Волноводно-оптический модулятор

11 1,81 И 94 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сове Советских Соыиалистических Республик(22) Заявлено 13.04.79 (21) 2752296/1 Кл.б 02 Г 1 присоединением заявкисударствеикый комитет СССР(53 3) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень5) Дата опубликования описания 07.03.8 621.37 (088.8 по делом иэобретеии и открытий(54) ВОЛНОВ Изобретение относится к управлению световым излучением, например, модуляции оптического сигнала, и может найти применение в волоконно-оптических линиях связи.Известны дифракционные модуляторы 5 оптического излучения на жидкостях 11. Недостатками их являются низкие эффективность и быстродействие, высокие значения управляющего напряжения и значительные габариты. 10Наиболее близок к предлагаемому волноводно-оптический модулятор, предназначенный для передачи видеосигнала на высокочастотной поднесущей по каналу оптической связи 21. 15В схеме прототипа использованы элементы ввода и вывода оптического луча, оптический волновод и система встречно-штыревых электродов, образующая в совокупности с волноводом электрооптический амп литудный модулятор дифракционного типа. На амплитудный модулятор поступает радиосигнал на высокочастотной поднесущей. Формирование поднесущей, промодулированной видеосигналом, производится в от дельном электронном блоке, который содержит задающий высокочастотный генера. тор и модулятор колебаний задающего генератора в соответствии с видеосигналом. Сформированный радиосигнал подается затем на вход электрооптического модулятора, где он и модулирует оптическую несущую и таким путем вводится в оптическую линию связи, преобразуясь в оптический сигнал. Если же на вход оптического модулятора в этой схеме подать видеосигнал с полосой частот от =0 до =ь, то оптическая несущая будет промодулирована видеосигналом без поднесущей, и при детектировании такого сигнала в полосе частот от =0 до верхней частоты =ь невозможно будет избавиться от вредного влияния постоянной фоновой засветки и низкочастотных флуктуаций излучения.Недостаток прототипа заключается в том, что при вводе сигнала на поднесущей в канал оптической связи, полоса пропускания электрооптического модулятора используется неэффективно.Действительно, если полоса частот видеосигнала простирается от 1 =0 до 1 ь=, полоса частот радиосигнала на поднесущей частоте будет простираться от- ь до Ь+1 ь и, таким образом, в полосу пропускания электрооптического модулятора подается радиосигнал с полосой 2 ь, т. е. с вдвое большей полосой, чем полоса видеосигнала,Кроме того, энергетический режим работы модулятора в схеме прототипа весьма невыгоден. Как известно. в спектре ампли 81119450 55 60 тудно-модулированного сигнала мощность, приходящаяся на высокочастотную несущую, всегда превышает мощность, приходящуюся на частоты, несущие информацию, т. е. на боковые частоты. Поэтому при введении сигнала на поднесущей в электрооптический модулятор основная доля мощности генератора будет расходоваться на создание модуляции с частотой поднесущей. В паузах сигнала высокочастотная поднесущая будет по-прежнему воздействовать на модулятор и в модуляторе будет рассеиваться мощность, значительно превышающая ту мощность, которая рассеивается вследствие передачи видеосигналом. Рассеяние мощности в волноводном электрооптическом модуляторе будет приводить к его разогреву и к дестабилизации оптического волновода, а следовательно - к рассогласованию оптической схемыЦель изобретения состоит в расширении полосы частот передаваемого сигнала и в повышении стабильности волноводного оптического модулятора за счет сниженияэнергетических затрат на введение высокочастотной поднесущей в канал оптической связи,Цель достигается путем введения в схему модулятора нового элемента - резонатораповерхностных акустических волн, имеющего усилитель в цепи положительной обратной связи, образующего вместе с усилителем автогенератор и расположенного на поверхности волновода в оптическом волноводном пучке последовательно между устройством ввода и системой встречно-штыревых электродов, образующих дифракционный модулятор интенсивности света.На чертеже представлена схема волноводно-оптического модулятора.Вся схема расположена на поверхности подложки 1. Одним из наиболее подходящих материалов подложки является ниобат лития у среза. На поверхности кристалла 1 лМЬОз сформирован оптический волновод 2 методом диффузии титана в поверхность 11 КЬОэ. Для ввода луча и вывода промодулированного луча из схемы на краях кристалла выполнено устройство в виде клинообразного снижения толщины волноводного слоя 3. В непосредственной близости от точки ввода на поверхности волновода расположен резонатор ПАВ, состоящий из двух отражающих решеток 4 в виде, например, закороченных между собой металлических полос, нанесенных на поверхность подложки, повторяющихся с периодом, равным половине периода акустической волны, полости между решетками и двух возбудителей ПАВ 5, расположенных в резонаторе параллельно штрихам отражающих решеток. Один из возбудителей соединен с входом электронного усилителя 6. Другой возбудитель соединен с выходом этого усилителя, Вкачестве усилителя может быть применен 5О15202530 усилитель на микросхеме. Расположение резонатора относительно устройства ввода таково, что точка пересечения луча, введенного в волновод, с продольной осью симметриирезонатора, т. е. с осью Л,находится в полости резонатора. Угол пересечения луча с поперечной осью равен углу Брэгга6 б = агс 81 п (Лр/и экв Л),где Хо - длина световой волны; Л - длина акустической волны; и - эквивалентный показатель преломления волноводного слоя,В отклоненном после резонатора световом пучке, направленном под углом 26 б к световому лучу, входящему в резонатор ПАВ, расположен электрооптический дифракционный модулятор интенсивности световой волны 7, образованный системой встречно-штыревых электродов на поверхности волновода. Угловое положение системы электродов таково, что направление встречно-штыревых электродов составляет угол 6,д=агсз 1 п(ХО/аыдэл) с направлением оптического луча, выходящего из резонатора (здесь Хо - длина волны излучения; иэн, - эквивалентный показатель преломления волновода; д, - расстояние между электродами встречно-штыревой системы электродов), Устройство вывода луча яз волновода расположено на пути светового пучка, отклоненного дифракционным модулятором. Угол отклонения равен 26, по отношению к пучку, входящему в дифракционный модулятор интенсивности,Волноводно-оптический модулятор работает следующим образом. Световой пучок, введенный в волновод через устройство ввода 3, направляется под углом 6 б в область резонатора в промежутке между отражающими решетками. В резонаторе ПАВ поддерживается незатухающие колебания за счет положительной обратной связи с усилением между входом и выходом резонатора ПАВ, Вследствие дифракции волноводной оптической волны на стоячей волне в ПАВ резонаторе на выходе из резонатора образуется световой пучок, отклоненный под углом 26 б к направлению входного пучка, а отклоненный луч промодулирован по интенсивности с частотой 2 рез (где рез в частота колебаний в резонаторе) и с глубиной модуляции 100%. Далее отклоненный и промодулированный с частотой 2 рез световой луч направляется по плоскому волноводу в электрооптический дифракционный модулятор, где он модулируется по интенсивности видеосигналом, и в результате полученный оптический сигнал, промодулированный сигналом на высокочастотной поднесущей, направляется на выход модулятора в линию связи.В отличие от прототипа на вход электро- оптического модулятора в рассматриваемой схеме должен подаваться лишь видеосигнал, т. е. поднесущая уже введена в опти811194 Формула изобретения люк ФЮЮР сЯеи Составитель В. Масленников Редактор Б, федотов Техред А. Камышникова Корректоры: О. Силунов и О. Тюрин46 Тираж 553 Подписно митета СССР по делам изобретений и открытий Ж, Раушская наб., д. 4/5 аказ 1024/11 Изд, МНПО Поиск Государственного113035, Моск Сапунов пографня 5ческий сигнал райее, в резонаторе ПАВ. Следовательно, отпадает необходимость в электронной схеме модулятора и генератора поднесущей частоты на входе электрооптического модулятора. Поскольку на электрооптический модулятор подается только видеосигнал, он работает в более благоприятном энергетическом режиме, а волновод испытывает меньшее дестабилизирующее воздействие от разогрева, т. к. мощность видеосигнала значительно меньше, чем . мощность соответствующего радиосигнала. Полоса модулятора может быть полностью использована для передачи видеосигнала, если частота поднесущей, равная теперь 2 рез, превышает верхнюю частоту передаваемого сигнала. Волноводно-оптический модулятор, содер:жащий оптический плоский волновод на подложке, элементы ввода оптического луча от источника и вывода оптического луча в линию связи, систему встречно-штыревыхэлектродов на поверхности волновода дляамплитудной модуляции светового луча,отличающийся тем, что, с целью расширения полосы частот передаваемого сигнала и повышения стабильности оптическойсхемы, в него введен резонатор поверхностных акустических волн, имеющий усилительв цепи положительной обратной связи и об 10 разующий вместе с усилителем автогенератор и расположенный по пути оптическоголуча между элементами ввода и системойвстречно-штыревых электродов.Источники информации,15 принятые во внимание при экспертизе1. Мустель Е. Р., Парыгин В. Н, Методымодуляции и сканирования света. М, Наука, 1972, гл. ЧП.2. Белов А. В., Белялетдинов И. Ф., Диа 20 нов Е, М., Золотов Е. М., Прохоров А. МЩербаков Е. А. Макет устройства волоконно-оптической связи с тонкопленочным модулятором, Квантовая электроника, т. 5,Мв 1, стр. 214, 1978 (прототип),