FR2516667A1 - Dispositifs electro-optiques a ondes progressives - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES DISPOSITIFS ELECTRO-OPTIQUES. ON OBTIENT UNE ADAPTATION DE VITESSE SIMULEE ENTRE UNE ONDE OPTIQUE PROGRESSIVE ET UNE ONDE ELECTRIQUE MODULANTE PROGRESSIVE DANS UN DISPOSITIF ELECTRO-OPTIQUE CONSISTANT PAR EXEMPLE EN UN MODULATEUR, EN INTRODUISANT A DES INTERVALLES LONGITUDINAUX L-L, LE LONG DU CHEMIN DU SIGNAL ELECTRIQUE 23, 24, 25, DES MOYENS QUI PRODUISENT UN DEPHASAGE DE 180 DANS L'EFFET DU SIGNAL MODULANT SUR LE PARAMETRE ELECTRO-OPTIQUE ACTIF DES GUIDES D'ONDES OPTIQUES 20, 21. APPLICATION AUX MODULATEURS ELECTRO-OPTIQUES.

Description

251666 ?

La présente invention concerne les dispositifs

électro-optiques à ondes progressives.

Les brevets U S 4 005 927 et 4 251 130 décrivent des circuits ayant une fonction de porte, du type à vitesses adaptées Dans ces dispositifs, la fonction de porte est obtenue au moyen d'un signal électrique modulant progressif

qui se propage en synchronisme avec un signal optique.

Un problème général concernant ces portes et les modulateurs électrooptiques en général, consiste en ce que les indices de réfraction de la matière de substrat dans laquelle la porte est formée sont très différents aux deux fréquences qui interviennent, c'est-à-dire la fréquence du signal électrique et la fréquence du signal optique Il en résulte que le chemin de l'onde du signal électrique doit

être spécialement conçu pour satisfaire l'exigence d'adapta-

tion des vitesses et l'efficacité de commutation ou de modu-

lation se dégrade notablement si les vitesses des deux signaux ne sont pas soigneusement adaptées On appelle

"échappement" cette adaptation imparfaite des vitesses.

Le but général de l'invention est de surmonter la limitation due à l'échappement, sans augmenter notablement

l'importance ou la complexité de la structure d'électrodes.

Dans l'invention, on minimise l'effet d'échappement dans des dispositifs électro-optiques à ondes progressives en produisant, à des intervalles espacés longitudinalement, un déphasage de 1800 (c'est-à-dire une inversion de polarité)

dans l'effet que le signal modulant exerce sur le para-

mètre actifde tels dispositifs Ainsi, dans un modulateur à ondes progressives comprenant une paire de guides d'ondes couplés, dans lequel on commande le coefficient de couplage

en modulant la différence &F entre les constantes de propa-

gation des deux guides d'ondes, on supprime l'effet d'échappe-

ment en produisant une inversion dans le signe de &a à des intervalles spécifiés le long des guides d'ondes couplés Une inversion du signe de cette différence est effectuée de façon similaire à des intervalles longitudinaux spécifiés, dans un déphaseur dans lequel la phase relative des modes TE et TM est commandée par modulation de la différence entre les r

constantes de propagation de ces deux modes.

L'effet de l'échappement dans un convertisseur de

modes TE -+TM est minimisé en-induisant une inversion de pha-

se portant sur le signe du coefficient de couplage TE "-TM induit de façon électro-cptique, qui est le paramètre

actif modulé de façon électro-optique pour ce dispositif.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre de modes de réalisation et en se

référant aux dessins annexés sur lesquels

La figure 1 représente une porte à ondes progressi-

ves et à vitesses adaptées-de type connu; La figure 2 représente un modulateur conforme à l'invention; La figure 3 montre les variations de A te que les voient les photons qui entrent dans le modulateur à deux phases différentes du signal modulant La figure 4 montre les variations de l'amplitude du signal modulant en fonction du temps Les figures 5 et 6 montrent les directions du champ électrique dans deux intervalles adjacents le long du modulateur; Les figures 7 et 8 montrent les variations de 1 en fonction de la distance pour des photons qui entrent à des instants différents;

La figure 9 montre un déphaseur conforme à l'inven-

tion; -

La figure 10 montre un convertisseur de mode con-

forme à l'invention; La figure 11 montre la réponse amplitude-fréquence de dispositifs ayant différents nombres de sections; et La figure 12 montre une autre configuration d'électrodes. Modulateurs Le fonctionnement du modulateur à vitesses adaptées connu représenté sur la figure icomme celui,du modulateur de la figure 2,est basé sur la commande du rendement de transfert entre une paire de chemins d'ondes couplés Dans un but d'explication et d'illustration, on considérera des j 1

signaux électriques et optiques et des chemins d'ondes élec-

triques et optiques Il faut cependant noter que les princi-

pes de l'invention s'appliquent également à n'importe quels

systèmes de chemins d'ondes en interaction.

De plus, une telle interaction peut avoir lieu à n'importe quelle fréquence En ayant ceci à l'esprit, on va maintenant considérer la figure 1 qui représente une porte à vitesses adaptées connue, du type décrit dans le brevet U S 4 251 130 précité La porte comprend un coupleur directionnel optique qui comporte une paire de guides d'ondes diélectriques 11 et

12, pratiquement identiques, encastrés dans un substrat élec-

tro-optique_ 13 ayant un indice de réfraction inférieur Les guides sont couplés sur un intervalle L, et le coefficient

de couplage par unité de longueur, k, et l'intervalle de cou-

plage L sont liés par la relation k L Ir l/2 ( 1 Des moyens de modulation destinés à faire varier le rendement de transfert entre les guides comprennent une paire d'électrodes 14 et 15 qui sont respectivement situées

directement au-dessus des guides d'ondes optiques 11 et 12.

Les électrodes forment une ligne de transmission électrique qui est terminée à son extrémité de sortie par une résistance 16 dont la valeur est égale à l'impédance caractéristique de la ligne, et qui est excitée à son extrémité d'entrée par une

source de signal 17.

En l'absence de signal électrique modulant prove-

nant de la source 17, les constantes de propagation ( 51 et

2 des deux guides d'ondes 11 et 12 sont égales Il en résul-

te qu'un signal optique Pl, appliqué à une extrémité du guide 11, est complètement couplé au guide d'ondes 12 Cependant, si un champ électrique est appliqué entre les électrodes, les

constantes de propagation Pl et 2 sont perturbées locale-

ment à cause de l'effet électro-optique Ainsi, en tout point x le long du coupleur, la constante de propagation varie en fonction du temps t Si on suppose que le signal électrique est un signal sinusoidal de période T, la différence entre r 251666 les constantes de phase, A,est donnée par la relation = - sin _ _ t> ( 2) X= 1 -2 AÀ O T Vrf dans laquelle iy est la longueur d'onde en espace libre pour le signal optique; V N est la vitesse de phase du signal électri- que; et

An est la variation maximale d'indice intro-

duite par le champ électrique dans chacun des guides. La perturbation représentée par l'équation ( 2) se propage le long des chemins d'ondesoptiques en compagnie du

signal optique Dans le coupleur à vitesses adaptées, la per-

turbation et le signal optique se propagent à la même vitesse.

Par conséquent, la lumière qui entre dans le système à n'importe quel instant particulier voit toujours-la même différence de constantes de propagation; En particulier, la lumière qui entre à un instant auquel la tension modulante est zéro voit un Ap qui est et demeure égal à zéro, ce qui entra;ne un transfert d'énergie complet entre les chemins d'ondes A tous les autres instants, hp a une certaine valeur finie, ce qui fait que le transfert de la lumière incidente

est incomplet.

Si au contraire les ondes électriques et optiques ne sont pas synchronisées, les photons qui entrent dans le coupleur voient un Ap qui change constamment Cependant, par une conception appropriée du coupleur, on peut utiliser cet effet pour produire un coupleur à Et alternatif du type décrit dans l'article de H Kozelnik et R V Schmidt intitulé "Switched Directional Couplers with Alternating A(h", publié dans le numéro de juillet 1976 de la revue IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol QE-12, N O 7, pages 396-401 Dans tous les cas, on doit établir des conditions dans lesquelles

le rendement de couplage est commandé en fdnction du temps.

Le-modulateur de la figure 2 procure un moyen pour commander le transfert de la puissance de signal entre des Ii i I i i i i i j guides couplés dans un dispositif à ondes progressives et à vitesses désadaptées, en modelant le chemin d'ondes du signal électrique de façon à introduire l'équivalent d'un changement

de phase de 1800 (inversion) dans an à des intervalles espa-

cés appropriés, le long du chemin d'ondes du signal modulant. Ceci a pour effet de s'opposer aux effets d'échappement entre l'onde optique et l'onde modulante qui résultent de la désadaptation des vitesses Autrement dit, les inversions de phase simulent une adaptation des vitesses dans la mesure o le Et 1, bien que n'étant pas constant sur l'intervalle dé couplage, conserve au moins le même signe pour les photons qui entrent dans le système pour une phase particulière du signal modulant Par conséquent, il existe une contribution additive provenant de chaque intervalle, pour des signaux ayant des phases appropriées, alors que dans le cas contraire

l'échappement produirait un effet d'annulation.

Sur la figure 2, qu'on va maintenant considérer, les inversions de phase décrites ci-dessus sont obtenues par une configuration particulière d'électrodes Comme dans l'art antérieur, les guides d'ondes couplés 20 et 21 consistent en

une paire de régions de guidage d'ondes optiques, pratique-

ment identiques et parallèles, encastrées dans un substrat 22 ayant un indice de réfraction inférieur Trois électrodes conductrices 23, 24 et 25 sont placées sur le substrat et les guides d'ondes optiques et elles s'étendent dans la même

région le long d'un intervalle L des chemins d'ondes opti-

ques, cet intervalle L étant l'intervalle de couplage défini

par l'équation ( 1).

Dans ce modulateur, les électrodes comprennent une

électrode intérieure en méandres 23 et deux électrodes exté-

rieures en forme de doigts, 24 et 25, qui forment ensemble

une ligne de transmission en bande de type coplanaire.

L'électrode intérieure forme des méandres de façon à s'étendre alternativement sur chacun des chemins d'ondes optiques 20 et 21, et les transitions latérales ax>t lieu à des intervalles longitudinaux uniformément espacés -C Oo qu'on appelle longueur de cohérence, donnés par la relation à- -a

, ( 3-1

rf V "' = 2 nrf 1 i ( 3)

dans laquelle \ rf est une longueur d'onde électrique spéci-

fiée en espace libre; nrf et V sont respectivement l'indice de rf rfs réfraction effectif et la vitesse de propaga- tion à cette longueur d'onde; et VO est la vitesse de propagation du signal optique. Les électrodes extérieures en forme de doigts 24 et 25 sont positionnées le long de l'intervalle de couplage

de façon que les doigts des électrodes respectives s'éten-

dent sur les parties des chemins d'ondes optiques qui ne sont pas recouvertes par l'électrode intérieure Par exemple, le long du premier intervalle l, l'électrode intérieure 23 s'étend sur le chemin d'ondes 21 Par conséquent, le doigt 24-1 de l'électrode 24 s'étend sur la partie correspondante de l'autre chemin d'ondes, 20 Le long du second intervalle, 22, l'électrode intérieure 23 s'étend sur le chemin d'ondes et le doigt 25-1 de l'électrode 25 s'étend sur la partie

correspondante du chemin d'ondes 21.

Pour confiner le champ électrique à la région des chemins d'ondes optiques, l'espace d 1 entre l'électrode intérieure 23 et le doigt adjacent est très inférieur à l'espace d 2 entre l'électrode intérieure 23 et la partie

correspondante de l'autre électrode Les transitions elles-

mêmes sont réalisées de façon aussi abrupte que possible_ Il faut également noter que dans un modulateur optique caractéristique, la dimension d 1 n'est que de quelques

microns, ce qui est inférieur de plusieurs ordres de gran-

deur à la longueur d'onde du signal électrique modulant.

Les ondulations des électrodes constituent ainsi une pertur-

bation négligeable le long du chemin de propagation du signal modulant. Comme on l'expliquera ci-après de façon plus détaillée, la longueur des premier et dernier intervalles a M d'électrodes peut avoir n'importe quelle valeur inférieure à 0, dont la valeur est donnée par l'équation ( 3) D'autre j part, les intervalles restants ï 2 e 3 sont tous égaux à to Cependant, pour les besoins de l'explication, on suppose I ra que tous les intervalles sont égaux à 20 1 a ligne de transmission formée par les électrodes J est excitée à son extrémité d'entrée par une source de signal

et elle est terminée à son extrémité de sortie par une impé-

dance 31, 32 égale à son impédance caractéristique l Comme expliqué cidessus, en l'absence d'un signal t modulant provenant de la source de signal 30, les constantes I de propagation Pl et P 2 des guides d'ondes optiques respec t tifs 20 et 21 sont égales et constantes sur la totalité de

l'intervalle de couplage L Par conséquent, un signal opti-

que Pl appliqué à une extrémité du guide d'ondes 20 est com I plètement transféré vers le second guide d'ondes 21 et il I sort à l'extrémité de ce dernier sous la forme d'un signal P 2 avec P 2 = P Cependant, si les électrodes sont excitées, le champ électrique résultant qui se propage le long des électrodes perturbe localement les constantes de propagation

Pl et P 2 ' à cause de l'effet électro-optique Ainsi, à cha-

que point le long du coupleur, les constantes-de propagation

des deux guides d'ondes optiques varient en fonction du temps.

Plus précisément, du fait que les champs électriques dans les deux guides d'ondes sont dirigés dans des directions opposées,

les deux constantes de propagation sont affectées différem-

ment De façon caractéristique, l'une est augmentée tandis

que l'autre est diminuée, par rapport à leurs valeurs en pré-

sence d'un champ nul Par conséquent, le transfert de puis-

sance résultant entre les deux guides d'ondes, qui varie en fonction de l'intégrale de la différence entre les constantes

de phase Ap 3 Pl ('2, est modulé par le signal électrique.

Comme expliqué ci-dessus, dans la porte à vitesses adaptées, le Et que voient les photons entrants' dans le guide

d'ondes d'entrée demeure constant sur la totalité de l'inter-

valle de couplage, dans la mesure o l'onde optique et l'onde modulante se propagent en synchronisme Dans le cas d'une l i 8 désadaptation des vitesses, les deux ondes-ne se propagent

pas en synchronisme, ce qui produit un effet d'échappement.

Dans le cas présent, dans lequel l'onde optique se propage plus rapidement que le signal électrique, les photons qui entrent à un instant quelconque tendent à rattraper l'onde électrique qui se propage Il en résulte qu'en l'absence de moyens de compensation, les variations du champ électrique, et les variations induites de tp que voient les photons, en fonction de la distance le long du coupleur, varient de la manière représentée par les courbes 40 et 41 sur la figure 3 La variation particulière de dé qui est représentée par la courbe 40 concerne des photons qui entrent à l'instant auquel le signal de modulation est à une amplitude nulle, ce qui correspond à la courbe 50 sur la figure 4 Du fait que le signal optique se propage plus rapidement que le signal électrique, ces photons rattrapent des parties du signal modulant appliqué précédemment qui sont représentées par la partie -t de la courbe 50 En particulier, dans un

intervalle 2 î, les photons voient un cycle complet de ten-

sion modulante et les variations correspondantes de AP, la longueur to étant donnée par l'équation ( 3) On notera que pour un signal modulant sinusoïdal, Aé change de signe dans

cette période spatiale.

Une variation similaire de AM se produit pour des photons qui arrivent à d'autres instants pendant le cycle du signal modulant, comme l'indique la courbe 41 sur la

figure 3 Ceci est équivalent à un déphasage du signal modu-

lant, comme il est représenté par la courbe 51 sur la figure 4. Les deux courbes 40 et 41 de-la figure 3 illustrent

l'effet de l'échappement sur A< 3 Dans la mesure o le rende-

ment de transmission est fonction de l'intégrale de P sur l'intervalle de couplage, on voit que l'effet résultant-d'un Q alternatif est de minimiser la valeur intégrée de, et donc de la transmission, le rendement de transmission Y étant le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée, mesurées le long du même chemin d'ondes En se référant à la figure 2, on a pg I 8P 3 ( 4) j Pour augmenter il est nécessaire de maximiser I l'intégrale de O i On effectue ceci en inversant l'effet du champ électrique sur A< Ainsi, chaque fois qu'un changement 1 de signe de &P se produirait, c'est-à-dire serait vu par un photon entrant dans le système à un instant déterminé, on repositionne les électrodes de façon à maintenir la même direction du champ électrique dans la matière électro-optique, ce qui maintient la meme polarité de A 3 Ceci est représenté sur les figures 5 et 6 qui montrent des coupes du coupleur

dans une paire d'intervalles adjacents Par exemple, la figu-

re 5 montre les électrodes et la distribution du champ élec-

trique tels qu'ils apparaîtraient le long du premier inter-

valle t 1 ' lorsque l'électrode intérieure 23 est positive par rapport aux électrodes en forme de doigts 24 et 25 Le champ I s'étend essentiellement à partir de l'électrode 23, descend dans le guide d'ondes optiques 21 et traverse ce dernier,

puis remonte en traversant le guide d'ondes 20 vers l'élec-

trode 24 Dans l'intervalle suivant Q 2 ' la phase du-champ électrique, telle que la voient les mêmes photons, s'est inversée, comme indiqué sur la figure 3, à cause de l'échappement Ainsi, l'électrode intérieure est maintenant négative par rapport aux électrodes en forme de doigts, comme indiqué sur la figure 6 Cependant, du fait que dans l'intervalle g 2 l'électrode intérieure a été déplacée du

guide d'ondes 21 vers le guide d'ondes 20, tandis que l'élec-

trode en forme de doigts 25 s'étend maintenant sur le guide d'ondes 21, la direction du champ électrique dans les guides d'ondes respectifs demeure la même, c'est-à-dire quielle est

descendante dans le guide d'ondes 21 et montante dans le gui-

de d'ondes 20 En ce qui concerne d P, sa valeur est la même que si la phase du champ électrique le long des électrodes avait été inversée, ce qui donne la courbe de A S 70 représentée sur la figure 7 On notera en particulier qu'en ce qui concerne les photons qui entrent dans le système lorsque l'amplitude du signal modulant est égale à zéro, ap ne change pas de signe sur la totalité de l'intervalle de couplage Ceci a pour-résultat de maximiser l'intégrale de I Bet donc de maximiser le rendement de transmission Ainsi,

en ce sens, on a simulé une adaptation des vitesses -

D'autre part, les photons qui entrent dans le système lorsque l'amplitude du signal modulant est maximale

voient la distribution de f qui est représentée sur la figu-

re 8, qui comprend des intervalles positifs et négatifs égaux.

Dans ce cas, la valeur intégrée de A est égale à zéro et le rendement de transmission, défini par la relation ( 4) est faible, de façon correspondante Pour d'autres phases du signal modulant, le rendement de transmission varie entre zéro et un maximum On réalise donc une modulation de l'onde optique. Déphaseur

On peut également utiliser les principes de l'inven-

tion pour s'affranchir de l'effet d'échappement dans un dépha-

seur Dans un tel dispositif, le paramètre fonctionnel modulé

de façon électro-optique est la différence entre les constan-

tes de phase des modes de propagation d'ondes TE et TM La figure 9, qu'on considérera maintenant, montre un déphaseur comprenant une bande de guidage d'ondes optiques 60-encastrée dans un substrat 61 en une matière biréfringente ayant un indice de réfraction inférieur, et des moyens destinés à moduler 'les constantes de propagation relatives des deux modes par l'effet électro-optique Dans le déphaseur de la figure 9, cette modulation est effectuée au moyen d'une paire

d'électrodes conductrices en forme de doigts, 62 et 63, pla-

cées sur le substrat et la bande de guidage d'ondes Les électrodes s'étendent conjointement sur un intervalle L du chemin d'ondes optique et elles sont disposées les unes par rapport aux autres de façon que les doigts 62-1, 62-2 62-N de l'électrode 62 et les doigts 63-1, 63-2 63-N soient interdigités La largeur o de chaque doigt, dans la

direction de propagation des ondes, est donnée par l'équa-

tion ( 3).

La ligne de transmission formée par les électrodes est excitée à son entrée par une source de signal 64 et elle g

est terminée à son autre extrémité par une impédance 65 éga-

j

le à son impédance caractéristique.

Pendant le fonctionnement, un signal optique de i polarisation arbitraire, se propageant le long de la bande 60, peut être décomposé en deux composantes TE et TM polarisées de façon orthogonale Pour une matière consistant en un cristal en coupe z, le déphasage pour chacun des modes est proportionnel à l'intégrale de té sur l'intervalle L l t A TE 'y r 13 Ez; avec: ABTM r 33 Ez; ( 5) rr 13 et r 33: coefficients électro-optiques; et et Ez: composante de direction z du signal modulant

à l'intérieur de la bande 60.

Les figures 7 et 8 et la description qui précède

montrent que le déphasage est maximal pour des photons qui entrent aux points de passage par zéro du signal modulant et qu'il est nul pour ceux qui entrent un quart de cycle plus tard Par conséquent, on peut moduler le déphasage résultant par le signal électrique On peut ensuite convertir cette modulation de phase en modulation d'intensité par l'utilisation de polariseurs appropriés placés avant et après le déphaseur Selon une variante, on peut utiliser avec le déphaseur un circuit à guide d'ondes du type interféromètre,

pour effectuer une modulation d'intensité.

Convertisseur de modes La figure 10 illustre l'application des principes de l'invention à un convertisseur de modes TE e Z 4 du type décrit, par exemple, dans le brevet U S 3 877 782 Le con vertisseur de modes comprend de façon caractéristique une bande de guidage d'ondes 70 encastrée dans un substrat 71 en une matière électro-optique ayant un indice de rétraction inférieur Deux électrodes 72, 76 sont disposées de façon v A< appropriée le long d'une partie L de la bande 70 Une source de signal de modulation 74 est connectée à une extrémité des électrodes, et une impédance de terminaison adaptée 75 est

connrectée à l'autre extrémité.

Du fait des différences entre les indices de

réfraction que voient les deux modes, on utilise des électro-

des en forme de doigts pour produire une coïncidence de phase entre les modes optiques TE et TM, et la période spatiale, *, des doigts est donnée prar la relation

+ -NTETM A ( 6)

dans laquelle: est la longueur d'onde de la fréquence optique intéressante; et NTE et NTM sont les indices de réfraction

effectifs vus par les modes TE et TM.

Selon la coupe de la matière du substrat, les doigts des électrodes sont soit interdigités, soit disposés

face à face, comme le montre la figure 10.

Dans un convertisseur de mode classique, dans lequel une différence de potentiel uniforme est appliquée entre les électrodes, la période spatiale A des doigts des électrodes est de façon caractéristique uniforme sur toute la longueur des électrodes, bien qu'une certaine variation spatiale de largeur puisse 8 tre incorporée à titre de

moyens pour élargir la bande de réponse du convertisseur.

Cependant, dans un convertisseur de modes à ondes progressi-

ves, dans lequel les signaux optiques et électriques n'ont pas des vitesses adaptées, on doit tenir compte du problème supplémentaire associé à l'échappement En particulier, comme dans le cas du modulateur et du déphaseur, du-fait que le signal optique qui se propage le plus rapidement rattrape le signal électrique se propageant plus lentement, il y a des inversions de polarité successives dans le champ électrique à des intervalles i, comme le montre la figure 3, et des inversions correspondantes dans l'effet électro-optique résultant Ainsi, en l'absence de mesure cdrrective, toute Is 3 conversion de modes ayant eu lieu dans le premier intervalle e serait annuléepar la conversion de modes dans le second

intervalle 52 Pour empêcher ceci, on introduit à des inter-

valles appropriés le long des électrodes l'équivalent d'un changement de phase de 180 (inversion) dans l'effet du

champ modulant sur le coefficient de couplage de mode à mode.

Dans le mode de réalisation considéré à titre d'exemple, la composante du coefficient de couplage qui est en coincidence de phase est ko exp (j 2 Trz/A) Pour compenser l'inversion de polarité du champ électrique, on effectue une inversion de compensation dans le coefficient de couplage en introduisant un espace supplémentaire 72-l, 73-1, 72-2, 73-2, égal à A/2, à la suite de chacun des intervalles -l' 2 Lorsque ceci 1 2 suecc

est effectué, le coefficient de couplage dans chaque inter-

valle successif est l'opposé de ce qu'il serait en l'absence de l'espace ajouté Ainsi: 1-27 W ( 2 r koexp (z + = k exp ( 7)

ce qui procure la compensation désirée.

Il faut noter que l'écartement entré doigts A est très inférieur à la longueur de cohérence o Ainsi, bien qu'on ait représenté trois doigts dans chacun des intervalles

e 12 2 et,3 ' il y en a en général beaucoup plus de trois.

On notera également que Qo peut ne pas 8 tre un multiple entier exact de A Dans ce cas, on choisit la valeur de t O

la plus proche d'un nombre entier de longueursd'onde spatia-

les Ceci correspond à une très faible variation de la lon-

gueur d'onde nominale du signal modulant rf' Dans le mode de réalisation représenté à titre

d'exemple sur la figure 10, chaque intervalle l,' e 2 se ter-

mine par un espace et, par conséquent, un espace est ajouté pour donner la demi-période spatiale suppl fentaire On notera cependant que si les intervalles se terminaient par un doigt, la demi-période ajoutée serait obtenue par l'ajout

d'un doigt supplémentaire.

On peut obtenir une mesure quantitative du fonction-

_ 4 nement des dispositifs décrits ci-dessus en exprimant la tension modulante E(z,t) en fonction de la distance z, le long des électrodes du modulateur, et du temps t, sous la forme suivante: E(z,t) = Eo sin (kz W t 0) ( 8) dans laquelle E est l'amplitude maximale du signal modulant; oet et: 21 rnrf k =Krf En notant également que ÀXrffrf rf nrf et m = 2 ufrf on obtient: E(z,t) = Eo in 2 frf ( t Vrf + 0 rf Vrf ( 9) Les photons qui entrent à l'instant to auront atteint un point z le long des électrodes à un instant t donné par la relation: z = Vo(t to) O o ( 10) En reportant dans l'équation ( 9) la valeur de t donnée par I'équation ( 10), on obtient: Erzjto) ( 1 E(z, o) = E O sin 2 iff iz ( O l Dans la mesure o l'effet électro-optique qui agit est proportionnel à la tension des électrodes, l'équation ( 11) constitue également une mesurelde la perturbation vue

par ces photons Pour que les photons ne voient pas de chan-

gement dans le signe de l'effet électro-optique pendant leur propagation, il faut que le signe de E(z,to) ne s'inverse

pas lorsque z varie En choisissant l'origine de la coordon- née temps Je façon que O = O et en considérant les photons qui entrent à

ta = O, l'équation ( 11) se réduit-à: i ô)_)Z E(Z,3)-1 =,si N '2 rf rf F 0 rf O rf ( 12) E(z,o) ne changera pas de signe si: 2 rf ( 1 V 1 < V rf o ( 13) ou 2 frf (V 1 Vrf -1 ) o ( 14) En notant que: Vrf frf on obtient: z < 2 o o -i -rf 1 2 nrf O J I v ( 15) qui est l'expression de la longueur de-cohérence donnée

par l'équation ( 3) ci-dessus et confirme ce qu'on a démon-

tré en relation avec les figures 7 et 8 Ainsi, pour l'inter-

valle de transition P Ospécifié, il n'y a pas d'inversion du signe de p ou de k pour les photons quientlit aux points de passage par zéro du signal modulant Plus précisément, pour la longueur d'onde RF, rf' correspondant à o' l'effet d'échappement entre les signaux optiques et RF

n'est pas important pour des longueurs d'électrodes infé-

rieures ou égales à -2 O' Si on prend pour le champ l'équation ( 11), avec une certaine valeur fpour frf représentant la fréquence réelle du signal modulant, et si on introduit des inversions de polarité à des intervalles o' en calculant O à partir de l'équation ( 15), avec une valeur fo pour frf représentant la valeur nominale de la fréquence modulante, on peut déduire une indication de la profondeur de modulation effective par I r I I i I I I I I I l I I I I i i j j j I l

__ _a -

f _ 16 intégration sur la longueur d'électrodes totale, L Ceci donne les deux équations suivantes:

(a) pour un nombre pair d'intervalles d'inversion (c'est-à-

dire L o(n+l), N étant un entier impair): Edz = cos (n+l)a Co S l 2 Trft (n+l)cal ( 16)

f Edz cos ao -

(b) pour un nombre impair d'intervalles d'inversion (c'es-à-

dire L = o(n+l), N étant un entier pair): i ^ Eolo {sin na sin(n+l)a} sin C 2 wft O (n+l)a J ( 17) avec a =irf/2 fo On notera également que chacune des équations ( 16) et ( 17) contient un terme d'amplitude qui est fonction de la fréquence modulante f, un terme variant dans le temps qui est une reproduction du signal modulant et un déphasage qui est fonction de la fréquence de modulation f/f On notera

également que pour t 4 f " et f=f 0,cequiest la condi-

tion représentée sur la figure 8, la valeur intégrée de

est égale à zéro, comme le montre la figure.

La figure 11 montre les variations de la réponse

en amplitude en fonction de la fréquence de modulation nor-

malisée, f/f o, pour des dispositifs ayant 2, 4 et 8

sections Elle montre également les résultats pour une élec-

trode de longueur 2 O sans inversion de phase de compensa-

tion de l'échappement Comme on peut le voir, l'augmentation du nombre de sections a pour effet de décaler la bande de modulation d'une caractéristique passe-bas en l'absence d'inversions de phase, à une caractéristique passe-bande centrée sur la fréquence fo Pour le cas incorrect, on ne o peut obtenir aucune modulation optique à f=fo Cependant,

en utilisant l'électrode proposée, lorsque le nombre de sec-

tions augmente, la réponse en amplitude augmente tandis que la largeur de bande de modulation diminue On parvient donc au but désiré Les longueurs ajoutées permettent d'utiliser des tensions de modulation inférieures sans nécessiter une

diminution de la fréquence du signal modulant.

17 j

Dans le modulateur de la figure 2, les deux élec-

Qrodes extérieures 24 et 25 sont représentées et décrites

comme étant des électrodes en forme de doigts De façon simi-

laire, les électrodes 62 et 53 dans le déphaseur de la figure 9 sont représentées et décrites comme étant des électrodes en forme de doigts On peut cependant supprimer des parties de ces électrodes, et bien que cette suppression modifie leur aspect, elle n'affecte pas leur fonctionnement Par exemple, la figure 12 montre des électrodes 62 et 63 dans lesquelles les parties hachurées 62-1, 62-2, 63-1 et 63-2 ont été supprimées, ce qui convertit les électrodes d'une

paire d'électrodes en formede doigts en une paire d'électro-

des en méandres de largeur uniforme En ce qui concerne l'invention, ces deux formes sont équivalentes et illustrent le fait que l'invention peut être mise en oeuvre en employant

diverses configurations d'électrodes.

Dans ce qui précède, on a supposé pour les besoins

de la description que tous les intervalles étaient de lon-

gueur égale e On a cependant indiqué que le premier et le dernier intervalles pouvaient être inférieurs ou égaux à t Si par exemple le premier intervalle est inférieur à o

l'effet est équivalent à un déphasage dans le signal modu-

lant, comme l'indique l'axe vertical décalé 42 et 43 sur les figures 3 et 7 De façon similaire, si le dernier intervalle est inférieur à g l'effet consiste en une terminaison de l'intervalle d'interaction à un point indiqué par l'axe 44 sur la figure 7 Les dispositifs fonctionnent cependant à

tous autres égards de la manière décrite ci-dessus.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS

   I Dispositif électrc-optique à ondes progressives

   comprenant un ou plusieurs guides d'ondes optiques et un gui-

   de d'ondes électrique couplé au guide d'ondes optique, ou aux guides d'ondes optiques, pour moduler localement, par l'effet

   électro-optique, un paramètre du ou des guides d'ondes opti-

   ques, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 24-1, -1; 62-1,63-1, 62-2,63-2; 72-1,72-2,73-1,73-2) destinés à produire des déphasages de 180 dans la modulation de ce

   paramètre à des intervalles espacés en direction longitudi-

   nale (Q 1 5; 0) le long du ou des guides d'ondes opti-

   ques.
2. 2 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le guide d'ondes électrique comprend un ensemble

   d'électrodes formant une ligne de transmission plane en ban-

   des, caractérisé en ce que les moyens qui produisent des-

   déphasages de 180 consistent en déplacements transversaux

   des électrodes par rapport au ou aux guides d'ondes optiques.
3. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

   tiens 1 ou 2, consistant en un déphaseur, dans lequel le ou les guides d'ondes optiques consistent en un guide d'ondes optique comprenant une bande encastrée dans une matière électro-optique ayant un indice de réfraction inférieur, caractérisé en ce que le guide d'ondes électrique comprend deux électrodes ( 62, 63) qui s'étendent alternativement sur

   des longueurs successives de la bande ( 60).
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des-revendi-

   cations 1 ou 2, consistant en un modulateur, dans lequel le

   ou les guides d'ondes optiques comprennent une paire de gui-

   des d'ondes optiques couplés, caractérisé en ce que le guide d'ondes électrique comprend une électrode centrale ( 23) située entre une paire d'électrodes extérieures ( 24, 25) formant une ligne de transmission en bande qui s'étend dans le direction longitudinale des guides d'ondes optiques ( 20, 21), l'électrode centrale ( 23) ayant une configuration en méandres qui s'étend alternativement sur des longueurs des

   guides d'ondes optiques ( 20, 21).

   Il Dispositif selon la revendication 1, consistant en un convertisseur de modes TE Z TM dans lequel le ou les guides d'ondes optiques consistent en un seul guide d'ondes optique et le guide d'ondes électrique comprend une paire d'électrodes ayant chacune des doigts espacés avec une cer-

   taine période, caractérisé en ce que les moyens qui produi-

   sent des déphasages de 180 dans la modulation du paramètre consistent en déphasages de 180 ( 72-1, 72-2, 73-1, 73-2)

   dans la périodicité des doigts.

   e