材料制成(LiNbO₃)。

在基片1上形成两个偏振选择元件2和3以及一个变换级4。

两个偏振选择元件2和3由在一个光波导内的偏振分离器构成，每个分离器包括相应的中心光控波导区5和6以及光控波导输入和输出分支，它们分别是分离器2的分支7，8，9，10和分离器3的分支11，12，13和14。

分离器2的输入分支7和8经过相关的连接光波导70和80接到开关的输入端71和81上。分离器3的输出分支13和14经过相关的连接光波导130和140接到开关的输出端131和141。分离器2的输出分支9和10连接到光波导90和100，它们每一个包含两个弯曲的或弧形部分，然后凸向相反方向，形成90a，90b和100a，100b。同样地，分离器3的输出分支11和12连接到有关的连接光波导110和120，它们每个均包括两个弯曲的或弧形部分110a，110b和120a，120b，各凸向相反方向。这些弯曲部分90a，90b，100a，100b，110a，110b，120a和120b的曲率半径R例如为100-180毫米。

输入端71和81以及输出端131和141适于与通信网络的光导纤维连接，或通过图中未示出的适配的连接器(称为挠性接头)连接到其他常规的光学器件。考虑到这种连接器件的特性要求，端口71和81以及端口131和141(例如)相互间隔大约为270微米。

变换级4包括两个直线的并行的光波导分支15和16，两个声波导18和19，它们分别包含了分支15和16，以及电声变换器20和21。

分支15和相关的光连接波导90和110以及分支16和相关的光连接波导100和120构成两个光路径150和160，它们与偏振分离器2和3相连接。

电声变换器20和21由叉指式电极构成，能够产生两个反向传播的射频表面声波。这个由变换器20产生的声波与沿波长分支15传送的信号共线，由变换器21产生的声波则与沿波长分支16传送的信号反向共线。为了使第一和第二声波具有同样的频率，最好将单个电驱动信号提供给两个电声变换器20和21。变换器20和21放置在声波导22和23中，它们并行布置，分别与声波导18和19连通，由此构成一个声音耦合器。这个声音耦合器的作用是使沿波导22和23的表面声波的密度分布图在波导的中心区域具有尖峰，而且在相同的波导的端部具有两个波谷。沿着分支15和16传播的光信号与相关的声波相互作用，在一个具有预选的交互作用长度的区域内，密度沿路径增加上升到半途中，在另一半路径下降。在声波导22和23的端部，装有吸声器24，它能消除声波的反射。声波导18，19，22和23由区域25所覆盖，在该区中声波的速度高于在波导18，19，22和23内的速度。

连接光波导100，120和分支16的总长度大于两个连接光波导90，110和分支15的总长度，相差流过该开关的光信号的半个波长(λ/2)或单数倍，于是光路径150和160的总长度相差半个波长或奇数倍。在图示的实施例中，光信号的波长为1550nm，连接光波导90，110和100，120具有不同的总长度，因为实际上各弯曲部分90a，90b，110a，110b，100a，100b，120a和120b的曲率半径相同，并且如图2所示，在中心的张角是不同的。

光路径160既可比光路径150大半个波长也可小半个波长。

上述开关的操作过程将在下面说明。

如果电声变换器20和21上没施加电压，该器件断开(停止状态)，它处于直接传输或并行状态(直线调节状态)，在输入端子71和81及输出端子131和141之间存在通信一致性。通过端口71和81输入的光信号到达偏振分离器2，分离后的偏振分量TE(横向电场)和TM(横向磁场)进入输出波导区9和10，分量TE和TM无变化地通过变换级4的分支15和16，然后由偏振分离器3分离到输出波导区13和14，于是从端口71和81输入的信号无变化地通过端口131和141输出。

由于偏振分离器2和3并非无缺陷的，当光信号S1输入分离器后，在分离器的分支内会出现信号缺少，相当于信号的几分之一(分离器串音)，用值α表示，例如该值为0.3％。如果分离器2包含串音α1，从输入端71输入的信号的TM偏振分量的密度为S1，一个并行(直线)通道穿过分离器2，这表示在该分离器的分支10内，并非无信号，而是具有一个值为α1S1的部分(fraction)，对应地，在分支9中的信号具有密度(1-α1)S1。类似地，分离器3具有串音α2；偏振分量TM输入分支11，提供给分支13的(即开关的输出端131)是密度为(1-α1)S1的信号和分离器3的串音，在分支14上的信号密度Sb1＝(1-α2)(1-α1)S1，而在开关的交互状态输出端141处的信号密度为Sc1＝α2(1-α1)S1。此外，在分离器3的输入端，在分支12内存在一密度为α1S1的分量；这个分量依次在分支14中产生密度为Sc2＝(1-α2)α1S1的信号和在分支13内产生密度为Sb2＝α2α1S1的信号。

如果α1和α2相同，而且如果α2可忽略不予考虑，相应地在输出端131上具有信号：

Sb1＝(1-2α)S1(在并行输出的损耗忽略不计)，

而且在输出端141上：

Sc1＝α(1-α)S1(变换器的在分支16内的串音分量α1S1直接通过分离器3)，和

Sc2＝α(1-α)S1(通过分离器3的分量(1-α1)S1的串音已直接进入变换器的分支15内)。

在常规情况下，在开关的两个分支内的光路径是相同的，两个分量Sc1和Sc2的场叠加(相长干涉)，并且理想的信号密度为Sc(TM)＝4αS1。

输入端的光信号的偏振分量TE的传输特性是类似的。

在本发明的开关中，选择两个光路径150和160相差半个波长(或奇数倍)，两个分量Sc1和Sc2处于全相反位，因此产生相消干涉。实际上，由于光路径160的长度大于光路径150一个波长的几分之一，最好是半个波长，因此存在于连接波导140内的光信号的寄生分量移相180°，以破坏性方式干涉，理想化地相互全部抵消。在交互状态传输输出端141处存在一个大致等于零的信号Sc，同时在直接传输输出端131处存在一个大致等于S1的信号Sb，由此消除了由于偏振分离器2和3的串音造成的劣化。

通过向变换器20和21的电极提供一个适当的开关信号，该器件接通(工作状态)，并变换到交互状态的条件，其中输入端口71和81分别对应于交互状态输出端口141和131。变换器20和21产生有关的射频表面声波，其声控频率fac(当工作在1550nm时，约174±10MHz，当工作在1300nm时，约210±10MHZ)与光谐振波长相应时，发生偏振变化TE→TM或TM→TE。光信号输入偏振分离器2后分离成偏振分量TE和TM，并通过变换级4的分支15和16，在那里转换成正交偏振状态。偏振分量TE和TM送入分离器3中，从输入端71选定的偏振分量这时可与从端口81未选中的分量共同从输出端141输出，从端口81选中的偏振分量可与从端口71未选中的分量共同从输出端131输出。在变换级4内的信号实现偏振变换，在完全的交互状态条件下进行引导，从而实现整个开关的功能。

出现在波导区140内的两个光信号的寄生分量移相180°，并以相消方式相干涉，相互抵消。交互状态传输输出端141上的信号Sc大致等于在光波导15内转换的信号，例如S(TE)。这个信号S(TE)具有频移，它的符号取决于光信号和声波二者是共线的还是反向共线的。在直接传输输出端131上的信号Sb，是光信号的两个寄生分量经光波导15和16转换后形成的。这两个寄生分量的密度等于αS(TE)，其频移带有正或负符号，这取决于光信号和声波是共线的还是反向共线的。信号的这两个寄生分量产生一个最大密度大约为4αS(TE)的拍频。采用这种方式可将偏振分离器的平均串音限制到大约-22分贝。

如图1表示的本发明人的平衡声光开关，如果运行在波长为1550nm的情况下，该开关的规格为：两个光波导15和16大约为18毫米长，它们之间间隔为270微米。弯曲部分90a，90b，100a，100b，110a，110b，120a，120b的曲率半径约为140毫米。其中弦边90a和110a对着的中心角度约为1.477°，弦边90b和110b对着的中心角约为1.777°；弦边100a和120a对着的中心角约为1.564°，弦边100b和120b对着的中心角约为1.864°，如图2中所示。光路径160的总长度比光路径150的总长度大半个波长。偏振分离器2和3大约5毫米长。该器件的总长度约为60毫米。

图7所示为处于交互传输状态的平衡声光开关的滤波曲线频谱图形。光信号(传输)的幅值用分贝表示，它依据X轴上的以nm表示的光信号(λ)的波长标绘出沿y轴的关系曲线。从图中可以看出，背景噪声低于或等于-30分贝，侧向波瓣低于或等于-22分贝，带宽是100nm。

与图8的波形曲线相比，本发明的平衡声光开关显然在性能上获得很大改善，图8所示的声光开关结构类似于图1所示的开关，但这种传统的开关的光路径是同样长的，图8中的曲线表示处于交互传输状态的开关的滤波曲线的频谱图形。图7的X轴和y轴的尺寸设置与图8的曲线的座标尺寸完全一致，因此这两个曲线也可相重叠后进行比较。经比较后可看出，传统的开关的性能显然比图1的开关的性能差，它的背景噪声低于或等于-21分贝，侧向波瓣约为-18分贝，带宽为2nm。

显然，所需的光路径的长度差可根据该开关的特殊设计需要而设计，既可以调节光波导的弯曲部分的弧度的大小，也可以调节该弯曲部分的曲率半径以及线性分支15和16的长度，从而获得所要求的光路径长度差。

图3展示了不同于图1的声光开关的实施例，其中与图1相同的部件采用相同标号描述。在图3的开关中，变换级4的光波导15和16的分支被布置在一个共同的声波导30内。唯一的一个电声变换器31安装在一个并行的波导32内，它产生与两个光波导15和16交互作用的表面声波。这个声波是与沿波导15和16传播的信号共线的。声波导30的宽度约为110微米，两个光波导分支15和16的安装间隔大约为40微米。

在这种情况下，光路径160最好具有大于(或小于)光路径150的长度，差值为四分之一个波长(λ/4)，以便在连接波导140内的光信号的寄生分量之间产生部分破坏性干涉。

当此器件接通时，在两个光路径150和160内分离开的两个偏振分量作为声信号沿相同方向传播，因此产生相同符号的频移。在交互状态传输输出端141上的信号Sc大致等于在光波导15中变换的信号例如S(TE)。这个信号S(TE)具有频移，符号为负，原因在于光信号和声波是共线的。由此本开关在交互传输状态下得到光路径的一种平衡。在直接传输输出端131上的信号Sb包括经光波导15和16转换后的两个光信号的寄生分量。光信号的这些寄生分量的密度等于αS(TE)，相移90°(λ/4)，其结果是出现部分地相消干涉现象，从而将整个器件的平均串音干扰限制到约-22分贝。

如果图3的开关的光路径150和160的长度相差半个波长(或其奇数倍)，这些寄生分量在开关的直接(并行)输出端相长地叠加，其结果是开关本身的消光比得到显著的限制(大约在-19分贝数量级上)。

图4中给出了不同于图1的声光开关的又一实施例，其中的光控波导分支15和16与两个正电极40和41以及一个公共负电极42相关联。电极40-42由条形导体材料制成，例如将钛、金，铝通过蒸发或电镀生长(galVanic growth)或溅射沉积形成。电极40，41和42连接到合适的电源上。电极对40，42和41，42产生两个强度可调节的电场，以便改善基片1的材料的折射率，从而提供一种在分支15和16内的光路径的精细调节。

图5是不同于图1的声光开关的又一实施例。其中电极50，51，52和60，61，62与波导区90，100，110，120相关联。电极50-52和60-62由长条形导体材料构成，例如钛，金，铝，这些电极连接到合适的电源上。在这种情况下，电极对50和52，51和52，60和62，61和62与图4的电极对起相同作用，它们位于光连接波导90，100，110，120之处，使光路径沿着这些连接得到所要求的变化，而无需增加基片1的长度。

图4开关的电极40，41，42和图5开关的电极50，51，52尤其适于补偿在两个偏振量TM和TE之间产生的任何特性差异，由电极所产生的电场还对两个偏振分量TE和TM的不同灵敏度产生作用。

在图6所示的开关的又一实施例中，电极170，171，172和180，181，182与带有一单个声波导的开关相关联，这种类型的开关已在图3的说明中介绍过。这些电极可方便地在该器件启动时受到激励。在这种情况下，可以使光路径150和160的长度差取为λ/2，以便在停止状态时实现寄生分量的完全消光作用，并且通过电极仅当该器件启动时改变光路径的长度，从而甚至当该器件处于工作条件下时，能重新建立完全对寄生分量进行相消干涉的条件，而不会对退出运行条件下的特性带来不利影响。

图1，3，4，5和6的开关，其输入端71和81以及输出端131和141是可互换的，当前者作为输出端，后者作为输入端使用时，这些开关仍能正常工作。

图1，3，4，5和6的开关能够在室温下工作，中心波长1550nm或1300nm波长时，光波长的范围至少在100nm宽范围上，也就是说，该开关特别适用于光通信。

基片1由垂直于X轴切割的LiNbO₃晶体制成；波导分支15和16沿晶体的y轴定向排列。如果不用LiNbO₃，也可以在LiTaO₃，TeO₂，CaMoO₄组中选择其他双折射的、光弹性的和压电性的材料作晶体。器件的总长度约为40-60毫米。

声波导18，19，22，23，30，32可利用光刻掩模限定的基片1的条25制成。在掩模界定的表面内，淀积钛层，其厚度为160nm，接着在基片内进行钛扩散，在炉温1060℃的条件下持续31小时。由于扩散效应，声波速度大约增加0.3％，于是区域25限定声波沿着波导18，19和30传播。

光波导和偏振分离器可以在基片上进行扩散而形成，这种基片具有提高折射率的特性。采用光刻掩膜技术，形成钛淀积层，其厚度约为120nm，然后在1030℃温度条件下扩散9小时。与光波导相应，该掩膜的孔径宽度约为7微米。

光和声波导对于所用的光波和声波最好是单模的。

电声变换器20，21和31的叉指式电极安装在(压电)基片1上，相对于y轴具有约5°的倾角。变换器最好包括15-20对或更多对叉指式电极，它们具有约20.8微米的周波。这些电极最好具有变化的间隔(“线性调频脉冲”)以展宽响应带。周波值由频率约为173.5MHZ的表面声波的LiNbO₃中的波长的值导出，该值是当光波长约为1550nm时进行TE←→TM转换所需的值。通过调节电极的周期(periodicity)，可以使变换器适合于声光器件在其他波长带上的工作。这些电极可在基片上淀积金属层而制成，例如，一层厚度为500nm的铝。

可以调节声光开关工作在波长1500nm或1600nm，相应于主波长1550nm可偏差50nm，为此向叉指式电极提供的功率约为100毫瓦，与之相比较，在主波长上的运行所需功率为50毫瓦。

虽然上面以2×2型开关为例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员采用上面介绍的调节方法完全能够发现，本发明可应用于更复杂的器件中，其中光路径存在于偏振分离器之间。

Claims (10)

1.一种声光波导器件，波长可选择，包括用双折射的和光弹性的材料制成的基片(1)，在其上具有：

a)至少一个具有预选的波长范围的光信号的偏振方式变换级(4)，包括

a1)在一个光波导(90，15，110；100，16，120)中的第一和第二光路径(150，160)，

a2)至少一个第一声波导(18；19；30)，包含光波导(90，15，110；100，16，120)中的所述第一和第二光路径(150，160)中至少一个的一部分，和

a3)第一表面声波发生装置(20；21；31)，与所述的第一声波导(18；19；30)相关联，

b)第一和第二偏振选择元件(2，3)，分别处于所述变换级(4)的上游和下游，并且光连接到光波导(90，15，110；100，16，120)中的所述第一和第二光路径(150，160)，能够在所述第一和第二光路径(150，160)中分离成所述光信号的两个偏振分量；

其特征在于：

光波导(90，15，110；100，16，120)中的所述第一和第二光路径(150，160)的光程长度不同，其差值等于由下式表示的预选值：

d＝±λ(k+m)

其中d是两个光波导(90，15，110；100，16，120)的光路径(150，160)之间的差值，

λ是所述光信号的波长，

k是大于0但小于1的数，

m是0或一个整数，

为在从所述第二偏振选择元件(3)输出的所述光信号的至少第一和第二寄生分量之间产生一个相移，使所述寄生分量经受相消干涉。

2.根据权利要求1所述的声光器件，其特征在于，所述第一和第二光路径(150，160)包括光波导各自的第一和第二直线性和并行分支(15，16)以及相应的连接光波导(90，110；100，120)，这些连接光波导将所述第一和第二分支(15，16)与所述第一和第二偏振选择元件(2，3)相连接，所述第一光路径(150)的连接光波导(90，110)的长度不同于所述第二光路径(160)的连接光波导(100，120)的长度，其差值与所述的d值相应。

3.根据权利要求2所述的声光器件，其特征在于，所述第二光路径(160)的连接光波导(100，120)的长度大于所述第一光路径(150)的连接光波导(90，110)的长度，差值与所述的d值相应。

4.根据权利要求2所述的声光器件，其特征在于，所述连接光波导(90，110；100，120)包括各自一对弯曲部分(90a，90b；110a，110b；100a，100b；120a，120b)，它们具有预定的曲率半径和相反的凸向，所述弯曲部分(90a，90b；110a，110b；100a，100b；120a，120b)在中心的张角具有不同的值，从而使所述第二光路径比第一光路径长出所述d值。

5.根据权利要求4所述的声光器件，其特征在于，所述弯曲部分(90a，90b；110a，110b；100a，100b；120a，120b)的曲率半径范围为100-180mm。

6.根据权利要求1所述的声光器件，其特征在于，第二表面声波发生装置(21；20)与第二声波导(19)相关联，所述第一声波导(18)包含所述第一光路径(150)的至少一部分，所述第二声波导(19)包含第二光路径(160)的至少一部分，在光路径(150，160)之间的所述长度差等于半个波长。

7.根据权利要求1所述的声光器件，其特征在于，所述第一声波导(30)包含第一和第二光路径(150，160)的至少一部分，在所述光路径(150，160)之间的所述长度差等于四分之一波长。

8.根据权利要求2所述的声光器件，其特征在于，电极(40，41，42)与所述第一和第二光波导分支(15，16)相关联，以产生能够改善所述基片(1)材料的折射率的电场，并对所述光路径(150，160)实现精细调节。

9.根据权利要求2所述的声光器件，其特征在于，电极(50，51，52；60，61，62)与第一和第二光路径(150，160)的连接光波导(90，110；100，120)相关联，以产生能够改善所述基片(1)材料的折射率的电场，并对所述光路径(150，160)实现精细调节。

10.根据权利要求1所述的声光器件，其特征在于，所述第一声波导(30)包含所述第一和第二光路径(150，160)的至少一部分，在所述光路径(150，160)之间的长度差等于四分之一波长，电极(170，171，172；180，181，182)与第一和第二光路径(150，160)的所述连接光波导(90，110；100，120)相关联，以产生能够改善基片(1)的材料的折射率的电场，并且改变所述光路径(150，160)的长度。

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