DE69420800T2

DE69420800T2 - Modenkopplung in optischen Wellenleitern mittels Interferenz mechanischer Wellen

Info

Publication number: DE69420800T2
Application number: DE69420800T
Authority: DE
Inventors: Serge Steinblatt
Original assignee: Scitex Corp Ltd
Current assignee: Kodak IL Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2014-06-25
Also published as: IL106185A; IL106185A0; EP0639781A1; DE69420800D1; EP0639781B1; US5708736A

Description

Die Erfindung betrifft Wellenleiter und die Modenkopplung in Wellenleitern sowie insbesondere die Modenkopplung in Lichtleitfasern.
Es sind bereits verschiedene Techniken zur aktiven Modenkopplung und Intensitätsmodulation in Lichtleitfasern vorgeschlagen worden. Das US-Patent 5,135,295 beschreibt piezoelektrische Lichtleitfaser-Elemente, bei denen Lichtleitfasern mit dünnen, piezoelektrischen und ferroelektrischen Schichten beschichtet sind. Das US-Patent 5,022,732 beschreibt einen Lichtleitfaser-Modenkopplungsfrequenzumtaster mit einem Seitenband, in dem eine sich ausbreitende Schallwelle zur Modenkopplung verwendet wird.
Die im Oktober 1985 veröffentlichte Forschungsschrift Nr. 25839 mit dem Titel "Acoustic optic fiber modulations" beschreibt den Einsatz einer Schallwelle zur Modulation des Brechungsindex des Kerns einer Lichtleitfaser.
Die DE 35 43 510 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Emissionsfrequenz eines Lasers durch Erzeugung einer Rückwärtswelle in einer Lichtleitfaser, die an den Laser angeschlossen ist, durch Stimulation einer stehenden Welle in einem Aluminiumblock, der einen Abschnitt der Lichtleitfaser umgreift. Die stehende Welle wird mittels einander gegenüberliegender piezoelektrischer Elemente auf dem Klemmblock erzeugt.
Das EP 0 192 887 beschreibt einen Lichtleitfaser-Phasenmodulator, bei dem zwei einander gegenüberliegende Oszillatoren eine Lichtleitfaser umgreifen und phasenversetzte Kräfte senkrecht zur Faser erzeugen.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine verbesserte Vorrichtung und eine Technik für die aktive Modenkopplung und die Intensitätsmodulation in einem Wellenleiter zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Modenkopplung in einem Wellenleiter zur Verfügung, die mindestens einen Wellenleiter, ein Kontaktsubstrat, welches für einen engen Kontakt mit mindestens einem Wellenleiter sorgt, und mindestens zwei Aktuatoren, welche mit dem Kontaktsubstrat gekoppelt sind und welche angeordnet sind, um in dem Kontaktsubstrat ein mechanisches Welleninterferenzmuster zu erzeugen, um darin eine periodische Deformation zu produzieren, umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß der mindestens eine Wellenleiter mehrere Wellenleiter aufweist und die Vorrichtung fähig ist, Energie von einem Wellenleiter zu mindestens einem anderen Wellenleiter überzukoppeln.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Modenkopplung in einem Wellenleiter zur Verfügung, welches die Schritte Anordnen eines Kontaktsubstrates in engem Kontakt mit mindestens einem Wellenleiter und Erzeugen eines mechanischen Welleninterferenzmusters in dem Kontaktsubstrat, um eine periodische Deformation darin zu erzeugen, umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß der mindestens eine Wellenleiter mehrere Wellenleiter umfaßt und daß der Erzeugungsschritt wirksam ist, Energie von mindestens einem Wellenleiter zu mindestens einem anderen Wellenleiter überzukoppeln.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Interferenzmuster ein Interferenzmuster mechanischer Wellen, vorzugsweise ein Schallwelleninterferenzmuster.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens einer der Wellenleiter eine Lichtleitfaser.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bewirkt die Vorrichtung zur Modenkopplung die Kopplung von geführtem Licht mit dem Strahlungsmodus eines Wellenleiters, wodurch eine Intensitätsmodulation der durch den Wellenleiter verlaufenden Strahlung bewirkt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Wellenleiter Lichtleitfasern.
Die Erfindung wird jetzt ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 A und 1 B: vergrößerte Darstellungen einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Modenkopplung zwischen geführten Moden oder geführten und strahlenden Moden in einem Wellenleiter, in erregtem bzw. in aberregtem Zustand;
Fig. 2A und 2B: vergrößerte Darstellungen einer Vorrichtung zur Modenkopplung zwischen Wellenleitern, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist und entsprechend arbeitet, in erregtem bzw. in aberregtem Zustand;
Fig. 3: eine Darstellung einer anderen Anordnung der in Fig. 1A-1 B oder 2A-2B gezeigten Vorrichtung.
Im folgenden wird auf Fig. 1A und 1B Bezug genommen, die eine Vorrichtung zur Modenkopplung in einem einzelnen Wellenleiter zeigen. Fig. 1A und 1 B zeigen einen Wellenleiter, der eine Lichtleitfaser ist, wobei davon auszugehen ist, daß die Erfindung auch auf jeden anderen geeigneten Wellenleiter, beispielsweise einen Platten- bzw. Slabwellenleiter, wie er in der integrierten Optik verwendet wird, anwendbar ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Lichtleitfaser 10 mit einem Kern 12 eng mit einem Kontaktsubstrat 14 verbunden. Das Kontaktsubstrat 14 besteht vorzugsweise aus zwei Teilen 16 und 18, so daß die Lichtleitfaser 10 zwischen die beiden Teile hineingedrückt werden kann. Die Lichtleitfaser 10 überträgt typischerweise Energie oder optische Signale von ihrem ersten Ende 20 über das Kontaktsubstrat 14 zu ihrem zweiten Ende 22.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens zwei Aktuatoren 24 funktionell mit dem Kontaktsubstrat 14 verbunden. Die Aktuatoren 24 sind vorzugsweise piezoelektrische Transducer und werden vorzugsweise bei derselben Frequenz, jedoch mit Phasenversatz betrieben, so daß ein Interferenzmuster entsteht, das im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Lichtleitfaser 10 steht, wie in Fig. 1B zu erkennen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Interferenzmuster ein Interferenzmuster von mechanischen Wellen, vorzugsweise ein Schallwelleninterferenzmuster. Dieses Interferenzmuster erzeugt periodische räumliche Deformationen in den Oberflächen des Kontaktsubstrats 14, das eng mit dem Wellenleiter 10 verbunden ist, und erzeugt somit entsprechende Deformationen im Wellenleiter. Die Phase zwischen den Aktuatoren 24 wird vorzugsweise konstant gehalten, wenn auch nicht unbedingt bei einem bestimmten Wert, so daß sich die räumlichen Deformationen nicht mit der Zeit verändern. Die Deformationen sind in Fig. 1B in stark übertriebener Form gezeigt.
Infolge der im Wellenleiter hervorgerufenen Deformationen wird ein Teil der Energie und des Signalgehalts, die den Wellenleiter 10 durchlaufen, vom Wellenleiter nach außen abgestrahlt und erreicht nicht das Ende 22 des Wellenleiters. Fig. 1B zeigt die Modenkopplung von geführten Moden mit Strahlungsmoden. In diesem Fall ist die das Ende 22 erreichende Energie reduziert, und die Vorrichtung arbeitet als Amplituden- oder Leistungsmodulator. Alternativ dazu kann eine Modenkopplung von geführten Moden mit geführten Moden, z. B. von Moden niedrigerer Ordnung mit Moden höherer Ordnung erreicht werden. In diesem Fall arbeitet die Vorrichtung als Modenmischer. Eine weitere Alternative ist die Modenkopplung von Moden mit Vorwärts- und Rückwärtsausbreitung.
Nunmehr wird auf Fig. 2A und 2B Bezug genommen, die eine Vorrichtung für die Modenkopplung zwischen Wellenleitern zeigen. Die Abb. 2A und 2B zeigen wie die Abb. 1 A und 1 B Lichtleitfasern als Wellenleiter, wobei davon auszugehen ist, daß die Erfindung auch auf andere geeignete Arten von Wellenleitern, wie Platten- bzw. Slabwellenleiter, wie sie in der Integrierten Optik verwendet werden, anwendbar ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Lichtleitfasern 30 und 32 eng mit einem Kontaktsubstrat 34 und miteinander verbunden. Wie bei der Ausführungsform von Fig. 1A und 1B ist das Kontaktsubstrat 34 vorzugsweise aus zwei Teilen 36 und 38 zusammengesetzt, so daß die Lichtleitfasern 30 und 32 zwischen die beiden Teile hineingedrückt werden können. Die Lichtleitfaser 30 überträgt typischerweise Energie oder optische Signale von ihrem ersten Ende 40 über das Kontaktsubstrat 34 zu ihrem zweiten Ende 42.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens zwei Aktuatoren 44 mit dem Kontaktsubstrat 34 verbunden. Die Aktuatoren 44 sind vorzugsweise piezoelektrische Transducer und werden vorzugsweise bei derselben Frequenz aber versetzter Phase betrieben, um ein Interferenzmuster zu erzeugen, das im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Lichtleitfasern 30 und 32 ist, wie in Fig. 2B zu sehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Interferenzmuster ein Interferenzmuster von mechanischen Wellen, vorzugsweise ein Schallwelleninterferenzmuster. Dieses Interferenzmuster erzeugt periodische räumliche Deformationen in den Oberflächen des Kontaktsubstrats 34, die dicht an den Wellenleitern 30 und 32 anliegen und damit entsprechende Deformationen in den Wellenlei tern erzeugen. Die Phase zwischen den Aktuatoren 44 wird vorzugsweise konstant gehalten, wenn auch nicht unbedingt bei einem bestimmten Wert, so daß die räumlichen Deformationen sich nicht mit der Zeit ändern. Die Deformationen sind stark vergrößert in Fig. 2B dargestellt.
Infolge der in den Wellenleitern hervorgerufenen Deformationen wird ein Teil der Energie und des Signalinhalts, die den Wellenleiter 30 durchlaufen, auf den Wellenleiter 32 übergekoppelt und damit auf diesen übertragen.
Fig. 2B zeigt die Modenkopplung von geführten Moden des Wellenleiters 30 mit Strahlungsmoden und wiederum mit den geführten Moden des Wellenleiters 32. In diesem Fall wird die Energie, die am Ende 42 ankommt, um eine Menge, die etwas größer ist als die Energiemenge, die auf den Wellenleiter 32 übertragen wird und dessen Ende 48 erreicht, verringert. In diesem Fall arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung als Amplituden- oder Leistungskoppler.
Es ist davon auszugehen, daß die in Fig. 2A und 2B abgebildete Kopplung mehrerer Wellenleiter nicht auf zwei Wellenleiter beschränkt ist und mit einer beliebigen geeigneten Anzahl oder Konfiguration von Wellenleitern möglich ist.
Nunmehr wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die die Vorrichtung des in Fig. 1A/1B und 2A/2B gezeigten Typs mit gekrümmter Kontaktfläche 50 für den engen Kontakt mit einem Wellenleiter 52, beispielsweise einer Lichtleitfaser, zeigt. Durch eine gekrümmte Kontaktfläche 50 vergrößert sich die effektive Länge der Kontaktfläche.
Außerdem erhöht sich die Bandbreite der Vorrichtung, weil die Bandbreite in Beziehung steht zum Unterschied zwischen dem Abstand der Aktuatoren zur Mitte des Wechselwirkungsbereichs (Abstand A in Fig. 1A) und dem Abstand der Aktuatoren zum Rand des Wechselwirkungsbereichs (Abstand B in Fig. 1 A).
Gemäß Fig. 3 verringert die gekrümmte Kontaktfläche mit dem Radius A diesen Abstandsunterschied, wodurch sich die Bandbreite der Vorrichtung verbessert.
Der Fachmann wird erkennen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben dargestellten Beispiele beschränkt ist. Vielmehr ist der Schutzumfang der Erfindung in den anliegenden Ansprüchen definiert.

Claims

1. Vorrichtung zur Modenkopplung in einem Wellenleiter mit mindestens einem Wellenleiter, einem Kontaktsubstrat (14; 16, 18), welches für einen engen Kontakt mit mindestens einem Wellenleiter (10, 30, 32) sorgt, und mindestens zwei Aktuatoren (24), welche mit dem Kontaktsubstrat gekoppelt sind und welche angeordnet sind, um in dem Kontaktsubstrat ein mechanisches Welleninterferenzmuster zu erzeugen, um darin eine periodische Deformation zu produzieren,

dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wellenleiter (10, 30, 32) mehrere Wellenleiter (30, 32) aufweist und die Vorrichtung fähig ist, Energie von mindestens einem Wellenleiter zu mindestens einem anderen Wellenleiter überzukoppeln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der mindestens eine Wellenleiter (10, 30, 32) mindestens eine Lichtleitfaser umfaßt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die Vorrichtung zur Modenkopplung der Strahlungsmode von mindestens einem Wellenleiter (10, 30, 32) Energie zuführt, wodurch eine Intensitätsmodulation der darin entlangführenden Strahlung erzielt wird.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei welcher das Kontaktsubstrat (14; 16, 18) eine im wesentlichen ebene Kontaktfläche zum Verbinden mit dem Wellenleiter (10, 30, 32) bildet.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei welcher das Kontaktsubstrat (14; 16, 18) eine im wesentlichen gekrümmte Kontaktfläche zum Verbinden mit dem mindestens einen Wellenleiter (10, 30, 32) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das mechanischen Welleninterferenzmuster ein akustisches Welleninterferenzmuster ist.

7. Verfahren zur Modenkopplung in einem Wellenleiter, welches die Schritte Anordnen eines Kontaktsubstrates (14; 16, 18) in engem Kontakt mit mindestens einem Wellenleiter (10, 30, 32) und Erzeugen eines mechanischen Welleninterferenzmusters in dem Kontaktsubstrat des mindestens einen Wellenleiters umfaßt, um eine periodische Deformation darin zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wellenleiter (10, 30, 32) mehrere Wellenleiter (30, 32) umfaßt und daß der Erzeugungsschritt wirksam ist, Energie von mindestens einem Wellenleiter zu mindestens einem anderen Wellenleiter überzukoppeln.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der mindestens eine Wellenleiter (10, 30, 32) eine Lichtleitfaser ist und der Anordnungsschritt wirksam ist, die Lichtleitfaser entlang eines im wesentlichen geraden Pfades eng zu kontaktieren.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der mindestens eine Wellenleiter (10, 30, 32) eine Lichtleitfaser ist und der Anordnungsschritt wirksam ist, die Lichtleitfaser entlang eines im wesentlichen gekrümmten Pfades eng zu kontaktieren.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welchem der Erzeugungsschritt wirksam ist, Energie der Strahlungsmode von mindestens einem Wellenleiter (10, 30, 32) zuzuführen, wodurch eine Intensitätsmodulation der darin entlangführenden Strahlung erzielt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei welchem das mechanische Welleninterferenzmuster ein akustisches Welleninterferenzmuster ist.