SK47496A3 - Acoustic-optical waveguide for division acording to the wave lenght - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Uvedený vynález sa týka akustickooptického vlnovodu na delenie podľa vlnovej dĺžky.

Doterajší stav techniky

Činnosť akustickooptického vlnovodu je založená na interakcii medzi t svetelnými signálmi, šíriacimi sa pozdĺž optických vlnovodov, vytvorených na podložke z dvojlomného kryštálu a fotoelastického materiálu a akustickými vlnami r

generovanými vhodnými prevodníkmi a šíriacimi sa po povrchu podložky.

Takéto zariadenie je využiteľné hlavne ako optický filter. Ovládaním frekvencie akustických vín je možné ladiť spektrálne charakteristické krivky filtra, ktoré vytvára filter, vyhovujúci napríklad kanálu rozptýlenému v optickom komunikačnom systéme zo zariadení s multiplexom s delením podľa vlnových dĺžok. Na ladenie vyraďovanej vlnovej dĺžky v laserovom rezonátore alebo rekuperáciu tvaru pulzov v pulznom optickom komunikačnom systéme.

V optickom telekomunikačnom systéme s multiplexným prenosom s delením podľa vlnovej dĺžky (zvyčajne popisovanom ako WDM) je niekoľko kanálov, pričom týchto niekoľko prenosových signálov je navzájom nezávislých, posielaných po rovnakej linke, obvykle tvorenej optickým vláknom, pomocou multiplexného prenosu optickej vlnovej dĺžky. Prenosové kanály môžu byť ako digitálne, tak analógové a sú navzájom rozlíšiteľné, pretože každý z nich je opatrený špecifickou vlnovou dĺžkou.

Na opätovné rozptýlenie individuálnych kanálov sú potrebné filtre, ktoré musia byť schopné prenášať skupinu vlnových dĺžok, sústredených na vlnovej dĺžke kanálu a dostatočne vymedzené k susedným kanálom. Ladiace filtre hlavne umožňujú zmeniť kanálovú selekciu, a tým rekonfiguráciu systému bez výmeny kabeláže jednotlivých prvkov.

Na toto použitie sú zvlášť vhodné akustickooptické filtre. Tieto rovnako umožňujú súčasnú selekciu niekoľkých kanálov: pokiaľ je akustická vlna, šíriaca sa po povrchu podložky prekrytá akustickými vlnami rôznych kmitočtov, má filter priepustné pásmo zodpovedajúce súčtu rôznych intervalov vlnových dĺžok, vypočítaných na základe kmitočtov akustických vín. Možnosťou selekcie takýchto kmitočtov môže byť priepustné pásmo filtra ovládané tak, že budú prenášané iba požadované vlnové dĺžky, zodpovedajúce vybraným kanálom.

Polarizačný nezávislý akustickooptický filter planárneho vlnovodu je popísaný v článku: D. A. Smith a kolektív, vydanom v Applied Physics Letter, ročník 56, číslo 3, 15/01/1990, strany 209 až 211. Zariadenie (obr. 1A) obsahuje polarizačný prepojovací člen na LiNbO3 podložke, ktorý rozptyľuje TE a TM zložky dopadajúceho signálu, dva akustickooptické polarizačné prevodníky, pracujúce paralelne na dvoch prvkoch a polarizačný prepojovací člen rekombinujúcich signálov.

Spektrálna prenosová krivka zariadenia má centrálny vrchol so šírkou pásma 1,3 nm a bočným lalokom. Toto dokazuje teóriu (ako je to uvedené napríklad v článku: H. Herrmann a kolektív, Electronics Letters, ročník 28, číslo 11, 21/05/1992, strany 979 až 980), pričom vo filtroch popísaných v predchádzajúcom popise, prvý bočný lalok je menší ako teoretická hranica - 9,4 dB.

Filter, popísaný v prihláške, má jednoduchý akustickooptický interakčný stupeň. Filtre tohto typu umožňujú zoslabenie vlnových dĺžok mimo prenosového pásma, ktoré je nedostatočné pre vyššie uvedené prihlášky.

Ďalej pri priechode filtrom sú zložky u dvoch rôznych polarizácií podrobené rôznym vlnovým dĺžkam, ktoré sú rôzne pre dve zložky interakcií s akustickými vlnami.

Akustickooptické filtre opatrené druhým filtračným stupňom na jednej a tej istej podložke dvojlomného kryštálu a fotoelastického materiálu môžu byť tvorené: dvojstupňovým zariadením znázorňujúcim spektrálnu krivku odozvy, vyznačujúce sa väčším útlmom výstupného priepustného pásma ako jednostupňové filtre s redukovanými prenosovými bočnými vakmi. V dvojstupňovom zariadení môže ďalej druhý stupeň kompenzovať pre optický kmitočet rôzne umiestnenie v prvom stupni pomocou šírky zodpovedajúcej akustickej vlne kmitočtu tak, že je nastavený počiatočný kmitočet.

Dvojstupňový planárny vlnovod obsahujúci akustickooptický filter, je popísaný v US patentovom spise 5,381,426, podanom prihlasovateľom (obr. 1B). Tento je zhotovený pre použitie ako kontrolný selekčný filter vlnovej dĺžky vo vnútri dutiny lasera s viazanými vidmi.

US patentový spis 5,002,349 od prihlasovateľa Cheung a kolektív, popisuje planárny vlnovod obsahujúci akustickooptické zariadenie na podložke z LiNbO3. V jednom jeho vyhotovení, znázornenom na obr. 2A, je toto zariadenie zhotovené zostavením na rovnakej podložke dvoch polarizačných nezávislých akustickooptických filtrov, pričom každý z týchto filtrov obsahuje dve polarizačné spojovacie jednotky vlnovodu pre spojenie a rozpojenie dvoch TE a TM zložiek samostatne pred a po akustickooptických interakčných stupňoch. Ďalej kvôli porovnaniu polarizačných spojovacích vlastností sú polarizačné spojovacie jednotky opatrené elektródami. Pre každú polarizačnú spojovaciu jednotku je upravené nezávislé vedenie von pomocou uvedených elektród.

Prihlasovateľ zdôrazňuje, že zoslabenie optických signálov získané pri priechode takýmto zariadením je približne dvojnásobné oproti jednostupňovému zariadeniu počas štyroch priechodov cez polarizačné spojovacie jednotky.

Prihlasovateľ rovnako upozorňuje, že zariadenie sa stáva komplikovanejším vďaka prítomnosti porovnávacích elektród, pričom úprava elektroinštalácie a riadiaceho obvodu je nevyhnutná.

Ďalej, pri absencii elektród, prenos každou spojovacou jednotkou nebude závislý iba od polarizácie, ale rovnako ľahko od vlnovej dĺžky, ako výsledok konštrukčných tolerancií: pre každú spojovaciu jednotku bude interval vlnovej dĺžky zodpovedajúci nízkemu zoslabeniu prenášaných polarizačných zložiek trochu odlišný. Pri umiestnení niekoľkých spojovacích jednotiek do série celkové nízkoutlmené pásmo sa bude znižovať do krížení nízkoútlmových intervalov každej z jednotlivých spojovacích jednotiek. Pri využití štyroch polarizačných spojovacích jednotiek v sérii bude mať zariadenie prílišné zoslabenie alebo aspoň redukovaný interval ladenia, čo zodpovedá poznatkom, uvedeným vo vyššie citovaných prihláškach.

Pritom celková dĺžka popísaného zariadenia je aspoň dvojnásobná ako u jednostupňového zariadenia, pričom dosahuje kritické rozmery vzhľadom k obmedzenej veľkosti najviac dostupných vhodných podložiek na báze LiNbOg.

Dvojstupňový planárny vlnovod obsahujúci polarizačný nezávislý akustickooptický filter je rovnako popísaný v článku od F. Tian a kolektív, zverejnenom v Journal of Lightwave Technology, ročník 12, číslo 7, júl 1994, strany

1192 až 1197. Tento obsahuje (obr. 2B) dvojstupňové polarizačné filtre na podložke LiNbO3 s polarizáciou, ktorá je navzájom kolmá, pracujúcich na paralelných a dvoch polarizačných spojkách/spojovacích jednotkách kvôli spojeniu a rozpojeniu častí optického signálu podľa dvoch kolmých polarizácií.

Jednopolarizačné filtre obsahuje samostatný TE priechodový a TM priechodový polarizátor.

TM priechodový polarizátor obsahuje predovšetkým pozdĺžny vlnovod, pozdĺž ktorého sú dve 1,5 mm dlhé oblasti, susediace s vlnovodom z jeho obidvoch strán. Mimoriadny index lomu je väčší ako u materiálu tvoriaceho podložku. Toto spôsobuje, že TE polarizačné zložky nemajú dlhšie vedenie odpojiteľné od podložky, pričom TM polarizačné zložky môžu prechádzať štruktúrou.

Zvýšenie mimoriadneho indexu lomu je dosiahnuté pomocou technológie zmeny protónov, založenej na exponovaní uvedenej plochy kyslým roztokom po vopred stanovenú dobu a pri vhodnej teplote, kým nie je dosiahnutá zmena časti Li+ iónov na podložke na H+ ióny a ich odvedenie následným optimálnym tepelným žíhaním.

V prípade vyššie uvedeného článku bola zámena protónov vykonaná v riedenej kyseliny benzoovej pri 250 °C po dobu 15,5 hodín a nasledovalo tepelné žíhanie po dobu 4 hodiny pri teplote 330 °C.

Skúsenosti prihlasovateľa ukázali, že výroba polarizátora s protónovým meničom vyššie uvedeného typu je veľmi problematická, hlavne z dôvodu požiadavky vysokej presnosti na umiestnenie fotolitografickej masky a obmedzenými prípustnými rozsahmi riadiacich parametrov procesu zámeny protónov.

Ďalej je dôležitá časová nestálosť spektrálnych vlastností polarizátorov.

Rovnako výroba polarizátorov typu ako TM priechodov, tak TE priechodov vyžaduje špecifické výrobné kroky, rozdielne pre každý typ polarizátora a odlišné od požiadaviek na výrobu iných prvkov zariadenia, čo spôsobuje, že výrobný proces celého zariadenia je dlhší a zložitejší.

Podstata vynálezu

Uvedený vynález sa týka akustickooptického vlnovodu na selekciu vlnovej dĺžky jednoduchej výroby, obmedzenej veľkosti, opatreného širokým rozsahom ladenia a vykazujúceho spektrálnu charakteristiku, ktorá je časovo stála.

Uvedený vynález sa ďalej týka jednoduchého a spoľahlivého spôsobu výroby akustickooptického vlnovodu na selekciu vlnovej dĺžky.

Po prvé, vynález sa týka akustickooptického vlnovodu na selekciu vlnovej dĺžky, obsahujúceho jednu podložku z dvojlomného a fotoelastického materiálu, na ktorom sú vytvorené:

prvý rotačný stupeň roviny polarizácie optického signálu v prvom intervale vlnovej dĺžky, obsahujúci aspoň optický vlnovod, ktorým prechádza uvedený signál, druhý rotačný stupeň roviny polarizácie optického signálu v druhom intervale vlnovej dĺžky, obsahujúci aspoň optický vlnovod, ktorým prechádza uvedený signál, aspoň jeden optický vlnovod, prepájajúci uvedený prvý a druhý stupeň, nesúci jeden jednoduchý polarizačno - selektívny prvok, aspoň jeden optický vlnovod v smere uvedeného druhého stupňa, nesúci polarizačno - selektívny prvok, a ktorého podstatou je, že uvedený jednoduchý polarizačno - selektívny prvok pozostáva z polarizačného prepojovacieho člena s tlmenou vlnou.

Vo výhodnom vyhotovení aspoň jeden z uvedených prvých a druhých stupňov obsahuje prvky na generovanie povrchovej akustickej vlny a je zvlášť výhodné, ak uvedená podložka obsahuje akustický vlnovod, vrátane aspoň jednej časti jedného z optických vlnovodov uvedeného prvého a druhého stupňa.

Vo výhodnom vyhotovení toto akustickooptické zariadenie obsahuje prvý akustický vlnovod prechádzajúci časťou podložky včítane uvedeného optického vlnovodu uvedeného prvého stupňa a druhý akustický vlnovod vystupujúci z časti podložky vrátane uvedeného optického vlnovodu uvedeného druhého stupňa.

Uvedené prvky na generovanie povrchovej akustickej vlny sú s výhodou umiestnené vo vnútri aspoň jedného z uvedených akustických vlnovodov, neskôr uzatvorených do jedného konca kvôli jednosmernému šíreniu uvedenej akustickej vlny v akustickom vlnovode a s výhodou obsahujú niekoľko prelínajúcich sa elektród umiestnených transverzálne k uvedenému akustickému vlnovodu. Uvedené akustickooptické zariadenie môže obsahovať akustický absorbér, umiestnený na uvedenom konci uvedeného akustického vlnovodu.

Zariadenie môže ďalej obsahovať akustický absorbér, umiestnený na konci uvedeného akustického vlnovodu opačnom ku koncu, kde sú umiestnené prvky na generovanie povrchovej akustickej vlny.

Prípadne uvedené prvky na generovanie povrchových akustických vín môžu obsahovať dve skupiny prelínajúcich sa elektród, umiestnených vedľa seba navzájom vo vopred určených vzdialenostiach, postupne napájaných prvým signálom striedavého elektrického napätia a druhým signálom elektrického napätia, získaným otočením uvedeného prvého elektrického signálu o 90°, na generovanie jednosmernej akustickej vlny.

Vo výhodnom vyhotovení zariadenie obsahuje dva optické rovnobežné vlnovody v každom z uvedených prvých a druhých stupňov a dva optické spojovacie vlnovody medzi uvedenými prvými a druhými stupňami, pričom každý optický spojovací vlnovod nesie jeden oddelený polarizačný selektívny prvok, prispôsobený na prenos jednej z dvoch navzájom kolmých polarizačných zložiek a aspoň jeden z uvedených polarizačných selektívnych prvkov obsahuje polarizačný prepojovací člen s tlmenou vlnou.

V tomto vyhotovení jeden z uvedených polarizačných selektívnych prvkov môže byť TE priechodný polarizátor a môže obsahovať kovovú vrstvu prekrývajúcu zodpovedajúci optický spojovací vlnovod medzi prvým a druhým stupňom s oddeľovacou vrstvou, umiestnenou medzi nimi.

Prípadne obidva z uvedených jednoduchých polarizačných selektívnych prvkov môžu obsahovať polarizačné prepojovacie členy s tlmenou vlnou.

V naposledy zmienenom možnom vyhotovení obidva uvedené polarizačné prepojovacie členy s tlmenou vlnou môžu byť čiarkovo prenášajúce prepojovacie členy pre príslušné priechodné polarizácie alebo jeden z uvedených prepojovacích členov s tlmenou vlnou môžu byť čiarky prenášajúci prepojovací člen pre príslušnú priechodnú polarizáciu, pričom druhý z uvedených polarizačných prepojovacích členov s tlmenou vlnou je priečne prenášajúci prepojovací člen pre príslušnú

Ί priechodnú polarizáciu. Uvedený druhý polarizačný prepojovací člen s tlmenou vlnou je s výhodou spojený s príslušným optickým spojovacím vlnovodom pomocou zakrivenej časti vlnovodu a môže obsahovať priamu stredovú časť tvoriacu nulový uhol s príslušným spojovacím vlnovodom.

Vo výhodnom vyhotovení uvedený dvojlomný a fotoelastický materiál je LiNbO3 a v uvedenom riešení sú uvedené optické vlnovody a polarizačné prepojovacie členy s tlmenou vlnou s výhodou vytvorené fotolitografickou maskou, založenou na kovovej vrstve s následnou difúziou kovu na podložku. Uvedený kov môže byť s výhodou titán.

Po druhé, uvedený vynález sa týka spôsobu výroby akustickooptického vlnovodu na selekciu vlnovej dĺžky, pozostávajúceho z nasledujúcich krokov:

vytváranie aspoň jedného vlnovodu na jednej podložke tvorenej dvojlomným a fotoelastickým materiálom, difúziou prvého kovu na uvedenú podložku, vytváranie prvých a druhých polarizačných prepojovacích členov s tlmenou vlnou na uvedenej podložke pomocou fotolitografického deponovania a následnej difúzie druhého kovu vo vnútri vlastnej podložky rovnako ako aspoň jeden optický vlnovod na spojenie medzi uvedenými polarizačnými prepojovacími členmi, pričom optický vlnovod aspoň v časti obsahuje uvedený akustický vlnovod, vytváranie jedného samostatného polarizáciu selektujúceho prvku pozdĺž uvedeného optického spojovacieho vlnovodu, vytváranie elektroakustického prevodníka obsahujúceho prelínajúce sa elektródy vo vnútri jedného z uvedených akustických vlnovodov pomocou fotolitografického deponovania tretieho kovu na uvedenú podložku, ktorého podstatou je, že uvedený krok vytvárania samostatného polarizáciu selektujúceho prvku obsahuje uvedený krok vytvárania uvedeného prvého a druhého polarizačného prepojovacieho člena a uvedeného optického spojovacieho vlnovodu a spočíva vo vytváraní tretieho polarizačného prepojovacieho člena s utlmenou vlnou. S výhodou uvedené prvé, druhé a tretie polarizačné prepojovacie členy s utlmenou vlnou sú navzájom identické.

Vo výhodnom uskutočnení tento postup obsahuje vytváranie na uvedenej podložke pomocou fotolitografického deponovania a následnej difúzie vo vnútri uvedenej podložky uvedeného druhého kovu z prvého a druhého optického spojovacieho vlnovodu medzi uvedenými prvými a druhými polarizačnými prepojovacími členmi, pričom optické vlnovody sú aspoň z časti obsiahnuté v uvedenom akustickom vlnovode a obsahujú vytváranie jedného samostatného polarizáciu selektujúceho prvku pozdĺž všetkých uvedených optických spojovacích vlnovodov.

S výhodou uvedený krok vytvárania uvedených polarizáciu selektujúcich prvkov je obsiahnutý v kroku vytvárania uvedených prvých a druhých polarizačných prepojovacích členov a uvedených optických spojovacích vlnovodov a spočíva vo vytváraní tretích a štvrtých polarizačných prepojovacích členov s tlmenou vlnou pozdĺž uvedených prvých a druhých optických spojovacích vlnovodov samostatne.

Najvýhodnejšie je, pokiaľ sú uvedené prvé, druhé, tretie a štvrté polarizačné prepojovacie členy s utlmenou vlnou navzájom totožné.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Väčšie podrobnosti budú zrejmé z nasledujúceho popisu s odkazom na priložené obrázky, kde:

Na obr. 1A.1B

Na obr. 2A,2B

Na obr. 3A,3B sú znázornené schémy zapojenia akustickooptických filtrov, známych z doterajšieho stavu techniky.

sú znázornené schémy zapojenia akustickooptických filtrov, známych z doterajšieho stavu techniky.

sú znázornené dva grafy, popisujúce zmenu teploty spektrálnej odozvy TM priechodných polarizátorov, známych z doterajšieho stavu techniky.

Na obr. 4 je znázornená schéma zapojenia akustickooptického filtra podľa vynálezu.

Na obr. 5 je znázornená schéma zapojenia polarizačného prepojovacieho člena s tlmenou vlnou použitého v tomto vynáleze.

Na obr. 6A,6B,6C sú znázornené grafy rozdeľovacieho pomeru polarizačných prepojovacích členov s tlmenou vlnou vo vlnovode vzhľadom k: dĺžke vstupnej sekcie vlnovodu (A), vlnovej dĺžke (B, C).

Na obr. 7 je znázornená schéma zapojenia jednosmerného elektroakustického prevodníka.

Na obr. 8 je znázornená schéma zapojenia akustickooptického filtra podľa možného vyhotovenia vynálezu.

Na obr. 9 je znázornená schéma zapojenia polarizačného nezávislého akustickooptického filtra podľa vynálezu.

Na obr. 10 je znázornená schéma TE priechodného polarizátora vlnovodu, použitého v zariadení znázornenom na obr. 9.

Na obr. 11 je znázornená schéma zapojenia polarizačného nezávislého akustickooptického filtra podľa vynálezu.

Na obr. 12 je znázornená schéma zapojenia polarizačného nezávislého akustickooptického filtra podľa ďalšieho možného vyhotovenia vynálezu.

Na obr. 13 je znázornená schéma zapojenia polarizačného nezávislého akustickooptického filtra podľa ešte ďalšieho možného vyhotovenia vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Integrovaný akustickooptický filter vlnovodu je popísaný v US patentovom spise 5,381,426 podanom rovnakým prihlasovateľom. Tento bude popísaný pomocou obr. 1B so zodpovedajúcim obr. 3 v uvedenom patente.

Filter 16 pozostáva z podložky 18 založenej na LiNbC>3 kryštálovom reze pod pravým uhlom k osi x, na ktorom optické kanály vlnovodu 19 majú orientáciu šírenia v smere osi y, jeden vid v pásme vlnových dĺžok z rozsahu (1530 <λ< 1560), pomocou difúzie titánu vďaka schopnosti, kedy sa index lomu niobičnanu lítia v podložke lokálne zväčšuje tak, že je obmedzený optický signál vo vnútri požadovanej cesty.

Pozdĺž optického vlnovodu 19 je umiestnená dvojica akustickooptických prevodníkov 20, pričom prevodníky 20 sú tvorené kovovou doskou opatrenou niekoľkými hrebeňovými elektródami 21, navzájom prepojenými a kolmými k vlnovodu, schopnými okrem iného vytvárať pomocou piezoelektrického efektu následné elektrické budenie akustickej vlny šíriacej sa kryštálom.

K bokom optického vlnovodu 19 je pripojený akustický vlnovod 22, obmedzený z dvoch strán plochami 23, na ktorých je difundovaný titán v podložke z niobičnanu lítia, ktorý ďalej zvyšuje rýchlosť šírenia akustickej vlny cez tieto dve plochy v smere stredovej plochy 22 tak, že je akustická vlna vedená v tejto stredovej ploche.

Zároveň sú prítomné dva protiľahlé TE priechodné polarizátory 24 nad elektródami 21, a pozdĺž koncových sekcií vlnovodu 19 pod elektródami 21, pričom medzi dvoma TE polarizátormi 24 je umiestnený TM priechodný polarizátor 25.

TE priechodné polarizátory 24 sú tvorené dielektrickou vrstvou, tvorenou napríklad kremíkom, pripojenou k optickému vlnovodu 19 o vopred stanovenej hrúbke prekrytej kovovou vrstvou. Tieto polarizátory sú schopné prepúšťať iba svetelný signál v režime TE zložiek polarizovaných na povrchovej rovine kryštálu podložky.

TM priechodný polarizátor 25 je naopak tvorený dvoma plochami s výmenou protónov, zhotovenými na bokoch vlnovodu, o niekoľko milimetrov dlhšie. Tento polarizátor je schopný prepúšťať iba svetelný signál v režime TM zložiek polarizovaných v rovine kolmej k povrchu kryštálu podložky.

Akustický absorbér 26 je umiestnený vo vopred určenej vzdialenosti od TM priechodného polarizátora 25 na opačnej strane oproti elektródam 2T Tento je tvorený vrstvou zvuk izolujúceho materiálu, naneseného na povrch kryštálu, schopného absorbovať akustickú vlnu a takto byť obmedzovaný pred ďalšími interakciami so svetelnými vlnami.

Vysokofrekvenčný RF generátor, ovládajúci akustickooptický filter, má frekvenciu nastavenú medzi 170 MHz a 180 MHz kvôli selekcii vlnovej dĺžky stredu priepustného pásma v požadovanom rozsahu (1530 < λ < 1560).

Funkcia tohto zariadenia je založená na konverzii medzi TE a TM zložkami (a naopak) polarizovaných optických signálov, šíriacich sa optickým vlnovodom a majúcich vlnovú dĺžku vo vhodnom pásme. Táto konverzia je vynesená von pomocou interakcie optických signálov s akustickými vlnami, šíriacimi sa akustickým vlnovodom 22 v rovnakom smere ako optické žiarenie. Iba TE zložka optických signálov vstupujúca polarizátorom 24, umiestneným nad vlnovodom 19, je prenášaná do samotného vlnovodu. Pozdĺž prvej vodiacej sekcie nad polarizátorom 25 obsahujúcej vlnové dĺžky v priepustnom pásme určenom parametrami akustickej vlny sú konvertované z TE polarizácie na TM polarizáciu. Vlnové dĺžky vystupujúce z tohto pásma sú naopak nekonvertované a udržiavajú ich polarizáciu v rovine povrchu podložky. Naposledy zmienené vlnové dĺžky sú takto zastavené polarizátorom 25, iba prenášanie TM zložiek signálov majúcich vlnové dĺžky vo vnútri priepustného pásma, ich polarizácia bola konvertovaná interakciou s akustickou vlnou. Časť vlnovodu pod polarizátorom 25 pracuje ako druhý stupeň filtra s akustickou vlnou obmedzene šíriacou sa vo vlnovode 22 a spolupôsobiacu s TMI optickými signálmi. Druhý stupeň má zhodné funkcie ako prvý stupeň, ale so vzájomne opačnými polarizáciami. Signály s vlnovou dĺžkou vo vnútri priepustného pásma sú konvertované z TM polarizácie na TE polarizáciu a prenášané polarizátorom 24 k vlnovodu 19, signály mimo priepustné pásmo sú zastavené uvedeným polarizátorom 24.

Dvojstupňový integrovaný polarizačný nezávislý akustickooptický filter vlnovodu je popísaný v už zmienenom článku od F. Tian a kolektív, zverejnenom v Journal of Lightwave Technology.

Ako je vidno na obr. 2B, vstupný signál do zariadenia je rozdelený do dvoch TE a TM zložiek pomocou polarizačného prepojovacieho člena vlnovodu, vytvoreného na podložke. Dva výstupy z polarizačného prepojovacieho člena sú pripojené k dvom dvojstupňovým filtrom, z ktorých každý má polarizátor medzi dvoma stupňami, TE priechod, respektíve TM priechod. Dva filtre sú umiestnené stranami k podložke pozdĺž vlastného akustického vlnovodu, ktorý generuje akustické vlny pomocou vhodne prepojených prevodníkov, šíriace sa v rovnakom smere ako optické signály. Výstupy dvoch dvojstupňových filtrov sú nakoniec spojené polarizačnými prepojovacími členmi. Akustický absorbér je umiestnený na konci akustického vlnovodu na úmyselné zoslabenie výslednej povrchovej akustickej vlny.

TM priepustný polarizátor je prednostne zhotovený výmenou protónov v dvoch oblastiach okolo 1,5 mm dlhých, susediacich s optickým vlnovodom z obidvoch strán. Výmenu protónov spôsobuje mimoriadne zvýšenie indexu lomu, čo spôsobuje v TE zložke kratšie vedenie a disperziu na podložke. TM zložka naopak prechádza polarizátorom s malými stratami.

Prihlasovateľ zistil, že výroba polarizátora s výmenou protónov tohto typu robí celý výrobný proces akustickooptických zariadení oveľa kritickejším.

Prihlasovateľ zhotovil vzorky polarizátorov TM priechodov na podložkách LiNbO3, na ktorých bol vytvorený jednovidový optický vlnovod difúziou titánu po dobu štyroch hodín pri teplote 1030 . Polarizátory boli zhotovované pomocou masiek a následnou výmenou protónov v neriedenej kyseline benzoovej po dobu časového rozmedzia od 2 do 7 hodín pri rôznej teplote v rozsahu od 230 C do 240 C. Vzdialenosť medzi dvoma oblasťami podrobenými výmene protónov, umiestnenými po obidvoch bokoch optického vlnovodu bola medzi 12 pm a 13,5 pm.

Hodnoty pomeru extinkcie (pomeru výstupného výkonu zariadenia z utlmenej zložky v prípade TE zložky, k celkovému výstupnému výkonu) v získaných vzorkách boli dosiahnuté medzi -25,3 dB a -3,9 dB. Hodnota útlmu pre prenášanú polarizáciu (v tomto prípade TM zložka) bola oproti tomu v rozsahu veľmi nízkych hodnôt okolo 1,1 dB.

Niektoré vzorky boli získané následným tepelným spracovaním pri teplote 320 °C po dobu od 15 do 90 minút, čím bolo v podstate získané zníženie pomeru extinkcie na hodnoty medzi -25 dB a -20 dB, ale v rovnakom časovom intervale stúplo zoslabenie u TM zložky na hodnoty okolo 2 dB.

V dvojstupňovom akustickooptickom filtri sa hodnoty pomeru extinkcie pre polarizátory nachádzajúce sa medzi prvým a druhým stupňom určujú výslednou odozvou veľkosti šumu pre zariadenie ako celku, kde výsledná odozva šumu znamená maximálne zoslabenie pozdĺž signálov s vlnovou dĺžkou vystupujúcou z prenášaného pásma pri priechode zariadením.

Polarizátor, použitý v dvojstupňovom akustickooptickom filtri, umožňuje súčasne mať pomer extinkcie nižší ako -20 dB a zoslabenie pre prenášaný mód nižší ako 0,5 dB.

Prihlasovateľ mohol pozorovať, že pre umiestnenie fotolitografickej masky na podložku na vymedzenie plochy podrobenej protónovej výmene je nutný stupeň presnosti oveľa vyšší ako je požadovaný pre fotolitografické masky potrebné počas ďalších výrobných krokov na akustickooptickom zariadení. Ako sú použité na obmedzenie difúzie titánu počas výroby vlnovodov alebo ich použitie pre interdigitálne elektródy a TE priechodnými polarizátormi. Všetky parametre kontroly procesu výmeny protónov a následného možného žíhania za tepla sú rovnako veľmi kritické; veľmi malé rozdiely i v jednotlivých údajoch môžu pôsobiť na polarizátory tak, že nie sú dosiahnuté požadované štandardy, a preto musia byť vyradené.

Ďalej, niektoré z vyrobených TM priechodných polarizátorov boli podrobené teplote vyššej ako 80 °C po niekoľko hodín a ukázali sa zaujímavé zmeny v spektrálnej citlivosti v priebehu času. Na obr. 3A je znázornený graf ukazujúci pomer extinkcie pre jeden z polarizátorov, meraný (a) pred a (b) po účinkoch teploty 100 °C po 20 hodinách. Je možné vidieť umiestnenie spektrálnej krivky o približne 25 μιτι k vyšším vlnovým dĺžkám a následný rozdiel o niekoľko dB v pomere extinkcie v každej vlnovej dĺžke. Rozdiely môžu byť sledované pre niekoľko rozdielnych polarizátorov podrobených zhodnému teplotnému spracovaniu, s rozložením spektrálnej krivky odozvy, umiestnenej medzi 20 a 30 pm.

Rozdiely v spektrálnej odozve TM priechodných polarizátorov, spôsobené zmenou protónov, rovnako zaberajú miesto s nižšími teplotami pre dlhšie časové pôsobenie a oproti tomu robia použitie týchto zložiek kritickým.

Rovnako tak k stálym zmenám v krivke spektrálnej odozvy počas pôsobenia vysokých teplôt, TM priechodné polarizátory vykonávajú rovnako znázornenú zámenu protónov reverzibilného typu v závislosti od spektrálnej odozvy na teplote. Napríklad obr. 3B znázorňuje spektrálne krivky pomeru extinkcie pre polarizátor pri teplotách 10°C a 30 °C, znázorňujúce rozdiely dosahujúce 10 dB na zhodných vlnových dĺžkach.

Prihlasovateľ mohol rovnako sledovať, že postup pri výrobe akustickooptického filtra, popísaný v uvedenom článku F. Tian a kolektív, je vykonávaný dlhšie a zložitejšie s nevyhnutnosťou vykonávania špecifických výrobných postupov pre každý polarizátor. T.j. pre TM priechodný polarizátor a TE priechodný polarizátor, použité v zariadení. Ďalej pri výrobnom postupe nevyhnutnom na výrobu optických vlnovodov prepojovací člen a polarizačný prepojovací člen, akustický vlnovod a interdigitálny prevodník.

Dvojstupňový vlnovod, obsahujúci akustickooptické zariadenie podľa tohto vynálezu, bude teraz popísaný s pomocou obr. 4.

Na základnej podložke 30 sú usporiadané nasledujúce prvky: kanálový optický vlnovod 31, ktorého prvý koniec je umiestnený na hrane základnej podložky 30 a ktorý je upravený na príjem optických signálov vstupujúcich do zariadenia, napríklad cez zodpovedajúcim spôsobom pripojené optické vlákno, zatiaľ čo druhý koniec vlnovodu 31 je pripojený na prístupový vlnovod 1 polarizačného prepojovacieho člena 32; optický vlnovod 28, ktorého prvý koniec je umiestnený na hrane základnej podložky 30, zatiaľ čo jeho druhý koniec je pripojený na prístupový vlnovod 4 prepojovacieho člena 32; prístupový vlnovod 3 prepojovacieho člena 32, ktorý je pripojený na vlnovod 35 prepojený s prístupovým vlnovodom 4 polarizačného prepojovacieho člena 40; prístupový vlnovod 3 prepojovacieho člena 48, ktorý je pripojený na vlnovod 36 prepojený s prístupovým vlnovodom 4_prepojovacieho člena 37; prístupový vlnovod 2 posledne uvádzaného prepojovacieho člena je pripojený na vlnovod 38, ktorý je ukončený na hrane základnej podložky 30 a umožňuje výstup optického signálu, napríklad cez zodpovedajúce pripojené optické vlákno; a konečne prístupový vlnovod 3 prepojovacieho člena 37 je pripojený na vlnovod 29 ukončený rovnako na hrane základnej podložky 30.

Okrem toho sú na základnej podložke usporiadané: akustický vlnovod 41, ktorý sa rozkladá na časti základnej podložky zahrňujúcej optické vlnovody 35, 36 a je ohraničený prostredníctvom dvoch plošných vodičov 42 a 43 umiestnených symetricky vzhľadom k optickým vlnovodom 35, 36, v ktorých je rýchlosť akustických vín vyššia ako vo vlnovode 41_; elektroakustický prevodník 44, umiestnený na akustickom vlnovode 41 v blízkosti konca vlnovodu 35, pripojený k prepojovaciemu členu 32 a prispôsobený na generovanie povrchovej akustickej vlny v akustickom vlnovode 41; akustické absorpčné prostriedky 45 umiestnené na akustickom vlnovode 41 tak, že sú priľahlé ku koncu vlnovodu 36, pripojené k prepojovaciemu členu 37 a prispôsobené na absorpciu zvyškovej povrchovej akustickej vlny; a akustické absorpčné prostriedky 46 umiestnené na akustickom vlnovode 41 tak, že sú priľahlé ku koncu vlnovodu 34, pripojené k prepojovaciemu členu 32 a prispôsobené na absorpciu akustických vín, generovaných elektroakustickým prevodníkom 44, šíriacich sa v smere opačnom k smeru optických signálov.

V elektroakustickom zariadení vytvorenom podľa prihlasovateľa boli konštrukčné parametre zvolené pre činnosť zariadenia pri izbovej teplote v pásme optickej vlnovej dĺžky aspoň 100 nm a vystredenom v oblasti okolo 1550 nm, ktoré je obzvlášť významné pre optický komunikačný prenos. Odborník oboznámený so stavom techniky bude schopný pomocou voľby zodpovedajúcich hodnôt konštrukčných parametrov, najmä pre optické vlnovody, polarizačné prepojovacie členy a akustické vlny prenášané akustickým vlnovodom, prispôsobiť zariadenie tak, aby bolo činné v oblasti ďalších teplôt alebo ďalších pásmach vlnových dĺžok, napríklad pre pásmo vlnovej dĺžky okolo 1300 nm, ktoré je pre optický komunikačný prenos rovnako významné.

Základná podložka 30 je vytvorená z materiálu LiNbO3, ktorého kryštálové rezy sú kolmé na os x kryštálu; zatiaľ čo vlnovody 31, 35. 36, 38 a úseky vlnovodu 5 polarizačných prepojovacích členov 32, 40, 37 sú orientované pozdĺž osi y kryštálu.

Náhradou za materiál LiNbO3 základnej podložky môže byť použitý iný dvojlomový a fotoelastický materiál. Vhodnými či prijateľnými materiálmi sú napríklad LiTaOg, TeC>2, ΟβΜοΟψ

Zvyšovanie rýchlosti akustických vín v pásmach vymedzených akustickým vlnovodom môže byť dosiahnuté prostredníctvom difúzie príslušného materiálu do základnej podložky.

U zariadenia vytvoreného podľa prihlasovateľa bol akustický vlnovod 44 s celkovou dĺžkou okolo 30 mm vytvorený fotolitografickou maskou ohraničenou plošnými vodičmi 42 a 43, ktoré sú od seba navzájom vzdialené 110 pm, nanesením titánovej vrstvy s hrúbkou 160 nm na vymedzený povrch a následnou difúziou titánu do základnej podložky po dobu 31 hodín v peci pri teplote 1060 °C. Účinkom vykonanej difúzie je zvýšenie rýchlosti akustickej vlny o asi 0,3 % tak, že sú v dôsledku činnosti oblastí 42 a 43, akustické vlny vymedzené na vlnovod 41. Ako naposledy uvedený vlnovod je použitý jednomódový vlnovod akustických vín. Koeficient útlmu pre akustické vlny je okolo 0,1 dB/cm.

Optické vlnovody a polarizačné prepojovacie členy rnôžu byť vytvorené prostredníctvom difúzie materiálu, ktorý je schopný zvýšiť index lomu, do základnej podložky.

U zariadenia vytvoreného podľa prihlasovateľa sú optické vlnovody a polarizačné prepojovacie členy vytvorené prostredníctvom fotolitografickej masky, nanesením titánovej vrstvy s hrúbkou 105 nm a následnou difúziou po dobu 9 hodín pri teplote 1030 °C.

Fotolitografická maska na optických vlnovodoch má svetlosť okolo 7,0 pm.

Testovanie prenosu veľkého množstva priamych vlnovodov tohto typu vykazuje hodnoty útlmu okolo 0,03 dB/cm pre TM zložku a 0,07 dB/cm pre TE zložku.

Polarizačnými prepojovacími členmi 32, 37, 40 sú prepojovacie členy nestálych vín na planárnej podložke.

Prostredníctvom prepojovacieho člena nestálej vlny je určené zariadenie zahrňujúce dva optické vlnovody, ktoré sú svojimi úsekmi k sebe navzájom priľahlé takým spôsobom, že plocha každého z vlnovodov leží v oblasti nestálej vlny vyžarovania šíriaceho sa v ďalšom vlnovode, čo umožňuje väzbu vyžarovania medzi dvoma vlnovodmi a prenos optického výkonu medzi sebou navzájom.

Použitie prepojovacích členov nestálej vlny na základnej podložke z niobičnanu lítia, vytvorených polarizačným štiepením, je známe zo stavu techniky, napríklad z článku autora A. Nayer, publikovanom v Applied Physics Letters, ročník 55, číslo 10, zo 4. septembra 1989 na stranách 927 až 929, na ktorú sa predložený popis odvoláva.

Polarizačné prepojovacie členy nestálej vlny, určené pre použitie v zariadení podľa predloženého vynálezu, sú vytvorené podľa schémy znázornenej na obr. 5. Tieto členy pozostávajú z dvoch jednomódových vlnovodov o dĺžke L_c, navzájom paralelných a oddelených od seba o vzdialenosť C, pripojených na jednomódové prístupové vlnovody i 2 a 3, 4 v uvedenom poradí. Vzdialenosť medzi dvoma vonkajšími hranami vlnovodov 5 je označená písmenom D. Vlnovody 1, 2, 3, 4, 5 majú rovnakú šírku ako vlnovody 31, 35, 36, 38. Prístupové vlnovody 1 a 4 a prístupové vlnovody 2 a 3 majú tiež rovnaký uhol rozvetvenia Θ. Maximálna vzdialenosť medzi stredovými osami prístupových vlnovodov 1 a 4 je označená písmenom A. Maximálna vzdialenosť medzi stredovými osami prístupových vlnovodov 2 a 3 je označená písmenom B. Celková dĺžka prepojovacieho člena je potom označená písmenom E.

Vzdialenosť C je zvolená dostatočne malá tak, aby umožnila prepojenie vyžarovania medzi dvoma vlnovodmi 5. Je rovnako možné vytvoriť prepojovací člen so vzdialenosťou C = 0, v ktorom sú dva paralelne usporiadané vlnovody nahradené jediným dvojmódovým vlnovodom 5 s celkovou šírkou označenou písmenom D. Nasledujúci popis predloženého vynálezu sa bude odvolávať na tento prípad, pričom zovšeobecnenie na prípady, kedy C je väčšie ako 0, bude osobám oboznámeným so stavom techniky zrejmé.

Funkcia polarizačných prepojovacích členov nestálej vlny je nasledujúca: jednomódový optický signál vstupujúci do vlnovodu 5, napríklad z prístupového vlnovodu 1, dodáva impulz ako základnému symetrickému módu, tak asymetrickému módu prvého poradia; účinné indexy lomu dvojmódového vlnovodu 5 sú navzájom rozdielne pre každý z dvoch módov a, u každého módu, pre každú z dvoch TE a TM polarizáciu; tieto dva módy na vlnovode 5 interferujú s rastúcimi fázovými diferenciami ΔΦγ^ a ΔΦγ|\/| pre TE a TM zložky v uvedenom poradí, ktoré vytvárajú záznej v optickom výkone so sledom závislým od polarizácie; tieto dve polarizácie môžu byť z tohto dôvodu na výstupe z vlnovodu 5_rozdelené na dva jednomódové vlnovody 2 a 3 kvôli príslušnej voľbe dĺžky l_c a parametrov majúcich vplyv na indexy lomu.

Na vytvorenie polarizačných prepojovacích členov nestálej vlny boli zvolené nasledujúce hodnoty konštrukčných parametrov:

C = 0 μιτι

D = 14 μπι

E= 5 mm

Θ = 0,55°.

Polarizačné prepojovacie členy s hore uvedenými konštrukčnými parametrami musia mať kvôli účinnému rozdeľovaniu medzi TE a TM zložky vystupujúce zo zariadenia vzdialenosti A a B aspoň 30 μηη.

U zariadenia vytvoreného podľa prihlasovateľa sú hodnoty A a B pre prepojovacie členy 32, 40 a 37 rovné 30 pm.

Okrem toho musia byť vzdialenosti medzi vlnovodmi 35, 36 a oblasťami 42, 43 s vyššou rýchlosťou akustických vín väčšie ako minimálna vzdialenosť závislá od optických charakteristík použitých materiálov a rozmerov vlnovodov. V prípade, v ktorom sú ako základná podložka, tak optické vlnovody zhodné alebo podobné s prvkami zariadenia vytvoreného podľa prihlasovateľa, je uvedená vzdialenosť aspoň 35 pm, s výhodou aspoň 40 pm tak, aby bolo možné anulovať straty optického výkonu, spôsobené väzbou časti optických signálov v oblastiach 42, 43, ktoré majú v dôsledku vykonanej difúzie titánu optický index lomu vyšší ako základná podložka.

Prístupové vlnovody 2 prepojovacieho člena 32 a prepojovacieho člena 40 sú vytvorené s dĺžkou väčšou ako ostatné prístupové vlnovody. Vyžarovanie z týchto vlnovodov sa šíri cez plošný vodič 42, ktorý má vyšší index lomu ako základná podložka a ohraničuje akustický vlnovod a vystupuje z tohto plošného vodiča 42 prostredníctvom difúzie z jeho povrchu alebo ako dôsledok kmitočtových Fresnelových strát na jeho vlastnom konci.

Na zlepšenie absorpcie vyžarovania šíriaceho sa po uvedených prístupových vlnovodoch môžu byť použité optické absorbéry 51, ktoré sú vytvorené napríklad nanesením kovovej vrstvy s dĺžkou 3 alebo 4 mm na príslušný vlnovod. Optické absorbéry môžu byť vytvorené počas rovnakých výrobných krokov, pri ktorých sú vytvárané elektroakustické prevodníky.

Za účelom stanovenia optimálnej hodnoty dĺžky Lq pre polarizačné prepojovacie členy 32. 40 a 37 nestálej vlny boli vykonané experimentálne skúšky, ktorých výsledky sú zhrnuté a prehľadne uvedené na obr. 6A.

Podľa schémy znázornenej na obr. 5 bolo vytvorených niekoľko odlišných prepojovacích členov nestálej vlny, pričom prepojovacie členy majú stanovené hodnoty konštrukčných parametrov a dĺžku Lq zahrnutú v rozmedzí 140 pm a 540 pm.

Meraný rozdeľovači pomer SRx prepojovacích členov (vyjadrený v dB), v závislosti od dĺžky Lq vyjadrenej v pm, znázornenej v diagrame na obr. 6A, je definovaný vzťahom:

SR_X = log (Pxj/Px_t2) kde P_x «| je výstupný výkon X (TE alebo TM) polarizácie jedného z výstupných vlnovodov (napríklad prístupového vlnovodu 2), zatiaľ čo P_x 2 je výstupný výkon X polarizácie druhého z výstupných vlnovodov (napríklad prístupového vlnovodu 3).

V diagrame na obr. 6A predstavuje krivka'61 rozdeľovači pomer SRtm> zatiaľ čo krivka 62 predstavuje rozdeľovači pomer SRte. Tieto dve krivky znázorňujú cyklické fyzikálne vlastnosti pomeru SRx pri zmenách dĺžky l_c s rozdielnymi periódami pre obidve polarizácie.

Vysoký rozdeľovači pomer vyjadrený v absolútnej hodnote pre danú polarizáciu zodpovedá takmer úplnému rozdeľovaniu prvkov s takou polarizáciou, ktorá je smerovaná k jednému z dvoch výstupných portov. Kladná hodnota rozdeľovacieho pomeru zodpovedá čiarovému prenosu cez zariadenie, t.j. prenosu, v ktorom je signál takmer úplne adresovaný na výstup vlnovodu umiestneného na tej istej strane ako vstupný vlnovod vzhľadom k stredovej osi vlnovodu 5 (t.j. na prístupový vlnovod 2, ak sa vstupný signál uskutočňuje z prístupového vlnovodu 1. s odvolaním na obr. 5). Záporná hodnota rozdeľovacieho pomeru zodpovedá oproti tomu krížovému prenosu cez zariadenie, t.j. prenosu, v ktorom je signál takmer úplne adresovaný na výstup vlnovodu umiestneného na strane protiľahlej k vstupnému vlnovodu vzhľadom k stredovej osi vlnovodu 5 (t.j. na prístupový vlnovod 3, ak sa vstupný signál uskutočňuje z prístupového vlnovodu 1 s odvolaním na obr. 5).

V prípade krivky 61 (TM polarizácia) zodpovedá zobrazené maximum, pre hodnoty dĺžky ľq nastavené po 180 pm, čiarovému prenosu.

V prípade krivky 62 (TE polarizácia) zodpovedá zobrazené minimum, pre hodnoty dĺžky ĽQ nastavené po 200 pm, naopak, krížovému prenosu.

Optimálna hodnota dĺžky ĽQ je dosiahnutá pri vysokom rozdeľovačom pomere, vyjadrenom v absolútnej hodnote, zároveň pre obidve polarizácie, s čiarovým prenosom pre jednu polarizáciu a krížovým prenosom pre polarizáciu druhú.

Hodnota dĺžky ĽQ polarizačných prepojovacích členov nestálej vlny, použitých v zariadení podľa predloženého vynálezu, bola na základe hore uvedených úvah zvolená Lq = 180 pm, pričom táto zvolená hodnota zaistí meraný rozdeľovači pomer okolo 25 dB pre TM zložku a okolo 25 dB pre TE zložku pri čiarovom prenose pre TM zložku a krížovom prenose pre TE zložku.

Zodpovedajúce merané rozptyly boli okolo 0,4 dB pre TM zložku a okolo 0,5 dB pre TE zložku.

Obr. 6B a 6C predstavujú rozdeľovači pomer v závislosti od vlnovej dĺžky polarizačných prepojovacích členov nestálej vlny s dĺžkou Lq = 140 μιη pre TM polarizáciu (obr. 6B) a TE polarizáciu (obr. 6C).

V akustickooptickom zariadení znázornenom na obr. 4, sú prepojovacie členy 32 a 37 zapojené tak, že uskutočňujú krížový prenos, to znamená, že sú činné ako TE priepustné polarizátory, zatiaľ čo prepojovací člen 40 je zapojený tak, že vykonáva čiarový prenos, to znamená, že je činný ako TM priepustný polarizátor.

Elektroakustický prevodník 44, zahajujúci svoju činnosť pri elektrickom signále s príslušnou frekvenciou, generuje akustickú vlnu šíriacu sa v akustickom vlnovode

41. V prípade použitia základnej podložky z piezoelektrického materiálu (ako napríklad LiNbOg) je tento prevodník s výhodou vytvorený zo vzájomne do seba zapadajúcich elektród, uložených na základnej podložke 30. V prípade použitia základnej podložky vytvorenej z nepiezolektrického materiálu môžu byť uvedené, navzájom do seba zapadajúce elektródy, uložené na vrstve piezoelektrického materiálu, ktorou je základná podložka opatrená.

Ako je znázornené v US patentovom spise č. 5,002,349 zmienenom v hore uvedenom popise, môže byť elektroakustický prevodník v prípade, že je základná podložka vytvorená z materiálu LiNbOg, s výhodou uložený so sklonom okolo 5° k osi y.

V elektroakustickom zariadení, vytvorenom podľa prihlasovateľa, sa elektroakustický prevodník skladá z piatich párov navzájom do seba zasahujúcich elektród s pravidelným odstupom 21,6 pm, ktorý je hodnotou vlnovej dĺžky povrchovej akustickej vlny s frekvenciou okolo 173,5 MHz v materiáli LiNbO3 a pričom táto frekvencia je nevyhnutná pre TE «—» TM konverzii pri optickej vlnovej dĺžke okolo 1550 nm. Z uvedeného je zrejmé, že prostredníctvom modifikácie pravidelného odstupu elektród bude možné vytvoriť elektroakustické prevodníky upravené pre akustickooptické zariadenia činné v ďalších pásmach vlnových dĺžok.

Vzájomne do seba zapadajúce elektródy môžu byť vytvorené nanesením kovovej vrstvy (napríklad hliníkovej) napríklad 500 nm silnej, na základnú podložku. Malo by sa poznamenať, že vloženie medziľahlej Y2O3 vrstvy napomáha k zníženiu strát v pod ňou ležiacich optických vlnovodoch: obzvlášť zanedbateľné straty môžu byť dosiahnuté pri použití medziľahlej vrstvy okolo 100 nm silnej. Na vytvorenie medziľahlej vrstvy môžu byť použité materiály rozdielneho typu, ako napríklad S1O2 alebo AI2O3, pričom jej hrúbka musí byť zvolená tak, aby eliminovala straty v pod ňou ležiacich optických vlnovodoch na minimum bez zoslabenia generovania akustických vín v základnej podložke.

Akustickooptické zariadenie môže byť nastavené na vlnové dĺžky 1500 alebo 1600 nm, to znamená, že sa od strednej vlnovej dĺžky odchyľujú o 50 nm, čo spôsobuje, že vzájomne do seba zasahujúce elektródy dodávajú výkon okolo 100 mW oproti požadovanému výkonu 50 mW pre prevádzku pri strednej vlnovej dĺžke.

Spôsob, použitý na vytvorenie akustickooptického zariadenia podľa predloženého vynálezu, je v porovnaní so spôsobom vytvárania analogického zariadenia podľa známeho stavu techniky do značnej miery zjednodušený. Hlavne preto, že TM priepustný polarizátor pozostáva z vlnovodu a polarizačného prepojovacieho člena a môže byť tento polarizátor vytváraný nanášaním na základovú podložku počas toho istého výrobného kroku, pri ktorom sú vytvárané ostatné polarizačné prepojovacie členy a optické vlnovody.

Pre uvedené akustickooptické zariadenia bola hodnota vloženej straty pre signály s TE polarizáciou (t.j. prípustné zoslabenie optických signálov s TE polarizáciou a s vlnovou dĺžkou zodpovedajúcou stredu priepustného pásma pri priechode cez zariadenie) stanovená v rozmedzí zahrnutom medzi 2,5 dB a 3,5 dB.

Ak sú okrem toho predpokladané vstupné a výstupné rozptyly, ktoré sú dôsledkom väzby medzi vlnovodom a dvoma časťami s optickými vláknami nevyhnutnými pre pripojenie akustickooptického zariadenia s ďalšími prvkami optického obvodu, je hodnota vloženej straty pre signály s TE polarizáciou v rozmedzí od 4,0 dB do 5,0 dB.

Polovica maximálnej hodnoty šírky priepustného pásma bola stanovená tak, aby bola zahrnutá v rozmedzí zahrnutom medzi 1,2 nm až 2,0 nm.

Bočné laloky vyžarovacieho diagramu priepustného pásma vykazujú zoslabenie aspoň 20 dB vzhľadom k stredovému prenosovému maximu. Pre nepriaznivejšie prípady bolo stanovené zoslabenie bočných lalokov 25 dB.

Zvyškový šum v pozadí (t.j. zoslabenie signálov s vlnovou dĺžkou mimo priepustné pásmo) je nižší ako 25 dB.

Popísané elektroakustické zariadenie je uspôsobené na použitie ako vlnovou dĺžkou regulovaný filter pre signály vymedzenej polarizácie; obzvlášť je prispôsobené na použitie ako filter selekcie vlnovej dĺžky v laserovej dutine, napríklad typu aktívneho optického vlákna.

Obzvlášť výhodná konfigurácia akustickooptického zariadenia podľa predloženého vynálezu je dosiahnutá prostredníctvom vhodnej voľby dĺžok prvého a druhého stupňa tak, aby tieto dĺžky boli vo vzájomnom pomere okolo 1 : 1,6. Takto sú minimá odozvy spektrálnej krivky, vzťahujúce sa k prvému stupňu, zhodné s maximami bočných lalokov odozvy spektrálnej krivky vzťahujúcej sa k druhému stupňu tak, že bočné laloky celkovej odozvy spektrálnej krivky v akustickooptickom zariadení sú do značnej miery zoslabené.

Na uskutočnenie celkovej TE - - » TM - - » TE konverziE prostredníctvom dvoch stupňov s odlišnými dĺžkami je nevyhnutné, aby bol akustický výkon v prvom stupni asi o 4 dB vyšší ako akustický výkon v druhom stupni.

Hore uvedená skutočnosť môže byť dosiahnutá zoslabením akustického výkonu v druhom stupni prostredníctvom príslušných akustických absorbérov usporiadaných na akustickom vlnovode medzi prvým a druhým stupňom, vytvorených napríklad pomocou mikrolitografického procesu.

Alternatívne môže byť popísaná konfigurácia akustickooptického zariadenia modifikovaná pripojením akustických absorpčných prostriedkov 46, umiestnených na akustickom vlnovode 41, priľahlých ku koncu vlnovodu 35, spojeného s prepojovacím členom 40 a prispôsobených k absorpcii zvyškovej povrchovej akustickej vlny druhého elektroakustického prevodníka 47, umiestneného na akustickom vlnovode 41, priľahlého ku koncu vlnovodu 36, spojeného s prepojovacím členom 40 a upraveného na generovanie povrchovej akustickej vlny v akustickom vlnovode 44 a akustických absorpčných prostriedkov 49, umiestnených na akustickom vlnovode 41 v blízkosti konca vlnovodu 36, spojeného s prepojovacím členom 40 a prispôsobených na absorpciu akustickej vlny generovanej prevodníkom 47 a šíriacej sa v smere opačnom k smeru optických signálov.

Popísaným spôsobom sú povrchové akustické vlny, šíriace sa v prvom a druhom stupni, generované nezávisle od seba. Za tohto stavu môžu byť v obidvoch stupňoch dosiahnuté odlišné akustické výkony, čo umožňuje čo najlepšie využitie spektrálnych charakteristík akustickooptického zariadenia.

Táto nezávislá regulácia povrchovej akustickej vlny v dvoch stupňoch okrem tohto umožňuje voliť stredy priepustných pásem v dvoch stupňoch od seba navzájom nepatrne odlišných, čo umožňuje dosiahnutie širšieho priepustného pásma pre zariadenie.

A nakoniec toto nezávislé ovládanie obidvoch stupňov umožňuje zníženie času potrebného na nastavenie akustickooptického zariadenia na jednu polovicu. V skutočnosti je čas, ktorý zaberie prechod akustickej vlny cez dlhší z obidvoch stupňov v zariadení, nižší ako čas nevyhnutný na šírenie sa cez celý akustický vlnovod a je polovičný v prípade, v ktorom majú obidva stupne rovnakú dĺžku. Keď je akustickooptické zariadenie použité ako filter pre multiplexnú kanálovú voľbu na rozdeľovanie vlnovej dĺžky v multiplexnom prenosovom systéme, je výhodou dosiahnutého kratšieho času rýchlejšia rekonfigurácia systému.

Alternatívne usporiadanie využívajúce akustické absorpčné prostriedky 46 (a eventuálne 49) na absorpciu vypočítanej šíriacej sa povrchovej akustickej vlny s ohľadom na optické signály, spočíva vo využití jednosmerných elektroakustických prevodníkov namiesto elektroakustických prevodníkov 44 (a alternatívne 47).

Prevodníky tohto typu sú popísané a znázornené v článku autorov J. H. Collins a kolektív, nazvaného Unidirectional surface wave transducer a publikovanom v Proceedings of the IEEE, Proceedings Letters v máji 1969 na stranách 833 až 835.

Uvedené prevodníky môžu byť, ako je znázornené na obr. 7, vytvorené pomocou dvoch radov navzájom do seba zasahujúcich elektród 44 a 44', umiestnených na základnej podložke 30 vo vzdialenosti od seba navzájom (1/4 + n). Za (kde Za je akustická vlnová dĺžka a n je celé číslo) a ovládané prostredníctvom elektrických signálov navzájom zámerne posunutých o 90°. Generátorom 7Ί vytvorený elektrický RF signál vstupuje do radu elektród 44. Ten istý elektrický signál, prichádzajúci z obvodu 72 s fázovým oneskorením, vstupuje do radu elektród 44.

Táto konfigurácia vytvára v smere z elektródového radu 44 do elektródového radu 44 deštruktívnu interferenciu akustických vín generovaných na povrchu základnej podložky. V smere z elektródového radu 44 do elektródového radu 44 je oproti tomu vytváraná konštruktívna interferencia s generovaním povrchovej akustickej vlny 73 na povrchu základnej podložky.

Použitie jednosmerných elektroakustických prevodníkov umožňuje vypustenie akustických absorpčných prostriedkov 46 (a eventuálne 49) a elimináciu zahrievania základnej podložky v blízkosti uvedených prostriedkov, ktoré je spôsobené dôsledkom straty akustickej energie rozptýlením cez tieto prostriedky; a okrem toho môže byť v dôsledku zdvojovania účinnosti elektroakustickej konverzie použitý RF zdroj so zníženým výkonom.

V nasledujúcom texte bude popísané alternatívne vyhotovenie vlnovodu integrovaného akustickooptického zariadenia s odvolaním na obr. 8.

Podľa tohto vyhotovenia sú optické vlnovody a polarizačné prepojovacie členy nestálej vlny upravené na základnej podložke 30 rovnakého typu ako prvky popísané s odvolaním na obr. 4 a tieto prvky sú usporiadané v rovnakej konfigurácii ako na uvedenom obrázku.

Optické vlnovody 34, 36, upravené na častiach základnej podložky, sú súčasťou akustických vlnovodov 81, 83.

Elektroakustické prevodníky 44, 47 generujú povrchové akustické vlny šíriace sa cez akustické vlnovody 82, 84, ktoré sú v uvedenom poradí pripojené bočnými stranami k vlnovodom 81, 83 tak, že vytvárajú akustické prepojovacie členy.

Tieto akustické prepojovacie členy, činné rovnakým spôsobom ako optické prepojovacie členy, majú strednú časť, v ktorej sú akustické vlnovody priľahlé k sebe navzájom, čím je umožnený prechod povrchových akustických vín z jedného vlnovodu na druhý.

Podľa známeho stavu techniky, ktorý je napríklad popísaný v článku autorov H. Hermann a kolektív, publikovanom v Electronics Letters, ročník 28, číslo 11, z 21. mája 1992 na stranách 979 až 980, sú tieto prepojovacie členy vytvorené tak, že profil intenzity povrchovej akustickej vlny po dĺžke vlnovodov 81, 83 má jedno maximum v strednom úseku týchto vlnovodov a dve minimá na ich koncoch; pričom optické signály, šíriace sa cez optické vlnovody 35, 36 navzájom pôsobia s akustickou vlnou s narastajúcou intenzitou v prvej polovici priechodu a znižujúcou sa intenzitou v druhej polovici priechodu.

Akustické absorbéry sú z dôvodu zoslabenia zvyškových povrchových vín a v opačnom smere, s ohľadom na optické signály, šíriace sa akustické vlny, upravené na každom z koncov akustických vlnovodov 82, 84. Možné zahrievanie základnej podložky, spôsobené následkom straty akustickej energie rozptylom, je u tohto zariadenia lokalizované na časti základnej podložky, cez ktoré neprechádzajú signály optických vlnovodov, a preto nepredstavuje problém pre činnosť vlastného zariadenia.

Odozva spektrálnej krivky akustickooptického zariadenia podľa uvádzaného alternatívneho usporiadania má väčší rozptyl bočných lalokov ako zariadenia znázorneného na obr. 4.

V nasledujúcom texte bude popísané nezávislé polarizačné akustickooptické zariadenie s integrovaným dvojstupňovým vlnovodom podľa predloženého vynálezu s odvolaním na obr. 9.

Na základnej podložke 30 sú usporiadané nasledujúce prvky: kanálový optický vlnovod 31, ktorého prvý koniec je umiestnený na hrane základnej podložky a ktorý je upravený pre príjem optických signálov vstupujúcich do zariadenia, napríklad cez zodpovedajúcim spôsobom pripojené optické vlákno, zatiaľ čo druhý koniec vlnovodu 31 je pripojený na prístupový vlnovod 1 polarizačného prepojovacieho člena 32; optický vlnovod 28, ktorého prvý koniec je umiestnený na hrane základnej podložky, zatiaľ čo jeho druhý koniec je pripojený na prístupový vlnovod 4 prepojovacieho člena 32; prístupový vlnovod 2 prepojovacieho člena 32, ktorý je pripojený na prístupový vlnovod 1 polarizačného prepojovacieho člena 37 cez vlnovod 33, TE priepustný polarizátor 39 a vlnovod 34; prístupový vlnovod 3 prepojovacieho člena 32, ktorý je pripojený na vlnovod 35 prepojený s prístupovým vlnovodom 1 polarizačného prepojovacieho člena 40; prístupový vlnovod 2_prepojovacieho člena 40, ktorý je pripojený na vlnovod 36 prepojený s prístupovým vlnovodom 4 prepojovacieho člena 37; prístupový vlnovod 2 prepojovacieho člena 37, ktorý je pripojený na vlnovod 38, ukončený na hrane základnej podložky a umožňujúci výstup optického signálu, napríklad cez zodpovedajúce pripojené optické vlákno; a konečne prístupový vlnovod 3 prepojovacieho člena 37, ktorý je pripojený na vlnovod 29 a ukončený rovnako na hrane základnej podložky.

Okrem toho sú na základnej podložke 30 usporiadané: akustický vlnovod 41. ktorý sa rozkladá na časti základnej podložky, zahrňujúci optické vlnovody 33, 34, 35, 36 a je ohraničený prostredníctvom dvoch plošných vodičov 42 a 43, v ktorých je rýchlosť akustickej vlny vyššia ako vo vlnovode 41; jednosmerný elektroakustický prevodník 44, 44, umiestnený na akustickom vlnovode 4Ί v blízkosti koncov vlnovodov 32, 35. pripojených k prepojovaciemu členu 32 a uspôsobených na generovanie povrchovej akustickej vlny v akustickom vlnovode; akustické absorpčné prostriedky 45 umiestnené na akustickom vlnovode 41 tak, že sú priľahlé ku koncom vlnovodov 34, 36, pripojené k prepojovaciemu členu 37 a prispôsobené na absorpciu zvyškovej povrchovej akustickej vlny.

U nezávislého polarizačného akustickooptického zariadenia vytvoreného podľa prihlasovateľa boli použité rovnaké materiály a rovnaké hodnoty konštrukčných parametrov ako v prípade akustickooptického zariadenia popísaného v hore uvedenom texte s odvolaním na obr. 4.

Rovnako môžu byť zvolené, za účelom optimalizácie činnosti zariadení v rozdielnych prevádzkových podmienkach, hlavne čo sa týka stredných vlnových dĺžok priepustného pásma, odborníkom oboznámeným so stavom techniky, ako odlišné materiály, zvolené zo známych dvojlomných a fotoelastických materiálov, tak odlišné hodnoty konštrukčných parametrov.

U zariadenia vytvoreného podľa prihlasovateľa je základná podložka 30 vytvorená z materiálu LiNbOg, ktorého kryštalické rezy sú kolmé na os x kryštálu;

zatiaľ čo vlnovody 31, 33, 34, 35, 36, 38 a úseky vlnovodu 5 polarizačných prepojovacích členov 32, 40, 37 sú orientované pozdĺž osi y kryštálu.

Akustické vlnovody, optické vlnovody a polarizačné prepojovacie členy sú vytvorené nanesením a následnou difúziou titánu priamo do základnej podložky.

Veľkosti a výrobný postup týchto prvkov sú zhodné ako v prípade zriadenia popísaného s odvolaním na obr. 4.

Okrem toho musia byť optické vlnovody 33, 35 a 34, 36 od seba oddelené minimálnou vzdialenosťou za účelom eliminácie superpozície bočných dokmitov (nestálej vlny) signálov, šíriacich sa cez vlastné vlnovody a následných interferenčných väzieb signálov medzi vlnovodmi. Táto vzdialenosť je odborníkom oboznámeným so stavom techniky zvolená v závislosti od optických charakteristík použitých materiálov (hlavne od indexov lomu) a veľkostí vlnovodov. V prípade, v ktorom sa základná podložka a optické vlnovody zhodujú s tými istými prvkami zariadenia, vytvoreného podľa prihlasovateľa, je touto minimálnou vzdialenosťou vzdialenosť 40 μιτι. Vyššie hodnoty vzdialenosti medzi optickými vlnovodmi môžu byť zvolené pre prípad zodpovedajúci požiadavke udržiavania vlnovodov v oblasti maximálnej akustickej intenzity, v blízkosti stredovej osi akustického vlnovodu.

Okrem toho musí byť vzdialenosť medzi vlnovodmi 33, 34 a oblasťou 42 pri vyššej rýchlosti akustických vín a rovnako i vzdialenosť medzi vlnovodmi 35, 36 a oblasťou 43 pri vyššej rýchlosti akustických vín vyššie ako minimálna vzdialenosť závislá od optických charakteristík použitých materiálov a veľkostí vlnovodov. V prípade, v ktorom sa základná podložka a optické vlnovody zhodujú s tými istými prvkami zariadenia vytvoreného podľa prihlasovateľa, je uvedená vzdialenosť rovná aspoň 35 μιτι, s výhodou aspoň 40 μπι, za účelom eliminácie optických strát, ktoré sú dôsledkom väzby časti optických signálov oblastí 42, 43, ktoré majú, účinkom difúzie titánu, optický index lomu vyšší ako základná podložka.

U zariadenia vytvoreného podľa prihlasovateľa sú hodnoty A pre prepojovaci člen 32, A a B pre prepojovaci člen 40 a B pre prepojovaci člen 37 rovné 30 μιτι. Hodnoty B pre prepojovaci člen 32 a A pre prepojovaci člen 37 sú potom rovné 30 μιτι.

Vlnovod 3 prepojovacieho člena 40 je vytvorený s dĺžkou väčšou ako ostatné vlnovody. Vyžarovanie z tohto vlnovodu sa šíri cez plošný vodič 43, vymedzujúci akustický vlnovod, ktorý má index lomu vyšší ako základná podložka a vystupuje z tohto plošného vodiča 43 prostredníctvom difúzie z jeho povrchu alebo ako dôsledok kmitočtových Fresnelových strát na jeho vlastnom konci.

Za účelom zlepšenia absorpcie vyžarovania šíriaceho sa po uvedenom prístupovom vlnovode môže byť použitý optický absorbér 51, ktorý je vytvorený napríklad nanesením kovovej vrstvy s dĺžkou 3 alebo 4 mm na vlnovod. Optický absorbér môže byť vytvorený v priebehu rovnakých výrobných krokov, pri ktorých sú vytvárané elektroakustické prevodníky.

TE priepustný polarizátor 39, vytvorený podľa zo stavu techniky známeho princípu (pozri napríklad hore zmienený článok autorov F. Tain a kolektív) je znázornený na obr. 10 v priečnom reze. Zahrňuje časť, asi 1,5 mm dlhú, jednomódového optického vlnovodu 101 toho istého typu, ktorý bol popísaný v predchádzajúcom texte, vytvoreného súčasne s ostatnými vlnovodmi a polarizačnými prepojovacími členmi, na ktorom sú vytvorené vyrovnávacia vrstva 102 17 nm silná a hliníková vrstva 103 100 nm silná nanesením v šírke okolo 30 pm. Polarizátor 39 má extinkčný pomer väčší ako 25 dB a zabezpečuje radiačnú TE zložku so zoslabením nižším ako 0,5 dB. Popísaný TE priepustný polarizátor je optimálne využitý pre činnosť pri vyžarovaní vlnovej dĺžky obsiahnutej v pásme okolo 1550 nm.

Odborník oboznámený so stavom techniky bude schopný na základe týchto skutočností vytvoriť tiež polarizátor zodpovedajúci odlišným vlnovým dĺžkam úpravou jeho konštrukčných parametrov, hlavne hrúbky alebo materiálu vyrovnávacej vrstvy.

V akustickooptickom zariadení vytvorenom podľa prihlasovateľa obsahuje jednosmerný elektroakustický prevodník dva rady 44, 44, oddelené od seba navzájom medzerou s veľkosťou asi 5 pm, ktoré tvoria päť párov navzájom do seba zasahujúcich elektród s pravidelným odstupom 21,6 pm a kde má hodnota vlnovej dĺžky povrchovej akustickej vlny pre materiál LiNbO3 frekvenciu okolo 173,5 MHz, pričom táto frekvencia je nevyhnutná pre TE «—» TM konverziu pre optickú vlnovú dĺžku okolo 1550 nm. Z uvedeného je zrejmé, že vhodnou modifikáciou pravidelného odstupu elektród je možné vytvoriť elektroakustické prevodníky zodpovedajúce optickým filtrom činným v ďalších pásmach vlnových dĺžok. Navzájom do seba zasahujúce elektródy sú vytvorené spôsobom, ktorý bol popísaný už v predchádzajúcom texte s odvolaním na zariadenie podľa obr. 4.

Pre hore popísané akustickooptické zariadenie bola hodnota vloženej straty (t.j. prípustné zoslabenie optických signálov vlnovej dĺžky zodpovedajúce stredu priepustného pásma pri priechode cez zariadenie) stanovená v rozmedzí zahrnutom medzi 2,5 dB a 3,5 dB.

Ak sú okrem toho predpokladané vstupné a výstupné rozptyly, ktoré sú dôsledkom väzby medzi vlnovodom a dvoma časťami s optickými vláknami nevyhnutnými na pripojenie akustickooptického zariadenia s ďalšími prvkami optického obvodu, dosahuje hodnota vloženej straty rozmedzie od 4,0 dB do 5,0 dB.

Polovica maximálnej hodnoty šírky priepustného pásma bola stanovená tak, aby bola zahrnutá v rozmedzí zahrnutom medzi 1,2 a 1,2 nm.

Bočné laloky vyžarovacieho diagramu priepustného pásma vykazujú zoslabenie aspoň 20 dB vzhľadom k stredovému prenosovému maximu. Pre nepriaznivejšie prípady bolo stanovené zoslabenie bočných lalokov 25 d B.

Závislá polarizačná strata (t.j. rozdiel zoslabenia medzi dvoma prvkami optických signálov s kolmou polarizáciou) je vymedzená na hodnotu v rozmedzí zahrnutom medzi 0,5 dB a 1,0 dB.

Zvyškový šum pozadia (t.j. zoslabenie signálov s vlnovou dĺžkou mimo priepustného pásma) je nižší ako -25 dB.

Popísané nezávislé polarizačné elektroakustické zariadenie je uspôsobené na použitie ako vlnovou dĺžkou regulovaný filter. Obzvlášť je prispôsobené na použitie ako filter pre kanálovú voľbu vo WDM optickom oznamovacom systéme. Ovládaním elektroakustického prevodníka prostredníctvom elektrického signálu, ktorý je superpozíciou niekoľkých elektrických signálov s rozdielnou frekvenciou.sa dosahuje priepustné pásmo pre filter obsahujúci súčet niekoľkých rozdielnych intervalov vlnových dĺžok, kde všetky odlišné frekvenčné prvky elektrického ovládacieho signálu, ktorých vlnové dĺžky zodpovedajú stredom každého z uvedeného intervalov, závisia od frekvencií uvedených prvkov elektrického ovládacieho signálu. Takto môže byť akustickooptický filter využiteľný pre simultánnu voľbu niekoľkých kanálov s odlišnými vlnovými dĺžkami, riadený prostredníctvom elektrického ovládacieho signálu.

Popísané nezávislé polarizačné akustickooptické zariadenie môže byť rovnako použité pre regeneráciu profilu impulzov v impulznom oznamovacom systéme.

Okrem toho je možné v prípade popísaného nezávislého polarizačného akustickooptického zariadenia uviesť alternatívne usporiadanie pre nezávislé generovanie povrchových akustických vín v dvoch stupňoch zariadenia, napríklad prostredníctvom druhého jednosmerného prevodníka, ktorý nie je na obr. 9 znázornený a obsahuje dva rady navzájom do seba zasahujúcich elektród, vytvorených spôsobom zhodným so spôsobom vytvorenia prevodníka s odvolaním na obr. 7, umiestneného na akustickom vlnovode 41 v blízkosti koncov vlnovodov 34, 36 spojených s polarizátorom 39 a prepojovacím členom 40 a prispôsobeného na generovanie povrchovej akustickej vlny v akustickom vlnovode 41, a akustických absorpčných prostriedkov 46, ktoré nie sú na obr. 9 rovnako znázornené, umiestnených na akustickom vlnovode 41 v blízkosti koncov vlnovodov 33, 35 spojených s polarizátorom 39 a prepojovacím členom 40 a prispôsobených na absorpciu zvyškovej povrchovej akustickej vlny v prvom stupni zariadenia.

Integrované akustickooptické zariadenie s dvojstupňovým vlnovodom podľa predloženého vynálezu môže byť vytvorené rovnako za použitia TE a TM priepustných polarizátorov medzi prvým a druhým stupňom, ktoré vo vlnovode obsahujú polarizačné prepojovacie členy nestálej vlny.

Prvé vyhotovenie uvedenej konfigurácie, znázornené na obr. 11, obsahuje na základnej podložke 30 z dvojlomného a fotoelastického materiálu nasledujúce prvky: tri polarizačné prepojovacie členy nestálej vlny 32, 40, 37 vo vlnovode, typu zhodného s typom popísaným v predchádzajúcom texte s odvolaním na obr. 5, ktorých dĺžka l_c je zvolená tak, aby bol umožnený čiarový prenos pre TM zložku a krížový prenos pre TE zložku; polarizačný prepojovací člen m nestálej vlny typu zhodného s typom popísaným v predchádzajúcom texte s odvolaním na obr. 5, ktorého dĺžka Lq je zvolená tak, aby bol umožnený čiarový prenos pre TE zložku a krížový prenos pre TM zložku; kanálový optický vlnovod 31, ktorého začiatok leží na hrane základnej podložky a ktorého koniec je pripojený na prístupový vlnovod 1 prepojovacieho člena 32; optický vlnovod 28, ktorého začiatok leží na hrane základnej podložky a ktorého koniec je pripojený na prístupový vlnovod 4 prepojovacieho člena 32; vlnovod 33 pripojený medzi prístupový vlnovod 2 prepojovacieho člena 32 a prístupový vlnovod 4_prepojovacieho člena Hl; vlnovod 34 pripojený medzi prístupový vlnovod 3 prepojovacieho člena 111 a prístupový vlnovod 1_prepojovacieho člena 37; vlnovod 35 pripojený medzi prístupový vlnovod 3 prepojovacieho člena 32 a prístupový vlnovod 1_prepojovacieho člena 40; vlnovod 36 pripojený medzi prístupový vlnovod 2 prepojovacieho člena 40 a prístupový vlnovod 4 prepojovacieho člena 37; vlnovod 38 pripojený na prístupový vlnovod 2 prepojovacieho člena 37 a ukončený na hrane základnej podložky; vlnovod 29 pripojený na prístupový vlnovod 3_prepojovacieho člena 37 a ukončený na hrane základnej podložky; akustický vlnovod 41 rozkladajúci sa cez časť základnej podložky zahrňujúcej vlnovody 33, 34, 35, 36 ohraničené prostredníctvom dvoch plošných vodičov 42, 43, v ktorých je rýchlosť akustickej vlny vyššia ako vo vlnovode 41; elektroakustický prevodník 44, umiestnený vo vlnovode 4Ί v blízkosti koncov vlnovodov 33, 35, pripojený k prepojovaciemu členu 32 a prispôsobený na generovanie povrchovej akustickej vlny v akustickom vlnovode; akustické absorpčné prostriedky 45 umiestnené na akustickom vlnovode 41 tak, že priliehajú ku koncom vlnovodov 34, 36 pripojených k prepojovaciemu členu 37 a prispôsobených na absorpciu zvyškovej povrchovej akustickej vlny.

Vlnovody 31, 33, 34, 35, 36, 38 a úseky vlnovodu 5 polarizačných prepojovacích členov 32, 111,40. 37 sú usporiadané k sebe navzájom paralelne.

Prístupový vlnovod 2 prepojovacieho člena 111 a prístupový vlnovod 3 prepojovacieho člena 40 sú vytvorené s dĺžkou väčšou ako ostatné prístupové vlnovody. Vyžarovanie z týchto vlnovodov sa šíri cez plošné vodiče 42 a 43, ktoré ohraničujú akustický vlnovod a majú vyšší index lomu ako základná podložka a vystupuje z týchto plošných vodičov 42 a 43 prostredníctvom rozptylu z jeho povrchu alebo ako dôsledok kmitočtových Fresnelových strát na jeho vlastnom konci.

Na zlepšenie absorpcie vyžarovania šíriaceho sa po uvedených prístupových vlnovodoch môžu byť použité optické absorbéry 51, ktoré sú vytvorené napríklad nanesením kovovej vrstvy s dĺžkou 3 alebo 4 mm na príslušný vlnovod. Optické absorbéry môžu byť vytvorené v priebehu rovnakých výrobných krokov, pri ktorých sú vytvárané elektroakustické prevodníky.

Dĺžka Lc vlnovodu 5 polarizačného prepojovacieho člena m, umožňujúca čiarový prenos pre TM zložku a krížový prenos pre TE zložku pri príslušných vlnových dĺžkach okolo 1550 nm, je zvolená v rozmedzí zahrnutom medzi 500 pm a 1000 pm pri uhle rozvetvenia medzi prístupovými vlnovodmi Θ = 0,55°; pričom zväčšením tohto uhla rozvetvenia je možné podľa výpočtov vykonaných prihlasovateľom, s ohľadom na stanovené hodnoty redukovať dĺžku Lq.

Voľba materiálu základnej podložky a jeho orientácia, veľkosti a výrobné postupy pre optické a akustické vlnovody, polarizačné prepojovacie členy a elektroakustické prevodníky môže_; logicky vyplývať z rovnakých kritérií, ktoré sú stanovené pre zhodné prvky použité v zariadení popísanom v predchádzajúcom texte s odvolaním na obr. 9.

Výhodou tohto vyhotovenia je skutočnosť, že môže byť vytvorené veľmi jednoduchým spôsobom. Hlavne optické vlnovody a polarizačné prepojovacie členy môžu byť nanesené na základnú podložku súčasne, čím je eliminovaný výrobný krok vytvárania TE priepustného polarizátora a následne znížený počet výrobných krokov nevyhnutných na vytvorenie zariadenia.

U druhého alternatívneho vyhotovenia, schematicky znázorneného na obr. 12, sa predpokladá použitie polarizačného prepojovacieho člena 121 nestálej vlny, identického s polarizačnými prepojovacími členmi 32, 37, 40, ktorý je činný ako TM priepustný polarizátor medzi prvým a druhým stupňom; prepojovací člen 121 je pripojený k optickému obvodu na základnej podložke prostredníctvom prístupových vlnovodov 1, 3, umiestnených na protiľahlých stranách stredovej osi vlnovodu 5_tak, aby bol využitý režim krížového prenosu.

Prepojenie vlnovodu 33 s prístupovým vlnovodom 1_prepojovacieho člena 121 je uskutočnené prostredníctvom zakriveného úseku 122 kanálového optického vlnovodu s dĺžkou F. Za účelom eliminácie superpozície medzi zakrivenou časťou 122 a plošným vodičom vymedzujúcim akustický vlnovod, ktorá môže zahrňovať straty optických signálov šíriacich sa v zakrivenom úseku 122 v blízkosti plošného vodiča, môžu byť akustický vlnovod a zodpovedajúci vymedzujúci plošný vodič v strednej časti prerušené. Týmto spôsobom sa vytvoria dva akustické vlnovody 123 a 126, vždy jeden pre každý stupeň uvedeného zariadenia a v uvedenom poradí ohraničené plošnými vodičmi 124, 125 a 127, 128 s vyššou rýchlosťou povrchových akustických vín.

Optické vlnovody 33. 35 a 34, 36 sú usporiadané na časti základnej podložky, na ktorej sa rozkladajú akustické vlnovody 123 a 126.

Okrem toho sú jednosmerné elektroakustické prevodníky 44, 44 a 47, 47, zodpovedajúcich akustických vlnovodov 123, 126, umiestnené na koncoch vlnovodov pripojených v uvedenom poradí k prepojovaciemu členu 32 a prepojovacim členom 121., 40 a uspôsobené na generovanie povrchových akustických vín v príslušných akustických vlnovodoch a akustické absorpčné prostriedky 46, 45 umiestnené na koncoch vlnovodov pripojených v uvedenom poradí k prepojovacim členom 121,40 a prepojovaciemu členu 37.

Zariadenie podľa druhého alternatívneho vyhotovenia je vytvorené prostredníctvom prvkov zhodných alebo podobných prvkom, ktoré boli použité u v predchádzajúcom texte popísaných vyhotovení, účelne zostavených do identickej konfigurácie.

V jednom z príkladov bola dĺžka F zakriveného úseku 122 asi 4 mm a zodpovedajúci polomer zakrivenia optického vlnovodu nebol menší ako 100 mm za účelom eliminácie možných strát spôsobených jeho zakrivením.

Spôsob vytvárania zariadenia podľa druhého alternatívneho vyhotovenia má výhody zhodné s výhodami prvého alternatívneho vyhotovenia pre prípad hľadiska zníženia počtu požadovaných výrobných krokov; okrem toho sú u tohto vyhotovenia všetky polarizačné prepojovacie členy navzájom identické, čo robí zariadenie menej citlivým k spracovávaným zmenám a zároveň uľahčuje konštrukčný krok, lebo nie je, vzhľadom k uvedeným skutočnostiam, potreba optimalizácie veľkosti jedného z polarizačných prepojovacích členov, ktorý umožňuje, na rozdiel od ostatných, čiarový prenos TE zložky a súčasne krížový prenos TM zložky.

Tretie alternatívne vyhotovenie, schematicky znázornené na obr. 13, sa odlišuje od druhého alternatívneho vyhotovenia tým, že je jeden polarizačný prepojovací člen 131 nestálej vlny usporiadaný otočné vzhľadom k smeru vlnovodov 31, 33, 34, 35, 36, 38.

Rotácia v rozmedzí uhla zodpovedajúceho polovici uhla rozvetvenia Θ medzi prístupovými vlnovodmi prepojovacieho člena dovoľuje znížiť dĺžku zakriveného úseku 132 medzi prístupovými vlnovodmi prepojovacieho člena, a tak i optických vlnovodov zariadenia. S výhodou môže byť dĺžka zakriveného úseku 132 nižšia ako 0,5 mm.

V prípade, kedy je základná podložka vytvorená z materiálu LiNbO3, s priechodom vyžarovania po celej dĺžke osi y kryštálu, je otočný prepojovací člen, ak je uhol otočenia Θ/2 menší ako zodpovedajúci uhol, pri ktorom je možné zafixovať orientáciu osi y kryštálu vzhľadom k základnej podložke a ktorého veľkosť je okolo 0,3° činný v podstate rovnakým spôsobom ako ostatné prepojovacie členy.

Z iného hľadiska, za účelom kompenzácie možných malých rozdielov, môže byť celá štruktúra filtra otočná v rozmedzí uhla okolo ή/4 v opačnom smere pri zachovaní všetkých výhod týkajúcich sa tretieho alternatívneho vyhotovenia zariadenia.

Podľa popisu jednotlivých vyhotovení zariadenia podľa predloženého vynálezu, ktoré boli až doteraz v predchádzajúcom texte spomenuté, sa vytvárané povrchové akustické vlny a optické signály šíria v rovnakom smere pozdĺž príslušných paralelne usporiadaných vlnovodov. Je však rovnako možné vytvoriť vyhotovenie, v ktorom sa povrchové akustické vlny šíria v smere opačnom k smeru optických signálov.

Použitie akustických vlnovodov za účelom zlepšenia smerových vlastností akustických vín a dosiahnutie oblastí maxima akustickej intenzity v blízkosti optických vlnovodov bolo popísané v predchádzajúcom texte. Avšak v súlade s predloženým vynálezom je rovnako možné zabezpečiť použitie smerových prevodníkov generujúcich povrchové akustické vlny šíriace sa v smere optických vlnovodov i za neprítomnosti akustických vlnovodov.

Podobne môžu byť popísané alternatívne usporiadania, určené na pripojenie s niektorými z popísaných zariadení použité, po uskutočnení príslušných úprav, odborníkom oboznámeným so stavom techniky zrejmých, rovnako i v spojení s ďalšími v predchádzajúcom texte popísanými zariadeniami.

Napriek tomu, že až doteraz bol predložený vynález popisovaný iba s odvolaním na prípad, kedy použitý polarizátor, prepojený s dvoma navzájom súčinnými akustickými stupňami zariadenia, pozostáva z jediného polarizačného prepojovacieho člena nestálej vlny, bude odborníkom oboznámeným so stavom techniky zrejmé, že v prípade akceptovateľnosti nepatrného zvýšenia celkovej dĺžky alebo zoslabenia zariadenia, môže byť jeden alebo každý z polarizátorov prepájajúcich dva stupne, pozostávať z dvoch (alebo eventuálne viac) sériovo pripojených polarizačných prepojovacích členov nestálej vlny, pričom u tohto usporiadania môže byť dosiahnutý pre každý takýto polarizátor nižší extinkčný pomer a pre zariadenie ako celok nižší šum pozadia.

Claims (26)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Akustickooptický vlnovod na selekciu vlnovej dĺžky, obsahujúci jednu podložku z dvojlomného a fotoelastického materiálu, na ktorej sú vytvorené:

   - prvý rotačný stupeň roviny polarizácie optického signálu v prvom intervale vlnovej dĺžky, obsahujúci aspoň optický vlnovod, ktorým prechádza uvedený signál, druhý rotačný stupeň roviny polarizácie optického signálu v druhom intervale vlnovej dĺžke, obsahujúci aspoň optický vlnovod, ktorým prechádza uvedený signál, aspoň jeden optický vlnovod, prepájajúci uvedený prvý a druhý stupeň, nesúci polarizátor, aspoň jeden optický vlnovod v smere uvedeného druhého stupňa, nesúci polarizačno - selektívny prvok, vyznačujúci sa tým, že uvedený jednoduchý polarizátor pozostáva z polarizačného prepojovacieho člena s tlmenou vlnou.
2. 2. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že aspoň jeden z uvedených prvých a druhých stupňov obsahuje prvky na generovanie povrchovej akustickej vlny.
3. 3. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že uvedená podložka obsahuje akustický vlnovod vrátane aspoň jednej časti jedného z optických vlnovodov uvedeného prvého a druhého stupňa.
4. 4. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že toto akustickooptické zariadenie obsahuje prvý akustický vlnovod prechádzajúci časťou podložky vrátane uvedeného optického vlnovodu uvedeného prvého stupňa a druhý akustický vlnovod vystupujúci z časti podložky vrátane uvedeného optického vlnovodu uvedeného druhého stupňa.
5. 5. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že uvedené prvky na generovanie povrchovej akustickej vlny sú umiestnené vo vnútri aspoň jedného z uvedených akustických vlnovodov, neskôr uzatvorených do jedného konca pre jednosmerné šírenie uvedenej akustickej vlny v uvedenom akustickom vlnovode.
6. 6. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že uvedené prvky na generovanie povrchovej akustickej vlny obsahujú niekoľko prelínajúcich sa elektród umiestnených transverzálne k uvedenému akustickému vlnovodu.
7. 7. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že uvedené akustickooptické zariadenie obsahuje akustický absorbér, umiestnený na uvedenom konci uvedeného akustického vlnovodu.
8. 8. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že obsahuje akustický absorbér, umiestnený na konci uvedeného akustického vlnovodu opačnom ku koncu, kde sú umiestnené prvky na generovanie povrchovej akustickej vlny.
9. 9. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že uvedené prvky na generovanie povrchových akustických vín obsahujú dve skupiny prelínajúcich sa elektród, umiestnených vedľa seba navzájom vo vopred určených vzdialenostiach, postupne napájaných prvým signálom striedavého elektrického napätia a druhým signálom elektrického napätia, získaným otočením uvedeného prvého elektrického signálu o 90°, na generovanie jednosmernej akustickej vlny.
10. 10. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obsahuje dva optické rovnobežné vlnovody v každom z uvedených prvých a druhých stupňov a dva optické spojovacie vlnovody medzi uvedenými prvými a druhými stupňami, pričom každý optický spojovací vlnovod nesie jeden oddelený polarizačný selektívny prvok, prispôsobený na prenos jednej z dvoch navzájom kolmých polarizačných zložiek a aspoň jeden z uvedených polarizačných selektívnych prvkov obsahuje polarizačný prepojovací člen s tlmenou vlnou.
11. 11. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že jeden z uvedených polarizačných selektívnych prvkov je TE priechodný polarizátor a môže obsahovať kovovú vrstvu prekrývajúcu zodpovedajúci optický spojovací vlnovod medzi prvým a druhým stupňom s oddeľovacou vrstvou, umiestnenou medzi nimi.
12. 12. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že každý z uvedených polarizačných prvkov obsahuje polarizačný prepojovací člen s tlmenou vlnou.
13. 13. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že obidva uvedené polarizačné prepojovacie členy s tlmenou vlnou sú čiarky prenášajúce prepojovacie členy pre príslušné priechodné polarizácie.
14. 14. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že jeden z uvedených prepojovacích členov s tlmenou vlnou je čiarky prenášajúci prepojovací člen pre príslušnú priechodnú polarizáciu a druhý z uvedených polarizačných prepojovacích členov s tlmenou vlnou je priečne prenášajúci prepojovací člen pre príslušnú priechodnú polarizáciu.
15. 15. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že uvedený druhý polarizačný prepojovací člen s tlmenou vlnou je spojený s príslušným optickým spojovacím vlnovodom pomocou zakrivenej časti vlnovodu.
16. 16. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že uvedený druhý polarizačný prepojovací člen s tlmenou vlnou obsahuje priamu stredovú časť tvoriacu nulový uhol s príslušným spojovacím vlnovodom.
17. 17 Akustickooptický vlnovod podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že aspoň jeden z uvedených polarizačných prvkov obsahuje dva polarizačné prepojovacie členy s tlmenou vlnou.
18. 18. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 17, vyznačujúci sa tým, že každý z uvedených polarizačných prvkov obsahuje dva polarizačné prepojovacie členy s tlmenou vlnou.
19. 19. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že uvedený dvojlomný a fotoelastický materiál je LiNbC>3.
20. 20. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 19, vyznačujúci sa tým, že uvedené optické vlnovody a polarizačné prepojovacie členy s tlmenou vlnou sú vytvorené fotolitografickou maskou, založenou na kovovej vrstve s následnou difúziou kovu na podložku.
21. 21. Akustickooptický vlnovod podľa nároku 20, vyznačujúci sa tým, že uvedený kov je titán.
22. 22. Spôsob výroby akustickooptického vlnovodu na selekciu vlnovej dĺžky, pozostávajúci z nasledujúcich krokov:

    vytváranie aspoň jedného vlnovodu na jednej podložke tvorenej dvojlomným a fotoelastickým materiálom, difúziou prvého kovu na uvedenú podložku, vytváranie prvých a druhých polarizačných prepojovacích členov s tlmenou vlnou na uvedenej podložke pomocou fotolitografického deponovania a následnej difúzie druhého kovu vo vnútri vlastnej podložky ako aspoň u jedného optického vlnovodu na spojenie medzi uvedenými polarizačnými prepojovacími členmi, pričom optický vlnovod aspoň v časti obsahuje uvedený akustický vlnovod, vytváranie polarizátora pozdĺž uvedeného optického spojovacieho vlnovodu, vytváranie elektroakustického prevodníka obsahujúceho prelínajúce sa elektródy vo vnútri jedného z uvedených akustických vlnovodov pomocou fotolitografického deponovania tretieho kovu na uvedenú podložku, vyznačujúci sa tým, že uvedený krok vytvárania polarizátora obsahuje uvedený krok vytvárania uvedeného prvého a druhého polarizačného prepojovacieho člena a uvedeného optického spojovacieho vlnovodu a spočíva vo vytváraní tretieho polarizačného prepojovacieho člena s utlmenou vlnou.
23. 23. Spôsob výroby akustickooptického vlnovodu podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že prvé, druhé a tretie polarizačné prepojovacie členy s utlmenou vlnou sú navzájom identické.
24. 24. Spôsob výroby akustickooptického vlnovodu podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že tento postup obsahuje vytváranie na uvedenej podložke pomocou fotolitografického deponovania a následnej difúzie vo vnútri uvedenej podložky uvedeného druhého kovu z prvého a druhého optického spojovacieho vlnovodu medzi uvedenými prvými a druhými polarizačnými prepojovacími členmi, pričom optické vlnovody sú aspoň sčasti obsiahnuté v uvedenom akustickom vlnovode a obsahuje vytváranie jedného polarizátora pozdĺž všetkých uvedených optických spojovacích vlnovodov.
25. 25. Spôsob výroby akustickooptického vlnovodu podľa nároku 24, vyznačujúci sa tým, že uvedený krok vytvárania uvedených polarizátorov je obsiahnutý v kroku vytvárania uvedených prvých a druhých polarizačných prepojovacích členov a uvedených optických spojovacích vlnovodov a spočíva vo vytváraní tretích a štvrtých polarizačných prepojovacích členov s tlmenou vlnou pozdĺž uvedených prvých a druhých optických spojovacích vlnovodov samostatne.
26. 26. Spôsob výroby akustickooptického vlnovodu podľa nároku 25, vyznačujúci sa tým, že uvedené prvé, druhé, tretie a štvrté polarizačné prepojovacie členy s utlmenou vlnou sú navzájom totožné.