DE3138979A1

DE3138979A1 - Directional coupler for optical signals serving as a switch

Info

Publication number: DE3138979A1
Application number: DE19813138979
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 8039 Puchheim Wiedeburg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1983-04-14

Abstract

Directional coupler for optical signals serving as a switch and made using integrated technology, two closely adjacent light guides (A-A', B-B') which are arranged in parallel along a coupling section being mounted on a substrate, e.g. of LiNbO3 by means of Ti doping, and electrically controllable electrically conductive electrodes (E11...E16, E21...E26) being respectively mounted on the light guides along the coupling section, which electrodes pass on the light guided in the relevant light guide (A-A') directly (from A to A') or exchanged crosswise (from A to B') between the light guides, depending on the electrical control voltage (V-V2) between the electrodes. The level of the control voltage can be reduced by mounting more than two electrodes (E1...E16) on one of the two light guides (A-A') along the coupling section - preferably even on both light guides (A-A', B-B') along the coupling section. <IMAGE>

Description

Als Schalter dienender Rthhm>3ihw»Br für optische SignaleRthhm> 3ihw »Br used as a switch for optical signals

Die Erfindung betrifft einen speziellen Schalter für optische Signale in integrierter Technik, der insbesondere für ein Koppelfeld mit rein optischen Zwischenleitungen in einem Fernsprech-Vermittlungssystem entwickelt wurde.The invention relates to a special switch for optical signals in integrated technology, especially for a switching network with purely optical Intermediate lines in a telephone switching system was developed.

Die Erfindung eignet sich darüber hinaus jedoch auch für sonstige Fälle, in denen Licht in einem Lichtleiter geschaltet werden soll.In addition, however, the invention is also suitable for others Cases in which light should be switched in a light guide.

Die Erfindung geht nämlich von einem speziellen Richtungskoppler aus, vergleiche den Oberbegriff des Patentanspruches 1, welcher für sich z.B. durch Electronics Letters 12 (28.0kt.1976) No.22, 575 - 577, insbesondere Fig. 2 auf Seite 576, sowie Appl. Phys. Lett. 28 (1.Mai 1976) No. 9, 503 - 506, insbesondere Fig. 1 (a) auf Seite 504, vorbekannt ist. Bei diesen bekannten Richtungskopplern sind zwar jeweils längs der Koppelstrecke eines der beiden Lichtleiter , dem ersten Lichtleiter, hintereinander zwei getrennt steuerbare Elektroden angebracht, Jedoch am anderen, zweiten Lichtleiter jeweils nur eine einzige, sehr lange Elektrode, und zwar in solcher Weise, daß jede der beiden Elektroden am ersten Lichtleiter Jeweils gegenüber der einzigen Elektrode des zweiten Lichtleiters, bezogen auf die Längsrichtung der Koppelstrecke, liegt.The invention is based on a special directional coupler, compare the preamble of claim 1, which for itself e.g. by Electronics Letters 12 (October 28, 1976) No.22, 575 - 577, especially Fig. 2 on page 576, as well as Appl. Phys. Lett. 28 (May 1, 1976) No. 9, 503-506, particularly Fig. 1 (a) Page 504, is previously known. In these known directional couplers are each along the coupling path of one of the two light guides, the first light guide, one behind the other two separately controllable electrodes attached, but on the other, second light guide only one very long electrode at a time, in such a way that each of the two electrodes on the first light guide, each opposite the single electrode of the second light guide, based on the longitudinal direction of the coupling path.

Diese bekannten Richtungskoppler benötigen bereits deutlich weniger Steurspannung zwischen den Elektroden, um zuverlässig diesen als Schalter dienenden Richtungskoppler entweder direkt oder kreuzweise durchzuschalten, im Vergleich zu den bekannten Richtungskopplern, bei welchen nur eine einzige Elektrode an jedem Lichtleiter pro Koppelstrecke angebracht ist.These known directional couplers already require significantly less Control voltage between the electrodes, to reliably use this as To switch through the directional coupler serving either directly or crosswise, compared to the known directional couplers, which only have a single electrode is attached to each light guide per coupling path.

Die Aufgabe der Erfindung ist, die Steuerspannung zwischen den Elektroden des Richtungskopplers weiter erheblich verringern zu können.The object of the invention is the control voltage between the electrodes to be able to further reduce the directional coupler considerably.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannte Maßnahme gelöst.This object of the invention is achieved by the characterizing part of the claim 1 resolved.

Die im Patentanspruch 2 genannte zusätzliche Maßnahme gestattet, die betreffende Steuerspannung bzw. die betreffenden Steuerspannungen weiter erheblich verringern zu können.The additional measure mentioned in claim 2 allows the relevant control voltage or the relevant control voltages continue to be significant to be able to reduce.

Die Erfindung wird anhand der beiden Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the two figures.

Fig*1 zeigt ein besonders einfac-hes Beispiel der Erfindung mit vier Elektroden längs des Lichtleiters A -innerhalb der Koppelstrecke, welche, abwechselnd hintereinander, jeweils das Potential V1 und V2 aufweisen.Fig. 1 shows a particularly simple example of the invention with four Electrodes along the light guide A -within the coupling path, which, alternately one behind the other, each have the potential V1 and V2.

Bei dem in FIG 2 gezeigten Beispiel sind sechs Elektroden E11....E16 an diesem Lichtleiter innerhalb derselben Koppelstrecke angebracht. Am anderen Lichtleiter B - B' könnte an sich auch in für sich bekannter Weise nur eine einzige, z.B. auf mittlerem Potential liegende, statt mehrerer Elektroden angebracht sein, um bereits eine deut- -liche Verminderung der Steuerspannungsamplituden V1/V2 zu ermöglichen.In the example shown in FIG. 2, there are six electrodes E11 ... E16 attached to this light guide within the same coupling path. On the other light guide B - B 'could per se in a manner known per se only a single one, e.g. on medium potential, instead of several electrodes to be attached to already to enable a significant reduction in the control voltage amplitudes V1 / V2.

In beiden Figuren handelt es sich also jeweils um einen als Schalter dienenden Richtungskoppler für optische Signale in integrierter Technik. Es sind dazu also jeweils eng benachbart, z.B. in 3 P Entfernung, längs der Koppel strecke zwei parallel angeordnete Lichtleiter A - A', B - B' auf einem Substrat angebracht. Bei dem Substrat kann es sich z.B. um LiNb03 handeln; welches z.B. mittels Ti dotiert wurde'um die Lichtleiter im Substrat zu erzeugen. Grundsätzlich ist die Erfindung Jedoch nicht auf ein Substrat aus diesem Material beschränkt, weil der physikalische Effekt, welcher der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahme zugrunde liegt, im Prinzip auch mit SubstrZen aus anderen Materialien erreicht werden kann.In both figures, there is one as a switch serving directional coupler for optical Signals in integrated Technology. They are therefore closely adjacent to each other, e.g. at a distance of 3 P, lengthways the coupling stretch two parallel light guides A - A ', B - B' on one Substrate attached. The substrate can be, for example, LiNb03; which e.g. was doped by means of Ti 'in order to produce the light guides in the substrate. Basically However, the invention is not limited to a substrate made of this material, because the physical effect, which is in the characterizing part of claim 1 specified measure is based, in principle also with substrates made of other materials can be reached.

In den beiden Figuren handelt es sich übrigens um Beispiele, bei denen an beiden Lichtleitern längs der Koppelstrecke Jeweils elektrisch steuerbare, elektrisch leitende Elektroden angebracht sind. Diese Elektroden gestatten, abhängig von der elektrischen Steuerspannung, vergleiche V1/V2, zwischen den einzelnen Elektroden, das in einem oder in beiden Lichtleitern zugeführte Licht jeweils direkt weiterzuleiten oder kreuzweise zwischen den Lichtleitern ausgetauscht weiterzuleiten. Bei der direkten Weiterleitung wird das bei A zugeführte Licht über den ersten Lichtleiter bei A' abgeführt und das über B dem zweiten Lichtleiter zugeführte Licht bei B' abgeführt. Bei kreuzweise vertauschter Weiterleitung wird hingegen das bei A dem ersten Lichtleiter zugeführte Licht bei B' über den zweiten Lichtleiter abgeführt und das bei B dem zweiten Lichtleiter zugeführte Licht über A', also über den ersten Lichtleiter abgeführt. Derartige Schalter sind übrigens auch für elektrische statt optische Signale seit Jahren vorbekannt, und zwar insbesondere im Zusammenhang mit der Bildung komplizierter Koppelfelder von Fernsprech-Vermittlungssystemen, vergleiche DE-AS 20 36 176 und 20 36 128, so- wie US 3 593 295 und 3 638 193.Incidentally, the two figures are examples where on both light guides along the coupling path, each electrically controllable, electrically conductive electrodes are attached. These electrodes allow, depending on the electrical control voltage, compare V1 / V2, between the individual electrodes, to transmit the light supplied in one or in both light guides directly or exchanged crosswise between the light guides. With the direct The light supplied at A is passed on via the first light guide at A ' and the light supplied to the second light guide via B is carried away at B '. In contrast, if the forwarding is crossed, this becomes the first light guide at A Supplied light at B 'dissipated via the second light guide and that at B the second light guide supplied light via A ', that is dissipated via the first light guide. By the way, such switches have also been used for electrical instead of optical signals Known years ago, especially in the context of education more complicated Switching networks of telephone switching systems, compare DE-AS 20 36 176 and 20 36 128, so- such as U.S. 3,593,295 and 3,638,193.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind längs der Koppelstrecke jeweils an beiden Lichtleitern, und nicht nur jeweils an einem derselben, hintereinander je mindestens drei Elektroden angebracht.In the illustrated embodiments of the invention are along the Coupling path on both light guides, and not just on one of the same, at least three electrodes attached one behind the other.

Dabei sind diese Elektroden in spezieller Weise so angebracht, daß nämlich jeweils eine Elektrode, vergleiche Zell, in Fig.2, am ersten Lichtleiter A - A' gegenüber einer Elektrode, vergleiche E21, am zweiten Lichtleiter B - B' liegt. Zusätzlich sind die beiden, jeweils einander gegenüberliegenden Elektroden, vergleiche z.B. E11/E21 und E12/E22, getrennt steuerbar. Diese einander gegenüberliegenden Elektroden, vergleiche E11/E21, bilden also jeweils ein Elektrodenpaar, bei welchem jedes der beiden Elektroden jeweils von einem anderen Potential der Steuerspannung V1/V2 gesteuert wird. Beachte insbesondere in den Figuren, daß die Elektrode E11 vom Potential V1, aber die gegenüberliegende Elektrode E21 vom Potential V2 dieser Steuerspannung gesteuert wird.These electrodes are attached in a special way so that namely one electrode in each case, compare cell in FIG. 2, on the first light guide A - A 'opposite one electrode, compare E21, on the second light guide B - B' lies. In addition, the two opposing electrodes compare e.g. E11 / E21 and E12 / E22, separately controllable. These opposite one another Electrodes, compare E11 / E21, thus each form a pair of electrodes in which each of the two electrodes each from a different potential of the control voltage V1 / V2 is controlled. Note in particular in the figures that the electrode E11 from potential V1, but the opposite electrode E21 from potential V2 of this Control voltage is controlled.

Trotz dieser hohen Anzahl von Elektroden bei der Erfindung - sie enthält mindestens eine Elektrode am Lichtleiter A -A' mehr als der vergleichbare bekannte Richtungskoppler, ist es jedoch nicht nötig, unbedingt mindestens drei oder vier verschiedene Potentiale zur Steuerung des Schalters zu verwenden. Es zeigte sich, daß zur Steuerung sogar des zwölf Elektroden aufweisenden Beispiels ausreichend ist, daß Jede Elektrode, vergleiche E77, am ersten Lichtleiter A - A' jeweils elektrisch leitend mit einer zu einem anderen Elektrodenpaar gehörenden Elektrode, vergleiche E22, am zweiten Lichtleiter 3 - B'verbunden ist. Bei den in beiden Figuren gezeigten Beispielen sind, als einfachster Fail, nur zwei verschiedene Potentiale, vergleiche V1 und V2, zur Steuerung sämtlicher Elektroden aufgrund solcher kreuzweiser leitender Verbindungen zwischen den Elektroden nötig, wobei Isolierschichten Is Kurzschlüsse zwischen V1/V2 verhindern.Despite this large number of electrodes in the invention - it contains at least one electrode on the light guide A -A 'more than the comparable known one Directional couplers, however, it is not necessary, necessarily at least three or four to use different potentials to control the switch. It was found, that is sufficient to control even the example having twelve electrodes is that each electrode, compare E77, is electrically connected to the first light guide A - A ' conductive with an electrode belonging to another pair of electrodes, compare E22, is connected to the second light guide 3 - B '. With those shown in both figures Examples are, as the simplest fail, only two different potentials, compare V1 and V2, for the control of all electrodes on the basis of such crosswise conductive connections between the electrodes are necessary, with insulating layers Is Prevent short circuits between V1 / V2.

Weil bei der Erfindung in dieser Weise nicht nur am einen Lichtleiter, sondern an beiden Lichtleitern jeweils mehrere eigene Elektroden angebracht sein können, die, gesehen in Längsrichtung der Koppelstrecke, Jeweils abwechselnd hintereinander mit nur zwei unterschiedlichen Potentialen gesteuert werden, ist die Höhe der Steuerspannung V1/V2? welche zum Schalten in beiden Schaltzuständen nötig sind, jeweils besonders deutlich kleiner, als wenn nur eine einzige, sehr lange Elektrode längs des zweiten Lichtleiters B - B' angebracht worden wäre. Es zeigte sich nämlich, daß die Beeinflussung der Lichtgeschwindigkeit der Lichtstrahlen in beiden Lichtleitern längs dieser Koppel strecke Jeweils um so intensiver ist, je mehr Elektroden hintereinander auf Jeden der beiden Lichtleiter wirken. Besonders geringe Höhen der Steuerspannung sind also, vergleiche Fig. 2, erreichbar, wenn mehr als nur zwei Elektrodenpaare längs der Koppel strecke angebracht werden - in dem in Fig.2 gezeigten Beispiel sind z.B. sechs Elektrodenpaare angebracht. Grundsätzlich ist die Steuerspannung weiter verminderbar dadurch, daß noch mehr als sechs Elektrodenpaare längs dieser Koppel strecke des Richtungskopplers angebracht werden.Because with the invention in this way not only on one light guide, rather, several electrodes of their own can be attached to each of the two light guides can, seen in the longitudinal direction of the coupling section, each alternating one behind the other can be controlled with only two different potentials is the level of the control voltage V1 / V2? which are necessary for switching in both switching states, in each case especially significantly smaller than if only a single, very long electrode along the second Light guide B - B 'would have been attached. It turned out that the influencing the speed of light of the light rays in both light guides along this coupling stretch is the more intense, the more electrodes in a row on each of the two light guides act. Particularly low levels of the control voltage are therefore See Fig. 2, achievable when more than two pairs of electrodes along the Coupling line are attached - in the example shown in Figure 2 e.g. six pairs of electrodes attached. In principle, the control voltage can be further reduced in that more than six pairs of electrodes along this coupling stretch of the Directional coupler are attached.

Demnach wird bei der Erfindung ausgenutzt, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Licht in den Lichtleitern besonders stark beeinflußt wird durch besonders raschen Wechsel der elektrischen Felder, erzeugt mittels besonders vieler Elektroden an mindestens einem der beiden Lichtleiter - trotz Verminderung der nötigen Steuerspan- nung,auch falls die Länge der Koppelstrecke nicht verändert wird. Man kann zwar dadurch, daß man die Koppelstrecke verlängert, ebenfalls die Amplitude der Steuerspannung verringern. Durch die Erfindung ist es aber möglich, ohne Verlängerung der Koppelstrecke, sondern alleine durch Vergrößerung der Anzahl der Elektroden längs dieser Koppelstrecke, also durch Verkleinerung der betreffenden Elektroden, die Steuerspannung zu vermindern. Bei dem in F£g.1 und 2 gezeigten AusfUhrungsbeispielen hat die Koppelstrecke jeweils z.B. 3 mm Länge, wobei die Elektroden in Fig.1 jeweils zirka 0,7 mm, und in Ei9.2 Jeweils zirka 0,5 mm Länge aufweisen. Die Erfindung gestattet sogar, diese Länge der Koppelstrecke zu vermindern, ohne die Steuerspannung V1/V2 für den Normalbetrieb unrealisierbar hoch machen zu müssen.Accordingly, the invention makes use of the fact that the speed of propagation the light in the light guides is particularly strongly influenced by particularly rapid Change of electrical fields, generated by means of a particularly large number of electrodes at least one of the two light guides - despite a reduction in the necessary control voltage tion, too if the length of the coupling path is not changed. One can indeed by that if the coupling path is extended, the amplitude of the control voltage is also reduced. With the invention, however, it is possible without lengthening the coupling path, but rather simply by increasing the number of electrodes along this coupling path, thus reducing the control voltage by reducing the size of the electrodes concerned. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the coupling path has in each case e.g. 3 mm in length, the electrodes in Fig. 1 each about 0.7 mm, and in Fig. 9.2 Each about 0.5 mm in length. The invention even allows this length to reduce the coupling path without the control voltage V1 / V2 for normal operation To have to make unrealisable high.

Dadurch kann der Substratflächenbedarf verringert werden.As a result, the substrate area requirement can be reduced.

2 Patentansprüche 2 Figuren2 claims 2 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Directional coupler serving as a switch for optical signals in integrated technology, where - two closely spaced lengthways a coupling line arranged in parallel light guides (A-A ', B-B') on a substrate, betw. made of LiNbO3 by means of Ti-doping, are attached - along the light guides the coupling route each electrically controllable electrically conductive electrodes (E11 ... E26) are attached, which, depending on the electrical control voltage (V1 - V2) between the electrodes, which is guided in the relevant light guide (A-A ') Forward light directly (from A to A ') or crosswise between the light guides exchanged (from A to B ') forward, in particular for a switching matrix with pure optical links in a telephone switching system, d a d u r c I would like to point out that - more than two electrodes (E11 E16) on one of the two, i.e. on the first, light guide (A-A ') attached along the coupling path are.

2. Directional coupler according to claim 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that - length of the coupling path on both optical fibers (A-A ', B-B') one behind the other at least three electrodes (E11 E16, E21 ..... E26) attached in this way are that - - - in each case one electrode (E11) on the first light guide (A-A ') opposite an electrode (E21) on the second light guide (B-B '), and - - - both opposite lying electrodes (E11 / E21, E12 / E22, .....), which each form a pair of electrodes, separated from each other's potential (V1 to E11, V2 to E21) the control voltage (V1 / V2) can be controlled, and - each electrode (Ell) on the first Light guides (A-A ') each electrically conductive with one to another, preferably adjacent electrode pair (E12 / E22) belonging to the electrode (E22-) on the second light guide (B-B ') is connected.