SE500991C2 - Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system - Google Patents

Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system

Info

Publication number
SE500991C2
SE500991C2 SE9202355A SE9202355A SE500991C2 SE 500991 C2 SE500991 C2 SE 500991C2 SE 9202355 A SE9202355 A SE 9202355A SE 9202355 A SE9202355 A SE 9202355A SE 500991 C2 SE500991 C2 SE 500991C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
optical
waveguide
buffer layer
wave propagation
signal
Prior art date
Application number
SE9202355A
Other languages
English (en)
Other versions
SE9202355L (sv
SE9202355D0 (sv
Inventor
Anders Djupsjoebacka
Original Assignee
Ericsson Telefon Ab L M
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 Ericsson Telefon Ab L M filed Critical Ericsson Telefon Ab L M
Priority to SE9202355A priority Critical patent/SE500991C2/sv
Publication of SE9202355D0 publication Critical patent/SE9202355D0/sv
Priority to CA002104181A priority patent/CA2104181A1/en
Priority to DE4327638A priority patent/DE4327638A1/de
Priority to JP5235993A priority patent/JPH06242477A/ja
Priority to FR9310045A priority patent/FR2694819B1/fr
Priority to GB9317069A priority patent/GB2269909B/en
Publication of SE9202355L publication Critical patent/SE9202355L/sv
Publication of SE500991C2 publication Critical patent/SE500991C2/sv
Priority to US08/546,843 priority patent/US5619607A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • G02F1/0356Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • G02F1/2255Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic component in an electric waveguide structure
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G02F1/3134Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/07Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 buffer layer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/15Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 periodic
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00Materials and properties
    • G02F2202/20LiNbO3, LiTaO3

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

10 15 20 25 30 35 .EGO 991 2 walk-off, som i detta fall framförallt ger upphov till distorsion.
Förutom vågledarförluster är walk-off en begränsande faktor för en stor grupp av vågutbredningsmodulatorer. Emedan vågledarförluster är ett fysikaliskt fenomen som fram- förallt beror på dimensioner och resistivitet hos vågledaren, där förlusterna kan reduceras genom höga tillverkningskrav och höga krav på elektrodens yt- respektive bulkegenskaper (eliminering av vågledarförluster innebär i princip att supraledande elektroder användes), är walk-off förenklat sett ett designproblem. Exempelvis för LiNbQfmodulatorer innebär walk-off att grupphastigheten för den. modulerande, elektriska signalen är' mindre än grupphastigheten för den modulerande, optiska signalen.
TEKNIKENS STÅNDPUNKT En rad lösningar har föreslagits för att sänka s.k. walk- off eller anpassa hastigheten mellan optiska och elektriska signaler. Därigenom kan den s.k. V/GHz-kvoten sänkas.
Lösningar har även föreslagits för minimering av V/GHz- kvoten, bl.a. har walk-off utnyttjats för att öka brandbredden och vidare har den elektriska resp. optiska fältbilden anpassats till varandra för sänkning av switch- spänningen.
EP-A-0 152 996 beskriver en anordning för anpassning av hastigheten mellan en optisk och en elektrisk signal med ett tjockt och etsat buffertskikt, vilket är invariant i utbredningsriktningen. Härigenom erhålls en viss hastig- hetsanpassning och ökad bandbredd, men detta sker speciellt på bekostnad av alltför hög drivspänning.
I US-A-4,468,086 simuleras en hastighetsanpassning mellan en elektrisk och en optisk signal genom att den elektriska 10 15 20 25 30 35 3 signalvägen utformas på ett sådant sätt att växelverkan mellan de två vågorna inträffar längs utvalda delar av den elektriska signalens utbredningsväg; anpassningen simuleras genom en fasfördröjning. Speciellt böjer den elektriska vägen av ifrån den optiska vägen med jämna mellanrum för att områden skall skapas där ingen växelverkan äger rum.
Härigenom modulerar man optiska vågor genom den elektro- optiska effekten.
Genom US-A-4,448,479 avser man minimera walk-off-effekten genom att med jämna mellanrum utsätta den elektrooptiskt índucerade TE-TM-kopplingskoefficienten för ett fasskifte på 180°, även här simuleras alltså en hastighetsanpassning, i detta fall genom fasreversering. Genom såväl US-A- 4,468,086 som US-A-4,448,479 kan man hastighetsanpassningen för att göra strukturen "resonant" utnyttja och man kan därigenom utöka bandbredden, men samtidigt förstörs med stor sannolikhet fasresponsen i modulatorn, vilket medför att den ej kan användas för digital kommunikation.
Vid speciellt LiNbOfmodulatorer gäller väsentligen generellt vid sänkning av walk-off att man tappar av en del av den modulerande (elektriska) signalen i LiNbQ,och låter den propagera i ett annat material som har en lägre dielektricitetskonstant, och på detta sätt ökas grupp- hastigheten för den elektriska signalen. För LiNbQ,gäller att de har dielektricitetskonstanter på 28 resp. 43 i olika riktningar (materialet är anisotropt); i vissa modeller behandlas emellertid materialet såsom isotropt och där användes ett geometriskt medelvärde på 34,7. Roten 'ur dielektricitetskonstanten skall jämföras med brytningsindex för LiNb03 som ligger på ca. 2,2; således är skillnaden i grupphastighet stor för den elektriska respektive den optiska signalen. För koplanara vågledare gäller att grupphastigheten för den elektriska signalen ej understiger 10 15 20 25 30 35 år C _\ .J 4 c/4,2, och en rad anordningar är kända där grupphastigheten höjes med hjälp av tjocka elektroder, tjockt buffertskikt och med etsat buffertskikt som exempelvis utgörs av SiOr Ytterligare anordningar omfattar en "parallell" vågledare SiO2 luft dielektrika "parallella vågledaren" kan vara försedd med eget jordplan. med eller som där även den Generellt gäller vid kända lösningar att för en ökning av bandbredden kräves en väsentligt förhöjd drivspänning.
REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett mål med föreliggande uppfinning är att ange en anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler såsom inledningsvis angivits för att därigenom walk-off bandbredden. Ett ytterligare mål är att anordningen skall lätt att Avsikten är också att kunna sänka den s.k. sänka eller minimera och öka vara spänningssnål och vidare och billig framställa.
V/Ghz-kvoten. Uppfinningen har vidare som mål att ange en modulator baserad på en vågutbredningsstruktur med ökad bandbredd som speciellt kan användas i snabba digitala fiberoptiska system. Uppfinningen har även som mål att ange en modulator för tillämpningi_analoga fiberoptiska system.
En anordning genom vilken såväl dessa som andra mål uppnås anges genom de i den kännetecknande delen av patentkravet 1 angivna kännetecknen. Genom patentkrav 15 anges en modulator. Genom patentkraven 16 resp. 17 anges användning av anordningen i snabba digitala fiberoptiska system eller i analoga fiberoptiska system.
Föredragna utföringsformer anges genom i underkraven angivna särdrag. 10 15 20 25 30 35 (n CD CD \O ND 5 Enligt uppfinningen skall vågutbredningsstrukturen omfatta ett i utbredningsriktningen varierande tvärsnitt. Speciellt omfattar den första vågledaranordningen åtminstone en optisk vågledare och i synnerhet den andra vågledar- anordningen åtminstone två elektroder av vilka den ena bildar signalelektrod. Enligt ett föredraget utförande omfattar vidare vågledarstrukturen åtminstone ett buffertskikt vilket är så anordnat att, det elektriska fältet från elektroderna utbreder sig i såväl åtminstone ett av buffertskikten och i den/de optiska ledaren eller ledarna. Enligt ett föredraget utförande omfattar vågutbredningsstrukturen ett substrat, företrädesvis LiNb0y Med fallet LiNbO3innebär företrädesvis hastighets- anpassningen att hastigheten för mikrovågen skall ökas, d.v.s. grupphastigheten för den elektriska signalen skall ökas för att bandbredden skall ökas. Alternativt till LiNbO3är det möjligt att använda exempelvis LiTaOy KNb0y KTP, men även andra elektrooptiska.material är möjliga. Vid tidigare kända anordningar för ökning av grupphastigheten har strukturen haft ett tvärsnitt som varit invariant i utbredningsriktningen. Enligt uppfinningen kan man utnyttja två eller flera olika tvärsnitt vilka alterneras periodiskt eller aperiodiskt eller slumpmässigt i utbrednings- riktningen. Vid periodisk tvärsnittsvariation kan denna utgöras av ett periodiskt gitter där speciellt gitter- konstanten väsentligt understiger våglängden för den elektriska signalen. Tvärsnittsvariationen kan åstadkommas genom åtminstone ett första och ett andra materialmedia vilka har olika dielektricitetskonstanter. Mera speciellt kan tvärsnittsvariationerna åstadkommas genom ersättande av material i bmffertskiktet med annat material med lägre dielektricitetskonstant alternativt avlägsnande av material i buffertskiktet. Sålunda kan de olika sektionerna med olika tvärsnitt skilja sig åt genom att man i en av dem etsar bort buffertskiktet i vågledargapet och under signalelektroden. Därigenom minskar kapacitansen per 10 15 20 25 30 500 991 6 längdenhet för den elektriska vågledaren varigenom grupp- hastigheten för den elektriska signalen ökas. Vid speciella utföranden kan elektrodstrukturen vara koplanar och/eller omfatta dubbla jordplan.
Företrädesvis gäller att för att den propagerande elektriska vågen skall uppfatta vågledaren som "invariant" i utbredningsriktningen så måste de avsnitt med ett första respektive andra tvärsnitt vara mycket mindre än våg- längderna för den högsta frekvens som avses användas i anordningen, speciellt modulatorn (frekvensen för den modulerande signalen). Detta utförande innebär en gitterkonstanten gitterliknande konstruktion där understiger 1/20-del av våglängden.
Givetvis kan flera olika tvärsnitt användas liksom man i stället för en periodisk konstruktion eller ett periodiskt gitter skulle kunna uppnå samma effekt genom slumpmässigt etsade gropar eller liknande. Vidare gäller att ett av materialen skall ha en dielektricitetskonstant som är lägre än de andra, speciellt vid avlägsnande av buffertmaterial gäller att detta skall ersätta med ett annat material som har en lägre dielektricitetskonstant, där detta andra material enligt ett speciellt utförande kan utgöras av luft.
Enligt ett föredraget utförande bildar anordningen en modulator.
Anordningen kan fördelaktigt användas i snabba digitala fiberoptiska system eller i analoga fiberoptiska system med någon GHz bandbredd. 10 15 20 25 30 35 CJ \0 f9'3 (gl CD FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under hänvisning till bifogade figurer i förklarande och icke på något vis begränsande syfte, där Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig. 1 la lb 2a 2b 2C schematiskt illustrerar en vågutbrednings- struktur med periodisk variation med två olika sektioner sedda ovanifrån, äx- ett snitt längs Ia-Ia i fig. 1, illus- trerande en första sektion, är ett snitt längs Ib-Ib i fig. 1, illus- trerande en andra sektion, illustrerar schematiskt en vågutbrednings- struktur med periodisk variation med tre olika sektioner, är ett snitt längs IIa-IIa i fig. 2, illus- trerande en första sektion, är ett snitt längs IIb-IIb i fig. 2, illus- trerande en andra sektion, är ett snitt längs IIc-IIc i fig. 2, illus- trerande en tredje sektion, illustrerar schematiskt en vågutbrednings- struktur med slumpmässig variation av olika sektioner. 10 15 20 25 30 35 kC* FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRr-IER I fig. 1 visas en anordning 10 i form av en modulator omfattande ett på ett substrat 1 anordnat buffertskikt 2, två optiska vågledare 7, två jordelektroder 5 och en emellan dessa jordelektroder 5 anordnad signalelektrod 6.
I det illustrerade utföringsexemplet är substratet ett s.k.
LiNbO;-substrat. att elektriska signalen skall ökas för att hastigheten mellan För grupphastigheten för den optisk respektive elektrisk signal skall kunna anpassas uppvisar vågutbredningsstrukturen i utbredningsriktningen varierande tvärsnitt, 5. det :i denna figur illustrerade exemplet alternerar två olika tvärsnitt i. utbrednings- riktningen svarande mot en sektion A respektive en sektion B. snitt längs linjen Ia-Ia i fig. 1 respektive fig. lb som är 1. exemplet skiljer sig två sektioner åt genom att i den ena Dessa tvärsnitt syns tydligare i fig. la, som är ett ett snitt längs linjen Ib-Ib i fig. I det visade av dem är buffertskiktet 2 avlägsnat i vågledargapet och under 6; det från buffertskiktet 2 avlägsnade materialet vara bortetsat. signalelektroden speciellt kan Härigenom minskar kapacitansen per längdenhet för den elektriska vågledaren vilket medför att grupphastigheten I fig. 1 är de olika 1B för att det tydligare skall framgå hur dessa alternerar. I det visade utbreder sig det elektriska fältet från buffertskiktet 2 liksom i de optiska 7 och väsentligt är att buffertskiktet 2 avlägsnas eller bytes ut på ett i utbredningsriktningen för den elektriska signalen ökar. sektionerna betecknade med 1A resp. exemplet elektroderna i vågledarna 7, variant sätt, vilket emellertid kan ske på en rad olika sätt. Det är ej nödvändigt att buffertskiktet 2 avlägsnas eller etsas bort på ett sådant sätt att det ej skjuter ut exempelvis utanför jordelektroderna 5, 5 utan detta är visat eftersom det svarar mot ett enkelt och praktiskt 10 15 20 25 30 35 500 991 9 utförande. Vidare, om material i buffertskiktet 2 lämnas kvar under signalelektroden så att strukturen under denna är icke varierande i utbrednings-riktningen försämras effekten. För att den propagerande elektriska vågen skall uppfatta vågledaren som "invariant" i utbredningsriktningen är speciellt längden på sektionerna A resp. B betydligt mindre än våglängden för den högsta frekvens som är avsedd att användas i modulatorn, d.v.s. för den modulerande signalen. Härigenom fås en gitter-liknande konstruktion där gitterkonstanten skall vara mindre än 1/20-del av våglängden. I fig. la resp. lb syns tydligare tvärsnitten för sektion 1A resp. sektion 1B. Enligt ett fördelaktigt utförande utgörs buffertskiktet av Siøw, men även andra material är tänkbara, såsom exempelvis SiO, en kombination av Si0-SiO2, Si eller ITO. Lämpliga värden på tjockleken hos elektroderna 5, 6 resp. buffertskikt 2 kan ligga på ca. 4-10 um för elektroden, -erna och exempelvis 0,25 pm till 1,0 pm för buffertskiktet 2, men detta är endast exempel på tjocklekar.
Enligt ett alternativt utförande, illustrerat i fig. 2 omfattar anordningen 20, även här speciellt i form av en modulator, i likhet med föregående jordelektroder 5, en signalelektrod 6 och ett substrat 1, speciellt LiNb0,eller något annat elektrooptiskt material. exempel två I denna anordning 20 utnyttjar man emellertid två olika buffertskikt 3, 4. I denna anordning 20 föreligger alltså tre olika tvärsnitt A', B', C', vilka tydligare åskådliggöres i figurerna 2a-2c vilka utgör snitt längs linjerna IIa-IIa, IIb-IIb och IIc-IIc i fig. 2. I fig. 2 föreligger inget buffertskiktmaterial i den sektion som betecknats med C' i figuren. De olika sektionerna A', B', C' alternerar på det sätt som illustreras i fig. 2. Det är givetvis möjligt att låta olika buffertskikt alternerar på andra sätt liksom det är möjligt att utnyttja flera skikt o.s.v. Även i det i fig. 2 illustrerade exemplet är i en av 10 15 20 25 30 35 10 sektionerna (C') buffertskiktet bortetsat i vågledargapet resp. under signalelektroden 6, under vilken fältstyrkan är som högst. Därvid kan material vara avlägsnat antingen från buffertskikt 3 eller buffertskikt 4, där endast ett exempel är illustrerat i fig. 2c, nämligen att kvarvarande material bildas av buffertskikt 3; även ett ytterligare skikt är tänkbart ur vilket material skulle kunna vara bortetsat.
I det i fig. 3 illustrerade alternativet bildar ej vågutbredningsstrukturen 30 ett periodiskt gitter utan här har man i stället slumpmässigt bortetsade gropar eller urtagningar 9 i buffertskiktet 8. Urtagníngarna 9 eller groparna kan variera till form och storlek. För detta utföringsexempel liksom för övriga gäller att det borttagna materialet från ett buffertskikt 2, 3, 4, 8 ej behöver ersättas med luft utan kan ersättas med vilket annat material som helst under förutsättning att detta material har en dielektricitets-konstant som understiger den för materialet i buffert-skiktet.
För alla utföringsexemplen gäller att elektrodstrukturen kan se annorlunda ut, exempelvis är det ej nödvändigt med dubbla jordplan. Vidare är det möjligt att använda en elektrodstruktur som ej är koplanar, vilket emellertid ger ett mycket gott resultat speciellt med ett substrat av LiNb0r Även alternativ är möjliga där man exempelvis har två signalelektroder och två jordplan, s.k. DCPW (Double Coplanar Waveguide), etc. Vidare är det inte heller nödvändigt att anordna ett periodiskt gitter i det område där elektroden har sitt elektriska fält även om detta är fördelaktigt och av ett flertal praktiska skäl lämpligt att utnyttja en gitterstruktur.
Enligt en matematisk modell som baserar sig på kvasistationära TEM-moder (gäller för den elektriska moden -'--».......__ 10 15 20 25 30 500 991 11 endast för isotropa material) kan en rad parametrar beräknas såsom: Z Karakteristisk impedans [Q] ß Mikrovågsindex [ ] a Mikrovågsförluster [m"'1f”°-5] '7 Överlappspararneter [dm"1V“1] Index 1 respektive 2 hänför sig till sektion A respektive B, c är ljushastigheten, n representerar brytningsindex. Då mikrovågsförlusterna domineras av vågledarförluster påverkas inte dessa av att dielektrikat runt vågledaren ändras, varför man får en och samma förlustparameter genom hela strukturen. Enligt modellen uppgår denna till ca. 200 dB/m vid 10 GHz.
Kapacitansen per längdenhet för sektion A och B samt kapacitansen C för en SO-ohms anpassad gitterelektrod kan beräknas med TEM-analys. _ 6,, _ 6,, Cl _ CZ, G2 _ cZz V6f|V6f2 C' = ---í- Z = Q ° azwcïm ° 50 I-Iärur erhålles delsträckorna L, och L, liksom övriga parametrar för gitterelektroden.
G0 = L1C1 +L2C2 L; = 1-L1 61-0 z Llfler, + L'2\/6r2 70 = L171 + Lïïz Oro = L10f1 + Lzaz ZO = 509 ao = al = a, = 200dB/m vid 10 GHz 10 15 20 500 991 Bandbredden fås 12 sedan ur responskurvan R (f) , switchspänningen ur formeln för V, samt V/GHz-kvoten såsom V;/bandbredden.
RU) = v, = no: \/e-2°L - 2c"°L cos(ßL) + l Ldaï + B? TI' 10701; aøfi 27rf(\/E; _ no) C 0,01 2,2 I det följande illustreras i tabellform värden på den s.k.
V/GHz-kvoten för s.k. CPW-elektroder med användning av tre olika tjocklekar på buffertskikt, nämligen 0,25 pm, 0,5 pm och 1,0 um samt en elektrodtjocklek på 4,0 um.
Detta utgör emellertid endast exempel på utföranden.
Tabell I svarar mot en buffertskikttjocklek på 0,25pm, Tabell II mot en buffertskikttjocklek på 0,5 pm medan TAbell III svarar mot en buffertskikttjocklek på 1,0 um. I samtliga fall uppgår elektrodtjockleken till 4,0 pm. 500 991 /3 cmflmw H Hfiwnmß _u .HHÜCOMUÅUMHBR 36 ~.3 36 | .. RJ »Nä ...om 213m? 36 6.2 2.6 2.6 36 2.6 36 ...om 36 36 6.3 å... 26 6.3. m~|fi|m~ 26 13 2.6 S6 2.6 2.6 36 ...om 26 S6 66... 2:.. 36 6:? 213-2 36 QS 26 2.6 S6 S6 36 ...om 26 3.6 ...mm an... 26 6.3 21072 36 0.3 2; 26 26 36 26 ...om 26 36 15 36 36 6.3 mmnmlmw 26 m6fi 2.6 26 S6 26 26 o6m S6 RJ 36 36 36 12. m~|w|m~ 26; ...anwa §> Ä 5 2. .J\« .N :_ J\« .N :_ wß .N såå /f/ 500 991 HH HHNQMB cmåmmzu Énwcofiåwmua.. m~|fiH|m~ w@_o m_~H «m_w | 1 mw.m wo.m w_m« * >m.o °_H~ >o_~H >w_o ~H_o ow.~ >w.~ o.øm w«.~ ow_~ m.~m ««.m >H.m m_~« m~|o~|m~ ~@.o <.wH @~.HH H>_o m~_o w>_~ m>.~ o_om w«.~ wm.~ m_nm ~m_m wH.~ >.~« m~|æ~|m~ ~w_o H.>~ wm_oH mm.o m«_o >m.~ øw.~ o.om w«.~ «m.~ m_mm ow.m mH_m o.m« m~|@H|m~ «w_o «.mH ow_m >fl_o mw.° H~.~ ww_~ °.om n«.~ om.~ m.>m ww_~ ~H_fl >.w« m~|«H|m~ ww_o @_mH ~o.@ wH.o «w_o w«_m wm_~ o_om >m.~ w«.~ >_ow o>_~ wo.m m_w« mwnwfismw N :w\> _=o~:w gs> @H .Q 9» °w\» =N N» .»\e NN _» w\> .N z|u|= 500 991 f! HHH HHNQME ...awmwn fimcowvfinmua... o..o Ém. mm.o. | | Så mmå må.. mNlmTmN »o Nm.o o..o om... 3.6 m..o mo.. ...å o.om mo.. Nmå Nåm omå ooå o... mN|mN|mN ..m.o ...må 3:... m...o mïo mo.. .må o.om mo.. mmå oåm mmå Nmå ...Nä mN|mN|mN om.o ïmN ....m. om.o mN.o Så mmå o.om No.. Nmå m.mm ooå moå ...Q mNåNnmN .m.o ...N SJ. .m.o o..o NNå Nmå o.om No.. omå ...m .šå mmå NJ.. mN|NN|mN Nm.o ...N 3.... o..o om.o mmå mmå o.om E... »Nå o.om mßå Nmå må.. mN|oN|mN ..m.o Nå. ...å. mN.o .To mmå NNå o.om om.. .Nå o..o NNå omå Nå.. mN|m.|mN Nm.o .å. mo... o..o om.o .šå omå o.om mm.. oNå o.om mmå Så må.. mN|m.|mN N mo; eoNmw a... 3 __. å ..w\. .N å J\. .N _... .ä .N ...Lona 10 15 20 25 16 Såsom synes ur tabellerna sänkes V/GHz-kvoten i samtliga fall.
Således kan bandbredden i integrerade optiska modulatorer liksom andra elektrooptiska anordningar ökas genom en anordning såsom beskrivet i uppfinningen. Även om drivspänningen per längdenhet ökar något blir vinsten i bandbredd betydligt större än den förlust som fås ifrån ett utföringsexempel V/GHz-kvoten minskas med ca. 25% vid en tjocklek på buffertskiktet på ca. buffertskikt kan exempelvis etsas bort och i de fall det drivspänningsökningen. Exempelvis kan enligt 1 pm. Material över rör ett gitter kan enligt ett föredraget utföringsexempel gitterkonstanten för ett gitter ligga på i storleks- vilket är lätt att åstadkomma eftersom det rör sig om att etsa en grop eller urtagning på ca. 1 ordningen 300 pm, um.
Uppfinningen skall givetvis ej begränsas till visade utföringsexempel utan kan fritt varieras inom ramen för patentkraven. Buffertmaterial kan givetvis avlägsnas eller ersättas på olika sätt liksom tvärsnittsvariationen kan vara periodisk eller slumpmässig, olika antal buffertskikt av ett flertal material kan användas och olika tjocklekar kan väljas på såväl buffertskikt som elektroder m.m. liksom anordningen ej behöver bilda en modulator utan även andra anordningar är möjliga.

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 500 991 17
1. Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur (l0; 20; 30) omfattande en första vågledaranordning för optiska signaler och en andra vågledaranordning för elektriska signaler, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att vågut- brednings-strukturen omfattar ett i utbredningsriktningen dielektriskt varierande tvärsnitt (A, B; A', B', C'; 8, 9) där åtminstone ett första och ett andra material eller medium har olika dielektricitetskonstanter.
2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d d ä r a wr att den första vågledar-anordningen omfattar åtminstone en optisk vågledare (7).
3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v att den andra vågledaranordningen omfattar åtminstone två elektroder (5, 6) varav åtminstone den ena bildar signalelektrod (6).
4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att vågutbrednings- trukturen omfattar åtminstone ett buffertskikt (2; 3; 4; 8) vilket är så anordnat att det elektriska fältet från elektroderna utbreder sig i såväl åtminstone ett av buffertskikten (2; 3; 4; 8) och i den/de optiska vågleda- ren/-na (7, 7).
5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att vågutbrednings- strukturen omfattar ett substrat (1) företrädesvis av LiNbo, _ ' 10 15 20 25 30 35 18
6. Anordning enligt något av patentkraven 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d d ä 1: a v att företrädesvis åtminstone ett av buffertskikten (2; 3; 4; 8) omfattas av sio,.
7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att den första vågleda- ranordningen omfattar två optiska vågledare (7, 7).
8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, att den dielektriska tvärsnitts-variationen är periodisk (A, B; A', B'; C')L k ä n n e t e c'k n a d d ä r a v
9. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e <2 k 11 a d snittsvariationen utgörs av ett periodiskt gitter där d ä r a v att den dielektriska tvär- gitterkonstanten väsentligt understiger våglängden för den elektriska signalen. loi n e t e c k n a d d ä r a v
Anordning enligt något av patentkraven 1-7, k ä n - att den dielektriska tvär- snitts-variationen är aperiodisk eller slumpmässig (8, 9).
11. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att tvärsnitts-varia- tionen åstadkommes genom ersättande av material i buf- fertskiktet med annat material med en lägre di-elektrici- tetskonstant eller avlägsnande av material i buffertskik- tet.
12. Anordning enligt patentkrav ll, k ä n n e t e c k - n a d d ä r a v att den dielektriska tvärsnittsvaria- tionen åstadkommas genom bortetsning av buffertskiktet (2; 3, 4; 8) i vågledargapet och under signalelektroden (6). 10 15 508 991 19
13. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att elektrodstrukturen är koplanar.
14. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att elektrodstrukturen omfattar dubbla jordplan (5, 5).
15. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä rr a v att den bildar en modulator där den elektriska signalen bildar modulerande signal och den optiska signalen modulerad signal.
16. Användning av en anordning enligt något av patent- kraven 1-16 i snabba digitala fiberoptiska system.
17. Användning av anordningen enligt något av patent- kraven 1-16 i analoga fiberoptiska system.
SE9202355A 1992-08-17 1992-08-17 Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system SE500991C2 (sv)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9202355A SE500991C2 (sv) 1992-08-17 1992-08-17 Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system
CA002104181A CA2104181A1 (en) 1992-08-17 1993-08-16 Device for velocity matching between electrical and optical signals
DE4327638A DE4327638A1 (de) 1992-08-17 1993-08-17 Vorrichtung zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen elektrischen und optischen Signalen
JP5235993A JPH06242477A (ja) 1992-08-17 1993-08-17 光信号と電気信号の速度整合装置
FR9310045A FR2694819B1 (fr) 1992-08-17 1993-08-17 Dispositif d'adaptation de vitesse entre des signaux elkectriques et optiques.
GB9317069A GB2269909B (en) 1992-08-17 1993-08-17 Device for velocity matching between electrical and optical signals
US08/546,843 US5619607A (en) 1992-08-17 1995-10-23 Device for velocity matching between electrical and optical signals in a wave guide structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9202355A SE500991C2 (sv) 1992-08-17 1992-08-17 Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9202355D0 SE9202355D0 (sv) 1992-08-17
SE9202355L SE9202355L (sv) 1994-02-18
SE500991C2 true SE500991C2 (sv) 1994-10-17

Family

ID=20386934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9202355A SE500991C2 (sv) 1992-08-17 1992-08-17 Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5619607A (sv)
JP (1) JPH06242477A (sv)
CA (1) CA2104181A1 (sv)
DE (1) DE4327638A1 (sv)
FR (1) FR2694819B1 (sv)
GB (1) GB2269909B (sv)
SE (1) SE500991C2 (sv)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5790719A (en) * 1995-11-28 1998-08-04 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical control device
JP2873203B2 (ja) * 1996-06-14 1999-03-24 住友大阪セメント株式会社 導波路型光デバイス
US6684030B1 (en) 1997-07-29 2004-01-27 Khamsin Technologies, Llc Super-ring architecture and method to support high bandwidth digital “last mile” telecommunications systems for unlimited video addressability in hub/star local loop architectures
US6091025A (en) 1997-07-29 2000-07-18 Khamsin Technologies, Llc Electrically optimized hybird "last mile" telecommunications cable system
US6239379B1 (en) 1998-07-29 2001-05-29 Khamsin Technologies Llc Electrically optimized hybrid “last mile” telecommunications cable system
US6310700B1 (en) 2000-09-15 2001-10-30 Massachusetts Institute Of Technology Velocity matching electrode structure for electro-optic modulators
WO2003098330A1 (fr) * 2002-05-17 2003-11-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Modulateur optique
US6646776B1 (en) 2002-11-23 2003-11-11 Jds Uniphase Corporation Suppression of high frequency resonance in an electro-optical modulator
US6885780B2 (en) * 2002-12-17 2005-04-26 Jdsu Uniphase Corporation Suppression of high frequency resonance in an electro-optical modulator
US7068866B2 (en) * 2003-11-03 2006-06-27 Northrop Grumman Corporation Slow wave optical waveguide for velocity matched semiconductor modulators
US11567353B2 (en) * 2019-11-27 2023-01-31 HyperLight Corporation Electro-optic devices having engineered electrodes
CN111505845A (zh) * 2020-05-14 2020-08-07 苏州极刻光核科技有限公司 一种共面波导线电极结构及调制器
US11940713B2 (en) * 2020-11-10 2024-03-26 International Business Machines Corporation Active electro-optic quantum transducers comprising resonators with switchable nonlinearities

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4005927A (en) * 1975-03-10 1977-02-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Broad bandwidth optical modulator and switch
US4251130A (en) * 1979-07-18 1981-02-17 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Velocity matched optical gate
US4468086A (en) * 1981-11-05 1984-08-28 At&T Bell Laboratories Traveling wave, velocity mismatched gate
US4448479A (en) * 1981-11-16 1984-05-15 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Traveling wave, electrooptic devices with effective velocity matching
GB2152688B (en) * 1984-01-10 1987-09-09 Gen Electric Co Plc Velocity matching apparatus
GB8810285D0 (en) * 1988-04-29 1988-06-02 British Telecomm Travelling wave optical modulator
US4928076A (en) * 1988-09-09 1990-05-22 The University Of Rochester Ultrafast optical modulator
US5004313A (en) * 1988-12-01 1991-04-02 Hewlett-Packard Company Low loss, low dispersion velocity-matched travelling wave modulator
JPH02289821A (ja) * 1989-02-17 1990-11-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光制御素子
US5061030A (en) * 1989-08-15 1991-10-29 Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. Optical integrated modulator
US5005932A (en) * 1989-11-06 1991-04-09 Hughes Aircraft Company Electro-optic modulator
US5076655A (en) * 1990-07-19 1991-12-31 Hughes Aircraft Company Antenna-fed electro-optic modulator
SE467330B (sv) * 1990-10-03 1992-06-29 Ericsson Telefon Ab L M Saett att linearisera en oeverfoeringsfunktion hos en modulatoranordning samt modulatoranordning med lineariserad oeverfoeringsfunktion
US5138480A (en) * 1991-08-14 1992-08-11 Hewlett-Packard Company Traveling wave optical modulator

Also Published As

Publication number Publication date
CA2104181A1 (en) 1994-02-18
FR2694819A1 (fr) 1994-02-18
DE4327638A1 (de) 1994-02-24
GB9317069D0 (en) 1993-09-29
GB2269909A (en) 1994-02-23
GB2269909B (en) 1996-03-13
US5619607A (en) 1997-04-08
JPH06242477A (ja) 1994-09-02
SE9202355L (sv) 1994-02-18
SE9202355D0 (sv) 1992-08-17
FR2694819B1 (fr) 1995-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE500991C2 (sv) Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system
Yi et al. Active metamaterials with broadband controllable stiffness for tunable band gaps and non-reciprocal wave propagation
DE19649441B4 (de) Optische Regelvorrichtung
US7864114B2 (en) Negative permeability or negative permittivity meta material and surface wave waveguide
US4866406A (en) Wide-band optical modulator
US7400787B2 (en) Optical modulator with coupled coplanar strip electrode and domain inversion
US20170277011A1 (en) Plasmonic switch device and method
EP0427092B1 (en) Electro-optic modulator
JPS5890615A (ja) 進行波電子光学デバイス
JPH025327B2 (sv)
EP0057555A2 (en) Surface acoustic wave device
ITMO20080262A1 (it) Modulatore ottico esterno con inversione di dominio per fornire un chirp costante al variare della frequenza
WO2001086824A3 (en) LOW DRIVE VOLTAGE LiNbO3 INTENSITY MODULATOR WITH REDUCED ELECTRODE LOSS
US5311605A (en) Optical devices incorporating slow wave structures
JP3923244B2 (ja) 光素子
US4732445A (en) Electrooptical directional coupler with traveling wave and alternating phase shift
DE69730384T2 (de) Optisches Bauelement
EP1403692A1 (en) Electro-optic devices
JPH0713711B2 (ja) 高速光変調器
EP1150143A3 (en) Large NxN waveguide grating router
EP1680704A1 (en) Slow wave optical waveguide for velocity matched semiconductor modulators
JPS63261219A (ja) 光変調素子
US4381138A (en) Electrooptic devices
JP2686560B2 (ja) 光変調素子
CN117277988B (zh) 横向耦合声学滤波器