SU528798A1 - Электрооптическое коммутирующее устройство - Google Patents

Description

(54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЕ КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относитс  к интегральной оптике, в частности к устройствам отклонени  светового луча и может быть использовано в оптических вычислительных машинах и в технике оптической волоконной св зи.

в св зи с разработкой оптических вычислительных , машин и оптических линий св зи по$шилась необходимость в оптических коммутирующих устройствах. Эти устройства должны обладать высоким быстродействием (гигагерцы) и высокой коммутирующей способностью (дес тки и сотни положений).

Известно оптическое коммутирующее

устройство, выполненное в виде призмы из электрооптического материала, на боковые грани которой нанесена система пилообразных электродов 13 . При создании электрического пол  между электродами мен етс  показатель преломлени  материала призмы и возникает периодическа  фазова  решетка , на которой происходит дифракци  светового луча. Разрещаюша  способность такого устройства относительно невелика.

Другое известное оптическое коммутирующее устройство использует  вление взаимодействи  света с акустическими волнами.

У стройство состоит из тонкопленочного оптического волновода, сформированного на поверхности пьезоэлектрического кристалла , и нанесенных поверх волновода параллельных электродов. Электроды ориентированы вдоль направлени  распространени  света, но наход тс  в стороне от пути прохождени  луча 2 .

Под воздействием переменного электрического пол  электродов в волноводе возбуждаютс  звуковые волны. Периодически измен ющеес  в пространстве волновода акустическое давление модулирует значение показател  преломлени  материала: в волноводе формируетс  объемна  фазова  дифракционна  решетка. Падающий под углом к направлению распространени  звуковых волн свет дифрагирует на периодических вариаци х показател  преломлени  материала. С изменением частоты электрического пол  измен етс  период дифракционной решетки, тем самым достигаетс  отклонение луча света на различный угол. Это устройство обладает высокой коммутшзующей спсхюбностью, достигающей нескольких разрешимых положений луча, но дл  переключени  луча света из одного положени  в другое требуютс  единицы и де с тки микросекунд. Прототипом предлагаемого электрооптического коммутирующего .устройства  вл етс  известна  электрооптическа  переменна  фазова  дифракционна  решетка, пре назначенна  дл  модул ции оптического излучени  З . Это устройство представл ет собой тон- копленочный волновод на подложке с нанесенными поверх его электродами гребенча«вого типа. При приложении электрического напр жени  к гребенчатым электродам вектор напр женности электрического пол  мен ет свое направление в соседних парах зубьев. В соответствии с изменени ми направлени  вектора напр женности электрического пол  измен етс  и показатель пре- ломлек   кристалла. Таким образом, в волноводе формируетс  объемна  фазова  дифракционна  решетка с глубиной модул ции показател  преломлени , пропорциональной при.11оженному напр жению. Свет, расугростран юшийс  в волноводе, проходит через дифракционную решетку и дифрагирует на йей, причем интенсивность отклоненного пучка модулируетс  в соответствии с изменени ми электрического напр жени . При некотором электрическом напр жении падающее на устройство излучение дифрагирует со 100% эффективностью - происходит пе ключение света из одного углового положе в другое. Это устройство имеет р д достоинств, наиболее важным из которых  &л етс  малое управл ющее напр жение. Однако оно и ет существенный недостаток: луч света может отклон тьс  только на два угловых положени . Дл  обеспечени  коммутации луча света в N 2 параллельно смещенных положений предлагаемое устройство содержит р из к последовательно расположенных груп электродов, причем кажда  группа включпет в себ  две одинаковые системы гребё чатых электродов, а рассто ни  между группами подчинены закону геометрической прогрессии. На чертеже изображено предлагаемое устройство, позвол ющее осуществл ть мно гократный параллельный перенос луча света . Устройство состоит из подложки 1, оптического тонкопленочного волновода 2, выполненного из электрооптического материала , например из L i J b О , и нанесенного .на поверхность волновода р да последовательно расположенных парных электродов 3. Парные электроды 3 представл ют собой пару одинаковых гребенчатых электродов. Рассто ние между груп-в пами гребенчатых элект:родов, составл ющих пару, подчинено закону геометрической прогрессии. Устройство работает следующим образом . Коммутируемый луч света, распростран ющийс  в волноводе, падает под углом Брэгга Q к зубь м первого гребенчатого электрода, вход щего в парный электрод устройства. Если электрическое напр жение к парному электроду не приложено , то луч света распростран етс  без каких-либо изменений.. При приложении электрического напр жени  к парному электроду коммутируемый луч света испытывает дифракцию, как на дифракционной решетке , . сформированной под первым гребенчатым электродом пары, так и на дифракционной решетке, создающейс  под вторым гребенчатым электродом пары. Так как зубь  всех гребенчатых электродов параллельны между собой, то дифрагированный на первой дифракционной решетке пары луч света падает на вторую дифра щионную решетку под углом, равным 0 . Поэтому после прохождени  парного электрода луч света смещаетс  только параллельно самому себе на величину д /определ емую выражением 4 После любого парного электрода число возможных положений коммутации луча удваиваетс , то есть р д последовательно расположенных к парных электродов переключает луч в N 2 параллельно смещенных положени . Таким образом, предлагаемое электрооптическое коммутирующее устройство, сохран   быстродействие, свойственное прототипу (достигающее частот в несколько гигагерц) позвол ет переключать луч света в N 2 параллельно смещенных положени . При достигнутом уровне техники фотолитографии минимальное напр жение, управл юшее работой устройства, лежит в пределах 5-20 В дл  оптического волновода , сформированного в кристалле L NbO . Максимальное число параллельно смещенных положений луча света равно N/ 2 00 Л при Л 0,1 мм)., Изменив соответствующим образом значени  рассто ний, L или периода гребенчатых