DE3201128A1

DE3201128A1 - Optische schaltevorrichtung

Info

Publication number: DE3201128A1
Application number: DE19823201128
Authority: DE
Inventors: Masaharu Kyoto Matano; Kazuhiko Osaka Mori; Norihiro Saitama Ota; Tsukasa Nara Yamashita
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1981-01-17
Filing date: 1982-01-15
Publication date: 1982-08-12
Also published as: GB2096341B; US4491384A; DE3201128C2; GB2096341A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Schaltervorrichtung und richtet sich im besonderen auf eine optische Mehrpforten-Schaltervorrichtung, mit der ein oder wenigstens zwei Eingangslichtstrahlen auf einen oder wenigstens zwei einer Anzahl von auflösbaren Ausgangslichtstrahlen an verschiedenen Ausgangsstellen geschaltet werden.

Es sind optische Schalter bekannt, die einen akusto-optischen Effekt ausnutzen. Solche Schalter nutzen die Braggsche Beugung aus, das heißt die Erscheinung, daß einfallendes Licht, das sich durch eine optische Wellenleiterschicht auf einem piezoelektrischen Substrat, beispielsweise aus LiNbO₃₇ ausbreitet, durch eine akustische Oberflächenwelle (im folgenden als "SAW" bezeichnet), die sich auf der Wellenleiterschicht ausbreitet, gebeugt wird. Die Frequenz der SAW ändert, wenn sie innerhalb eines geeigneten Bereichs, beispielsweise in -3dB Bandbreite, variiert wird, den Ablenkungswinkel des Licht-Strahls, so daß der gewünschte der auflösbaren abgelenkten Lichtstrahlen ausgewählt werden kann. Zur Gewinnung mehrerer auflösbarer abgelenkter Lichtstrahlen ist es erforderlich, daß die Frequenz der SAW über einen weiten Bereich variiert wird und daß jede der einzelnen Lichtteile innerhalb der Apertur des einfallendes Lichtbündels die Braggsche Beziehung mit der SAW einer der Frequenzen erfüllt.

In Applied Physics Letters, Band 26, Nr. 4, Seiten 140 bis 142, 15. Februar 1975 ist ein solcher Mehrpforten-Schalter unter dem Titel "High-performance acousto-optic guided-lightbeam device using two tilting surface acoustic waves" beschrieben. Die akusto-optische Vorrichtung mit geführtem Lichtstrahl enthält zwei Doppelkamm-SAW-Wandler (im folgenden als "IDT"s (für interdigital transducers) bezeichnet), die auf einer Wellenleiterschicht gegeneinander geneigt angeordnet sind und zwei SAWs erzeugen, die sich in den durch die Neigung gegebenen

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Richtungen ausbreiten, wobei die Wandler so ausgelegt sind, daß sie unterschiedliche Mittelfrequenzen habön. Der Neigungswinkel zwischen den beiden SAW-IDTs wird durch die Differenz der Braggwinkel an ihren Mittelfrequenzen bestimmt. Es wird angegeben, daß die beiden Wandler auf die Mittelfrequenzeh 255 und 382 MHz ausgelegt sind, und der Neigungswinkel ungefähr 0,3° beträgt. Die beiden IDTs sind parallel geschaltet. Es ist sicherlich richtig, daß die Vorrichtung eine Vielfachheit von auflösbaren Ausgangslichtstrahlen liefert, weil der Ablenkungswinkel des Lichtstrahls über einen weiten Bereich variierbar ist. Die beiden IDTs, die genau, in einem sehr kleinen Winkel, wie oben angegeben, gegeneinander geneigt sein müssen, sind jedoch sehr schwierig auf der optischen Wellenleiterschicht herzustellen. Da die Frequenz des auf die beiden IDTs zu gebenden Signals über eine große Bandbreite variiert wird, bietet die Vorrichtung ferner das Problem, daß eine geeignete Anpassung des Hochfrequenz-Wellengenerators an die IDTs schwierig ist.

Ziel der Erfindung ist die Gewinnung einer Vielfachheit von auflösbaren Ausgangslichtstrahlen durch eine optische Schaltervorrichtung .

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer optischen Schaltervorrichtung, die leicht herstellbar und steuerbar ist.

__ Die optische Schaltervorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt eine optische Wellenleiterschicht aus piezoelektrischem Material, eine optische Schaltereinrichtung zum Schalten der Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls durch die Wellenleiterschicht auf eine von wenigstens zwei verschiedenen Richtungen, und eine Einrichtung zur Erzeugung und Ausbreitung auf der Wellenleiterschicht einer SAW mit einer solchen variablen Frequenz und einer solchen Ausbreitungsrichtung, daß zur Gewinnung mehrerer auflösbarer Lichtstrahlen der Lichtstrahl in den einzelnen unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen mit unterschiedlichen Winkeln abgelenkt wird. Vorzugsweise wird die optische Wellen-

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leiterschicht auf der einen Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, beispielsweise eines LiNbO^-KristallS/hergestellt. Die optische Schaltereinrichtung umfaßt einen Wandler zur Erzeugung und Ausbreitung auf der optischen WeI-lenleiterschicht einer SAW mit einer solchen Frequenz und Ausbreitunqsrichtung, daß ein einfallender Lichtstrahl abgelenkt wird, oder einen elektro-optischen Schalter, der einen optischen Wellenleiterpfad für das Eingangslicht und zwei optische Wellenleiterpfade für das Ausgangslicht aufweist und durch ein an den Pfad angelegtes elektrisches Feld im Brechungsindex veränderbar ist. Wenn das piezoelektrische Substrat ebenfalls aus elektro-optischem Material besteht, können die optische Wellenleiterschicht und der elektrooptische Schalter monolithisch auf der Oberfläche des Substrats hergestellt werden. Beispiele für brauchbare SAW-Erzeugungseinrichtungen sind IDT und Gunn-Diode.

Bei der optischen Schaltervorrichtung gemäß der Erfindung wird der einfallende Lichtstrahl zunächst durch die optische Schaltereinrichtung auf einen von zwei oder einem Vielfachen von zwei Lichtstrahlen, die sich in verschiedene Richtungen ausbreiten, umgeschaltet. Durch eine SAW mit diskret veränderbarer Frequenz wird der Lichtstrahl in jeder der verschiedenen Ausbreitungsrichtungen mit Winkeln entsprechend den sich ändernden Frequenzen abgelenkt und so eine Vielfachheit auflösbarer Lichtstrahlen durch Schalten gewonnen. Dementsprechend ist es möglich, durch Schalten eine sehr große Anzahl von Ausgangslichtstrahlen zu erhalten, deren Anzahl gleich der Anzahl der in der Frequenzbandbreite einer SAW gewonnenen auflösbaren abgelenkten Lichtstrahlen multipliziert mit der durch Schalten mittels der optischen Schaltereinrichtung gewonnenen Anzahl von Strahlen ist. Da es nicht notwendig ist, die Frequenz der SAW über eine sehr große Bandbreite zu variieren, läßt sich die SAW-Erzeugungseinrichtung leicht steuern. Ferner können auch bei Verwendung von zwei SAW-Erzeugungseinrichtungen, beispielsweise IDTs, die IDTs so angeordnet sein, daß sich

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die durch sie erzeugten SAWs in parallelen Richtungen aus-, breiten. Die Vorrichtung ist daher leicht herzustellen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt, bzw. zeigen

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einer optischen Schaltervorrichtung und einer elektrischen Schaltung zur Steuerung derselben, 10

Fig. 2 ein einfallendes Lichtbündel, wie es durch eine SAW unter verschiedenen Winkeln gebeugt wird,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer optischen Schaltervorrichtung und einer elektrischen

Schaltung zur Steuerung derselben,

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines schaltbaren optischen Wellenleiters, 20

Fig. 5 eine Abwandlung der optischen Schaltervorrichtung der Fig. 3 in der Draufsicht, und

Fign. 6 Draufsichten, die jeweils eine noch verfeinerter aus- ^{und 7} gebildete optische Schaltervorrichtung die die Vorrichtungen der Fign. 1 und 3 in Kombination enthält, wiedergeben.

Ein optischer Wellenleiter 2 wird auf einem piezoelektrisehen Substrat 1 aus beispielsweise einem LiNbOo-Kristall durch thermische Diffusion von Ti hergestellt. Die Schicht 2 hat eine Dicke von mehreren μΐη und einen höheren Brechungsindex als das Substrat 1. Beispiele für brauchbare Materialien für das piezoelektrische Substrat sind PLZT, LiTaO₃, ZnO etc. Ein von einem Halbleiter-Laser 11 ausgehender Laserstrahl wird durch eine

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Lichtleitfaser 12 und einen Lichtleitfaserkoppler 13 geführt und in den Wellenleiter 2 an einem Ende desselben eingekoppelt. Ein Prismenkoppler, Gitterkoppler oder dergleichen ist alternativ ebenfalls als optischer Koppler verwendbar. Das einfallende Lichtbündel wird, wenn es divergent ist, durch eine geeignete Linse kollimiert und dann in die i/iellenleiterschicht 2 geleitet. Falls erforderlich, wird der Laserstrahl durch eine Modulierschaltung 14 in analoger oder digitaler Form moduliert.

Zwei IDTs 3 und 4 werden beispielsweise photolithographisch auf dem Wellenleiter 2 an gegenüberliegenden Seiten desselben ausgebildet. Sie sind so angeordnet, daß die von diesen erzeugten SAW 1 und SAW 2 sich parallel und in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten. Die IDTs liegen ferner in einem bestimmten Abstand in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls, so daß die SAWs 1 und 2 nicht miteinander interferieren. Die IDTs 3 und 4 sind so ausgelegt, daß sie die gleiche Mittelfrequenz fo haben. Ein weiteres Beispiel einer brauchbaren SAW-Erzeugungseinrichtung ist eine Gunn-Diode. SAW-Absorber 5 und 6 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Schicht 2 den IDTs 3 und 4 gegenüberliegend angeordnet. Alternativ können die IDTs an ein und derselben Seite der Wellenleiterschicht angeordnet sein, so daß sich die SAWs 1 und 2 dann in der gleichen Richtung ausbreiten. Die Ausbreitungsrichtung des auf den Wellenleiter 2 einfallenden Lichtstrahls A schneidet die Ausbreitungsrichtung der SAW 1 in einem Winkel, der die Braggsche Beugungsbedingung erfüllt. Die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls A ist also um den Bragg-Winkel θ an der Mittelfrequenz fo der SAW 1 bezüglich der Senkrechten zur Ausbreitungsrichtung der SAW 1 geneigt. Da sich die SAW 1 und SAW 2 parallel zueinander ausbreiten und identische Mittelfrequenz haben, erfüllen sowohl der ungebeugte Lichtstrahl B als auch der durch die SAW 1 Bragg-gebeugte Lichtstrahl C die Braggsche Beugungsbedingung mit der SAW 2. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Ende des Substrats 1, wo der Lichtstrahl einfällt, im Bragg-Winkel θ durch Abschleifen qeschräqt, und die IDTs 3 und

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4 sind auf dem Substrat 1 so angeordnet, daß die Ausbreitungsrichtungen der SAWs 1 und 2 senkrecht zu den parallelen Seitenkanten des Substrats 1 verlaufen. Alternativ sind die beiden IDTs 3 und 4 im Bragg-Winkel θ schräg angeordnet, ohne daß das Ende des Substrats 1 geschrägt ist.

Die Braggsche Beugungsbedingung wird durch die Gleichung

sin θ = A (1)

dargestellt, wobei A die Wellenlänge der optischen Welle, T die Periode der SAW und θ der Bragg-Winkel ist. Der mit der SAW unter der Bedingung der Gleichung (1) wechselwirkende Lichtstrahl ändert seine Ausbreitungsrichtung um 2Θ. Dies ist die Ablenkung des Lichtstrahls infolge der Braggschen Beugung unter Verwendung der SAW.

Die Gleichung (1) gibt an, daß der Ablenkungswinkel 2Θ durch Änderung der Periode T und damit der Frequenz f der SAW veränderbar ist. Unter der Annahme, daß der Einfallwinkel θ des Lichtstrahls konstant ist, ist die Gleichung (1) nicht erfüllt, wenn die Periode T geändert wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, breitet sich die durch den IDT erzeugte SAW mit kreisförmigen Wellenbögen aus, während das einfallende Lichtbündel A eine Apertur hat, so daß die einzelnen Lichtanteile im einfallenden Lichtbündel A hinsichtlich des Winkels θ bezüglich der Welle der SAW differieren. Der Spreizwinkel der SAW nimmt mit abnehmender Breite L der IDT zu. Wenn also die Frequenz f der SAW geändert wird, wird das im einfallenden Lichtstrahl A enthaltene und die Gleichung(1) erfüllende Licht gebeugt. Die Variation Λ θ des Winkels bezüglich der Variation Af der Frequenz ist durch die Gleichung

(2)

gegeben, wobei V die Ausbreitungsgeschwindigkeit der SAVJ ist.

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Mit Zunahme der Variation der Frequenz nimmt auch die Varia-, tion des Ablenkwinkels zu, die Intensität des gebeugten Lichtbündels aber ab. Infolgedessen hat die-um die Frequenz fo zentrierte Variationsbandbreite der Frequenz eine natürliche Begrenzung.

Gemäß Fig. 1 verläuft, wenn sich die SAW 2 in Abwesenheit der SAW 1 ausbreitet, das einfallende Licht A gerade, wechselwirkt als Lichtstrahl B mit der SAW 2 und wird/wie bei D angezeigt, abgelenkt. Die Frequenz der SAW 2 ändert bei ihrer Variation den Ablenkwinkel des Lichtstrahls B. Wenn sich sowohl SAW 1 als auch SAW 2 ausbreiten, wird der Lichtstrahl A gemäß C zunächst durch die SAW 1 abgelenkt und der Lichtstrahl C dann gemäß E durch die SAW 2 weiter abgelenkt. Die Frequenz der SAW 2 ändert bei Variation den Ablenkwinkel des Strahls C.

In diesem Fall kann die Frequenz der SAW 1 an der Mittelfrequenz fo fest sein oder gleichzeitig mit der SAW 2 variiert werden. Wenn sich die SAW 1 in Abwesenheit der SAW 2 ausbreitet, wird der Lichtstrahl A durch die SAW 1 gemäß F abgelenkt. Die Frequenz der SAW 1 ändert bei Variation den Ablenkwinkel des Lichtstrahls A.

Mit der optischen Schaltervorrichtung erscheinen die abgelenkten Lichtstrahlen D, E und F als auflösbare Lichtpunkte. Zu diesem Zweck wird die Frequenz der SAW 1 oder SAW 2 entsprechend der Position des auszubildenden Punkts diskret variiert. Die Anzahl auflösbarer Lichtpunkte n, die man durch eine IDT erhält, ist durch die Gleichung

η = ψ AE (3)

gegeben, wobei D die Apertur des Lichtbündels und ^f die Frequenzbandbreite der SAW 1 oder SAW 2 ist. Da jedes der abgelenkten Lichtbündel D, E und F die Anzahl η beinhaltet, ist die durch die Vorrichtung der Fig. 1 gelieferte Gesamtzahl N auflösbarer Lichtpunkte dreimal n. In der Vorrichtung der Fig. 1 sind zwei IDTs verwendet, die Anzahl der IDTs kann aber

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erhöht werden. Wenn χ IDTs auf der optischen Wellenleiterschicht , in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls angeordnet sind, ist die Gesamtzahl N der Punkte durch die Gleichung

N = (2^X - 1) .n (4)

gegeben.

Die aus der eingangs zitierten Literaturstelle bekannte Vorrichtung liefert Punkte in einer kleinen Gesamtzahl N, die ungefähr 2n ist, wenn die SAW-Frequenz um 2&f variiert wird und zwei IDTs verwendet werden, oder ungefähr 3n, wenn die SAW-Frequenz um 3^f variiert wird und drei IDTs verwendet werden. Die Vorrichtung der Fig. 1 ergibt N = 3n für zwei IDTs oder N = 7n für drei IDTs und liefert damit eine größere Anzahl von Punkten durch Schalten. Darüber hinaus muß die SAW-Frequenz nur um Af variiert werden, so daß Hochfrequenz-Steuersignale den IDTs über eine einfachere Anpassung zugeführt werden können. Die Vorrichtung ist ferner leicht herzustellen, da zwei oder mehr IDTs parallel zueinander angeordnet sind.

Gemäß Fig. 1 wird eine der abgelenkten Lichtstrahlgruppen D, E und F durch eine Gruppe von Schaltern 23 ausgewählt und das Auswahlsignal auf eine Logikschaltung 22 gegeben, die ihrerseits ein Logiksignal liefert, das den (die) entsprechend der ausaewählten Ablenkung zu erregenden IDT (s) angibt. Eine Anzahl (n) vorgegebener Frequenzen innerhalb der Bandbreite fo + AE/2 wird durch eine Gruppe von Schaltern 25 ausgewählt, und es werden Hochfrequenzsignale der ausgewählten Frequenzen von einer Signalgeneratorschaltung 24 auf eine Ansteuerschaltung 21 geliefert. Ansprechend auf die Eingangssignale erregt die Schaltung 21 den durch das Logiksignal spezifizierten IDT. Die Schaltergruppen 23 und 25 können natürlich aus Transistoren oder ähnlichen Halbleiterelementen aufgebaut sein.

Wenn gewünscht, werden die abgelenkten Lichtstrahlgruppen D, E und F unter größerem Winkel durch Gitterlinsen 15 weiter abaelenkt und über Lichtleitfaserkoppler 16 aus der Wellenleiter-

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schicht 2 ausgekoppelt. Die optischen Signale werden dann über Lichtleitfasern 17 zu einer geeigneten externen Einheit bzw. Schaltungen 18 geleitet, durch welche die Signale zu geeigneter Information, beispielsweise elektrische Signalen, umgewandelt werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem schaltbaren optischen Wellenleiter 31, der monolithisch auf der Seite des Substrats 1, wo der Lichtstrahl einfällt, angeordnet ist und den IDT 3 und die SAW 1 der Fig. 1 ersetzt. Die gleiche optische Wellenleiterschicht 2, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist auf der anderen Seite des Substrats 1, an der das Licht abgegeben wird, ausgebildet. Ein IDT 4 zur Erzeugung einer SAW 2 bei Erregung durch eine Ansteuerschaltung 21 ist auf der Schicht 2 an einer horizontalen Seite derselben ausgebildet. Auf der dem IDT 4 gegenüberliegenden Seite ist ein Absorber 6 für die SAW 2 angeordnet.

Fig. 4 zeigt den optischen Wellenleiter 31 in vergrößertem Maßstab. Wie die Wellenleiterschicht 2 ist der Wellenleiter 31 beispielsweise durch Diffusion von Ti über das Substrat 1 aus LiNbO., hergestellt. Der Wellenleiter 31 hat einen höheren Brechungsindex als das Substrat 1. Der Wellenleiter 31 ist Y-förmig und umfaßt einen Stammabschnitt 31c für den Lichteingang und zwei Ausgangszweige 31a, 31b, die vom Teil 31c tangential unter gleichen Winkeln abgehen. Die Winkel θ der Zweige 31a, 31b bezüglich der Verlängerung des Stammabschnitts 31c sind gleich dem Bragg-Winkel des einfallenden Lichts bezüglich der SAW 2 an ihrer Mittelfrequenz fo. Der Stammabschnitt 31c liegt rechtwinkelig zur Ausbreitungsrichtung der SAW 2. Elektrodenpaare 32a und 32b sind am Wellenleiter 31 an gegenüberliegenden Seiten und am Substrat 1 längs des Wellenleiters angeordnet. Diese Elektroden erstrecken sich vom Stammabschnitt 31c zu Zwischenabschnitten der Zweige 31a und 31b. Das LiNbO₃~Substrat 1, welches ebenfalls aus elektro-optischem Material besteht, verändert seinen Brechungsindex, wenn es einem elektrischen Feld unterworfen wird. Bei

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Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen den Elektroden 32a . mittels einer Spannungsquelle 33 erhält der Abschnitt des Wellenleiters unter den Elektroden 32a einen höheren Brechungsindex, mit dem Ergebnis, daß der sich durch den Stammabschnitt 31c ausbreitende Lichtstrahl A praktisch gänzlich zum Zweig 31a hin abbiegt und sich durch diesen weiter ausbreitet. Wenn umgekehrt eine Spannung zwischen den Elektroden 32b angelegt wird, wird der Ausbreitungsweg des Lichtstrahls auf den Zweig 31b geschaltet. Wenn auf die Elektroden 32a und 32b keine Spannung gegeben wird, breitet sich der Lichtstrahl unter gleicher Aufteilung durch beide Zweige 31a und 31b aus. Der Ausbreitungsweg des Lichtstrahls kann also durch eine Gruppe von Schaltern 34 umgeschaltet werden. Zu den optischen Schaltern, die einen elektro-optischen Effekt ausnutzen, gehören neben dem in Fig. 4 gezeigten die verschiedensten Typen, etwa solche, die eine Phasenanpassung ausnutzen. Gegebenenfalls kann der optische Wellenleiter 31 mit einem streuungshindernden Film 35 abgedeckt sein, der einen mit dem Substrat 1 gleichen oder im wesentlichen gleichen Brechungsindex hat.

Der in den Stammabschnitt 31c des Wellenleiters 31 mittels eines geeigneten optischen Kopplers eingekoppelte Laser-Strahl A breitet sich durch den Zweig 31a oder den Zweig 31b oder unter gleicher Verteilung durch beide Zweige 31a, 31b aus. Die Bündel treten in die optische Wellenleiterschicht 2 ein und breiten sich durch die Schicht aus. Wenn der IDT durch die Ansteuerschaltung 21 erregt wird, breitet sich die SAW 2 quer zu den Ausbreitungswegen der Bündel aus. Die Strahlen, die durch den Wellenleiter 31 abgelenkt werden, erfüllen mit der SAW 2 die Bragg-Beziehung und werden daher weiter um 2Θ abgelenkt. Bei Variation der Frequenz der SAW 2 liefert wie bei der vorstehenden Ausführungsform jeder Strahl eine Vielfachheit von (n) auflösbaren Ausgangslichtpunkten. Die vorliegende Ausführungsform ergibt Punkte in einer Gesamtzahl von N, die gleich 2n über die Frequenzbandbreite von fo + Af/2 ist. Die abgelenkten Ausgangslichtbündel werden durch einen geeigneten

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optischen Koppler ausgekoppelt. Die Anzahl auflösbarer Ausgangslichtpunkte kann mit der zusätzlichen Einsatz von zwei Y-förmigen optischen Wellenleitern erhöht werden, indem die beiden Lichtbündel aus den Zweigen 31a, 31b des Wellenleiters 31 durch die zusätzlichen Wellenleiter geführt werden, um schaltbar vier Lichtbündel zu erhalten, und indem eine Wechselwirkung der vier Lichtbündel mit der SAW 2 bewirkt wird. Jedes der vier Bündel erfüllt natürlich die Bragg-Beziehung mit der SAW 2. Die Gesamtzahl der in diesem Fall erhaltenen Punkte beträgt N = 4n.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung. Ein IDT 4 ist auf einer optischen Wellenleiterschicht 2 im,in Breitenrichtung gesehen,Mittelabschnitt derselben angeordnet. Der IDT erzeugt zwei SAWs 2, die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten. Zwei durch einen Wellenleiter 31 abgelenkte Lichtbündel wechselwirken mit diesen SAWs 2. Die beiden Lichtbündel werden durch die SAWs 2 an Stellen, die sich im gleichen Abstand vom IDT 4 befinden, gebeugt und können daher, was vorteilhaft ist, unter exakt den gleichen Bedingungen gebeugt werden.

Fig. 6 zeigt eine Kombination der Vorrichtung der Fig. 1 und der Vorrichtung der Fig. 3. Auf einem Substrat 1 bzw. einer Wellenleiterschicht 2 sind ein Y-förmiger optischer Wellenleiter 31 und zwei IDTs 3, 4, die längs der Ausbreitungsrichtung eines Lichtbündels angeordnet sind, ausgebildet. Die beiden IDTs 3, 4 sind, gesehen in Breitenrichtung, im Mittelabschnitt des Substrats 1 bzw. der Schicht 2 in einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß die von ihnen erzeugten SAWs 1 und SAWs 2 nicht miteinander interferieren. Jedes der durch den Wellenleiter 31 schaltbar in zwei Richtungen gelieferten Lichtbündel wird durch die SAW 1 des IDT 3 weiter zwischen zwei Richtungen geschaltet. Jedes der vier Teilbündel wird durch Änderung der Frequenz der SAW 2 unter n Winkeln abgelenkt. Bei Fehlen der SAW 2 wird jedes der Lichtbündel aus dem Wellenleiter 31 bei variierenden Frequenzen der SAW 1 unter n

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Winkeln abgelenkt.

Die Vorrichtung der Fig. 7 ist eine Weiterentwicklung der Vorrichtung der Fig. 6. Mit ihr können zwei einfallende Lichtbündel einem Schalten unterworfen werden. Es sind zwei optische Wellenleiter 31 für die beiden einfallenden Lichtbündel auf einem Substrat 1 vorgesehen, wobei diese in einem geeigneten Abstand senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Lichtbündel liegen. Zwei IDTs 3 und 4 sind auf einer optischen Wellenleiterschicht 2 längs der Ausbreitungsrichtung vor den Wellenleitern 31 und in Bezug auf diese Richtung zwischen den Wellenleitern 31 angeordnet. Von diesen IDTs 3 und 4 gehen in entgegengesetzten Richtungen SAWs 1 und SAWs 2 aus, die dazu dienen, die von den Wellenleitern 31 kommenden Lichtbündel für ein Schalten abzulenken.

Die Kombination aus Y-förmigen Wellenleitern und IDTs liefert auflösbare Punkte in einer sehr großen Gesamtzahl N. Im Prinzip liefert eine Vorrichtung mit m Y-förmigen optischen Wellenleitern und χ IDTs schaltbar Punkte in einer Gesamtzahl N, die durch die Gleichung

N = 2m.(2^X - 1). η (5)

gegeben ist.

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Leerseite

Claims

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Omron Tateisi Electronics Co. Kyoto Japan

Optische Schaltervorrichtung

Priorität:

17. Januar 1981 - Japan - Nr. 5442/81

18. Februar 1981 - Japan - Nr. 22663/81

PATENTANSPRÜCHE

(ly Optische Schaltervorrichtung, cfekennzeich net durch eine optische Wellenleiterschicht (2) aus piezoelektrischem Material, eine optische Schaltereinrichtung zum Schalten der Ausbreitungsrichtung eines Lichtbündels durch die Wellenleiterschicht auf eine von wenigstens zwei Richtungen, und eine Einrichtung zur Erzeugung und Ausbreitung auf der Wellenleiterschicht einer akustischen Oberflächenwelle mit so veränderbarer Frequenz und eingerichteter Ausbreitung^-

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richtung, daß das Lichtbündel in jeder der verschiedenen Ausbreitungsrichtungen unter verschiedenen Winkeln zur Erzielung einer Anzahl auflösbarer Lichtbündel abgelenkt werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzahl optischer Schaltereinrichtungen vorgesehen ist, und daß das durch die eine der optischen Schaltereinrichtungen auf eine der beiden Ausbreitungsrichtungen geschaltete Lichtbündel durch eine andere optische Schaltereinrichtung auf eine von zwei Ausbreitungsrichtungen weiter geschaltet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich,-n e t durch eine elektrische Steuereinheit zum Zuführen eines Schaltsignals an die optische Schaltereinrichtung.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einheit zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals zur Erregung der Einrichtung zur Erzeugung der akustischen Oberflächenwelle, wobei die Frequenz des Ausgangssignals der Einheit veränderbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen optischen Eingangskoppler (13).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen optischen Ausgangskoppler (16) zum Auskoppeln der unter verschiedenen Winkeln abgelenkten auflösbaren Lichtbündel aus der Wellenleiterschicht (2).
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Schaltereinrichtung ein Wandler zur Erzeugung und Ausbreitung auf der Wellenleiterschicht (2) einer akustischen Oberflächenwelle mit einer Frequenz und einer Ausbreitungsrichtung, die zur Ablenkung eines

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einfallenden Lichtbündels eingerichtet sind, ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Schaltereinrichtung ein elektro-optischer Schalter mit einem optischen Wellenleiterpfad (31c) für das Eingangslichtbündel und zwei optischen Wellenleiterpfaden (31a, 31b) für das Ausgangs1ichtbündel ist und Elektroden (32a, 32b) zum Anlegen eines elektrischen Feldes zur Veränderung des Brechungsindexes des optischen Wellenleiterpfades aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Wellenleiterschicht (2) auf der einen Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats (1) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Wellenleiterschicht (2) und der elektro-optische Schalter monolithisch auf der einen Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats aus elektro-optischem Material ausgebildet ist.