RU2248022C2 - Optical element, method for controlling spectral characteristic of the latter, optical elements system and method for controlling this system - Google Patents

Optical element, method for controlling spectral characteristic of the latter, optical elements system and method for controlling this system Download PDF

Info

Publication number
RU2248022C2
RU2248022C2 RU2003108113/28A RU2003108113A RU2248022C2 RU 2248022 C2 RU2248022 C2 RU 2248022C2 RU 2003108113/28 A RU2003108113/28 A RU 2003108113/28A RU 2003108113 A RU2003108113 A RU 2003108113A RU 2248022 C2 RU2248022 C2 RU 2248022C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
electric field
grating
propagation
lattice
Prior art date
Application number
RU2003108113/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003108113A (en
Inventor
М.П. Петров (RU)
М.П. Петров
А.В. Шамрай (RU)
А.В. Шамрай
И.В. Ильичев (RU)
И.В. Ильичев
А.С. Козлов (RU)
А.С. Козлов
Original Assignee
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН filed Critical Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Priority to RU2003108113/28A priority Critical patent/RU2248022C2/en
Publication of RU2003108113A publication Critical patent/RU2003108113A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2248022C2 publication Critical patent/RU2248022C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: element has Bragg phase grid, which is formed in electric-optical material or in additional layer applied to it. Grid is provided with means for forming non-homogenous non-periodic outer electric field along direction of optical radiation movement, by means of which diffraction efficiency of grid is determined. Optical elements system has at least two Bragg phase grids, having different periods and placed serially along direction of movement of optical radiation. System of optical elements is controlled by effecting on grids with non-homogenous non-periodic outside electric field.
EFFECT: higher efficiency.
4 cl, 29 dwg

Description

Изобретение относится к оптике, в частности к оптическим методам и устройствам для спектральной фильтрации оптического излучения, основанным на электрооптических кристаллах, и может быть использовано для создания электрически управляемых узкополосных фильтров с широким диапазоном перестройки по длине волны, селективных оптических аттенюаторов и модуляторов света, а также оптических эквалайзеров.The invention relates to optics, in particular to optical methods and devices for spectral filtering of optical radiation based on electro-optical crystals, and can be used to create electrically controlled narrow-band filters with a wide wavelength tuning range, selective optical attenuators and light modulators, and optical equalizers.

Наблюдающийся в последнее время стремительный рост объема передаваемой информации привел к появлению новых технологий, обеспечивающих высокую пропускную способность современных телекоммуникационных сетей. Одной из наиболее перспективных является спектральное уплотнение каналов в волоконно-оптических линиях связи (WDM). Передача нескольких десятков спектральных каналов, используя разные длины волн света в диапазоне от 1530 нм до 1600 нм, по одному волокну позволяет увеличить его пропускную способность до нескольких терабит в секунду.The recent rapid growth in the volume of transmitted information has led to the emergence of new technologies that provide high bandwidth to modern telecommunication networks. One of the most promising is the spectral multiplexing of channels in fiber-optic communication lines (WDM). The transmission of several tens of spectral channels using different wavelengths of light in the range from 1530 nm to 1600 nm, along one fiber allows to increase its transmission capacity to several terabits per second.

Спектральное уплотнение передаваемых каналов требует большого числа оптических элементов, таких как, ветвители, маршрутизаторы, оптические фильтры, модуляторы, усилители и многих других. Кроме того, для наиболее эффективного использования новых возможностей, которые предоставляет WDM необходимо производить управление и переключение оптических сигналов без преобразования их в электронный вид. Таким образом, существенно возрастает роль управляемых оптических элементов, например оптических переключателей и перестраиваемых оптических фильтров.The spectral multiplexing of transmitted channels requires a large number of optical elements, such as couplers, routers, optical filters, modulators, amplifiers, and many others. In addition, for the most efficient use of the new features that WDM provides, it is necessary to control and switch optical signals without converting them into electronic form. Thus, the role of controlled optical elements, for example, optical switches and tunable optical filters, significantly increases.

Известные способы спектральной фильтрации оптического излучения основаны на дифракции этого излучения на брэгговской решетке, предварительно записанной и зафиксированной в фоторефрактивном кристалле [1]. Возможно использование как объемного, так и волноводного варианта брэгговской решетки [2].Known methods for spectral filtering of optical radiation are based on the diffraction of this radiation on a Bragg grating, previously recorded and fixed in a photorefractive crystal [1]. It is possible to use both volume and waveguide versions of the Bragg grating [2].

Собственно спектральную фильтрацию осуществляют следующим образом. При освещении кристалла лучом света в направлении, практически параллельном вектору записанной и зафиксированной дифракционной решетки, свет с длиной волны, которая удовлетворяет условию Брэгга, отражается от решетки в обратном направлении, а свет в остальном спектральном диапазоне проходит сквозь оптически прозрачный кристалл. Строго говоря, от решетки отражается свет в определенном узком диапазоне длин волн, центральная длина волны которого λ r удовлетворяет условию Брэгга:Actual spectral filtering is as follows. When a crystal is illuminated by a light beam in a direction almost parallel to the vector of the recorded and fixed diffraction grating, light with a wavelength that satisfies the Bragg condition is reflected from the grating in the opposite direction, and the light in the remaining spectral range passes through an optically transparent crystal. Strictly speaking, light is reflected from the grating in a certain narrow range of wavelengths, the central wavelength of which λ r satisfies the Bragg condition:

Figure 00000002
Figure 00000002

где n - средний показатель преломления кристалла;where n is the average refractive index of the crystal;

Λ - период дифракционной решетки, мкм.Λ is the period of the diffraction grating, μm.

Спектральная селективность такого фильтра зависит от длины дифракционной решетки и описывается следующим соотношением:The spectral selectivity of such a filter depends on the length of the diffraction grating and is described by the following relation:

Figure 00000003
Figure 00000003

где d - ширина спектра, выделяемого сигнала или ширина полосы спектральной характеристики фильтра [3]; мкм;where d is the width of the spectrum of the emitted signal or the bandwidth of the spectral characteristics of the filter [3]; microns;

n1 - амплитуда изменения показателя преломления брэгговской решетки;n 1 is the amplitude of the change in the refractive index of the Bragg grating;

Т - длина дифракционной решетки, мкм.T is the length of the diffraction grating, microns.

Для выбора значения λ r в поперечном направлении к направлению распространения излучения в кристалле может быть создано электрическое поле, напряженностью Е [4]. В фоторефрактивных кристаллах благодаря линейному электрооптическому эффекту (эффект Поккельса) средний показатель преломления n зависит от напряженности электрического поля Е следующим образом:To select the value of λ r in the transverse direction to the direction of radiation propagation in the crystal, an electric field of intensity E can be created [4]. In photorefractive crystals, due to the linear electro-optical effect (Pockels effect), the average refractive index n depends on the electric field strength E as follows:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Δ n - приращение показателя преломления;where Δ n is the increment of the refractive index;

n0 - средний показатель преломления при Е=0;n 0 is the average refractive index at E = 0;

r - эффективный электрооптический коэффициент, который зависит от направления электрического поля Е по отношению к главным кристаллографическим осям (для выбранной конфигурации r=const).r is the effective electro-optical coefficient, which depends on the direction of the electric field E with respect to the main crystallographic axes (for the chosen configuration r = const).

Изменяя напряженность поля Е, перестраивают фильтр, осуществляя выбор определенной длины волны λ r фильтруемого излучения. Волноводная конфигурация позволяет создавать большие управляющие поля при относительно невысоком прикладываемом напряжении благодаря очень малому междуэлектродному расстоянию (-10 мкм).By changing the field strength E, the filter is rearranged, choosing a specific wavelength λ r of the filtered radiation. The waveguide configuration allows you to create large control fields with a relatively low applied voltage due to the very small interelectrode distance (-10 μm).

Известен голографический оптический элемент [5], выполняющий функцию узкополосного оптического фильтра. Элемент состоит из фоторефрактивного кристалла, внутри которого записана и зафиксирована голографическая отражающая брэгговская решетка. Элемент обладает очень высокой спектральной селективностью (возможно создание фильтров с шириной полосы спектральной характеристики менее 0,01 нм), может быть использован для фильтрации света с заданной кривизной волнового фронта, а также для одновременной фильтрации сразу нескольких спектральных линий.Known holographic optical element [5], performing the function of a narrow-band optical filter. The element consists of a photorefractive crystal, inside of which a holographic reflective Bragg grating is recorded and fixed. The element has a very high spectral selectivity (it is possible to create filters with a spectral characteristic bandwidth of less than 0.01 nm), can be used to filter light with a given wavefront curvature, and also to filter several spectral lines at once.

Однако при использовании известного голографического оптического элемента в волоконно-оптических системах связи объемная конфигурация устройств на его основе приводит к необходимости в дополнительной коллимирующей оптике, требующей прецизионной настройки, что делает данные устройства весьма дорогостоящими и затрудняет их массовое производство.However, when using the well-known holographic optical element in fiber-optic communication systems, the volumetric configuration of devices based on it leads to the need for additional collimating optics that require precision tuning, which makes these devices very expensive and makes it difficult to mass produce them.

Известен способ электрической перестройки голографического оптического фильтра в фоторефрактивном кристалле [5], по которому в кристалле создают пространственно однородное электрическое поле путем приложения к кристаллу постоянного напряжения. Изменяя величину прикладываемого напряжения, а, следовательно, напряженность электрического поля Е, выполняют перестройку фильтра, осуществляя выбор определенной центральной длины волны λ r, фильтруемого излучения.A known method of electrical tuning of a holographic optical filter in a photorefractive crystal [5], by which a spatially uniform electric field is created in the crystal by applying a constant voltage to the crystal. By changing the magnitude of the applied voltage, and, consequently, the electric field E, the filter is tuned by selecting a certain central wavelength λ r , the filtered radiation.

Недостатками известного способа являются: необходимость применения высоких управляющих напряжений, которые определяются небольшой величиной электрооптических коэффициентов используемых фоторефрактивных материалов, а также узкий диапазон перестройки, ограниченный электрическим пробоем и не превышающий 1 нм для кристалла ниобата лития.The disadvantages of this method are: the need for high control voltages, which are determined by the small value of the electro-optical coefficients of the photorefractive materials used, as well as a narrow tuning range limited by electrical breakdown and not exceeding 1 nm for a lithium niobate crystal.

Известна система голографических решеток для спектрального мультиплексирования каналов в телекоммуникационных сетях [5], использующих спектральное уплотнение каналов. Система включает в себя набор отражательных голографических решеток Брэгга с разными периодами, соответствующими различным спектральным каналам, которые записываются в фоторефрактивном материале. Решетки записаны так, что обеспечивают различное направление распространения света, продифрагировавшего на разных решетках и имеющего разные центральные длины волн. Данная система обеспечивает очень высокую селективность и может быть использована для мультиплексирования/демультиплексирования большого числа близко расположенных (<0,4 нм) спектральных каналов.A known system of holographic gratings for spectral multiplexing of channels in telecommunication networks [5] using spectral multiplexing of channels. The system includes a set of reflective holographic Bragg gratings with different periods corresponding to different spectral channels that are recorded in a photorefractive material. The gratings are recorded in such a way that they provide a different direction for the propagation of light diffracted on different gratings and having different central wavelengths. This system provides very high selectivity and can be used to multiplex / demultiplex a large number of closely spaced (<0.4 nm) spectral channels.

Однако данная система не предусматривает возможности управления, имеет объемное исполнение, что увеличивает габариты системы, и требует прецизионной оптической настройки.However, this system does not provide for control, has a volumetric design, which increases the dimensions of the system, and requires precision optical tuning.

Известен способ электрического мультиплексирования [6, 7], который состоит в том, что в одном и том же объеме фоторефрактивного кристалла записывают несколько голографических брэгговских решеток при различных значениях напряженности прикладываемого внешнего электрического поля. Данный способ позволяет расширить диапазон электрической перестройки устройства.A known method of electrical multiplexing [6, 7], which consists in the fact that several holographic Bragg gratings are recorded in the same volume of a photorefractive crystal at different values of the applied external electric field strength. This method allows you to expand the range of electrical adjustment of the device.

Однако при использовании данного способа возникает ограничения на количество переключаемых спектральных каналов (определяющееся максимальным числом электрически мультиплексируемых голограмм) и на расстояние между соседними каналами, вызванное жесткими требованиям современных систем связи по уровню перекрестных помех. При электрическом переключении просто происходит смещение центральных длин волн всех решеток, записанных в кристалле, при этом центральная длина волны только одной из них совпадает с центральной частотой спектрального канала, включенного в данный момент, в то время как остальные решетки вносят дополнительные шумы.However, when using this method, there are restrictions on the number of switched spectral channels (determined by the maximum number of electrically multiplexed holograms) and on the distance between adjacent channels, due to the stringent requirements of modern communication systems in terms of crosstalk. With electrical switching, the central wavelengths of all the gratings recorded in the crystal simply shift, and the central wavelength of only one of them coincides with the center frequency of the spectral channel currently switched on, while the remaining gratings introduce additional noise.

Известен оптический переключатель [8], включающий в себя параэлектрический фоторефрактивный материал, внутри которого сформирована, по крайней мере, одна голографическая решетка с двумя электродами, нанесенными на противоположные грани материала, для приложения внешнего электрического поля.Known optical switch [8], which includes a paraelectric photorefractive material, inside of which at least one holographic grating with two electrodes deposited on opposite sides of the material is formed to apply an external electric field.

Однако в данном переключателе используется кристалл KLTN в параэлектрической фазе, работающий вблизи фазового перехода, что существенно повышает требования к температурной стабилизации данного устройства и ограничивает диапазон рабочих температур. Кроме того, к настоящему времени не разработаны способы получения оптических волноводов высокого качества на основе данного кристалла, поэтому устройства на базе известного способа электроголографии имеют объемную конфигурацию, требуют высокого переключающего напряжения и сложной оптической настройки.However, this switch uses a KLTN crystal in the paraelectric phase, operating near the phase transition, which significantly increases the requirements for temperature stabilization of this device and limits the range of operating temperatures. In addition, to date, no methods have been developed for the production of high-quality optical waveguides based on this crystal; therefore, devices based on the known electro-holography method have a three-dimensional configuration, require high switching voltage and complex optical settings.

Известен способ работы оптического переключателя [8]. Способ основан на квадратичном электрооптическом эффекте, что позволяет производить электрическое включение голографической решетки, записанной в параэлектрическом кристалле, за счет совместного действия пространственно модулированного распределения электрического поля заряда, создающего голографическую решетку внутри кристалла, и пространственно однородного прикладываемого внешнего электрического поля. Известный способ позволяет производить переключения света как по направлению распространения, так и по длине волны излучения.A known method of operation of an optical switch [8]. The method is based on a quadratic electro-optical effect, which allows the electric inclusion of a holographic lattice recorded in a paraelectric crystal due to the combined action of the spatially modulated distribution of the electric field of the charge, creating a holographic lattice inside the crystal, and the spatially uniform applied external electric field. The known method allows switching light both in the direction of propagation and in the wavelength of the radiation.

Известный способ требует применения высокого переключающего напряжения и сложной оптической настройки.The known method requires the use of high switching voltage and complex optical settings.

Известна система оптических переключателей, состоящая из оптических переключателей на основе параэлектрического фоторефрактивного материала [8]. Данная система оптических переключателей позволяет производить коммутацию спектральных каналов между несколькими входными и выходными оптическими волокнами.A known optical switch system, consisting of optical switches based on paraelectric photorefractive material [8]. This system of optical switches allows the switching of spectral channels between several input and output optical fibers.

Однако данная система имеет объемную конфигурацию и имеет высокую чувствительность к температурным изменениям (параэлектрический материал работает вблизи точки фазового перехода).However, this system has a volumetric configuration and is highly sensitive to temperature changes (paraelectric material works near the phase transition point).

Известен способ управления системой оптических переключателей на основе параэлектрического фоторефрактивного материала [8], который заключается в приложении пространственно однородного электрического поля хотя бы к одному из образцов параэлектрического фоторефрактивного кристалла, образующих систему оптических переключателей, что приводит к электрическому включению голографической решетки, записанной в параэлектрическом кристалле, за счет совместного действия пространственно модулированного распределения электрического поля заряда, создающего голографическую решетку внутри кристалла, и пространственно однородного прикладываемого внешнего электрического поля. Свет с определенной длиной волны и распространяющийся в определенном направлении испытывает дифракцию на включившейся голографической решетке и изменяет направление распространения. Таким образом, осуществляется электрическая коммутация оптических сигналов.A known method of controlling an optical switch system based on a paraelectric photorefractive material [8], which consists in applying a spatially uniform electric field to at least one of the paraelectric photorefractive crystal samples forming an optical switch system, which leads to the electrical inclusion of a holographic lattice recorded in a paraelectric crystal due to the combined action of the spatially modulated distribution of the electric field aryada creating holographic grating within the crystal, and a spatially uniform applied external electric field. Light with a certain wavelength and propagating in a certain direction experiences diffraction on the switched-on holographic grating and changes the direction of propagation. Thus, electrical switching of the optical signals is carried out.

Однако быстродействие известного способа ограничено высокими управляющими напряжениями. Кроме того, данный способ позволяет осуществлять переключение только между отдельными дискретными состояниями и не имеет возможности непрерывного сканирования центральной длины волны по спектральному диапазону.However, the speed of the known method is limited by high control voltages. In addition, this method allows you to switch only between individual discrete states and does not have the ability to continuously scan the center wavelength over the spectral range.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является оптический элемент, описанный в [9]. Оптический элемент состоит из подложки, на которую нанесена тонкая пленка электрооптического диэлектрического материала с показателем преломления, большим, чем показатель преломления подложки. Тонкая пленка электрооптического материала используется в качестве оптического волновода. В другом варианте электрооптический материал (LiNbO3) используется в качестве подложки, а оптический волновод формируется методом диффузии ионов титана. На поверхность электрооптического слоя нанесены продольные электроды, к которым подключен управляющий источник напряжения. Внутри волноводного слоя сформирована дифракционная решетка, представляющая собой периодическое возмущение оптических свойств волновода.Closest to the claimed invention in terms of essential features is the optical element described in [9]. An optical element consists of a substrate on which a thin film of an electro-optical dielectric material is applied with a refractive index greater than the refractive index of the substrate. A thin film of electro-optical material is used as an optical waveguide. In another embodiment, the electro-optical material (LiNbO 3 ) is used as a substrate, and the optical waveguide is formed by diffusion of titanium ions. Longitudinal electrodes are applied to the surface of the electro-optical layer, to which a control voltage source is connected. A diffraction grating is formed inside the waveguide layer, which is a periodic perturbation of the optical properties of the waveguide.

Элемент обладает очень высокой спектральной селективностью и выполняет функцию электрически перестраиваемого узкополосного оптического фильтра (возможно создание фильтров с шириной полосы спектральной характеристики менее 0,01 нм). Волноводная конфигурация позволяет создавать большие управляющие поля при относительно невысоком прикладываемом напряжении благодаря очень малому междуэлектродному расстоянию (~10 мкм).The element has a very high spectral selectivity and performs the function of an electrically tunable narrow-band optical filter (it is possible to create filters with a spectral characteristic bandwidth of less than 0.01 nm). The waveguide configuration allows you to create large control fields at a relatively low applied voltage due to the very small interelectrode distance (~ 10 μm).

Однако диапазон перестройки центральной длины волны такого элемента ограничен напряжением пробоя и в случае устройства на основе кристалла LiNbO3 не превышает 1 нм.However, the tuning range of the central wavelength of such an element is limited by the breakdown voltage and, in the case of a device based on a LiNbO 3 crystal, does not exceed 1 nm.

Известен способ управления спектральной характеристикой оптического элемента, принятый за прототип [9] и состоящий в приложении управляющего напряжения к электродам, нанесенным на поверхность слоя электрооптического материала. Приложенное управляющее напряжение создает внутри электрооптического материала однородную вдоль направления волнового вектора брэгговской решетки напряженность электрического поля. Созданное электрическое поле вызывает изменение показателя преломления электрооптического материала, а следовательно, и изменение постоянной распространения света внутри волновода. Это приводит к изменению интенсивности света отражающегося от брэгговской решетки на заданной фиксированной длине волны или, в случае использования немонохроматического светового излучения, к изменению центральной длины волны, отраженной от решетки, спектральной полосы оптического излучения.A known method of controlling the spectral characteristic of an optical element, adopted as a prototype [9] and consisting in the application of a control voltage to the electrodes deposited on the surface of a layer of electro-optical material. The applied control voltage creates an electric field strength homogeneous along the direction of the Bragg grating wave vector inside the electro-optical material. The created electric field causes a change in the refractive index of the electro-optical material, and consequently, a change in the light propagation constant inside the waveguide. This leads to a change in the light intensity reflected from the Bragg grating at a given fixed wavelength or, in the case of non-monochromatic light radiation, to a change in the center wavelength of the optical radiation reflected from the grating.

Диапазон перестройки центральной длины волны спектральной характеристики известным способом-прототипом ограничен напряжением пробоя и в случае устройства на основе кристалла LiNbO3 не превышает 1 нм.The tuning range of the central wavelength of the spectral characteristic in a known prototype method is limited by the breakdown voltage and in the case of a device based on a LiNbO 3 crystal does not exceed 1 nm.

Известна система оптических элементов, принятая за прототип [10], включающая управляемый оптический волновод, соединенный с входным и выходным интерфейсом из нескольких связанных оптических волноводов, внутри управляемого оптического волновода сформирован набор электрически управляемых решеток показателя преломления, каждая из решеток образованна периодически поляризованным (с заданным периодом) сегнетоэлектрическим материалом (например, LiNbO3, KDP, ADP и др.) и двумя электрически изолированными электродами, соединенными с цепью электрического управления. Данная система может выполнять функции электрически управляемого оптического фильтра, электрически управляемого селективного маршрутизатора и широкополосного мультиплексора.A known system of optical elements adopted for the prototype [10], including a controlled optical waveguide connected to the input and output interfaces from several connected optical waveguides, a set of electrically controlled refractive index gratings is formed inside the controlled optical waveguide, each of the gratings is formed periodically polarized (with a given period) ferroelectric material (e.g., LiNbO 3, KDP, ADP, etc.) and two electrically isolated electrodes connected to the chain RE eskogo management. This system can act as an electrically controlled optical filter, an electrically controlled selective router and a broadband multiplexer.

Недостатками известной системы-прототипа являются относительно широкая полоса спектральной характеристики (1 нм) и сложная конфигурация ввода и вывода сигнала на основе интерфейсов из нескольких связанных волноводов. Ограничение по спектральной селективности связано с физической природой механизма формирования электрически управляемой решетки. В сегнетоэлектрических кристаллах существует ограничение на минимальный размер сегнетоэлектрического домена, типичная величина составляет 1÷ 10 мкм, поэтому возникает ограничение на период решетки. Связь ширины полосы спектральной характеристики и периода решетки определена выражением (2). Дополнительно к ограничению на селективность большой период решетки приводит к необходимости использования механизма преобразования мод, распространяющихся в попутном направлении, а следовательно, многомодового оптического волновода. При этом для согласования многомодового волновода с одномодовым оптическим волокном, использующемся в современных телекоммуникационных системах, требуется сложная система ввода и вывода оптического сигнала на базе связанных одномодовых оптических волноводов.The disadvantages of the known prototype system are the relatively wide bandwidth of the spectral characteristic (1 nm) and the complex configuration of the input and output signals based on interfaces from several connected waveguides. The limitation on spectral selectivity is associated with the physical nature of the mechanism of formation of an electrically controlled lattice. In ferroelectric crystals, there is a restriction on the minimum size of the ferroelectric domain; a typical value is 1–10 μm; therefore, a restriction arises on the lattice period. The relationship between the bandwidth of the spectral characteristic and the lattice period is determined by expression (2). In addition to the restriction on selectivity, a large lattice period leads to the necessity of using a mechanism for transforming modes propagating in the incident direction, and hence a multimode optical waveguide. At the same time, to match a multimode waveguide with a single-mode optical fiber used in modern telecommunication systems, a complex system of input and output of an optical signal based on coupled single-mode optical waveguides is required.

Известен способ управления системой оптических элементов [10], включающий приложение пространственно однородного электрического поля к заданной решетке периодически поляризованного сегнетоэлектрика. При этом данная решетка активируется и на ней начинает происходить преобразования мод светового сигнала на соответствующей центральной длине волны. Преобразование мод приводит к пространственному перераспределению интенсивности света на этой длине волны, в результате которого оптический сигнал на данной длине волны выводится через специальную согласующую систему волноводов в заданное выходное волокно. Данный способ позволяет осуществлять электрическую коммутацию спектральных каналов с очень высокой скоростью (потенциально время переключения может быть 10-9 с).A known method of controlling a system of optical elements [10], including the application of a spatially uniform electric field to a given lattice of a periodically polarized ferroelectric. At the same time, this grating is activated and the light signal modes at the corresponding central wavelength begin to transform on it. The mode conversion leads to a spatial redistribution of light intensity at this wavelength, as a result of which an optical signal at a given wavelength is output through a special matching system of waveguides to a given output fiber. This method allows electrical switching of the spectral channels at a very high speed (potentially, the switching time may be 10-9 s).

Недостатками известного способа управления системой оптических элементов являются, во-первых, то, что данный способ позволяет осуществлять переключение только между отдельными дискретными состояниями и не обеспечивает возможность непрерывного сканирования центральной длины волны по спектральному диапазону, во-вторых, фильтрация осуществляется за счет селекции пространственных мод и требует некоторого компромисса между требованиями к уровню потерь и уровню перекрестных помех.The disadvantages of the known method of controlling a system of optical elements are, firstly, that this method allows you to switch only between individual discrete states and does not provide the ability to continuously scan the central wavelength over the spectral range, and secondly, the filtering is carried out by selecting spatial modes and requires some compromise between the requirements for the level of losses and the level of crosstalk.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка оптического элемента и системы оптических элементов в интегрально-оптическом исполнении, имеющих многофункциональное назначение (перестраиваемые оптические фильтры, селективные оптические аттенюаторы и модуляторы, оптические переключатели и т.д.), и обладающих высокой спектральной селективностью, широким диапазоном рабочих длин волн, большим динамическим диапазоном, низким уровнем потерь и перекрестных помех, а также способов их управления, которые бы позволяли производить электрическое управление их спектральной характеристикой (такое как спектральная перестройка, спектрально селективная модуляция и т.д.) с высокой скоростью при относительно невысоких управляющих напряжениях.The objective of the present invention was to develop an optical element and a system of optical elements in integrated optical design, having a multifunctional purpose (tunable optical filters, selective optical attenuators and modulators, optical switches, etc.), and with high spectral selectivity, a wide range of operating lengths waves, a large dynamic range, low loss and crosstalk, as well as methods of control that would allow the production of electrical cal control their spectral characteristic (such as a spectral alteration, spectrally selective modulation, etc.) at high speed at relatively low control voltages.

Поставленная задача решается группой изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом.The problem is solved by a group of inventions, united by a single inventive concept.

Так, поставленная задача решается тем, что оптический элемент включает электрооптический материал и фазовую решетку Брэгга, которая сформирована в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, при этом решетка снабжена средством для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля по меньшей мере на части длины решетки вдоль направления распространения оптического излучения.Thus, the problem is solved in that the optical element includes an electro-optical material and a Bragg phase grating, which is formed in an electro-optical material or in an additional layer deposited on an electro-optical material, while the grating is equipped with a means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field of at least parts of the length of the grating along the direction of propagation of optical radiation.

Фазовая решетка Брэгга может быть сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.The Bragg phase grating can be formed as a holographic refractive index grating.

Фазовая решетка Брэгга может быть сформирована в оптическом волноводе электрооптического материала, в частности в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности оптического волновода.The Bragg phase lattice can be formed in an optical waveguide of an electro-optical material, in particular in the form of protrusions and depressions of the surface of an optical waveguide periodically located along the direction of propagation of optical radiation.

Упомянутая решетка может быть сформирована в нанесенном на оптический волновод дополнительном слое, выполненном из материала, показатель преломления которого при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%, например, выполненном из фоточувствительного полимера или халькогенидного материала.Said lattice can be formed in an additional layer deposited on the optical waveguide made of a material whose refractive index during the formation of the lattice changes by at least 10%, for example, made of a photosensitive polymer or chalcogenide material.

В этом случае упомянутая решетка может быть выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности упомянутого дополнительного слоя.In this case, said lattice can be made in the form of protrusions and depressions of the surface of said additional layer periodically arranged along the propagation direction of the optical radiation.

Средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля может быть выполнено самым различным образом, например, в виде двух электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки, при этом расстояние между этими электродами апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения.The means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field can be performed in a variety of ways, for example, in the form of two electrodes located on both sides of the lattice, the distance between these electrodes aperiodically changing along the direction of propagation of optical radiation.

Средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля может быть также выполнено в виде четырех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных попарно по обе стороны упомянутой решетки, при этом расстояние между упомянутыми электродами каждой пары апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения.The means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field can also be made in the form of four electrodes electrically isolated from each other, arranged in pairs on both sides of the said grating, while the distance between the said electrodes of each pair aperiodically varies along the direction of propagation of optical radiation.

Средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля может быть выполнено в виде по меньшей мере трех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки и предназначенных для управления напряженностью внешнего электрического поля в различных точках упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения, например, в виде N упомянутых электродов, при этом число упомянутых электродов N удовлетворяет соотношению:The means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field can be made in the form of at least three electrodes isolated from each other, located on both sides of the lattice and designed to control the strength of the external electric field at different points of the lattice along the propagation direction of optical radiation, for example, in the form of N said electrodes, while the number of said electrodes N satisfies the relation:

Figure 00000005
Figure 00000005

D - диапазон перестройки центральной длины волны отражения упомянутой решетки, нм, (диапазон изменения центральной длиныD is the tuning range of the central reflection wavelength of the aforementioned lattice, nm, (the variation range of the central length

волны света, отраженного от упомянутой решетки при приложении к электродам максимально возможного напряжения),waves of light reflected from the aforementioned grating when applying the maximum possible voltage to the electrodes),

d - ширина полосы спектральной характеристики упомянутой решетки, нм.d is the bandwidth of the spectral characteristics of the above-mentioned lattice, nm.

Поставленная задача решается также тем, что управление спектральной характеристикой оптического элемента, включающего электрооптический материал и фазовую решетку Брэгга, которая сформирована в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, при этом решетка снабжена средством для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля по меньшей мере на части длины решетки вдоль направления распространения оптического излучения осуществляют воздействием по меньшей мере на часть упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим изменение дифракции оптического излучения, в частности, обеспечивающим ее максимальное изменение.The problem is also solved by the fact that the control of the spectral characteristic of the optical element, including the electro-optical material and the Bragg phase grating, which is formed in the electro-optical material or in an additional layer deposited on the electro-optical material, the grating is equipped with a means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field on at least part of the length of the grating along the direction of propagation of optical radiation effect on at least a part of the aforementioned grating along the direction of propagation of optical radiation by a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field, providing a change in the diffraction of optical radiation, in particular, ensuring its maximum change.

При воздействии пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем направление вектора напряженности этого электрического поля на одной части упомянутой решетки можно задавать противоположным направлению вектора напряженности упомянутого электрического поля на другой части упомянутой решетки.When exposed to a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field, the direction of the intensity vector of this electric field on one part of the lattice can be set opposite to the direction of the intensity vector of the said electric field on the other part of the lattice.

Поставленная задача решается также системой оптических элементов, включающей электрооптический материал и по меньшей мере две фазовые решетки Брэгга, имеющие различные периоды и расположенные последовательно вдоль направления распространения оптического излучения, при этом упомянутые решетки сформированы в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, а каждая решетка снабжена средством для создания неоднородного апериодического внешнего электрического поля и управления его напряженностью вдоль направления распространения оптического излучения по меньшей мере на части длины решетки.The problem is also solved by a system of optical elements, including electro-optical material and at least two Bragg phase gratings having different periods and arranged in series along the direction of propagation of optical radiation, while the above-mentioned gratings are formed in an electro-optical material or in an additional layer deposited on an electro-optical material, and each lattice is equipped with a means for creating an inhomogeneous aperiodic external electric field and controlling it on maskers along the direction of propagation of optical radiation at least on part of the screen length.

В такой системе оптических элементов центральная длина волны отражения каждой упомянутой решетки в отсутствии внешнего электрического поля отличается от соседних по спектральному диапазону решеток на величину, равную или большую D.In such a system of optical elements, the central reflection wavelength of each of the gratings in the absence of an external electric field differs from neighboring gratings in the spectral range by an amount equal to or greater than D.

Фазовая решетка Брэгга в оптических элементах может быть сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.The Bragg phase grating in optical elements can be formed as a holographic refractive index grating.

Фазовая решетка Брэгга может быть сформирована в оптическом волноводе электрооптического материала оптического элемента системы, например, в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности оптического волновода.The Bragg phase lattice can be formed in the optical waveguide of the electro-optical material of the optical element of the system, for example, in the form of protrusions and depressions of the surface of the optical waveguide periodically located along the direction of propagation of optical radiation.

Эта решетка может быть сформирована в нанесенном на упомянутый волновод дополнительном слое, выполненном из материала, показатель преломления которого при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%, в частности из фоточувствительного полимера или халькогенидного материала, и иметь вид периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности упомянутого дополнительного слоя.This lattice can be formed in an additional layer deposited on the said waveguide made of a material whose refractive index during the formation of the lattice changes by no less than 10%, in particular, from a photosensitive polymer or chalcogenide material, and can be periodically located along the direction of propagation of optical radiation protrusions and depressions of the surface of said additional layer.

В системе оптических элементов упомянутое средство для управления напряженностью внешнего электрического поля может быть выполнено в виде по меньшей мере трех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки и предназначенных для управления напряженностью внешнего электрического поля в различных точках упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения.In the system of optical elements, said means for controlling the strength of the external electric field can be made in the form of at least three electrodes isolated from each other, located on both sides of the said grating and designed to control the strength of the external electric field at different points of the said grating along the propagation direction optical radiation.

Например, упомянутое средство для управления напряженностью внешнего электрического поля может быть выполнено в виде N упомянутых электродов, при этом число электродов N удовлетворяет, как указывалось выше, соотношению: N≥ 2 D/d.For example, said means for controlling the external electric field can be made in the form of N said electrodes, wherein the number of electrodes N satisfies, as indicated above, the ratio: N≥ 2 D / d.

Такое выполнение позволяет проводить более гибкое управление спектральной характеристикой системы оптических элементов.This embodiment allows more flexible control of the spectral characteristic of the system of optical elements.

Поставленная задача решается также способом управления системой оптических элементов, включающей электрооптический материал и по меньшей мере две фазовые решетки Брэгга, имеющие различные периоды и расположенные последовательно вдоль направления распространения оптического излучения, при этом упомянутые решетки сформированы в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, а каждая решетка снабжена средством для создания неоднородного апериодического внешнего электрического поля и управления его напряженностью вдоль направления распространения оптического излучения по меньшей мере на части длины решетки, при котором воздействуют по меньшей мере на одну из упомянутых решеток вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим изменение дифракции оптического излучения, в частности ее максимальное изменение.The problem is also solved by the method of controlling a system of optical elements, including electro-optical material and at least two Bragg phase gratings having different periods and arranged sequentially along the direction of propagation of optical radiation, while these gratings are formed in an electro-optical material or in an additional layer deposited on electro-optical material, and each lattice is equipped with a means for creating an inhomogeneous aperiodic external electric field and controlling its intensity along the direction of propagation of optical radiation at least on a part of the length of the grating, in which at least one of the above-mentioned gratings is affected along the direction of propagation of optical radiation by a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field that ensures a change in the diffraction of optical radiation, in particular its maximum change.

Способ управления системой оптических элементов может включать воздействие на одну из упомянутых решеток упомянутым пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем при одновременном воздействии по меньшей мере на одну из остальных упомянутых решеток однородным электрическим полем, при этом напряженность однородного электрического поля можно изменять во времени по заданному закону.A method of controlling a system of optical elements may include exposing one of the gratings to the aforementioned spatially inhomogeneous aperiodic external electric field while simultaneously exposing at least one of the remaining said gratings to a uniform electric field, while the strength of the uniform electric field can be changed in time according to a given law.

При указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем его напряженность можно увеличивать во времени от нуля до максимально допустимой величины, затем воздействовать на эту решетку вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное уменьшение дифракции оптического излучения, с одновременным воздействием однородным электрическим полем на соседнюю по спектральному диапазону решетку упомянутой системы.Under the indicated action on one of the gratings by a uniform electric field, its intensity can increase in time from zero to the maximum allowable value, then act on this grating along the direction of optical radiation propagation by a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field, which provides the maximum reduction in the diffraction of optical radiation, with simultaneous the action of a uniform electric field on a neighboring grating in the spectral range is mentioned oh system.

Можно также при указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем его напряженность уменьшать во времени от максимально допустимой величины до нуля, а затем воздействовать на эту решетку вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное уменьшение дифракции оптического излучения, с одновременным воздействием однородным электрическим полем на соседнюю по спектральному диапазону решетку упомянутой системы.It is also possible, under the indicated action on one of the gratings by a uniform electric field, to reduce its intensity in time from the maximum permissible value to zero, and then to act on this grating along the direction of optical radiation propagation by a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field, which provides the maximum reduction in the diffraction of optical radiation with simultaneous exposure by a homogeneous electric field to a neighboring grating over the spectral range crumpled system.

Сущность изобретения заключается в том, что дифракцией брэгговской решетки управляют путем создания неоднородного распределения электрического поля внутри электрооптического материала.The essence of the invention lies in the fact that the diffraction of the Bragg grating is controlled by creating an inhomogeneous distribution of the electric field inside the electro-optical material.

При осуществлении заявляемого способа управления оптическое излучение можно вводить в электрооптический кристалл вдоль вектора дифракционной решетки, регистрируя как результат фильтрации, оптическое излучение, отраженное за счет дифракции на упомянутой решетке, и оптическое излучение, прошедшее через кристалл.When implementing the inventive control method, optical radiation can be introduced into the electro-optical crystal along the diffraction grating vector, registering as a result of filtration, the optical radiation reflected by diffraction on the grating and the optical radiation transmitted through the crystal.

Дополнительно можно существенно снизить управляющее напряжение и увеличить скорость управления за счет использования волноводной конфигурации, где фильтруемое световое излучение распространяется внутри оптического волновода, сформированного в электрооптическом кристалле.In addition, it is possible to significantly reduce the control voltage and increase the control speed through the use of a waveguide configuration, where the filtered light radiation propagates inside an optical waveguide formed in an electro-optical crystal.

Как указывалось выше, брэгговская решетка внутри волновода может быть сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.As indicated above, the Bragg grating inside the waveguide can be formed as a holographic refractive index grating.

Дополнительно можно существенно увеличить дифракционную эффективность брэгговской решетки путем формирования упомянутой решетки в виде рельефа на поверхности оптического волновода. Также для увеличения дифракционной эффективности можно использовать дополнительный слой на поверхности волновода, обладающий заданными характеристиками, тогда брэгговская решетка формируется в этом дополнительном слое либо в виде голографической решетки показателя преломления, либо в виде рельефа поверхности дополнительного слоя.In addition, the diffraction efficiency of the Bragg grating can be substantially increased by forming the grating in the form of a relief on the surface of the optical waveguide. Also, to increase diffraction efficiency, you can use an additional layer on the surface of the waveguide with the specified characteristics, then the Bragg grating is formed in this additional layer either in the form of a holographic grating of the refractive index or in the form of a relief of the surface of the additional layer.

Так же, как и в известных способах, управление дифракцией фильтруемого излучения осуществляют путем создания в кристалле электрического поля заданной напряженности, изменяющего показатель преломления кристалла. Однако отличительной чертой заявляемого изобретения является то, что электрическое поле неоднородно в направлении волнового вектора решетки. Создавая заданное пространственное распределение электрического поля внутри кристалла можно получать определенную спектральную характеристику оптического элемента, что делает данное устройство многофункциональным.As in the known methods, the diffraction of the filtered radiation is controlled by creating a predetermined intensity in the crystal of the electric field, which changes the refractive index of the crystal. However, a distinctive feature of the claimed invention is that the electric field is inhomogeneous in the direction of the wave vector of the lattice. By creating a given spatial distribution of the electric field inside the crystal, it is possible to obtain a certain spectral characteristic of the optical element, which makes this device multifunctional.

Так при приложении монотонно изменяющегося вдоль волнового вектора решетки внешнего электрического поля можно существенно снизить дифракционную эффективность вплоть до значения меньшего, чем допустимый уровень перекрестных помех в системах связи на основе спектрального уплотнения. На основе этого можно создать электрический спектрально селективный переключатель света. Скорость переключения такого устройства очень высока благодаря электрооптической природе управления и может составлять 10-100 ГГц.So, when applying an external electric field monotonically varying along the wave vector of the grating, one can significantly reduce diffraction efficiency down to a value lower than the permissible level of crosstalk in communication systems based on spectral multiplexing. Based on this, it is possible to create an electrical spectrally selective light switch. The switching speed of such a device is very high due to the electro-optical nature of the control and can be 10-100 GHz.

Изменяя степень неоднородности электрического поля, мы можем управлять величиной дифракционной эффективности брэгговской решетки, так что такое устройство будет действовать как электрически управляемый селективный аттенюатор или модулятор света.By varying the degree of heterogeneity of the electric field, we can control the diffraction efficiency of the Bragg grating, so that such a device will act as an electrically controlled selective attenuator or light modulator.

Дополнительно возможно электрически управлять формой спектральной характеристики брэгговской решетки, работающей как оптический фильтр. Примером может служить модификация из отражающего фильтра в пропускающий фильтр при приложении к двум равным половинам решетки электрических полей, отличающихся на величину, обеспечивающую разность фаз, равную π для световых волн, отраженных от этих половин.Additionally, it is possible to electrically control the shape of the spectral characteristic of the Bragg grating operating as an optical filter. An example is the modification from a reflective filter to a transmission filter when electric fields are applied to two equal halves of the lattice, differing by an amount providing a phase difference equal to π for light waves reflected from these halves.

Заявляемая система оптических элементов может работать как универсальный оптический переключатель спектральных каналов. При этом определенное количество заданных брэгговских решеток находится в неоднородном электрическом поле и дифракция на них отсутствует, а к остальным решеткам либо прикладывается однородное электрическое поле, либо не прикладывается вообще (они обеспечивают отражение заданного набора длин волн или спектральных каналов).The inventive system of optical elements can operate as a universal optical switch of spectral channels. In this case, a certain number of given Bragg gratings is in an inhomogeneous electric field and there is no diffraction on them, and a uniform electric field is either applied to the remaining gratings or not at all (they provide reflection of a given set of wavelengths or spectral channels).

Дополнительно упомянутая система оптических элементов может работать как электрически управляемый оптический эквалайзер, где дифракционная эффективность каждой отдельной решетки регулируется за счет степени пространственной неоднородности прикладываемого к ней внешнего электрического поля.Additionally, the mentioned system of optical elements can operate as an electrically controlled optical equalizer, where the diffraction efficiency of each individual grating is controlled by the degree of spatial heterogeneity of the external electric field applied to it.

Дополнительно упомянутая система оптических элементов может работать как узкополосный оптический фильтр с широким диапазоном непрерывной электрической перестройки.Additionally, the mentioned system of optical elements can operate as a narrow-band optical filter with a wide range of continuous electrical tuning.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 показан в аксонометрии оптический элемент-прототип (V1, V2 - потенциалы, подаваемые на электроды);figure 1 shows in a perspective view of the optical element of the prototype (V 1 , V 2 - potentials supplied to the electrodes);

на фиг.2 приведено изображение в аксонометрии заявляемого оптического элемента с шестью электродами (V1, V2, V3,... V6 - потенциалы, подаваемые на электроды);figure 2 shows the image in a perspective view of the inventive optical element with six electrodes (V 1 , V 2 , V 3 , ... V 6 - potentials supplied to the electrodes);

на фиг.3 показан в аксонометрии один из вариантов оптического элемента с двумя электродами, расстояние между которыми линейно изменяется вдоль направления распространения оптического излучения;figure 3 shows in a perspective view one of the options for an optical element with two electrodes, the distance between which varies linearly along the direction of propagation of optical radiation;

на Фиг.4 приведен вид сверху на другой вариант оптического элемента с двумя электродами, расстояние между которыми апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения;figure 4 shows a top view of another variant of an optical element with two electrodes, the distance between which varies aperiodically along the direction of propagation of optical radiation;

на фиг.5 показан вид сверху на оптический элемент с тремя электродами;figure 5 shows a top view of an optical element with three electrodes;

на фиг.6 дан вид сверху на один из вариантов оптического элемента с четырьмя электродами, расстояние между каждой парой которых монотонно изменяется вдоль направления распространения оптического излучения;Fig. 6 is a top view of one embodiment of an optical element with four electrodes, the distance between each pair of which varies monotonically along the direction of propagation of the optical radiation;

на фиг.7 показан вид сверху на третий вариант оптического элемента с двумя электродами;7 shows a top view of a third embodiment of an optical element with two electrodes;

на фиг.8 приведен график изменения напряженности электрического поля Е (В/см) вдоль направления Z (мкм) распространения оптического излучения в оптическом элементе, изображенном на фиг.7;on Fig shows a graph of changes in electric field strength E (V / cm) along the direction Z (μm) of the propagation of optical radiation in the optical element shown in Fig.7;

на фиг.9 дан вид сверху на другой вариант оптического элемента с четырьмя электродами, расстояние между каждой парой которых монотонно изменяется вдоль направления распространения оптического излучения;figure 9 is a top view of another embodiment of an optical element with four electrodes, the distance between each pair of which monotonically varies along the direction of propagation of optical radiation;

на фиг.10 приведен график изменения напряженности электрического поля Е вдоль направления Z распространения оптического излучения в оптическом элементе, изображенном на фиг.9;figure 10 shows a graph of changes in the electric field E along the direction Z of the propagation of optical radiation in the optical element shown in figure 9;

на фиг.11 показан в продольном разрезе оптический элемент с фазовой решеткой Брэгга, сформированной в оптическом волноводе (Λ - период решетки, нм);11 shows in longitudinal section an optical element with a Bragg phase grating formed in an optical waveguide (Λ is the grating period, nm);

на фиг.12 приведен график изменения показателя преломления n решетки, изображенной на фиг.11 (nо - средний показатель преломления решетки, n1 - ампитуда решетки);in Fig.12 shows a graph of changes in the refractive index n of the lattice shown in Fig.11 (n about the average refractive index of the lattice, n 1 - the amplitude of the lattice);

на фиг.13 показан в продольном разрезе оптический элемент с фазовой решеткой Брэгга, выполненной в виде периодически расположенных выступов и впадин поверхности оптического волновода (h - глубина оптического волновода, мкм; Δ h - перепад высот выступов и впадин, нм);on Fig shows in longitudinal section an optical element with a Bragg phase grating made in the form of periodically located protrusions and troughs of the surface of the optical waveguide (h is the depth of the optical waveguide, μm; Δ h is the height difference of the protrusions and troughs, nm);

на фиг.14 приведен в продольном разрезе оптический элемент с фазовой решеткой Брэгга, сформированной в дополнительном слое, нанесенном на оптический волновод;on Fig shows in longitudinal section an optical element with a Bragg phase grating formed in an additional layer deposited on an optical waveguide;

на фиг.15 показан в продольном разрезе оптический элемент с фазовой решеткой Брэгга, выполненной в виде периодически расположенных выступов и впадин поверхности дополнительного слоя, нанесенного на оптический волновод;on Fig shows in longitudinal section an optical element with a Bragg phase grating, made in the form of periodically located protrusions and troughs of the surface of the additional layer deposited on the optical waveguide;

на фиг.16 приведена спектральная характеристика отражательной фазовой решетки Брэгга, λ - длина волны оптического излучения, нм; λ o - центральная длина волны отраженного оптического излучения, нм; R - коэффициент отражения по интенсивности оптического излучения; (относительная величина) d - ширина полосы спектральной характеристики решетки Брэгга, нм;in Fig.16 shows the spectral characteristic of the reflective Bragg phase grating, λ is the wavelength of optical radiation, nm; λ o - the Central wavelength of the reflected optical radiation, nm; R is the reflection coefficient for the intensity of optical radiation; (relative value) d is the bandwidth of the spectral characteristic of the Bragg grating, nm;

на фиг.17 показан оптический элемент-прототип с фазовой решеткой Брегга в электрооптическом материале, к которой приложено внешнее постоянное по длине решетки электрическое поле Е (Еbd - величина напряженности электрического поля, при которой происходит электрический пробой оптического элемента (кВ/см), -Еbd - поле электрического пробоя обратной полярности (кВ/см), Ео - величина напряженности электрического поля, приводящая к изменению центральной длины отраженного оптического излучения на величину, равную ширине полосы спектральной характеристики решетки Брэгга (кВ/см), Т - длина решетки, мм);on Fig shows an optical prototype element with a Bragg phase grating in an electro-optical material, to which an external constant electric field E is applied along the length of the grating (E bd is the value of the electric field strength at which electric breakdown of the optical element occurs (kV / cm), -E bd - breakdown electric field of reverse polarity (kV / cm), E o - the value of the electric field, leading to a change in the reflected central wavelength of the optical radiation by an amount equal to the spectral bandwidth hara teristics Bragg grating (kV / cm), T - lattice length mm);

на фиг.18 приведен график изменения спектральной характеристики оптического элемента-прототипа в зависимости от величины приложенного внешнего постоянного поля по длине решетки электрического поля (а - электрическое поле отсутствует, б - при Е=-Еbd, в - при Е=Ео, г - при Е=Ebd);on Fig shows a graph of the spectral characteristics of the optical element of the prototype depending on the magnitude of the applied external constant field along the length of the lattice of the electric field (a - no electric field, b - at E = -E bd , c - at E = E о , g - at E = E bd );

на фиг.19 показан один из вариантов прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (Еπ/2 - напряженность электрического поля на первой половине решетки, обеспечивающая дополнительный набег фазы оптического излучения, равный π/2, -Еπ/2 - напряженность электрического поля на второй половине решетки, обеспечивающая дополнительный набег фазы оптического излучения, равный -π /2);on Fig shows one of the options applied to the optical element spatially inhomogeneous aperiodic external electric field (E π / 2 - electric field strength on the first half of the grating, providing an additional phase incidence of the optical radiation equal to π / 2, -E π / 2 - the electric field strength in the second half of the grating, providing an additional phase shift of the optical radiation equal to -π / 2);

на фиг.20 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.19 (

Figure 00000006
- в отсутствие внешнего электрического поля,
Figure 00000007
- в присутствии внешнего электрического поля);in Fig.20 shows the change in the spectral characteristics of the optical element when applying an electric field to it, shown in Fig.19 (
Figure 00000006
- in the absence of an external electric field,
Figure 00000007
- in the presence of an external electric field);

на фиг.21 приведен еще один вариант прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (-Еbd - напряженность электрического поля на первой половине решетки, Еbd - напряженность электрического поля на второй половине решетки);Fig. 21 shows another embodiment of a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field applied to the optical element (-E bd is the electric field strength in the first half of the grating, E bd is the electric field strength in the second half of the grating);

на фиг.22 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.21 (

Figure 00000008
- в отсутствии внешнего электрического поля,
Figure 00000009
- в присутствии внешнего электрического поля);in Fig.22 shows the change in the spectral characteristics of the optical element when applying an electric field to it, shown in Fig.21 (
Figure 00000008
- in the absence of an external electric field,
Figure 00000009
- in the presence of an external electric field);

на фиг.23 приведен еще один вариант прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (-Еbd - напряженность электрического поля на первой трети решетки, Еbd - напряженность электрического поля на третьей трети решетки;in Fig.23 shows another variant of the spatially inhomogeneous aperiodic external electric field applied to the optical element (-E bd is the electric field strength in the first third of the grating, E bd is the electric field in the third third of the grating;

на фиг.24 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.23 (

Figure 00000010
- в отсутствие внешнего электрического поля,
Figure 00000011
- в присутствии внешнего электрического поля);on Fig shows a change in the spectral characteristics of the optical element when applying an electric field to it, shown in Fig.23 (
Figure 00000010
- in the absence of an external electric field,
Figure 00000011
- in the presence of an external electric field);

на фиг.25 приведен еще один вариант прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (напряженность электрического поля на первой половине решетки ступенчато изменяют от -Еbd до 0, а на второй половине решетки напряженность электрического поля ступенчато изменяют от 0 до Еbd);Fig. 25 shows another embodiment of a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field applied to the optical element (the electric field strength in the first half of the grating is stepwise changed from -E bd to 0, and in the second half of the grating the electric field strength is stepwise changing from 0 to E bd );

на фиг.26 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.25 (

Figure 00000012
- в отсутствие внешнего электрического поля,
Figure 00000013
- в присутствии внешнего электрического поля);on Fig shows a change in the spectral characteristics of the optical element when applying an electric field to it, shown in Fig (
Figure 00000012
- in the absence of an external electric field,
Figure 00000013
- in the presence of an external electric field);

на фиг.27 приведен еще один вариант прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (напряженность электрического поля на длине решетки Т ступенчато изменяют от -Еbd до Еbd);Fig. 27 shows another embodiment of a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field applied to the optical element (the electric field strength along the grating length T is stepwise changed from -E bd to E bd );

на фиг.28 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.27 (

Figure 00000014
- в отсутствии внешнего электрического поля,
Figure 00000015
- в присутствии внешнего электрического поля);on Fig shows the change in the spectral characteristics of the optical element when applying an electric field to it, shown in Fig (
Figure 00000014
- in the absence of an external electric field,
Figure 00000015
- in the presence of an external electric field);

на фиг.29 приведен один из вариантов заявляемой системы оптических элементов (V1, V2, V3,... ... V32 - потенциалы, подаваемые на электроды).in Fig.29 shows one of the variants of the claimed system of optical elements (V 1 , V 2 , V 3 , ... ... V 32 - potentials supplied to the electrodes).

Заявляемый оптический элемент включает пластину 1 из электрооптического материала, в котором может быть выполнен оптический волновод 2 (см. фиг.2). В качестве электрооптического материала могут быть использованы: кристаллы сегнетоэлектриков, такие как LiNbО3, КNbО3, ВаTiO3, SBN, или электрооптические полимерные материалы, использующие различные хромофоры (4’-деметиламино-N-метил-4-стилбазол, 3-метил-4-метокси–4’-нитростильбен [10]). Фазовая решетка Брегга 3 может быть сформирована как в самом материале пластины 1, так и оптическом волноводе 2, а также в дополнительном слое 8. По обе стороны решетки 3 размещено средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля в виде электродов 4 различной конфигурации, к которым через контакты 5 прикладывают потенциалы V1, V2, V3,... ... Vn (в зависимости от числа и конфигурации электродов 4 потенциалы могут быть равными или различными по величине и одинаковыми или разными по знаку). Решетка 3 может быть сформирована как в виде голографической решетки показателя преломления n (см. фиг.11, 12), так и в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов 6 и впадин 7 (см. фиг.13). Решетка 3 может быть сформирована и в нанесенном на волновод 2 дополнительном слое 8 (см. фиг.14, 15), выполненном из материала, показатель преломления которого при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%, например из фоточувствительного полимера (полипентафторостирен + полиглицедилметакрилат + УФ 16974 (Юнион-Карбайд) [12], полиметилметакрилат + АзоДР1 [13]) или халькогенидного материала (Аs2S3, As30S70, As2Se3). Пространственно неоднородное апериодическое внешнее электрическое поле может быть создано электродами 4 различной геометрии. Например, двумя электродами 4, расстояние между которыми апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения (см. фиг.3, 4, 7); тремя прямоугольными электродами 4 (см. фиг.5), на которые подают различные потенциалы V1, V2, V3, четырьмя электродами 4 различной геометрии (см. фиг.6, 9), шестью прямоугольными электродами 4 (см. фиг.2), на которые подают различные потенциалы V1, V2, V3, V4, V5, V6; N электродами, где N удовлетворяет соотношению: N≥ 2 D/d. Приведенные выше примеры не ограничивают выбор числа электродов и их конфигурацию.The inventive optical element includes a plate 1 of electro-optical material, which can be made of an optical waveguide 2 (see figure 2). As electro-optical material can be used: crystals of ferroelectrics, such as LiNbO 3 , KNbO 3 , BaTiO 3 , SBN, or electro-optical polymer materials using various chromophores (4'-demethylamino-N-methyl-4-steelbazole, 3-methyl- 4-methoxy-4'-nitrostilbene [10]). The Bragg phase grating 3 can be formed both in the material of the plate 1 and the optical waveguide 2, as well as in an additional layer 8. On both sides of the grating 3 there is a means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field in the form of electrodes 4 of various configurations, which through the contacts 5 apply the potentials V 1 , V 2 , V 3 , ... ... V n (depending on the number and configuration of the electrodes 4, the potentials can be equal or different in magnitude and the same or different in sign). The grating 3 can be formed both in the form of a holographic grating of the refractive index n (see Figs. 11, 12), and in the form of protrusions 6 and depressions 7 periodically located along the propagation direction of the optical radiation (see Fig. 13). The grating 3 can also be formed in an additional layer 8 deposited on the waveguide 2 (see Figs. 14, 15) made of a material whose refractive index during the formation of the grating changes by at least 10%, for example, from a photosensitive polymer (polypentafluorostyrene + polyglycetyl methacrylate + UV 16974 (Union-Carbide) [12], polymethylmethacrylate + AzoDR1 [13]) or chalcogenide material (As 2 S 3 , As 30 S 70 , As 2 Se 3 ). A spatially inhomogeneous aperiodic external electric field can be created by electrodes 4 of various geometries. For example, two electrodes 4, the distance between which varies aperiodically along the direction of propagation of optical radiation (see Fig.3, 4, 7); three rectangular electrodes 4 (see FIG. 5), to which various potentials V 1 , V 2 , V 3 are supplied, four electrodes 4 of various geometries (see FIGS. 6, 9), six rectangular electrodes 4 (see FIG. 2) to which various potentials V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 are supplied; N electrodes, where N satisfies the ratio: N≥ 2 D / d. The above examples do not limit the choice of number of electrodes and their configuration.

Спектральной характеристикой заявляемого оптического элемента управляют следующим образом. Внутри электрооптического материала 1 создают необходимое распределение напряженности электрического поля.The spectral characteristic of the inventive optical element is controlled as follows. Inside the electro-optical material 1 create the necessary distribution of electric field strength.

Необходимое пространственное распределение напряженности электрического поля может задаваться геометрической формой электродов 4, на которые подаются потенциалы V1, V2. На Фиг.7 показан пример конфигурации электродов 4 для создания пространственно неоднородного апериодическоого электрического поля. Неоднородность электрического поля определяется изменением межэлектродного расстояния. Распределение напряженности электрического поля для конфигурации электродов 4, изображенной на Фиг.7, представлено на Фиг.8. Максимально возможное значение прикладываемого электрического поля, а следовательно, и максимальный градиент (неоднородность) определяются полем электрического пробоя Еbd.The necessary spatial distribution of the electric field strength can be specified by the geometric shape of the electrodes 4, to which the potentials V 1 , V 2 are applied. 7 shows an example configuration of the electrodes 4 to create a spatially inhomogeneous aperiodic electric field. The inhomogeneity of the electric field is determined by the change in the interelectrode distance. The distribution of electric field strength for the configuration of the electrodes 4 shown in Fig.7, is presented in Fig.8. The maximum possible value of the applied electric field, and therefore the maximum gradient (inhomogeneity), is determined by the electric breakdown field E bd .

Фиг.9 иллюстрирует возможность увеличения градиента напряженности электрического поля путем выполнения системы, создающей неоднородное электрическое поле, в виде двух пар электродов 4 с изменяющимся межэлектродным расстоянием. К каждой паре электродов прикладывают потенциалы V1, V2, но в противоположной полярности. Распределение напряженности электрического поля внутри электрооптического материала 1, соответствующее этой конфигурации электродов 4, показано на Фиг.10.Fig.9 illustrates the possibility of increasing the gradient of the electric field by executing a system that creates a heterogeneous electric field, in the form of two pairs of electrodes 4 with a changing interelectrode distance. The potentials V 1 , V 2 are applied to each pair of electrodes, but in the opposite polarity. The distribution of the electric field strength inside the electro-optical material 1 corresponding to this configuration of the electrodes 4 is shown in FIG. 10.

Средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля в виде N электродов 4, к которым через контакты 5 прикладывают потенциалы V1, V2, V3... ... Vn, позволяет создавать различные распределения напряженности электрического поля внутри электрооптического материала 1, и что особенно важно, вид зависимости распределения напряженности электрического поля может быть изменен путем изменения величин прикладываемых потенциалов.The tool for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field in the form of N electrodes 4, to which potentials V 1 , V 2 , V 3 ... ... V n are applied through contacts 5, allows you to create different distributions of the electric field inside the electro-optical material 1 , and most importantly, the form of the dependence of the distribution of the electric field strength can be changed by changing the values of the applied potentials.

Если к электродам 4, находящимся по одну сторону от волновода, приложен одинаковый потенциал V1, а к электродам 4 по другую сторону потенциал V2, в электрооптическом материале 1 создается пространственно однородное электрическое поле (см. Фиг.17). Такое поле вызывает смещение центральной длины волны спектральной характеристики отражающей брэгговской решетки 3 (см. Фиг.16) без изменения формы (см. Фиг.18). Величина сдвига центральной длины волны определяется напряженностью создаваемого электрического поля. Поле E0 соответствует смещению центральной длины волны фильтруемого излучения на ширину полосы спектральной характеристики d (кривая в на Фиг.18). Максимальное смещение достигается при приложении электрического поля с напряженностью, равной напряженности электрического пробоя Еbd (кривые б и г на Фиг.18). Знак приложенного электрического поля определяет направление смещения. Смещение центральной длины волны спектральной характеристики оптического элемента на величину D, достигается изменением приложенного однородного электрического поля от Еbd до -Ebd и является полным диапазоном перестройки центральной длины волны. Такое пространственно однородное электрическое поле создается в оптическом элементе-прототипе (см. фиг.1).If the electrodes 4, located on one side of the waveguide is applied the same potential V 1, and the electrodes 4 on the other side of the potential V 2 in electrooptical material 1 creates a spatially uniform electric field (see. Figure 17). Such a field causes a shift in the central wavelength of the spectral characteristic of the reflective Bragg grating 3 (see Fig. 16) without changing the shape (see Fig. 18). The magnitude of the shift of the central wavelength is determined by the intensity of the generated electric field. The field E 0 corresponds to the shift of the central wavelength of the filtered radiation by the bandwidth of the spectral characteristic d (curve in in Fig. 18). The maximum displacement is achieved by applying an electric field with a strength equal to the electric breakdown strength E bd (curves b and d in Fig. 18). The sign of the applied electric field determines the direction of displacement. The shift of the central wavelength of the spectral characteristic of the optical element by D is achieved by changing the applied uniform electric field from E bd to -E bd and is the full range of tuning of the central wavelength. Such a spatially uniform electric field is created in the optical element of the prototype (see figure 1).

Рассмотрим теперь наиболее простой вид пространственного распределения неоднородного электрического поля, когда к двум половинам решетки 3 оптического элемента приложено одинаковое по величине, но противоположное по знаку электрическое поле (см. Фиг.19 и 21). Такое распределение напряженности электрического поля может быть создано при помощи системы электродов 4, изображенной на Фиг.5, когда V1=0, V2=-V3. Брэгговская решетка 3 при этом может рассматриваться на две решетки со спектральными характеристиками, имеющими смещенные центральные длины волн. В случае, если величина смещения длин волн намного больше ширины полосы спектральной характеристики решетки d, можно пренебречь фазовыми соотношениями при суммировании светового излучения, отраженного двумя половинами решетки 3. Тогда спектральная характеристика оптического элемента превращается в сумму спектральных характеристик двух половин брэгговской решетки 3 с разнесенными центральными длинами волн, имеющих половинную длину Т/2, а следовательно, меньший коэффициент отражения и большую ширину полосы спектральной характеристики (см. Фиг.22).Let us now consider the simplest form of the spatial distribution of an inhomogeneous electric field when an electric field of the same magnitude but opposite in sign is applied to the two halves of the optical element grating (see Figs. 19 and 21). Such a distribution of electric field strength can be created using the system of electrodes 4 shown in FIG. 5, when V 1 = 0, V 2 = -V 3 . In this case, the Bragg grating 3 can be considered into two gratings with spectral characteristics having displaced central wavelengths. If the magnitude of the wavelength shift is much larger than the bandwidth of the spectral characteristic of the grating d, the phase relations can be neglected when summing the light radiation reflected by the two halves of the grating 3. Then the spectral characteristic of the optical element becomes the sum of the spectral characteristics of the two halves of the Bragg grating 3 with spaced central wavelengths having a half T / 2 length, and therefore a smaller reflection coefficient and a wider bandwidth of the spectral characteristic (see FIG. 22).

Особый интерес представляет случай, когда разность напряженности электрических полей, приложенных к разным половинам решетки 3, обеспечивает разность фаз светового излучения, отраженного от этих половин, равную π (см. Фиг.19). В случае малых амплитуд решетки 3 (n1/n0<<Λ /Т) Еπ/2 ≈ Е0, центральные длины волн различаются лишь на ширину полосы спектральной характеристики d. Тогда амплитуды световых волн, отраженных от разных половин решетки 3, складываются когерентно, т.е. с учетом фазы. В этом случае в центре спектральной характеристики оптического элемента возникает провал (см. Фиг.20), а элемент начинает выполнять роль полосового фильтра, работающего на пропускание. Данный пример наглядно иллюстрирует возможность электрического переключения оптического элемента из состояния работы отражающего оптического фильтра в состояние пропускающего оптического фильтра.Of particular interest is the case where the difference in the intensity of electric fields applied to different halves of the grating 3 provides a phase difference of the light radiation reflected from these halves equal to π (see Fig. 19). In the case of small grating amplitudes 3 (n 1 / n 0 << Λ / Т) Е π / 2 ≈ Е 0 , the central wavelengths differ only by the spectral characteristic bandwidth d. Then the amplitudes of the light waves reflected from different halves of the grating 3 are added coherently, i.e. taking into account the phase. In this case, a failure occurs in the center of the spectral characteristic of the optical element (see FIG. 20), and the element begins to play the role of a bandpass filter operating on transmission. This example clearly illustrates the possibility of electrical switching of the optical element from the operating state of the reflective optical filter to the state of the transmitting optical filter.

На Фиг.23 изображено пространственное распределение напряженности приложенного электрического поля, когда брэгговская решетка 3 разделена на три части. Такое распределение поля может быть создано системой электродов 4, изображенной на Фиг.2, когда выполнены следующие соотношения между приложенными потенциалами, V1=V6, V2=V5, V3=V4. При этом свет дифрагирует на трех независимых частях решетки 3 со спектральными характеристиками со сдвинутыми центральными длинами волн. Это приводит к снижению суммарного коэффициента отражения и спектральной селективности, т.е. размыванию суммарной спектральной характеристики оптического элемента (см. Фиг.24).On Fig shows the spatial distribution of the intensity of the applied electric field, when the Bragg grating 3 is divided into three parts. Such a field distribution can be created by the electrode system 4 shown in FIG. 2 when the following relations between the applied potentials are fulfilled, V 1 = V 6 , V 2 = V 5 , V 3 = V 4 . In this case, the light diffracts on three independent parts of the grating 3 with spectral characteristics with shifted central wavelengths. This leads to a decrease in the total reflection coefficient and spectral selectivity, i.e. erosion of the total spectral characteristics of the optical element (see Fig.24).

Уменьшение размеров участков решетки 3, к которым приложено однородное электрическое поле, приводит к дальнейшему снижению спектральной селективности и коэффициента отражения (см. Фиг.25, 26, 27, 28). В случае, когда средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля состоит из N электродов 4, имеется возможность создавать независимое электрическое поле на N/2 участках брэгговской решетки 3 (по два электрода 4 по обе стороны волновода 2 на каждом участке).The reduction in the size of the sections of the lattice 3, to which a uniform electric field is applied, leads to a further decrease in the spectral selectivity and reflection coefficient (see Figs. 25, 26, 27, 28). In the case where the means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field consists of N electrodes 4, it is possible to create an independent electric field in N / 2 sections of the Bragg grating 3 (two electrodes 4 on both sides of the waveguide 2 in each section).

Оптимальное количество электродов 4 выбирают из соотношения N/2≥ D/d, т.е. для эффективного разрушения дифракции (снижения коэффициента отражения и спектральной селективности) необходимо разбить брэгговскую решетку 3 как минимум на столько независимых частей, сдвинутых по центральной длине волны отражаемого светового излучения при помощи приложения ко всем частям решетки 3 разного электрического поля, чтобы центральная длина волны излучения отраженного от каждой части отличалась от всех остальных как минимум на ширину полосы спектральной характеристики целой решетки. При этом электрическое поле изменяют вдоль направления распространения света во всем диапазоне, ограниченном электрическим пробоем.The optimal number of electrodes 4 is selected from the ratio N / 2≥ D / d, i.e. To effectively destroy diffraction (decrease the reflection coefficient and spectral selectivity), it is necessary to break the Bragg grating 3 into at least so many independent parts shifted along the central wavelength of the reflected light radiation by applying a different electric field to all parts of the grating 3 so that the central wavelength of the reflected radiation from each part differed from all the others by at least the bandwidth of the spectral characteristic of the whole lattice. In this case, the electric field is changed along the direction of light propagation in the entire range limited by electric breakdown.

Выше было проиллюстрировано, как при помощи приложения пространственно неоднородного внешнего электрического поля возможно изменять вид спектральной характеристики оптического элемента, а также был рассмотрен пример разрушения дифракции на брэгговской решетке и снижения коэффициента отражения и спектральной селективности. Заявляемый способ управления спектральной характеристикой оптического элемента может быть использован в узкополосных оптических аттенюаторах и модуляторах света. Однако описанными выше примерами не ограничивается область изменения спектральной характеристики оптического элемента. Возможно получение и других изменений в форме спектральной характеристики элемента при иных распределениях создаваемого пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля.Above, it was illustrated how, by applying a spatially inhomogeneous external electric field, it is possible to change the form of the spectral characteristic of an optical element, and we also considered an example of the destruction of diffraction by a Bragg grating and a decrease in the reflection coefficient and spectral selectivity. The inventive method of controlling the spectral characteristic of an optical element can be used in narrow-band optical attenuators and light modulators. However, the examples described above are not limited to the range of variation of the spectral characteristics of the optical element. It is also possible to obtain other changes in the form of the spectral characteristic of the element with different distributions of the created spatially inhomogeneous aperiodic external electric field.

Заявляемая система 9 оптических элементов включает пластину 1 из электрооптического материала, в котором может быть выполнен оптический волновод 2 (см. фиг.29). В качестве электрооптического материала могут быть использованы: кристаллы сегнетоэлектриков, такие как LiNbO3, KNbO3, ВаТiO3, SBN, или электрооптические полимерные материалы, использующие различные хромофоры (4’-деметиламино-N-метил-4-стилбазол, 3-метил-4-метокси-4’-нитростильбен [10]). Несколько фазовых решеток Брегга 3 (минимум две), которые могут быть сформирована как в самом материале пластины 1, так и оптическом волноводе 2, а также в дополнительном слое 8. Центральные длины волн спектральных характеристик решеток 3 отличаются на величину диапазона перестройки D при приложении однородного электрического поля. По обе стороны каждой решетки 3 размещено средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля в виде электродов 4 различной конфигурации, к которым через контакты 5 прикладывают потенциалы V1, V2, V3,... ... Vn (в зависимости от числа и конфигурации электродов 4 потенциалы могут быть равными или различными по величине и одинаковыми или разными по знаку). Решетка 3 может быть сформирована как в виде топографической решетки показателя преломления n (см. фиг.11, фиг.12), так и в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов 6 и впадин 7 (см. фиг.13). Решетка 3 может быть сформирована и в нанесенном на волновод 2 дополнительном слое 8 (см. фиг.14, фиг.15), выполненном из материала, показатель преломления которого при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%, например, из фоточувствительного полимера (полипентафторостирен + полиглицедилметакрилат + УФ 16974 (Юнион-Карбайд) [11], полиметилметакрилат + АзоДР1 [12]) или халькогенидного материала (As2S3, As30S70, Аs23). Пространственно неоднородное апериодическое внешнее электрическое поле может быть создано электродами 4 различной геометрии. Например, на фиг.29 изображена система 9 оптических элементов, содержащая 32 электрода 4 (по 8 на каждую решетку 3) с подводимыми к ним потенциалами V1, V2, V3... V32. Приведенный пример не ограничивают выбор для системы 9 числа электродов 4 и их конфигурацию. По сути, заявляемая система 9 оптических элементов представляет собой несколько последовательно расположенных заявляемых оптических элементов, описанных выше, со сдвинутыми центральными длинами волн спектральных характеристик, выполненных в интегрально оптическом исполнении на одной пластине 1 электрооптического материала.The inventive system 9 of the optical elements includes a plate 1 of electro-optical material in which an optical waveguide 2 can be made (see Fig. 29). As electro-optical material can be used: crystals of ferroelectrics, such as LiNbO 3 , KNbO 3 , ВаТiO 3 , SBN, or electro-optical polymeric materials using various chromophores (4'-demethylamino-N-methyl-4-steelbazole, 3-methyl- 4-methoxy-4'-nitrostilbene [10]). Several Bragg 3 phase gratings (at least two), which can be formed both in the material of the plate 1 and the optical waveguide 2, as well as in the additional layer 8. The central wavelengths of the spectral characteristics of the gratings 3 differ by the size of the tuning range D when a uniform electric field. On both sides of each lattice 3 there is a means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field in the form of electrodes 4 of various configurations, to which potentials V 1 , V 2 , V 3 , ... ... V n (depending from the number and configuration of the electrodes 4, the potentials can be equal or different in magnitude and the same or different in sign). The grating 3 can be formed both in the form of a topographic grating of the refractive index n (see Fig. 11, Fig. 12), and in the form of protrusions 6 and depressions 7 periodically located along the propagation direction of the optical radiation (see Fig. 13). The grating 3 can also be formed in an additional layer 8 deposited on the waveguide 2 (see Fig. 14, Fig. 15) made of a material whose refractive index during the formation of the grating changes by at least 10%, for example, from a photosensitive polymer ( polypentafluorostyrene + polyglycetylmethacrylate + UV 16974 (Union-Carbide) [11], polymethylmethacrylate + AzoDR1 [12]) or chalcogenide material (As 2 S 3 , As 30 S 70 , As 2 Ce 3 ). A spatially inhomogeneous aperiodic external electric field can be created by electrodes 4 of various geometries. For example, FIG. 29 shows a system of 9 optical elements, comprising 32 electrodes 4 (8 for each grating 3) with potentials V 1 , V 2 , V 3 ... V 32 supplied to them. The given example does not limit the choice for the system 9 of the number of electrodes 4 and their configuration. In fact, the claimed system of optical elements 9 represents several sequentially located the claimed optical elements described above, with shifted central wavelengths of spectral characteristics, made in an integrated optical design on one plate 1 of electro-optical material.

Спектральной характеристикой заявляемой системы 9 оптических элементов управляют следующим образом. Каждый отдельно взятый оптический элемент системы 9 может управляться независимым образом, что делает систему 9 гибкой и многофункциональной. Рассмотрим способ управления, позволяющий использовать систему 9 в качестве узкополосного оптического фильтра, электрически перестраиваемого в широком диапазоне длин волн. В одном оптическом элементе системы 9 создают пространственно однородное электрическое поле при помощи способа, описанного ранее. При этом данный оптический элемент отражает оптическое излучение в узком диапазоне длин волн d. Центральная длина волны спектральной характеристики данного оптического элемента определяется периодом фазовой решетки Брэгга 3 и может перестраиваться в спектральном диапазоне D при помощи изменения величины напряженности прикладываемого пространственно однородного электрического поля (см. фиг.17, 18). Отражение от остальных оптических элементов системы 9 может быть снижено до заданной малой величины путем создания в них пространственно неоднородного апериодического электрического поля (см. фиг.27, 28). Способ снижения коэффициента отражения оптического элемента был описан выше. Имея возможность создавать пространственно однородное электрическое поле на разных оптических элементах системы 9 (включать отражение от данного элемента) и в то же самое время, разрушая дифракцию (выключая отражение) на остальных оптических элементах путем приложения пространственно неоднородного апериодического электрического поля, мы можем осуществлять перестройку оптического фильтра в диапазоне длин волн M· D, где М - общее число оптических элементов в системе 9.The spectral characteristic of the claimed system of 9 optical elements is controlled as follows. Each individual optical element of the system 9 can be independently controlled, which makes the system 9 flexible and multifunctional. Consider a control method that allows you to use system 9 as a narrow-band optical filter, electrically tunable in a wide range of wavelengths. In one optical element of the system 9 create a spatially uniform electric field using the method described previously. Moreover, this optical element reflects optical radiation in a narrow range of wavelengths d. The central wavelength of the spectral characteristic of this optical element is determined by the Bragg phase lattice period 3 and can be tuned in the spectral range D by changing the magnitude of the applied spatial spatially uniform electric field (see Fig. 17, 18). Reflection from the remaining optical elements of system 9 can be reduced to a predetermined small value by creating a spatially inhomogeneous aperiodic electric field in them (see Figs. 27, 28). A method of reducing the reflection coefficient of an optical element has been described above. Having the ability to create a spatially homogeneous electric field on different optical elements of system 9 (include reflection from this element) and at the same time, destroying the diffraction (turning off reflection) on the remaining optical elements by applying a spatially inhomogeneous aperiodic electric field, we can carry out the reconstruction of the optical filter in the wavelength range M · D, where M is the total number of optical elements in the system 9.

Приведенный пример способа управления системой 9 оптических элементов не ограничивает возможностей использования других способов управления. Возможны и любые другие варианты создания в одних оптических элементах системы 9 пространственно однородного электрического поля, а в других оптических элементах системы 9 пространственно неоднородного апериодического электрического поля, если систему 9 оптических элементов используют для выполнения иных операционных функций, отличных от перестраиваемого фильтра, например, используют систему 9 в качестве оптического переключателя.The given example of a method of controlling the system 9 of optical elements does not limit the possibilities of using other control methods. Any other options are possible for creating a spatially homogeneous electric field in some optical elements of the system 9, and a spatially inhomogeneous aperiodic electric field in other optical elements of the system 9, if the optical element system 9 is used to perform other operational functions other than a tunable filter, for example, system 9 as an optical switch.

Источники информацииSources of information

1. G.A.Rakuljic, V.Leyva. - "Volume holographic narrow-band optical filter". - Opt. Lett. - 1993, Vol.18, N 6, p.p.459-461.1. G.A. Rakuljic, V. Leyva. - "Volume holographic narrow-band optical filter". - Opt. Lett. - 1993, Vol. 18, No. 6, p. P. 459-461.

2. J.Hukriede, I.Nee, D.Kip, E.Kraetzig. - " Thermally fixed reflection gratings for infrared light in LiNbO3:Ti:Fe channel waveguides". - Opt. Lett. - 1998, Vol.23, N 17, p.p.1405-1407.2. J. Hukriede, I. Nee, D. Kip, E. Kraetzig. - "Thermally fixed reflection gratings for infrared light in LiNbO3: Ti: Fe channel waveguides." - Opt. Lett. - 1998, Vol.23, N 17, p.p. 1405-1407.

3. С.К.Madsen, J.H.Zhao. -Optical filter design and analysis: A signal processing approach. John Willey & Sons, New York, 1999.3. S.K. Madsen, J.H. Zhao. -Optical filter design and analysis: A signal processing approach. John Willey & Sons, New York, 1999.

4. R.Muller, J.V.Alvarez-Bravo, L.Arizmendi, J.M.Cabrera. - "Tuning of photorefractive interference filters in LiNbO3". - J. Phys. D: Appl. Phys. - 1994, Vol.27, p.p.1628-1632.4. R. Muller, J. V. Alvarez-Bravo, L. Arizmendi, J. M. Cabrera. - "Tuning of photorefractive interference filters in LiNbO3." - J. Phys. D: Appl. Phys. - 1994, Vol. 27, p. P. 1628-1632.

5. Патент США № 5440669, МПК G 02 B 5/32, G 03 H 1/18, G 03 H 1/26, опубликован 08.08.1995.5. US patent No. 5440669, IPC G 02 B 5/32, G 03 H 1/18, G 03 H 1/26, published 08.08.1995.

6. М.Р.Petrov, V.M.Petrov, A.V.Chamrai, С.Denz, Т.Tschudi. - "Electrically controlled holographic optical filter". - Proc. 27th Eur. Conf. on Opt. Comm. (ECOC’01 - Amsterdam).- Th.F.3.4, p.p.628-629 (2001).6. M.P. Petrov, V. M. Petrov, A. V. Chamrai, C. Denz, T. Tschudi. - "Electrically controlled holographic optical filter". - Proc. 27th Eur. Conf. on Opt. Comm. (ECOC’01 - Amsterdam) .- Th.F.3.4, p.p.628-629 (2001).

7. М.Р.Petrov, S.I.Stepanov, A.A.Kamshilin.- "Light diffraction from the volume holograms in electrooptic birefringent crystals". - Opt. Commun. - 1979, № 29, p.p.44-48.7. M.P. Petrov, S.I. Stepanov, A.A. Kamshilin.- "Light diffraction from the volume holograms in electrooptic birefringent crystals". - Opt. Commun. - 1979, No. 29, p.p. 44-48.

8. Международная заявка № WO 00/02098, МПК G 03 H 1/02, опубликована 13.01.2000.8. International application No. WO 00/02098, IPC G 03 H 1/02, published January 13, 2000.

9. Патент США № 4039249, МПК G 02 B 5/14, опубликован 02.08.1977.9. US patent No. 4039249, IPC G 02 B 5/14, published 02.08.1977.

10. Патент США № 5832148, МПК G 02 B 6/26, опубликован 03.11.1998.10. US patent No. 5832148, IPC G 02 B 6/26, published 03.11.1998.

11.

Figure 00000016
Nonlinear optical effects and materials. Berlin, Springer-Verlag, 2000, 540 p.eleven.
Figure 00000016
Nonlinear optical effects and materials. Berlin, Springer-Verlag, 2000, 540 p.

12. С.Pitois, A.Hull, D.Wiesmann - "Absorption and scattering in lowloss polymer optical waveguide". - J. Opt. Soc. Am. - 2001, Vol.18, N 7, p.p.908-912.12. C. Pitois, A. Hull, D. Wiesmann - "Absorption and scattering in lowloss polymer optical waveguide". - J. Opt. Soc. Am. - 2001, Vol. 18, No. 7, p. P. 908-912.

13. H.Rezig, G.Vitrant. - "Feasibility of optically controlled integrated Mach-Zehnder device based on Azo dye-doped PMMA thin films". - Opt. Commun. - 2001, Vol.200, p.p.261-269.13. H. Rezig, G. Vitrant. - "Feasibility of optically controlled integrated Mach-Zehnder device based on Azo dye-doped PMMA thin films." - Opt. Commun. - 2001, Vol.200, p.p.261-269.

Claims (30)

1. Оптический элемент, включающий электрооптический материал и фазовую решетку Брэгга, которая сформирована в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, при этом решетка снабжена средством для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля по меньшей мере на части длины решетки вдоль направления распространения оптического излучения.1. An optical element comprising electro-optical material and a Bragg phase grating, which is formed in an electro-optical material or in an additional layer deposited on an electro-optical material, wherein the grating is equipped with a means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field of at least a part of the length of the grating along the direction propagation of optical radiation. 2. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутая решетка сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.2. The optical element according to claim 1, characterized in that said grating is formed in the form of a holographic grating of a refractive index. 3. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутая решетка сформирована в оптическом волноводе упомянутого электрооптического материала.3. The optical element according to claim 1, characterized in that said grating is formed in an optical waveguide of said electro-optical material. 4. Оптический элемент по п.3, отличающийся тем, что упомянутая решетка выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности оптического волновода.4. The optical element according to claim 3, characterized in that said grating is made in the form of protrusions and depressions of the surface of the optical waveguide periodically arranged along the direction of propagation of the optical radiation. 5. Оптический элемент по п.3, отличающийся тем, что упомянутый дополнительный слой нанесен на упомянутый волновод, причем показатель преломления дополнительного слоя при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%.5. The optical element according to claim 3, characterized in that said additional layer is deposited on said waveguide, wherein the refractive index of the additional layer during the formation of the grating changes by at least 10%. 6. Оптический элемент по п.5, отличающийся тем, что упомянутый дополнительный слой выполнен из фоточувствительного полимера или халькогенидного материала.6. The optical element according to claim 5, characterized in that said additional layer is made of a photosensitive polymer or chalcogenide material. 7. Оптический элемент по п.5, отличающийся тем, что упомянутая решетка выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности упомянутого дополнительного слоя.7. The optical element according to claim 5, characterized in that said grating is made in the form of protrusions and depressions of the surface of said additional layer periodically arranged along the direction of propagation of the optical radiation. 8. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля выполнено в виде двух электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки, при этом расстояние между упомянутыми электродами апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения.8. The optical element according to claim 1, characterized in that the said means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field is made in the form of two electrodes located on both sides of the said grating, while the distance between the said electrodes aperiodically varies along the direction of propagation of optical radiation. 9. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля выполнено в виде четырех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных попарно по обе стороны упомянутой решетки, при этом расстояние между упомянутыми электродами каждой пары апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения.9. The optical element according to claim 1, characterized in that the said means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field is made in the form of four electrodes electrically isolated from each other, arranged in pairs on both sides of said lattice, the distance between the said electrodes of each pair aperiodically varies along the direction of propagation of optical radiation. 10. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля выполнено в виде по меньшей мере трех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки и предназначенных для управления напряженностью внешнего электрического поля в различных точках упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения.10. The optical element according to claim 1, characterized in that the said means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field is made in the form of at least three electrodes isolated from each other, located on both sides of the lattice and designed to control the voltage of the external electric fields at various points of said grating along the direction of propagation of optical radiation. 11. Оптический элемент по п.10, отличающийся тем, что упомянутое средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля выполнено в виде N упомянутых электродов, при этом число упомянутых электродов N удовлетворяет соотношению11. The optical element of claim 10, characterized in that said means for creating a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field is made in the form of N said electrodes, while the number of said electrodes N satisfies the relation N≥2 D/d, гдеN≥2 D / d, where D - диапазон перестройки центральной длины волны отражения упомянутой решетки, нм;D is the tuning range of the central reflection wavelength of said grating, nm; d - ширина полосы спектральной характеристики упомянутой решетки, нм.d is the bandwidth of the spectral characteristics of the above-mentioned lattice, nm. 12. Способ управления спектральной характеристикой оптического элемента по п.1, включающий воздействие по меньшей мере на часть упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим изменение дифракционной эффективности решетки.12. The method for controlling the spectral characteristic of an optical element according to claim 1, comprising influencing at least a portion of said grating along the direction of propagation of optical radiation with a spatially inhomogeneous aperiodic external electric field that provides a change in the diffraction efficiency of the grating. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что воздействуют пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное изменение дифракционной эффективности решетки.13. The method according to p. 12, characterized in that they act spatially inhomogeneous aperiodic external electric field, providing the maximum change in the diffraction efficiency of the lattice. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что направление вектора напряженности упомянутого электрического поля на одной части упомянутой решетки выбирают противоположным направлению вектора напряженности упомянутого электрического поля на другой части упомянутой решетки.14. The method according to p. 12, characterized in that the direction of the intensity vector of said electric field on one part of said lattice is chosen opposite to the direction of the intensity vector of said electric field on another part of said lattice. 15. Система оптических элементов, включающая электрооптический материал и по меньшей мере две фазовые решетки Брэгга, имеющие различные периоды и расположенные последовательно вдоль направления распространения оптического излучения, при этом упомянутые решетки сформированы в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, а каждая решетка снабжена средством для создания неоднородного апериодического внешнего электрического поля и управления его напряженностью вдоль направления распространения оптического излучения по меньшей мере на части длины решетки.15. A system of optical elements, including electro-optical material and at least two Bragg phase gratings having different periods and arranged successively along the direction of propagation of optical radiation, said gratings being formed in an electro-optical material or in an additional layer deposited on electro-optical material, and each the lattice is equipped with a means for creating an inhomogeneous aperiodic external electric field and controlling its intensity along the direction of the races spatial optical radiation at least part of the length of the grating. 16. Система по п.15, отличающаяся тем, что центральная длина волны отражения каждой упомянутой решетки в отсутствии внешнего электрического поля отличается от соседних по спектральному диапазону решеток на величину, равную или большую D.16. The system of clause 15, wherein the central reflection wavelength of each of the gratings in the absence of an external electric field differs from neighboring gratings in the spectral range by an amount equal to or greater than D. 17. Система по п.15, отличающаяся тем, что упомянутая решетка сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.17. The system of claim 15, wherein said lattice is formed as a holographic refractive index lattice. 18. Система по п.15, отличающаяся тем, что упомянутая решетка сформирована в оптическом волноводе упомянутого электрооптического материала.18. The system of claim 15, wherein said grating is formed in an optical waveguide of said electro-optical material. 19. Система по п.18, отличающаяся тем, что упомянутая решетка выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности оптического волновода.19. The system according to p. 18, characterized in that the said lattice is made in the form of protrusions and depressions of the surface of the optical waveguide periodically arranged along the direction of propagation of optical radiation. 20. Система по п.18, отличающаяся тем, что упомянутый дополнительный слой нанесен на упомянутый волновод, причем показатель преломления дополнительного слоя при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%.20. The system according to p. 18, characterized in that the said additional layer is deposited on the said waveguide, and the refractive index of the additional layer during the formation of the lattice changes by at least 10%. 21. Система по п.20, отличающаяся тем, что дополнительный слой выполнен из фоточувствительного полимера или халькогенидного материала.21. The system according to claim 20, characterized in that the additional layer is made of a photosensitive polymer or chalcogenide material. 22. Система по п.20, отличающаяся тем, что упомянутая решетка выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности упомянутого дополнительного слоя.22. The system according to claim 20, characterized in that said grating is made in the form of protrusions and depressions of the surface of said additional layer periodically arranged along the direction of propagation of the optical radiation. 23. Система по п.15, отличающаяся тем, что упомянутое средство для управления напряженностью внешнего электрического поля выполнено в виде по меньшей мере трех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки и предназначенных для управления напряженностью внешнего электрического поля в различных точках упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения.23. The system according to clause 15, wherein said means for controlling the external electric field is made in the form of at least three electrodes isolated from each other, located on both sides of the lattice and designed to control the external electric field in various points of the aforementioned grating along the direction of propagation of optical radiation. 24. Система по п.23, отличающаяся тем, что упомянутое средство для управления напряженностью внешнего электрического поля выполнено в виде N упомянутых электродов, при этом число упомянутых электродов N удовлетворяет соотношению24. The system according to item 23, wherein said means for controlling the external electric field is made in the form of N said electrodes, while the number of said electrodes N satisfies the ratio N≥2 D/d.N≥2 D / d. 25. Способ управления системой оптических элементов по п.15, включающий воздействие по меньшей мере на одну из упомянутых решеток вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим изменение дифракционной эффективности решетки.25. The method of controlling the system of optical elements according to clause 15, including the impact on at least one of the aforementioned gratings along the direction of propagation of optical radiation spatially inhomogeneous aperiodic external electric field, providing a change in diffraction efficiency of the grating. 26. Способ по п.25, отличающийся тем, что воздействие вдоль направления распространения оптического излучения по меньшей мере на одну из упомянутых решеток пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное изменение дифракционной эффективности решетки.26. The method according A.25, characterized in that the impact along the direction of propagation of optical radiation on at least one of the above-mentioned gratings spatially inhomogeneous aperiodic external electric field, providing the maximum change in diffraction efficiency of the grating. 27. Способ по п.25, отличающийся тем, что одновременно воздействуют по меньшей мере на одну из остальных упомянутых решеток однородным электрическим полем.27. The method according A.25, characterized in that at the same time act on at least one of the other mentioned gratings with a uniform electric field. 28. Способ по п.27, отличающийся тем, что при указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем, его напряженность изменяют во времени по заданному закону.28. The method according to item 27, wherein in said exposure to one of said gratings with a uniform electric field, its intensity is changed in time according to a given law. 29. Способ по п.28, отличающийся тем, что при указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем, его напряженность увеличивают во времени от нуля до максимально допустимой величины, затем воздействуют на эту решетку вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное уменьшение дифракции оптического излучения, с одновременным воздействием однородным электрическим полем на соседнюю по спектральному диапазону решетку упомянутой системы.29. The method according to p. 28, characterized in that when the specified impact on one of the above-mentioned gratings with a uniform electric field, its intensity increases in time from zero to the maximum allowable value, then they act on this grating along the direction of optical radiation propagation by a spatially inhomogeneous aperiodic external an electric field that provides the maximum reduction in the diffraction of optical radiation, with a simultaneous exposure to a spectrally adjacent neighboring electric field range of the lattice of the said system. 30. Способ по п.23, отличающийся тем, что при указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем, его напряженность уменьшают во времени от максимально допустимой величины до нуля, а затем воздействуют на эту решетку вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное уменьшение дифракции оптического излучения, с одновременным воздействием однородным электрическим полем на соседнюю по спектральному диапазону решетку упомянутой системы.30. The method according to p. 23, characterized in that when the specified exposure to one of the above-mentioned gratings by a uniform electric field, its intensity is reduced in time from the maximum allowable value to zero, and then they are applied to this grating along the direction of propagation of optical radiation by spatially inhomogeneous aperiodic an external electric field that provides the maximum reduction in the diffraction of optical radiation, with the simultaneous exposure to a spectrally adjacent neighboring electric field in the range of the lattice of said system.
RU2003108113/28A 2003-03-24 2003-03-24 Optical element, method for controlling spectral characteristic of the latter, optical elements system and method for controlling this system RU2248022C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003108113/28A RU2248022C2 (en) 2003-03-24 2003-03-24 Optical element, method for controlling spectral characteristic of the latter, optical elements system and method for controlling this system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003108113/28A RU2248022C2 (en) 2003-03-24 2003-03-24 Optical element, method for controlling spectral characteristic of the latter, optical elements system and method for controlling this system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003108113A RU2003108113A (en) 2004-09-27
RU2248022C2 true RU2248022C2 (en) 2005-03-10

Family

ID=35365019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003108113/28A RU2248022C2 (en) 2003-03-24 2003-03-24 Optical element, method for controlling spectral characteristic of the latter, optical elements system and method for controlling this system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2248022C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7810937B2 (en) 2005-10-11 2010-10-12 3M Innovative Properties Company Control of an automatic darkening filter
US9956118B2 (en) 2014-09-15 2018-05-01 3M Innovative Properties Company Personal protective system tool communication adapter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7810937B2 (en) 2005-10-11 2010-10-12 3M Innovative Properties Company Control of an automatic darkening filter
US8047664B2 (en) 2005-10-11 2011-11-01 3M Innovative Properties Company Control of an automatic darkening filter
US9956118B2 (en) 2014-09-15 2018-05-01 3M Innovative Properties Company Personal protective system tool communication adapter
US11090192B2 (en) 2014-09-15 2021-08-17 3M Innovative Properties Company Personal protective system tool communication adapter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2360937C (en) Dynamically reconfigurable composite grating filters for temporal waveform processing
US5710849A (en) Taper shapes for flatband response and sidelobe suppression in grating assisted optical coupler filters
US6603902B1 (en) Wavelength selective variable reflector
JP2009509182A (en) Process for controlling an optical element and its transfer function
JP4659791B2 (en) Optical wavelength filter
WO2004023174A2 (en) Photorefractive devices
US6897995B2 (en) Method and device for variable optical attenuator
US6584260B2 (en) Electro-optical device and a wavelength selection method utilizing the same
US6816650B2 (en) Planar lightwave filter device
RU2248022C2 (en) Optical element, method for controlling spectral characteristic of the latter, optical elements system and method for controlling this system
RU2456648C1 (en) Optical switching element based on multilayer dielectric selective mirror
US20030235368A1 (en) Pi -Shifted filters based on electro-optically induced waveguide gratings
Moghimi et al. Analysis and design of all-optical switching in apodized and chirped Bragg gratings
US6885791B2 (en) Integrated-optic device and a method for attenuating light or equalizing light using integrated-optic device
Arora et al. Integrated optical Bragg filter with fast electrically controllable transfer function
US20050013523A1 (en) Optical add drop multiplexer device
Arora et al. Dynamical control of the spectral response of an integrated optical filter
Petrov et al. Electrically controlled integrated optical filter
Runde et al. Integrated-optical add/drop multiplexer for DWDM in lithium niobate
Shamray et al. A novel integrated optical device for wavelength control in optical telecommunication systems
Arora et al. Synthesis of the transfer function of a spectral Bragg filter using electro-optical phase-shift keying
Petrov et al. A dynamic wavelength Bragg-filter with an on-line controllable transfer function
Gu et al. Applications of new photorefractive materials in fiber optic devices
Shamray et al. A novel integrated optical device for fast control of spectral channels in WDM telecommunication systems
Shamray et al. Electrical Control of Spectral Response of Bragg Gratings in Photorefractive Optical Waveguides

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20060213

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20080516

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130325

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160227