SE447935B - Linslos spektrumanalysator - Google Patents

Description

l0 447 935 En väsentlig nackdel med denna kända analysator är att de geodetiska linserna är svåra och dyrbara att framställa.

Ett vanligt sätt att framställa dem är att diamantsvarva.

Det har hittills ej varit möjligt att framställa dem med hjälp av fotolitografísk teknik, vilken används för fram- ställning av komponenten i övrigt. Detta medför i sin tur att den precisionskrävande upplinjeringen av de optiska komponenterna blir besvärlig.

En annan nackdel med de kända spektrumanalysatorernar är att de har såväl konstant analystid (T) som bandbredd (B). Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är därför att ange en integrerad optisk spektrumanalysator som saknar såväl diskret kollimerings- som transformlins men ändå utför dessa funktioner, och som vidare visserligen har en fix tid- bandbreddsprodukt (T x B) men där analystid eller bandbredd kan väljas i stort sett godtyckligt så länge produkten är kanstant. ' i Föreliggande uppfinning löser dessa problem på det sätt som anges i den kännetecknade delen av det bifogade huvud- kravet. Härvid utgår man från att den integrerade optiska spektrumanalysatorn består av en optisk strålningskälla ansluten till en optisk vågledare. Denna vågledare är för- sedd med en elektrooptisk avlänkare som är försedd med en elektrodmatris och är via elektroniska styrkretsar ansluten till den signal som skall analyseras. Spektrumanalysatorn, enligt uppfinningen, består vidare av en till vâgledaren ansluten detekteringsmatris.

Uppfinningen kännetecknas av att nämnda elektrodmatris består av ett antal i linje liggande elektroder med olika bredd och med olika mellanrum samt med lika eller olika längd.

. De är därvid anordnade med sin längsutsträckning i stort sett sammanfallande med den från strålningskällan angivna och mot avlänkaren infallande optiska strålningens riktning, vilken riktning sålunda i huvudsak blir vinkelrät mot nämnda linje.

Vidare är diodmatrísen anordnad efter den elektrooptiska av- länkaren, sett i den optiska strålningens utbredningsriktning. 447 935 Därvid låter man den detekterande matrisens element vara an- ordnade efter en fokallinje, vilken till läge och riktning är bestämd av elektrodkonfigurationens parametrar. Hos denna fokallinje svara då en viss punkt mot en given frekvens hos den signal som skall analyseras.

Det har visat sig vara fördelaktigt att exempelvis låta elektrodernas bredd liksom deras mellanrum variera kvadratiskt utefter den nämnda linjen. Detta ger en för ändamålet lämplig linsverkan hos avlänkaren. Detta förutsätter dock att varje elektrod i elektrodmatrisen matas med en separat elektrisk signalspänning, vilken alstras av nämnda elektroniska styr- kretsar.

Strålningskällan kan vara en laserdiod som kan vara integrerad i vågledare eller utgöras av en ytterligare våg- ledare eller optisk fiber som är optiskt kopplad till våg- ledaren hos spektrumanalysatorn, vilken ytterligare vågledare eller fiber kan vara matad av exempelvis en laserdiod.

Detekteringsmatrisen kan antingen utgöras av en ren detektormatris med de enskilda detektorerna anordnade efter den nämnda fokallinjen, eller av en serie kanaler, vågledare eller fibrer som börjar vid fokallinjen och i vars andra ände, för var och en, en detektor är anordnad.

Slutligen är det fördelaktigt att låta elektrodmatrisen vara anordnad i eller i närheten av ett aktivt elektrooptiskt material utgörande hela eller en del av vâgledarens vägledande skikt på så sätt att avlänkaren är integrerad med den optiska vågledaren till en enda optisk komponent. Denna skall därvid i sin helhet kunna framställas fotolitografiskt. Även om den fördelaktigaste utformningen av uppfinningen är att denna är helt integrerad i tunnfilmsteknik så fungerar principen hos den föreliggande uppfinningen även i bulkut- förande.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade figurerna l-4, där fig. l visar en känd optisk spektrumanalysator, 447 935 fig. 2 visar principen hos en spektrumanalysator enligt den föreliggande uppfinningen, fig. 3 visar en anordning enligt uppfinningen i mer skalenlig framställning, och där fig. 4 slutligen visar en avlänkare enligt uppfinningen i tvärsnitt.

I figur l visas en principskiss av en känd spektrumana- lysator som utnyttjar optisk signalbehandling. Hos denna an- ordning leds ljuset från en laserdiod (30) till en kollimer- ande geodetisk lins (31). Ljusledningen sker i en vâgledare (32) på ett substrat (33). Efter den kollimerande linsen (31) leds det nu kollimerade ljuset mot en transformlins (34) som bryter ljuset och fokuserar det mot en referensdetektor (35).

Vid sidan av det kollimerade ljuset finns en ytakustisk om- vandlare (36) som skickar i väg en ytakustisk våg (37) mot det kollimerade ljuset. Omvandlaren matats med den spänning som skall analyseras frekvensmässigt. Om en spänning med en viss frekvens driver omvandlaren (36), uppstår en ytakustisk våg med en mot denna frekvens svarande våglängd. Denna ger en avböjning av det kollimerade ljuset med en specifik vinkel.

Det avböjda ljuset fokuseras mot något av enheterna i en detekteringsanordning (38).

De geodetiska vàgledarlinserna är i praktiken endast någon eller några millimeter stora och är mycket svåra att tillverka. Eftersom de dessutom måste tillverkas med annan teknik än övriga komponenter uppstår besvärliga upplinjerings- problem.

I figur 2 visas en principskiss av en spektrumanalysator enligt den föreliggande uppfinningen. Här leds strålningen från strålningskällan (1) i en vâgledare (2) bestående av ett vägledande skikt (21 i fig. 4) på ett substrat fram till en elektrooptisk avlänkare (3). Denna ersätter såväl kolli- merande lins och transformlins som ytakustisk omvandlare i den_kända anordningen enligt fig. l. Denna avlänkare (3) består av en elektrodmatris (5) anordnad i eller i närheten in? 447 955 av ett elektrooptiskt aktivt material, till exempel titan- litium-niobat vilket samtidigt utgör vågledaren (2). Genom att låta elektrodmatrisen (5) bestå av elektroder (6-ll) med olika bredd och anordnade med olika mellanrum (l2-l6)an- ordnade efter en linje (18), visar sig avlänkaren (3) erhålla linsegenskaper. Härigenom är det inte nödvändigt att det in- fallande ljuset är kollimerat, vilket utesluter kravet på kollimerande lins. Dessutom krävs ej heller någon trans- formlins eftersom avlänkaren (3) genom val av elektropara- metrarna kan utformas så att den själv fouriertransformerar signalen. Härvid kommer olika frekvenser (fourierkomponeñter) att fokusera ljuset på olika punkter efter en fokallinje (20).

Av denna anledning är en detekteringsmatris (4) med ett antal detekterande element anordnade utefter fokallinjen (20). Där- vid erhåller man ett viktat spektrum på de detekterande ele- menten. Hur linjen (20) ser ut och var den ligger beror bland annat på elektrodmatrisens (5) konfiguration.

Figur 3 visar en spektrumanalysator enligt uppfinningen i riktigare proportioner. Här avger strålningskällan (1) strålning mot avlänkaren (3) vars elektroder är anslutna till ett matningsnät (25) som individuellt förser den med spänning.

Efter passage av avlänkaren (3) fokuseras ljuset mot detek- teringsmatrisen (4).

Figur 4 slutligen visar ett snitt efter linje (18) genom en spektrumanalysator enligt uppfinningen. Då är elektroderna (6-ll) anordnade på ett, med ett buffertskikt (23) försett aktivt medium (21) som samtidigt utgör vågledaren (2) på substratet (24). Det aktiva mediet kan exempelvis utgöras av titan-litium-niobat medan substratet (24) då exempelvis kan bestå av litium-niobat. Buffertskiktet (23) är till för att förhindra att elektroderna (6-ll) stör vägledningen i våg- ledaren (21) som företrädesvis är av typen variabelt index (graderad index). Även om det i regel är mest fördelaktigt att utnyttja möjligheten att göra hela spektrumanalysatorn enligt upp- finningen i integrerat utförande, exempelvis med hjälp av fotolitografisk teknik, ligger det även inom uppfinningens ram att använda bulkteknik.

Claims (6)

447 935 6 PATENTKRAV
1. l. Integrerad optisk spektrumanalysator bestående av en optisk strålningskälla (l) ansluten till en optisk vägleda- re (2), försedd med en elektrooptisk avlänkare (3) med en elektrodmatris (5) vilken avlänkare via elektroniska styr- kretsar är elektriskt ansluten till den signal som skall analyseras samt av en, likaså till vågledaren (2) ansluten detekteringsmatris (4), k ä n n e t e c k n a d av att nämnda elektrodmatris (5) består av ett antal i linje (18) liggande elektroder (6-ll) med olika bredd och anordnade med olika mellanrum (12-16) och med lika eller olika längd, med sin längsutsträckning i stort sett sammanfallande med den från strälningskällan (1) avgivna och mot avlänkaren (3) in- fallande optiska strâlningens (17) riktning, vilken riktning i huvudsak är vinkelrät mot nämnda linje (18), samt av att nämnda detekteringsmatris (4) är anordnad efter den elektro- optiska avlänkaren, sett i den optiska strâlningens utbred- ningsriktning och med de enskilda detekterande elementen anordnade efter en fokallinje (20), vilken till läge och rikt- ning är bestämd av elektrodkonfigurationens (6-16) förut- bestämda parametrar och utefter vilken varje punkt svarar mot en given frekvens hos den signal som skall analyseras.
2. 2. Integrerad optisk spektrumanalysator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att elektrodernas (6-ll) bredd liksom mellanrummens (12-16) storlek varierar kvadratiskt efter linjen (18).
3. 3. Integrerad optisk spektrumanalysator enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att varje elektrod (6-ll) är matad av en separat elektrisk signalspänning från nämnda elektroniska styrkretsar.
4. 4. Integrerad optisk spektrumanalysator enligt krav 1-3, k ä n n e t e c k n a d av att den optiska strålningskällan 447 935 (l) är en laserdiod eller en ytterligare vâgledare eller optisk fiber matad av en laserdiod.
5. 5. Integrerad optisk spektrumanalysator enligt krav l-4, k ä n n e t e c k n a d av att detekteringsanordningen (4) antingen består av en ren detektormatris med de enskilda detektorerna anordnade efter fokallinjen (20) eller av en serie kanaler som börjar vid fokallinjen (20) och i vars* andra ände en detektor är anordnad.
6. 6. Integrerad optisk spektrumanalysator enligt krav 1-5, k ä n n e t e c k n a d av att elektrodmatrisen (5) är an- ordnad i eller i närheten av ett elektrooptiskt aktivt material, utgörande hela eller del av vàgledarens vägled- ande skikt, pâ så sätt att avlänkaren (3) är integrerad med den optiska vàgledaren (2) till en enda komponent framställd genom fotolitografisk teknik.