RU2451959C2 - Low switching voltage, fast time response digital optical switch - Google Patents
Low switching voltage, fast time response digital optical switch Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451959C2 RU2451959C2 RU2010109409/28A RU2010109409A RU2451959C2 RU 2451959 C2 RU2451959 C2 RU 2451959C2 RU 2010109409/28 A RU2010109409/28 A RU 2010109409/28A RU 2010109409 A RU2010109409 A RU 2010109409A RU 2451959 C2 RU2451959 C2 RU 2451959C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- branch
- output
- electrodes
- optical waveguide
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
В общем, настоящее изобретение относится к цифровому оптическому переключателю (DOS), а более конкретно к цифровому, электрически возбуждаемому оптическому (электрооптическому) переключателю с низким напряжением переключения, быстрой временной характеристикой.In General, the present invention relates to a digital optical switch (DOS), and more particularly to a digital, electrically excited optical (electro-optical) switch with a low switching voltage, fast time response.
Уровень техникиState of the art
Как известно, с ранней поры телефона и телеграфа связные сигналы традиционно передают по медным проводам и кабелям. Однако в последние годы связные сигналы в возрастающем объеме передают в виде световых лучей по оптическим волноводам и волокнам. На основе оптических волноводов разработано периферийное оборудование различных видов, такое как соединительные устройства и переключатели. В частности, технология, известная как интегральная оптика, широко используется в управлении оптическими сигналами связи. Используя эту технологию, сигналы связи в виде световых лучей передают по оптическим волноводам, сформированным в подложках, изготовленных из электрооптических материалов, таких как ниобат лития (LiNbO3).As you know, from the early days of the telephone and telegraph, connected signals are traditionally transmitted through copper wires and cables. However, in recent years, connected signals in an increasing volume are transmitted in the form of light rays through optical waveguides and fibers. Based on optical waveguides, peripheral equipment of various types has been developed, such as connecting devices and switches. In particular, a technology known as integrated optics is widely used in the management of optical communication signals. Using this technology, communication signals in the form of light rays are transmitted along optical waveguides formed in substrates made of electro-optical materials such as lithium niobate (LiNbO 3 ).
Хотя в настоящее время интегральную оптику широко используют при передаче сигналов, использование этой технологии, для выполнения функций переключения и маршрутизации, все еще ограничено трудностью изготовления оптических переключающих приборов с характеристиками и параметрами, соответствующими требованиями. В цифровом оптическом переключателе оптический сигнал принимается на входе и избирательно подается на один или несколько из множества выходов. До настоящего времени разработаны цифровые оптические переключатели, основанные на различных технологиях, в частности, микроэлектромеханические системы (MEMS), магнитооптические и электрооптические переключатели, последние имеют более быстрые временные характеристики, чем предшествующие.Although integrated optics are currently widely used in signal transmission, the use of this technology to perform switching and routing functions is still limited by the difficulty of manufacturing optical switching devices with characteristics and parameters that meet the requirements. In a digital optical switch, an optical signal is received at the input and selectively applied to one or more of the multiple outputs. To date, digital optical switches based on various technologies have been developed, in particular, microelectromechanical systems (MEMS), magneto-optical and electro-optical switches, the latter have faster time characteristics than the previous ones.
На фиг.1 показано стандартное представление цифрового электрооптического переключателя 1×2, имеющего оптический вход, куда подают входной оптический сигнал, электрический вход, куда электрический сигнал возбуждения в виде напряжения переключения подают для электрического возбуждения цифрового электрооптического переключателя, и два оптических выхода, куда избирательно подается входной оптический сигнал в результате электрического сигнала возбуждения. На фиг.1 также показана ступенчатая функция отклика электрооптического переключателя, иллюстрирующая оптическую мощность на оптическом выходе в зависимости от электрического сигнала возбуждения.Figure 1 shows a standard representation of a 1 × 2 digital electro-optical switch having an optical input to which an optical input signal is supplied, an electric input to which an electrical excitation signal in the form of a switching voltage is supplied to electrically excite a digital electro-optical switch, and two optical outputs, which selectively an input optical signal is supplied as a result of an electrical excitation signal. Figure 1 also shows the step response function of the electro-optical switch, illustrating the optical power at the optical output depending on the electrical excitation signal.
Пример известного цифрового электрооптического переключателя раскрыт в ЕР0898197 и показан на фиг.2. Цифровой электрооптический переключатель 1 в основном включает в себя Y-образный оптический волновод 2, сформированный в подложке 3 толщиной 0,2-1 мм из электрооптического материала, например, ниобата лития (ориентированного вдоль Х-среза в показанной конфигурации).An example of a known digital electro-optical switch is disclosed in EP0898197 and shown in FIG. 2. Digital electro-
Y-образный оптический волновод 2 содержит входную ветвь 4, выполненную с возможностью присоединения, при использовании, к входному оптическому волноводу (непоказанному), и две выходные ветви 5, выполненные с возможностью присоединения, при использовании, к соответствующим выходным оптическим волноводам (непоказанным). Предпочтительно, чтобы входной оптический волновод, выходные оптические волноводы и Y-образный оптический волновод 2 представляли собой одномодовые оптические волноводы, сформированные известным способом, например, в случае подложки из ниобата лития, избирательной диффузией титана в саму подложку.The Y-shaped
Цифровой электрооптический переключатель 1 также содержит электродную структуру, включающую в себя множество электропроводных электродов толщиной 1-30 мкм, сформированных известным способом из золота или аналогичных металлов на поверхности подложки 3 и расположенных с возможностью связи в рабочем состоянии с Y-образным оптическим волноводом 2 для избирательной подачи к только одной из двух выходных ветвей 5 оптического сигнала, принимаемого во входной ветви 4. В частности, электродная структура электрически управляется так, что работа цифрового электрооптического переключателя 1 осуществляется между двумя состояниями переключения: первым состоянием переключения, в котором передача оптической энергии повышается между входным волноводом и первым выходным волноводом, в то время как по существу блокируется во втором выходном волноводе, и вторым состоянием переключения, в котором передача оптической энергии повышается между входным волноводом и вторым выходным волноводом, в то время как по существу блокируется в первом выходном волноводе.The digital electro-
Более подробно, электродная структура расположена на участке разветвления оптического волновода 2 и включает в себя внутренний электрод 7, расположенный между выходными ветвями 5, и два внешних электрода 6, расположенных с внешней стороны выходных ветвей 5, по противоположным сторонам и симметрично внутреннему электроду 7.In more detail, the electrode structure is located on the branching section of the
Обычно межэлектродный промежуток G0 (расстояние между соседними электродами 6, 7) находится в пределах от 4 до 20 мкм, промежуток D0 между каждым электродом 6, 7 и соседней выходной ветвью 5 оптического волновода 2 находится в пределах от 3 до 10 мкм, а длина L0 взаимодействия (длина участка внутреннего электрода 7 между внешними электродами 6) находится в пределах от 1 до 30 мм.Typically, the interelectrode gap G 0 (the distance between
Внутренний электрод 7 обычно заземляют, тогда как на внешние электроды 6 подают напряжение переключения для создания электрического поля между внешними электродами 6 и внутренним электродом 7, проходящего сквозь выходные ветви 5, расположенные между ними, и имеющего направление, поперечное к направлению распространения оптического сигнала в выходной ветви 5, в рассматриваемом примере (LiNbO3 подложка Х-среза) в направлении, параллельном оси Z кристалла.The
Электрооптические свойства подложки 3 позволяют при приложении напряжения переключения изменять показатели преломления выходных ветвей 5 противоположным образом, а именно, повышать показатель преломления в одной выходной ветви 5 и снижать показатель преломления в другой выходной ветви 5. В тех случаях, когда достигается пороговое электрическое поле, входной оптический сигнал подводится только к выходной ветви 5 с более высоким показателем преломления.The electro-optical properties of the
Поскольку оптическая энергия, протекающая через цифровой оптический переключатель 1, не полностью локализуется в оптическом волноводе 2, то для предотвращения или минимизации оптических потерь вследствие поглощения электродами 6, 7 остаточной оптической энергии, протекающей вне оптического волновода 2, электроды должны быть изолированы от оптического волновода 2. Как показано на фиг.3, обычно изоляцию обеспечивают непрерывным диэлектрическим (SiO2) буферным слоем 8 толщиной 0,1-1,0 мкм, который формируют на участке ответвления оптического волновода 2 между поверхностью подложки 3 и электродами 6, 7 и продолжают по всей длине электродов 6 и 7. Вместо этого, в тех вариантах применения, где диэлектрический буферный слой 8 не содействует радиочастотной характеристике цифрового оптического переключателя 1, диэлектрический буферный слой 8 между поверхностью подложки 3 и электродами 6, 7 не формируют, а изоляцию обеспечивают так, как показано на фиг.4, а именно, располагая электроды 6, 7 на большем расстоянии от оптического волновода 2, чем в варианте осуществления, показанном на фиг.3, чтобы уменьшить поглощение оптического излучения. В этом варианте осуществления межэлектродный промежуток G0 обычно находится в пределах от 4 до 20 мкм, а расстояние D0 между каждым электродом 6, 7 и соседней выходной ветвью 5 оптического волновода 2 находится в пределах от 3 до 10 мкм.Since the optical energy flowing through the digital
Другой пример известного цифрового электрооптического переключателя раскрыт в документе JP 61198133. В частности, в нем раскрыт оптический переключатель волноводного типа, включающий в себя Х-образный титановый оптический волновод, сформированный в LiNbO3 электрооптической подложке; два L-образных электрода, сформированных на подложке вблизи волновода; и два буферных слоя, каждый из которых сформирован из материала, образованного объединением электропроводного материала (SnO2), в пределах которого поглощение света не возрастает, и диэлектрического материала (SiO2), и соответственно расположенного между подложкой и одним из электродов и между подложкой и другим электродом, таким образом подавляя образование дрейфа постоянного тока без повышения потери света.Another example of a known digital electro-optical switch is disclosed in JP 61198133. In particular, it discloses a waveguide-type optical switch including an X-shaped titanium optical waveguide formed in a LiNbO 3 electro-optical substrate; two L-shaped electrodes formed on a substrate near the waveguide; and two buffer layers, each of which is formed from a material formed by combining an electrically conductive material (SnO 2 ), within which light absorption does not increase, and a dielectric material (SiO 2 ), and respectively located between the substrate and one of the electrodes and between the substrate and another electrode, thus suppressing the formation of direct current drift without increasing light loss.
Другой пример известного цифрового электрооптического переключателя раскрыт в JP 91198133 А. В частности, раскрыт оптический переключатель волноводного типа, включающий в себя крестообразный титановый оптический волновод, сформированный на электрооптической подложке из LiNbO3, два L-образных электрода, сформированных на подложке вблизи волновода, и два буферных слоя, сформированных из материала, составленного посредством синтезирования проводящего материала (SnO2) в пределах диапазона, в котором поглощение света не увеличивается, и изолирующего материала (SiO2), и соответственно размещенных между упомянутой подложкой и одним из упомянутых электродов и между упомянутой подложкой и другим электродом, таким образом, подавляя образование дрифта постоянного тока без увеличения потерь света.Another example of a known digital electro-optical switch is disclosed in JP 91198133 A. In particular, a waveguide-type optical switch is disclosed, including a cross-shaped titanium optical waveguide formed on an electro-optical substrate of LiNbO 3 , two L-shaped electrodes formed on the substrate near the waveguide, and two buffer layers formed from a material composed by synthesizing a conductive material (SnO 2) within a range in which the absorption of light does not increase, and isolate its material (SiO 2) and respectively placed between said substrate and one of said electrodes and between said substrate and the other electrode, thereby suppressing the formation of DC drift without increasing light loss.
Дополнительный пример известного электрооптического переключателя раскрыт в US 2006/198581 A1. В частности, раскрыто электрооптическое устройство, имеющее оптический волновод, который включает в себя две оптических траектории пути, при этом оптический волновод вмещен в подложку. Слой электрода смещения сформирован на поверхности упомянутой подложки. Буферный слой сформирован на по меньшей мере участке слоя электрода смещения и поверхности упомянутой подложки. Слой RF-электрода сформирован на буферном слое. Тройник смещения соединяет слой электрода смещения и слой RF-электрода.A further example of a known electro-optical switch is disclosed in US 2006/198581 A1. In particular, an electro-optical device is disclosed having an optical waveguide, which includes two optical paths, the optical waveguide being contained in the substrate. A bias electrode layer is formed on the surface of said substrate. A buffer layer is formed in at least a portion of the bias electrode layer and the surface of said substrate. An RF electrode layer is formed on the buffer layer. A bias tee connects the bias electrode layer and the RF electrode layer.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Заявитель отмечает, что хотя цифровые электрооптические переключатели типа описанных выше имеют более быструю временную характеристику, чем цифровые оптические переключатели, основанные на других технологиях, однако для них требуются более высокие напряжения переключения. На самом деле, изоляция оптического волновода от электродов ограничивает эффективное электрическое поле, прикладываемое к оптическому волноводу, и вследствие этого так называемую электрооптическую эффективность цифрового электрооптического переключателя, и это ограничение обычно компенсируют путем соответствующего повышения напряжения переключения.Applicant notes that although digital electro-optical switches of the type described above have a faster time response than digital optical switches based on other technologies, they require higher switching voltages. In fact, isolation of the optical waveguide from the electrodes limits the effective electric field applied to the optical waveguide, and as a result, the so-called electro-optical efficiency of the digital electro-optical switch, and this limitation is usually compensated by a corresponding increase in the switching voltage.
Кроме того, в цифровых электрооптических переключателях с диэлектрическим буферным слоем электрооптическая эффективность дополнительно ограничивается эффектом экранирования вследствие существования емкостной связи между электродами и оптическим волноводом. Фактически, при формировании оптического волновода (которое включает в себя осаждение и диффузию Ti) обычно создаются дефекты в кристалле подложки и генерируются свободные электрические заряды. Когда между электродами прикладывают напряжение постоянного тока, свободные электрические заряды движутся на поверхность соседней выходной ветви оптического волновода на границе раздела с диэлектрическим буферным слоем, который действует как конденсатор, обозначенный СВ на фиг.3. Этот конденсатор блокирует свободные электрические заряды, тем самым приводя к эффекту экранирования прикладываемого напряжения переключения. Поэтому для поддержания стабильной электрооптической связи (измененного состояния переключателя) необходимо непрерывно корректировать (последствия эффекта дрейфа постоянного тока) напряжение переключения, прикладываемое между электродами, компенсируя таким образом эффект экранирования.In addition, in digital electro-optical switches with a dielectric buffer layer, the electro-optical efficiency is further limited by the shielding effect due to the existence of capacitive coupling between the electrodes and the optical waveguide. In fact, during the formation of an optical waveguide (which includes the deposition and diffusion of Ti), defects are usually created in the substrate crystal and free electric charges are generated. When a DC voltage is applied between the electrodes, free electric charges move to the surface of the adjacent output branch of the optical waveguide at the interface with the dielectric buffer layer, which acts as a capacitor, denoted C In figure 3. This capacitor blocks free electric charges, thereby leading to a screening effect of the applied switching voltage. Therefore, in order to maintain a stable electro-optical coupling (changed state of the switch), it is necessary to continuously correct (the effects of the DC drift effect) the switching voltage applied between the electrodes, thereby compensating for the screening effect.
Также, более слабый эффект дрейфа постоянного тока наблюдается в цифровых электрооптических переключателях без диэлектрического буферного слоя между электродами и подложкой вследствие наличия естественной поверхности кристалла подложки между электродами и соседней выходной ветвью оптического волновода. Вследствие неидеальных диэлектрических свойств эта естественная поверхность действует как параллельное соединение между конденсатором и резистором, обозначенных CS и RS на фиг.4, тем самым приводя к более слабому эффекту экранирования прикладываемого напряжения переключения.Also, a weaker DC drift effect is observed in digital electro-optical switches without a dielectric buffer layer between the electrodes and the substrate due to the presence of the natural surface of the substrate crystal between the electrodes and the adjacent output branch of the optical waveguide. Due to non-ideal dielectric properties, this natural surface acts as a parallel connection between the capacitor and the resistor, denoted by C S and R S in FIG. 4, thereby leading to a weaker screening effect of the applied switching voltage.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить усовершенствованный цифровой электрооптический переключатель, который позволяет значительно снизить напряжение переключения, прикладываемое к электродам, и полностью исключить эффект дрейфа постоянного тока.The present invention is to provide an improved digital electro-optical switch, which can significantly reduce the switching voltage applied to the electrodes, and to completely eliminate the effect of DC drift.
Эта задача решается настоящим изобретением, поскольку оно относится к цифровому электрооптическому переключателю, определенному в прилагаемой формуле изобретения.This problem is solved by the present invention, since it relates to a digital electro-optical switch, as defined in the attached claims.
В настоящем изобретении упомянутая выше задача решается удалением буферного слоя из структуры, показанной на фиг.3, и формированием между каждым электродом и поверхностью подложки, находящейся ниже, тонкой пленки, выполненной из оптически прозрачного и с небольшой электропроводностью материала, такого как оксид индия и олова, при этом каждая тонкая пленка является более широкой, чем электрод, находящийся выше, так что она также частично продолжается на соседнюю выходную ветвь оптического волновода. Кроме того, если требуется диапазон частот работы цифрового электрооптического переключателя, буферный слой может быть повторно введен между электродами и оптически прозрачной электропроводной тонкой пленкой для снижения скорости распространения электрического сигнала и получения ее равной скорости распространения оптического сигнала. В этом случае электроды соединяют с оптически прозрачной электропроводной тонкой пленкой через отверстия, образованные в буферном слое.In the present invention, the aforementioned problem is solved by removing the buffer layer from the structure shown in FIG. 3 and forming, between each electrode and the substrate surface below, a thin film made of optically transparent and with little electrical conductivity, such as indium and tin oxide wherein each thin film is wider than the electrode located above, so that it also partially extends to the adjacent output branch of the optical waveguide. In addition, if a frequency range of the digital electro-optical switch is required, the buffer layer can be reintroduced between the electrodes and the optically transparent conductive thin film to reduce the propagation speed of the electrical signal and obtain it equal to the propagation speed of the optical signal. In this case, the electrodes are connected to an optically transparent conductive thin film through holes formed in the buffer layer.
Расположение такой тонкой пленки между подложкой и электродами позволяет значительно снизить напряжение переключения, подаваемое между внешними электродами при том же самом эффективном электрическом поле, прикладываемом к оптическому волноводу, вследствие чего повышается электрооптическая эффективность цифрового электрооптического переключателя. Кроме того, расположение такой тонкой пленки между подложкой и электродами позволяет полностью исключить эффект экранирования и, следовательно, эффект дрейфа постоянного тока.The location of such a thin film between the substrate and the electrodes can significantly reduce the switching voltage applied between the external electrodes with the same effective electric field applied to the optical waveguide, thereby increasing the electro-optical efficiency of the digital electro-optical switch. In addition, the location of such a thin film between the substrate and the electrodes can completely eliminate the screening effect and, therefore, the effect of direct current drift.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Теперь для лучшего понимания настоящего изобретения предпочтительные варианты осуществления, которые предназначены только для примера и не должны толковаться как ограничивающие, будут описаны со ссылкой к сопровождающим чертежам (все не в масштабе), на которых:Now, for a better understanding of the present invention, preferred embodiments, which are for example purposes only and should not be construed as limiting, will be described with reference to the accompanying drawings (all not to scale), in which:
фиг.1 - стандартное представление цифрового электрооптического переключателя 1×2 наряду с его функцией отклика;figure 1 is a standard representation of a digital electro-
фиг.2 - схематичный вид известного цифрового электрооптического переключателя;figure 2 is a schematic view of a known digital electro-optical switch;
фиг.3 - сечение участка цифрового электрооптического переключателя из фиг.1 наряду с его электрической динамической моделью;figure 3 is a cross section of a digital electro-optical switch of figure 1 along with its electrical dynamic model;
фиг.4 - сечение известного цифрового электрооптического переключателя без буферного слоя под электродами наряду с его электрической динамической моделью;4 is a cross section of a known digital electro-optical switch without a buffer layer under the electrodes along with its electrical dynamic model;
фиг.5 - сечение участка цифрового электрооптического переключателя согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения;5 is a sectional view of a portion of a digital electro-optical switch according to a preferred embodiment of the present invention;
фиг.6 и 7 - сечения участка цифрового электрооптического переключателя согласно другим осуществлениям настоящего изобретения; и6 and 7 are sectional views of a portion of a digital electro-optical switch according to other embodiments of the present invention; and
фиг.8 - таблица с перечнем рабочих параметров цифрового электрооптического переключателя согласно настоящему изобретению.Fig is a table with a list of operating parameters of a digital electro-optical switch according to the present invention.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Нижеследующее рассмотрение представлено, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники изготовить и использовать изобретение. Различные модификации к вариантам осуществления без отступления от заявленного объема настоящего изобретения будут полностью очевидными для специалистов в данной области техники. Поэтому настоящее изобретение не ограничивается показанными вариантами осуществления, а в соответствии с самым широким объемом должно быть согласованным с принципами и признаками, раскрытыми в этой заявке и определенными в прилагаемой формуле изобретения.The following discussion is presented to enable one skilled in the art to make and use the invention. Various modifications to the embodiments without departing from the claimed scope of the present invention will be fully apparent to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the shown embodiments, but in accordance with the broadest scope should be consistent with the principles and features disclosed in this application and defined in the attached claims.
На фиг.5 показано сечение области цифрового электрооптического переключателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, при этом теми же самыми позициями и знаками, что и позиции, и знаки на фиг.3 и 4, обозначены аналогичные элементы, которые не будут описываться повторно.FIG. 5 shows a cross-section of a region of a digital electro-optical switch according to a preferred embodiment of the present invention, with the same positions and signs as the positions and signs in FIGS. 3 and 4, indicating similar elements that will not be described again.
Как показано на фиг.5, диэлектрический буферный слой 8 не сформирован, а тонкий слой или пленка 9, выполненная из оптически прозрачного и с небольшой электропроводностью материала, такого как оксид индия и олова, сформирована между каждым электродом 6, 7 и поверхностью подложки 3, находящейся ниже. Каждая тонкая пленка 9 имеет толщину 0,05-0,3 мкм, и ей приданы такие размеры, что межпленочный промежуток G1 (расстояние между соседними тонкими пленками 9) меньше, чем межэлектродный промежуток G0, и в частности, в зависимости от рабочей длины волны находится в пределах от 4 до 8 мкм. Более подробно, каждая тонкая пленка 9 в поперечном направлении за соответствующий электрод 6, 7, находящийся выше, и частично покрывает прилегающую выходную ветвь 5 оптического волновода 2.As shown in FIG. 5, a
На фиг.6 показан другой вариант осуществления цифрового электрооптического переключателя 1 согласно настоящему изобретению, в котором ширина каждой тонкой пленки 9 меньше, чем ширина на фиг.5, так что тонкие пленки 9 не выступают частично поверх соседних выходных ветвей 5 оптического волновода 2, и образуется промежуток D1 между каждой тонкой пленкой 9 и соседней выходной ветвью 5 оптического волновода 2, который находится в пределах от 0 до 10 мкм. В этом варианте осуществления межпленочный промежуток G1 в зависимости от рабочей длины волны находится в пределах от 8 до 20 мкм.FIG. 6 shows another embodiment of a digital electro-
На фиг.7 показано дальнейшее осуществление цифрового электрооптического переключателя 1 согласно настоящему изобретению, в котором, поскольку требуется диапазон рабочих частот цифрового электрооптического переключателя 1, диэлектрический (SiO2) буферный слой 8 предусмотрен между каждым электродом 6, 7 и оптически прозрачной электропроводной тонкой пленкой 9, находящейся ниже, для снижения скорости распространения электрического сигнала и уравнивание его скорости распространения оптического сигнала. В этом случае электроды 6, 7 соединены с оптически прозрачными электропроводными тонкими пленками 9, находящимися ниже, через отверстия, образованные в буферных слоях 8. В отличие от буферного слоя 8 в варианте осуществления, показанном на фиг.2 и 3, где непрерывный диэлектрический буферный слой 8 предусмотрен выступающим на поверхности подложки 3 поверх оптического волновода 2, в этом ином варианте осуществления диэлектрический буферный слой 8 расположен только между каждым электродом 6, 7 и тонкой пленкой 9, находящейся ниже, и следовательно, не выступает поверх оптического волновода 2. Как показано на фиг.7, каждый буферный слой 8 выступает в поперечном направлении за соответствующий электрод 6, 7 к соседней выходной ветви 5 оптического волновода 2, так что образуется промежуток D2 между каждым буферным слоем 8 и соседней выходной ветвью 5 оптического волновода 2, который находится в пределах от 0 до 10 мкм.7 shows a further implementation of the digital electro-
На фиг.8 показана таблица с перечнем различных рабочих параметров цифрового электрооптического переключателя 1 согласно настоящему изобретению.On Fig shows a table with a list of various operating parameters of the digital electro-
На основании изложенного выше можно сразу же понять, что электрооптические свойства тонких пленок 9 под электродами 6, 7 позволяют значительно снизить напряжение переключения, подаваемое между внешними электродами 6, при том же самом эффективном электрическом поле, прикладываемом к выходным ветвям 5 оптического волновода 2, вследствие чего повышается электрооптическая эффективность цифрового электрооптического переключателя 1. На самом деле, электропроводность тонких пленок 9 и тот факт, что межпленочный промежуток G1 меньше, чем межэлектродный промежуток G0 в цифровом электрооптическом переключателе 1 из фиг.2, 3 и 4, являются причиной прохождения линий электрического поля между соседними тонкими пленками 9, а не между соседними электродами 6, 7, и это приводит к повышенному интегралу перекрытия между оптическим полем в волноводах 2 и приложенным электрическим полем по сравнению с интегралом перекрытия в цифровых электрооптических переключателях 1 из предшествующего уровня техники, показанных на фиг.2-4. Кроме того, благодаря оптической прозрачности (свойству, позволяющему проходить свету) тонких пленок 9 ими не поглощается остаточная оптическая энергия, протекающая по выходным ветвям 5 оптического волновода 2, поэтому изоляция оптического волновода 2 от электродов 6, 7 не сказывается неблагоприятно.Based on the foregoing, it can immediately be understood that the electro-optical properties of
Кроме того, электрическое свойство тонких пленок 9 позволяет полностью исключить эффект дрейфа постоянного тока. На самом деле, свободные электрические заряды, образующиеся во время формирования оптического волновода 2, удаляются внешним источником напряжения, подключенным к электродам 6, 7, поэтому исключается всякое накопление (CS=0) электрического заряда на поверхности выходной ветви 5 оптического волновода 2, и следовательно, любой эффект экранирования, который является причиной эффекта дрейфа постоянного тока.In addition, the electrical property of the
Наконец, ясно, что многочисленные модификации и варианты могут быть сделаны к настоящему изобретению, все попадающие в объем изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения.Finally, it is clear that numerous modifications and variations can be made to the present invention, all falling within the scope of the invention defined in the attached claims.
В частности, должно быть понятно, что настоящее изобретение может также быть теоретически применено к цифровым электрооптическим переключателям любого вида, особенно к цифровым электрооптическим переключателям с более чем двумя выходными ветвями и работающим для избирательной подачи входного оптического сигнала, принимаемого во входной ветви, к более чем двум выходным ветвям.In particular, it should be understood that the present invention can also be theoretically applied to digital electro-optical switches of any kind, especially digital electro-optical switches with more than two output branches and operating to selectively supply an input optical signal received in the input branch to more than two output branches.
Кроме того, подложка 3 может быть изготовлена из другого электрооптического материала, такого как танталат лития (LiTaO3) или фосфат калия-титанила.In addition, the
Claims (3)
электрооптическую подложку (3) Х-среза;
Y-образный оптический волновод (2), сформированный в подложке (3) и включающий в себя входную ветвь (4), предназначенную для соединения с входным оптическим волноводом, и выходные ветви (5), предназначенные для соединения с соответствующими выходными оптическими волноводами;
электропроводную электродную структуру (6, 7), сформированную на подложке (3) и расположенную так, чтобы быть функционально связанной с оптическим волноводом (2), чтобы вызывать избирательную подачу оптического сигнала, принимаемого на входном оптическом волноводе, к по меньшей мере одному из выходных оптических волноводов;
при этом электродная структура (6, 7) включает в себя:
внутренний электрод (7), расположенный между выходными ветвями (5), по существу, на участке ответвления оптического волновода (2) и предназначенный быть электрически заземленным в ходе работы; и
внешние электроды (6), расположенные с внешней стороны выходных ветвей (5), по противоположным сторонам внутреннего электрода (7), и предназначенные электрически снабжаться в ходе работы сигналом переключения, чтобы вызывать переключение электрооптического переключателя (1) между первым состоянием переключения, в котором передача оптической энергии повышается между входной ветвью (4) и первой из выходных ветвей (5) и, по существу, блокируется во второй из выходных ветвей (5), и вторым состоянием переключения, в котором передача оптической энергии повышается между входной ветвью (4) и второй выходной ветвью (5) и, по существу, блокируется в первой выходной ветви (5);
отличающийся:
оптически прозрачной электропроводной пленкой (9), расположенной между каждым электродом (6, 7) и подложкой (3) и имеющей такие размеры, что межпленочный промежуток (G1) между каждой парой соседних оптически прозрачных электропроводных пленок (9) меньше, чем межэлектродный промежуток (G0) между каждой парой соседних электродов (6, 7);
диэлектрическим буферным слоем (8), расположенным между каждой оптически прозрачной электропроводной пленкой (9) и соответствующим электродом (6, 7), находящимся выше него; и электрическим соединением между каждой оптически прозрачной электропроводной пленкой (9) и соответствующим электродом (6, 7), находящимся выше;
при этом оптически прозрачные электропроводные пленки (9) электрически соединены с соответствующими электродами (6, 7) через отверстия, образованные в диэлектрических буферных слоях (8);
и при этом каждой оптически прозрачной электропроводной пленке (9) приданы такие размеры, чтобы в поперечном направлении частично покрыть соседнюю выходную ветвь (5) оптического волновода (2).1. Electro-optical switch (1), containing:
electro-optical substrate (3) X-section;
A Y-shaped optical waveguide (2) formed in the substrate (3) and including an input branch (4) for connecting to the input optical waveguide and output branches (5) for connecting to the corresponding output optical waveguides;
an electrically conductive electrode structure (6, 7) formed on the substrate (3) and positioned so as to be operably coupled to the optical waveguide (2) to cause selective delivery of the optical signal received on the input optical waveguide to at least one of the output optical waveguides;
the electrode structure (6, 7) includes:
an internal electrode (7) located between the output branches (5), essentially, on the branch section of the optical waveguide (2) and intended to be electrically grounded during operation; and
external electrodes (6) located on the outer side of the output branches (5), on opposite sides of the internal electrode (7), and intended to be electrically supplied with a switching signal during operation to cause the electro-optical switch (1) to switch between the first switching state, in which the transmission of optical energy is increased between the input branch (4) and the first of the output branches (5) and is essentially blocked in the second of the output branches (5), and a second switching state in which the transmission of optical energy uu increases between the inlet branch (4) and the second output branch (5) and substantially blocked in a first output branch (5);
characterized by:
optically transparent conductive film (9) located between each electrode (6, 7) and the substrate (3) and having such dimensions that the interfilm gap (G 1 ) between each pair of adjacent optically transparent conductive films (9) is less than the interelectrode gap (G 0 ) between each pair of adjacent electrodes (6, 7);
a dielectric buffer layer (8) located between each optically transparent conductive film (9) and the corresponding electrode (6, 7) located above it; and an electrical connection between each optically transparent conductive film (9) and the corresponding electrode (6, 7) located above;
wherein the optically transparent conductive films (9) are electrically connected to the corresponding electrodes (6, 7) through openings formed in the dielectric buffer layers (8);
and each optically transparent conductive film (9) is dimensioned so as to partially cover the adjacent output branch (5) of the optical waveguide (2) in the transverse direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010109409/28A RU2451959C2 (en) | 2007-08-14 | 2007-08-14 | Low switching voltage, fast time response digital optical switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010109409/28A RU2451959C2 (en) | 2007-08-14 | 2007-08-14 | Low switching voltage, fast time response digital optical switch |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010109409A RU2010109409A (en) | 2011-09-20 |
RU2451959C2 true RU2451959C2 (en) | 2012-05-27 |
Family
ID=44758453
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010109409/28A RU2451959C2 (en) | 2007-08-14 | 2007-08-14 | Low switching voltage, fast time response digital optical switch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2451959C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4070092A (en) * | 1976-09-22 | 1978-01-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Active waveguide branch with variable synchronism |
EP0898197A1 (en) * | 1997-08-19 | 1999-02-24 | PIRELLI CAVI E SISTEMI S.p.A. | Enhanced isolation digital optical switch |
RU2129721C1 (en) * | 1997-11-20 | 1999-04-27 | Майер Александр Александрович | Method for switching and modulation of unidirectional parent-distribution waves and device which implements said method |
-
2007
- 2007-08-14 RU RU2010109409/28A patent/RU2451959C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4070092A (en) * | 1976-09-22 | 1978-01-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Active waveguide branch with variable synchronism |
EP0898197A1 (en) * | 1997-08-19 | 1999-02-24 | PIRELLI CAVI E SISTEMI S.p.A. | Enhanced isolation digital optical switch |
RU2129721C1 (en) * | 1997-11-20 | 1999-04-27 | Майер Александр Александрович | Method for switching and modulation of unidirectional parent-distribution waves and device which implements said method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010109409A (en) | 2011-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6763159B2 (en) | Waveguide type liquid crystal optical switch | |
JP5930124B2 (en) | Electro-optic element | |
JP4183716B2 (en) | Optical waveguide device | |
US8774565B2 (en) | Electro-optic device | |
EP2183643B1 (en) | Low switching voltage, fast time response digital optical switch | |
US20120207425A1 (en) | Optical Waveguide Device | |
EP3108296B1 (en) | Polarization independent electro-optically induced waveguide | |
JP2674535B2 (en) | Light control device | |
JP2894961B2 (en) | Light control device | |
JPH07234391A (en) | Device for controlling light | |
US7627200B2 (en) | Optical device | |
US8218226B2 (en) | Surface-plasmon-based optical modulator | |
RU2451959C2 (en) | Low switching voltage, fast time response digital optical switch | |
JP2013186200A (en) | Optical module and optical transmitter | |
JP5467414B2 (en) | Optical functional waveguide | |
JPS5895330A (en) | Optical switch | |
WO2023188361A1 (en) | Optical waveguide element, and optical modulation device and optical transmission apparatus using optical waveguide element | |
US20240184039A1 (en) | Method and Apparatus of Hybrid Integrated Photonics Devices | |
Li et al. | Optofluidic planar optical cross-connect using nematic liquid-crystal waveguides | |
JPH01128036A (en) | Optical switch-modulator | |
KR20040017535A (en) | Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant | |
CN113204149A (en) | Optical fiber integrated optical switch, manufacturing method and optical switching method | |
JP2003222915A (en) | Waveguide type liquid crystal optical switch | |
JPH07152051A (en) | Optical waveguide element | |
JPH01128038A (en) | Optical switching and modulating device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190815 |