NO853243L

NO853243L - FREQUENCY CHANGES WITH HOUSING GUIDE FOR OPTICAL SIGNAL.

Info

Publication number: NO853243L
Application number: NO853243A
Authority: NO
Inventors: Chin-Lung Chang
Original assignee: Litton Systems Inc
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1987-02-17

Description

Oppfinnelsens bakgrunn The background of the invention

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt frekvensskiftere og spesielt optiske frekvensskiftere. Enda mer spesielt vedrører oppfinnelsen en frekvensskifter med optisk bølgeleder, som egner seg til bruk i forbindelse med et optisk rotasjonsfø-lesystem, som tar i bruk en elektrooptisk, roterende halvbølge-plate for skifting av et lysinngangssignal til en frekvens som passer for den vinkelrotasjonshastighet som skal detekteres. The present invention generally relates to frequency shifters and in particular to optical frequency shifters. Even more particularly, the invention relates to a frequency shifter with an optical waveguide, which is suitable for use in connection with an optical rotation sensing system, which uses an electro-optical, rotating half-wave plate for shifting a light input signal to a frequency suitable for the angular rotation speed which must be detected.

En frekvensskifter kan brukes for å implementere et optisk rotasjonsfølesystem som har den båndbredde som er nødvendig for luftfartøynavigasjon. Slike systemer må være istand til å oppløse rotasjonshastigheter så lavt som 0,01 grader pr. time, og så høyt som 1.000 grader pr. sekund. Forholdet mellom den øvre grense og den nedre grense som skal måles, er tilnærmet 10^. A frequency shifter can be used to implement an optical rotation sensing system that has the bandwidth necessary for aircraft navigation. Such systems must be able to resolve rotation rates as low as 0.01 degrees per second. hour, and as high as 1,000 degrees per second. The ratio between the upper limit and the lower limit to be measured is approximately 10^.

Fiberoptiske ringinterferometere har vist seg å være spesielt anvendelige for rotasjonsavføling. Et fiberoptisk ringinterferometer innbefatter typisk en sløyfe av fiberoptisk materiale med motvandrende lysbølger deri. Etter at de motvandrende bølger har gått gjennom sløyfen, blir de kombinert slik at de interfererer for dannelse av et utsignal. Intensiteten av utsignalet er avhengig av den relative fase for de to bølger. Rotasjon av sløyfen skaffer en relativ faseforskjell mellom de to bølger i henhold til den velkjente Sagnac-effekt. Graden av faseforskjell er en funksjon av vinkelhastigheten av sløyfen, slik at det optiske utsignal som fremskaffes ved hjelp av interferens mellom de motvandrende bølger varierer i intensitet som en funksjon av sløyfens rotasjonshastighet. Rotasjonsføling utføres ved at man detekterer det optiske utsignal og behandler signalet for bestemmelse av rotasjonshastigheten. En frekvensskifter kan være innlemmet i apparatet, idet denne behandler det optiske utsignal for bestemmelse av graden av Sagnac-faseskiftet mellom de to bølger. Fiber optic ring interferometers have proven to be particularly useful for rotational sensing. A fiber optic ring interferometer typically includes a loop of fiber optic material with counter-traveling light waves therein. After the counter-propagating waves have passed through the loop, they are combined so that they interfere to form an output signal. The intensity of the output signal is dependent on the relative phase of the two waves. Rotation of the loop provides a relative phase difference between the two waves according to the well-known Sagnac effect. The degree of phase difference is a function of the angular velocity of the loop, so that the optical output signal produced by interference between the counter-propagating waves varies in intensity as a function of the loop's rotational speed. Rotation sensing is performed by detecting the optical output signal and processing the signal to determine the rotation speed. A frequency shifter can be incorporated into the apparatus, as this processes the optical output signal to determine the degree of the Sagnac phase shift between the two waves.

Frekvensskifteren må ha en båndbredde som kan sammenlignes med den for en passende lyskilde som brukes for innføring av de motvandrende lysbølger i sløyfen. En superlysende diode med koherent lysutgangssignal i et bølgelengdebånd på ca. 100 nm er funnet å være en passende lyskilde for et optisk rotasjonsføle-system. En passende frekvensskifter må derfor være istand til å skifte en innkommende optisk stråle med minst 50 nm over og under bærebølgens bølgelengde. Tidligere tilgjengelig frekvensskiftere har båndbredder som er altfor smale for luftfartøyfø-ringssystemer. The frequency shifter must have a bandwidth comparable to that of a suitable light source used for introducing the counter-traveling light waves into the loop. A superluminous diode with a coherent light output signal in a wavelength band of approx. 100 nm has been found to be a suitable light source for an optical rotation sensing system. A suitable frequency shifter must therefore be able to shift an incoming optical beam by at least 50 nm above and below the wavelength of the carrier wave. Previously available frequency shifters have bandwidths that are far too narrow for aircraft guidance systems.

En typisk optisk frekvensskifter bruker en akustisk bølge for dannelse av et bevegelig gitter. Det lys som skal skiftes med hensyn til frekvens, faller inn på den akustiske bølge. De alternerende områder av konsentrasjon og svekking i den akustiske bølge virker som et difraksjonsgitter med en gitteravstand lik bølgelengden for den akustiske bølge. Gitteret beveger seg med den akustiske bølges hastighet, og skifter den innfallende optiske stråle med hensyn til frekvens ved hjelp av Dopplervirkningen. Den akustisk-optiske frekvensskifter har en båndbredde på bare ca. 2 Å = 0,2 nm. Akustisk optisk frekvensskiftere har typisk en virkningsgrad på.ca. 80 prosent, men virkningsgraden varierer med frekvensen og graden av frekvensskift. En frekvensskifter i forbindelse med et optisk rotasjons-følesystem bør ha en omformingsvirkningsgrad som er stabil med hensyn til de endringer som er påkrevet ved graden av frekvensskift. A typical optical frequency shifter uses an acoustic wave to form a moving grating. The light that is to be shifted with regard to frequency falls on the acoustic wave. The alternating areas of concentration and attenuation in the acoustic wave act as a diffraction grating with a grating spacing equal to the wavelength of the acoustic wave. The grating moves at the speed of the acoustic wave, shifting the incident optical beam with respect to frequency using the Doppler effect. The acoustic-optical frequency shifter has a bandwidth of only approx. 2 Å = 0.2 nm. Acoustic-optical frequency shifters typically have an efficiency of approx. 80 per cent, but the efficiency varies with the frequency and the degree of frequency shift. A frequency shifter in connection with an optical rotation sensing system should have a conversion efficiency that is stable with respect to the changes required by the degree of frequency shift.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Den foreliggende oppfinnelse skaffer en frekvensskifter som råder bot på de ulemper som tidligere frekvensskiftere i optiske rotasjonsfølesystemer er beheftet med. Frekvensskifteren ifølge den foreliggende oppfinnelsen skaffer organer til å skifte frekvensen av innkommende optiske signaler i størrel-sesordener som strekker seg fra 0 til ca. 1,3 GHz med svitsje-tider på ca. et nanosekund. Virkningsgraden varierer bare med ca. 1 dB over en 1 GHz båndbredde. Skiftingen i frekvens dekker derfor hele området av interesser i forbindelse med optiske rotasj onsfølesystemer. The present invention provides a frequency shifter which overcomes the disadvantages with which previous frequency shifters in optical rotation sensing systems have suffered. The frequency shifter according to the present invention provides means to shift the frequency of incoming optical signals in orders of magnitude ranging from 0 to approx. 1.3 GHz with switching times of approx. a nanosecond. The efficiency only varies by approx. 1 dB over a 1 GHz bandwidth. The shift in frequency therefore covers the entire area of interest in connection with optical rotation sensing systems.

Den foreliggende oppfinnelse innbefatter en optisk bølgeleder og en flerhet av elektroder som er tildannet på et substrat av et elektrooptisk aktivt materiale, f.eks. litium niobat. Elektrodene er anordnet for å påtrykke to vinkelrette elektriske felter på en lengde av den optiske bølgeleder. Fasen for disse felter blir styrt slik at resultanten av de to vinkelrette felter danner en roterende elektrisk feltvektor. Påtrykkingen av et elektrisk felt på det elektrooptisk aktive litium niobat endrer dettes brytningsindeks. Riktig valg av elektrodelengden, mellomrom og påtrykt spenning bevirker av den optiske bølgeleder oppfører seg som en halvbølge-retardasjons-plate som dreier seg ved halve frekvensen av den spenning som påtrykkes elektrodene. The present invention includes an optical waveguide and a plurality of electrodes formed on a substrate of an electro-optically active material, e.g. lithium niobate. The electrodes are arranged to apply two perpendicular electric fields to a length of the optical waveguide. The phase of these fields is controlled so that the resultant of the two perpendicular fields forms a rotating electric field vector. The application of an electric field to the electro-optically active lithium niobate changes its refractive index. Correct selection of the electrode length, spacing and applied voltage causes the optical waveguide to behave as a half-wave retardation plate which rotates at half the frequency of the voltage applied to the electrodes.

Oppfinnelsen innbefatter ytterligere en kvartbølgeplate ved hver ende av halvbølgeplaten, for derved å sikre at det optiske innsignal til halvbølgeplaten blir sirkulært polarisert. Den sirkulært polariserte innbølge til halvbølgeplaten blir frekvensskiftet fra bærebølgefrekvensen med en størrelse f, hvor f er frekvensen av den spenning som påtrykkes elektrodene. Skiftet i frekvens fremskaffer et sidebånd som har en frekvens enten større eller mindre enn bærebølgefrekvensen, avhengig av betydningen av den sirkulært polariserte innbølge, og rotasjonsretningen for halvbølgeplaten. The invention further includes a quarter-wave plate at each end of the half-wave plate, thereby ensuring that the optical input signal to the half-wave plate is circularly polarized. The circularly polarized input wave to the half-wave plate is shifted in frequency from the carrier frequency by a quantity f, where f is the frequency of the voltage applied to the electrodes. The shift in frequency produces a sideband that has a frequency either greater or less than the carrier frequency, depending on the significance of the circularly polarized input wave, and the direction of rotation of the half-wave plate.

I forbindelse med en foretrukken utførelsesform samar-beider en første elektrode med en jordet elektrode for dannelse av et elektrisk felt gjennom den optiske bølgeleder og parallellt med overflaten av substratet. En annen elektrode samvirker med den jordede elektrode for dannelse av et elektrisk felt gjennom den optiske bølgeleder, og vinkelrett på overflaten av substratet. Størrelsen av den spenning som påtrykkes elektrodene blir justert for å sikre at de to felter har samme størrelse. Størrelsen av feltene er fortrinnsvis valgt for å fremskaffe halvbølgeretardasjon i et innkommende optisk signal av en valgt bølgelengde. In connection with a preferred embodiment, a first electrode cooperates with a grounded electrode to form an electric field through the optical waveguide and parallel to the surface of the substrate. Another electrode interacts with the grounded electrode to form an electric field through the optical waveguide, and perpendicular to the surface of the substrate. The magnitude of the voltage applied to the electrodes is adjusted to ensure that the two fields have the same size. The size of the fields is preferably selected to provide half-wave retardation in an incoming optical signal of a selected wavelength.

Frekvensskifteren ifølge oppfinnelsen finner også anven-delser som en føler og som en lokal oscillator i de optiske kommunikasj onssystemer. The frequency shifter according to the invention also finds applications as a sensor and as a local oscillator in the optical communication systems.

Kort omtale av tegningsfigurene Brief description of the drawing figures

Fig. 1 er et hovedsakelig isometrisk riss av frekvensskifteren ifølge oppfinnelsen, innbefattende elektroder tildannet på et substrat og innbefattende en skjematisk representasjon av den elektriske krets som benyttes for påtrykking av spenning på elektrodene. Fig. 1 is a mainly isometric view of the frequency shifter according to the invention, including electrodes formed on a substrate and including a schematic representation of the electrical circuit used for applying voltage to the electrodes.

Fig. 2 er et tverrsnitt gjennom elektrodene på fig. 1, Fig. 2 is a cross-section through the electrodes of fig. 1,

og viser et elektrisk felt parallellt med substratet. and shows an electric field parallel to the substrate.

Fig. 3 er et utsnitt av et tverrsnitt tatt efter linjen 2-2 på fig. 1, og viser et elektrisk felt vinkelrett på substratet. Fig. 4 er en skjematisk representasjon av en roterende halvbølgeplate. Fig. 5 er en annen skjematisk representasjon av en roterende halvbølgeplate. Fig. 3 is a section of a cross section taken along the line 2-2 in fig. 1, and shows an electric field perpendicular to the substrate. Fig. 4 is a schematic representation of a rotating half-wave plate. Fig. 5 is another schematic representation of a rotating half-wave plate.

Fig. 6 er et diagram som viser prosenter av bærebølgen Fig. 6 is a diagram showing percentages of the carrier wave

og sidebåndet i frekvensskifteren på fig. 1 som funksjoner av spenning påtrykket elektrodene. and the sideband in the frequency shifter in fig. 1 as functions of voltage applied to the electrodes.

Fig. 7a-7e viser trinn som kan benyttes ved fremstillin-gen av frekvensskifteren på fig. 1 . Fig. 8 representerer overlappingen av kjernen av en optisk fiber med den optiske bølgeleder tildannet i substratet på fig. 1. Fig. 9 er et skjematisk diagram over effektfordelingen i den optiske fiber og den optiske bølgeleder på fig. 1 og 8. Fig. 10 anskueliggjør et apparat og fremgangsmåte for posisjonering av den fiberoptiske bølgeleder for butt forbindelse med den optiske bølgeleder på fig. 1 og 8. Fig. 11 er et oppriss som anskueliggjør butt forbindelse av den fiberoptiske bølgeleder på fig. 10 med den optiske bølgeleder på fig. 1. Fig. 7a-7e show steps that can be used in the production of the frequency changer in fig. 1. Fig. 8 represents the overlap of the core of an optical fiber with the optical waveguide formed in the substrate of Fig. 1. Fig. 9 is a schematic diagram of the power distribution in the optical fiber and the optical waveguide in fig. 1 and 8. Fig. 10 illustrates an apparatus and method for positioning the fiber optic waveguide for butt connection with the optical waveguide of fig. 1 and 8. Fig. 11 is an elevation showing the blunt connection of the fiber optic waveguide in fig. 10 with the optical waveguide of fig. 1.

Omtale av foretrukne utførelsesformer Discussion of preferred embodiments

Frekvensskifterapparat Frequency changer device

Slik det fremgår av fig. 1, innbefatter en frekvensskifter 10 ifølge oppfinnelsen et substrat 12 fortrinnsvis tildannet av et elektrooptisk aktivt materiale, f.eks. litium niobat. For enkelthets skyld er substratet 12 vist med to hovedsakelig rektangulære flater. En optisk bølgeleder 14, som kan være fremstilt ved doping av et parti av substratet 12, slik det vil bli forklart i det følgende, strekker seg langs utstrekningen av substratet 12. For enkelthets skyld er den optiske bølgeleder 14 vist til å strekke seg hovedsakelig langs én linje parallellt med og på jevn avstand fra et par motsatte sider av substratet 12. Den optiske bølgeleder 14, slik det fremgår av fig. 1, 7e og 11, har fortrinnsvis et tilnærmet halvsirkulært tverrsnitt med en buet side 11, og en flat side 13, som ligger i planet As can be seen from fig. 1, a frequency shifter 10 according to the invention includes a substrate 12 preferably made of an electro-optically active material, e.g. lithium niobate. For simplicity, the substrate 12 is shown with two substantially rectangular surfaces. An optical waveguide 14, which may be produced by doping a portion of the substrate 12, as will be explained below, extends along the extent of the substrate 12. For simplicity, the optical waveguide 14 is shown to extend mainly along one line parallel to and at an even distance from a pair of opposite sides of the substrate 12. The optical waveguide 14, as can be seen from fig. 1, 7e and 11, preferably has an approximately semi-circular cross-section with a curved side 11, and a flat side 13, which lies in the plane

for substratet 12. for the substrate 12.

En flerhet av elektroder 16, 18 og 20 er festet til det midtre parti av substratet 12. Elektroden 16, slik det fremgår av fig. 1-3, er fortrinnsvis sentrert over den flate overflate 13 av den halvsirkulære optiske bølgeleder 14. Slik det fremgår av fig. 1 og 2, er elektrodene 18 og 20 anordnet på avstand fra elektroden 16, og befinner seg hovedsakelig på samme plan. Elektrodene 16, 18 og 20 er fortrinnsvis rektangulære, og har tilnærmet samme lengde L, og er plassert parallellt med sine ender hovedsakelig på linje. Elektrodene 18 og 20 er fortrinnsvis anordnet på en avstand d fra midtelektroden 16. Ved den typiske konstruksjon av frekvensskifteren 10 er lengden L ca. 1,0 cm og avstanden d ca. 10 nm. A plurality of electrodes 16, 18 and 20 are attached to the middle part of the substrate 12. The electrode 16, as can be seen from fig. 1-3, is preferably centered over the flat surface 13 of the semicircular optical waveguide 14. As can be seen from fig. 1 and 2, the electrodes 18 and 20 are arranged at a distance from the electrode 16, and are located mainly on the same plane. The electrodes 16, 18 and 20 are preferably rectangular, and have approximately the same length L, and are placed parallel with their ends essentially in line. The electrodes 18 and 20 are preferably arranged at a distance d from the center electrode 16. In the typical construction of the frequency shifter 10, the length L is approx. 1.0 cm and the distance d approx. 10 nm.

Slik det fremgår av fig. 1, er elektroden 18 fortrinnsvis forbundet med jordpotensial. En signalgenerator 22 leverer elektrisk kraft til elektrodene 16 og 20 gjennom en kraftdeler 24. Kraftdeleren 24 innbefatter organer som er vel kjent innenfor denne teknikk for fremskaffelse av to utspenningssigna-ler som fortrinnsvis er hovedsakelig like hva angår størrelse, men ligger 90 grader faseforskjøvet. Kraftdeleren 24 har en første utklemme 26 som er forbundet med en ende 28 av elektroden 16 via et dempeorgan 30. En utgang 32 fra kraftdeleren 24 er forbundet direkte med elektroden 20. As can be seen from fig. 1, the electrode 18 is preferably connected to ground potential. A signal generator 22 delivers electrical power to the electrodes 16 and 20 through a power divider 24. The power divider 24 includes means well known in the art for producing two voltage signals which are preferably substantially equal in magnitude, but 90 degrees phase-shifted. The power divider 24 has a first terminal 26 which is connected to an end 28 of the electrode 16 via a dampening device 30. An output 32 from the power divider 24 is connected directly to the electrode 20.

En motstand 36 er forbundet mellom en ende 38 av elektroden 16 og jordpotensialet, og en motstand 40 er forbundet mellom en ende 42 av elektroden 20 og jord. Motstandene 36 og 40 tjener til å tilpasse den elektriske belastning på elektrodene 16, 18 og 20 til impedansen hos signalgeneratoren 22. Motstandene 36 og 40 er hver typisk ca. 50 ohm. A resistor 36 is connected between an end 38 of the electrode 16 and the earth potential, and a resistor 40 is connected between an end 42 of the electrode 20 and earth. The resistors 36 and 40 serve to adapt the electrical load on the electrodes 16, 18 and 20 to the impedance of the signal generator 22. The resistors 36 and 40 are each typically approx. 50 ohms.

Et par elektroder 44 og 46 er plassert på motsatte sider av den optiske bølgeleder 14, og anordnet på avstand langs bølgelederens utstrekning fra elektrodene 16, 18 og 20. Elektroden 46 er vist jordet, og elektroden 44 er forbundet med en spenningskilde 48 som fortrinnsvis er en justerbar dc-kilde. Et par elektroden 50 og 52 er plassert på motsatte sider av den optiske bølgeleder 14 ved de motsatte ender av elektrodene 16,18 og 20 fra elektrodene 44 og 46. Elektroden 52 er jordet og elektroden 50 er forbundet med en spenningskilde 54, som er lik spenningskilden 48. A pair of electrodes 44 and 46 are located on opposite sides of the optical waveguide 14, and spaced along the extent of the waveguide from the electrodes 16, 18 and 20. The electrode 46 is shown grounded, and the electrode 44 is connected to a voltage source 48 which is preferably an adjustable dc source. A pair of electrodes 50 and 52 are located on opposite sides of the optical waveguide 14 at the opposite ends of the electrodes 16, 18 and 20 from the electrodes 44 and 46. The electrode 52 is grounded and the electrode 50 is connected to a voltage source 54, which is equal to the voltage source 48.

Slik det fremgår av fig. 2, er elektrodene 20 og 18 slik anordnet at påtrykning av en positiv spenning på elektroden 20 skaffer et elektrisk felt betegnet Ey som strekker seg fra elektroden 20 gjennom den optiske bølgeleder 14 til elektroden 18. Det er en velkjent grensebetingelse fra elektromagnetisk feltteori at ved et leder-dielektrisk grenseskikt, f.eks. grenseskiktet mellom elektrodene 16,18 og 20, er det elektriske felt vinkelrett på lederen. Det elektriske felt nær elektroden 18 og 20 er derfor vinkelrett på elektrodene. Fordi elektrodene 18 og 20 befinner seg i samme plan, vil det elektriske felt Ey i området for den optiske bølgeleder 14 være hovedsakelig parallellt med overflaten av substatet 12. As can be seen from fig. 2, the electrodes 20 and 18 are arranged in such a way that applying a positive voltage to the electrode 20 produces an electric field denoted Ey which extends from the electrode 20 through the optical waveguide 14 to the electrode 18. It is a well-known boundary condition from electromagnetic field theory that at a conductor-dielectric boundary layer, e.g. boundary layer between the electrodes 16, 18 and 20, the electric field is perpendicular to the conductor. The electric field near the electrodes 18 and 20 is therefore perpendicular to the electrodes. Because the electrodes 18 and 20 are in the same plane, the electric field Ey in the area of the optical waveguide 14 will be substantially parallel to the surface of the substrate 12.

Slik det fremgår av fig. 3, vil det elektriske felt som er betegnet Ex mellom elektrodene 16 og 18 også være vinkelrett i forhold til grenseskiktet mellom substratet 12 og elektrodene 16 og 18. Fordi elektroden 16 befinner seg rett over den optiske bølgeleder 14 med flat overflate, vil det elektriske felt Ex være hovedsakelig vinkelrett i forhold til flaten. Således skaffer elektrodene 16, 18 og 20 organer for dannelse av to innbyrdes vinkelrette elektriske felter i den optiske bølgeleder 14. Mellomrommet mellom elektrodene 16 og 18 er mindre enn det mellom elektrodene 18 og 20. I den hensikt å danne frekvensskifteren 10 er det ønskelig at de elektriske felter Ex og Ey har samme størrelser. Dempeleddet 30 blir brukt for justering av den spenning som påtrykkes elektroden 16 for utjevning av feltkomponentene. Resultatet av den ovenfor omtalte konstruksjon av frekvensskifteren 10 er anvendelsen av vinkelrette elektriske feltkomponenter med lik størrelse som er 90 grader faseforskjø-vet i forhold til den optiske bølgeleder 14. Slike feltkomponenter har en resultant som utgjør en elektrisk feltvektor som roterer med en vinkelfrekvens lik frekvensen for det signal som påtrykkes elektrodene 16, 18 og 20 ved hjelp av signalgeneratoren 22. Fordi den dopede optiske litium niobat-bølgeleder er elektrooptisk aktiv, vil det deri roterende elektriske felt fremskaffe en rotasjonsendring i brytningsindeksen for den optiske bølgeleder 14. Riktige valg av den elektriske feltstør-relse, elektrodelengde og elektrodeavstand bevirker endringen i brytningsindeksen for derved å få det parti av den optiske bølgeleder 14 som er dekket av elektroden 16, til å virke som en As can be seen from fig. 3, the electric field denoted Ex between the electrodes 16 and 18 will also be perpendicular to the boundary layer between the substrate 12 and the electrodes 16 and 18. Because the electrode 16 is located directly above the optical waveguide 14 with a flat surface, the electric field Ex be mainly perpendicular to the surface. Thus, the electrodes 16, 18 and 20 provide means for the formation of two mutually perpendicular electric fields in the optical waveguide 14. The space between the electrodes 16 and 18 is smaller than that between the electrodes 18 and 20. In order to form the frequency shifter 10, it is desirable that the electric fields Ex and Ey have the same magnitudes. The damping link 30 is used to adjust the voltage applied to the electrode 16 to equalize the field components. The result of the above-mentioned construction of the frequency shifter 10 is the use of perpendicular electric field components of equal size which are 90 degrees phase-shifted in relation to the optical waveguide 14. Such field components have a resultant which constitutes an electric field vector which rotates with an angular frequency equal to the frequency for the signal applied to the electrodes 16, 18 and 20 by means of the signal generator 22. Because the doped optical lithium niobate waveguide is electro-optically active, the rotating electric field therein will produce a rotational change in the refractive index of the optical waveguide 14. Correct selection of the electric field magnitude, electrode length and electrode distance cause the change in the refractive index to thereby cause the part of the optical waveguide 14 that is covered by the electrode 16 to act as a

roterende halvbølgeplate. rotating half-wave plate.

Spenningskildene 48 og 52 blir justert slik at elekt-rodeparene, 44, 46 og 50, 52, hver virker som kvartbølgeplater. The voltage sources 48 and 52 are adjusted so that the electrode pairs, 44, 46 and 50, 52, each act as quarter-wave plates.

Teori og driftsmåte Theory and mode of operation

Brytningsindeks-elipsen for det uniaksiale krystalli-tiumniobat er gitt ved: The refractive index ellipse for the uniaxial crystalline lithium niobate is given by:

(1/n02)x<2>+(1/n0<2>)y<2>+ (1/ne<2>)z<2>=1 (1) (1/n02)x<2>+(1/n0<2>)y<2>+ (1/ne<2>)z<2>=1 (1)

hvor nQer den ordinære brytningsindeks, og ne er den ekstraor-dinære brytningsindeks. Dersom laserlyset forplanter seg langs z-aksen, vil der bare være en tillatt brytningsindeks for de to ortogonalt polariserte tilstander som brer seg i den optiske where nQ is the ordinary refractive index, and ne is the extraordinary refractive index. If the laser light propagates along the z-axis, there will only be one permissible index of refraction for the two orthogonally polarized states that propagate in the optical

bølgeleder 14, noe som innebærer at der ikke forekommer dobbeltbrytning i den optiske bølgeleder 14 i fravær av et ytre påtrykt elektrisk felt. Brytningsindeks-elipsen blir deformert og dreiet når der påtrykkes et ytre elektrisk felt på krystallet. Påtrykningen av et ytre elektrisk felt på krystallet vil derfor endre både brytningsindeksen for krystallet og polariseringen av det laserlys som forplanter seg deri. waveguide 14, which means that birefringence does not occur in the optical waveguide 14 in the absence of an externally imposed electric field. The refractive index ellipse is deformed and rotated when an external electric field is applied to the crystal. The application of an external electric field on the crystal will therefore change both the refractive index of the crystal and the polarization of the laser light that propagates through it.

Den nye brytningsindeks-elipse som beregnes fra den elektrooptiske tensor av litium niobat kan uttrykkes som The new refractive index ellipse calculated from the electro-optical tensor of lithium niobate can be expressed as

(l/n02 - >^Ey)x2 + (l/n0<2>+<y>iJLEy)y<2>+ (l/nr<2>)z<2>(l/n02 - >^Ey)x2 + (l/n0<2>+<y>iJLEy)y<2>+ (l/nr<2>)z<2>

+2fwa.Eyy< + 2% Exxz - 2 ri2_ Exxy = 1 (2) +2fwa.Eyy< + 2% Exxz - 2 ri2_ Exxy = 1 (2)

hvorXij er de lineære elektrooptiske koeffisienter og whereXij are the linear electro-optic coefficients and

Ex og Ey er de påtrykte elektriske felter i henholdsvis x- og y-retningene. Antar man at forplantningsretningen er langs z-aksen, vil z = 0, og ligning (2) reduseres til Ex and Ey are the applied electric fields in the x and y directions respectively. Assuming that the propagation direction is along the z-axis, z = 0, and equation (2) reduces to

(1/n0-7ia.Ey)x2 + (l/nQ<+>72a-Ey)y<2>- 2rxs. Exxy = 1 (3) (1/n0-7ia.Ey)x2 + (l/nQ<+>72a-Ey)y<2>- 2rxs. Exxy = 1 (3)

Koordinatsystemet blir deretter transformert til et prinsipalaksesystem for eliminering av det siste ledd i ligning (3) for oppnåelse av et uttrykk for elipsen hvor der ikke foreligger noen ledd som innbefatter produkter av de forskjellig variable x og y. Den ønskede koordinatomforming er en dreining av koordinatene i x-y planet, en vinkel © .for oppnåelse av (l/n0<»->£a. Eycos 2© - Yx3_ Exsin 2©)x'<2>+ (l/n0<2>+ The coordinate system is then transformed into a principal axis system to eliminate the last term in equation (3) to obtain an expression for the ellipse where there are no terms that include products of the different variables x and y. The desired coordinate transformation is a rotation of the coordinates in the x-y plane, an angle © .to obtain (l/n0<»->£a. Eycos 2© - Yx3_ Exsin 2©)x'<2>+ (l/n0< 2>+

TkEyCOs 2 9 + YiXExsin 2 9 )y 1 2= 1 (4) TkEyCOs 2 9 + YiXExsin 2 9 )y 1 2= 1 (4)

Vinkelrotasjon er gitt ved Angular rotation is given by

©= +1/2 tan"<1>(Ex/Ey) (5) ©= +1/2 tan"<1>(Ex/Ey) (5)

Således kan brytningsindeksene for den optiske bølgele-der 14 uttrykkes som Thus, the refractive indices for the optical waveguide 14 can be expressed as

nx'= nQ+ 1/2 n0(Xia.Eycos 2e + >la_Exsin 2©) (6) og nx'= nQ+ 1/2 n0(Xia.Eycos 2e + >la_Exsin 2©) (6) and

ny'= nQ- 1/2 no (T^ Eycos 2© +<y>^a_<E>xsin 2©) (7) ny'= nQ- 1/2 no (T^ Eycos 2© +<y>^a_<E>xsin 2©) (7)

De forskjellige uttrykk for ligningene (6) og (7) for brytningsindeksen i det nye prinsipalakse-koordinatsystem indikerer at påtrykningen av et elektrisk felt på det elektrooptisk aktive materiale induserer dobbeltbrytning deri. Lysbølger som vandrer i den dobbeltbrytende optiske bølgeleder 14 erfarer en fasefor-sinkelse på The different expressions for equations (6) and (7) for the refractive index in the new principal axis coordinate system indicate that the application of an electric field to the electro-optically active material induces birefringence therein. Light waves traveling in the birefringent optical waveguide 14 experience a phase delay of

T = (2ti/*) (nx'-ny' ) 'L (8) T = (2ti/*) (nx'-ny' ) 'L (8)

T = 2n n^r^(L/x )(Eycos 2© + Exsin 2©) (9) T = 2n n^r^(L/x )(Eycos 2© + Exsin 2©) (9)

hvor L er vekselvirkningslengden for elektrodene 16,18 og 20 og er vakuumbølgelengden for det optiske signal. where L is the interaction length for the electrodes 16, 18 and 20 and is the vacuum wavelength for the optical signal.

Halvbølgespenningen Vrr er definert som den spenning som er nødvendig for oppnåelse av en f asef orsinkelse påTr radianer. Derfor vil man ved innsetting av = og Ex = Ey = Vn/d, få halvbølgespenningen The half-wave voltage Vrr is defined as the voltage necessary to achieve a phase delay of Tr radians. Therefore, by inserting = and Ex = Ey = Vn/d, you will get the half-wave voltage

Vn= d(2nTia.L)-1 (10) Vn= d(2nTia.L)-1 (10)

Dersom de elektriske feltkomponenter er sinusformede med samme amplitude E, men med faseforskjell på 90 grader, slik det kreves for fremskaffelse av en resulterende roterende elektrisk feltvektor i den optiske bølgeleder 14, kan feltkomponentene uttrykkes som If the electric field components are sinusoidal with the same amplitude E, but with a phase difference of 90 degrees, as required to produce a resulting rotating electric field vector in the optical waveguide 14, the field components can be expressed as

Ex = E sin ut (11) Ex = E sin out (11)

og and

Ey = E cos cot (12) Ey = E cos cot (12)

Dersom man bruker ligning (11) og (12) i ligning (5) for rotasjonsvinkelen, får man If you use equations (11) and (12) in equation (5) for the angle of rotation, you get

Således vil rotasjonsvinkelen for prinsipalaksesystemet Thus, the angle of rotation of the principal axis system will

for de tilstander som har lov til å utbre seg i den optiske for the states that are allowed to propagate in the optical

bølgeleder 14, bli bestemt ved hjelp av frekvensen for det signal som påføres elektrodene 16,18 og 20 fra signalgeneratoren 22. Derivering av ligning (15) med hensyn på tid, viser at vinkelhastigheten av den roterende bølgeplate er waveguide 14, be determined using the frequency of the signal applied to the electrodes 16, 18 and 20 from the signal generator 22. Derivation of equation (15) with respect to time shows that the angular velocity of the rotating wave plate is

é = 1/2 (16) é = 1/2 (16)

Dersom et roterende elektrisk felt med en amplitude svarende til halvbølgespenningen påtrykkes den optiske bølgele-der 14, så vil utsignalet fra frekvensskifteren 10 som reaksjon på et innkommende optisk signal med en frekvens f være et optisk signal som er frekvensskiftet i forhold til innsignalet eller bærebølgesignalet med ±fm hvor fm er frekvensen av den påtrykte spenning fra signalgeneratoren 22. Frekvensen for sidebåndet er avhengig av dreieretningen for bølgeplaten i forhold til retningen for den sirkulære polarisasjon av innbølgen. Dersom spenningen er halvparten av halvbølgespenningen, så foreligger der en fullstendig omforming av bærebølgen til sidebåndet. Fig. 6 viser grafisk den forholdsmessige optiske effekt i bærebølgen og sidebåndet når spenningen varierer fra null til den spenning som er nødvendig for halvbølgeforsinkelse. If a rotating electric field with an amplitude corresponding to the half-wave voltage is applied to the optical waveguide 14, then the output signal from the frequency shifter 10 as a reaction to an incoming optical signal with a frequency f will be an optical signal that is frequency-shifted in relation to the input signal or the carrier wave signal with ±fm where fm is the frequency of the applied voltage from the signal generator 22. The frequency of the sideband is dependent on the direction of rotation of the wave plate in relation to the direction of the circular polarization of the input wave. If the voltage is half the half-wave voltage, then there is a complete conversion of the carrier wave to the sideband. Fig. 6 graphically shows the relative optical power in the carrier and sideband when the voltage varies from zero to the voltage required for half-wave delay.

Fig. 4 er et enkelt blokkdiagram over frekvensskifteren Fig. 4 is a simple block diagram of the frequency shifter

10 hvor rotasjonsretningen for bølgeplaten er med urviserne, eller med høyrehånd når man ser fra venstre. Et venstre sirkulært polarisert innsignal med frekvens fGresulterer i et høyre sirkulært polarisert sidebånd med frekvens f0+fm. Et høyre sirkulært polarisert innsignal blir skiftet til et sidebånd med frekvens f0+fm, og venstre sirkulær polarisering. Fig. 5 viser et høyre sirkulært polarisert innsignal fDfra venstre som blir skiftet til et sidebånd med venstre sirkulært polarisasjon og frekvens f0-fm. Et venstre sirkulært polarisert innsignal fra høyre blir skiftet til et sidebånd med høyre sirkulært polarisasjon og frekvens f0-fm. Dersom motvandrende stråler sendes inn i frekvensskifteren 10, slik som f.eks. i et optisk gyroskop, vil rotasjonsbetydningene for bølgeplatene for de to stråler være speilbilder av hverandre, slik at en bølge blir skiftet opp med hensyn til frekvens, mens den annen blir skiftet ned. 10 where the direction of rotation of the corrugated plate is clockwise, or right-handed when viewed from the left. A left circularly polarized input signal with frequency fGresults in a right circularly polarized sideband with frequency f0+fm. A right circularly polarized input signal is shifted to a sideband with frequency f0+fm, and left circularly polarized. Fig. 5 shows a right circularly polarized input signal fD from the left which is switched to a sideband with left circular polarization and frequency f0-fm. A left circularly polarized input signal from the right is shifted to a sideband with right circular polarization and frequency f0-fm. If counter-traveling rays are sent into the frequency shifter 10, such as e.g. in an optical gyroscope, the rotational values of the wave plates for the two beams will be mirror images of each other, so that one wave is shifted up with respect to frequency, while the other is shifted down.

Båndbredden av frekvensskifteren 10 er gitt ved The bandwidth of the frequency shifter 10 is given by

<f>3db=1/(nRC)(17) <f>3db=1/(nRC)(17)

hvor C er den statiske kapasitans knyttet til elektrodene 16, 18 og 20, og R er resistansen mellom hver av elektrodene 16 og 18 where C is the static capacitance associated with the electrodes 16, 18 and 20, and R is the resistance between each of the electrodes 16 and 18

og jordpotensial. Generelt er den statiske kapasitans tilnærmet 1 pf, slik at en avslutningsmotstand resulterer i en båndbredde på 1,3 GHz. Driveffekten for frekvensskifteren 10 er gitt ved and earth potential. In general, the static capacitance is approximately 1 pf, so a termination resistor results in a bandwidth of 1.3 GHz. The drive power for the frequency changer 10 is given by

P = v<2>/(2R) (18) P = v<2>/(2R) (18)

dersom 100 prosent omforming av bærebølgen til sidebåndet er ønsket, så vil den elektriske driveffekt være gitt ved if 100 percent conversion of the carrier wave to the sideband is desired, then the electrical drive power will be provided by

P = V<2>/(2R) (19) P = V<2>/(2R) (19)

og må påtrykkes elektrodene 16,18 og 20 hvor V er gitt ved ligning 10 som forklart ovenfor. Bølgelengden er 6.328 Å. Avstanden d mellom elektrodene 16 og 18 er ca. 10 nm. Litium niobat har en brytningsindeks på 2,29 og den lineære elektrooptiske koeffisient,^22er 3,4 x 10 m/V. Elektrodene 16,18 og 20 er hver ca. 1,0 cm lange. De ovenfor angitte parametere gir en halvbølgespenning på ca. 7,7 V, noe som resulterer i en driveffekt på ca. 593 mW for hver av elektrodene som er forbundet med signalkilden 22. En totaleffekt på ca. 1 Watt er derfor påkrevet for drift av frekvensskifteren 10. De ovenfor angitte parametere er bare gitt som eksempler, og er ikke kritiske hva angår driften av frekvensskifteren 10. Effektkravet kan reduseres ved reduksjon av avstanden mellom elektrodene 16,18 og 20, og ved øking av deres lengder. and must be applied to the electrodes 16,18 and 20 where V is given by equation 10 as explained above. The wavelength is 6,328 Å. The distance d between electrodes 16 and 18 is approx. 10 nm. Lithium niobate has a refractive index of 2.29 and the linear electro-optic coefficient,^22 is 3.4 x 10 m/V. Electrodes 16, 18 and 20 are each approx. 1.0 cm long. The above-mentioned parameters give a half-wave voltage of approx. 7.7 V, which results in a drive power of approx. 593 mW for each of the electrodes connected to the signal source 22. A total power of approx. 1 Watt is therefore required for operation of the frequency shifter 10. The above parameters are only given as examples, and are not critical with regard to the operation of the frequency shifter 10. The power requirement can be reduced by reducing the distance between the electrodes 16,18 and 20, and by increasing of their lengths.

De optiske bølger som føres inn på halvbølgeplaten, er fortrinnsvis sirkulært polarisert. Passering av et signal med en lineær polarisering gjennom en av kvartbølgeplatene 56 eller 58, sikrer at det innkommende signal til halvbølgeplaten har den ønskede sirkulære polarisasjon. Dersom innsignalet til kvartbøl-geplaten 56 eksempelvis er lineært polarisert med sin polarisering ved 45 grader fra den positive x-akse, så vil kvartbølge-platen 56 introdusere en faseforskjell på 90 grader i de bølger som har lik polarisering langs både x-aksen og y-aksen. The optical waves that are fed onto the half-wave plate are preferably circularly polarized. Passing a signal with a linear polarization through one of the quarter wave plates 56 or 58 ensures that the incoming signal to the half wave plate has the desired circular polarization. If the input signal to the quarter-wave plate 56 is, for example, linearly polarized with its polarization at 45 degrees from the positive x-axis, then the quarter-wave plate 56 will introduce a phase difference of 90 degrees in the waves that have equal polarization along both the x-axis and y - axis.

Fremstillingsmetode Manufacturing method

Fig. 7 og 9-11 anskueliggjør fremstillingstrinn som kan benyttes for fremstilling av frekvensskifteren 10 på fig. 1. Fig. 7A-7E illustrerer dannelsen av den optiske bølgele-der 14 i substratet 12. Til å begynne med er substratet 12 dekket med et fotoresistent lag 70. En glassplate 71 kalt en fotomaske, blir plassert på det fotoresistente lag 70. Platen 71 bearbeides ved bruk av standard fotoreduksjonsteknikker for fremskaffelse av et ønsket mønster hvor partier 72 og 74 er ugjennomskinnelige og anordnet på avstand for dannelse av et langstrakt rektangulært parti 76. Pilene på fig. 7A indikerer ultrafiolett (UV) lys som faller inn på glassplaten 71 og det blottlagte parti 76 av det fotoresistente lag 70. Partiene 72 og 74 er ugjennomskinnelige for UV-lys, slik at lyset bare påvirker det blottlagte parti 76 av det fotoresistente lag 70. Slik det fremgår av fig. 7B vil man ved plassering av det fotoresistente parti 76 i en passende fremkaller få festet til substratet 12 bare et par fotoresistente partier 77 og 78 som befinner seg umiddelbart under glassplatene, henholdsvis 72 og 74. Fig. 7 and 9-11 illustrate manufacturing steps that can be used to manufacture the frequency shifter 10 in Fig. 1. Figs. 7A-7E illustrate the formation of the optical waveguide 14 in the substrate 12. Initially, the substrate 12 is covered with a photoresist layer 70. A glass plate 71 called a photomask is placed on the photoresist layer 70. The plate 71 is processed using standard photoreduction techniques to produce a desired pattern where portions 72 and 74 are opaque and spaced to form an elongated rectangular portion 76. The arrows in FIG. 7A indicates ultraviolet (UV) light incident on the glass plate 71 and the exposed portion 76 of the photoresist layer 70. The portions 72 and 74 are opaque to UV light, so that the light only affects the exposed portion 76 of the photoresist layer 70. As can be seen from fig. 7B, by placing the photo-resistant part 76 in a suitable developer, only a pair of photo-resistant parts 77 and 78 which are located immediately below the glass plates, respectively 72 and 74, will be attached to the substrate 12.

Slik det fremgår av fig. 7C, blir der dannet et titanium-lag 80 på substratet 12, hvor det fotoresistente parti 76 ble fjernet. Titaniumlaget 80 kan være tildannet ved en hvilken som helst passende fremgangsmåte, f.eks. fordampning for dannelse av en tynn metallisk film. De gjenværende fotoresistente partier 77 og 78 har også titanlag 82 og 84 tildannet på seg, men laget 80 har hovedsakelig parallelle sider som er skarpt avgrenset av kantene av de fotoresistente lag 77 og 78. As can be seen from fig. 7C, a titanium layer 80 is formed on the substrate 12, where the photoresist portion 76 has been removed. The titanium layer 80 may be formed by any suitable method, e.g. evaporation to form a thin metallic film. The remaining photoresist portions 77 and 78 also have titanium layers 82 and 84 formed on them, but the layer 80 has mainly parallel sides which are sharply defined by the edges of the photoresist layers 77 and 78.

Dersom man plasserer substratet 12 i et oppløsningsmid-del, f.eks. aceton, fjernes de fotoresistente partier 77 og 78, hvilket bare etterlater det veldefinerte lag av titanium vist på fig. 7D på substratet 12. Laget 80 har et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt sett fra den ende som fremgår av fig. 7D. Substratet 12 med titaniumlaget 80 på seg, blir plassert i en høytemperaturovn slik det er velkjent innen denne teknikk, og bakt for en tid som er tilstrekkelig til å bevirke diffusjon av Ti<++->ioner inn i substratet 12 for dannelse av en hovedsakelig halvsirkelformet bølgeleder 14 som vist på fig. 7E. If one places the substrate 12 in a solvent, e.g. acetone, the photoresist portions 77 and 78 are removed, leaving only the well-defined layer of titanium shown in fig. 7D on the substrate 12. The layer 80 has a substantially rectangular cross-section seen from the end shown in fig. 7D. The substrate 12 with the titanium layer 80 on it is placed in a high temperature oven as is well known in the art and baked for a time sufficient to cause diffusion of Ti<++> ions into the substrate 12 to form a substantially semicircular waveguide 14 as shown in fig. 7E.

Frekvensskifteren 10 kan være koblet mellom et par av ender 88 og 90 av fiberoptisk materiale for mottakelse av et optisk signal fra en ende, f.eks. enden 88, skifte frekvensen for signalet og koble det frekvensskiftede utgangssignal til den annen ende 90. Fig. 8 anskueliggjør den primære betraktningsmåte som er innlemmet ved koblingen av den optiske bølgeleder 14 og en fiberende 88 med en kjerne 91 og en kledning 92. Vanligvis er det ønskelig å redusere innføringstapene som skyldes spleising av frekvensskifteren 14 mellom endene 88 og 90 til et minimum. Ved den foreliggende anvendelse blir innføringstap definert som forholdet mellom den effekt som bæres av sidebåndsignalet i forhold til effekten i innbærebølgesignalet. Den optiske bølgeleder 14 og kjernen 90 er dimensjonert for maksimering av overlappingsarealet derimellom for derved å redusere innførings-tapet til et minimum. Et lite parti 94 av fiberen strekker seg utover den lineære kant av det halvsirkulære tverrsnitt av den optiske bølgeleder 14, og et parti 98 av den optiske bølgeleder 14 strekker seg utover den sirkulære omkrets av kjernen 91. For en gitt diameter av kjernen 91 må der utføres en nitid styring av prosessen som brukes for dannelse av den optiske bølgeleder 14 for begrensning av innføringstapet til 5 dB eller mindre. Innføringstapet kan bibeholdes ved forholdsvis lave verdier fordi fordelingen av optisk effekt i både fiberen 88 og den optiske bølgeleder utgjør likt formede gaussiske fordelinger som vist på fig. 9. The frequency shifter 10 can be connected between a pair of ends 88 and 90 of fiber optic material for receiving an optical signal from one end, e.g. end 88, shift the frequency of the signal and couple the frequency-shifted output signal to the other end 90. Fig. 8 illustrates the primary consideration involved in coupling the optical waveguide 14 and a fiber end 88 with a core 91 and a cladding 92. Typically, it is desirable to reduce the insertion losses caused by splicing the frequency shifter 14 between the ends 88 and 90 to a minimum. In the present application, insertion loss is defined as the ratio between the power carried by the sideband signal in relation to the power in the carrier signal. The optical waveguide 14 and the core 90 are dimensioned to maximize the overlap area therebetween to thereby reduce the insertion loss to a minimum. A small portion 94 of the fiber extends beyond the linear edge of the semicircular cross-section of the optical waveguide 14, and a portion 98 of the optical waveguide 14 extends beyond the circular circumference of the core 91. For a given diameter of the core 91, there must careful control of the process used to form the optical waveguide 14 is performed to limit the insertion loss to 5 dB or less. The insertion loss can be maintained at relatively low values because the distribution of optical power in both the fiber 88 and the optical waveguide constitutes similarly shaped Gaussian distributions as shown in fig. 9.

Diameteren av kledningen 92 er mye større enn den for kjernen 91, noe som forenkler håndteringen av fiberen 88 for tilpasning til kjernen 90 til en optiske bølgeleder 14. Slik det fremgår av fig. 10, kan fiberen 88 passende bli montert i et V-formet spor 100 i et substrat 102, som kan innbefatte en flerhet av innrettingfremspring 104. Som det fremgår av fig. 11 kan substratene 12 og 102 være posisjonert for å plassere kjernen 91 og den optiske bølgeleder 14 i ønsket innretting for butt kobling. Et passende klebemiddel, f.eks. en epoxyharpiks kan brukes for bibeholdelse av butt-koblingen mellom fiberen 88 og den optiske bølgeleder 14. The diameter of the cladding 92 is much larger than that of the core 91, which simplifies the handling of the fiber 88 for adaptation to the core 90 of an optical waveguide 14. As can be seen from fig. 10, the fiber 88 may conveniently be mounted in a V-shaped groove 100 in a substrate 102, which may include a plurality of alignment protrusions 104. As seen in FIG. 11, the substrates 12 and 102 can be positioned to place the core 91 and the optical waveguide 14 in the desired alignment for blunt coupling. A suitable adhesive, e.g. an epoxy resin may be used to maintain the butt coupling between the fiber 88 and the optical waveguide 14.

Claims

1. Frequency shifter for receiving an optical carrier signal having a carrier frequency and providing a sideband output signal which is shifted with respect to frequency from the carrier frequency, comprising: waveguide means for propagating an optical signal in an electro-optically active material, and means for forming a rotating wave plate in the waveguide means for shifting the frequency of the signal to provide a sideband with a frequency shift depending on the rotational speed of the wave plate.

2. Frequency shifter as specified in claim 1, characterized in that the waveguide member comprises an optical waveguide formed in the electro-optically active material.

3. Frequency shifter as stated in claim 2, characterized in that the rotating wave plate is a half-wave delay plate.

4. Frequency shifter as stated in claim 2, characterized in that the forming means includes means for applying a rotating electric field over a length of the optical waveguide.

5. Frequency shifter as stated in claim 4, characterized in that the means for applying a rotating electric field include: means for applying a first electric field perpendicular to said length of the optical waveguide, and means for applying a second electric field perpendicular to both the first electric field and said length of the optical waveguide, the first and second electric fields having the same magnitude, and a phase difference of 90 degrees, while the rotating electric field forms the resultant of the first and second electric fields.

6. Frequency shifter as stated in claim 4, characterized in that the means for applying a rotating electric field include: a first electrode near said length of the optical waveguide, a second electrode arranged at a distance from the optical waveguide near a first side of the first electrode, a third electrode arranged at a distance from said optical waveguide near another side of the first electrode, the third electrode being connected to ground potential, means for applying a first voltage to the first electrode to form a first electric field extending between the first and third electrodes parallel to the optical waveguide, and means for applying a different voltage to the second electrode to form a second electric field extending between the second and third electrodes perpendicular to both the optical waveguides and the first electric field.

7. Frequency shifter as stated in claim 6, characterized in that it further includes: a signal generator, a power divider connected to receive the output signal from the signal generator, the power divider providing a first output voltage to the first electrode, and another output voltage to the second electrode, at the same time as the first and second voltages have a phase difference of 90 degrees, and means for adjusting the relative magnitude of the first and second voltages, so that the first and second electric fields have the same magnitude.

8. Frequency shifter as set forth in claim 7, characterized in that it further includes: a first quarter-wave delay plate formed in the optical waveguide near a first end thereof, and a second quarter-wave delay plate formed in the optical waveguide near another end thereof, the first and second quarter-wave delay plates adjusting the polarization of optical signals arriving thereon to provide circularly polarized optical signals as input signals to the half-wave delay plate.

9. Frequency shifter as stated in claim 1, characterized in that the wave plate is a half-wave delay plate.

10. Frequency shifter as stated in claim 9, characterized in that it further includes: a first quarter-wave delay plate formed in the waveguide means near a first end thereof, and a second quarter-wave delay plate formed in the waveguide means near another end of this, the first and second quarter-wave delay plates adjusting the polarization of optical signals entering them, and obtaining circularly polarized optical signals as input signals to the half-wave delay plate.

11. Frequency shifter as specified in claim 1, characterized in that the electro-optically active material is lithium niobate.

12. Frequency shifter as stated in claim 11, characterized in that the waveguide means comprise titanium ions which are diffused in an area of the electro-optically active material.

13. Frequency shifter for shifting the frequency in an optical carrier from a carrier frequency to a sideband frequency comprising: a substrate formed of an electro-optically active material, an optical waveguide formed in the substrate, a first electrode attached to the substrate, the electrode covering a length of the optical waveguide, a second electrode attached to the substrate near the first electrode, means for applying a first voltage to the first electrode for forming a first electric field through the optical waveguide, and means for applying a second voltage to the second electrode for forming a second electric field through the optical waveguide and perpendicular to the first electric field, the first and second voltage having a phase difference of 90 degrees, so that the resultant of the first and second electric field constitutes a rotating electric field vector in said length of the optical waveguide.

14. Frequency shifter for shifting the frequency of an optical carrier signal from a carrier frequency to a sideband frequency comprising: an optical waveguide formed in an electro-optically active material, means for introducing an optical carrier signal into the optical waveguide, and means for inducing a rotary birefringence in the optical waveguide, the rotating birefringence shifting the frequency of the carrier signal by an amount dependent on the rotational speed of the rotating birefringence.

15. Frequency shifter as stated in claim 14, characterized in that the means for applying a rotating birefringence include: means for applying a first electric field on said length of the optical waveguide, and means for applying a second electric field on the length of the optical waveguide perpendicular to the first electric field, the first and second electric fields having the same magnitude and a phase difference of 90 degrees to form a rotating electric field which is the resultant of the first and second electric fields.

16. Frequency shifter as stated in claim 15, characterized in that the electro-optically active material is lithium niobate.

17. Frequency shifter as stated in claim 16, characterized in that the optical waveguide comprises titanium ions which are diffused into an area of the said electro-optically active material.

18. Method for shifting the frequency of an optical carrier signal from a carrier frequency to a sideband frequency, characterized in that it comprises the following steps: forming an optical waveguide in an electro-optically active material, and forming a rotating wave plate in a length of the optical waveguide.

19. Method as stated in claim 18, characterized in that it further comprises the step of forming the wave plate to cause half-wave delay in the carrier signal.

20. Method as stated in claim 18, characterized in that the step of forming a rotating wave plate includes the following steps: applying a first electric field to the optical waveguide, and applying a second electric field to the optical waveguide perpendicular to the first electric field and 90 degrees out of phase with it.

21. Method as stated in claim 18, characterized in that the step of forming a rotating wave plate includes the step of forming a rotating electric field in the optical waveguide.

22. Method as stated in claim 21, characterized in that the step of forming a rotating electric field in the optical waveguide includes the following steps: applying an electric field to the optical waveguide, and applying another electric field to the optical waveguide perpendicular to the first electric field, and 90 degrees out of phase with this.

23. Method as stated in claim 22, characterized in that the step of forming a rotating electric field includes the following steps: forming the optical waveguide on a substrate of an electro-optically active material, depositing a first electrode on the substrate over a length of the optical waveguides, depositing a second electrode arranged at a distance from the first electrode on a first side thereof, depositing a third electrode arranged at a distance from the first electrode on another side thereof, applying a first voltage to it first electrode for forming a first electric field through the optical waveguide, applying another voltage to the second electrode for forming a second electric field through the optical waveguide perpendicular to the first electric field with the same magnitude as the first electric field field, the first and second voltage having a phase difference of 90 degrees, so that the resulting field rotates in relation to the optical wave manager.

24. Method as stated in claim 23, characterized in that it further includes the step of forming a quarter-wave plate in the optical waveguide for circular polarization of the optical carrier signal entering the half-wave plate.

25. Method as set forth in claim 18, characterized in that it further includes the following steps: introducing an optical carrier signal into the optical waveguide, inducing a rotating birefringence in the optical waveguide to provide a rotating wave plate therein for shifting the frequency of the carrier signal for forming an output signal with a sideband frequency that is shifted from the carrier frequency by an amount dependent on the rotational speed of the wave plate.

26. Method as stated in claim 18, characterized in that the step of forming an optical waveguide includes the step of diffusing titanium ions in an area of a lithium niobate substrate.

27. Method for shifting the frequency of an optical carrier signal from a carrier frequency to a sideband frequency, characterized by the following steps: forming an optical waveguide in an electro-optically active material, introducing the optical carrier signal into the optical waveguide, and inducing a rotary birefringence in the optical waveguide for shifting the carrier signal to a sideband frequency which is dependent on the rotational speed of the birefringence.

28. Method as stated in claim 27, characterized in that the step of forming an optical waveguide includes the step of diffusing titanium ions into an area of a lithium niobate substrate.

29. Method for forming an optical frequency shifter, characterized by the following steps: forming an optical waveguide in an electro-optically active substrate, forming a first electrode on a surface of the substrate, mainly parallel to the optical waveguide, forming a second electrode on the surface of the substrate over a length of the optical waveguide, applying a first voltage to the first electrode to form a first electric field through the optical waveguide, and applying a second voltage that is 90 degrees out of phase to the second electrode to form of a second electric field perpendicular to the first electric field, so that the resulting electric field applied to the optical waveguide rotates at a predetermined speed about the optical waveguide.

30. Method as stated in claim 29, characterized in that it further comprises the following steps: forming a third electrode on the substrate, connecting the third electrode to ground potential so that the first electric field extends between the first and third electrodes, and the second electric fields extend between the second and third electrodes, to form a first quarter-wave plate in the substrate near a first end of the second electrode, and to form a second quarter-wave plate in the substrate near the second end of the second electrode to ensure that the optical signal falling on the length of the optical waveguide under the second electrode is circularly polarized.

31. Method as stated in claim 30, characterized in that the step of shaping an optical waveguide includes the step of diffusing titanium ions into an area of a lithium niobate substrate.