CZ288701B6 - Akustooptický vlnovod pro selekci podle vlnové délky - Google Patents

Abstract

Akustooptick² vlnovod pro selekci vlnov d lky obsahuje jednu podlo ku (30) z dvojlomn ho a fotoelastick ho materi lu, na kter m jsou vytvo°eny prvn a druh² rota n stupe roviny polarizace optick ho sign lu v prvn m intervalu vlnov d lky. Ka d² stupe obsahuje alespo jeden optick² vlnovod (35, 36), kter²m proch z sign l, alespo jeden dalÜ optick² vlnovod, propojuj c dva stupn a nesouc jeden samostatn² polariz tor, obsahuj c polariza n propojovac len (40) s tlumenou vlnou, alespo jeden optick² vlnovod nesouc jeden polariza n propojovac len (37), kter² je ve sm ru druh ho stupn .\

Description

Akustooptický vlnovod pro selekci podle vlnové délky

Oblast techniky

Uvedený vynález se týká akustooptického vlnovodu pro dělení podle vlnové délky.

Dosavadní stav techniky

Činnost akustooptického vlnovodu je založena na interakci mezi světelnými signály, šířícími se podél optických vlnovodů vytvořených na podložce z dvoj lomného krystalu a fotoelastického materiálu a akustickými vlnami generovanými vhodnými převodníky a šířícími se po povrchu podložky.

Takovéto zařízení je využitelné zejména jako optický filtr. Ovládáním frekvence akustických vln je možné ladit spektrální charakteristické křivky filtru, které vytváří filtr, vyhovující například kanálu rozptýlenému v optickém komunikačním systému se zařízením s multiplexem s dělením podle vlnových délek. Pro ladění vyřazované vlnové délky v laserovém rezonátoru nebo rekuperaci tvaru pulzů v pulzním optickém komunikačním systému.

V optickém telekomunikačním systému s multiplexním přenosem s dělením podle vlnové délky (obvy kle popisovaném jako WDM) několik kanálů, přičemž těchto několik přenosových signálů je navzájem nezávislých, je posíláno po stejné lince, obvykle tvořené optickým vláknem, pomocí multiplexního přenosu optické vlnové délky. Přenosové kanály mohou být jak digitální, tak analogové a jsou navzájem rozlišitelné, protože každý z nich je opatřen specifickou vlnovou délkou, pro opětovné rozptýlení individuálních kanálů jsou zapotřebí filtry, které musí být schopné přenášet skupinu vlnových délek, soustředěných na vlnové délce kanálu a dostatečně vymezeny k sousedním kanálům. Ladicí filtry zejména umožňují změnit kanálovou selekcí a tím rekonfiguraci systému bez výměny kabeláže jednotlivých prvků.

Pro toto použití jsou zejména vhodné akustooptické filtry. Tyto rovněž umožňují současnou selekci několika kanálů: pokud je akustická vlna, šířící se po povrchu podložky překiyta akustickými vlnami různých kmitočtů, má filtr propustné pásmo odpovídající součtu různých jntervalů vlnových délek, vypočtených na základě kmitočtů akustických vln. Možností selekce takovýchto kmitočtů může být propustné pásmo filtru ovládáno tak, že budou přenášeny pouze požadované vlnové délky, odpovídající vybraným kanálům.

Polarizační nezávislý akustooptický filtr planámího vlnovodu je popsán v článku: D.A. Smith a kolektiv, vydaném v Applied Physics Letters, ročník 56, číslo 3, 15/01/1990, strany 209 až 211. Zařízení (obr. IA) obsahuje polarizační propojovací člen na LiNbCb podložce, který rozptyluje TE a TM složky dopadajícího signálu, dva akustooptické polarizační převodníky, pracující paralelně na dvou prvcích a polarizační propojovací člen rekombinujících signálů.

Spektrální přenosová křivka zařízení má centrální vrchol s šířkou pásma 1,3 nm a postranním lalokem. Toto dokazuje teorii (jak je uvedeno například v článku: H. Herrmann a kolektiv, Elektronocs Letters, ročník 28, číslo 11, 21/05/1992, strany 979 až 980), přičemž ve filtrech, popsaných v předcházejícím popisu, první postranní lalok je menší než teoretická hranice 9,4 dB.

Filtr, popsaný v přihlášce má jednoduchý akustooptický interakční stupeň. Filtry tohoto typu umožňují zeslabení vlnových délek mimo přenosového pásma, které je nedostatečné pro výše uvedené přihlášky.

-1 CZ 288701 B6

Dále při průchodu filtrem jsou složky u dvou různých polarizací podrobeny různým vlnovým délkám, které jsou různé pro dvě složky interakcí s akustickými vlnami.

Akustooptické filtry opatřené druhým filtračním stupněm na jedné a té samé podložce dvoj lomného krystalu a fotoelastického materiálu mohou být tvořeny: dvoustupňovým zařízením znázorňujícím spektrální křivku odezvy, vyznačující se větším útlumem výstupního propustného pásma než jednostupňové filtry s redukovanými přenosovými postranními vaky, ve dvoustupňovém zařízení může dále druhý stupeň kompenzovat pro optický kmitočet různé umístění v prvním stupni pomocí šíře odpovídající akustické vlně kmitočtu tak, že je nastaven počáteční kmitočet.

Dvojstupňový planámí vlnovod obsahující akustooptický filtr je popsán v US patentovém spisu 5,381,426 podaném přihlašovatelem (obr. 1B). Tento je zhotoven pro užití jako kontrolní selekční filtr vlnové délky uvnitř dutiny laseru s vázanými vidy.

US patentový spis 5,002,349 od přihlašovatele Cheung a kolektiv, popisuje planámí vlnovod obsahující akustooptické zařízení na podložce z LiNbO₃. V jednom jeho provedení, znázorněném na obr. 2A, je toto zařízení zhotoveno seřazením na stejné podložce dvou polarizačních nezávislých akustooptických filtrů, přičemž každý z těchto filtrů obsahuje dvě polarizační spojovací jednotky vlnovodu pro spojení a rozpojení dvou TE a TM složek samostatně před a po akustooptických interakčních stupních. Dále pro porovnání polarizačních spojovacích vlastností jsou polarizační spojovací jednotky opatřeny elektrodami. Pro každou polarizační spojovací jednotku je upraveno nezávislé vedení ven pomocí uvedených elektrod.

Přihlašovatel zdůrazňuje, že zeslabení optických signálů získané při průchodu takovýmto zařízením je přibližně dvojnásobné oproti jednostupňovému zařízení během čtyř průchodů přes polarizační spojovací jednotky.

Přihlašovatel rovněž upozorňuje, že zařízení se stává komplikovanější díky přítomnosti porovnávacích elektrod, přičemž úprava elektroinstalace a řídicího obvodu je nutná.

Dále, při absenci elektrod, přenos každou spojovací jednotkou nebude závislý pouze na polarizaci, ale rovněž lehce na vlnové délce, jako výsledek konstrukčních tolerancí: pro každou spojovací jednotku bude interval vlnové délky odpovídající nízkému zeslabení přenášených polarizačních složek poněkud odlišný. Při umístění několika spojovacích jednotek do série, celkové nízkoutlumené pásmo se bude snižovat do křížení nízkoútlumových intervalů každé z jednotlivých spojovacích jednotek. Při využití čtyř polarizačních spojovacích jednotek v sérii bude mít zařízení přílišné zeslabení nebo alespoň redukovaný interval ladění, což odpovídá poznatkům uvedeným ve výše citovaných přihláškách.

Celková délka popsaného zařízení je alespoň dvojnásobná než u jednostupňového zařízení, přičemž dosahuje kritických rozměrů vzhledem komezené velikosti nejvíce dostupných vhodných podložek na bázi LiNbO₃.

Dvoustupňový planámí vlnovod obsahující polarizační nezávislý akustooptický filtr je rovněž popsán v článku od F. Tian a kolektiv, zveřejněném v Journal of Lighwave Technology, ročník 12, číslo 7, červenec 1994, strany 1 192 až 1 197. Tento obsahuje (obr. 2B) dvoustupňové polarizační filtry na podložce LiNbO₃ s polarizací, která je navzájem kolmá, pracující na paralelních a dvou polarizačních spojkách/spojovacích jednotek ke spojení a rozpojení částí optického signálu podle dvou kolmých polarizací.

Jednopolarizační filtry obsahují samostatný TE průchodový a TM průchodový polarizátor.

TM průchodový polarizátor obsahuje zejména podélný vlnovod podél kterého jsou dvě 1,5 mm dlouhé oblasti, sousedící s vlnovodem z jeho obou stran. Mimořádný index lomu je větší než

-2CZ 288701 B6 u materiálu tvořícího podložku. Toto způsobuje, že TE polarizační složky nemají delší vedení odpojitelné od podložky, přičemž TM polarizační složky mohou procházet strukturou.

Zvýšení mimořádného indexu lomu je dosaženo pomocí technologie změny protonů, založené na exponování uvedené plochy kyselým roztokem po předem stanovenou dobu a při vhodné teplotě dokud není dosaženo změny části Li+ iontů na podložce na H+ ionty a jejich odvedení následným optimálním tepelným žíháním.

V případě výše uvedeného článku byla záměna protonů provedena v ředěné kyselině benzoové při 250 °C po dobu 15,5 hodin a následovalo tepelné žíhání po dobu 4 hodin při teplotě 330 °C.

Zkušenosti přihlašovatele ukázaly, že výroba polarizátoru s protonovým měničem výše uvedeného typu je velice problematická, zejména z důvodu požadavku vysoké přesnosti na umístění fotolitografické masky a omezenými přístupnými rozsahy řídicích parametrů procesu záměny protonů.

Dále je důležitá časová nestálost spektrálních vlastností polarizátorů.

Rovněž výroba polarizátorů typu jak TM průchodů tak TE průchodů vyžaduje specifické výrobní kroky, rozdílné pro každý typ polarizátoru a rozdílné od požadavků pro výrobu jiných prvků zařízení, což způsobuje, že výrobní proces celého zařízení je delší a složitější.

Podstata vynálezu

Uvedený vynález se týká akustooptického vlnovodu pro selekci vlnové délky jednoduché výroby, omezené velikosti, opatřeného širokým rozsahem ladění a vykazujícího spektrální charakteristiku, která je časově stálá.

Uvedený vynález se dále týká jednoduchého a spolehlivého způsobu výroby akustooptického vlnovodu pro selekci vlnové délky.

Za prvé se vynález týká akustooptického vlnovodu pro selekci vlnové délky, obsahujícího jednu podložku z dvoj lomného a fotoelastického materiálu, na kterém jsou vytvořeny:

- první rotační stupeň roviny polarizace optického signálu v prvním intervalu vlnové délky, obsahující alespoň optický vlnovod, kterým prochází uvedený signál,

- druhý rotační stupeň roviny polarizace optického signálu v druhém intervalu vlnové délky, obsahující alespoň opticky vlnovod, kterým prochází uvedený signál,

- alespoň jeden optický vlnovod, propojující uvedený první a druhý stupeň, nesoucí jeden jednoduchý polarizačně-selektivní prvek,

- alespoň jeden optický vlnovod ve směru uvedeného druhého rotačního stupně, nesoucí jednoduchý polarizátor, vyznačující se tím, že uvedený jednoduchý polarizačně-selektivní prvek sestává z polarizačního propojovacího členu s tlumenou vlnou.

Ve výhodném provedení alespoň jeden z uvedených prvních a druhých stupňů obsahuje prvky pro generování povrchové akustické vlny a zejména je výhodné pokud uvedená podložka obsahuje akustický vlnovod včetně alespoň jedné části jednoho z optických vlnovodů uvedeného prvního a druhého rotačního stupně.

-3CZ 288701 B6

Ve výhodném provedení toto akustooptické zařízení obsahuje první akustický vlnovod procházející částí podložky včetně uvedeného optického vlnovodu uvedeného prvního rotačního stupně a druhý akustický vlnovod vystupující zčásti podložky včetně uvedeného optického vlnovodu uvedeného druhého rotačního stupně.

Uvedené prvky pro generování povrchové akustické vlny jsou s výhodou umístěny uvnitř alespoň jednoho z uvedených akustických vlnovodů, později uzavřených do jednoho konce pro jednosměrné šíření uvedené akustické vlny v uvedeném akustickém vlnovodu, a s výhodou obsahují několik prolínajících se elektrod umístěných transverzálně k uvedenému akustickému vlnovodu. Uvedené akustooptické zařízení může obsahovat akustický absorbér, umístěný na uvedeném konci uvedeného akustického vlnovodu.

Zařízení může dále obsahovat akustický absorbér, umístěný na konci uvedeného akustického vlnovodu opačném ke konci, kde jsou umístěny prvky pro generování povrchové akustické vlny.

Popřípadě, uvedené prvky pro generování povrchových akustických vln mohou obsahovat dvě skupiny prolínajících se elektrod, umístěných vedle sebe navzájem v předem určených vzdálenostech, postupně napájených prvním signálem střídavého elektrického napětí a druhým signálem elektrického napětí, získaným otočením uvedeného prvního elektrického signálu o 90°, pro generování jednosměrné akustické viny.

Ve výhodném provedení zařízení obsahuje dva optické rovnoběžné vlnovody v každém z uvedených prvních a druhých rotačních stupňů a dva optické spojovací vlnovody mezi uvedenými prvními a druhými stupni, přičemž každý optický spojovací vlnovod nese jeden oddělený polarizační selektivní prvek, přizpůsobený pro přenos jedné ze dvou vzájemně kolmých polarizačních složek a alespoň jeden z uvedených polarizačních selektivních prvků obsahuje polarizační propojovací člen s tlumenou vlnou.

V tomto provedení jeden z uvedených polarizačních selektivních prvků může být TE průchozí polarizátor a může obsahovat kovovou vrstvu překrývající odpovídající optický spojovací vlnovod mezi prvním a druhým rotačním stupněm s oddělovací vrstvou, umístěnou mezi nimi.

Případně oba z uvedených jednoduchých polarizačních selektivních prvků mohou obsahovat polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou.

V naposledy zmíněném možném provedení, oba uvedené polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou mohou být čárkové přenášející propojovací členy pro příslušné průchozí polarizace nebo jeden z uvedených propojovacích členů s tlumenou vlnou může být linie přenášející propojovací člen pro příslušnou průchozí polarizaci, přičemž druhý z uvedených polarizačních propojovacích členů s tlumenou vlnou je příčně přenášející propojovací člen pro příslušnou průchozí polarizaci. Uvedený druhý polarizační propojovací člen s tlumenou vlnou je s výhodou spojen s příslušným optickým spojovacím vlnovodem pomocí zakřivené části vlnovodu a může obsahovat přímou středovou část tvořící nulový úhel s příslušným spojovacím vlnovodem.

Ve výhodném provedení uvedený dvoj lomný a fotoelastický materiál je LiNbO₃ a v uvedeném řešení jsou uvedené optické vlnovody a polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou s výhodou vytvořeny fotolitografickou maskou, založenou na kovové vrstvě s následnou difúzí kovu na podložku. Uvedený kov může být s výhodou titan.

Za druhé se uvedený vynález týká způsobu výroby akustooptického vlnovodu pro selekci vlnové délky, sestávajícího z následujících kroků:

- vytváření alespoň jednoho vlnovodu na jedné podložce tvořené dvojlomým a fotoelastickým materiálem, difúzí prvního kovu na uvedenou podložku,

-4CZ 288701 B6

- vytváření prvních a druhých polarizačních propojovacích členů s tlumenou vlnou na uvedené podložce pomocí fotolitografického deponování a následné difúze druhého kovu uvnitř vlastní podložky stejně jako alespoň jeden optický vlnovod pro spojení mezi uvedenými polarizačními propojovacími členy, přičemž optický vlnovod alespoň v části obsahuje uvedený akustický vlnovod,

- vytváření jednoho samostatného polarizaci selektujícího prvku podél uvedeného optického spojovacího vlnovodu,

- vytváření elektroakustického převodníku obsahujícího prolínající se elektrody uvnitř jednoho z uvedených akustických vlnovodů pomocí fotolitografického deponování třetího kovu na uvedenou podložku, vyznačující se tím, že uvedený krok vytváření samostatného polarizaci selektujícího prvku obsahuje uvedený krok vytváření uvedeného prvního a druhého polarizačního propojovacího členu a uvedeného optického spojovacího vlnovodu a dále se vytváří třetí polarizační propojovací člen s tlumenou vlnou. S výhodou se vytvoří uvedené první, druhé a třetí polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou navzájem identické.

Ve výhodném provedení tento postup obsahuje vytváření na uvedené podložce pomocí fotolitografického deponování a následné difúze uvnitř uvedené podložky uvedeného druhého kovu z prvního a druhého optického spojovacího vlnovodu mezi uvedenými prvními a druhými polarizačními propojovacími členy, přičemž optické vlnovody jsou alespoň z části obsaženy v uvedeném akustickém vlnovodu a obsahuje vytváření jednoho samostatného polarizaci selektujícího prvku podél všech uvedených optických spojovacích vlnovodů.

S výhodou uvedený krok vytváření uvedených polarizaci selektujících prvků je obsažen v kroku vytváření uvedených prvních a druhých polarizačních propojovacích členů a uvedených optických spojovacích vlnovodů a spočívá ve vytváření třetích a čtvrtých polarizačních propojovacích členů tlumenou vlnou podél uvedených prvních a druhých optických spojovacích vlnovodů samostatně.

Nejvýhodnější je pokud jsou uvedené první, druhé, třetí a čtvrté polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou navzájem totožné.

Přehled obrázků na výkresech

Větší podrobnosti budou zřejmé z následujícího popisu s odkazem na přiložené obrázky, kde:

na obr. ΙΑ, IB jsou znázorněna schémata zapojení akustooptických filtrů, známých z dosavadního stavu techniky, na obr. 2A, 2B jsou znázorněna schémata zapojení akustooptických filtrů, známých z dosavadního stavu techniky, na obr. 3 A, 3B jsou znázorněny dva grafy, popisující změnu teploty spektrální odezvy TM průchozích polarizátorů, známých z dosavadního stavu techniky, na obr. 4 je znázorněno schéma zapojení akustooptického filtru, podle vynálezu, na obr. 5 je znázorněno schéma zapojení polarizačního propojovacího členu s tlumenou vlnou použitého v tomto vynálezu,

-5CZ 288701 B6 na obr. 6A, 6B, 6C jsou znázorněny grafy rozdělovacího poměru polarizačních propojovacích členů s tlumenou vlnou ve vlnovodu vzhledem k délce vstupní sekce vlnovodu (A), vlnové délce (B, C), na obr. 7 je znázorněno schéma zapojení stejnoměrného elektroakustického převodníku, na obr. 8 je znázorněno schéma zapojení akustooptického filtru podle možného provedení vynálezu, na obr. 9 je znázorněno schéma zapojení polarizačního nezávislého akustooptického filtru podle vynálezu, na obr. 10 je znázorněno schéma TE průchozího polarizátoru vlnovodu, použitého v zařízení znázorněném na obr. 9, na obr. 11 je znázorněno schéma zapojení polarizačního nezávislého akustooptického filtru podle vynálezu, na obr. 12 je znázorněno schéma zapojení polarizačního nezávislého akustooptického filtru podle dalšího možného provedení vynálezu, na obr. 13 je znázorněno schéma zapojení polarizačního nezávislého akustooptického filtru podle ještě dalšího možného provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Integrovaný akustooptický filtr vlnovodu je popsán v US patentovém spisu 5 381 426 podaném stejným přihlašovatelem. Tento bude popsán pomocí obr. IB s odpovídajícím obr. 3 v uvedeném patentu.

Filtr 16 sestává z podložky 18 založené na LiNbO₃ krystalovém řezu pod pravým úhlem k ose x, na kterém optické kanály vlnovodu 19 mají orientaci šíření ve směru osy y, jeden vid v pásmu vlnových délek z rozsahu (1530 < lambda >1560), pomocí difúze titanu díky schopnosti kdy se index lomu niobičnanu lithia v podložce lokálně zvětšuje tak, že je omezen optický signál uvnitř požadované cesty.

Podél optického vlnovodu 19 je umístěna dvojice akustooptických převodníků 20, přičemž převodníky 20 jsou tvořeny kovovou deskou opatřenou několika hřebenovými elektrodami 21, navzájem propojenými a kolmými k vlnovodu, schopnými mimo jiné vytvářet pomocí piezoelektrického efektu následné elektrické buzení akustické vlny šířící se krystalem.

Ke stranám optického vlnovodu 19 je připojen akustický vlnovod 22, omezený ze dvou stran plochami 23 na kterých je difundován titan v podložce z niobičnanu lithia, který dále zvyšuje rychlost šíření akustické vlny přes tyto dvě plochy ve směru středové plochy tak, že je akustická vlna vedena v této středové ploše.

Zároveň jsou přítomny dva protilehlé TE polarizátoiy 24 nad elektrodami 21 a podél koncových sekcí vlnovodu 19 pod elektrodami 21, přičemž mezi dvěma TE polarizátory 24 je umístěn TM průchozí polarizátor 25.

TE polarizátory 24 jsou tvořeny dielektrickou vrstvou, tvořenou například křemíkem, připojenou k optickému vlnovodu 19, o předem stanovené tloušťce překryté kovovou vrstvou. Tyto polarizátory jsou schopné propouštět pouze světelný signál v režimu TE složek polarizovaných na povrchové rovině krystalu podložky.

-6CZ 288701 B6

TM průchozí polarizátor 25 je naopak tvořen dvěma plochami s výměnou protonů zhotovenými na stranách vlnovodu, o několik milimetrů delší. Tento průchozí polarizátor je schopen propouštět pouze světelný signál v režimu TM složek polarizovaných v rovině kolmé k povrchu krystalu podložky.

Akustický absorbér 26 je umístěn v předem určené vzdálenosti od TM průchozího polarizátoru 25 na opačné straně oproti elektrodám 21. Tento je tvořen vrstvou zvuk izolujícího materiálu, naneseného na povrch krystalu, schopného absorbovat akustickou vlnu a takto být omezován před dalšími interakcemi se světelnými vlnami.

Vysokofrekvenční RF generátor ovládající akustooptický filtr má frekvenci nastavenu mezi 170 Mhz a 180 Mhz pro selekci vlnové délky středu propustného pásma v požadovaném rozsahu (1530 < lambda < 1560).

Funkce tohoto zařízení je založena na konverzi mezi TE a TM složkami (a naopak) polarizovaných optických signálů, šířících se optickým vlnovodem a majících vlnovou délku ve vhodném pásmu. Tato konverze je vynesena ven pomocí interakce optických signálů s akustickými vlnami, šířícími vlnami, šířícími se akustickým vlnovodem 22 ve stejném směru jako optické záření. Pouze TE složka optických signálů vstupující polarizátorem 24, umístěným nad vlnovodem 19 je přenášena do samotného vlnovodu. Podél první vodicí sekce nad průchozím polarizátorem 25 vlnové délky v propustném pásmu určeném parametry akustické vlny jsou konvertovány z E polarizace na TM polarizaci. Vlnové délky vystupující z tohoto pásma jsou naopak nekonvertovány a udržují jejich polarizaci v rovině povrchu podložky. Naposledy zmíněné vlnové délky jsou takto zastaveny průchozím polarizátorem 25, pouze přenášení TM složek signálů majících vlnové délky uvnitř propustného pásma, jejich polarizace byla konvertována interakcí s akustickou vlnou. Část vlnovodu pod průchozím polarizátorem 25 pracuje jako druhý stupeň filtru s akustickou vlnou omezeně šířící se v akustickém vlnovodu 22 a spolupůsobící s TM optickými signály. Druhý stupeň má shodné funkce jako první stupeň, ale se vzájemně opačnými polarizacemi. Signály s vlnovou délkou uvnitř propustného pásma jsou konvertovány z TM polarizace na TE polarizaci a přenášeny polarizátorem 24 k vlnovodu 19, signály mimo propustné pásmo jsou zastaveny uvedeným polarizátorem 24.

Dvoustupňový integrovaný polarizační nezávislý akustooptický filtr vlnovodu je popsán v již zmíněném článku od F. Tian a kolektiv, zveřejněném v Joumal of Lightwave Technology.

Jak je vidět na obr. 2B, vstupní signál do zařízení je rozdělen do dvou TE a TM složek pomocí polarizačního propojovacího členu vlnovodu, vytvořeného na podložce. Dva výstupy z polarizačního propojovacího členu jsou připojeny ke dvěma dvoustupňovým filtrům, z nichž každý má polarizátor mezi dvěma stupni, TE průchod respektive TM průchod. Dva filtry jsou umístěny stranami k podložce podél vlastního akustického vlnovodu, který generuje akustické vlny pomocí vhodně propojených převodníků šířící se ve stejném směru jako optické signály. Výstupy dvou dvoustupňových filtrů jsou nakonec spojeny polarizačními propojovacími členy. Akustický absorbér je umístěn na konci akustického vlnovodu pro úmyslné zeslabení výsledné povrchové akustické vlny.

TM propustný polarizátor je přednostně zhotoven výměnou protonů ve dvou oblastech okolo 1,5 mm dlouhých, sousedících s optickým vlnovodem z obou stran. Výměnou protonů způsobuje mimořádné zvýšení indexů lomu, což způsobuje v TE složce kratší vedení a disperzi na podložce. TM složka naopak prochází polarizátorem s malými ztrátami.

Přihlašovatel zjistil, že výroba polarizátoru s výměnou protonů tohoto typu způsobuje celý výrobní proces akustooptických zařízení mnohem kritičtějším.

-7CZ 288701 B6

Přihlašovatel zhotovil vzorky polarizátorů TM průchodu na podložkách LiNbO₃, na kterých byl vytvořen jednovidový optický vlnovod difúzí titanu po dobu čtyř hodin při teplotě 1 030 °C. Polarizátory byly zhotovovány pomocí masek a následnou výměnou protonů v naředěné kyselině benzoové po dobu časového rozmezí od 2 do 7 hodin při různé teplotě v rozsahu od 230 °C do 240 °C. Vzdálenost mezi dvěma oblastmi podrobenými výměně protonů, umístěnými po obou stranách optického vlnovodu byla mezi 12 pm a 13,5 pm.

Hodnoty poměru extinkce (poměru výstupního výkonu zařízení z utlumené složky v případě TE složky, k celkovému výstupnímu výkonu) v získaných vzorcích byly dosaženy mezi-25,3 dB a -3,9 dB. Hodnota útlumu pro přenášenou polarizaci (v tomto případě TM složka) byla oproti tomu v rozsahu velmi nízkých hodnot okolo 1,1 dB.

Některé vzorky byly získány následným tepelným zpracováním při teplotě 320 °C po dobu od 15 do 90 minut, čímž bylo v podstatě získáno snížení poměru extinkce na hodnoty mezi -25 dB a -20 dB, ale ve stejném časovém intervalu stouplo zeslabení u TM složky na hodnoty okolo 2dB.

Ve dvoustupňovém akustooptickém filtru se hodnoty poměru extinkce pro polarizátory nacházející se mezi prvním a druhým stupněm určují výslednou odezvou velikosti šumu pro zařízení jako celek, kde výsledná odezva šumu znamená maximální zeslabení podél signálů s vlnovou délkou vystupující z přenášeného pásma při průchodu zařízením.

Polarizátor, použitý ve dvoustupňovém akustooptickém filtru, umožňuje současně mít poměr extinkce nižší než -20 dB a zeslabení pro přenášený mod nižší než 0,5 dB.

Přihlašovatel mohl pozorovat, že pro umístění fotolitografické masky na podložku pro vymezení plochy podrobené protonové výměně je nutný stupeň přesnosti mnohem vyšší než jaký je požadován pro fotolitografické masky nutné během dalších výrobních kroků na akustooptickém zařízení, jako jsou použité pro omezení difúze titanu během výroby vlnovodů, nebo jejich užití pro interdigitální elektrody a TE průchozí polarizátory. Všechny parametry kontroly procesu výměny protonů a následného možného žíhání za tepla jsou rovněž velmi kritické: velmi malé rozdíly i v jednotlivých údajích mohou působit na polarizátory tak, že nejsou dosaženy požadované standardy a proto musí být vy řazeny.

Dále, některé z vyrobených TM průchozích polarizátorů byly podrobeny teplotě vyšší než 80 °C po několik hodin a ukázaly se zajímavé změny ve spektrální citlivosti během času. Na obr. 3 A je znázorněn graf ukazující poměr extrikce pro jeden z polarizátorů, měřený (a) před a (b) po účincích teploty 100 °C po 20 hodinách, je možné vidět umístění spektrální křivky o přibližně 25 pm k vyšším vlnovým délkám a následný rozdíl o několik dB v poměru extinkce v každé vlnové délce. Rozdíly mohou být sledovány pro několik rozdílných polarizátorů podrobených shodnému teplotnímu zpracování, s rozložením spektrální křivky odezvy, umístěné mezi 20 a 30 pm.

Rozdíly ve spektrální odezvě TM průchozích polarizátorů způsobené změnou protonů rovněž zabírají místo s nižšími teplotami pro delší časové působení a naproti tomu způsobují užití těchto složek kritickým.

Rovněž tak ke stálým změnám v křivce spektrální odezvy během působení vysokých teplot, TM průchozí polarizátory provádějí rovněž znázorněnou záměnu protonů reverzibilního typu v závislosti na spektrální odezvě na teplotě. Například obr. 3B znázorňuje spektrální křivky poměru extinkce pro polarizátor při teplotách 10 °C a 30 °C, znázorňující rozdíly dosahující 10 dB na shodných vlnových délkách.

Přihlašovatel mohl rovněž sledovat, že postup při výrobě akustooptického filtru, popsaného v uvedeném článku: F. Tian a kolektiv, je prováděna dále a složitěji s nutností provádění

-8CZ 288701 B6 specifických výrobních postupů pro každý polarizátor. Tj. pro TM průchozí polarizátor a TE průchozí polarizátor, použité v záření. Dále při výrobním postupu nutném pro výrobu optických vlnovodů, propojovacího členu a polarizačního propojovacího členu, akustického vlnovodu a interdigitálních převodníků.

Dvoustupňový vlnovod obsahující akustooptické zařízení podle tohoto vynálezu bude nyní popsán s pomocí obr. 4.

Na základní podložce 30 jsou uspořádány následující prvky: kanálový optický vlnovod 31,jehož první konec je umístěn na hraně základní podložky 30 a který je upraven pro příjem optických signálů vstupujících do zařízení, například skrze odpovídajícím způsobem připojené vlákno, zatímco druhý konec vlnovodu 31 je připojen na přístupový vlnovod 1 polarizačního propojovacího členu 32; optický vlnovod 30, zatímco jeho druhý konec je připojen na přístupový vlnovod 4 propojovacího členu 32; přístupový vlnovod 3 propojovacího členu 32, který je připojen na optický vlnovod 35 propojený s přístupovým vlnovodem 4 polarizačního propojovacího členu 40; přístupový vlnovod 3 propojovacího členu 48, který je připojen na optický vlnovod 36 propojený s přístupovým vlnovodem 4 propojovacího členu 37; přístupový vlnovod 2 posledně uváděného propojovacího členu je připojen na vlnovod 38, který je ukončen na hraně základní podložky 30 a umožňuje výstup optického signálu, například skrze odpovídající připojené optické vlákno; a konečně přístupový vlnovod 3 propojovacího členu 37 je připojen na vlnovod 29 ukončený rovněž na hraně základní podložky 30.

Mimo to jsou na základní podložce uspořádány: akustický vlnovod 41, který se rozkládá na části základní podložky zahrnující optické vlnovody 35, 36 a je ohraničen prostřednictvím dvou plošných vodičů 42 a 43 umístěných symetricky vzhledem k optickým vlnovodům 35, 36, ve kterých je rychlost akustických vln vyšší než v akustickém vlnovodu 44; elektroakustický převodník 44, umístěný na akustickém vlnovodu 41 v blízkosti konce optického vlnovodu 35, připojený k propojovacímu členu 32 a uzpůsobený ke generování povrchové akustické vlny v akustickém vlnovodu 41; akustické absorpční prostředky 45 umístěné na akustickém vlnovodu 41 tak, že jsou přilehlé ke konci optického vlnovodu 36, připojené k propojovacímu členu 37 a uzpůsobené k absorpci zbytkové povrchové akustické vlny; a akustické absorpční prostředky 46 umístěné na akustickém vlnovodu 41 tak, že jsou přilehlé ke konci vlnovodu 34, připojené k propojovacímu členu 32 a uzpůsobené k absorpci akustických vln generovaných elektroakustickým převodníkem 44 šířících se ve směru opačném ke směru optických signálů.

V elektroakustickém zařízení vytvořeném podle přihlašovatele byly konstrukční parametry zvoleny pro činnost zařízení při pokojové teplotě v pásmu optické vlnové délky alespoň 100 nm a vystředěném v oblasti kolem 1 550 nm, které je zvláště významné pro optický komunikační přenos. Odborník obeznámený se stavem techniky bude schopen pomocí volby odpovídajících hodnot konstrukčních parametrů, zvláště pro optické vlnovody, polarizační propojovací členy a akustické vlny přenášené akustickým vlnovodem, přizpůsobit zařízení tak, aby bylo činné v oblasti dalších teplot nebo dalších pásmech vlnových délek, například pro pásmo vlnové délky kolem 1 300 nm, které je pro optický komunikační přenos rovněž významné.

Základní podložka 30 je vytvořena z materiálu LiNbO₃, jehož krystalové řezy jsou kolmé na osu x krystalu; zatímco vlnovody 31, 35, 36, 38 a úseky vlnovodu 5 polarizačních propojovacích členů 32,40, 37 jsou orientovány podél osy y krystalu.

Náhradou za materiál LiNbO₃, základní podložky může být použit jiný dvoj lomný a fotoelastický materiál. Vhodnými či přijatelnými materiály jsou například LiTaO₃, TeO₂, CaMoO4.

Zvyšování rychlosti akustických vln v pásmech vymezených akustickým vlnovodem může být dosaženo prostřednictvím difúze příslušného materiálu do základní podložky.

-9CZ 288701 B6

U zařízení vytvořeného podle přihlašovatele byl akustický vlnovod 41 o celkové délce kolem 30 mm vytvořen fotolitografickou maskou ohraničenou plošnými vodiči 42 a 43, které jsou od sebe navzájem vzdáleny 110 pm, nanesením titanové vrstvy o tloušťce 160 nm na vymezený povrch a následnou difúzí titanu do základní podložky po dobu 31 hodin v peci při teplotě 1 060 °C. Účinkem provedené difúze je zvýšení rychlosti akustické vlny o asi 0,3 % tak, že jsou v důsledku činnosti oblastí vodičů 42 a 43, akustické vlny vymezeny na akustický vlnovod 41. Jako naposledy uvedený vlnovod je použit jednomódový vlnovod akustických vln. Koeficient útlumu pro akustické vlny je kolem 0,1 dB/cm.

Optické vlnovody a polarizační propojovací členy mohou být vytvořeny prostřednictvím difúze materiálu, který je schopen zvýšit index lomu, do základní podložky.

U zařízení vytvořeného podle přihlašovatele jsou optické vlnovody a polarizační propojovací členy vytvořeny prostřednictvím fotolitografícké masky, nanesením titanové vrstvy o tloušťce 105 nm a následnou difúzí po dobu 9 hodin při teplotě 1 030 °C.

Fotolitografická maska na optických vlnovodech má světlost kolem 7,0 μπι.

Testování přenosu velkého množství přímých vlnovodů tohoto typu vykazuje hodnoty útlumu kolem 0,03 dB/cm pro TM složku a 0,07 B/cm pro TE složku.

Polarizačními propojovacími členy 32, 37, 40 jsou propojovací členy nestálých vln na planámí podložce.

Prostřednictvím propojovacího členu nestálé vlny je určeno zařízení zahrnující dva optické vlnovody, které jsou svými úseky k sobě navzájem přilehlé takovým způsobem, že plocha každého z vlnovodů leží v oblasti nestálé vlny vyzařování šířícího se v dalším vlnovodu, což umožňuje vazbu vyzařování mezi dvěma vlnovody a přenos optického výkon mezi sebou navzájem.

Použití propojovacích členů nestálé vlny na základní podložce z niobičnanu lithia, vytvořených polarizačním štěpením je známé ze stavu techniky, například z článku autora A. Nayer, publikovaném v „Applied Physics Letters“, ročník 55, číslo 10, ze 4. září 1989 na stránkách 927 až 929, na kterou se předložený popis odvolává.

Polarizační propojovací Členy nestálé vlny, určené pro použití v zařízení podle předloženého vynálezu, jsou vytvořeny podle schématu znázorněného na obr. 5. Tyto členy sestávají ze dvou jednomódových vlnovodů o délce L_c, navzájem paralelních a oddělených od sebe o vzdálenost C, připojených na jednomódové přístupové vlnovody 1, 2 a 3, 4 v uvedeném pořadí. Vzdálenost mezi dvěma vnějšími hranami vlnovodů 5 je označena písmenem D. Vlnovody 1, 2, 3, 4, 5 mají stejnou šířku jako vlnovody 31, 35, 36, 38. Přístupové vlnovody 1 a 4 a přístupové vlnovody 2 a 3 mají rovněž stejný úhel rozvětvení Θ. Maximální vzdálenost mezi středovými osami přístupových vlnovodů 1 a 4 je označena písmenem A. Maximální vzdálenost mezi středovými osami přístupových vlnovodů 2 a 3 je označena písmenem B. Celková délka propojovacího členu je pak označena písmenem E.

Vzdálenost C je volena dostatečně malá tak, aby umožnila propojení vyzařování mezi dvěma vlnovody 5. Je rovněž možné vytvořit propojovací člen se vzdálenosti C = 0, ve kterém jsou dva paralelně uspořádané vlnovody nahrazeny jediným dvoumódovým vlnovodem 5 o celkové šířce označené písmenem D. Následující popis předloženého vynálezu se bude odvolávat na tento případ, přičemž zobecnění na případy, kde C je větší než 0, bude osobám obeznámeným se stavem techniky zřejmé.

Funkce polarizačních propojovacích členů nestálé vlny je následující: jednomódový optický signál vstupující do vlnovodu 5, například z přístupového vlnovodu 1 dodává impulz jak

-10CZ 288701 B6 základnímu symetrickému módu, tak asymetrickému módu prvního pořadí; účinné indexy lomu dvoumódového vlnovodu 5 jsou navzájem rozdílné pro každý ze dvou módů a, u každého módu, pro každou ze dvou TE a TM polarizací; tyto dva módy dna vlnovodu 5 interferují s rostoucími fázovými diferencemi Δ Φτε a Δ Φ_Τμ pro TE a TM složky v uvedeném pořadí, které vytvářejí zázněj v optickém výkonu se sledem závislým na polarizaci; tyto dvě polarizace mohou být z tohoto důvodu na výstupu z vlnovodu 5 rozděleny na dva jednomódové vlnovody 2 a 3 pro příslušnou volbu délky L_c a parametrů majících vliv na indexy lomu.

Pro vytvoření polarizačních propojovacích členů nestálé vlny byly zvoleny následující hodnoty konstrukčních parametrů:

C = 0 pm

D = 14 pm

E = 5 mm = 0,55°.

Polarizační propojovací členy se shora uvedenými konstrukčními parametiy musí mít, pro účinné rozdělování mezi TE a TM složky vystupující ze zařízení, vzdálenosti A a B alespoň 30 pm.

U zařízení vytvořeného podle přihlašovatele jsou hodnoty A a B pro propojovací členy 32, 40 a 37 rovny 30 pm.

Kromě toho musí být vzdálenosti mezi vlnovody 35, 36 a oblastmi 42, 43 s vyšší rychlostí akustických vln větší než minimální vzdálenost závisející na optických charakteristikách použitých materiálů a rozměrech vlnovodů. V případě, ve kterém jsou jak základní podložka, tak optické vlnovody shodné nebo podobné s prvky zařízení vytvořeného podle přihlašovatele, je uvedená vzdálenost alespoň 35 pm, s výhodou alespoň 40 pm tak, aby bylo možné anulovat ztráty optického výkonu způsobené vazbou části optických signálů v oblastech 42, 43, které mají v důsledku provedené difúze titanu optický index lomu vyšší než základní podložka.

Přístupové vlnovody 2 propojovacího členu 32 a propojovacího členu 40 jsou vytvořeny s délkou větší než ostatní přístupové vlnovody. Vyzařování z těchto vlnovodů se šíří skrze plošný vodič 42, který má vyšší index lomu než základní podložka a ohraničuje akustický vlnovod, a vystupuje z tohoto plošného vodiče 42 prostřednictvím difúze z jeho povrchu nebo jako důsledek kmitočtových Fresnelových ztrát na jeho vlastním konci.

Pro zlepšení absorpce vyzařování šířícího se po uvedených přístupových vlnovodech mohou být použity optické absorbéry 51, které jsou vytvořeny například nanesením kovové vrstvy o délce 3 nebo 4 mm na příslušný vlnovod. Optické absorbéry mohou být vytvořeny během stejných výrobních kroků, při kterých jsou vytvářeny elektroakustické převodníky.

Za účelem stanovení optimální hodnoty délky L_c pro polarizační propojovací členy 32. 40 a 37 nestálé vlny byly provedeny experimentální zkoušky, jejichž výsledky jsou shrnuty a přehledně uvedeny na obr. 6A.

Podle schématu znázorněného na obr. 5 bylo vytvořeno několik odlišných propojovacích členů nestálé vlny, přičemž propojovací členy mají stanovené hodnoty konstrukčních parametrů a délku L_c zahrnutou v rozmezí 140 pm a 540 pm.

Měřený rozdělovači poměr SR* propojovacích členů (vyjádřený v dB), v závislosti na délce L_c vyjádřené v pm, znázorněné v diagramu na obr. 6A, je definován vztahem:

SR* = log (Ρχ,,/Ρχ.2)

-11CZ 288701 B6 kde P_x>1 je výstupní výkon X (TE nebo TM) polarizace jednoho z výstupních vlnovodů (například přístupového vlnovodu 2), zatímco P_X7 je výstupní výkon X polarizace druhého z výstupních vlnovodů (například přístupového vlnovodu 3).

V diagramu na obr. 6A představuje křivka 61 rozdělovači poměr SR_TM> zatímco křivka 62 představuje rozdělovači poměr SRte- Tyto dvě křivky znázorňují cyklické fyzikální vlastnosti poměru SR_X při změnách délky L_c s rozdílnými periodami pro obě polarizace.

Vysoký rozdělovači poměr vyjádřený v absolutní hodnotě pro danou polarizaci odpovídá téměř úplnému rozdělování prvků s takovou polarizaci, která je směrována k jednomu ze dvou výstupních portů. Kladná hodnota rozdělovacího poměru odpovídá čárovému přenosu skrze zařízení, to je přenosu, ve kterém je signál téměř úplně adresován na výstup vlnovodu umístěného na téže straně jako vstupní vlnovod vzhledem ke středové ose vlnovodu 5 (tj. na přístupový vlnovod 2, jestliže se vstupní signál uskutečňuje z přístupového vlnovodu 1 s odvoláním na obr. 5). Záporná hodnota rozdělovacího poměru odpovídá, naproti tomu, křížovému přenosu skrze zařízení, to je přenosu, ve kterém je signál téměř úplně adresován na výstup vlnovodu umístěného na straně protilehlé ke vstupnímu vlnovodu vzhledem ke středové ose vlnovodu 5 (tj. na přístupový vlnovod 3, jestliže se vstupní signál uskutečňuje z přístupového vlnovodu 1 s odvoláním na obr. 5).

V případě křivky 61 (TM polarizace) odpovídá zobrazené maximum, pro hodnoty délky L_c seřazené po 180 pm, čárovému přenosu.

V případě křivky 62 (TE polarizace) odpovídá zobrazené minimum, pro hodnoty délky L_e seřazené po 200 pm, naopak, křížovému přenosu.

Optimální hodnota délky L_c je dosažena při vysokém rozdělovacím poměru, vyjádřeném v absolutní hodnotě, zároveň pro obě polarizace, s čárovým přenosem pro jednu polarizaci a křížovým přenosem pro polarizaci druhou.

Hodnota délky L_c polarizačních propojovacích členů nestálé vlny použitých v zařízení podle předloženého vynálezu byla na základě shora uvedených úvah zvolena L_c = 180 pm, přičemž tato zvolená hodnota zajistí měřený rozdělovači poměr kolem 25 dB pro TM složku a kolem 25 dB pro TE složku při čárovém přenosu pro TM složku a křížovém přenosu pro TE složku.

Odpovídající měřené rozptyly byly kolem 0,4 dB pro TM složku a kolem 0,5 dB pro TE složku.

Obr. 6B a 6C představují rozdělovači poměr v závislosti na vlnové délce polarizačních propojovacích členů nestálé vlny s délkou L_c = 140 pm pro TM polarizaci (obr. 6B) a TE polarizaci (obr. 6C).

V akustickém zařízení znázorněném na obr. 4 jsou propojovací členy 32 a 37 zapojeny tak, že uskutečňují křížový přenos, to znamená, že jsou činné jako TE propustné polarizátory, zatímco polarizační propojovací člen 40 je zapojen tak, že provádí čárový přenos, to znamená, že je činný jako TM propustný polarizátor.

Elektroakustický převodník 44, zahrnující svou činnost při elektrickém signálu o příslušné frekvenci, generuje akustickou vlnu šířící se v akustickém vlnovodu 4L V případě použití základní podložky z piezoelektrického materiálu (jako například LiNbO₃) je tento převodník s výhodou vytvořen ze vzájemně do sebe zapadajících elektrod, uložených na základní podložce 30. V případě použití základní podložky vytvořené z nepiezoelektrického materiálu mohou být uvedené, vzájemně do sebe zapadající elektrody, uloženy na vrstvě piezoelektrického materiálu, kterou je základní podložka opatřena.

-12CZ 288701 B6

Jak je znázorněno v US patentovém spisu č. 5 002 349 zmiňovaném ve shora uvedeném popisu, může být elektroakustický převodník, v případě, že je základní podložka vytvořena z materiálu

LiNbO₃, s výhodou uložen se sklonem kolem 5° k ose y.

V elektroakustickém zařízení vytvořeném podle přihlašovatele se elektroakustický převodník skládá z pěti párů vzájemně do sebe zasahujících elektrod s pravidelným odstupem 21,6pm, který je hodnotou vlnové délky povrchové akustické vlny s frekvencí kolem 173,5 Mhz v materiálu LiNbO₃ a kterážto frekvence je nezbytná pro TE «—» TM konverzi při optické vlnové délce kolem 1 550 nm. Z uvedeného je zřejmé, že prostřednictvím modifikace pravidelného odstupu elektrod bude možné vytvořit elektroakustické převodníky upravené pro akustickooptická zařízení činná v dalších pásmech vlnových délek.

Vzájemně do sebe zapadající elektrody mohou být vytvořeny nanesením kovové vrstvy (například hliníkové), například 500 nm silné, na základní podložku. Mělo by být poznamenáno, že vložení mezilehlého Y₂O₃ vrstvy napomáhá ke snížení ztrát v pod ní ležících optických vlnovodech: zvláště zanedbatelné ztráty mohou být dosaženy při použití mezilehlé vrstvy kolem 100 nm silné. Pro vytvoření mezilehlé vrstvy mohou být použity materiály rozdílného typu, jako například SiO₂ nebo A1₂O₃, přičemž její tloušťka musí být volena tak, aby eliminovala ztráty v pod ní ležících optických vlnovodech na minimum bez oslabení generování akustických vln v základní podložce.

Akustickooptické zařízení může být nastaveno na vlnové délky 1 500 nm nebo 1 600 nm, to znamená že se od střední vlnové délky odchylují o 50 nm, což způsobuje, že vzájemně do sebe zasahující elektrody dodávají výkon kolem 100 mW oproti požadovanému výkonu 50 mW pro provoz při střední vlnové délce.

Způsob použitý pro vytvoření akustickooptického zařízení podle předloženého vynálezu, je ve srovnání se způsobem vytváření analogického zařízení podle známého stavu techniky do značné míry zjednodušen. Zejména proto, že TM propustný polarizátor sestává z vlnovou a polarizačního propojovacího členu a může být tento polarizátor vytvářen nanášením na základovou podložku během téhož výrobního kroku, při kterém jsou vytvářeny ostatní polarizační propojovací členy a optické vlnovody.

Pro uvedené akustickooptické zařízení byla hodnota vložené ztráty, pro signály s TE polarizací (tj. přístupné zeslabení optických signálů s TE polarizací a s vlnovou délkou odpovídající středu propustného pásma při průchodu skrze zařízení) stanovena v rozmezí zahrnutém mezi 2,5 dB a 3,5 dB.

Jestliže jsou kromě toho předpokládány vstupní a výstupní rozptyly, které jsou důsledkem vazby mezi vlnovodem a dvěma částmi s optickými vlákny nezbytnými pro připojení akustickooptického zařízeni s dalšími prvky optického obvodu, je hodnota vložené ztráty pro signály s TE polarizací v rozmezí od 4,0 dB do 5,0 dB.

Polovina maximální hodnoty šířky propustného pásma byla stanovena tak, aby byla zahrnuta v rozmezí zahrnutém mezi 1,2 nm až 2,0 nm.

Stranové laloky vyzařovacího diagramu propustného pásma vykazují zeslabení alespoň 20 dB vzhledem ke středovému přenosovému maximu. Pro nepříznivější případy bylo stanoveno zeslabení stranových laloků 25 dB.

Zbytkový Šum pozadí (to je zeslabení signálů s vlnovou délkou vně propustného pásma) je nižší než 25 dB.

-13CZ 288701 B6

Popsané elektroakustické zařízení je uzpůsobeno pro použití jako vlnovou délkou regulovaný filtr pro signály vymezené polarizace; zvláště je uzpůsobeno pro použití jako filtr selekce vlnové délky v laserové dutině, například typu aktivního optického vlákna.

Zvláště výhodná konfigurace akustickooptického zařízení podle předloženého vynálezu je dosažena prostřednictvím vhodné volby délek prvního a druhého stupně tak, aby tyto délky byly ve vzájemném poměru kolem 1 : 1,6. Takto jsou minima odezvy spektrální křivky, vztahující se k prvnímu stupni, shodná s maximy stranových laloků odezvy spektrální křivky vztahující se ke druhému stupni tak, že stranové laloky celkové odezvy spektrální křivky v akustickém zařízení jsou do značné míry zeslabeny.

Pro uskutečnění celkové TE—»TM —»TE konverze prostřednictvím dvou stupňů a odlišných délkách je nezbytné, aby byl akustický výkon v prvním stupni asi o 4 dB vyšší než akustický výkon ve druhém stupni.

Shora uvedená skutečnost může být dosažena zeslabením akustického výkonu ve druhém stupni prostřednictvím příslušných akustických absorbérů uspořádaných na akustickém vlnovodu mezi prvním a druhým stupněm, vytvořených například pomocí mikrolitografického procesu.

Alternativně může být popsaná konfigurace akustickooptického zařízení modifikována připojením akustických absorpčních prostředků 46. umístěných na akustickém vlnovodu 41, přilehlých ke konci vlnovodu 35, spojeného s polarizačním spojovacím členem 40 a uzpůsobených k absorpci zbytkové povrchové akustické vlny druhého elektroakustického převodníku 47, umístěného na akustickém vlnovodu 41, přilehlého ke konci vlnovodu 36 spojeného s polarizačním propojovacím členem 40 a upraveného ke generování povrchové akustické vlny v akustickém vlnovodu 41 a akustických absorpčních prostředků 49, umístěných na akustickém vlnovodu 41 v blízkosti konce vlnovodu 36, spojeného s polarizačním propojovacím členem 40 a uzpůsobených k absorpci akustické vlny generované převodníkem 47 a šířící se ve směru opačném ke směru optických signálů.

Popsaným způsobem jsou povrchové akustické vlny, šířící se v prvním a druhém stupni, generovány nezávisle na sobě. Za tohoto stavu mohou být v obou stupních dosaženy odlišné akustické výkony, což umožňuje co nej lepší využití spektrálních charakteristik akustickooptického zařízení.

Tato nezávislá regulace povrchové akustické vlny ve dvou stupních kromě toho umožňuje volit středy propustných pásem ve dvou stupních od sebe navzájem nepatrně odlišných, což umožňuje dosažení širšího propustného pásma pro zařízení.

A nakonec toto nezávislé ovládání obou stupňů umožňuje snížení času potřebného pro nastavení akustickooptického zařízení na jednu polovinu. Ve skutečnosti je čas, který zabere přechod akustické vlny přes delší z obou stupňů v zařízení, nižší než čas nezbytný pro šíření se přes celý akustický vlnovod a je poloviční v případě, ve kterém mají oba stupně stejnou délku. Když je akustickooptické zařízení použito jako filtr pro multiplexní kanálovou volbu pro rozdělování vlnové délky v multiplexním přenosovém systému, je výhodou dosaženého kratšího nastavovacího času rychlejší rekonfigurace systému.

Alternativní uspořádání využívající akustické absorpční prostředky 46 (a eventuálně 49) pro absorpci vypočítané šířící se povrchové akustické vlny s ohledem na optické signály, spočívá ve využití jednosměrných elektroakustických převodníků namísto elektroakustických převodníků 44 (a alternativně 47).

Převodníky tohoto typu jsou popsány a znázorněny v článku autorů J.H. Collins a kolektiv, nazvaného „Unidirectional surface wave transducer“ a publikovaného v „Proceedings of the IEEE“, „Proceedings Latters“ v květnu 1969 na stranách 833 až 835.

-14CZ 288701 B6

Uvedené převodníky mohou být, jak je znázorněno na obr. 7, vytvořeny pomocí dvou řad vzájemně do sebe zasahujících elektrod 44‘ a 44“. umístěných na základní podložce 30 ve vzdálenosti od sebe navzájem (1/4 + a) .λ_Α (kde λ_Α je akustická vlnová délka a n je celé číslo) a ovládány prostřednictvím elektrických signálů navzájem záměrně posunutých o 90°. Generátorem 71 vytvořený elektrický RF signál vstupuje do řady elektrod 44‘. Tentýž elektrický signál, přicházející z obvodu 72 s fázovým zpožděním, vstupuje do řady elektrod 44“.

Tato konfigurace vytváří ve směru ze řady elektrod 44 ‘ do řady elektrod 44“ destruktivní interferenci akustických vln generovaných na povrchu základní podložky. Ve směru ze řady elektrod 44 ‘ do řady elektrod 44“ je naproti tomu vytvářena konstruktivní interference s generováním povrchové akustické vlny 73 na povrchu základní podložky.

Použití jednosměrných elektroakustických převodníků umožňuje vypuštění akustických absorpčních prostředků 46 (a eventuálně 49) a eliminaci zahřívání základní podložky v blízkosti uvedených prostředků, které je způsobeno důsledkem ztráty akustické energie rozptýlením skrze tyto prostředky; a kromě toho může být v důsledku zdvojování účinnosti elektroakustické konverze použit RF zdroj se sníženým výkonem.

V následujícím textu bude popsáno alternativní propojení vlnovodu integrovaného akustickooptického zařízení s odvoláním na obr. 8.

Podle tohoto provedení jsou optické vlnovody a polarizační propojovací členy nestálé vlny upravené na základní podložce 30, stejného typu jako prvky popsané s odvoláním na obr. 4 a tyto prvky jsou uspořádány ve stejné konfiguraci jako na uvedeném obr.

Optické vlnovody 34, 36, upravené na částech základní podložky, jsou součástí akustických vlnovodů 81, 83.

Elektroakustické převodníky 44, 47 generují povrchové akustické vlny šířící se skrze akustické vlnovody 82, 84, které jsou v uvedeném pořadí připojeny bočními stranami k vlnovodům 81, 83 tak, že vytvářejí akustické propojovací členy.

Tyto akustické propojovací členy, činné stejným způsobem jako optické propojovací členy, mají střední část, ve které jsou akustické vlnovody přilehlé k sobě navzájem, čímž je umožněn přechod povrchových akustických vln zjednoho vlnovodu na druhý.

Podle známého stavu techniky, který je například popsán v článku autorů H. Hermann a kolektiv, publikovaném v „Elektronics Letters“, ročník 28, číslo 11, z 21. května 1992 na stranách 979 až 980, jsou tyto propojovací členy vytvořeny tak, že profil intenzity povrchové akustické vlny po délce vlnovodů 81, 83 má jedno maximum ve středním úseku těchto vlnovodů a dvě minima na jejich koncích; přičemž optické signály, šířící se přes optické vlnovody 35, 36, vzájemně působí s akustickou vlnou o narůstající intenzitě v první polovině průchodu a snižující se intenzitě ve druhé polovině průchodu.

Akustické absorbéry jsou z důvodu zeslabení zbytkových povrchových vln a v opačném směru, s ohledem na optické signály, šířící se akustické vlny upraveny na každém z konců akustických vlnovodů 82, 84. Možné zahřívání základní podložky, způsobené následkem ztráty akustické energie rozptylem, je u tohoto zařízení lokalizováno na části základní podložky, přes které neprochází signály optických vlnovodů a proto nepředstavuje problém pro činnost vlastního zařízení.

Odezva spektrální křivky akustickooptického zařízení podle uváděného alternativního uspořádání má větší rozptyl stranových laloků než zařízení znázorněné na obr. 4.

-15CZ 288701 B6

V následujícím textu bude popsáno nezávisle polarizační akustickooptické zařízení s integrovaným dvoustupňovým vlnovodem podle předloženého vynálezu s odvoláním na obr. 9.

Na základní podložce 30 jsou uspořádány následující prvky: kanálový optický vlnovod 31.jehož první konec je umístěn na hraně základní podložky a který je upraven pro příjem optických signálů vstupujících do zařízení, například skrze odpovídajícím způsobem připojené optické vlákno, zatímco druhý konec vlnovodu 31 je připojen na přístupový vlnovod 1 polarizačního propojovacího členu 32; optický vlnovod 28, jehož první konec je umístěn na hraně základní podložky, zatímco jeho druhý konec je připojen na přístupový vlnovod 4 propojovacího členu 32; přístupový vlnovod 2 propojovacího členu 32, který je připojen na přístupový vlnovod 1 polarizačního propojovacího členu 37 skrze vlnovod 33, TE propustný polarizátor 39 a vlnovod 34; přístupový vlnovod 3 propojovacího členu 32, který je připojen na vlnovod 35 propojený s přístupovým vlnovodem 1 polarizačního propojovacího členu 40; přístupový vlnovod 2 propojovacího členu 40, který je připojen na vlnovod 36 propojený s přístupovým vlnovodem 4 propojovacího členu 37; přístupový vlnovod 2 propojovacího členu 37, který je připojen na vlnovod 38, ukončený na hraně základní podložky a umožňující výstup optického signálu, například skrze odpovídající připojené optické vlákno; a konečně přístupový vlnovod 3 propojovacího členu 37, který je připojen na vlnovod 29 a ukončený rovněž na hraně základní podložky.

Mimo to jsou na základní podložce 30 uspořádány: akustický vlnovod 41, který se rozkládá na části základní podložky zahrnující optické vlnovody 33,34,35,36 a je ohraničen prostřednictvím dvou plošných vodičů 42 a 43 ve kterých je rychlost akustické vlny vyšší než ve vlnovodu 41; jednosměrný elektroakustický převodník 44‘, 44“, umístěný na akustickém vlnovodu 41 v blízkosti konců vlnovodů 33, 35, připojených k propojovacímu členu 32 a uzpůsobených ke generování povrchové akustické vlny v akustickém vlnovodu; akustické absorpční prostředky 45 umístěné na akustickém vlnovodu 41 tak, že jsou přilehlé ke koncům vlnovodů 34, 36, připojené k propojovacímu členu 37 a uzpůsobené k absorpci zbytkové povrchové akustické vlny.

U nezávislého polarizačního akustickooptického zařízení vytvořeného podle přihlašovatele byly použity stejné materiály a stejné hodnoty konstrukčních parametrů jako v případě akustickooptického zařízení popsaného ve shora uvedeném textu s odvoláním na obr. 4.

Rovněž mohou být voleny, za účelem optimalizace činnosti zařízení v rozdílných provozních podmínkách, zejména co se týká středních vlnových délek propustného pásma, odborníkem obeznámeným se stavem techniky, jak odlišné materiály, zvolené ze známých dvojlomných a fotoelastických materiálů, tak odlišné hodnoty konstrukčních parametrů.

U zařízení vytvořeného podle přihlašovatele je základní podložka 30 vytvořena z materiálu LiNbO₃, jehož krystalické řezy jsou kolmé na osu x krystalu; zatímco vlnovody 31. 33, 34, 35, 36, 38 a úseky vlnovodu 5 polarizačních propojovacích členů 32, 40, 37 jsou orientovány podél osy y krystalu.

Akustické vlnovody, optické vlnovody a polarizační propojovací členy jsou vytvořeny nanesením a následnou difúzí titanu přímo do základní podložky. Velikost a výrobní postup těchto prvků jsou shodné jako v případě zařízení popsaného s odvoláním na obr. 4.

Kromě toho musí být optické vlnovody 33, 35 a 34, 36 od sebe odděleny minimální vzdáleností za účelem eliminace superpozice stranových dokmitů (nestálé vlny) signálů, šířících se skrze vlastní vlnovody a následných interferenčních vazeb signálů mezi vlnovody. Tato vzdálenost je odborníkem obeznámeným se stavem techniky zvolena v závislosti na optických charakteristikách použitých materiálů (zejména na indexech lomu) a velikostech vlnovodů.

V případě, ve kterém se základní podložka a optické vlnovody shodují s týmiž prvky zařízení vytvořeného podle přihlašovatele, je touto minimální vzdáleností vzdálenost 40 pm. Vyšší hodnoty vzdálenosti mezi optickými vlnovody mohou být voleny pro případ, odpovídající

-16CZ 288701 B6 požadavku udržování vlnovodů v oblasti maximální akustické intenzity, v blízkosti středové osy akustického vlnovodu.

Kromě toho musí být vzdálenost mezi vlnovody 33, 34 a oblastí 42 při vyšší rychlosti 5 akustických vln a rovněž i vzdálenost mezi vlnovody 35, 36 a oblastí 43 při vyšší iychlosti akustických vln vyšší než minimální vzdálenost závislá na optických charakteristikách použitých materiálů a velikostech vlnovodů. V případě, ve kterém se základní podložka a optické vlnovody shodují s týmiž prvky zařízení vytvořeného podle přihlašovatele, je uvedená vzdálenost rovna alespoň 35 pm, s výhodou alespoň 40 pm, za účelem eliminace optických ztrát, které jsou ío důsledkem vazby části optických signálů oblastí 42, 43, které mají, účinkem difúze titanu, optický index lomu vyšší než základní podložka.

U zařízení vytvořeného podle přihlašovatele jsou hodnoty A pro propojovací člen 32, A a B pro propojovací člen 40 a B pro propojovací člen 37 rovny 30 pm. Hodnoty B pro propojovací člen 15 32 a A pro propojovací člen 37 jsou pak rovny 30 pm.

Vlnovod 3 propojovacího členu 40 je vytvořen s délkou větší než ostatní vlnovody. Vyzařování z tohoto vlnovodu se šíří skrze plošný vodič 43, vymezující akustický vlnovod, který má index lomu vyšší než základní podložka a vystupuje z tohoto plošného vodiče 43 prostřednictvím 20 difúze z jeho povrchu nebo jako důsledek kmitočtových Fresnelových ztrát na jeho vlastním konci.

Za účelem zlepšení absorpce vyzařování šířícího se po uvedeném přístupovém vlnovodu může být použit optický absorbér 51, který je vytvořen například nanesením kovové vrstvy o délce 25 3 nebo 4 mm na vlnovod. Optický absorbér může být vytvořen během stejných výrobních kroků, při kterých jsou vytvářeny elektroakustické převodníky.

TE propustný polarizátor 39, vytvořený podle ze stavu techniky známého principu (viz například shora zmíněný článek autorů F. Tain a kolektiv) je znázorněn na obr. 10 v příčném řezu. 30 Zahrnuje část, asi 1,5 mm dlouhou, jednomódového optického vlnovodu 101 téhož typu, který byl popsán v předchozím textu, vytvořeného současně s ostatními vlnovody a polarizačními propojovacími členy, na které jsou vytvořeny vyrovnávací vrstva 102 17 nm silná a hliníková vrstva 103 100 nm silná nanesením v šířce kolem 30 pm. Polarizátor 39 má extinkční poměr větší než 25 dB a zabezpečuje radiační TE složku se zeslabením nižším než 0,5 dB. Popsaný TE 35 propustný polarizátor je optimálně využit pro činnost při vyzařování vlnové délky obsažené v pásmu kolem 1 550 nm.

Odborník obeznámený se stavem techniky bude schopen na základě těchto skutečností vytvořit rovněž polarizátor odpovídající odlišným vlnovým délkám úpravou jeho konstrukčních 40 parametrů, zejména tloušťky, nebo materiálu vyrovnávající vrstvy.

V akustickooptickém zařízení vytvořeném podle přihlašovatele obsahuje jednosměrný elektroakustický převodník dvě řady elektrod 44‘, 44“. oddělené od sebe navzájem mezerou o velikosti asi 5 pm, které tvoří pět párů navzájem do sebe zasahujících elektrod s pravidelným 45 odstupem 21,6pm a kde má hodnota vlnové délky povrchové akustické vlny pro materiál

LiNbOí frekvenci kolem 173,5 Mhz, přičemž tato frekvence je nezbytná pro TE «---» TM konverzi pro optickou vlnovou délku kolem 1 550 nm. Z uvedeného je zřejmé, že vhodnou modifikací pravidelného odstupu elektrod je možné vytvořit elektroakustické převodníky odpovídající optickým filtrům činným v dalších pásmech vlnových délek. Navzájem do sebe 50 zasahující elektrody jsou vytvořeny způsobem, který byl popsán již v předcházejícím textu s odvoláním na zařízení podle obr. 4.

-17CZ 288701 B6

Pro shora popsané akustickooptické zařízení byla hodnota vložené ztráty (to je přípustné zeslabení optických signálů vlnové délky odpovídající středu propustného pásma při průchodu skrze zařízení) stanovena v rozmezí zahrnutém mezi 2,5 dB a 3,5 dB.

Jestliže jsou kromě toho předpokládány vstupní a výstupní rozptyly, které jsou důsledkem vazby mezi vlnovodem a dvěma částmi s optickými vlákny nezbytnými pro připojení akustickooptického zařízení s dalšími prvky optického obvodu, dosahuje hodnota vložené ztráty rozmezí od 4,0 dB do 5,0 dB.

Polovina maximální hodnoty šířky propustného pásma byla stanovena tak, aby byla zahrnuta v rozmezí zahrnutém mezi 1,2 nm a 2,0 nm.

Stranové laloky vyzařovacího diagramu propustného pásma vykazující zeslabení alespoň 20 dB vzhledem ke středovému přenosovému maximu, pro nepříznivější případy bylo stanoveno zeslabení stranových laloků 25 dB.

Závislá polarizační ztráta (to je rozdíl zeslabení mezi dvěma prvky optických signálů s kolmou polarizací) je vymezena na hodnotu v rozmezí zahrnutém mezi 0,5 dB a 1,0 dB.

Zbytkový šum pozadí (to je zeslabení signálů s vlnovou délkou vně propustného pásma) je nižší než -25 dB.

Popsané nezávislé polarizační elektroakustické zařízení je uzpůsobeno pro použití jako vlnovou délkou regulovaný filtr. Zvláště je uzpůsobeno pro použití jako filtr pro kanálovou volbu v WDM optickém sdělovacím systému. Ovládáním elektroakustického převodníku prostřednictvím elektrického signálu, který je superpozicí několika elektrických signálů s rozdílnou frekvencí, se dosahuje propustné pásmo pro filtr obsahující součet několika rozdílných intervalů vlnových délek, kde všechny odlišné frekvenční prvky elektrického ovládacího signálu, jejichž vlnové délky odpovídají středům každého z uvedených intervalů závisí na frekvencích uvedených prvků elektrického ovládacího signálu, takto může být Akustooptický filtr, využitelný pro simultánní volbu několika kanálů s odlišnými vlnovými délkami, řízen prostřednictvím elektrického ovládacího signálu.

Popsané nezávislé polarizační akustickooptické zařízení může být rovněž použito pro regeneraci profilu impulzů v impulzním sdělovacím systému.

Kromě toho je možné, v případě popsaného nezávislého polarizačního akustickooptického zařízení, uvést alternativní uspořádání pro nezávislé generování povrchových akustických vln ve dvou stupních zařízení, například prostřednictvím druhého jednosměrného převodníku, který není na obr. 9 znázorněn a obsahuje dvě řady vzájemně do sebe zasahujících elektrod, vytvořených způsobem shodným se způsobem vytvoření převodníku s odvoláním na obr. 7, umístěného na akustickém vlnovodu 41 v blízkosti konců vlnovodů 34, 36 spojených s polarizátorem 39 a propojovacím členem 40 a uzpůsobeného pro generování povrchové akustické vlny v akustickém vlnovodu 41. a akustických absorpčních prostředků 46, které nejsou na obr. 9 rovněž znázorněny, umístěných na akustickém vlnovodu 41 v blízkosti konců vlnovodů 33, 35. spojených s polarizátorem 39 a propojovacím členem 40 a uzpůsobených pro absorpci zbytkové povrchové akustické vlny v prvním stupni zařízení.

Integrované akustickooptické zařízení s dvoustupňovým vlnovodem podle předloženého vynálezu může být vytvořeno rovněž za použití TE a TM propustných polarizátorů mezi prvním a druhým stupněm, které ve vlnovodu obsahují polarizační propojovací členy nestálé vlny.

První provedení uvedené konfigurace, znázorněné na obr. 11, obsahuje na základní podložce 30 zdvojlomného a fotoelastického materiálu následující prvky: tři polarizační propojovací členy nestálé vlny 32, 40, 37 ve vlnovodu, typu shodného s typem popsaným v předcházejícím textu

-18CZ 288701 B6 s odvoláním na obr. 5, jejichž délka L_c je volena tak, aby byl umožněn čárový přenos pro TM složku a křížový přenos pro TE složku; polarizační propojovací člen 111 nestálé vlny typu shodného s typem popsaným v předcházejícím textu s odvoláním na obr. 5, jehož délka L_c je volena tak, aby byl umožněn čárový přenos pro TE složku a křížový přenos pro TM složku; kanálový optický vlnovod 31, jehož počátek leží na hraně základní podložky a jehož konec je připojen na přístupový vlnovod 1 propojovacího členu 32; optický vlnovod 28, jehož počátek leží na hraně základní podložky a jehož konec je připojen na přístupový vlnovod 4 propojovacího členu 32; vlnovod 33 připojený mezi přístupový vlnovod 2 propojovacího členu 32 a přístupový vlnovod 4 propojovacího členu 111; vlnovod 34 připojený mezi přístupový' vlnovod 3 propojovacího členu 111 a přístupový vlnovod 1 propojovacího členu 37; vlnovod 35 připojený mezi přístupový vlnovod 3 propojovacího členu 32 a přístupový vlnovod 1 propojovacího členu 40; vlnovod 36 připojený mezi přístupový vlnovod 2 propojovacího členu 40 a přístupový vlnovod 4 propojovacího členu 37; vlnovod 38 připojený na přístupový vlnovod 2 propojovacího členu 37 a ukončený na hraně základní podložky; vlnovod 29 připojený na přístupový vlnovod 3 propojovacího členu 37 a ukončený na hraně základní podložky; akustický vlnovod 41 rozkládající se přes část základní podložky zahrnující vlnovody 33, 34, 35, 36 ohraničené prostřednictvím dvou plošných vodičů 42, 43, ve kterých je rychlost akustické vlny vyšší než ve vlnovodu 44; elektroakustický převodník 44, umístěný ve vlnovodu 41 v blízkosti konců vlnovodů 33, 35, připojený k propojovacímu členu 32 a uzpůsobený ke generování povrchové akustické vlny v akustickém vlnovodu; akustické absorpční prostředky 45 umístěné na akustickém vlnovodu 41 tak, že přiléhají ke koncům vlnovodů 34, 36 připojených k propojovacímu členu 37 a uzpůsobených pro absorpci zbytkové povrchové akustické vlny.

Vlnovody 3J, 33, 34, 35, 36, 38 a úseky vlnovodu 5 polarizačních propojovacích členů 32, 111, 40, 37 jsou uspořádány k sobě navzájem paralelně.

Přístupový vlnovod 2 propojovacího členu 111 a přístupový vlnovod 3 propojovacího členu 40 jsou vytvořeny s délkou větší než ostatní přístupové vlnovody. Vyzařování z těchto vlnovodů se šíří skrze plošné vodiče 42 a 43, které ohraničují akustický vlnovod a mají vyšší index lomu než základní podložka a vystupuje z těchto plošných vodičů 42 a 43 prostřednictvím rozptylu z jeho povrchu nebo jako důsledek kmitočtových Fresnelových ztrát na jeho vlastním konci.

Pro zlepšení absorpce vyzařování šířícího se po uvedených přístupových vlnovodech mohou být použity optické absorbéry 51, které jsou vytvořeny například nanesením kovové vrstvy o délce 3 nebo 4 mm na příslušný vlnovod. Optické absorbéry mohou být vytvořeny během stejných výrobních kroků, při kterých jsou vytvářeny elektroakustické převodníky.

Délka L_c vlnovodu 5 polarizačního propojovacího členu 111, umožňující čárový přenos pro TM složku a křížový přenos pro TE složku při příslušných vlnových délkách kolem 1 550 nm, je volena v rozmezí zahrnuté mezi 500 pm a 1 000 pm při úhlu rozvětvení mezi přístupovými vlnovody Θ = 0,55°; přičemž zvětšením tohoto úhlu rozvětvení je možné, podle výpočtů provedených přihlašovatelem, s ohledem na stanovené hodnoty redukovat délku L_c.

Volba materiálu základní podložky a jeho orientace, velikostí a výrobních postupů pro optické a akustické vlnovody, polarizační propojovací členy a elektroakustické převodníky může logicky vyplývat ze stejných kritérií, která jsou stanovena pro shodné prvky použité v zařízení popsaném v předcházejícím textu s odvoláním na obr. 9.

Výhodou tohoto provedení je skutečnost, že může být vytvořeno velmi jednoduchým způsobem. Zejména optické vlnovody a polarizační propojovací členy mohou být naneseny na základní podložku současně, čímž je eliminován výrobní krok vytváření TE propustného polarizátoru a následně snížen počet výrobních kroků nezbytných pro vytvoření zařízení.

U druhého alternativního provedení, schematicky znázorněného na obr. 12, se předpokládá použití polarizačního propojovacího členu 121 nestálé vlny, identického s polarizačními

-19CZ 288701 B6 propojovacími členy 32, 37, 40, který je činný jako TM propustný polarizátor mezi prvním a druhým stupněm; propojovací člen 121 je připojen k optickému obvodu na základní podložce prostřednictvím přístupových vlnovodů 1, 3, umístěných na protilehlých stranách středové osy vlnovodu 5 tak, aby byl využit režim křížového přenosu.

Propojení spojovacího vlnovodu 33 s přístupovým vlnovodem 1 druhého propojovacího členu 121 je uskutečněn prostřednictvím zakřiveného úseku 122 kanálového optického vlnovodu o délce F. Za účelem eliminace superpozice mezi zakřivenou částí 122 a plošným vodičem vymezujícím akustický vlnovod, která může zahrnovat ztráty optických signálů šířících se v zakřiveném úseku 122 v blízkosti plošného vodiče, mohou být akustický vlnovod a odpovídající vymezující plošný vodič ve střední části přerušeny. Tímto způsobem se vytvoří dva akustické vlnovody 123 a 126, vždy jeden pro každý stupeň uvedeného zařízení a v uvedeném pořadí ohraničené plošnými vodiči 124, 125 a 127, 128 s vyšší rychlostí povrchových akustických vln.

Optické vlnovody 33, 35 a 34, 36 jsou uspořádány na části základní podložky, na které se rozkládají akustické vlnovody 123 a 126.

Kromě toho jsou jednosměrné elektroakustické převodníky 44‘. 44“ a 47‘, 47“. odpovídajících akustických vlnovodů 123, 126, umístěny na koncích vlnovodů připojených v uvedeném pořadí k propojovacímu členu 32 a propojovacím členům 121. 40 a uzpůsobeny pro generování povrchových akustických vln v příslušných akustických vlnovodech a akustické absorpční prostředky 46,45 umístěny na koncích vlnovodů připojených v uvedeném pořadí k propojovacím členům 212,40 a propojovacímu členu 37.

Zařízení podle druhého alternativního provedení je vytvořena prostřednictvím prvků shodných nebo podobných prvků, které byly použity u v předcházejícím textu popsaných provedení, účelně sestavených do identické konfigurace.

V jednom z příkladů byla délka F zakřiveného úseku 122 asi 4 mm a odpovídající poloměr zakřivení optického vlnovodu nebyl menší než 100 mm za účelem eliminace možných ztrát způsobených jeho zakřivením.

Způsob vytváření zařízení podle druhého alternativního provedení má výhody shodné s výhodami prvního alternativního provedení pro případ hlediska snížení počtu požadovaných výrobních kroků; kromě toho jsou u tohoto provedení všechny polarizační propojovací členy navzájem identické, což činí zařízení méně citlivé ke zpracovávaným změnám a zároveň usnadňuje konstrukční krok, neboť není, vzhledem k uvedeným skutečnostem, potřeba optimalizace velikosti jednoho z polarizačních propojovacích členů, který umožňuje, na rozdíl od ostatních, čárový přenos TE složky a současně křížový přenos TM složky.

Třetí alternativní provedení, schematicky znázorněné na obr. 13, se liší od druhého alternativního provedení tím, že se je jeden polarizační propojovací člen 131 nestálé vlny uspořádán otočně vzhledem ke směru vlnovodů 31, 33, 34, 35,36. 38.

Rotace v rozmezí úhlu odpovídajícího polovině úhlu rozvětvení Θ mezi přístupovými vlnovody propojovacího členu dovoluje snížit délku zakřiveného úseku 132 mezi přístupovými vlnovody propojovacího členu a tak i optických vlnovodů zařízení. S výhodou může být délka zakřiveného úseku 132 nižší než 0,5 mm.

V případě, kdy je základní podložka vytvořena z materiálu LiNbO₃, s průchodem vyzařování po celé délce osy y krystalu, je otočný propojovací člen, jestliže je úhel otočení Θ/2 menší než odpovídající úhel, při kterém je možné zafixovat orientaci osy y krystalu vzhledem k základní podložce a jehož velikost je kolem 0,3°, činný v podstatě stejným způsobem jako ostatní propojovací členy.

-20CZ 288701 B6

Z jiného hlediska, za účelem kompenzace možných malých rozdílů, může být celá struktura filtru otočná v rozmezí úhlu kolem Θ/4 v opačném směru při zachování všech výhod týkajících se středního alternativního provedení zařízení.

Podle popisu jednotlivých provedení zařízení podle předloženého vynálezu, která byla až doposud v předcházejícím textu zmiňována, se vytvářené povrchové akustické vlny a optické signály šíří ve stejným směru podél příslušných paralelně uspořádaných vlnovodů. Je však rovněž možné vytvořit provedení, ve kterém se povrchové akustické vlny šíří ve směru opačném ke směru optických signálů.

Použití akustických vlnovodů za účelem zlepšení směrových vlastností akustických vln a dosažení oblastí maxima akustické intenzity v blízkosti optických vlnovodů bylo popsáno v předcházejícím textu. Avšak v souladu s předloženým vynálezem je rovněž možné zabezpečit použití směrových převodníků generujících povrchové akustické vlny šířící se ve směru optických vlnovodů i za nepřítomnosti akustických vlnovodů.

Podobně mohou být popsaná alternativní uspořádání, určená pro připojení s některými z popsaných zařízení použita, po uskutečnění příslušných úprav, odborníkům obeznámeným se stavem techniky zřejmých, rovněž i ve spojení s dalšími v předcházejícím textu popsanými zařízeními.

Přesto, že až doposud byl předložený vynález popisován pouze s odvoláním na případ, kdy použitý polarizátor, propojený se dvěma navzájem součinnými akustickými stupni zařízení, sestává zjediného polarizačního propojovacího členu nestálé vlny, bude odborníkům obeznámeným se stavem techniky zřejmé, že v případě akceptovatelnosti nepatrného zvýšení celkové délky nebo zeslabení zařízení, může být jeden nebo každý z polarizátorů propojujících dva stupně sestávat ze dvou (nebo eventuálně více) sériově připojených polarizačních propojovacích členů nestálé vlny, přičemž u tohoto uspořádání může být dosažen pro každý takový polarizátor nižší extinkční poměr a pro zařízení jako celek nižší šum pozadí.

Claims (26)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Akustooptický vlnovod pro selekci vlnové délky, obsahující jednu podložku z dvojlomného a fotoelastického materiálu, na které jsou vytvořeny:

   první rotační stupeň roviny polarizace optického signálu v prvním intervalu vlnové délky, obsahující alespoň optický vlnovod, kterým prochází uvedený signál,

   - druhý rotační stupeň roviny polarizace optického signálu v druhém intervalu vlnové délky, obsahující alespoň optický vlnovod, kterým prochází uvedený signál, alespoň jeden optický vlnovod, propojující uvedený první a druhý rotační stupeň, nesoucí jednoduchý polarizátor (24),

   - alespoň jeden optický vlnovod ve směru uvedeného druhého rotačního stupně, nesoucí polarizačně-selektivní prvek, vyznačující se tím, že jednoduchý polarizátor (24) sestává z polarizačního propojovacího členu (40) s tlumenou vlnou.

   -21CZ 288701 B6
2. 2. Akustooptický vlnovod podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jeden z prvních a druhých rotačních stupňů obsahuje prvky pro generování povrchové akustické vlny.
3. 3. Akustooptický vlnovod podle nároku 2, vyznačující se tím, že podložka (18) obsahuje akustický vlnovod (22) včetně alespoň jedné části jednoho z optických vlnovodů (19) prvního a druhého rotačního stupně.
4. 4. Akustooptický vlnovod podle nároku 3, vyznaču j ící se tí m, že obsahuje první akustický vlnovod (22) procházející částí podložky (18) včetně optického vlnovodu (19) prvního rotačního stupně a druhý akustický vlnovod vystupující zčásti podložky (18) včetně optického vlnovodu druhého rotačního stupně.
5. 5. Akustooptický vlnovod podle nároku 3, vyznačující se tím, že prvky pro generování povrchové akustické vlny jsou umístěny uvnitř alespoň jednoho z akustických vlnovodů (22), později uzavřených do jednoho konce pro jednosměrné šíření akustické vlny v akustickém vlnovodu (22).
6. 6. Akustooptický vlnovod podle nároků 5, vyznačující se tím, že prvky pro generování povrchové akustické vlny obsahují několik prolínajících se elektrod umístěných transverzálně k akustickému vlnovodu (22).
7. 7. Akustooptický vlnovod podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje akustický absorbér (26), umístěný na konci akustického vlnovodu (22).
8. 8. Akustooptický vlnovod podle nároku 5, vyznačující se tím, že obsahuje akustický absorbér (26), umístěný na konci akustického vlnovodu (22) opačném ke konci, kde jsou umístěny prvky pro generování povrchové akustické vlny.
9. 9. Akustooptický vlnovod podle nároku 5, vyznačující se tím, že prvky pro generování povrchových akustických vln obsahují dvě skupiny prolínajících se elektrod, umístěných vedle sebe navzájem v předem určených vzdálenostech, postupně napájených prvním signálem střídavého elektrického napětí a druhým signálem elektrického napětí, získaným otočením prvního střídavého elektrického signálu o 90°, pro generování jednosměrné akustické vlny.
10. 10. Akustický vlnovod podle nároku 1,vyznačující se tím, že obsahuje dva optické rovnoběžné vlnovody v každém z prvních a druhých rotačních stupňů a dva optické spojovací vlnovody mezi prvními a druhými rotačními stupni, přičemž každý optický spojovací vlnovod nese jeden oddělený polarizační selektivní prvek; přizpůsobený pro přenos jedné ze dvou vzájemně kolmých polarizačních složek a alespoň jeden z polarizačních selektivních prvků obsahuje polarizační propojovací člen s tlumenou vlnou.
11. 11. Akustooptický vlnovod podle nároku 10, vyznačující se tím, že jeden z polarizačních selektivních prvků je TE průchozí polarizátor (25) a obsahuje kovovou vrstvu překrývající odpovídající optický spojovací vlnovod mezi prvním a druhý rotačním stupněm s oddělovací vrstvou, umístěnou mezi nimi.
12. 12. Akustooptický vlnovod podle nároku 10, vyznačující se tím, že každý z polarizačních prvků obsahuje polarizační propojovací člen s tlumenou vlnou.
13. 13. Akustooptický vlnovod podle nároku 12, vyznačující se tím, že oba polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou jsou linie přenášející polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou pro příslušné průchozí polarizace.

    -22CZ 288701 B6
14. 14. Akustooptický vlnovod podle nároku 12, vyznačující se tím, že jeden z polarizačních propojovacích členů s tlumenou vlnou je linie přenášející polarizační propojovací člen s tlumenou vlnou pro příslušnou průchozí polarizaci a druhý z polarizačních propojovacích členů s tlumenou vlnou je příčně přenášející polarizační propojovací člen s tlumenou vlnou pro příslušnou průchozí polarizaci.
15. 15. Akustooptický vlnovod podle nároku 14, vyznačující se tím, že druhý polarizační propojovací člen (121) s tlumenou vlnou je spojen s příslušným optickým spojovacím vlnovodem (33) pomocí zakřivené části (122) vlnovodu.
16. 16. Akustooptický vlnovod podle nároku 14, vyznačující se tím, že druhý polarizační propojovací člen (121) s tlumenou vlnou obsahuje přímou středovou část tvořící nulový úhel s příslušným spojovacím vlnovodem (33).
17. 17. Akustooptický vlnovod podle nároku 12, vyznačující se tím, že alespoň jeden z polarizačních selektivních prvků obsahuje dva polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou.
18. 18. Akustooptický vlnovod podle nároku 17, vyznačující se tím, že každý z polarizačních prvků obsahuje dva polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou.
19. 19. Akustooptický vlnovod podle nároku 1, vyznačující se tím, že dvojlomný a fotoelastický materiál je LiNbO₃.
20. 20. Akustooptický vlnovod podle nároku 19, vyznačující se tím, že optické vlnovody a polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou jsou vytvořeny fotolitografickou maskou, založenou na kovové vrstvě s následnou difúzí kovu na podložku.
21. 21. Akustooptický vlnovod podle nároku 20, vyznačující se tím,že uvedený kov je titan.
22. 22. Způsob výroby akustooptického vlnovodu pro selekci vlnové délky, sestávající z následujících kroků:

    - vytváření alespoň jednoho vlnovodu na jedné podložce tvořené dvojlomým a fotoelastickým materiálem, difúzí prvního kovu na podložku,

    - vytváření prvních a druhých polarizačních propojovacích členů s tlumenou vlnou na podložce pomocí fotolitografického deponování a následné difúze druhého kovu uvnitř vlastní podložky jako alespoň u jednoho optického vlnovodu pro spojení mezi polarizačními propojovacími členy, přičemž optický vlnovod alespoň v části obsahuje akustický vlnovod,

    - vytváření polarizátoru podél optického spojovacího vlnovodu,

    - vytváření elektroakustického převodníku obsahujícího prolínající se elektrody uvnitř jednoho z akustických vlnovodů pomocí fotolitografického deponování třetího kovu na podložku, vyznačující se t í m , že krok vytváření jednoduchého polarizátoru (24) obsahuje krok vytváření prvního a druhého polarizačního propojovacího členu s tlumenou vlnou a optického spojovacího vlnovodu a dále se vytváří třetí polarizační propojovací člen s tlumenou vlnou.
23. 23. Způsob výroby akustooptického vlnovodu podle nároku 22, vyznačující se tím, že první, druhé a třetí polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou se vytvoří navzájem identické.

    -23CZ 288701 B6
24. 24. Způsob výroby akustooptického vlnovodu podle nároku 22, vyznačující se tím, že tento postup obsahuje vytváření na podložce pomocí fotolitografického deponování a následné difúze uvnitř podložky druhého kovu z prvního a druhého optického spojovacího vlnovodu mezi prvními a druhými polarizačními propojovacími členy, přičemž optické vlnovody jsou alespoň z části obsaženy v akustickém vlnovodu a obsahuje vytváření jednoho polarizátoru podél všech optických spojovacích vlnovodů.
25. 25. Způsob výroby akustooptického vlnovodu podle nároku 24, vyznaču j ící se tím, že krok vytváření polarizátorů je obsažen v kroku vytváření prvních a druhých polarizačních propojovacích členů a optických spojovacích vlnovodů a Spočívá ve vytváření třetích a čtvrtých polarizačních propojovacích členů s tlumenou vlnou podél prvních a druhých optických spojovacích vlnovodů samostatně.
26. 26. Způsob výroby akustooptického vlnovodu podle nároku 25, vyznačující se tím, že první, druhé, třetí a čtvrté polarizační propojovací členy s tlumenou vlnou se vytvoří navzájem totožné.