Интегрально-оптический демультиплексор

(5 Е 3 13ффХсЪ Ч ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ аллельных водов иМ ых полосвыход брэгг ресече товодо олнен взаимно п ковых све ских ектов в областях пе ия входПричем виденого и выхо каждый дефл стационарно дефлектором управляемый выполненный диого све ектор вып й решетки располож и перед каждымн электрическиереключатель,еобразователя модовыйв виде п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к интегральной оптике и может быть использовано для частичного или полногоответвления мощности оптическогосигнала в требуемый выходной канал,преимущественно в технике волоконнооптической связи. Целью изобретенияявляется упрощение известного дифракционного коммутатора с углом отклонения 90 . Коммутатор содержит подложку из пьезоэлектрического илиэлектрооптического материала, на которой расположены один входной и М номера моды без изменения ее поляризации, а каждый световод выполненканалирующим по крайней мере две моды одной и той же поляризацииРаботакоммутатора основана на резонанснойзависимости эффективности волноводнойдифракции от номера волноводной моды, падающей на решетку. При этомугол дифракционного отклонения можетбыть выбран меньше 90 , могут исполь"зоваться волноводы, каналирующиетолько моды с определенной поляризацией, и при определенных условияхмогут не использоваться дополнительные модовые переключатели, восстанавливающие исходный тип волны ввыходных световодах, 1 ил.1 136884Изобретение относится к интегральной оптике и может быть использовано для пространственной коммутации оптических сигналов, преимущественно в1) технике волоконно-оптической связи.Целью изобретения является упрощение коммутатора.На чертеже изображена оптическая схема демультиплексора,Устройство содержит входное оптическое волокно 1, выходное оптическое волокно 2 (общее число выходных волокон равно И), входной полосковый световод 3, выходные полосковые световоды 4 (общее число выходных световодов равно Б), входной элемент 5 оптической связи волокна свходным полосковым световодом, выходной элемент 6 оптической связи во локна с выходнымполосковым световодом, стационарную брэгговскую решетку 7 С;(1. - номер выходного полосковогосветовода), электрически управляемый модовый переключатель 8 Р 1,общую подложку 9, фотоприемник 10, блок 11 управления модовыми переключателями.Входное оптическое волокно 1 оптически связано с входным полосковым световодом 3 с помощью входного элемента 5 оптической связи, Каждое вьг ходное оптическое волокно 2,связано с соответствующим выходным полосковым световодом 4 с помощью выходного элемента 6 оптической связи. Все элементы оптической связи обеспечи 35 вают возбуждение (или вывод) свето- водных мод с требуемой поляризацией и заданным номером моды (например,ш). Выходные полосковые световоды 4 параллельны друг другу и пересекаются с входным полосковым световодом под углом . Все полосковые световоды расположены на общей подложке 9, В каждой области пересечения полоско 45 вых световодов имеется стационарная брэгговская решетка 7,вектор К которой лежит в плоскости фигуры.Перед каждой решеткой во входном полосковом световоде расположен элек 50 трически управляемый модовый переключатель, выполненный л виде преобразователя моды беэ изменения поляризации. Без подачи управляющих сигналов на переключатель 8 световая волна на его выходе сохраняет номер моды, па 55 дающий на его вход, (состояние нО").При подаче управляющего сигнала на переключатель 8 световодная мода с 5 2постоянной распространения р преобразуется в световодную моду с постоянной распространения р(ш Ф 1) той же поляризации (состояние "1"). На конце входного полоскового световода 3 имеется фотоприемник 10, электрически связанный с блоком 11 управления, который декодирует сигнал вызова, поступающий из входного опти- ческого волокна 1, и формирует управляющий сигнал, поступающий на требуемый переключатель.Подложка 9 может быть выполнена как иэ пьезоэлектрического (кварц ЬдБЬОз), так и электрооптического (1,д 11 ЬО) материала. В первом случае преобразователь 8 моды выполнен в виде встречно-штыревых электродов, направление которых перпендикулярно направлению входного полоскового световода. Встречно-штыревые электроды нанесены на поверхность подложки, причем период Л электродов удовлетворяет соотношению Л. =,1 /Ю1, (1)где М, М- эффективные показателипреломления для световодных мод с номерамиш, 1;3 . - рабочая длина волны ввакууме.При подаче на эти электроды переменного напряжения соответствующей частоты генерируется акустическая волна, направленная вдоль входного полоскового световода, и вследствие коллинеарного акустооптического взаимодействия световодная мода с волновым вектором а преобразуется в световодную моду с волновым вектором 1 беэ изменения поляризации.Во втором случае преобразователь 8 моды выполнен также в виде встречно-штыревых электродов, преобразование моды осуществляется за счет коллинеарного взаимодействия свето- водной моды с неоднородной по глубине фазовой решеткой, индуцированной в волноводном слое за счет электро- оптического эффекта.Период решетки выбирается по соотношениюм 1 2 =)4(2) где - дифракционный угол.Полосковые волноводы приготовлены, например, на основе ЬМЬО методом(3) 45 50 5 с 3 13688 протонного обмена в расплаве бензойной кислоты с дополнительным боковым ограничением с помощью нанесения на поверхность Ь 1.ЫЬО полосок оптического материала с более высоким (по сравнению с Н : ЬИЬО) показателем преломления (например, Аз, Я ) . Каждая стационарная брэгговская решетка выполнена в ниде периодически гоф О рированного участка поверхности полоскового световода. Вектор каждой стационарной решетки К удовлетворяет обобщенному условию Брэгга/5 р= Иргде р - волновой вектор световойволны в выходном полосковомсветоводе;р - волновой вектор световойволны во входном полосковом световоде,Непосредственно перед решеткойвыполняется условие ш Ф 1 и предполагается, что вектор К направлен из 25конца волнового вектора волны, распространяющейся но входном световоде,а уголмежду векторами р и р меньше 90 . При выполнении условия (3)снетовая волна с волновым векторома в результате дифракции на гофрированной решетке преобразуется в световую волну с волновым вектором /беэ изменения поляризации, Стационарная брэгговская решетка может35быть выполнена также и в виде решетки показателя преломления. В этомслучае период Л решетки выбираетсяпо соотношению 2 И Л здщ/2 =Л40где Д- угол дифракционного отклонения,Соотношение (3) вытекает из векторного условия Брэгга типа (2) при ш=1, т.е. тогда, когда в процессе дифракции номер моды не изменяется, Учитывая, что эффективность дифракции на стационарной брэгговской решетке пропорциональна здп х Ь ( х - коэффи 2циент, зависящий от степени расстройки условия Брэгга; Ь - толщина решетки вдоль направления ее штрихов), толщина решетки может быть выбрана таким образом, что для световодной моды с номером 1 эффективнОсть дифракции максимальна, а для световодной моды с номером ш - минимальна. 45Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии все модовыепереключатели 8 находятся в состоянии0. Светоная волна, приходящая извходного оптического волокна 1 с помощью входного элемента 5 оптическойсвязи, возбуждает во входном полосковом световоде 3 моду с волновымвектором, . Для этой моды угол падения на каждую из стационарных брэгговских решеток 7 не равен углу Брэгга, поэтому волна доходит до фотоприемника 1 О, Если в таком состояниипоступает оптический сигнал вызоватребуемой .-й выходной линии то после преобразования его фотоприемником в электрический сигнал и декодирования в блоке 11 управления намодоный переключатель Р, подаетсяуправляющий сигнал, переводящий егов состояние "1". При этом световод-еная мода с волновым вектором р непосредственно перед стационарной решеткой С, преобразуется в моду сволновым вектором р, для которой условие Брэгга выполняется, и в результате дифракции волна поступает в 1.-йвыходной полосковый световод, причем1 в процессе дифракции на стационарнойгофрированной решетке осуществляетсяобратное преобразование волновоговектора, т.е, в выходном полосковомсветоводе световодная мода имеетволковой вектор рС помощью выходного элемента 6оцтической связи волна поступает вд-е выходное оптическое волокно,Возвращение в исходное состояниепроисходит либо по истечении Фиксированного времени соединения, определяемого блоком управления, либо повремени, затребонанном сигналом вьгзова. Переключение волны в -о выходную линию может быть осуществленотакже и в режиме ручного управленияс помощью блока 11, Кроме того, в режиме частичного ответвления мощностиоптического сигнала сигнал одновременно может быть подан в нескольковыходных линий.Упрощение демультиплексора состоитв упрощении состава элементов выходных каналов. Поскольку элементы оптической связи рассчитаны на возбуждение (вывод) световодной моды с определенной поляризацией, то сохранение одной и той же поляризации приСоставитель В. ЕжовТехред М, Дндык Корректор Л, Пилипенко Редактор И. Шулла Заказ 290/49 Тираж 533 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/51 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 136884 преобразованиях (переключениях) мод позволяет обойтись в выходных каналах без И модовых переключателей, предназначенных для восстановления требуемой поляризации световодных мод (поступающих на выходные элементы 6 оптической связи).Также упрощается технология изготовления демультиплексора, поскольку рабочие углы дифракционного отклонения световых волн меньше 90 и вследствие соотношений (2) и (3) увеличивается период стационарной брэгговской решеткиУпрощается изготовление световодов, поскольку последние рассчитаны на одну и ту же поляризацию мод. Формула и зобретения Интегрально-оптический демультиплексор, содержащий расположенные на общей подложке входной полосковый световод, который снабжен входным 2 5 6элементом оптической связи, М взаимнопараллельных выхОдных полосковых световодовкаждый из которых пересекается с входным полосковым световодоми снабжен выходным элементом оптической связи, М стационарных брэгговских решеток, каждая из которыхрасположена в соответствующей области пересечения входного и выходныхполосковых световодов, М электрически управляемых модовых переключателя,каждый из которых расположен на участке входного полоскового световодаперед соответствующей брэгговскойрешеткой, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения демульти"плексора, каждый электрически управляемый модовый переключатель выполнен в виде преобразователя моды однойи той же поляризации, а оптическоепропускание одного и других полосковых световодов соответствует покрайней мере двум волноводным модам одной и той же поляризации .