NL8204448A - Lopende-golf elektro-optische inrichting. - Google Patents

Description

?- ' . .

? 'j VO 3656

Lopende-golf elektro-optische inrichting.

Be onderhavige uitviading heeft betrekking op lopende-golf elektro-optische inrichtingen.

Dit de Amerikaanse octrooischriften 4.005.927 en 4.251.130 zijn keteninrichtingen bekand van hat snelheidsaangepaste type (VMG).

5 Bij dergelijke inrichtingen wordt een poortwerking verkregen door middel van een zich voortplantend elektrisch modulerend signaal dat zich in synchronise© met een optisch signaal voortplant.

Bij dergelijke poorten en bij elektro-optische modulatoren in het algemeen, is het een algemeen probleem dat de brekingsindices van 10 het substraatmateriaal waarlr de poort is gevormd in sterke mate ver-schillend zijn bij de twee van belang zijnde frequenties, dat zijn de frequenties van het elektrieche signaal en van het optische signaal.

Zulks brengt mede dat het elektrische golfpad speciaal moet zijn ont-worpen teneinde te voldoen aan het vereiste van snelheidsaanpassing, 15 waarbij wanneer de snelheden van de twee signalen niet nauwkeurig aan elkaar zijn aangepast het schakelrendement ofwel het modulatie-rendement asnzienlijk slechter wordt. Een dergelijke niet-perfecte aanpassing van de snelheden wordt aangeduid als "wegloop".

Bet is een algemeen doel van de onderhavige uitvinding om de 20 door dergelijke ’’wegloop" opgelegde beperkingen op te heffen zonder dat de elektrodestructuur uitgebreider of gecompliceerder wordt.

Volgens de voorstellen waarvoor bescherming wordt verlangd wordt het wegloopeffect in lopende-golf elektro-optische inrichtingen tot een minimum teruggebracht doordat met in longitudinale richting 25 zich op afstand van elkaar bevindende intervallen, een faseverschui- . ' ving van 180° (polariteitsomkering) teweeg wordt gebracht in het effect dat het modulerend signaal heeft op de bedrij fsparameter van dergelijke inrichtingen. Aldus wordt in een lopende-golfmodulator die eeh'peaar. gekoppeld golffeleiders omvat, waarbij het koppelrende-30 ment wordt gere^eid door modulatie van het verschil Δβ in de voort- plantingsconstante van de twee golfgeleiders, het wegloopeffect tegen-gegaan doordat met gespecificeerde intervallen langs de gekoppelde golf-geleiders .'sHfii omkering van het voorteken van Δβ wordt geintroduceerd.

In een fasedraaier, waarbij de relatieve fasen van de TE en TM modi 35 wordt geregeld door modulatie van het verschil in de voortplantings- 8204448 * \ -2- constanten van deze twee modi, wordt een omkering van het voorteken van dit verschil op soortgelijke wijze gelntroduceerd met gespecificeer-de in longitudinale richting zich op af stand van elkaar bevindende intervallen.

5 Het wegloopeffect in een TE £ TM-modusomzetter wordt tot een minimum teruggebracht zodat een fase-omkering in het voorteken van de elektro-optisch geinduceerde TE TM-koppelcoefficient wordt ge-introduceerd, welke koppelcoefficient de elektro-optische gemoduleerde bedrijfsparameter voor deze inrichting is.

10 Ter nadere toelichting van de uitvinding zullen in het onder- staahde enige uitvoeringsvoorbeelden daarvan worden beschreven met verwijzing naar de tekening waarin: fig. 1 een schema weergeeft van een bekende uitvoering van een lopende-golfpoort met snelheidsaanpassing; 15 fig.2 een schema weergeeft van een uitvoering van een modula tor volgens de uitvinding; fig. 3 een grafiek weergeeft ter illustratie van de variaties in Δβ zoals ondervonden door fotonen die de modulator binnenkomen, bij twee verschillende fasen van het modulerend signaal; 20 1 fig. 4 een grafiek weergeeft ter illustratie van de variaties van de amplitude van het modulerend signaal als functie van de tijd; fig. 5 en 6 schema's weergeven ter illustratie van de rich-tingen van het elektrische veld in twee naburige intervallen gerekend langs de modulator; 25 fig. 7 en 8 schematische voorstellingen weergeven ter illustra tie van de variaties in Δβ als een functie van de afstand, en geldend voor fotonen die op verschillende tijden binnenkomen; fig. 9 een schema weergeeft van een uitvoering van een fase-draaier volgens de uitvinding; 30 fig. 10 een schema weergeeft van een modus-omzetter volgens de uitvinding; fig. 11 een grafische voorstelling weergeeft ter illustratie van de amplitude-frequentiekarakteristiek van inrichtingen die uit verschillende aantallen van secties zijn samengesteld; en 35 fig. 12 een schema geeft van een alternatieve elektrode- configuratie.

8204448 -3-

Mociulatoren

De werking Tan zowel da bekende modulator met snelheidsaanpas-sing volgens fig. 1 alswel van de modulator volgens fig. 2 is geba-seerd gp een mechanisms waarbij het overdrachtsrendement tussen een 5 paar gekoppelde golfpaden wordt geregeld. Teneinde een en ander te verklaren en te illustreren zal worden verwezen naar elektrische en optiscbe signalen, alsook naar elektrische en optische golfpaden.

Het zaiechter duidelijk zijn dat de principes van de uitvinding even-zo goed toepasbaar zijn op elke willekeurige soort van golfpaden 10 waartussen interactie bestaat, zoals bijvoorbeeld voor elektroden-bundels, solitons, fonons, etc. het geval is. Bovendien kan een der-gelijke interactie bij elke willekeurige frequentie plaatsvinden. Uitgaande van daze aannamen wordt thans verwezen naar fig. 1 waarin een schema is weergegeven van een bekende VMG van de soort die is 15 beschreven in bovenvermeld Itaerikaans octrooischrift 4.251.130. De poort omvat een optische rifihtkoppeling met een paar van in wezen identieke didlektrische golf geleiders 11 en 12 die zijn ingebed in een elektro-optisch substraat 13 waarvan de brekingsindex lager is.

De geleiders zijn over een interval L gekoppeld, waarbij de koppel-20 coefficient per eenheid van 1angte, k, en het koppelinterval L met elkaar in verband staan volgens de formule kL = ir/2 (1)

Moduleermiddelen voor het varidren van het overdrachtsrendement tussen de geleiders omvatten een paar elektrodes 14 en 15 die direkt 25 boven de optische golfgeleiders respectievelijk 11 en 12 zijn aange-bracht. De elektrodes vormen een elektrische transmissielijn die aan zijn uitgangseinde is afgesloten door een weerstand 16 waarvan de grootte gelijk is aan die van de karakteristieke impedantie van de lijn, welke transmissielijn aan zijn ingangseinde wordt gevoed vanuit 30 een sigaaalj|roh 17.

Bij afwezigheid van een modulerend elektrisch signaal vanaf de bron 17, zijh de voortplantingsconstanten β^ en van twee golfgeleiders 11 en 12 gelijk. Sulks betekent dat een optisch signaal , dat wordt aangelegd aan het ene uiteinde van de geleider 11 volledig 35 wordt gekoppeld met de golfgeleider 12. Indien echter tussen de elektrodes een elektrisch veld wordt aangelegd, worden de voortplan- 82¾4448"

tf V

-4- tingsconstanten β^ en &2 plaatselijk verstoord als gevolg van het elektro-optische effect. In elk willekeurig punt x langs de koppel-inrichting verandert de voortplantingsconstante aldus als een functie van de tijd t. Wanneer wordt uitgegaan van een sinusvormig elektrisch 5 signaal met periode T, is het verschil in faseconstanten Δβ gegeven door Δβ = βχ - β2 = {sin ψ - t) } ; (2) O rf waarin, = de vrije-ruimte-golflengte van het optisch signaal; V ^ = de fasesnelheid van het elektrisch signaal; en 10 Δη = de maximale indexverandering die in elk van de geleiders door het elektrische veld wordt gelntroduceerd.

De door vergelijking (2) voorgestelde verstoring plant zich langs de optische golfpaden samen met het optische signaal voort.

In de snelheidsaangepaste koppelinrichting planten de verstoring en 15 het optische signaal zich met dezelfde snelheid voort. Daardoor onder-vindt lichtstraling die bij het stelsel op elk willekeurig moment binnenkomt hetzelfde voortplantingsconstante-verschil over het geheel. Meer in het bijzonder geldt dat lichtstraling die binnenkomt op een moment waarop de modulerende spanning nul is, een Δβ "ziet" die nul 20 is en blijft, hetgeen betekent dat energie volledig tussen de golfpaden. wordt overgedragen.Op alle andere momenten heeft Δβ een of andere eindige waarde zodat minder dan volledige overdracht van in-vallende lichtstraling plaatsvindt.

Indien daarentegen de elektrische en optische golven niet in 25 synchronisme met elkaar zijn, zien fotonen die de koppelinrichting binnenkomen een constant veranderende Δβ. Wanneer de koppelinrichting echter goed Is ontworpen kanvendit effect gebruik worden gemaakt om een wisselende-Δβ-koppelinrichting te realiseren van de soort zoals be-schreven in een artikel van H. Kogelnik en R.V. Schmidt, getiteld 30 "Switched Directional Couplers with Alternating Δβ", gepubliseerd in de uitgave van juli 1976 van IEEE Journal of Quantum Electronics,

Vol. QE-12, No. 7, biz. 396-401. In alle gevallen dient e.e.a. zodanig te zijn geconditioneerd dat het koppelrendement wordt geregeld als een functie van de tijd.

35 De modulator volgens fig. 2 biedt de mogelijkheid om de signaal- vexmogensoverdracht tussen gekoppelde geleiders in een lopende-golf 8 2 0 4 4 4 8 ' ΐ ·?.’ m- t, -5- niet-snelheidsaangepaste inrichting te regelen door het elektrische signaalgolfpad zo te vormen dat het equivalent wordt geintroduceerd van een 180° fasedraaiing in A$met intervallen langs het pad van de modu-lerende signaalgolf die op geschikt gekozen afstanden van elkaar zijn 5 gelegen. Zulks heeft tot gevolg dat de wegloopeffecten tussen de op-tische en modnlerende golven als gevolg van de snelheidsmisaanpassing, teniet wordt gedaan. Anders gezegd betekent zulks dat de fase-omke-ringen een snelheidsaanpassing simuleren met dien verstande dat Δβ alhoewel deze niet constant is over het koppelinterval, ten minste 10 niet warkzaam is om het voorteken te veranderen van die fotonen die het stelsel blnnenkomen wanneer het modulerend signaal een bepaalde fase heeft. Zulks betekent dat vanaf elk interval voor juist gefaseer-de sign&len een positieve bijdrage wordt geleverd in de plaats van een tegenwerkend effect dat anders zou worden verkregen wegens weg-15 loop.

Bij de in het onderstaande te beschrijven uitvoeringsvorm vol-gens fig. 2 worden de bovenvermelde fase-omkeringen teweeggebracht door een speciale uitvoering van de elektrodes. Evenals bij de bekende techniek het geval is, zijn de gekoppelde golfgeleiders 20 en 21 uit-20 gevoerd in de vorm van een paar in hoofdzaak identieke, evenwijdig aan elkaar verlopende golfgeleidingsgebieden die zijn ingebed in een substraat 22 van een materiaal met lagere brekingsindex. Bovenop het substraat en de optische golfgeleiders zijn drie geleidende elektrodes 23, 24 en 25 aangebracht die zich naast elkaar gelegen uit-25 strekken over een interval L van de optische golfpaden, waarbij het interval L het koppelinterval is zoals gedefinieerd door de vergelij-king (1).

Bij deze modulator omvatten de elektrodes een binnenliggende meander-vormige elektrode 23 en twee buitenliggende van vingers voor-30 ziene elektrodes 24 en 25 die samen een coplanaire strooktransmissie-lijn vormen.

De binnenliggende elektrode slingert zich afwisselend over elk van de optische golfpaden 20 en 21 waarbij de zijdelingse overgangen voorkomen met intervaDm gegeven door uniforme longitudinale af standen 35 ook wel genoemd de coherentielengte welke is gegeven door —820 4 4 48 -1 « * -6- i » — λ . V , o j-_— ι__Ξί. (3) Ο 2η _ νΛ 1 ' rf Ο waarin, λ = een gespecificeerde elektrische vrije-ruimtegolflengte; = de effectieve brekingsindex bij deze golflengte; V ^ = de voortplantingssnelheid bij deze golflengte; en 5 VQ = de voortplantingssnelheid van het optische signaal.

De buitenliggende vingervormige elektrodes 24 en 25 zijn langs het koppelinterval zodanig gelegen dat vingers van de desbetreffende elektrodes zich uitstrekken over die gedeelten van de optische golf-paden die niet zijn bedekt door de binnenliggende elektroden. De 10 binnenliggende elektrode 23 strekt zich bijvoorbeeld langs het eerste interval A^ nit over het golfpad 21. Aldus strekt de vinger 24-1 van de elektrode 24 zich uit over het zich daarbij bevindende gedeelte van het.andere golfpad 20. De binnenliggende elektrode 23 strekt zich langs het tweede interval uit over het golfpad 20 en 15 de vinger 25-1 van de elektrode 25 strekt zich uit over het corres-ponderende gedeelte van het golfpad 21.

Teneinde het elektrische veld te beperken tot het gebied van de optische golfpaden, is de afstand tussen de binnenliggende elektrode 23 en de daaraan grenzende vinger aanzienlijk kleiner dan 20 de afstand d^ tussen de binnenliggende elektrode 23 en het bijbeho-rend gedeelte van de andere elektrode. De overgangen zelf zijn zo scherp als mogelijk uitgevoerd. Er zij opgemerkt dat de afmeting d^ in een de soort kenmerkende optische modulator een gro6tte-orde heeft van slechts enige microns, dat wil zeggen enige grootte-ordes kleiner 25 dan de golflengte van het modulerend elektrische signaal. De golvin-gen van de elektrodes vormen aldus een verwaarloosbare verstoring langs het voortplantingspad van het modulerend signaal.

Zoals in het onderstaande uitvoeriger zal worden uiteengezet kan de lengte A^ van de eerste en laatste elektrode-intervallen elke 30 waarde hebben die kleiner is dan AQ zoals gegeven door de vergelijk-king (3). De overblijvende intervallen A^.../ zijn daarentegen alle gelijk aan Aq. Bij wijze van illustratie zal echter worden -.....820 4 4 48 ♦ · -7- aangenomen dat all® intervallen gelijk zijn aan SL^.

De door de elektrodes gevormde transmissielijn wordt aan zijn ingangsuiteinde bstaachtigd door een signaalbron 30 en deze transmissielijn is aan Zijn uitgangsuiteinde afgesloten door een impedantie 5 31, 32 die gelijk is aan zijn karakteristieke impedantie.

Zoals in het: voorafgaande is uiteengezet zijn de voortplantingsconstanten esft van de optische golfgeleiders 20 en 21, bij af-wezigheid van een modulerend signaal afkomstig van de signaalbron 30, gelijk en constant over het gehele koppelinterval L. Zulks betekent 10 dat een aan bet ene uiteinde van de golfgeleider 20 toegevoerd op- tisch signaal P volledig wordt overgedragen naar de tweede golfgelei-der 21 en dit signaal verlaat als het signaal de lijn aan het andere uiteinde da®rvaft, waarbij P^ = P^. Indien echter de elektrodes zijn bekrachtigd, zal bet resulterende elektrische veld dat zich langs de 15 elektrodes voortplant, de voortplantingsconstanten ¢5^ en a^s 9e“ volg van bet elektro-optiscbe effect plaatselijk verstoren. De voort-plantingsconstantaa van de twee optische golfgeleiders zullen aldus in elk willekeurig punt langs de koppelinrichting varieren als een func-tie van tijd. Aangezien de elektrische velden in de twee golfgeleiders 20 tegengesteld zijn gericht, zullen de twee voortplantingsconstanten verschillend worden belnvloed. Typerend is dat de ene wordt vergroot, terwijl de andere wordt verainderd met betrekking tot bun nul-veld-waarden. Zulks betekent dat de netto vermogensoverdracht tussen de twee golfgeleiders die variaart als een functie van de integraal van 25 het fase-constanteverschil Δβ = - β^, door het elektrische signaal is gemoduleerd.

Zoals in het voorafgaande is uiteengezet blijft in een snel-heidsaangepaste poort, de Δ0 zoals gezien door fotonen die de ingangs-golfgeleider binnenkomen, over het gehele koppelinterval constant, 30 voorzover de optische golf en de modulerende golf zich in synchronisme met elkaar voortpianten. In het geval waarin een snelheidsmisaanpas-sing bestaat planten de twee golven zich niet in synchronisme met elkaar voort, hetgeen een wegloopeffect geeft. In het onderhavige geval waarin de optische golf zich sneller voortplant dan het elektrische 35 signaal hebben fotonen die op elk willekeurig moment binnenkomen de neiging om de zich voortplantende elektrische golf in te halen.

~ 8204448 ♦ > -8-

Zulks betekent dat bij aanwezigheid van enige compenserende voorzie-ningen de elektrische veldvariaties en de gelnduceerde Δβ varieties zoals gezien door de fotonen als een functie van afstand langs de koppelinrichting, zullen varidren op een wijze zoals is geillustreerd 5 door de krommen 40 en 41 in fig. 3. De Δβ variatie zoals weergegeven door de kromme 40 geldt voor fotonen die binnenkomen op het moment waarop de amplitude van het modulerend signaal nul is, zoals voorge-steld door de kromme 50 in fig. 4. Aangezien het optische signaal . zich sneller voortplant dan het elektrische signaal halen deze fotonen 10 gedeelten van het voordien aangelegde modulerend signaal, aangeduid door het -t gedeelte van de kromme 50, in. Meer in het bijzonder geldt dat in een interval 2lQ de fotonen een volledige cyclus van de modu-lerende spanning, alsook de corresponderende Δβ variaties zien, waar-bij is gegeven door de vergelijking (3). Er zij opgemerkt dat voor 15 een sinusvormig modulerend signaal het voorteken van Δβ binnen deze ruimtelijke periode verandert.

Een soortgelijke Δβ variatie geldt voor fotonen die op andere tijden gedurende de cyclus van het modulerend signaal binnenkomen, zoals aangegeven door de kromme 41 in fig. 3. Zulks is equivalent 20 met een fasedraaiing van het modulerend signaal zoals voorgesteld door de kromme 51 in fig. 4.

De beide krommen 40 en 41 in fig. 3 zijn illustratief voor het wegloopeffect ten aanzien van Δβ. Aangezien het doorvoerrendement een functie is van de integraal van Δβ over het koppelinterval, is het 25 duidelijk dat een wisselende Δβ als netto effect oplevert dat de ge-integreerde waarde van Δβ, en aldus de doorvoer, tot een minimum worden teruggebracht, waarbij het doorvoerrendement η is gegeven als de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het ingangsvermogen ge-meten langs hetzelfde golfpad. Met verwijzing naar fig. 2 geldt dat P3 30 η = ~ (4).

Teneinde η te vergroten is het vereist dat de integraal van Δβ tot een maximum wordt opgevoerd. Zulks wordt bereikt door het effect van het elektrische veld op Δβ om te keren. Met andere woorden dient te gelden dat telkens wanneer een verandering in het voorteken van Δβ -8204448 -9- plaatsvindt zoals gezien door een foton dat het stelsel binnenkomt op een voorgesehreven moment, de posities van de elektrodes zodanig zijn veranderd dat is. het elektro-optische materiaal de richting van het elektrische veld hetzelfde blijft, zodat dezelfde polariteit van Δβ 5 wordt aangehouden. Zulks is gelllustreerd in de figuren 5 en 6 waarin dwarsdoorsneden van de koppelinrichting langs een paar naburige inter-vallen schematisch zijn weergegeven. Fig. 5 is bijvoorbeeld illustra-tief voor de elektrodes en Je elektrische veldverdeling die zou bestaan langs het eerste interval & wanneer de binnenliggende elektrode 23 10 positief is ten opzichte van de vingerelektrodes 24 en 25. Het veld verloopt primair vanaf de elektrode 23 naar beneden via de optische golfgeleider 21 en vervolgens omhoog via de golfgeleider 20 naar de elektreae 24. In het neastUggende interval ^ is de fase van het elektrische veld zoals deze door dezelfde fotonen wordt gezien, omge-15 keerd, zoals aangegeven in £ig. 3, en wel wegens wegloop. De binnen-liggende elektrode is dus thans negatief ten opzichte van de vingerelektrodes, zoals aangegeven in fig. 6. Aangezien de binnenliggende elektrode over een interval Δ van*f de golfgeleider 21 naar de golfgeleider 20 is verschoven blijft de richting van het elektrische veld 20 in de desbetreffende golfgeleiders echter hetzelfde, dat wil zeggen benedenwaarts gericht in de golfgeleider 21 en bovenwaarts gericht in de golfgeleider 20. Voorzover het Δ$ betreft is het alsof de fase van het elektriscbe; veld langs de elektrodes is omgekeerd, hetgeen de.

Δβ kromme 70 oplevert zoals is weergegeven in fig. 7. Er zij in het 25 bijzonder·opgemerkt dat ten aanzien van fotonen die het stelsel binnen-komen wanneer de amplitude van het modulerend signaal nul is, het voor-teken van Δβ niet omkeert over het koppelinterval. Het resultaat is dat de integraal van Δβ en daardoor het doorvoerrendement tot een maximum worden vergroot. In deze zin is aldus een snelheidsaanpassing 30 gesimuleerd. Wanneer daarentegen fotonen het stelsel binnenkomen wanneer de amplitude van het modulerend signaal maximaal is, zien deze fotonen de Δβ verdeling zoals is weergegeven in fig. 8, waarbij gelijke positieve en negatieve intervallen bestaan. In dit geval is de integraal van Δβ nul en de doorvoer zoals gedefinieerd in de vergelijking 35 (4) is dienovereenkomstig goring. Voor andere fasen van het modulerend signaal varieert de doorvoer tussen nul en de maximale waarde.

8204448 * * -10-

Aldus wordt de optische golf gemoduleerd.

Fasedraaier

De principes van de uitvinding kunnen tevens worden gebruikt om het wegloopeffect in een fasedraaier tegen te gaan. In een derge-5 lijke inrichting is de elektro-optische voor de modulatie representa-tieve bedrijfspar ameter gegeven als het verschil tussen de faseconstan-ten van de TE en de TM-golfvoortplantingsmodi. In fig. 9 welke in het onderstaande zal worden behandeld, is een fasedraaier weergegeven met een als optische golfgeleider werkzame strook 60 die is ingebed in een 10 substraat 61 van een birefingent-materiaal met een lagere brekings- index, en met middelen dienende om de relatieve voortplantingsconstanten van de twee modi op basis van het elektro-optische effect te moduleren. Bij de fasedraaier volgens fig. 9 wordt een dergelijke modulatie ver-kregen door middel van een paar geleidende vingervormige elektrodes 15 62 en 63 die op het substraat en de als golfgeleider werkzame strook zijn aangebracht. De elektrodes strekken zich samen uit over een interval L van het optische golfpad en zijn met betrekking tot elkaar zo-danig ingericht dat de vingers 62-1, 62-2...62-N van de elektrode 62 en de vingers 63-1, 63-2...63-N zich tussen elkaar in uitstrekken. De 20 breedte&Q van elke vinger berekend in de richting van de golfvoort-planting is gegeven door de vergelijking (3).

De door de elektrodes gevormde transmissielijn wordt aan zijn ingangsuiteinde bekrachtigd door een signaalbron 64 en deze lijn is aan zijn andere uiteinde afgesloten door een impedantie 65 die gelijk 25 is aan zijn karakteristieke impedantie.

In de bedrijfstoestand kan een optisch signaal met willekeurige polarisatie en dat zich lang de strook 60 voortplant, worden ontbonden in twee orthogonaal gepolariseerde TE en TM componenten. Voor een z-gesneden kristal-materiaal is de fasedraaiing van elk van de modi even-30 redig met de integraal van Δβ over het interval L.

waarin, Δβ^ ” (5) Δ3

™ *· r33V

r^^ resp. r^3 = de elektro-optische codfficidnten; en

Ez = de z-richtingcomponent van het modulerend signaal 35 binnen de strook 60.

82Q4448 -11-: -cm

Zoals uit de figuren 7 en 8 alsook de in het voorafgaande gegeven uiteenzettingai bLijkt is de faseverschuiving maximaal voor fotonea die binnenkomen bij de nuldoorgangspunten van het modulerend signaal en deze faseverschuiving is nul voor die fotonen die binnen-5 komen op een tijd corresponderende met een kwartcyclus later. De resul-terende fasedraaiiag kan aldus worden gemoduleerd door het elektrische signaal. Deze fasemodulatie kan vervolgens worden omgezet in een in-tensiteitsiaodtilatle door gebruik te maken van geschikte polarisatoren die vddr en na de fasedraaier zijn aangebracht. Volgens een andere 10 mogelijkheid kan gebruik worden gemaakt van *een interferometer-golf-geleidingsketenmet de faSedraaier teneinde de intensiteitsmodulatie te verkrijgen.

Modusomzettar

Fig. 10 is illustratief voor de toepassing van de principes . -*4* 15 van de uitvinding op een TE , ΊΜ-modusomzetter van· de soort zoals bij-voorbeeld beschreven in het Merikaanse octrooischrift 3.877.782. Kenmerkend voor een modusomzetter is een als golfgeleider werkzame strook 70 die is ingebed in een substraat 71 van een elektro-optisch materiaal met lagere brekingsindex. Een paar van elektrodes 72, 73 is 20 op geschikte wijze langs een gedeelte L van de strook 70 aangebracht.

Met het ene uiteinde van de elektrodes is een modulatiesignaalbron 71 ver-bonden en met het andere uiteinde is een aangepaste afsluitimpedantie 75 verbonden.

Wegens het verschil in de brekingindices zoals gezien door de 25 twee modi, is gebruik gemaakt van vingervoraige elektrodes teneinde een fase-aanpassihg te verkrijgen tussen de optische TE en TM-modi, waarbij de ruimtelijke periode Λ van de vingers is gegeven door

1 Γ "1 I

·— N - N = 4 (6) XQ TE TM Λ ' . ***' - waarin > de golflengte van de van belang zijnde optische 30 freguentie; en NTS resP’ effectieve brekingsindices zoals gezien de TEresp, TM-modus.

Afhankelijk van de snede van het substraatmateriaal zijn de elektrodevingers ofwel tussen elkaar in liggend ofwel tegenover elkaar -----520 4 4 48 -12- liggend geplaats zoals is weergegeven in fig. 10.

In een conventionele modusomzetter, waarbij een uniform potentiaalverschil aanwezig is tussen de elektrodes, is de ruimtelijke periode A van de elektrodevingers uniform over de lengte-afmeting 5 van de elektrodes, alhoewel enige vorm van taps verloop kan zijn geln-troduceerd teneinde een breedbandige omzettingsresponsie te verkrijgen. In een lopende-golfmodusomzetter waarin de elektrische en optische signalen niet in snelheid aan elkaar zijn aangepast, moet echter tevens rekening worden gehouden met het probleem gegeven door het . 10 wegloopeffect. In het bijzonder geldt evenals in het geval van de modulator en de fasedraaier, wanneer het zich sneller voortplantende optische signaal het zich langzamer voortplantende elektrische signaal inhaalt, dat opeenvolgende polariteitsomkeringen in het elektrische veld bestaan met intervallen zoals gelllustreerd in fig. 3 en dat 1-5 corresponderende omkeringen in het resulterende elektro-optische effect voorkomen. Met andere woorden zou bij afwezigheid Vein corri-gerende maatregelen elke willekeurige modusomzetting zoals geintrodu-ceerd in het eerste interval ongedaan worden gemaakt door de modusomzetting in het tweede interval · Teneinde zulks te verhinderen 20 wordt het equivalent van een 180° fasedraaiing gelntroduceerd in het effect van het modulerende veld op de modus-op-moduskoppelcoefficient, en met geschikt gekozen intervallen langs de elektrodes. In de illustra-tieve uitvoeringsvorm is de fase-aangepaste component van de koppel-coefficient gegeven door kQ exp (j27rz/A). Ter compensatie van de pola-25 riteitsomkering van het elektrische veld wordt een compenserende om-kering van de koppelcoefficient veroorzaakt doordat.volgende op elk van de intervallen^, ij*** een afstan<3· 72-1/ 73-1/ 72-2, 73-2, gelijk aan A/2 toegevoegd. Wanneer zulks is gedaan is de koppelcodfficient in elk opvolgend interval het negatieve equivalent van hetgeen geldend 30 zou zijn geweest bij afwezigheid van de toegevoegde afstand. Met andere woorden geldt koexp [jr (z + f}] * - ko“® [j Ψ ] ' (7) waardoor de gewenste compensatie wordt verkregen.

----------820 4 4 48 -13-

Er zij qpgemerkt dat de vinger-vingerafstand A aanzienlijk klei-ner. is .dan decoherentielenfte Alhoewel is weergegeven dat elk van de intervallen SL^, en drie vingers bevat, zal dit aantal in het algemeen aanzienlijk groter zijn dan drie. Tevens wordt opge-5 merkt 4ft £Q geen exact geheel veelvoud van Λ behoeft te zijn. In dat geval wordt de waarde van £ die een geheel veelvoud van ruimtelijke golflengten het dichtst benadert, gekozen. Zulks betekent een zeer geringe verandering in de ontwerpgolflengte van het modulerend signaal ' Xrf* 10 3h de liliistratieve uitvoeringsvorm volgens fig. 10 eindigt elk * interval £^, ^2" ’ me1: eeR tussenruimte zodat een lengte wordt toege-voegd ter verkrijging van de aanvullende halve ruimteperiode. Het zal echter duidelijk zijn dat indien de intervallen eindigen op een vinger, 'de toegevoegde halve periode zou kunnen worden gegeven door toevoe-15 ging van een extra vinger.

Een kwaatitatieve meat voor de werking van de in het vooraf-gaande beschreven inrichtingen kan worden verkregen door de moduleren-de spanning E(z,t) uit de drukken als een functie van de afstand z langs de modulatorelektrodes en de tijd t en wel als volgt: 20 E(z,t) = Eq sin (kz - wt - φ ) (8) waarin, E = de maximum amplitude van het modulerend signaal; en 2im .

, rf k = —r---, :

XX

Wanneer er tevens rekening mee wordt gehouden dat geldt dat

rf ° V

25 en ω =»' 2irf , rf ontstaat het volgende: E(z,t) = Eq sin 27¾^ ( - t + Φ ) (9) -14-

Fotonen die binnenkoaen op een tijdstip t zullen een punt z langs de elektrodes ten tijde t hebben bereikt volgens de formule z = v0(t-t0). (10)

Wanneer met behulp van vergelijking (10) in vergelijking (9) 5 t wordt gesubstitueerd ontstaat het volgende ®<*'V - E0 sin n ) * t0 + *o J (11>

Aangezien het werkzame elektro-optische effect evenredig is met de elektrodespanning, is de vergelijking (11) tevens een maat voor de verstoring zoals door deze fotonen wordt gezien. Wanneer de 10 fotonen geen verandering moeten zien in het voorteken van het elektro-optische effect wanneer zij zich langs de inrichting voortplanten, is het vereist dat het voorteken van E(z,tQ) niet omkeert wanneer z wordt gevarieerd. Wanneer het nulpunt van de tijdcoordinaat zodanig wordt gekozen dat =0 enwanneer de fotonen warden beschouwd die binnenkomen 15 op t = o, wordt de vergelijking (11) als volgt E(z,0) = E sin 2ir£ . (-i- - r~)z (12) 0 rf Vrf Vo het voorteken ran E (z, o) zal niet veranderen indien geldt dat 2Tfrf <V- - V7> 2 S * (13) rf 0 of 20 z s -s-t <r: - v-1» (14) rf rf 0

In aanmerking nemende dat V - Xrf rf = - , s— n .

f _ rf rf geldt dat —8204448 r: .....-..... ..... - · . -15- -1 λ - * Γ v ~ z 5 % " 25“ 1 - vf <15> rf 0 Φ · waarmee een uitdrukking is verkregen voor de coherentielengte zoals gegeven door de bovenstaande vergelijking (3), en waarmee is aange-toond dat hetgeen is gesteld in verband met de fig. 7 en 8, juist is.

5 jjat wil zeggen voor het gespecificeerde overgangsinterval l geldt dat het voorteken van Δβ of k nfet verandert voor fotonen die binnenkomen op tijden corresponderende set de nuldoorgangen van het modulerend signaal. Meer in het bijzonder geldt dat voor de rf-golflengte λ corresponderende met £ , het wegloopeffect tussen de optische en rf-10 signaler* van geen belang is voor elektrodelengten kleiner dan of gelijk aan £Q.

Indien de vergelijking (11) wordt genomen voor een situatie waarbij een zekere waarde f voor f^ is gekozen als zijnde represen-tatief voor de feitelijke frequentie van het modulerend signaal, en 15 polariteitsomkeringen worden geintroduceerd met intervallen van Δ waarbij £ is berekend uit de vergelijking (15) met een waarde fQ voor f^ als voorstellende de ontwerpwaarde van de modulerende frequentie, kan eeii uitdrukking voor de effectieve modulatiediepte worden afgeleid door over de total® elektrodelengte L te integreren. Dit 20 levert de volgende twee vergelijkingen op: (a) Voor een even aantal omkeringsintervallen (d.i. L = £Q(n+l), waarin n een oneven geheel getal is): ' E £ / Edz = {cos (n+l)0! - °°}cos [2irftQ - (n+l)ocJ (16) (b) Voor een oneven aantal van omkeringsintervallen (d*i.

25 L *» £_(n+l), waarin n een geheel even getal is):

U

. _. Vo na - sin (n+l)a> sin (2-x£t - (n+l)a1 (17) f Edz =*—— 003 Ct i- o -> a 3 * rf/2fo·

Het blijkt dat elk van de vergelijkingen (16) en (17) een amplitudeterm bevat die een functie is van de moduleerfrequentie f, 30 een tijdsafhankelijke term die een replica is van het modulerend signaal, en een faseverschuiviag die een functie is van de modulatie- ¢20 4 448 -16-

frequentie f/f . Tevens valt op te merken dat voor t = 1 en f = f O o 4fQ

waarmee is voldaan aan de voorwaarden geldend voor de situatie vol-gens fig. 8, de geintegreerde waarde van Δ8 gelijk aan nul is, zoals is weergegeven in de figuur.

5 Pig. 11 is illustratief voor de varlaties in de amplitude- responsie als functie van de genormaliseerde modulatiefrequentie f/fQ, en· geldend voor inrichtingen met 2,4 en 8 secties. Tevens geeft deze figuur de resultaten voor een elektrode met een lengte 2£Q zonder dafcesi het wegloopeffect-compenserende fase-omkering is gexntroduceerd.

10 Blijkbaar wordt door het vergroten van het aantal secties de modula-tieband verschoven vanaf een laagdoorlatend karakter waarbij geen fase-omkeringen bestaan, naar een banddoorlatend karakter met als center-freguentie de frequentie fQ. Voor het niet-gecorrigeerde geval is geen optische modulatie mogelijk bij f = fQ. Wanneer echter gebruik 15 wordt gemaakt van de voorgestelde elektrode zal, wanneer het aantal secties wordt vergroot, de amplituderesponsie toenemen, terwijl de modulatie-bandbreedte zal afnemen. Daardoor wordt het gewenste doel bereikt. Door de toegevoegde lengten is het mogelijk gebruik te maken van lagere modulatiespanningen zonder dat het nodig is am de frequentie 20 van het modulerende signaal te verlagen.

Bij de modulator volgens fig. 2 zijn de twee buitenliggende elektrodes 24 en 25 weergegeven en beschreven als vingervormige elektrodes. De elektrodes 62 en 63 van de fasedraaier volgens fig. 9 zijn eveneens weergegeven en beschreven als vingervormige elektrodes.

25 Het is echter mogelijk om gedeelten van deze elektrodes weg te laten en alhoewel daardoor de vorm wordt veranderd zal hun werking niet worden bexnvloed. Pig. 12 toont bijvoorbeeld elektrodes 62 en 63 waarvan de gearceerde gedeelten 62-1, 62-2, 63-1 en 63-2 zijn wegge-laten, waardoor dit paar van in eerste aanleg vinger-vormige elektro-30 des is veranderd in een paar van meanderende elektrodes met gelijk-matige breedte. Binnen de doelstelling van de onderhavige uitvinding zijn deze twee uitvoeringsvormen equivalenten, waarmee is geillustreerd dat de uitvinding kan worden gerealiseerd onder gebruikmaking van verschillende elektrodeconfiguraties.

35 In de in het voorafgaande gegeven uiteenzettingen is gemaks- halve aangenomen dat al de intervallen van een gelijke lengte waren.

------82 0 4 4 4 8 * ' ‘ 7 - - --rr— , ^ ^ : ^ ^______ ^ ^....... ^ _ __________________________ -17-

Er is echter opgeraerkt dat het eerste interval en het laatste interval gelijk aan of kleiner dan iQ kunnen zijn. Indien bijvoorbeeld het eerste interval kleiner is dan is het effect het equivalent van een fasedraaiing in het modalatiesignaal zoals aangeduid in de fig.

5 3 en 7 door de verscboven veirticale assen 42 en 43. Indien het laatste interval kleiner is dan Z is het effect eveneens dat het interactie- 0 interval is beeindigd op een plaats aangegeven door de as 44 in fig. 7.

In alle andere opzichten zullen de inrichtingen echter werken zoals in het voorafgaande is beschreven.

8204448

Claims (5)

1. Lopende-golf elektro-optische inrichting omvattende <§dn of meer optische golfgeleiders en een elektrische golfgeleider die is gekoppeld met genoemde 44n of meerdere optische golfgeleiders een en ander teneinde door middel van het elektro-optische effect een para- 5 meter van genoemde έέτι of meerdere optische golfgeleiders plaatselijk te moduleren, gekenmerkt door middelen (24-1., 25-1; 62-1, 63-1, 62-2, 63-2; 72-1, 72-2, 73-1, 73-2) voor het introduceren van fasedraaiingen van 180° in de modulatie van genoemde parameter, met in longitudinale richting achter elkaar gelegen intervallen (J^ “ ;A ) die zich uit- 10 strekken langs genoemde een of meerdere optische golfgeleiders.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de elektrische golf-geleider een aantal elektrodes omvat, die een vlakke strookvormige transmissielijn vormen, met het kenmerk, dat de middelen voor het introduceren van de fasedraaiingen van 180° zijn gegeven als trans- 15 versale verschuivingen van de elektrodes ten opzichte van genoemde een of meerdere optische golfgeleiders.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, welke inrichting is uitgevoerd als een fasedraaier, waarbij genoemde den of meerdere optische golfgeleiders bestaan uit een optische golfgeleider met een 20 strook die is ingebed in elektro-optisch materiaal met een lagere brekingsindex, met het kenmerk, dat de elektrische golfgeleider twee elektrodes (62, 63) omvat die zich afwisselend uitstrekken over opeen-volgende lengten van de strook (60).

4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, welke inrichting is uit-25 gevoerd als een modulator, waarbij genoemde ddn of meerdere optische golfgeleiders een paar gekoppelde optische golfgeleiders omvat, met het kenmerk, dat de elektrische golfgeleider een middenelektrode (23) omvat die is aangebracht tussen een paar van buitenliggende elektrodes (24, 25) die een strooktransmissielijn vormen die zich met betrekking 30 tot de optische golfgeleiders (20, 21) longitudinaal uitstrekt, waarbij de middenelektrode (23) een meanderconfiguratie bezit die zich afwisselend over lengtegedeelten van de optische golfgeleiders (20, 21) uitstrekt. 820 4 4 4 8 -19-

5. Inrichting volgens oonclusie 1, we Ike inrichting is uitge- voerd aXs een TE ^TM modusonczetter, waarbij genoemde een of meerdere optische golfgeleiders bestaan uit een enkele optische golfgeleider en de elektriscbe golfgeleider een paar elektrodes omvat die elk zijn 5 voorzien van periodiek op afstand geplaatste vingers, met het kenmerk, o dat de middelen voor het introduceren van faseverschuivingen over 180 in de modolatie van de parameter, zijn gegeven door 180°-fasever-schuivingea (72-1, 72-2, 73-1, 73-2) in de periodiciteit van de vingers. t - 510.4 4 41