Способ аналого-цифрового преобразования оптических сигналов

".гщ." цПГй 1 сЬ. ,);."4,Е ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЯ С 4 2, сче ров лосковых электродов электрооптического модулятора (ЭОМ), Вводится рассогласование по электрооптическому взаимодействию поля электродов с полемсветовой волны канального оптического волновода ЭОМ, причем относительное изменение интеграла перекрытияпо длине электродов имеет обратнуюзависимость от пространственного затухания электрического сигнала, Изменение интеграла перекрытия реализуют путем аподизации геометрии электродов, например за счет выполненияЭОМ с переменным расстоянием между оптическим волноводом и электродами поих длине, путем выполнения,ЭОМ с переменными по длине электродов ширинойэтих электродов и расстоянием междуними, путем нанесения на поверхностьэлектродной структуры ЭОМ диэлектрического покрытия с изменяющейся подлине электродов толщиной, 5 ил. бретени тносится к оптоэлектсти к способам преобия ронике, в час разования ана оптических сигналов в оптоэлектронных модуляторах, вызванную изменением др константы распространения (3(так как величина управляющего электричес. кого поля Е уменынается вдоль длины оптического модулятора из-за уменьшения напряжения в электродах, вызванного омическими потерями),Изменение др константы распространения р управляемых волн может быть ых сигналов в ци быть использовмах сбора, обра ровой к в оптич и мо ких сии передачи и Цель изобрете ти преобразов Изменение нап нформации.ння - увелиания,ряжения в н дол ь опти ет компен ског е о волновод овать неравноме оэволсть образ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Воронежский государственньй унверситет им. Ленинского комсомола(54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к способампреобразования аналоговых сигналов вцифровой код, и предназначено для использования в оптических системахсбора, обработки и передачи информации. Целью изобретения является увеличение точности преобразования за устранения погрешности интег ия, обусловленной затуханием ектрического сигнала по длине поь направления распространени149 76 О 6 4и ццге рац и ццмецателе (3) равен 1,цз-за нормировки ц формуле (2), запишем выражение (3) в видее фдр = А 1 1 Гг ЕооИус 1 е (5)где- (Ь -СО1( К и,г--- сопя.2 р 2/ выражено с помощью ц м цс цця ди электРИЧЕСКОй КОЦСтаЦтм Л(И) оЦРЕДЕ:ЦЦ 1- у ) цой как и 4 г. Г, (1) 5 показательрсломлеция подложки вдоль осц 2электрооптический коэффициент вдоль осц 2,цы электрического поля управ олц Е д, оптического диффузноД(п )где и и величи ляемых н го волновода, равного:2 у Г У 21Е= . ехр.-12 1 ф15ехр-(7. - е )/ы1, (2) где 2 - координата максимума электрического поля Го; ч ы - размеры оптического волцово- Чда по осям У и 2, 20 следующим образом;1 Уд(и )Е, дкс 1 У 1 1 Еоо скс константой распространения в свободном пространстве К = "-, где(6) 2 у к +(у - к )г 2 11722 для планарной электродной структуры 40 по формуле, известной из теории электричества, величины изменения константы распространения Драпри различных расстояниях а между электродами и расстояниях й между электродами и 45 оптическим волцоводом для отношения размера волновода по оси У к размеру по оси 2, равного 0,5, Величина й учитывает как смещение 1 г по оси г, так и глубину залегания волноводаа = ГурНа фиг, 2-4 приведены возможные варианты устройств, реализующих предлагаемый способ на фиг, 5 - сечение А-А ца Фиг, 4.На фиг, 2-5 обозначены:- оптические диффузионные канальные волцоводы 2 - подложка из злектрооптического материала; 3 - 4 лектроды,длина волны излучения,Учитывая, чтоД(и ) = /3 Г.,где р =п г = соизс 4 272( + у - у )4Е1 а 4116 Так как напряжение в электродах Б и напряженность электрического поля Е , пересекающего оптический волновод при неизменной геометрии электродов, находятся в пропорциональной зависимости, то уменьшение напряжения вдоль длины электродов, вызванное потерями в цих, дает такое же падение цацряженцости электрического поля Е вдоль оптического волновода, которое ;мсцыяает др (формула (5 Изменение структуры поля аподизацией электродов позволяет увеличить Епри неизменном напряжении Т 1, в результате чего достигается выравнивание Лф вдоль длины волновода.На фиг, 1 представлены результаты вычислений по формуле (5) с подстановкой в нее значений Е, для диффузионных волноводов из формулы (2) и обеспечивающие режим бегущей волны;4 - согласующее сопротивление нагрузки; 5 - полупроводниковый лазер; 6 источник управляющего напряжения; 7- диэлектрическое покрытие; 8 - фото- приемник; 9 - компаратор;Общими для всех вариантов устройств являются подложка 2 из электрооптического материала, например ниобата лития, диффузионные волноводы 1, сформированные диффузией титана в ниобат лития, источник 6 управляющего напряжения и согласующее сопротивление 4, подключенные к электродам 3, лазер 5, фотоприемник 8 и компаратор 9. В одном из вариантов устройств нанесено диэлектрическое покрытие 7, например ЕпО.Во всех вариантах устройств реализации способа пропускают оптический35 Еа спл а 5 14976 сигнал От лазерд 5 через систему дцфЬузионньгх канальных волцовопон 1, В процессе распространения л волцоводах оптический сигнал Взаимодействуетс электрическим полем бегущей волны,создаваемым системой электродов 3,Амплитуду выходного оптического сигнала преобразуют в электрический сиг -нал с помощью Фотоприемника 8 и далее подают на компаратор 9, С цельюобеспечения равноменного изменениядр постоянной распространения р вдольлинии электродов, вызванного управляющим сигналом от источника 6, электродную структуру изготавливают с различным расстоянием между электродамивцоль длины оптического волновода1(фиг, 3) и (или) различным взаимнымрасположением электродов и оптического волновода (Фиг, 2), и (или) сразличной толщиной диэлектрическогопокрытия (Фиг 4, 5) вдоль длины оптического волновода.Приведем три примера использования предлагаемого способа для конструирования оптоэлектронных модуляторов, Для всех примеров используютсяинтерферометрические модуляторы МахаЦандера, одномодовые оптические волноводы которых сфармированы в подложке из монокристалла ниобата литияпутем диффузии титана В приповерхностный слой. В этом случае у = 0 (волновод находится в приповерхностномслое) и тогда д = дг,Допустимые потери в волноводах оптических модуляторов це должны превышать нескольких десятков милливатт,что составляет примерно 2 дБ, Принимая потери модулирующего напряженияв 2 дБ, а длину электродов модулятора, например, 4 см, получаем коэффициент затухания в них с( = 0,5 ДБ/сми закон затухания электрического поля 4оптического волноводаы,х(х) = 1 О= 10 , (8)где х - компонента прямоугольной системы координат, направленнаяВДОль Длины Оптического волновода, т.е,Е (х) = Е фх) = Г 1 О , (9)где Е - напряженность управляющегооэлектрического поля при отсутствии потерь в электродах.Для учета уменьшения д а (х), вызванного уменыпецием напряженностиполя Е вследствие потерь в электро 6 елах, ллепем л Формулу (5) коэффициент ъ-(х), тогда формул (5) запишется н лидеи тйД= А1, (х)Е (х,у,г)1- оЕоф (ху,г)дудг, (10)П р и и е р 1, Из семейства кривых, данных на Фцг, 1, находим, чтоизменение лзаимцого расположенияэлектродов модулятора относительнооптического волновода вдоль оси Еот расстояния, равного О, 8 шириныволцовода ы , до положения, когдаг фволновод находится строго между электродами (д = 0), приводит к монотонному увеличению д фв относительныхединицах) от 0,699 до 0,880, т.е, на2 дГ, это свидетельствует о том, чтосмещ.ние электродов относительно оптического волнолода у входных зажимовдолжно быть равно 0,8 ширины волновода с дальнейшим уменыпением его к выходным зажимам и равенством нулю наконце электродовПромежуточные значения смещения для всех примеров определяются также из Формулы (5) поизвестным значениям затухания в конкретном сечении лолновода,П р и м е р 2, Тот же результат,можно получить, если изменить расстояние между электродами а, а оптический лолновод оставить строго посередине (фиг, 3), Так, если относительную величину зазора, равную 1,41 размера волнолода по осц Е, уменьшитьдо 1, то д увелиц 1 тся в259 раэ,т,е, на 2 дБ, это свидетельствует отом, что у входных зажимов электродов величина зазора между электрорами должна составлять 1,41 размераволновода по оси 2, указанная величина уменьшится к выходу до размера,равного размеру волцовода,П р и м е р 3, Для устройства спеременной толщиной диэлектрическогопокрытия можно использовать формулудля компланарного волцовода на диэлектрической поверхности (фиг. 4) Епл + Епс (11)эФФгде ,- эффективная диэлектрическаяпроницаемость;Е - Относительная диэлектричес"кая проницаемость подложки; эфАективцая диэлектрическая проницаемост пространства л зазоре мжду электродами) а(х) с 1 (х) с(х) с частичным заполнением ди-лсктрикс н;с - тиииица диэлектрического покрытия;относительная диэлектричес)кая проницаемость пленки,Возьмем подложку из ниобата лития( " = 30) н направлении оси Е, гленкуиз "а 10 ( ГО 8,8). В этом случае,меняя отношение коэффициента заполнения с/а отдо 0,096, получаем увеличение др н 1,258 раз, т,е, на 2 дБ,Следовательно, от входных зажимов кконцу электродов коэффициент заполнения с /а изменяется от 1 до 0,096, Промежуточные значения расстояния а дляпримера 2 и с/а для примера 3 находят так же, как и для примера 1, изизвестных значений затухания н конкретном сечении нолновода,Из приведенных примеров видно чтоуменьшение Изменения константы распространения дз, вызванного потерямин электродах, можно полностью компенсировать уменьшением расстояния между электродами и оптическим волноводом с 1(х) и (или) расстояния междуэлектродами а(х), и (или) уменьшениемтолщины диэлектрического покрытия сс(х). С учетом потерь в электродахЕ зависит не только от у и г, нои от х, с 1, а, с. Формулу (10) удобнее записать н виде0 еур =(х)АЕа(х), 1(х), с(х),Ув г 1 Еос ) (хУе г)сус 1 г. (12)Согласно (12) Л 1 = сопн, еслиа аа1 у асх),дсх),ссх),у,г)аа -аа= А (х), (14) Уравнение (13) определяет взаим 50 ную зависимость расстояния между электродами а(х), расстояния между электродами и оптическим нолнонодом с 1(х), толщины диэлектрического покрь- тия с(х) и закона затухания сигнала из-за потерь н электродах (х), За 55 давая значения одних из этих параметров, с пс мс 1 ц) н уравнения (13) на - ходят значения других но всехоп" речных сечениях вдоль длины нолноводон,Использование изобретения позволяет повысить точность функциональногопреобразования АЦП с интегрирующейвыборкой, так как устраняются ошибки,вызванные неравномерностью изменениялн константы распространения р, Конкретные значения повышения точностифункционального преобразования зависят от вида аналогового сигнала,подлежащего аналого-цифровому преобразовании. Формула изобретения Способ анало го-цифрово го преобр азонания оптических сигналов, заключающийся в. том, что пропускают оптический сигнал одновременно через набор оптических волноводон, сформированных в подложке из электрооптического материала, управляют оптическимсигналом в каждом волноводе электри- .ческим полем бегущей волны с помощьюсистемы электродов, преобразуют полученный набор оптических сигналов вэлектрические напряжения и сравнивают их с пороговыми уровнями, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения точности преобразования,дополнительно изменяют напряженностьуправляющего электрического поля посечению каждого оптического волновода путем аподизации геометрии элект 1родов, при этом закон изменения напряженности удовлетворяет соотношениюф аф5 1 Е г а(х), с 1(х) с(х), у, г гЕ, (х,у,г)с 1 ус 1 г = А (х),где х - направление вдоль оптического волновода;у - направление, норальное кподложке;г - направление, нормальное к .уи лежащее в плоскости подложки напряженность электрического поля управляемых волн ноптическом волноводе;расстояние между электродами н сечении х;расстояние между электродами и оптическим волноводом;толщина диэлектрического покрытия н сечении х;-35, Раув ениям и открытиям при ГКНТ СССкая наб., д. 4/5