ITMI950771A1

ITMI950771A1 - Dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda

Info

Publication number: ITMI950771A1
Application number: IT95MI000771A
Authority: IT
Inventors: Steffen Schmid; Sergio Bosso
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 1996-10-14
Also published as: TW295634B; KR960039480A; AR001614A1; HU216560B; CN1100272C; CN1160854A; NO961471D0; MY112749A; IT1273563B; EP0737880A1; US5781669A; NO961471L; CZ288701B6; AU5060496A; JPH08297265A; HUP9600977A2; HU9600977D0; HUP9600977A3; PL180680B1; CZ107196A3

Abstract

Dispositivo acusto - ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda, comprendente un substrato in materiale birifrangente e fotoelastico, sul quale sono ricavati: un primo ed un secondo stadio di rotazione del piano di polarizzazione di un segnale ottico in un primo intervallo di lunghezze d'onda, in cui ciascuno stadio comprende almeno una guida d'onda ottica percorsa dal segnale; almeno una guida d'onda ottica, collegante i due stadi, recante un singolo polarizzatore, costituito da un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente; ed almeno una guida d'onda ottica, a valle di detto secondo stadio, recante un polarizzatore.

Description

"Dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda"

DESCRIZIONE

Forma oggetto della presente invenzione un dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda.

Il funzionamento di un dispositivo acusto-ottico in guida d'onda è basato sull'interazione fra segnali luminosi propaganti in guide d'onda ottiche ricavate su un substrato in materiale birifrangente e fotoelastico ed onde acustiche propaganti alla superfìcie del substrato, generate tramite appositi trasduttori.

Tale dispositivo è in particolare impiegabile come filtro ottico. Controllando la frequenza delle onde acustiche è possibile sintonizzare la curva di risposta spettrale del filtro, il che io rende adatto, ad esempio, per la separazione dei canali in un sistema di comunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, per sintonizzare la lunghezza d'onda di emissione nella cavità di un laser o per rigenerare la forma degli impulsi in un sistema di comunicazione ottica ad impulsi.

In un sistema di telecomunicazione ottica con trasmissione del tipo a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda si inviano più canali, ovvero più segnali di trasmissione indipendenti tra loro, nella stessa linea, costituita di solito da una fibra ottica, mediante multiplazione in lunghezza d'onda ottica. I canali trasmessi possono essere sia digitali sia analogici e si distinguono fra loro perché ciascuno di essi è associato ad una lunghezza d'onda specifica. Per separare di nuovo i singoli canali sono necessari filtri in grado di trasmettere una banda di lunghezze d'onda centrata sulla lunghezza d'onda di un canale e sufficientemente stretta da bloccare i canali adiacenti. Filtri sintonizzabili, in particolare, consentono di modificare la selezione dei canali e quindi di riconfigurare il sistema, senza variare il cablaggio dei componenti.

Ad un tale impiego si prestano in particolare i filtri acusto-ottici. Essi consentono anche la selezione contemporanea di diversi canali: se l'onda acustica propagante alla superficie del substrato è la sovrapposizione di onde acustiche a frequenze differenti, il filtro presenta una banda passante corrispondente all'insieme di diversi intervalli di lunghezze d'onda, determinati dalle frequenze delle onde acustiche. Scegliendo opportunamente tali frequenze è possibile controllare la banda passante del filtro in modo che esso trasmetta solo le lunghezze d'onda desiderate, corrispondenti ai canali prescelti.

Un filtro acusto-ottico in guida d'onda planare con risposta indipendente dalla polarizzazione è presentato nell'articolo di D.A. Smith et al. pubblicato su Applied Physics Lettere, voi. 56, n. 3, 15/01/90, pag. 209-211. Il dispositivo (figura 1A) comprende, su di un substrato in LiNb03, un accoppiatore di polarizzazione, che separa le componenti TE e TM del segnale incidente, due convertitori di polarizzazione acusto-ottici, operanti in parallelo sulle due componenti, ed un accoppiatore di polarizzazione, che ricombina i segnali.

La curva spettrale di trasmissione del dispositivo presenta un picco centrale, con ampiezza di banda di 1,3 nm, e dei lobi laterali. La teoria (riportata, per esempio, in H. Herrmann et al., Electronics Lettere, voi. 28, n.11, 21/05/92, pag. 979-980) indica che, nei filtri dei tipo di quello descritto neN'articolo, il primo lobo laterale non è inferiore al limite teorico di -9,4 dB.

H filtro descritto nell'articolo ha un unico stadio di interazione acusto-ottica. Filtri di questo tipo forniscono un'attenuazione alle lunghezze d'onda esterne alla banda trasmessa insufficiente per le applicazioni citate in precedenza.

Nell'attraversare il filtro descritto, inoltre, le componenti alle due polarizzazioni subiscono una variazione della lunghezza d'onda, diversa per le due componenti, per effetto dell'interazione con l'onda acustica.

Ε' possibile realizzare filtri acusto-ottici dotati di un secondo stadio filtrante sullo stesso substrato in materiale birifrangente e fotoelastico: dispositivi a doppio stadio presentano una curva di risposta spettrale caratterizzata da una maggiore attenuazione all'esterno della banda passante rispetto ai filtri a singolo stadio e con da lobi laterali di trasmissione ridotti. Nei dispositivi a due stadi, inoltre, il secondo stadio può compensare la variazione della frequenza ottica, di una quantità pari alla frequenza dell'onda acustica, che si realizza nel primo stadio, ripristinando la frequenza iniziale.

Un filtro acusto-ottico integrato a doppio stadio in guida d'onda planare è presentato nel brevetto US 5.381.426, a nome della Richiedente (figura 1B); è previsto per l'impiego come filtro pilotabile di selezione in lunghezza d'onda all'Interno della cavità di un laser a concatenamento modale attivo.

Il brevetto US 5.002.349, a nome Cheung et al., descrive un dispositivo acusto-ottico integrato in guida d'onda planare su un substrato in LiNb03. In una versione, raffigurata nella figura 2A, tale dispositivo è realizzato allineando sullo stesso substrato due filtri acusto-ottici con risposta indipendente dalla polarizzazione, comprendenti ciascuno due divisori di polarizzazione in guida d'onda, rispettivamente per separare e ricombinare le due componenti TE e TM prima e dopo gli stadi di interazione acusto-ottica. Per calibrare la proprietà di separare le polarizzazioni, ciascuno dei divisori di polarizzazione è fornito di elettrodi; per ogni divisore di polarizzazione viene eseguita una regolazione indipendente tramite tali elettrodi.

La Richiedente ha rilevato che l'attenuazione subita dai segnali ottici nell'attraversare tale dispositivo è circa il doppio che per un dispositivo a singolo stadio, a seguito dei quattro passaggi per i divisori di polarizzazione.

La Richiedente ha osservato anche che la presenza degli elettrodi di calibrazione rende il dispositivo complicato e rende necessari dei circuiti elettrici di regolazione e controllo.

Inoltre, in assenza degli elettrodi la trasmissione di ogni divisore, oltre che dalla polarizzazione, presenterebbe una dipendenza dalla lunghezza d'onda leggermente diversa, a seguito delle tolleranze costruttive: per ogni divisore sarebbe leggermente diverso l'intervallo di lunghezze d'onda corrispondenti ad una bassa attenuazione della componente di polarizzazione trasmessa. Ponendo più divisori in serie la banda di bassa attenuazione complessiva si riduce all'intersezione degli intervalli di bassa attenuazione di ogni singolo divisore. Per la presenza di quattro divisori di polarizzazione in serie, il dispositivo presenterebbe un'attenuazione eccessiva o quanto meno un intervallo di sintonizzazione limitato rispetto alle necessità delle applicazioni elencate in precedenza.

La lunghezza totale del dispositivo descritto, inoltre, è almeno doppia rispetto a quella di un dispositivo a singolo stadio, raggiungendo un ingombro crìtico nei confronti delle dimensioni limitate dei substrati in LiNb03 più comunemente disponibili.

Un filtro acusto-ottico integrato a doppio stadio in guida d'onda planare con risposta indipendente dalla polarizzazione è presentato inoltre nell'articolo di F. Tian et al., apparso sulla rivista Journal of Lightwave Technology, voi. 12, n. 7, luglio 1994, pag. 1192-1197. Esso (figura 2B) comporta, su di un substrato in LiNb03, due filtri a singola polarizzazione, con polarizzazioni ortogonali fra loro, operanti in parallelo e due accoppiatori/divisori di polarizzazione, per separare e per ricombinare le componenti del segnale ottico secondo le due polarizzazioni ortogonali.

I filtri a singola polarizzazione comprendono un polarizzatore, rispettivamente di tipo TE passante e TM passante.

Il polarizzatore TM passante, in particolare, consiste in una guida d'onda lungo la quale, in due zone lunghe circa 1,5 mm, adiacenti alla guida d'onda su entrambe i lati, l'indice di rifrazione straordinario è maggiore che nel materiale costituente il substrato. Questo fa sì che la componente con polarizzazione TE, non più guidata, sia dispersa nel substrato, mentre la componente con polarizzazione TM può attraversare la struttura. L'aumento dell'indice di rifrazione straordinario è ottenuto mediante la tecnica dello scambio protonico, che consiste nell'esporre per un tempo stabilito le suddette zone al contatto con una soluzione acida ad un'opportuna temperatura, in modo da ottenere la sostituzione di parte degli ioni Li* dei substrato con ioni H*, ed in una successiva eventuale fase di tempra.

Nel caso dell'articolo lo scambio protonico veniva effettuato in acido benzoico diluito a 250°C per 15,5 ore e veniva seguito da una tempra per 4 ore a 330°C.

L'esperienza della Richiedente ha mostrato che la realizzazione di polarizzatori a scambio protonico di questo tipo è assai critica, in particolare per le elevate precisioni richieste nel posizionamento delle maschere fotolitografiche e per le ridotte escursioni ammissibili riguardo ai parametri del processo di scambio protonico.

In aggiunta è stata osservata l'instabilità nel tempo delle proprietà spettrali dei polarizzatori.

La realizzazione dei polarizzatori, sia di tipo TM passante sia di tipo TE passante, richiede inoltre fasi di processo specifiche, distinte per ciascun tipo di polarizzatore e distinte da quelle richieste per la realizzazione degli altri componenti del dispositivo, il che rende il procedimento costruttivo dello stesso lungo e complesso.

La presente invenzione comprende un dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda, di semplice realizzazione, avente dimensioni contenute, dotato di un ampio intervallo di sintonizzazione e con caratteristiche spettrali stabili nel tempo. La presente invenzione comprende inoltre un procedimento sémplice ed affidabile per la realizzazione di un dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda.

Secondo un aspetto la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda, comprendente un substrato in materiale birifrangente e fotoelastico, sul quale sono ricavati:

- un primo stadio di rotazione del piano di polarizzazione di un segnale ottico in un primo intervallo di lunghezze d'onda, includente almeno una guida d'onda ottica percorsa da detto segnale;

- un secondo stadio di rotazione del piano di polarizzazione di un segnale ottico in un secondo intervallo di lunghezze d'onda, includente almeno una guida d'onda ottica percorsa da detto segnale;

- almeno una guida d'onda ottica, collegante detti primo e secondo stadio, recante un singolo elemento selettivo in polarizzazione;

- almeno una guida d'onda ottica, a valle di detto secondo stadio, recante un elemento selettivo in polarizzazione;

caratterizzato dal fatto che detto singolo elemento selettivo in polarizzazione è costituito da un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente.

In una forma preferenziale di realizzazione almeno uno di detti primo e secondo stadio comprendono mezzi di generazione di un'onda acustica di superficie e più preferibilmente detto substrato comprende una guida d'onda acustica includente almeno una porzione di una di dette guide d'onda ottiche di detti primo e secondo stadio.

In una forma particolare di realizzazione tale dispositivo acusto-ottico comprende una prima guida d'onda acustica, estesa su una porzione di substrato includente detta guida d'onda ottica di detto primo stadio, ed una seconda guida d'onda acustica, estesa su una porzione di substrato includente detta guida d'onda ottica di detto secondo stadio.

Preferibilmente detti mezzi di generazione di un'onda acustica di superficie sono posti entro almeno una di dette guide d'onda acustiche, in prossimità di una estremità delle stesse, per la propagazione unidirezionale di detta onda acustica in detta guida d'onda acustica, e vantaggiosamente comprendono una serie di elettrodi interdigitati, disposti trasversalmente a detta guida d'onda acustica; detto dispositivo acusto-ottico può comprendere un assorbitore acustico posto a detta estremità di detta guida d'onda acustica.

Il dispositivo può comprendere inoltre un assorbitore acustico posto all'estremità di detta guida d'onda acustica opposta all'estremità ove sono posti detti mezzi di generazione di un'onda acustica di superfìcie.

In alternativa detti mezzi per la generazione di onde acustiche di superfìcie possono essere costituiti da due serie di elettrodi interdigitati, a distanza prefissata, alimentate rispettivamente con un primo segnale elettrico a tensione alternata e con un secondo segnale elettrico ottenuto sfasando di 90° detto primo segnale elettrico, per la generazione di un'onda acustica unidirezionale.

In una forma preferenziale di realizzazione il dispositivo comprende due guide d'onda ottiche parallele in ciascuno di detti primo e secondo stadio e due guide d'onda ottiche di collegamento fra detti primo e secondo stadio, in cui ciascuna guida d'onda ottica di collegamento reca un singolo elemento selettivo in polarizzazione, atto a trasmettere una di due componenti di polarizzazione mutuamente ortogonali, ed in cui almeno uno di detti singoli elementi selettivi in polarizzazione è costituito da un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente.

In tale forma di realizzazione uno di detti singoli elementi selettivi in polarizzazione può essere un polarizzatore di tipo TE passante e comprendere uno strato metallico sovrastante la corrispondente guida d'onda ottica di collegamento fra primo e secondo stadio, con l'interposizione di uno strato di separazione.

In alternativa entrambi detti singoli elementi selettivi in polarizzazione possono essere costituiti da accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente.

In questa seconda alternativa entrambi detti accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente possono essere a trasmissione diretta per la rispettiva polarizzazione passante, oppure un primo di detti accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente può essere a trasmissione diretta per la rispettiva polarizzazione passante, mentre un secondo di detti accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente è a trasmissione incrociata per la rispettiva polarizzazione passante; vantaggiosamente detto secondo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente è collegato alla rispettiva guida d'onda ottica di collegamento mediante un tratto di guida d'onda curvo, e può comprendere una porzione centrale rettilinea che forma un angolo non nullo con la rispettiva guida d'onda di collegamento.

In una forma preferenziale di realizzazione detto materiale birifrangente e fotoelastico è il LiNb03 e in tale forma di realizzazione dette guide d'onda ottiche e detti accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente sono vantaggiosamente realizzati mediante mascheratura fotolitografica, deposizione di uno strato di un metallo e successiva diffusione del metallo nel substrato; detto metallo può vantaggiosamente essere il Titanio.

Secondo un altro aspetto la presente invenzione riguarda un procedimento di realizzazione di un dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda, comprendente le seguenti fasi:

- formazione di almeno una guida d'onda acustica su di un substrato in materiale birifrangente e fotoelastico, mediante diffusione di un primo metallo ali'intemo di detto substrato; - formazione su detto substrato, mediante deposizione per via fotolitografica e successiva diffusione all'interno di detto substrato di un secondo metallo, di un primo e di un secondo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente e di almeno una guida d'onda ottica di collegamento fra detti accoppiatori di polarizzazione, almeno parzialmente compresa in detta guida d'onda acustica;

- formazione, lungo detta guida d'onda ottica di collegamento, di un singolo elemento selettivo in polarizzazione;

- formazione di un trasduttore elettro-acustico, comprendente elettrodi interdigitati, entro almeno una di dette guide d'onda acustiche, mediante deposizione per via fotolitografica di un terzo metallo su detto substrato;

caratterizzato dal fatto che detta fase di formazione di un singolo elemento selettivo in polarizzazione è compresa in detta fase di formazione di detti primo e secondo accoppiatore di polarizzazione e di detta guida d'onda ottica di collegamento, ed è costituita dalla formazione di un terzo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente.

Preferibilmente detti primo, secondo e terzo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente sono uguali fra loro.

In una forma vantaggiosa tale procedimento comprende la formazione su detto substrato, mediante deposizione per via fotolitografica e successiva diffusione all'Interno di detto substrato di detto secondo metallo, di una prima e di una seconda guida d'onda ottica di collegamento fra detti primo e secondo accoppiatore di polarizzazione, almeno parzialmente comprese in detta guida d'onda acustica, e la formazione, lungo ciascuna di dette guide d'onda ottiche di collegamento, di un singolo elemento selettivo in polarizzazione. Preferibilmente detta fase di formazione di detti elementi selettivi in polarizzazione è compresa in detta fase di formazione di detti primo e secondo accoppiatore di polarizzazione e di dette guide d'onda ottiche di collegamento, ed è costituita dalla formazione di un terzo e di un quarto accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente rispettivamente lungo dette prima e seconda guida d'onda ottica di collegamento.

Più preferibilmente detti primo, secondo, terzo e quarto accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente sono uguali fra loro.

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione, con riferimento alle figure allegate, in cui si mostra:

in fig. 1A, 1B due schemi di filtri acusto-ottici secondo lo stato dell'arte;

in fig. 2A, 2B due schemi di filtri acusto-ottici secondo lo stato dell'arte;

in fig. 3A, 3B due grafici relativi alle variazioni della risposta spettrale con la temperatura di polarizzatori TM passanti secondo lo stato dell'arte;

in fig. 4 uno schema di un filtro acusto-ottico secondo l'invenzione;

in fig. 5 uno schema di un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente utilizzato nella presente invenzione;

in fig. 6A, 6B, 6C grafici del rapporto di separazione di accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente in guida d'onda in funzione della: lunghezza del tratto di guida d'onda comune (A); lunghezza d'onda (B, C);

in fig. 7 uno schema di un trasduttore elettro-acustico unidirezionale;

in fig 8 uno schema di un filtro acusto-ottico secondo una variante dell'invenzione;

in fig. 9 uno schema di un filtro acusto-ottico con risposta indipendente dalla polarizzazione secondo l'invenzione;

in fig. 10 uno schema di un polarizzatore TE passante in guida d'onda impiegato nel dispositivo di figura 9;

in fig. 11 uno schema di un filtro acusto-ottico con risposta indipendente dalla polarizzazione secondo una variante dell'invenzione;

in fig. 12 uno schema di un filtro acusto-ottico con risposta indipendente dalla polarizzazione secondo un'altra variante dell'invenzione;

in fig. 13 uno schema di un filtro acusto-ottico con risposta indipendente dalla polarizzazione secondo un'ulteriore variante dell'invenzione.

Un filtro acusto-ottico integrato in guida d'onda è presentato nel brevetto US 5.381.426, a nome della Richiedente. Esso verrà descrìtto con riferimento alla figura 1B, corrispondente alla figura 3 di tale brevetto.

Il filtro 16 è costituito da un substrato 18 utilizzante un cristallo di LiNb03 tagliato perpendicolarmente all'asse x, su cui è realizzata una guida d'onda ottica a canale 19 con orientamento di propagazione y, monomodale nella banda di lunghezza d'onda di interesse (1530 < λ < 1560), mediante diffusione di Titanio, grazie al quale è localmente incrementato l'indice di rifrazione del Niobato di Litio del substrato in modo da confinare il segnale ottico nel percorso richiesto.

Lungo la guida d'onda ottica 19 è presente una coppia di trasduttori acusto-ottici 20, costituiti da piastrine metalliche aventi più elettrodi a pettine 21 intercalati tra loro e sovrapposti alla guida d'onda, atti a generare per effetto piezoelettrico, a seguito di una eccitazione elettrica applicata ad essi, un'onda sonora propagante nel cristallo.

Ai lati della guida d'onda ottica 19 è definita una guida d'onda acustica 22, delimitata da due zone laterali 23 in cui è diffuso Titanio nel substrato di Niobato di Litio, in modo da aumentare la velocità di propagazione di un'onda sonora in tali zone laterali rispetto alla zona centrale 22, cosi da guidare l'onda sonora in tale zona centrale.

Due polarizzatori 24, di tipo TE passante, sono presenti a monte degli elettrodi 21 e lungo il tratto terminale della guida d'onda 19, a valle degli elettrodi 21 stessi, mentre un polarizzatore 25, di tipo TM passante, è presente in posizione intermedia fra i due polarizzatori 24.

I polarizzatori TE passanti 24 sono costituiti da uno strato di dielettrico, ad es. Ossido di Silicio, applicato sopra la guida d'onda ottica 19 in spessore prefissato, sovrastato da uno strato metallico; tali polarizzatori consentono il passaggio della sola componente modale TE del segnale luminoso, polarizzata nel piano della superficie del cristallo del substrato. Il polarizzatore TM passante 25 è a sua volta costituito da due zone di scambio protonico realizzate lateralmente alla guida d'onda, per qualche millimetro di lunghezza; tale polarizzatore consente il passaggio della sola componente modale TM del segnale luminoso, polarizzata nel piano ortogonale alla superficie del cristallo del substrato.

Ad una distanza prefissata dal polarizzatore TM passante 25, da parte opposta rispetto agli elettrodi 21, è presente un assorbitore acustico 26, costituito da uno strato di materiale fonoassorbente applicato sulla superficie del cristallo, atto ad assorbire l'onda acustica e ad impedirne quindi l’ulteriore interazione con l'onda luminosa.

li generatore a radiofrequenza pilotante il filtro acusto-ottico ha frequenza selezionabile tra 170 MHz e 180 MHz, per la selezione della lunghezza d'onda del centro della banda passante nel campo desiderato (1530 < λ < 1560).

II funzionamento di tale dispositivo è basato sulla conversione fra le componenti TE e TM (e viceversa) dei segnali ottici polarizzati propaganti lungo la guida d'onda ottica che abbiano una lunghezza d'onda in una banda opportuna. Questa conversione è operata dall'interazione dei segnali ottici con l'onda acustica propagante lungo la guida d'onda acustica 22 nella stessa direzione della radiazione ottica. Solo la componente TE dei segnali ottici in ingresso al polarizzatore 24 posto a monte della guida d'onda 19 viene trasmessa verso la guida d'onda stessa. Lungo il primo tratto della guida, a monte del polarizzatore 25, le lunghezze d'onda comprese in una banda passante, determinata dai parametri dell'onda acustica, vengono convertite dalla polarizzazione TE alla polarizzazione TM. Le lunghezze d'onda esterne a questa banda non vengono invece convertite e mantengono la polarizzazione nel piano della superficie del substrato. Queste ultime lunghezze d'onda vengono pertanto bloccate dal polarizzatore 25, che trasmette solo la componente TM dei segnali con lunghezze d'onda interne alla banda passante, la cui polarizzazione è stata convertita dall'interazione con l'onda acustica. Il tratto della guida d'onda a valle del polarizzatore 25 funziona come secondo stadio del filtro, con la coda dell'onda acustica propagante nella guida 22 ed interagente con i segnali ottici TM. Il secondo stadio ha un funzionamento analogo al primo stadio ma con le polarizzazioni scambiate fra loro. I segnali con lunghezza d'onda interna alla banda passante vengono convertiti dalla polarizzazione TM alla polarizzazione TE e trasmessi dal polarizzatore 24 a valle della guida 19; i segnali esterni alla banda passante vengono bloccati dallo stesso polarizzatore 24.

Un filtro acusto-ottico integrato in guida d'onda a doppio stadio e con risposta indipendente dalla polarizzazione è presentato nel già citato articolo di F. Tian et al. apparso su Journal of Lightwave Technology.

Come indicato nella figura 2B il segnale in ingresso al dispositivo viene separato nelle due componenti modali TE e TM mediante un accoppiatore di polarizzazione in guida d'onda ricavato nel substrato. Le due uscite dell'accoppiatore di polarizzazione sono collegate a due filtri a doppio stadio, ciascuno con un polarizzatore fra i due stadi, rispettivamente di tipo TM passante e TE passante. I due filtri sono affiancati sul substrato, lungo la medesima guida d'onda acustica, dove propaga, nella stessa direzione dei segnali ottici, un'onda acustica generata da appositi trasduttori interdigitati. Le uscite dei due filtri a doppio stadio vengono infine combinate mediante un accoppiatore di polarizzazione. Un assorbitore acustico è posto al termine della guida d'onda acustica allo scopo di attenuare l'onda acustica di superficie residua.

Il polarizzatore TM passante, in particolare, è realizzato mediante scambio protonico in due regioni, lunghe circa 1 ,5 mm, adiacenti alla guida d'onda ottica su entrambe i lati. Lo scambio protonico fa aumentare l'indice di rifrazione straordinario, con la conseguenza che la componente TE non viene più guidata e si disperde nel substrato. La componente TM attraversa invece il polarizzatore con piccole perdite.

L'esperienza della Richiedente ha mostrato che la realizzazione di polarizzatori a scambio protonico di questo tipo rende l'intero procedimento di produzione dei dispositivi acustoottici particolarmente crìtico.

La Richiedente ha realizzato dei campioni di polarizzatori TM passanti su substrati in LiNb03 su cui era stata formata una guida d'onda ottica monomodale mediante diffusione di Titanio per 9 ore a 1030°C. I polarizzatori sono stati prodotti mediante mascheratura e successivo scambio protonico in acido benzoico non diluito per tempi variabili da 2 a 7 ore e a diverse temperature fra 230°C e 240°C. La distanza fra le due zone assoggettate a scambio protonico poste ai due lati della guida d’onda ottica è stata variata fra 12 μτη e 13,5 μπΐ.

I valori del rapporto di estinzione (rapporto fra la potenza in uscita dal dispositivo per la componente attenuata, nel nostro caso la componente TE, e la potenza totale uscente) erano compresi, nei campioni ottenuti, fra -25,3 dB e -3,9 dB. I valori dell'attenuazione per la polarizzazione trasmessa (nel nostro caso la componente TM) andavano invece da valori molto bassi fino a 1,1 dB.

Alcuni campioni sono stati sottoposti ad una successiva fase di tempra a 320°C per tempi compresi fra 15 min. e 90 min., ottenendo in generale una diminuzione del rapporto di estinzione a valori compresi fra -25 dB e -20 dB, ma un contemporaneo aumento dell'attenuazione per la componente TM a valori intorno a 2 dB.

In un filtro acusto-ottico a due stadi il valore del rapporto di estinzione dei polarizzatori posti fra il primo ed il secondo stadio determina il valore del rumore di fondo residuo per il dispositivo nel suo complesso, dove per rumore di fondo residuo si intende l'attenuazione massima subita nell'attraversare il dispositivo da segnali con lunghezza d'onda esterna alla banda di trasmissione.

Un polarizzatore da impiegare in un filtro acusto-ottico a due stadi dovrebbe avere contemporaneamente un rapporto di estinzione inferiore a -20 dB ed attenuazione per il modo trasmesso inferiore a 0,5 dB.

La Richiedente ha osservato che il posizionamento sul substrato della maschera fotolitografica per la delimitazione della zona da assoggettare allo scambio protonico richiede un grado di accuratezza molto più elevato di quello richiesto per le maschere fotolitografiche necessarie durante le altre fasi della produzione di un dispositivo acusto-ottico, come quelle che servono a delimitare la diffusione del Titanio durante la realizzazione delle guide d'onda o quelle utilizzate per gli elettrodi interdigitati e per il polarizzatore TE passante. I parametri che controllano il processo di scambio protonico e l'eventuale successiva fase di tempra si sono rivelati ugualmente molto critici: variazioni molto piccole di anche uno solo dei parametri risultano in polarizzatori non rispondenti alle specifiche richieste e pertanto inutilizzabili.

Alcuni dei polarizzatori TM passanti realizzati, inoltre, sono stati esposti a temperature superiori agli 80°C per alcune ore e hanno subito nel tempo significative alterazioni della risposta spettrale. La figura 3A mostra il grafico del rapporto di estinzione per uno dei polarizzatori realizzati, prima (a) e dopo (b) l'esposizione alla temperatura di 100°C per 20 ore. Si può osservare uno spostamento della curva spettrale di circa 25 nm verso le lunghezze d'onda più elevate ed una conseguente variazione di diversi dB del rapporto di estinzione a ciascuna lunghezza d'onda. Variazioni sono state osservate per diversi polarizzatori sottoposti ad analogo trattamento termico, con spostamenti della curva di risposta spettrale compresa fra 20 e 30 nm.

Variazioni della risposta spettrale dei polarizzatori TM passanti realizzati mediante scambio protonico si verificano anche a temperature più basse, per tempi di esposizione più lunghi e contribuiscono a rendere crìtico l'uso di questi componenti.

Oltre alle variazioni permanenti della curva di risposta spettrale in seguito all'esposizione a temperature elevate, i polarizzatori TM passanti realizzati mediante scambio protonico mostrano una dipendenza di tipo reversibile della risposta spettrale dalla temperatura. La figura 3B, che riporta le curve spettrali del rapporto di estinzione per un polarizzatore alle temperature di 10°C e di 30°C, mostra per esempio variazioni fino a 10 dB ad alcune lunghezze d'onda.

La Richiedente ha osservato inoltre che il procedimento di realizzazione del filtro acustoottico descrìtto nell'articolo citato di F. Tian et al. è reso lungo e complesso dalla necessità di prevedere specifiche fasi di processo per ciascuno dei polarizzatori, TM passante e TE passante, impiegati nel dispositivo, in aggiunta alle fasi di processo richieste per la realizzazione delle guide d'onda ottiche, dell'accoppiatore e dell'accoppiatore di polarizzazione, della guida d'onda acustica e dei trasduttori interdigitati.

Un dispositivo acusto-ottico integrato in guida d'onda a due stadi secondo l'invenzione verrà ora descrìtto con riferimento alla figura 4.

Su di un substrato 30 sono ricavati i seguenti componenti: una guida d'onda ottica a canale 31 ha un estremo al bordo del substrato ed è atta a ricevere i segnali ottici in ingresso al dispositivo, per esempio attraverso una fibra ottica opportunamente connessa; l'altro estremo della guida d'onda 31 è collegato alla guida d'onda di accesso 1 di un accoppiatore di polarizzazione 32; una guida d'onda ottica 28 ha un estremo al bordo del substrato e l'altro estremo collegato alla guida d'onda di accesso 4 dell'accoppiatore 32; la guida di accesso 3 dell'accoppiatore 32 è collegata ad una guida d'onda 35, che si congiunge con la guida di accesso 4 di un accoppiatore di polarizzazione 40; la guida di accesso 3 di quest'ultimo è collegata ad una guida d'onda 36, che si congiunge con la guida di accesso 4 dell'accoppiatore 37; la guida di accesso 2 di questo accoppiatore è collegata ad una guida d'onda 38, che termina al bordo del substrato e consente l'uscita dei segnali ottici, per esempio attraverso la connessione con una fibra ottica; la guida di accesso 3 dell'accoppiatore 37, infine, è collegata ad una guida d'onda 29, che termina al bordo del substrato.

Sul substrato 30 sono ricavati anche: una guida d'onda acustica 41 , estesa su una porzione di substrato comprendente le guide d'onda ottiche 35, 36, delimitata da due strisce 42 e 43, poste simmetricamente rispetto alle guide d'onda ottiche 35, 36, nelle quali la velocità delle onde acustiche è più elevata che nella guida 41 ; un trasduttore elettro-acustico 44, posto lungo la guida d'onda acustica 41 , in prossimità dell'estremo della guida d'onda 35 collegato all'accoppiatore 32, atto a generare un'onda acustica di superficie entro la guida d'onda acustica; mezzi di assorbimento acustico 45, posti lungo la guida d'onda acustica 41, in prossimità dell'estremo della guida d'onda 36 collegato all'accoppiatore 37, atti ad assorbire l'onda acustica di superficie residua; e mezzi di assorbimento acustico 46, posti lungo la guida d'onda acustica 41, in prossimità dell'estremo della guida d'onda 34 collegato all'accoppiatore 32, atti ad assorbire l'onda acustica generata dal trasduttore 44 propagante in direzione opposta ai segnali ottici.

In un dispositivo acusto-ottico realizzato dalla Richiedente i parametri costruttivi sono stati scelti per l'operazione a temperatura ambiente in una banda di lunghezze d'onda ottiche ampia almeno 100 nm centrata intorno a 1550 nm, di particolare interesse per le comunicazioni ottiche. Il tecnico dei ramo potrà, scegliendo valori opportuni dei parametri, in particolare delle guide d'onda ottiche, degli accoppiatori di polarizzazione e dell'onda acustica trasmessa nella guida d’onda acustica, adattare il dispositivo per altre temperature o per altre bande di lunghezza d'onda, ad esempio per la banda di lunghezze d'onda intorno a 1300 nm, anch'essa di interesse per le comunicazioni ottiche.

Il substrato 30 è costituito da un cristallo di LiNb03 tagliato perpendicolarmente all'asse x; le guide d'onda 31, 35, 36, 38 e le porzioni di guida d'onda 5 degli accoppiatori di polarizzazione 32, 40, 37 sono orientate lungo l'asse y del cristallo.

In luogo del LiNbOa è possibile utilizzare per il substrato un altro materiale birifrangente e fotoelastico. Possibili materiali alternativi sono, ad esempio, UTa03, Te02, CaMo04.

L'incremento della velocità delle onde acustiche nelle strìsce che delimitano la guida d'onda acustica può essere realizzato mediante diffusione nel substrato di una sostanza opportuna.

In un dispositivo realizzato dalla Richiedente la guida d'onda acustica 41, della lunghezza complessiva di circa 30 mm, è stata realizzata mediante creazione di una maschera fotolitografica delimitante le strìsce 42 e 43 del substrato, separate fra loro da una distanza di 110 μπι, deposizione all'interno della superficie delimitata di uno strato di Titanio con spessore di 160 nm e successiva diffusione del Titanio nel substrato, per una durata di 31 ore, in un forno alla temperatura di 1060°C. Per effetto della diffusione, la velocità delle onde acustiche è aumentata circa dello 0,3 %, così che le zone 42 e 43 agiscono confinando le onde acustiche lungo la guida 41. La guida è monomodale per le onde acustiche utilizzate. Il coefficiente di attenuazione per le onde acustiche è di circa 0,1 dB/cm.

Le guide d'onda ottiche e gli accoppiatori di polarizzazione possono essere realizzati mediante diffusione nel substrato di una sostanza in grado di innalzare l'indice di rifrazione. In un dispositivo realizzato dalla Richiedente guide d'onda ottiche ed accoppiatori di polarizzazione sono ottenuti mediante realizzazione di una maschera fotolitografica, deposizione di uno strato di 105 nm di Titanio e successiva diffusione per 9 ore alla temperatura di 1030°C.

In corrispondenza delle guide d'onda ottiche la maschera fotolitografica presenta una apertura della larghezza di circa 7,0 μτη.

Prove di trasmissione su un grande numero di guide d'onda rettilinee di questo tipo hanno mostrato valori di attenuazione intorno a 0.03 dB/cm per la componente TM e a 0.07 dB/cm per la componente TE.

Gli accoppiatori di polarizzazione 32, 37, 40 sono accoppiatori ad onda evanescente su substrato planare.

Per accoppiatore ad onda evanescente si intende un dispositivo costituito da due guide d'onda ottiche che lungo una porzione sono ravvicinate al punto che ciascuna delle guide viene a trovarsi all'interno dell'onda evanescente della radiazione propagante nell'altra guida, così da consentire l'accoppiamento di radiazione fra le due guide d'onda ed il trasferimento di potenza ottica dall'una all'altra.

L'uso di accoppiatori ad onda evanescente su substrato di Niobato di Litio per realizzare divisori di polarizzazione è noto, per esempio dall'articolo di A. Neyer su Applied Physics Lettere, voi. 55, n. 10, 4 settembre 1989, pag. 927-929, che viene qui incorporato per riferimento.

Gli accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente previsti per l'uso nel dispositivo secondo la presente invenzione sono realizzati secondo lo schema rappresentato in figura 5. Essi consistono in due guide d'onda monomodali 5 di lunghezza Lc, parallele e separate da una distanza C, collegate rispettivamente con le guide d'onda di accesso monomodali 1, 2, e 4, 3. La distanza fra i due bordi esterni delle guide d'onda 5 è indicata con D. Le guide d'onda 1 - 5 hanno una larghezza identica a quella delle guide d'onda 31 , 35, 36, 38. Fra le guide di accesso 1 e 4 e fra le guide di accesso 2 e 3 è presente lo stesso angolo Θ. La distanza massima fra le mezzerìe delle guide di accesso 1 e 4 è indicata con A. La distanza massima fra le mezzerie delle guide di accesso 2 e 3 è indicata con B. La lunghezza complessiva dell'accoppiatore è indicata con E.

La distanza C viene scelta piccola a sufficienza da consentire l'accoppiamento della radiazione fra le due guide 5. In particolare è possibile realizzare accoppiatori con C = 0, in cui le due guide parallele sono sostituite da un'unica guida bimodale 5, di larghezza complessiva D. Nel seguito della descrizione si farà riferimento a questo caso, essendo ovvia per il tecnico del ramo la generalizzazione al caso C > 0.

II funzionamento degli accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente avviene secondo le seguenti modalità: il segnale ottico monomodale in ingresso alla guida 5, ad esempio dalla guida di accesso 1, eccita nella guida 5 sia il modo fondamentale simmetrico, sia il modo asimmetrico del primo ordine; lungo la guida d'onda bimodale 5 gli indici di rifrazione efficaci sono diversi per ciascuno dei due modi e, per ogni modo, per ciascuna delle due polarizzazioni TE e TM; i due modi interferiscono lungo la guida 5 con differenze di fase crescenti, ΔΦΤΕ e ΔΦΤΜ, rispettivamente per le componenti TE e TM, creando un battimento nella potenza ottica con andamento dipendente dalla polarizzazione; all'uscita della guida 5 le due polarizzazioni possono quindi essere separate lungo le due guide d'onda monomodali 2 e 3 per una scelta opportuna della lunghezza l_c e dei parametri che influenzano gli indici di rifrazione efficaci.

Per gli accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente realizzati sono stati scelti i seguenti valori dei parametri:

C = 0 μΐη

D = 14 μηι

E = 5 mm

Θ = 0,55°

Per una efficace separazione fra le componenti TE e TM in uscita dal dispositivo le distanze A e B devono essere, per accoppiatori di polarizzazione con i parametri indicati, di almeno 30 μτη.

In un dispositivo realizzato dalla Richiedente i valori di A e B per gli accoppiatori 32, 40 e 37 sono di 30 μηι.

La distanza fra le guide d’onda 35, 36 e le zone 42, 43 a maggior velocità delle onde acustiche deve essere anch'essa superiore ad una distanza minima dipendente dalle caratteristiche ottiche dei materiali e dalle dimensioni delle guide d'onda. Nel caso in cui substrato e guide d'onda ottiche siano come nel dispositivo realizzato dalla Richiedente, tale distanza è di almeno 35 pm, preferìbilmente di almeno 40 μηη, per evitare perdite ottiche conseguenti all'accoppiamento di parte dei segnali ottici verso le zone 42, 43 che, a seguito della diffusione di Titanio, hanno un indice di rifrazione ottico più elevato di quello del substrato.

Le guide d'onda di accesso 2 dell'accoppiatore 32 e 2 dell'accoppiatore 40 vengono realizzate con lunghezza maggiore rispetto alle altre guide d'onda di accesso. La radiazione proveniente da queste guide d'onda propaga nella striscia 42 di delimitazione della guida d'onda acustica, che ha un indice di rifrazione superiore a quello del substrato, ed esce dalla strìscia 42 per diffusione dalla superficie della strìscia o per perdite di Fresnel al termine delle strìscia stessa.

Per migliorare l'assorbimento della radiazione propagante lungo queste guide d'onda di accesso è possibile impiegare degli assorbitori ottici 51 realizzati, per esempio, deponendo uno strato metallico al di sopra della rispettiva guida d'onda, per una lunghezza di 3 o 4 mm. Gli assorbitori ottici possono essere realizzati durante le stesse fasi di processo in cui vengono realizzati i trasduttori elettro-acustici.

Per determinare il valore ottimale di Lc per gli accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente 32, 40 e 37 sono state effettuate prove sperimentali, i cui risultati sono riassunti nella figura 6A.

Sono stati realizzati diversi accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente secondo io schema di figura 5 con i valori indicati per i parametri e con lunghezza Lc compresa fra 140 pm e 540 μητι.

Nei grafici della figura 6A sono riportati, in funzione della lunghezza l_c espressa in μπι, i valori in dB misurati, per ciascuna polarizzazione, per il rapporto di separazione SR, degli accoppiatori, definito come

SRx = log]g

dove indica la potenza in uscita con polarizzazione x (TE oppure TM) da una delle guide d'onda di uscita (per esempio dalla guida d'onda di accesso 2), mentre indica la potenza in uscita con polarizzazione χ dall'altra delle guide d'onda di uscita (nell'esempio dalla guida d'onda di accesso 3).

Nel grafico di figura 6A la curva 61 è relativa a SRTM mentre la curva 62 è relativa a SRXE. Le due curve mostrano un andamento periodico di SR al variare di l_c secondo periodi diversi per le due polarizzazioni.

Un valore elevato in valore assoluto del rapporto di separazione per una determinata polarizzazione corrisponde ad una separazione quasi completa della componente con tale polarizzazione verso una delle due uscite. Un valore positivo del rapporto di separazione corrisponde ad una trasmissione diretta attraverso il dispositivo, in cui cioè il segnale viene quasi completamente indirizzato verso la guida d'onda di uscita posta dallo stesso lato della guida d'onda d'ingresso rispetto alla mezzeria delle guida d'onda 5 (verso la guida di accesso 2, se l'ingresso del segnale avviene dalla guida di accesso 1 , facendo riferimento alla figura 5). Un valore negativo del rapporto di separazione corrisponde invece ad una trasmissione incrociata attraverso il dispositivo, in cui cioè il segnale viene quasi completamente indirizzato verso la guida d'onda di uscita posta dal lato opposto alla guida d'onda d'ingresso rispetto alla mezzeria delle guida d'onda 5 (verso la guida di accesso 3, se l'ingresso del segnale avviene dalla guida di accesso 1, facendo riferimento alla figura 5). Nel caso della curva 61 (polarizzazione TM) il massimo riportato, per valori di Lc intorno a 180 μιτι, corrisponde ad una trasmissione diretta.

Nel caso della curva 62 (polarizzazione TE), invece, il minimo riportato, per valori di Le intorno a 200 μιη, corrisponde ad una trasmissione incrociata.

Il valore ottimale di Lc è quello per cui si ha contemporaneamente un alto rapporto di separazione in valore assoluto per le due polarizzazioni, in corrispondenza di trasmissione diretta per una polarizzazione e di trasmissione incrociata per l'altra polarizzazione.

Sulle base di queste considerazioni è stato scelto per gli accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente da impiegare nel dispositivo secondo l'invenzione il valore l_c = 180 μιτι, che garantisce un rapporto di separazione misurato in circa 25 dB per la componente TM e in circa 25 dB per la componente TE, con trasmissione diretta per la componente TM e trasmissione incrociata per la componente TE. Le attenuazioni corrispondenti sono state misurate in circa 0,4 dB per la componente TM e in circa 0,5 dB per la componente TE.

Le figure 6B e 6C rappresentano il rapporto di separazione in funzione della lunghezza d'onda per accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente con Lc = 140 pm, rispettivamente per la polarizzazione TM (figura 6B) e per la polarizzazione TE (figura 6C).

Nel dispositivo acusto-ottico di figura 4 gli accoppiatori 32 e 37 sono collegati in modo da sfruttare la trasmissione incrociata, operano pertanto come polarizzatori TE passanti; l'accoppiatore 40 è collegato in modo da sfruttare la trasmissione diretta, opera pertanto come polarizzatore TM passante.

Il trasduttore elettro-acustico 44 genera, a partire da un segnale elettrico a frequenza opportuna, un'onda acustica che propaga all'interno della guida d'onda acustica 41. Nel caso di un substrato piezoelettrico, come il LiNb03, tale trasduttore è vantaggiosamente realizzato mediante elettrodi interdigitati depositati sopra il substrato 30. Nel caso di un substrato in materiale non piezoelettrico è possibile depositare degli elettrodi interdigitati su uno strato di materiale piezoelettrico sovrapposto al substrato.

Come indicato nel brevetto US 5.002.349, già citato, nel caso di substrato in LiNb03 è vantaggioso disporre il trasduttore elettro acustico con un'inclinazione di circa 5° rispetto all'asse y.

In un dispositivo acusto-ottico realizzato dalla Richiedente il trasduttore elettro-acustico comprende cinque coppie di elettrodi interdigitati con una periodicità di 21 ,6 pm, che è il valore della lunghezza d'onda nel LiNb03 di un'onda acustica di superficie con frequenza di circa 173,5 MHz, frequenza necessaria alla conversione TE <-> TM ad una lunghezza d'onda ottica intorno a 1550 nm. E' evidente che modificando la periodicità degli elettrodi è possibile realizzare trasduttori elettro-acustici adatti per dispositivi acusto-ottici operanti in altre bande di lunghezze d'onda.

Gli elettrodi interdigitati possono essere realizzati deponendo sul substrato uno strato metallico, per esempio di Alluminio, ad esempio dello spessore di 500 nm. Si è osservato che l'interposizione di uno strato intermedio di Y203 contribuisce a diminuire le perdite nelle guide d'onda ottiche sottostanti: in particolare si sono ottenute perdite trascurabili con uno strato intermedio dello spessore di circa 100 nm. Materiali di tipo diverso, come ad esempio SiOz oppure Al203, possono essere impiegati per lo strato intermedio, scegliendone lo spessore in modo da minimizzare le perdite nelle guide ottiche sottostanti senza penalizzare la generazione delle onde acustiche nel substrato.

E' possibile sintonizzare il dispositivo acusto-ottico alle lunghezza d'onda di 1500 nm o di 1600 nm, spostate di 50 nm dalla lunghezza d'onda centrale di 1550 nm fornendo agli elettrodi interdigitati una potenza di circa 100 mW, contro i circa 50 mW richiesti per il funzionamento alla lunghezza d'onda centrale.

Il procedimento impiegato per la realizzazione del dispositivo acusto-ottico secondo l'invenzione è notevolmente semplificato rispetto a quello richiesto per realizzare il dispositivo secondo lo stato deH'arte. In particolare, essendo il polarizzatore TM passante costituito da un accoppiatore di polarizzazione in guida d'onda, esso può essere iscritto sul substrato durante la stessa fase di processo nella quale vengono realizzati i restanti accoppiatori di polarizzazione e le guide d'onda ottiche.

Per il dispositivo acusto-ottico descritto è stata determinata una perdita di inserimento per segnali con polarizzazione TE (attenuazione subita neil'attraversare il dispositivo dai segnali ottici con polarizzazione TE e con lunghezza d'onda corrispondente al centro della banda passante) di valore compreso fra 2,5 dB e 3,5 dB.

Se si considerano anche le attenuazioni in ingresso ed in uscita derivanti dall'accoppiamento fra la guida d'onda e due spezzoni di fibra ottica, necessari al collegamento del dispositivo acusto-ottico con altri componenti del circuito ottico, la perdita d'inserimento per segnali con polarizzazione TE ammonta a valori compresi fra 4,0 dB e 5,0 dB.

La larghezza a metà altezza della banda passante è stata determinata come compresa fra 1,2 nm e 2,0 nm.

■ lobi laterali della banda passante presentano una riduzione di almeno 20 dB rispetto al picco centrale di trasmissione. Nei casi più favorevoli è stata determinata una riduzione di 25 dB dei lobi laterali.

Il rumore di fondo residuo (attenuazione dei segnali con lunghezza d'onda esterna alla banda passante) è inferiore a 25 dB.

II dispositivo acusto-ottico descritto è adatto all'impiego come filtro pilotabile in lunghezza d'onda per segnali con polarizzazione definita; in particolare è adatto all'impiego come filtro per la selezione della lunghezza d'onda all'interno di una cavità laser, che può essere del tipo a fibra ottica attiva.

Una configurazione particolarmente vantaggiosa per il dispositivo acusto-ottico descritto si ottiene scegliendo le lunghezze del primo e del secondo stadio in modo che siano in un rapporto di circa 1 : 1,6. I minimi della curva di risposta spettrale del primo stadio vengono in questo modo a coincidere con i massimi dei lobi laterali della curva di risposta spettrale relativa al secondo stadio, così che i lobi laterali della curva di risposta spettrale complessiva del dispositivo acusto-ottico risultano particolarmente attenuati.

Per realizzare una completa conversione TE → TM -> TE con due stadi di lunghezza diversa è necessario che la potenza acustica nel primo stadio sia superiore di circa 4 dB alla potenza acustica nel secondo stadio.

Questo può essere ottenuto attenuando la potenza acustica nel secondo stadio mediante appositi attenuatori acustici realizzati lungo la guida d'onda acustica tra primo e secondo stadio, per esempio mediante un procedimento microlitografico.

In alternativa è possibile modificare la configurazione descritta per il dispositivo acusto-ottico aggiungendo dei mezzi di assorbimento acustico 48, posti lungo la guida d'onda acustica 41, in prossimità dell'estremo della guida d'onda 35 collegato all'accoppiatore 40, atti ad assorbire l'onda acustica di superficie residua, un secondo trasduttore elettro-acustico 47 posto lungo la guida d’onda acustica 41, in prossimità dell'estremo della guida d'onda 36 collegato all'accoppiatore 40, atto a generare un'onda acustica di superfìcie entro la guida d'onda acustica 41 e dei mezzi di assorbimento acustico 49, posti lungo la guida d'onda acustica 41, in prossimità dell'estremo della guida d'onda 36 collegato all'accoppiatore 40, atti ad assorbire l'onda acustica generata dal trasduttore 47 propagante in direzione opposta ai segnali ottici.

In questo modo le onde acustiche di superfìcie propaganti nel primo e nel secondo stadio, vengono generate indipendentemente Cuna dall'altra. Le potenze acustiche nei due stadi possono così essere differenti, in modo da ottimizzare le caratteristiche spettrali del dispositivo acusto-ottico.

E' possibile inoltre, attraverso tale controllo indipendente dell'onda acustica di superfìcie nei due stadi, scegliere i centri delle bande passanti dei due stadi leggermente discosti, in modo ottenere una banda passante più ampia per il dispositivo.

Il pilotaggio indipendente dei due stadi consente infine di ridurre fino alla metà il tempo richiesto per la sintonizzazione del dispositivo acusto-ottico. Il tempo richiesto a precorrere il più lungo dei due stadi del dispositivo, infatti, è inferiore al tempo necessario all'onda acustica per propagare lungo l'intera guida d'onda acustica ed è la metà di questo valore in caso di stadi di uguale lunghezza. In caso di impiego del dispositivo acusto-ottico come filtro per la selezione multicanale in un sistema di comunicazione a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, un tempo di sintonizzazione più breve comporta il vantaggio di una riconfigurazione più rapida del sistema.

Un'alternativa all'uso dei mezzi di assorbimento acustico 46 (ed eventualmente 49) per l'assorbimento dell'onda acustica di superficie contropropagante rispetto ai segnali ottici è costituita dall'impiego, al posto dei trasduttori elettro-acustici 44 (ed eventualmente 47), di trasduttori elettro-acustici unidirezionali.

Trasduttori di questo tipo sono presentati nell'articolo di J.H. Collins et al. dal titolo "Unidirectional surface wave transducer", pubblicato su Proceedings of thè IEEE, Proceedings Lettera del maggio 1969, pag. 833-835.

Tali trasduttori possono essere realizzati, secondo la rappresentazione della figura 7, mediante due serie di elettrodi interdigitati 44' e 44", deposte su di un substrato 30, ad una distanza l'una dall'altra di (1/4 n) ■ λΑ (dove λΑ è la lunghezza d'onda acustica ed n è un intero) e pilotate mediante segnali elettrici sfasati di 90°. li segnale elettrico a radiofrequenza prodotto mediante il generatore 71 viene alimentato in ingresso alla serie di elettrodi 44'. Lo stesso segnale, dopo aver subito un ritardo di fase di 90° mediante il circuito 72, viene alimentato in ingresso alla serie 44" di elettrodi.

Questa configurazione produce un'interferenza distruttiva delle onde acustiche generate sulla superficie del substrato nella direzione che va dalla serie 44' alla serie 44" di elettrodi. Nella direzione che va dalla serie 44" alla serie 44' di elettrodi si ha invece interferenza costruttiva, con generazione di un'onda acustica di superficie 73 sulla superficie del substrato.

L'uso di trasduttori elettro-acustici unidirezionali permette di omettere i mezzi di assorbimento acustico 46 (ed eventualmente 49) e di evitare il riscaldamento del substrato in prossimità di detti mezzi che è conseguenza della dissipazione in essi dell'energia acustica; raddoppiando l'efficienza della conversione elettro-acustica, consente inoltre di utilizzare una sorgente a radiofrequenza di potenza ridotta.

Una variante del dispositivo acusto-ottico integrato in guida d'onda verrà ora descrìtta con riferimento alla figura 8.

Tale variante prevede, su di un substrato 30, guide d'onda ottiche ed accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente in guida d'onda, dei tipi descrìtti con riferimento alla figura 4, disposti secondo la medesima configurazione.

Le guide d'onda ottiche 34, 36 insistono su porzioni di substrato comprese entro guide d'onda acustiche 81 , 83.

Dei trasduttori elettro-acustici 44, 47 generano onde acustiche di superficie che propagano entro guide d'onda acustiche 82, 84, affiancate rispettivamente alle guide d'onda 81 , 83 in modo da formare degli accoppiatori acustici.

Tali accoppiatori acustici in guida d'onda, funzionanti in modo analogo agli accoppiatori ottici in guida d'onda, presentano una porzione centrale in cui le guide d'onda acustiche sono ravvicinate ed è possibile il passaggio delle onde acustiche di superficie dall'una all'altra delle guide d'onda.

Secondo una tecnica nota, per esempio, dall'articolo di H. Herrmann et al. pubblicato su Electronics Lettere, voi. 28, n. 11, 21/05/92, pag. 979-980, tali accoppiatori vengono realizzati in modo che il profilo di intensità dell'onda acustica di superficie lungo le guide d'onda 81 e 83 presenti un massimo nella porzione centrale di tali guide e due minimi agli estremi delle stesse; i segnali ottici propaganti lungo le guide d'onda ottiche 35, 36 interagiscono con un'onda acustica di intensità crescente fino alla metà del percorso e decrescente nell'altra metà.

Assorbitori acustici sono presenti a ciascuno degli estremi delle guide d'onda acustiche 82, 84, per attenuare le onde acustiche di superficie residue e quelle contropropagantl rispetto ai segnali ottici. L'eventuale riscaldamento del substrato dovuto alla dissipazione dell'energia acustica è localizzato in questo dispositivo su porzioni del substrato non percorse da guide d'onda ottiche e non costituisce pertanto un problema per il funzionamento del dispositivo stesso.

La curva di risposta spettrale del dispositivo acusto-ottico secondo la presente variante presenta una maggiore attenuazione dei lobi laterali rispetto a quella del dispositivo di figura 4.

Un dispositivo acusto-ottico integrato in guida d'onda a due stadi con risposta indipendente dalla polarizzazione secondo l'invenzione verrà ora descritto con riferimento alla figura 9.

Su di un substrato 30 sono ricavati i seguenti componenti: una guida d'onda ottica a canale 31 ha un estremo al bordo del substrato ed è atta a ricevere i segnali ottici in ingresso al dispositivo, per esempio attraverso una fibra ottica opportunamente connessa; l'altro estremo della guida d'onda 31 è collegato alla guida d'onda di accesso 1 di un accoppiatore di polarizzazione 32; una guida d'onda ottica 28 ha un estremo al bordo del substrato e l'altro estremo collegato alla guida d'onda di accesso 4 dell'accoppiatore 32; la guida di accesso 2 dell'accoppiatore 32 è collegata tramite una guida d'onda 33, un polarizzatore TE passante 39 ed una guida d'onda 34 alla guida di accesso 1 di un accoppiatore di polarizzazione 37; la guida di accesso 3 dell'accoppiatore 32 è collegata ad una guida d'onda 35, che si congiunge con la guida di accesso 1 di un accoppiatore di polarizzazione 40; la guida di accesso 2 di quest'ultimo è collegata ad una guida d'onda 36, che si congiunge con la guida di accesso 4 dell'accoppiatore 37; la guida di accesso 2 di questo accoppiatore è collegata ad una guida d'onda 38, che termina al bordo del substrato e consente l'uscita dei segnali ottici, per esempio attraverso la connessione con una fibra ottica; la guida di accesso 3 dell'accoppiatore 37, infine, è collegata ad una guida d'onda 29, che termina al bordo del substrato.

Sul substrato 30 sono ricavati anche: una guida d'onda acustica 41 , estesa su una porzione di substrato comprendente le guide d'onda ottiche 33, 34, 35, 36, delimitata da due strisce 42 e 43 in cui la velocità delle onde acustiche è più elevata che nella guida 41 ; un trasduttore elettro-acustico unidirezionale 44', 44", posto lungo la guida d'onda acustica 41, in prossimità degli estremi delle guide d'onda 33, 35 collegati all'accoppiatore 32, atto a generare un'onda acustica di superficie entro la guida d'onda acustica; mezzi di assorbimento acustico 45, posti lungo la guida d'onda acustica 41, in prossimità degli estremi delle guide d'onda 34, 36 collegati all'accoppiatore 37, atti ad assorbire l'onda acustica di superficie residua.

In un dispositivo acusto-ottico con risposta indipendente dalla polarizzazione realizzato dalla Richiedente sono stati impiegati i medesimi materiali e scelti gli stessi valori dei parametri costruttivi utilizzati per il dispositivo acusto-ottico descritto in precedenza con riferimento alla figura 4.

Materiali diversi, scelti tra i materiali birifrangenti e fotoelastici noti, e valori diversi dei parametri potranno essere scelti dal tecnico del ramo per ottimizzare il funzionamento del dispositivo nelle diverse condizioni operative, in particolare per quanto riguarda la lunghezza d'onda centrale della banda passante.

Nel dispositivo realizzato dalla Richiedente il substrato 30 è costituito da un cristallo di LiNb03 tagliato perpendicolarmente all'asse x; le guide d'onda 31, 33, 34, 35, 36, 38 e le porzioni di guida d'onda 5 degli accoppiatori di polarizzazione 32, 40, 37 sono orientate lungo l'asse y del cristallo.

Le guide d'onda acustiche, le guide d'onda ottiche e gli accoppiatori di polarizzazione sono realizzati mediante deposizione e successiva diffusione di Titanio nel substrato. Dimensioni e modalità di realizzazione di questi componenti sono le stesse indicate per il dispositivo descritto con riferimento alla figura 4.

Le guide d'onda ottiche 33, 35 e rispettivamente 34, 36 devono inoltre essere separate da una distanza minima, per evitare sovrapposizioni delle code laterali (onde evanescenti) dei segnali propaganti nelle guide stesse e conseguenti accoppiamenti parassiti dei segnali fra le guide. Questa distanza viene scelta dal tecnico del ramo in funzione delle caratteristiche ottiche (in particolare gli indici di rifrazione) dei materiali impiegati e delle dimensioni delle guide d'onda. Nel caso in cui substrato e guide d'onda ottiche siano come nel dispositivo realizzato dalla Richiedente, tale distanza minima è di circa 40 pm. E' possibile scegliere valori maggiori per la distanza fra le guide d'onda ottiche, compatibilmente con l'esigenza di mantenere le guide stesse all'Interno della zona di massima intensità acustica, vicino alla mezzeria della guida d'onda acustica.

La distanza fra le guide d'onda 33, 34 e la zona 42 a maggior velocità delle onde acustiche e rispettivamente fra le guide d'onda 35, 36 e la zona 43 a maggior velocità delle onde acustiche deve essere anch'essa superiore ad una distanza minima dipendente dalle caratteristiche ottiche dei materiali e dalle dimensioni delle guide d'onda. Nel caso in cui substrato e guide d'onda ottiche siano come nel dispositivo realizzato dalla Richiedente, tale distanza è di almeno 35 μηη, preferibilmente di almeno 40 μηη, per evitare perdite ottiche conseguenti all'accoppiamento di parte dei segnali ottici verso le zone 42, 43 che, a seguito della diffusione di Titanio, hanno un indice di rifrazione ottico più elevato di quello del substrato.

In un dispositivo realizzato dalla Richiedente i valori di A per l'accoppiatore 32, di A e B per l'accoppiatore 40 e di B per l'accoppiatore 37 sono di 30 μπν I valori di B per l'accoppiatore 32 e di A per l'accoppiatore 37 sono invece di 40 μτη.

La guida d'onda 3 dell'accoppiatore 40 viene realizzata con lunghezza maggiore rispetto alle altre guide d'onda di accesso. La radiazione proveniente da questa guida d'onda propaga nella striscia 43 di delimitazione della guida d'onda acustica, che ha un indice di rifrazione superiore a quello del substrato, ed esce dalla striscia 43 per diffusione dalla superficie della striscia o per perdite di Fresnel al termine delle striscia stessa.

Per migliorare l'assorbimento della radiazione propagante lungo questa guida d'onda di accesso è possibile impiegare un assorbitore ottico 51 realizzato, per esempio, deponendo uno strato metallico al di sopra della guida d'onda, per una lunghezza di 3 o 4 mm. L'assorbitore ottico può essere realizzato durante le stesse fasi di processo in cui vengono realizzati i trasduttori elettro-acustici.

Il polarizzatore TE passante 39, realizzato secondo un principio noto (si veda, ad esempio, il già citato articolo di F. Tian et al.) è rappresentato in sezione trasversale nella figura 10. Esso consiste in un tratto lungo circa 1,5 mm di guida d'onda ottica monomodale 101 del tipo di quelle già descrìtte, realizzata contemporaneamente alle altre guide d'onda e agli accoppiatori di polarizzazione, sopra la quale sono deposti, per una larghezza di circa 30 μτη, uno strato di separazione 102 spesso 17 nm realizzato in Si02 ed uno strato di Alluminio 103 spesso 100 nm. Il polarizzatore 39 ha un rapporto di estinzione maggiore di 25 dB e fornisce un'attenuazione inferiore a 0,5 dB alla componente TE della radiazione. Il polarizzatore TE passante descritto è ottimizzato per il funzionamento con radiazione di lunghezza d'onda compresa in una banda intorno a 1550 nm.

Il tecnico del ramo potrà adattare i parametri costruttivi, in particolare lo spessore o il materiale dello strato di separazione, per realizzare un polarizzatore TE passante adatto a lunghezze d'onda diverse.

In un dispositivo acusto-ottico realizzato dalla Richiedente il trasduttore elettro-acustico unidirezionale comprende due serie, 44', 44", distanti circa 5 pm Cuna dall'altra, di cinque coppie di elettrodi interdigitati con una periodicità di 21,6 μΓη, che è il valore della lunghezza d'onda nel LiNb03 di un'onda acustica di superficie con frequenza di circa 173,5 MHz, frequenza necessaria alla conversione TE TM ad una lunghezza d'onda ottica intorno a 1550 nm. E' evidente che modificando la periodicità degli elettrodi è possibile realizzare trasduttori elettro-acustici adatti per filtri ottici operanti in altre bande di lunghezze d'onda. Gli elettrodi interdigitati sono realizzati secondo le modalità già indicate per il dispositivo di figura 4.

Per il dispositivo acusto-ottico descritto è stata determinata una perdita di inserimento (attenuazione subita nell'attraversare il dispositivo dai segnali ottici con lunghezza d'onda corrispondente al centro della banda passante) di valore compreso fra 2,5 dB e 3,5 dB. Se si considerano anche le attenuazioni in ingresso ed in uscita derivanti dall'accoppiamento fra la guida d'onda e due spezzoni di fibra ottica, necessari al collegamento del dispositivo con altri componenti del circuito ottico, la perdita d'inserimento ammonta a valori compresi fra 4,0 dB e 5,0 dB.

I lobi laterali della banda passante presentano una riduzione di almeno 20 dB rispetto al picco centrale di trasmissione. Nei casi più favorevoli è stata determinata una riduzione di 25 dB dei lobi laterali.

La perdita dipendente dalla polarizzazione (differenza di attenuazione fra le due componenti dei segnali ottici con polarizzazione ortogonale) è limitata ad un valore compreso fra 0,5 dB e 1,0 dB.

II rumore di fondo residuo (attenuazione dei segnali con lunghezza d'onda esterna alla banda passante) è inferiore a -25 dB.

II dispositivo acusto-ottico con risposta indipendente dalla polarizzazione descritto è adatto all'impiego come filtro pilotabile in lunghezza d'onda. In particolare è adatto all'impiego come filtro per la selezione dei canali in un sistema di comunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda. Mediante il pilotaggio del trasduttore elettro-acustico con un segnale elettrico che sia la sovrapposizione di più segnali elettrici a frequenze diverse, si ottiene per il filtro una banda passante costituita dall'insieme di diversi intervalli di lunghezze d'onda, in numero pari alle componenti a frequenza diversa del segnale elettrico di pilotaggio e dove le lunghezze d'onda corrispondenti al centro di ciascuno di detti intervalli dipendono dalle frequenze di dette componenti del segnale elettrico di pilotaggio. In questo modo è possibile utilizzare il filtro acusto-ottico per la selezione contemporanea di più canali, con lunghezze d'onda differenti e controllabili tramite il segnale elettrico di pilotaggio.

Un altro possibile impiego per il dispositivo acusto-ottico con risposta indipendente dalla polarizzazione descritto è per rigenerare ia forma degli impulsi in un sistema di comunicazione ottica ad impulsi.

Anche per il dispositivo acusto-ottico con risposta indipendente dalla polarizzazione descritto può essere introdotta la variante della generazione indipendente delle onde acustiche di superfìcie nei due stadi del dispositivo, ad esempio mediante un secondo trasduttore elettro-acustico unidirezionale, non rappresentato nella figura 9, costituito da due serie di elettrodi interdigitati, realizzati come il trasduttore descritto con riferimento alla figura 7, posto lungo la guida d'onda acustica 41, in prossimità degli estremi delle guide d'onda 34, 36 collegati al polarizzatore 39 e all'accoppiatore 40, atto a generare un'onda acustica di superficie entro la guida d'onda acustica 41 e mezzi di assorbimento acustico 46 (non rappresentati in figura 9), posti lungo la guida d'onda acustica 41 in prossimità degli estremi delle guide d'onda 33, 35 collegati al polarizzatore 39 e all'accoppiatore 40, atti ad assorbire l'onda acustica di superficie residua nel primo stadio del dispositivo.

Un dispositivo acusto-ottico integrato in guida d'onda a due stadi secondo l'invenzione può essere anche realizzato facendo uso, fra il primo ed il secondo stadio, di polarizzatori, TE passante e TM passante, costituiti ambedue da accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente in guida d'onda.

Una variante di questa configurazione, schematizzata nella figura 11, comprende, su di un substrato 30 in materiale birifrangente e fotoelastico, i seguenti componenti: tre accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente in guida d'onda 32, 40, 37, del tipo di quello descritto con riferimento alla figura 5, in cui la lunghezza Lc viene scelta in modo da consentire una trasmissione diretta per la componente TM ed una trasmissione incrociata per la componente TE dei segnali; un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente 111 del tipo descritto con riferimento alla figura 5, nel quale la lunghezza Lc viene scelta in modo da consentire una trasmissione diretta per la componente TE dei segnali ed una trasmissione incrociata per la componente TM dei segnali; una guida d'onda ottica a canale 31, che inizia al bordo del substrato ed è collegata alla guida d'onda di accesso 1 dell'accoppiatore 32; una guida d'onda ottica 28, che inizia al bordo del substrato ed è collegata alla guida d'onda di accesso 4 dell'accoppiatore 32; una guida d'onda 33, collegata fra la guida di accesso 2 dell'accoppiatore 32 e la guida di accesso 4 dell'accoppiatore 111 ; una guida d'onda 34, collegata fra la guida di accesso 3 dell'accoppiatore 111 e la guida di accesso 1 dell'accoppiatore 37; una guida d'onda 35, collegata fra la guida di accesso 3 dell'accoppiatore 32 e la guida di accesso 1 dell'accoppiatore 40; una guida d'onda 36, collegata fra la guida di accesso 2 dell'accoppiatore 40 e la guida di accesso 4 dell'accoppiatore 37; una guida d'onda 38, collegata alla guida di accesso 2 dell'accoppiatore 37 e che termina al bordo del substrato; una guida d'onda 29, collegata alla guida di accesso 3 dell'accoppiatore 37 e che termina al bordo del substrato; una guida d'onda acustica 41 , estesa su una porzione di substrato comprendente le guide d'onda ottiche 33, 34, 35, 36, delimitata da due strisce 42, 43 nelle quali la velocità delle onde acustiche è più elevata che nella guida d'onda 41; un trasduttore elettro-acustico 44 posto lungo la guida d'onda acustica 41 , in prossimità degli estremi delle guide d'onda 33 e 35 collegati all'accoppiatore 32, atto a generare un'onda acustica di superficie entro la guida d'onda acustica; mezzi di assorbimento acustico 45, posti lungo la guida d'onda acustica 41 , in prossimità degli estremi delle guide d'onda 34, 36 collegati all'accoppiatore 37, atti ad assorbire l'onda acustica di superficie residua.

Le guide d'onda 31, 33, 34, 35, 36, 38 e le porzioni di guida d'onda 5 degli accoppiatori di polarizzazione 32, 111 , 40, 37 sono parallele fra loro.

Le guide d'onda di accesso 2 dell'accoppiatore 111 e 3 dell'accoppiatore 40 vengono realizzate con lunghezza maggiore rispetto alle altre guide d'onda di accesso. La radiazione proveniente da queste guide d'onda propaga nelle strisce 42 e 43 di delimitazione della guida d'onda acustica, che ha un indice di rifrazione superiore a quello del substrato, ed esce dalle strisce 42 e 43 per diffusione dalla superficie delle strisce o per perdite di Fresnel al termine delle strisce stesse.

La lunghezza delle guide d'onda 5 dell'accoppiatore di polarizzazione 111 , per consentire la trasmissione diretta della componente TM e la trasmissione incrociata della componente TE a lunghezze d'onda intorno a 1550 nm, è compresa fra 500 pm e 1000 pm per un angolo di biforcazione fra le guide d'onda di accesso di ampiezza Θ = 0,55°; aumentando questo angolo è possibile, secondo calcoli effettuati dalla Richiedente, ridurre la lunghezza l_c rispetto ai valori indicati.

Le scelte del materiale e dell'orientamento per il substrato, delle dimensioni e delle tecniche realizzative per guide d'onda ottiche ed acustiche, accoppiatori di polarizzazione e trasduttori elettro-acustici possono seguire i criteri indicati per gli analoghi componenti impiegati nel dispositivo descritto con riferimento alla figura 9.

Tale prima variante presenta il vantaggio di poter essere realizzata in modo particolarmente semplice. Le guide d'onda ottiche e gli accoppiatori di polarizzazione, in particolare, possono essere iscritte nel substrato contemporaneamente, eliminando la fase di realizzazione del polarizzatore TE passante e riducendo così il numero di fasi di processo necessarie per realizzare il dispositivo.

Una seconda variante, schematizzata nella figura 12, prevede l'uso, in funzione di polarizzatore TM passante fra il primo ed il secondo stadio, di un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente 121 identico agli accoppiatori di polarizzazione 32, 37, 40, collegato al resto del circuito ottico sul substrato mediante guide d'onda di accesso 1, 3 poste su lati opposti rispetto alla mezzeria delle guida d'onda 5, in modo da utilizzare il modo di trasmissione incrociato.

Il collegamento della guida d'onda 33 con la guida d'onda di accesso 1 dell'accoppiatore 121 avviene mediante un tratto curvo 122 di guida d'onda ottica a canale, di lunghezza F. Per evitare sovrapposizioni fra il tratto curvo 122 e le strisce delimitanti la guida d'onda acustica, che potrebbero comportare perdite dei segnali ottici propaganti nel tratto curvo 122 verso le strisce stesse, è opportuno interrompere la guida d'onda acustica e le relative strisce di delimitazione nella porzione centrale. In questo modo si vengono a costituire due guide d'onda acustiche, 123 ed 126, una per ciascuno stadio del dispositivo, delimitate rispettivamente da strisce 124, 125 e 127, 128 a maggior velocità delle onde acustiche di superficie.

Nella porzione di substrato su cui si estendono le guide d'onda acustiche 123 e 126 sono comprese rispettivamente le guide d'onda ottiche 33, 35 e 34, 36.

Alle guide d'onda acustiche 123, 126 corrispondono inoltre trasduttori elettro-acustici unidirezionali 44', 44" e 47', 47", posti lungo le guide d'onda rispettivamente alle estremità collegate all'accoppiatore 32 e agli accoppiatori 121, 40, atti a generare onde acustiche di superficie nelle rispettive guide d'onda acustiche e mezzi di assorbimento acustico 48, 45, posti lungo le guide d'onda rispettivamente alle estremità collegate agli accoppiatori 121, 40 e all'accoppiatore 37.

Il dispositivo in questa seconda variante è completato da componenti analoghi a quelli impiegati nelle precedenti varianti, alla cui descrizione si rimanda, disposti in una configurazione analoga.

In un esempio di realizzazione la lunghezza F del tratto curvo 122 era di circa 4 mm ed il corrispondente raggio di curvatura della guida d'onda ottica era non inferiore a 100 mm, per ridurre eventuali perdite dovute alla curvatura della guida d'onda ottica.

II procedimento per la realizzazione del dispositivo in questa seconda variante presenta gli stessi vantaggi della prima variante in termini di riduzione del numero di fasi richieste; inoltre, nella seconda variante tutti gli accoppiatori di polarizzazione sono identici fra loro, il che rende il dispositivo più insensibile rispetto a variazioni di processo e semplifica la fase di progettazione, non essendo necessario ottimizzare le dimensioni di uno degli accoppiatoli di polarizzazione in modo da consentire in esso, a differenza che negli altri accoppiatori, la trasmissione diretta della componente TE e contemporaneamente la trasmissione incrociata della componente TM.

Una terza variante, schematizzata nella figura 13, si differenzia dalla seconda variante per la disposizione di un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente 131 in posizione ruotata rispetto alla direzione delle guide d'onda 31 , 33, 34, 35, 36, 38.

La rotazione, di un angolo pari alla metà dell'angolo di biforcazione Θ fra le guide d'onda di accesso dell'accoppiatore stesso, permette di ridurre la lunghezza del tratto curvo di collegamento 132 fra le guide d'onda di accesso dell'accoppiatore e le guide d'onda ottiche del dispositivo. In particolare la lunghezza del tratto curvo di collegamento 132 può essere inferiore a 0,5 mm.

Nel caso in cui il substrato è costituito da LiNb03 con propagazione della radiazione lungo l'asse y del cristallo, l'accoppiatore ruotato funziona in modo sostanzialmente identico agli altri accoppiatori se l'angolo di rotazione Θ / 2 è inferiore all'accuratezza con cui è possibile stabilire l'orientamento rispetto al substrato dell'asse y del cristallo, che ammonta a circa 0,3°.

Altrimenti, per compensare eventuali piccole differenze, è possibile ruotare l'intera struttura del filtro di circa Θ / 4 in direzione opposta, mantenendo i vantaggi relativi alla terza variante del dispositivo.

Nel descrivere i dispositivi secondo l'invenzione si è fatto fino ad ora riferimento ad onde acustiche di superficie e segnali ottici propaganti nello stesso verso lungo le rispettive guide d'onda parallele. La variante di prevedere onde acustiche di superficie contropropaganti rispetto ai segnali ottici è ugualmente possibile.

Per accentuare la direzionalità delle onde acustiche ed avere zone di massima intensità acustica in prossimità delle guide d'onda ottiche è stato descritto l'impiego di guide d'onda acustiche. E' ugualmente possibile secondo la seguente invenzione l'impiego di trasduttori direzionali che generino onde acustiche di superficie propaganti nella direzione delle guide d'onda ottiche, in assenza di guide d'onda acustiche.

Analogamente, le varianti elencate in relazione ad alcuni dei dispositivi descritti possono essere applicate, con adattamenti ovvi per il tecnico del ramo, anche agli altri dispositivi descritti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda, comprendente un substrato in materiale birifrangente e fotoelastico, sul quale sono ricavati: - un primo stadio di rotazione del piano di polarizzazione di un segnale ottico in un primo intervallo di lunghezze d'onda, includente almeno una guida d'onda ottica percorsa da detto segnale; - un secondo stadio di rotazione del piano di polarizzazione di un segnale ottico in un secondo intervallo di lunghezze d'onda, includente almeno una guida d'onda ottica percorsa da detto segnale; - almeno una guida d’onda ottica, collegante detti primo e secondo stadio, recante un singolo elemento selettivo in polarizzazione; - almeno una guida d'onda ottica, a valle di detto secondo stadio, recante un elemento selettivo in polarizzazione; caratterizzato dal fatto che detto singolo elemento selettivo in polarizzazione è costituito da un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente.
2) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti primo e secondo stadio comprendono mezzi di generazione di un'onda acustica di superficie.
3) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto substrato comprende una guida d’onda acustica includente almeno una porzione di una di dette guide d'onda ottiche di detti primo e secondo stadio.
4) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che comprende una prima guida d'onda acustica, estesa su una porzione di substrato includente detta guida d'onda ottica di detto primo stadio, ed una seconda guida d'onda acustica, estesa su una porzione di substrato includente detta guida d'onda ottica di detto secondo stadio.
5) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione di un'onda acustica di superficie sono posti entro almeno una di dette guida d'onda acustiche, in prossimità di una estremità delle stesse, per la propagazione unidirezionale di detta onda acustica in detta guida d'onda acustica.
6) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione di un'onda acustica di superficie comprendono una serie di elettrodi interdigitati, disposti trasversalmente a detta guida d'onda acustica.
7) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che comprende un assorbitore acustico posto a detta estremità di detta guida d'onda acustica.
8) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che comprende un assorbitore acustico posto all'estremità di detta guida d'onda acustica opposta all'estremità ove sono posti detti mezzi di generazione di un'onda acustica di superficie.
9) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per la generazione di onde acustiche di superficie sono costituiti da due serie di elettrodi interdigitati, a distanza prefissata, alimentate rispettivamente con un primo segnale elettrico a tensione alternata e con un secondo segnale elettrico ottenuto sfasando di 90° detto primo segnale elettrico, per la generazione di un'onda acustica unidirezionale.
10) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende due guide d'onda ottiche parallele in ciascuno di detti primo e secondo stadio e due guide d'onda ottiche di collegamento fra detti primo e secondo stadio, in cui ciascuna guida d'onda ottica di collegamento reca un singolo elemento selettivo in polarizzazione, atto a trasmettere una di due componenti di polarizzazione mutuamente ortogonali, ed in cui almeno uno di detti singoli elementi selettivi in polarizzazione è costituito da un accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente.
11) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 10, ca ratte ridato dal fatto che uno di detti singoli elementi selettivi in polarizzazione è un polarizzatore di tipo TE passante e comprende uno strato metallico sovrastante la corrispondente guida d'onda ottica di collegamento fra primo e secondo stadio, con l'interposizione di uno strato di separazione.
12) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che entrambi detti singoli elementi selettivi in polarizzazione sono costituiti da accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente.
13) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto entrambi detti accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente sono a trasmissione diretta per la rispettiva polarizzazione passante.
14) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che un primo di detti accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente è a trasmissione diretta per la rispettiva polarizzazione passante, un secondo di detti accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente è a trasmissione incrociata per la rispettiva polarizzazione passante.
15) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto secondo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente è collegato alla rispettiva guida d'onda ottica di collegamento mediante un tratto di guida d'onda curvo.
16) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto secondo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente comprende una porzione centrale rettilinea che forma un angolo non nullo con la rispettiva guida d'onda di collegamento.
17) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto materiale birifrangente e fotoelastico è il LiNb03.
18) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che dette guide d'onda ottiche e detti accoppiatori di polarizzazione ad onda evanescente sono realizzati mediante mascheratura fotolitografica, deposizione di uno strato di un metallo e successiva diffusione del metallo nel substrato.
19) Dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detto metallo è il Titanio.
20) Procedimento di realizzazione di un dispositivo acusto-ottico in guida d'onda di selezione in lunghezza d'onda, comprendente le seguenti fasi: - formazione di almeno una guida d'onda acustica su di un substrato in materiale birifrangente e fotoelastico, mediante diffusione di un primo metallo all'interno di detto substrato; - formazione su detto substrato, mediante deposizione per via fotolitografica e successiva diffusione ali'interno di detto substrato di un secondo metallo, di un primo e di un secondo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente e di almeno una guida d'onda ottica di collegamento fra detti accoppiatori di polarizzazione, almeno parzialmente compresa in detta guida d'onda acustica; - formazione, lungo detta guida d'onda ottica di collegamento, di un singolo elemento selettivo in polarizzazione; - formazione di un trasduttore elettro-acustico, comprendente elettrodi interdigitati, entro almeno una di dette guide d'onda acustiche, mediante deposizione per via fotolitografica di un terzo metallo su detto substrato; caratterizzato dal fatto che detta fase di formazione di un singolo elemento selettivo in polarizzazione è compresa in detta fase di formazione di detti primo e secondo accoppiatore di polarizzazione e di detta guida d'onda ottica di collegamento, ed è costituita dalla formazione di un terzo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente.
21) Procedimento di realizzazione di un dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 20, caraterizzato dal fatto che deti primo, secondo e terzo accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente sono uguali fra loro.
22) Procedimento di realizzazione di un dispositivo acusto-otico secondo la rivendicazione 20, caraterizzato dal fatto che comprende la formazione su deto substrato, mediante deposizione per via fotolitografica e successiva diffusione all'interno di deto substrato di detto secondo metallo, di una prima e di una seconda guida d'onda ottica di collegamento fra detti primo e secondo accoppiatore di polarizzazione, almeno parzialmente comprese in deta guida d'onda acustica, e la formazione, lungo ciascuna di dete guide d'onda ottiche di collegamento, di un singolo elemento selettivo in polarizzazione.
23) Procedimento di realizzazione di un dispositivo acusto-ottico secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che deta fase di formazione di detti elementi seletivi in polarizzazione è compresa in detta fase di formazione di detti primo e secondo accoppiatore di polarizzazione e di dette guide d'onda otiche di collegamento, ed è costituita dalla formazione di un terzo e di un quarto accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente rispettivamente lungo dete prima e seconda guida d'onda otica di collegamento.
24) Procedimento di realizzazione di un dispositivo acusto-otico secondo la rivendicazione 23, caratterizzato dal fatto che detti primo, secondo, terzo e quarto accoppiatore di polarizzazione ad onda evanescente sono uguali fra loro.