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Als Schalter dienender Richtungskoppler für optische Signale
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Die Erfindung betrifft einen speziellen Schalter für optische Signale
in integrierter Technik, der insbesondere für ein Koppelfeld mit rein optischen
Zwlschenleitungen in einem Fernsprech-Vermittlungssystem entwickelt wurde.
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Die Erfindung eignet sich darüber hinaus Jedoch auch für sonstige
Fälle, in denen Licht in einem Lichtleiter geschaltet werden soll.
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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.Okt.1976) No.22, 575 - 577, insbesondere Fig. 2 auf Seite 576, sowie
Appl. Phys. Lett. 28 (1.Maf 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.
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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.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, die Steuerspannung zwischen den Elektroden
des Richtungskopplers weiter erheblich verringern zu können.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches
1 genannte Maßnahme gelöst.
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Die im Patentanspruch 2 genannte zusätzliche Maßnahme gestattet, die
betreffende Steuerspannung bzw. die betreffenden Steuerspannungen weiter erheblich
verringern zu können.
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Die Erfindung wird anhand der beiden Figuren näher erläutert.
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Figur 1 zeigt ein besonders einfaches Beispiel der Erfindung mit zwei
Elektroden längs Jeden Lichtleiters innerhalb der Koppelstrecke. Bei dem in Fig.2
gezeigten Beispiel sindvr ElekAxden pro Lichtleiter innerhalb derselben Koppelstrecke
angebracht.
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In beiden Figuren handelt es sich also jeweils um einen als Schalter
dienenden Richtungskoppler für optische Signale in integrierter Technik. Es sind
jeweils eng benachbart, z.B. in 3 ßUEntfernung, längs der Koppelstreckeeje1l,l angeordnete
Lichtleiter A-A', B-B' auf einem Substrat angebracht. Bei dem Subtrat kann es sich
z.B. um LiNb03 handeln, welches z.B. mittels Ti dotiert wurde, um die Lichtleiter
im Substrat zu erzeugen.
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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 legt, im Prinzip auch mit Substraten
aus anderen Materialien erreichtwerden kann.
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In beiden Figuren handelt es sich um Beispiele, bei denen an den Lichtleitern
längs der Koppelstrecke jeweils elektrisch steuerbare, elektrisch leitende Elektroden
E11..22bzw0Ei1. .E24 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
langem vorbekannt, und zwar insbesondere im Zusammenhang mit der Bildung komplizierter
Koppelfelder von Fernsprech-Vermittlungssystemen, vergleiche DE-AS 20 36 176 und
20 36 128, sowie US 3 593 295 und 3 638 193.
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Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind längs der
Koppelstrecke jeweils an beiden Lichtleitern, und nicht nur jeweils an einem derselben,
hintereinander Je mindestens zwei Elektroden angebracht.
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Dabei sind diese Elektroden in spezieller Weise so angebracht, da)
nämlich Jeweils eine Elektrode, vergleiche
E11, 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
E11/E21 und E12/E22, getrennt steuerbar. Diese einander gegenüber liegenden 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.
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Potential VI, aber die gegenüberliegende Elektrode E21 vom Potential
V2 dieser Steuerspannung gesteuert wird.
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Trotz dieser hohen Anzahl von Elektroden bei der Erfindung - sie enthält
nämlich mindestens 4 Elektroden pro Koppelstrecke, ist es Jedoch nicht nötig, unbedingt
mindestens dreiersab1sdene Potentiale zur Steuerung des Schalters sowie beLm.Standß
der EechnIk. za verwenden"vEs zeigte sich, dab zur Steuerung als Schalter ausreichend
ist, daß Jede Elektrode, vergleiche Ell, am ersten Lichtleiter A-A' jeweils elektrisch
leitend mit einer zu einem anderen Elektrodenpaar gehörenden Elektrode, vergleiche
E22, am zweiten Lichtleiter B-B' verbunden ist. Bei den in beiden Figuren gezeigten
Beispielen sind, als einfachster Fall, nur zwei verschiedene Potentiale, vergleiche
V1 und V2, zur Steuerung sämtlicher Elektroden aufgrund solcher kreuzweiser leitender
Verbindungen zwischen den Elektroden nötig, wobei Isolierschichten Is gurzschlnsse
zwischen V1 ß 2 serhindernO Wel bei der Erfindung nicht nur am einen Lichtleiter,
sondern an beiden Lichtleitern jeweils mehrere eigene Elektroden angebracht sind,
die, gesehen in Längsrichtung der Koppelstrecke, jeweils abwechselnd hintereinander
mit unterschiedlichen Potentialen steuerbar sind, ist die Höhe der Steuerspannung
V1/V2, welche zum Schalten in beiden Schaltzuständen nötig sind, jeweils deutlich
kleiner, als wenn nur eine einzige, sehr lange Elektrode an einem der beiden Lichtleiter
angebracht worden wäre.
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Es zeigte sich nämlich darüberhinaus, daß die Beeinflussung der Lichtgeschwindigkeit
der Lichtstrahlen in den beiden Lichtleitern längs dieser Koppelstrecke jeweils
umso 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 Koppelstrecke angebracht
werden - in dem in Fig.2 gezeigten Beispiel sind vier Elektrodenpaare angebracht.
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Grundsätzlich ist die Steuerspannung dadurch weiter verminderbar,
daß noch mehr als vier Elektrodenpaare längs der Koppelstrecke dieses Richtungskopplers
angebracht werden.
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Demnach wird bei der Erfindung ausgenutzt, daß die Lichtgeschwindigkeit.in
den Lichtleitern besonders stark beeinflußt wird durch besonders raschen Wechsel,
d.h. besonders kurze Längen, der elektrischen Felder, erzeugt mittels besonders
vieler Elektroden pro Lichtleiter - trotz Verminderung der Steuerspannungen, sogar
wenn die Länge der Koppelstrecke nicht verändert wird. Man kann zwar dadurch, daß
man die Koppelstrecke verlängert, ebenfalls die Höhen der Steuerspannungen verringern.
Durch die Erfindung ist es aber möglich, ohne Verlängerung der Koppelstrecke alleine
durch Vergrößerung der Anzahl der Elektroden längs dieser Koppelstrecke, also durch
Verkleinerung der Elektroden, die Steuerspannung zu vermindern. Bei den in Fig.
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1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen hat die Koppelstrecke z.B.
3mm Länge, wobei die Elektroden in Fig. 1 ca. 1,5 mm, in Fig. 2 ca. 0,7 mm Länge
aufweisen. Wegen der niedrigen Steuerspannungen kann bei der Erfindung sogar oft
eine Verkürzung der Länge der Koppelstrecke, also eine Verminderung des Platzbedarfes
auf dem Substrat, zugelassen werden.
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2 Patentansprüche 2 Figuren
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