SE461482B

SE461482B - Optoelektronisk riktkopplare med likspaenningsfri styrsignal

Info

Publication number: SE461482B
Application number: SE8602234A
Authority: SE
Inventors: A Djupsjoebacka
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1986-05-16
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1990-02-19
Also published as: FR2598823A1; GB8711658D0; SE8602234L; FR2598823B1; DE3713990A1; GB2190512A; US4842367A; SE8602234D0; GB2190512B

Description

15 2D 25 461 482 2 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ovanstående problem undvikes enligt uppfinningen genom en riktkopplare vilken har tva utgångar och vars styrsignal saknar likspänningskomponent.

FIGURFÖRTECKNING En utföringsform av uppfinningen skall närmare beskrivas nedan i anslutning till en ritning där figur 1 visar en uppfinningsenlig riktkopplare i perspektiv ovanifran, figur 2 visar ett tvärsnitt genom riktkopplaren i figur 1, figur 3 visar riktkopplaren i figur 1 i planvy ovanifran ansluten till en ljuskälla och en modulerande spänningskälla, figur 4 visar ett diagram med en överförings- funktion för riktkopplaren i figur 1, figur 5 visar diagram med en modulerande elektrisk signal och en motsvarande modulerad ljussignal, figur 6 visar en riktkopplare enligt figur 1 i planvy ovanifràn med alternativt utformade elektroder, figur 7 visar en alternativ utföringsform av en riktkopplare enligt uppfinningen och fig 8 visar en ytterligare alternativ utföringsform av en riktkopplare enligt uppfinningen.

FÖREDRAGEN UTFÜRINGSFORM I figur l visas en utföringsform av en riktkopplare 1 enligt uppfinningen.

Riktkopplaren omfattar en skiva 2 av optoelektroniskt material, exempelvis litiumniobat, vilken vid sin övre plana yta 3 har en vägleder-anordning 4 och elektroder Sa och Sb. Vagledaranordningen kan åstadkommas genom att exempelvis titan diffunderas in i skivan 2 till önskat djup. I ett kopplingsomrade har vagledaranordningen li tva parallella kopplade vagledare 6a och 6b med en längd L vilka är belägna pa ett avstånd d fran varandra. Detta avstand är sa valt att ljus i den ena kopplade vagledaren påverkar den andra kopplade vagledaren och kan vandra över till denna. Kopplingen kan pâverkas med hjälp av elektroderna Sa och Sb vilka har längden L och sträcker sig utmed var sin av de kopplade vagledarna 6a och 6b. Dessa är vid sin ena ände förbundna med var sin vàgledarutgàng 7a och 7b hos riktkopplaren l. Vid sin andra ände har de kopplade vagledarna 6a och 6b ingångar vilka är förbundna med var sin 10 15 2D 25 30 3 461 482 ytterligare ljusvagledare Ba och Bb. Dessa är förbundna med varandra och med en vagledaringang 9 hos riktkopplaren l till en gaffelformad förgrening. l figur 2 visas en tvärsektion av riktkopplare l med de indiffunderade kopplade ljusvàgledare Ga och 6b samt elektroderna Sa och Sb pà skivans 2 övre plana yta. l figur 3 visas riktkopplaren 1 i planvy ovanifran. Vagledaringângen 9 är genom en optisk fiber 10 ansluten till en schematiskt visad laser ll vilken avger en ljusvag P till riktkopplaren. Elektroden Sa är genom en ledare 12 förbunden med en schematiskt visad signalkälla 13 vilken avger en styrsignal S till elektroden Sa. Elektroden Sb är förbunden med jordpotential och de bada elektroderna, vilka är kopplade som såkallade vandringsvagelektroder, är reflexfritt avslutade genom ett motstånd R vilket är anslutet mellan elektroderna.

Den inkommande ljusvagen P uppdelas i den gaffelformiga förgreníngen mellan de ytterligare ljusvagledarna 8a och 8b till tvâ delljusvagor Pl och P2. Vid ingàngarna till de kopplade vagledarna 6a och 6b ligger delljusvàgorna i fas med varandra och förgreningen är så utformad att delljusvagen P1 har huvudsakligen lika stor effekt som delljusvàgen P2. Om styrsigna1en_ S=Û vandrar delljus- vågorna utmed de kopplade vagledarna 6a och 6b och avges fràn utgangarna 7a och 7b. Om styrsignalen antar ett värde S=V0 pâverkas kopplingen mellan de kopplade ljusvagledarna så att delljusvagen P2 kopplas över från den kopplade ljusvagledaren 6b till den kopplade ljusvâgledaren 6a. Från vàgledarutgángen 7a avges härvid en utgående ljussígnal P3 med hela den inkommande ljusvagens P effekt. Vid motsatt tecken pâ styrsignalen, S=-V0, avges den inkommande ljusvàgens P hela effekt från vâgledarutgângen 7b.

I figur 4 är riktkopplarens l överföringsfunktion A angiven vilken närmare visar hur den inkommande ljusvagens P effekt fördelas mellan vàgledarutgàngarna 7a och 7b i beroende av styrsignalen S styrka.

Ovan har beskrivits hur den inkommande ljusvàgen P uppdelas och överkopplas mellan de kopplade ljusvàgledarna. Vid signalspänningen S=IVO avger rikt- kopplaren l den inkommande ljusvagen P helt fran utgången 7a eller 7b. Det sker emellertid endast under förutsättning att kopplingsomradets längd L star i 461 482 f. 1D 15 20 25 30 ett bestämt förhållande till en kopplingslängd Lc för de kopplade ljusvagledarna 6a och Gb. Med kopplingslängden Lc avses härvid den längd utmed de kopplade ljusvagledarna som fordras för att en ljusvag i den ena vâgledaren ska kopplas över helt till den andra ljusvàgledaren dä signalen 5:0. För riktkopplaren i figur 3 gäller härvid att L=1/f2" x Lc.

I figur 5 visas med ett exempel hur ljusvâgen P frân lasern ll moduleras med hjälp av styrsignalen S. Figur Sa visar härvid genom ett diagram hur styr- signalen S varierar med tiden T mellan spänningarna +VU och -VüxStyrsignalen representerar information i form av ettor och nollor sâsom markerats under diagrammet. Figur Sb visar den motsvarande ljussignalen P3 vilken avges frân vàgledarutgângen 7a. l figur 6 visas en riktkopplare 20 enligt uppfinningen vilken har ljusvâgledare 21 av samma utförande som den ovan beskrivna riktkopplaren 1. I ett kopplings- omrâde sträcker sig tvâ parallella kopplade ljusvâgledare 22a och 22b med en längd Ll. Dessa kopplade ljusvägledare är i sin ena ände förbundna med riktkopplarens 20 utgångar 23a och 23b och är i sin andra ände förbundna med varandra och med riktkopplarens ingâng 24 i en gaffelformad förgrening. l kopplingsomradet har riktkopplaren 20 elektroder 25a och 25b vilka är upp- delade i sektioner, enligt utföringsexemplet tvâ till antalet. En närmare beskrivning av denna typ av elektroder âterfinnes i den ovan citerade artikeln av H Kogelnik och R. V. Schmidt. Genom uppdelningen av elektroderna i sektioner kan åstadkommas en elektrisk justering av kopplingen mellan de kopplade ljusvâgledarna 22a och 22b. Härigenom kan uppnås en nästan full- ständig överkoppling av ljus till den ena eller den andra utgången även om längden L1 pâ grund av exempelvis bristande tillverkningsnoggrannhet avviker frân den önskade längden. För riktkopplaren 20 gäller att Ll=l,85xl_c, där Lc år den ovannämnda kopplingslängden. l figur 7 visas ett alternativt utförande av en riktkopplare 30 enligt uppfinningen. Riktkopplaren omfattar en skiva 31 av optoelektroniskt material med en vâgledaranordning 32. I ett kopplingsomrâde har vâgledaranordningen tvâ parallella kopplade ljusvâgledare 33a och 33b med en längd L2 pâ ett avstånd d2 fran varandra. Kopplingen mellan de kopplade ljusvâgledarna kan pâverkas med hjälp av tvâ elektroder Zilla och Bllb vilka sträcker sig utmed var sin av de 10 15 20 25 30 35 5 461 482 kopplade ljusvagledarna 33a och 33b. Dessa är vid sin ena ände förbundna med var sin vagledarutgang 35a och 3522 hos riktkopplaren. De kopplade ljusvâg- ledarna har vid sin andra ände var sin ingâng som är förbunden med var sin ytterligare ljusvâgledare 36a och 36b. Dessa är parallella och sträcker sig en ' längd L3 i ett ytterligare kopplingsornrâde, i vilket ljus kan överkopplas mellan de ytterligare ljusvagledarna. Denna överkoppling kan pâverkas med hjälp av ytterligare elektroder 37a och 37b vilka sträcker sig i det ytterligare kopplinga- omradet utmed var sin av ljusvâgledarna 36a och 36b. Dessa ljusvägledare är förbundna med var sin vagledaringang }8a och I58b hos riktkopplaren 30. Lasern ll är via den optiska fibern 10 ansluten till vagledaringangen 38b och avger ljusvâgen P till denna ingâng. Ljusvâgen P vandrar utmed den ytterligare ljusvâgledaren 36b och överkopplas till den ytterligare ljusvâgledaren 36a. Överkopplingen styres med hjälp av en mellan elektoderna ansluten lik- spänningskälla 39. Det är härvid önskemål att överkopplingen ger en delljusvag P4 respektive P5 vid ingângarna till de kopplade ljusvagledarna 33a respektive 33b, sa att delljusvagen P4 har huvudsakligen lika stor effekt som delljusvâgen P5 och den inbördes fasförskjutningen mellan delljusvâgorna är huvudsakligen 1800. En beräkning av de kopplade svängningar som uppstår mellan de ytter- ligare ljusvâgledarna 36a och 36b visar att det är möjligt att välja det ytterligare kopplingsomradets längd LB, avståndet d2 mellan de ytterligare ljusvagledarna samt likspänningskällans utspänning U pâ sådant sätt att detta önskemål uppfyllas. Elektroden 34a är ansluten till signalkällan 13, elektroden 34b är ansluten till jordpotential och de bâda elektroderna är koppladesom vandringsvâgelektroder och anslutna till varandra via motståndet R. Signal- källan 13 avger styrsignal S för att styra delljusvâgorna P4 och P5 mellan riktkopplarens 30 utgangar'35a och 35b pâ det sätt som beskrivits ovan i anslutning till figur 3. l figur 8 visas ett ytterligare alternativt utförande av en riktkopplare 40 enligt uppfinningen. l likhet med de ovan beskrivna utföringsexemplen har rikt- kopplaren 40 en skiva 41 av optoelektroniskt material vilken vid sin övre yta har en vâgledaranordning 42. I ett kopplingsomräde har vagledaranordningen tvâ parallella, kopplade ljusvagledare 43a och 43b med en längd L4 pâ ett avstånd d4 fran varandra samt elektroder 44a och 44b. Ljusvâgledarna 43a och 4}b är vid sin ena ände förbundna med var sin utgâng 45a respektive 45b hos riktkopplaren och har vid sin andra ände var sin ingång vilka år förbunden med 461 482 6 'lÛ 15 20 25 30 var sin ytterligare ljusvagledare 46a och 46b. Dessa ytterligare ljusvâgledare, vilka är parallella, sträcker sig i ett ytterligare kopplingsområde med en längd LS. Mitt emellan de ytterligare ljusvågledarna 46a och 46b sträcker sig en ljusfördelande ljusvagledare 47 vilken är förbunden med riktkopplarens 40 ingång 48. Den till denna ingång kommande ljusvågen P fördelas genom kopplade svängningar av den ljusfördelande ljusvågledaren 47 mellan de ytter- ligare ljusvågledarna lióa och 46b. Hela ljusenergin i ljusvågen P överkopplas härvid till de ytterligare ljusvagledarna, vilka vid ingangarna till de kopplade ljusvàgledarna 43a och lz3b avger delljusvågor P6 respektive P7. Dessa del- ljusvågor ligger härvid i fas med varandra och har i förhållande till varandra huvudsakligen lika stor effekt. Delljusågorna kan med hjälp av elektroderna Mia och Mb omkopplas mellan riktkoppiarens 40 utgångar 45a och 45b så som beskrivs ovan i anslutning till figur 3.

De ovan beskrivna uppfinningsenlíga riktkopplarna har fördelen att de har relativt hög övre gränsfrekvens av storleksordningen 7 GHz vid en relativt lag rnodulationsspänning S. Denna modulationsspänning saknar likspänningskorn- ponent och är därför förhållandevis enkel att generera. Utföringsformerna enligt figur 3 och figur 8 har fördelen att kopplingsomradet L respektive Lli är kort, så att skivan 2 respektive 41 av elektrooptiskt material är liten och att nagra ytterligare elektroder som är förspända med en likspänning saknas. Dess nackdel är att de har endast en ingång 9 respektive 1:8 sa att det blir omöjligt att korskoppla två ljussignaler med hjälp av en riktkopplare. Utföringsformen enligt figur 7 har fördelen att den kan ha två ingångar 38a och 38b. Dess nackdel är att den fordrar en likspänning och att den har två kopplingsomraden L2 och LB med elektroder vilket gör att 'riktkopplaren 3D fordrar en stor skiva 31 av optoelektroniskt material.

Vid de visade utföringsformerna har riktkopplaren en skiva 2, 31, 41 med sådan orientering av kristallaxlarna att ljuset utbreder sig i den optiska axelns riktning. Det är möjligt att tillämpa uppfinningen pa riktkopplare med en orientering av kristallaxlarna som avviker härifrån. Då har emellertid elektrod- erna ett utförande som är anpassat till denna avvikande kristallorientering och vars utseende avviker fràn de i figurerna visade elektroderna.

Claims

10 15 PATENTKRAV

1. l. Optoelektronisk riktkopplare med likspänningsfri styrsignal omfattande dels tvâ kopplade ljusvagledare vilka är belägna pa avstånd fran varandra och sträcker sig i ett kopplingsoinrade och är förbundna med varsin vagleclarutgàng hos riktkopplaren samt elektroder i kopplingsomràdet genom vilka den optiska kopplingen mellan de kopplade ljusvagledarna kan pâverkas med hjälp av styrsignalen, dels ytterligare ljusvagledare av vilka åtminstone den ena star i förbindelse med en vàgledaríngang hos riktkopplaren, varvid de ytterligare ljusvagledarna är anordnade pa sadant sätt att en till riktkopplarens vägleder- ingang inkommande Ijusvàg uppdelas mellan de ytterligare ljusvagledarna till tva delljusvagor vilka har i förhållande till varandra huvudsakligen samma effekt och är i fas med varandra eller är fasförskjutna ett halvt varv i förhållande till varandra k ä n n e t e c k n a d därav att de kopplade ljusvâg- ledarna (6a,6b;22a,22b;33a,33b;!43a,43b) är förbundna med varsin av de ytter- ligare ljusvàgledarna (8a,8b;36a,36b;46a,l:6b) och att den inkommande ljusvagen (P) omkopplas mellan riktkopplarens (l;3U;40) utgangar (7a,7b;35a;14Sa,&5b) genom att delljusvagorna (Pl,P2; P4,P5;P6,P7) överkopplas mellan de kopplade ljusvagledarna med hjälp av den likspänningsfria styrsignalen (S).

2. Optoelektronisk riktkopplare enligt patentkrav l, varvid var och en av de kopplade ljusvagledarna har en sammanhängande elektrod, k ä n n e t e c k n a d därav att elektroderna har en längd L för vilken gäller att L=llff Lc, där Lc är en kopplingslängd för de kopplade ljusvagledarna (6a,6b;33a,}3b;43a,43b).

3. Optoelektronisk riktkopplare enligt patentkrav 1, varvid var och en av de kopplade ljusvagledarna har en elektrod vilken är uppdelad i tva huvudsakligen lika långa sektioner k ä n n e t e c k n a d därav att elektroderna har en längd Ll för vilken gäller att Ll=l,85 xLc, där Lc är en kopplingslängd för de kopplade ljusvâgledarna (22a,22b).