DE4431589C2 - Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen - Google Patents
Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für MikrowellenfrequenzenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen integriert
optischen Einseitenband-Modulator, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Das Funktionsprinzip dieses bereits durch Heismann und
Ulrich vorgestellten Modulatortyps (F. Heismann and
R. Ulrich: Integrated-Optical Single-Sideband Modulator and
Phase Shifter, IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-18,
S. 767-771, 1982) basiert auf der elektro-optisch indu
zierten, kollinearen Bragg-Wechselwirkung zwischen den
beiden Eigenpolarisationszuständen (TE und TM mit den
Ausbreitungskonstanten βTE und βTM) eines doppelbrechenden,
integriert-optischen Wellenleiters. Als Substratmaterial
sind Kristalle mit elektro-optischen Koeffizienten rijk ≠ 0
(mit i≠j) geeignet.
Dieses Konzept zeichnet sich durch eine moderate
Ansteuerleistung das Modulationssignal, hohe Konversions
effizienz sowie durch eine hohe spektrale Reinheit des
modulierten Signales aus. Die durch Heismann et.al. erzielte
Träger- und Seitenbandunterdrückung beträgt mehr als 30 dB.
Das zu modulierende optische Signal wird in eine
Eigenpolarisation des optischen Wellenleiters eingestrahlt
und durch Anlegen geeigneter, örtlich und zeitlich veränder
licher elektrischer Felder in den orthogonalen Polarisa
tionszustand übergekoppelt.
Die Doppelbrechung Δn des Wellenleiters macht eine Phasen
anpassung notwendig, um eine vollständige Überkopplung des
Signales zu ermöglichen. Die Phasenanpassung geschieht durch
eine Umkehrung des Vorzeichens der Überkopplung nach jeweils
einer halben Schwebungslänge Λ=2π/Δβ=2π/ | βTE-βTM
der beiden Polarisationsmoden. Diese Vorzeichenumkehr wird
durch ein umgekehrtes elektrisches Feld erreicht. Bei
Anliegen eines derartigen statischen Feldes wird das Signal
übergekoppelt, jedoch nicht frequenzverschoben. Eine
Frequenzverschiebung tritt auf, wenn die elektrische Feld
verteilung entlang des Wellenleiters bewegt wird. Das
frequenzverschobene Ausgangssignal des Modulators befindet
sich dann in der im Vergleich zum Eingangssignal ortho
gonalen Polarisationsmode.
Als Substrat mit den gewünschten elektro-optischen
Eigenschaften wird in der Regel LiNbO3 oder LiTaO3 gewählt.
Diese sind optisch einachsig, es können jedoch auch optisch
mehrachsige Materialien gewählt werden, wenn darin eine
Ausbreitungsrichtung mit geeigneter Doppelbrechung Δn sowie
geeigneten elektro-optischen Koeffizienten existiert. An der
Oberfläche des Substrates wird der optische Wellenleiter in
der Regel durch Titan-Eindiffusion hergestellt. Die zur
Erzeugung des elektrischen Feldes notwendige Elektroden
struktur wird zum Beispiel durch Sputtern von Aluminium
aufgebracht.
Für Aufgaben im Bereich der optischen Nachrichten-Über
tragungstechnik sind Frequenzverschieber mit im Vergleich zu
bisherigen Anwendungen in der Meßtechnik veränderten Eigen
schaften notwendig. Optische Übertragungsstrecken im Wellen
längenbereich um 1530 nm haben eine durch das Verstärkungs
profil der verwendeten Erbium-Verstärker begrenzte Band
breite von ungefähr 70 nm entsprechend ca. 9000 GHz. Dieser
Bereich läßt sich in einige tausend Übertragungskanäle im
Abstand von einigen GHz aufteilen. Frequenzverschiebungen
sollen im gesamten Wellenlängenbereich mit nur einem
Modulator ausführbar sein.
Dieser muß daher eine optische -3dB Bandbreite von deutlich
über 70 nm (Δλ/λ < 5%) aufweisen, um im genutzten Bereich
einen hinreichend flachen Amplituden-Frequenzgang zu
erzielen. Um Verschiebungen zwischen den einzelnen, oben
genannten Übertragungskanälen zu ermöglichen, ist eine
Betriebs- bzw. Grenzfrequenz des Modulators im Gigahertz
bereich erforderlich.
Bei dem durch Heismann und Ulrich vorgestellten Modu
lator ergibt sich, bedingt durch die hohe Doppelbrechung der
verwendeten LiNbO3-Kristallorientierungen, eine kurze
Schwebungslänge Δ zwischen den optischen Polarisationsmoden
(Λ ≈ 9 µm für λ = 730 nm; Λ ≈ 21 µm für λ = 1,5 µm).
Zur Erzielung einer hohen Signalüberkopplung bei moderater
Ansteuerspannung sind daher viele Koppelperioden notwendig.
Eine geringe Bandbreite von Δλ/λ < 0,2% (für -3dB Punkte)
ergab sich bei dem durch Heismann und Ulrich vorgestellten
Modulator.
Eknoyan et.al. (O. Eknoyan et.al.: Broadband LiTaO3
guided-wave mode converter, Applied Optics, Vol. 27, No. 1,
1. January 1988) verwendeten LiTaO3, dieses besitzt eine
wesentlich geringere Doppelbrechung (Δn ≈ 0.005 für
λ = 1,5 µm) als LiNbO3. Daher sind deutlich weniger
Koppelperioden notwendig, eine optische Bandbreite von 1,6%
wurde erzielt.
C. Mariller und M. Papuchon (C. Mariller and M. Papuchon:
Broadband electrooptic frequency shifter using TE/TM electrooptic conversion, Technical Digest, Topical Meeting on Integrated and Guided-Wave Optics, Optical Society of America, 26.-28. Feb. 1986, Atlanta, Georgia, Paper FCC3) haben ein weiteres Verfahren benutzt, um die Doppelbrechung Δn zu reduzieren und damit die Bandbreite zu erhöhen. Es wurde der optische Wellenleiter in LiNbO3 mit einem kleinen Winkel zur optischen Achse orientiert. Die sich ergebende optische Bandbreite des Modulators betrug 3.1%.
Broadband electrooptic frequency shifter using TE/TM electrooptic conversion, Technical Digest, Topical Meeting on Integrated and Guided-Wave Optics, Optical Society of America, 26.-28. Feb. 1986, Atlanta, Georgia, Paper FCC3) haben ein weiteres Verfahren benutzt, um die Doppelbrechung Δn zu reduzieren und damit die Bandbreite zu erhöhen. Es wurde der optische Wellenleiter in LiNbO3 mit einem kleinen Winkel zur optischen Achse orientiert. Die sich ergebende optische Bandbreite des Modulators betrug 3.1%.
Wie oben erläutert, reichen diese Bandbreiten für
heutige Aufgaben im Bereich der optischen
Übertragungssysteme nicht aus.
Weiterhin besitzen diese Frequenzverschieber eine
relativ komplizierte finger- bzw. mäander-ähnliche
Elektrodenstruktur und weisen daher eine obere Modulations-
Grenzfrequenz im Bereich von einigen bis höchstens einigen
hundert Megahertz auf. Eine Ausweitung dieses Bereiches in
den Gigahertzbereich hinein erscheint mit einer derartigen
Elektrodengeometrie nicht möglich.
Aus dem Aufsatz "Advances in Channel Wave Guide Lithium
Niobate Integrated Optics", erschienen in Optical and
Quantum Electronics 20 (1988), Seite 189-213 und der US 52 08 697
ist jeweils ein elektro-optisches Wanderwellen-
Mach-Zehnder-Interferometer für den Betrieb mit elektrischen
Mikrowellen offenbart. Die bekannten Mach-Zehnder-
Interferometer sind derart ausgebildet daß sie einen
ausreichend großen und flachen Amplituden-Frquenzgang im
GHz-Bereich besitzen. Darüber hinausgehende
Übereinstimmungen mit dem Gegenstand der Erfindung, der als
Frequenzverschieber im GHz-Bereich fungiert, liegen nicht
vor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neu
artigen Frequenzverschieber zu realisieren. Dieser soll
optische Signale um Frequenzen von einigen Gigahertz
versetzen können, wobei eine hohe spektrale Reinheit des
modulierten Signales erforderlich ist. Die optische
Bandbreite Δλ/λ soll deutlich über 5% betragen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst. Weiterführende Ausgestaltungen des Anspruchs 1 sind
den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Der Modula
tor wird integriert-optisch aufgebaut, als Substrat dient ein elektro-optisch aktiver Kristall. Auf
dessen Oberseite befindet sich ein Streifenwellenleiter, der zwei optische Polarisationsmoden mit
den zugehörigen Ausbreitungskonstanten βTE und βTM führt, sowie eine elektrische Wanderwel
lenleitung.
Die optische Ausbreitungsrichtung wird so gewählt, daß eine geringe Doppelbrechung Δn des
Substrates vorliegt. Das heißt, daß in Richtung der optischen Achse c, welche in Richtung der
kristallographischen Achse z liegt, bzw. mit kleinem Winkel zu dieser Achse propagiert wird. Die
sich ergebende Schwebungslänge Λ zwischen den Polarisationsmoden wird entsprechend groß und
liegt im Bereich einiger bis einiger zehn mm oder sogar noch höher. Die Schwebungslänge Λ wird
hierbei nicht nur von der Doppelbrechung des Substrates, sondern auch von der Geometrie des
Wellenleiters und dessen mechanischen Spannungszuständen beeinflußt. Es ist sicherzustellen, daß
das Substrat in der gewählten Orientierung einen elektro-optischen Koeffizienten zur Verkopplung
der beiden Polarisationsmoden (TE und TM) besitzt (rijk ≠ 0 mit i ≠ j). Die Verkopplung
wird durch ein elektrisches Feld unter Ausnutzung dieses Koeffizienten induziert. Die elektrische
Feldverteilung welche vorher durch separat angesteuerte, fingerähnliche Elektrodengruppen er
zeugt wurde, wird in diesem Konzept durch eine elektrische Wanderwelle auf einer prismatischen
Wanderwellen-Elektrodenstruktur erzeugt. Die Wellenlänge der Wanderwelle ergibt sich aus deren
Frequenz und der effektiven relativen Dielektrizitätskonstanten ε eff|el gemäß λel = c/(nel.fel) mit
wird durch die Dielektrizitätskonstanten des unteren und des oberen Halbraumes
(siehe Abb. 2) sowie durch die Geometrie der elektrischen Wanderwellenleitung bestimmt. Im
Falle von LiNbO3 ist ein Wert nel ≈ 4.5. .6 zu erwarten. Um eine hohe elektrische Feldstärke im Be
reich des optischen Wellenleiters zu erzielen, ist es zweckmäßig, einen kleinen Elektrodenabstand zu
wählen. Die sich ergebende Impedanz der elektrischen Wellenleitung liegt im Bereich 20. .35 Ω und
erfordert somit beim Übergang vom 50 Ω Leitungsstandard eine Impedanzanpassung, um Rückre
flexionen zu vermeiden. Diese Anpassung kann in die Elektrodenstruktur zum Beispiel durch einen
getaperten Abschnitt integriert werden. Am Ende der Wanderwellenleitung ist ein Abschluß mit
der Wellenleitungsimpedanz erforderlich, ebenfalls um Rückreflexionen zu unterbinden. Wenn die
Elektroden direkt auf die Kristalloberfläche aufgebracht werden, muß darauf geachtet werden, daß
diese nicht den optischen Wellenleiter überdecken, da anderenfalls die TM Mode stark gedämpft
würde. Eine Pufferschicht, zum Beispiel aus SiO2 (ε SiO₂|r ≈ 4), zwischen Elektroden und Substrat
verhindert diese Dämpfung, ist jedoch aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften problematisch
da sie die elektrische Feldstärke im Substrat (ε LiNbO₃|r ≈ 28. .44, abhängig von der Kristallrichtung)
herabsetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungskonstanten (βTE und βTM) der beiden
Polarisationsmoden und der im Vergleich zur Schwebungslänge Λ langen Koppelstrecke L ist eine
Phasenanpassung der Kopplung entlang des Wellenleiters notwendig. Die Phasenanpassung wird
durch die alternierenden Vorzeichen der Feldstärke der auf den Wanderwellenelektroden laufen
den elektrischen Halbwellen und durch Wahl der richtigen Wellenlänge des Modulationssignales
erzielt. Da sich die elektrische Welle mit einer Geschwindigkeit bewegt, die ungefähr der halben
Geschwindigkeit der optischen Welle entspricht, sind Laufzeiteffekte bei der Bestimmung der Pha
senanpaßbedingungen mit einzubeziehen. Es ergeben sich daher unterschiedliche Bedingungen für
ko- und für kontrapropagierende optische und elektrische Wellen. Folgende Gleichungen müssen
zur Sicherstellung einer phasenrichtigen Überkopplung erfüllt sein:
kopropagierende elektrische und optische Wellen:
kopropagierende elektrische und optische Wellen:
kontrapropagierende elektrische und optische Wellen:
c: Vakuum-Lichtgeschwindigkeit
n0: mittlerer Brechungsindex der beiden Polarisationsmoden
nel: effektiver Brechungsindex für die elektrische Welle.
n0: mittlerer Brechungsindex der beiden Polarisationsmoden
nel: effektiver Brechungsindex für die elektrische Welle.
Hieraus ergibt sich eine Bedingung für die elektrische Wellenlänge λel und somit auch für die
Modulationsfrequenz fel.
In der Regel ist die Aufgabenstellung jedoch umgekehrt. Für eine bestimmte Modulations
frequenz wird ein Modulator benötigt. Daraus ergeben sich nach den vorgenannten Gleichungen
zwei mögliche Schwebungslängen Λ und somit auch zwei mögliche Werte für die Doppelbrechung
Δn des Wellenleiters. Die Einstellung der Doppelbrechung Δn kann durch verschiedene Mittel
erfolgen. Eine grobe Einstellung ergibt sich durch Wahl des Winkels α zwischen dem optischen
Wellenleiter und der optischen Achse c des Kristalles. Eine feine zusätzliche Einstellmöglichkeit
ergibt sich durch eine Variation der Geometrie des Wellenleiters, hervorgerufen zum Beispiel durch
unterschiedliche Streifenbreiten in der Wellenleitermaske. Abb. 3 zeigt die Schwebungslänge
Λ von diffundierten Ti : LiNbO3 Wellenleitern abhängig von der Wellenleiter-Streifenbreite auf der
Maske. Der Winkel α zwischen dem Wellenleiter und der optischen Achse c des Kristalles betrug
in diesem Fall 0°.
Für einen Betrieb dieses Modulators in optischen Übertragungssystemen ist die spektrale Qua
lität der Frequenzversetzung von hoher Bedeutung. Unerwünschte Spektralkomponenten können
bei den Harmonischen der Modulationsfrequenz entstehen. Die eingestrahlte optische Welle habe
die Frequenz F0. Diese werde um die Modulationsfrequenz felnach oben (Fall a) F1 = F0 + fel
bzw. nach unten (Fall b) F-1 = F0-fel verschoben. Von den weiteren möglichen Spektralanteilen
F±n = F ± n.fel [n ∈ N, (a) n ≠ 1 bzw. (b) n ≠ -1] fallen die mit geradzahligem Koeffizienten
heraus, da sich diese alle in der Polarisation der eingekoppelten Welle befinden und somit mit einem
Polarisator herausgefiltert werden können. Bei den Anteilen mit ungeradzahligem Koeffizienten
ist nur beim Spiegelseitenband (a) F-1 bzw. (b) F1 eine Leistung zu erwarten, die sich störend
auswirken kann. Die anderen Spektralkomponenten liegen um mehr als 30 dB unter dem Nutz
seitenband und können als unkritisch angenommen werden. Um dieses Spiegelseitenband, welches
durch eine ungewollte Amplituden- bzw. Phasenmodulation verursacht wird, möglichst klein zu
halten, ist darauf zu achten, daß die Länge der Koppelstrecke L ein ganzzahliges Vielfaches einer
halben optischen Schwebungslänge Λ beträgt.
Die große Schwebungslänge Λ hat zur Folge, daß nur eine geringe Anzahl von Koppelperioden
n entlang der Koppelstrecke L vorliegen. Ein typischer Wert liegt im Bereich n ≈ 3. .5. Da die
relative optische Bandbreite Δλ/λ = 1/n beträgt, ist bei 1.54 µm eine -3dB Breite von über 300 nm
zu erwarten. Der für die optischen Übertragungssysteme interessierende Bereich weist somit einen
hinreichend kleinen Amplituden-Frequenzgang auf.
Das hier vorgestellte Konzept erlaubt es, Modulatoren für nahezu beliebige Modulationsfre
quenzen herzustellen. Die untere Grenze ist durch die maximal mögliche Länge des optischen
Wellenleiters bzw. des maximal möglichen Wertes einer halben optischen Schwebungslänge Λ
gegeben. Λ läßt sich mit geeigneten Maßnahmen annähernd beliebig vergrößern, die Länge des
optischen Wellenleiters ist aufgrund technologischer Grenzen auf Werte unterhalb von 60. . .100 mm
begrenzt. Hieraus ergibt sich, daß Modulatoren nach diesem Konzept für Modulationsfrequenzen
ab fmod ≈ 0.4 GHz realisierbar sind. Eine obere Frequenz-Grenze für dieses Konzept läßt sich nicht
exakt angeben. Die Schwebungslänge Λ läßt sich durch Vergrößern des Winkels α zwischen der
optischen Achse c des Kristalles und dem optischen Wellenleiter verkürzen, bis Λ schließlich bei
α = 90° ein Minimum einnimmt. Es ist somit eine immer höhere Modulationsfrequenz für eine
phasenangepaßte Kopplung notwendig. Begrenzt wird dieses Vorgehen durch das Auftreten von
Leckwellen ab einem Grenzwinkel αgr, die ein sprunghaftes Ansteigen der optischen Verluste ver
ursachen sowie durch die mit der Frequenz zunehmenden Verluste der elektrischen Wanderwelle.
Die eingekoppelte Mikrowellenleistung kann nicht beliebig erhöht werden, da das Substrat nur eine
begrenzte Leistung dissipieren kann, ohne Schaden zu nehmen.
Abb. 1 zeigt einen schematischen Aufbau des hier vorgeschlagenen Modulators. Abb.
2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung durch den Modulator. Die Lage der
Elektroden und des elektrischen Feldes ist ersichtlich. Abb. 3 zeigt die Abhängigkeit der
Schwebungslänge Λ von der Wellenleiterstreifenbreite.
Ein Modulator nach dem oben beschriebenen Prinzip kann mit herkömmlicher Standard-Tech
nologie realisiert werden. Als Substrat (1) dient y-geschnittenes LiNbO3. Es werden durch Titan-
Eindiffusion mehrere optische Wellenleiter (2) der Länge 60 mm in z-Richtung hergestellt (α = 00).
Hierfür werden 60. .100 nm starke Titan-Streifen verschiedener Breiten im Bereich 6. .12 µm auf
das Substrat (1) aufgedampft und anschließend 6. .10 Stunden unter wasserhaltiger Sauerstoffat
mosphäre bei 1020. .1080°C eindiffundiert.
Die sich für die Wellenleiter ergebenden Schwebungslängen Λ für eine Wellenlänge von λ =
1.54 µm liegen, wie in Abb. 3 gezeigt, im Bereich 12. .20 mm (Herstellungsparameter in die
sem Fall: Titan-Streifendicke: 80 nm, Diffusionszeit: 8 Stunden, Diffusionstemperatur: 1050°C).
Dieser Bereich kann durch Variation der Herstellungsbedingungen und Änderung der Ausbrei
tungsrichtung α auf dem Kristall noch erweitert werden.
Durch Auswahl eines der optischen Wellenleiter (2) kann ein Modulator für Frequenzverschie
bungen um folgende Mittenfrequenzen herum realisiert werden. Für die Berechnungen wurde ein
effektiver Index für die elektrische Wanderwelle von nel= 5 angenommen.
Kopropagation:
Kopropagation:
A = 12 mm → λel= 6.5 mm → fel = 9.2 GHz
A = 20 mm → λel= 10.8 mm → fel = 5.6 GHz
A = 20 mm → λel= 10.8 mm → fel = 5.6 GHz
Kontrapropagation:
A = 12 mm → λel = 17.5 mm → fel = 3.4 GHz
A = 20 mm → λel = 29.2 mm → fel = 2 GHz.
A = 20 mm → λel = 29.2 mm → fel = 2 GHz.
Durch Auswahl des optischen Wellenleiters und durch Wahl der Ko- oder Kontrapropagation
der elektrischen und der optischen Welle läßt sich die notwendige elektrische Wellenlänge λel zur
Erzielung einer Phasenanpassung zwischen der elektrischen und der optischen Welle im Bereich
6.5. .29.2 mm einstellen. Mit diesem Satz optischer Wellenleiter läßt sich somit ein Modulator
herstellen, dessen Mitten-Modulationsfrequenz felim Bereich 2. .9.2 GHz liegen kann.
Über dem ausgewählten optischen Wellenleiters (2) wird, wie in Abb. 2 gezeigt, die
Wanderwellen-Elektrodenstruktur (3+4) so aufgebracht, daß sich im Wellenleiter (2) ein möglichst
starkes elektrisches Feld (5) befindet. Die Elektroden (3+4) werden mittels einer Maske auf der
Substratoberfläche definiert. Die Breite der Erde-Elektrode (3) betrage 1 mm, die der Signal-
Elektrode (4)100 µm. Der Abstand der beiden Elektroden (3+4) betrage 10 µm. Die Wechsel
wirkungslänge L zwischen den Elektroden und dem optischen Wellenleiter (2) betrage L = 50 mm.
Die Elektroden (3+4) werden so auf dem Substrat (1) positioniert, daß der optische Wellenleiter
(2) genau in deren Mitte liegt, wie in Abb. 2 gezeigt. Für die Herstellung der Elektroden
(3+4) sind mehrere Schritte notwendig. Zuerst wird eine Titan-Haftschicht (100 nm), anschließend
eine Goldschicht (100 nm) auf das Substrat aufgedampft. Die Goldschicht wird galvanisch auf die
Sollstärke von 3 µm verstärkt.
Die Impedanz Z0 des elektrischen Wellenleiters (3+4) mit den hier genannten Abmessungen auf
LiNbO3 beträgt Z0 = 27 Ω. Eine Anpassung dieser an den 50 Ω Leitungsstandard ist erforderlich
und wird durch ein externes Netzwerk vorgenommen.
Claims (13)
1. integriert-optischer Einseitenband-Modulator umfassend:
ein elektro-optisch aktives, kristallines Substrat (1) mit einer Oberfläche, an der ein einmodiger, optischer Wellenleiter (2) mit der Doppelbrechung Δn hergestellt ist, und eine Elektrodenstruktur (3, 4), die im seitlichen Abstand und parallel zum einmodigen, optischen Wellenleiter (2) auf der (Oberfläche des Substrats (1) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung Δn des optischen Wellenleiters (2) derart einstellbar ist, daß sie die für eine Modulationsfrequenz fel erforderliche Schwebungslänge Λ = λ/Δn zwischen den Polarisationsmoden (TM, TE) hervorruft, wobei sich die Schwebungslänge Λ aus den Gleichungen
für kontrapropagierende elektrische und optische Wellen
für kopropagierende elektrische und optische Wellen ergibt und c die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit,
n0 der mittlere Brechungsindex der beiden Polarisationsmoden und nel der effektive Brechungsindex für die elektrische Welle ist,
daß die Elektrodenstruktur (3, 4) als Wanderwellenleitung ausgeführt ist und daß der einmodige optische Wellenleiter (2) unter einem Winkel α zur optischen Achse (c) des Substrats (1) verläuft.
ein elektro-optisch aktives, kristallines Substrat (1) mit einer Oberfläche, an der ein einmodiger, optischer Wellenleiter (2) mit der Doppelbrechung Δn hergestellt ist, und eine Elektrodenstruktur (3, 4), die im seitlichen Abstand und parallel zum einmodigen, optischen Wellenleiter (2) auf der (Oberfläche des Substrats (1) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung Δn des optischen Wellenleiters (2) derart einstellbar ist, daß sie die für eine Modulationsfrequenz fel erforderliche Schwebungslänge Λ = λ/Δn zwischen den Polarisationsmoden (TM, TE) hervorruft, wobei sich die Schwebungslänge Λ aus den Gleichungen
für kontrapropagierende elektrische und optische Wellen
für kopropagierende elektrische und optische Wellen ergibt und c die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit,
n0 der mittlere Brechungsindex der beiden Polarisationsmoden und nel der effektive Brechungsindex für die elektrische Welle ist,
daß die Elektrodenstruktur (3, 4) als Wanderwellenleitung ausgeführt ist und daß der einmodige optische Wellenleiter (2) unter einem Winkel α zur optischen Achse (c) des Substrats (1) verläuft.
2. Modulator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des
optischen Wellenleiters (2) durch Titan-Eindiffusion in
das Substrat (1) erfolgt.
3. Modulator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung Δn durch
Wahl des Winkels α zwischen der Längsachse des optischen Wellenleiters
(2) und der optischen Achse (c) des Substrats (1)
einstellbar ist.
4. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α im Bereich
0 < α ≦ αgr liegt, wobei αgr der Grenzwinkel ist, ab dem
die Verluste des optischen Wellenleiters (2) infolge von
Leckmoden zunehmen.
5. Modulator nach Anspruch 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung Δn durch
die Variation der Geometrie des optischen Wellenleiters
(2) einstellbar ist.
6. Modulator nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Geometrie
des optischen Wellenleiters (2) durch Eindiffusion
unterschiedlich breiter Titan-Streifen erfolgt.
7. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstruktur zwei
längliche Elektroden (3, 4) umfaßt, die jeweils parallel
zum optischen Wellenleiter (2) verlaufen, und daß die
Länge (L) der Elektroden (3, 4), in der die elektrische
Wanderwelle auf den optischen Wellenleiter (2) einwirkt,
ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Schwebungslänge
Λ beträgt.
8. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus LiNbO3
besteht.
9. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus LiTaO3
besteht.
10. Modulator nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) in Y-
Richtung geschnitten ist.
11. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus einem
Halbleitermaterial besteht.
12. Modulator nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus InP
besteht.
13. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte
Modulationsfrequenz fel in einem Bereich von 0,5 GHz bis
20 GHz liegt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944431589 DE4431589C2 (de) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE4431589C2 true DE4431589C2 (de) | 1999-06-17 |
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---|---|---|---|
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DE (1) | DE4431589C2 (de) |
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