Оптический элемент, способ управления его спектральной характеристикой, система оптических элементов и способ управления этой системой

Оптический элемент включает фазовую решетку Брегга, которая сформирована в электрооптическом материале или в нанесенном на него дополнительном слое. Решетка снабжена средством для создания неоднородного апериодического внешнего электрического поля вдоль направления распространения оптического излучения, с помощью которого изменяют дифракционную эффективность решетки. Система оптических элементов - по меньшей мере две фазовые решетки Брегга, имеющие различные периоды и расположенные последовательно вдоль направления распространения оптического излучения. Системой оптических элементов управляют путем воздействия на решетки неоднородным апериодическим внешним электрическим полем. Обеспечивается многофункциональность, а также высокая спектральная селективность, широкий диапазон длин волн, большой динамический диапазон, низкий уровень потерь и перекрестных помех. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 29 ил.

 

Изобретение относится к оптике, в частности к оптическим методам и устройствам для спектральной фильтрации оптического излучения, основанным на электрооптических кристаллах, и может быть использовано для создания электрически управляемых узкополосных фильтров с широким диапазоном перестройки по длине волны, селективных оптических аттенюаторов и модуляторов света, а также оптических эквалайзеров.

Наблюдающийся в последнее время стремительный рост объема передаваемой информации привел к появлению новых технологий, обеспечивающих высокую пропускную способность современных телекоммуникационных сетей. Одной из наиболее перспективных является спектральное уплотнение каналов в волоконно-оптических линиях связи (WDM). Передача нескольких десятков спектральных каналов, используя разные длины волн света в диапазоне от 1530 нм до 1600 нм, по одному волокну позволяет увеличить его пропускную способность до нескольких терабит в секунду.

Спектральное уплотнение передаваемых каналов требует большого числа оптических элементов, таких как, ветвители, маршрутизаторы, оптические фильтры, модуляторы, усилители и многих других. Кроме того, для наиболее эффективного использования новых возможностей, которые предоставляет WDM необходимо производить управление и переключение оптических сигналов без преобразования их в электронный вид. Таким образом, существенно возрастает роль управляемых оптических элементов, например оптических переключателей и перестраиваемых оптических фильтров.

Известные способы спектральной фильтрации оптического излучения основаны на дифракции этого излучения на брэгговской решетке, предварительно записанной и зафиксированной в фоторефрактивном кристалле [1]. Возможно использование как объемного, так и волноводного варианта брэгговской решетки [2].

Собственно спектральную фильтрацию осуществляют следующим образом. При освещении кристалла лучом света в направлении, практически параллельном вектору записанной и зафиксированной дифракционной решетки, свет с длиной волны, которая удовлетворяет условию Брэгга, отражается от решетки в обратном направлении, а свет в остальном спектральном диапазоне проходит сквозь оптически прозрачный кристалл. Строго говоря, от решетки отражается свет в определенном узком диапазоне длин волн, центральная длина волны которого λ _r удовлетворяет условию Брэгга:

где n - средний показатель преломления кристалла;

Λ - период дифракционной решетки, мкм.

Спектральная селективность такого фильтра зависит от длины дифракционной решетки и описывается следующим соотношением:

где d - ширина спектра, выделяемого сигнала или ширина полосы спектральной характеристики фильтра [3]; мкм;

n₁ - амплитуда изменения показателя преломления брэгговской решетки;

Т - длина дифракционной решетки, мкм.

Для выбора значения λ _r в поперечном направлении к направлению распространения излучения в кристалле может быть создано электрическое поле, напряженностью Е [4]. В фоторефрактивных кристаллах благодаря линейному электрооптическому эффекту (эффект Поккельса) средний показатель преломления n зависит от напряженности электрического поля Е следующим образом:

где Δ _n - приращение показателя преломления;

n₀ - средний показатель преломления при Е=0;

r - эффективный электрооптический коэффициент, который зависит от направления электрического поля Е по отношению к главным кристаллографическим осям (для выбранной конфигурации r=const).

Изменяя напряженность поля Е, перестраивают фильтр, осуществляя выбор определенной длины волны λ _r фильтруемого излучения. Волноводная конфигурация позволяет создавать большие управляющие поля при относительно невысоком прикладываемом напряжении благодаря очень малому междуэлектродному расстоянию (-10 мкм).

Известен голографический оптический элемент [5], выполняющий функцию узкополосного оптического фильтра. Элемент состоит из фоторефрактивного кристалла, внутри которого записана и зафиксирована голографическая отражающая брэгговская решетка. Элемент обладает очень высокой спектральной селективностью (возможно создание фильтров с шириной полосы спектральной характеристики менее 0,01 нм), может быть использован для фильтрации света с заданной кривизной волнового фронта, а также для одновременной фильтрации сразу нескольких спектральных линий.

Однако при использовании известного голографического оптического элемента в волоконно-оптических системах связи объемная конфигурация устройств на его основе приводит к необходимости в дополнительной коллимирующей оптике, требующей прецизионной настройки, что делает данные устройства весьма дорогостоящими и затрудняет их массовое производство.

Известен способ электрической перестройки голографического оптического фильтра в фоторефрактивном кристалле [5], по которому в кристалле создают пространственно однородное электрическое поле путем приложения к кристаллу постоянного напряжения. Изменяя величину прикладываемого напряжения, а, следовательно, напряженность электрического поля Е, выполняют перестройку фильтра, осуществляя выбор определенной центральной длины волны λ _r, фильтруемого излучения.

Недостатками известного способа являются: необходимость применения высоких управляющих напряжений, которые определяются небольшой величиной электрооптических коэффициентов используемых фоторефрактивных материалов, а также узкий диапазон перестройки, ограниченный электрическим пробоем и не превышающий 1 нм для кристалла ниобата лития.

Известна система голографических решеток для спектрального мультиплексирования каналов в телекоммуникационных сетях [5], использующих спектральное уплотнение каналов. Система включает в себя набор отражательных голографических решеток Брэгга с разными периодами, соответствующими различным спектральным каналам, которые записываются в фоторефрактивном материале. Решетки записаны так, что обеспечивают различное направление распространения света, продифрагировавшего на разных решетках и имеющего разные центральные длины волн. Данная система обеспечивает очень высокую селективность и может быть использована для мультиплексирования/демультиплексирования большого числа близко расположенных (<0,4 нм) спектральных каналов.

Однако данная система не предусматривает возможности управления, имеет объемное исполнение, что увеличивает габариты системы, и требует прецизионной оптической настройки.

Известен способ электрического мультиплексирования [6, 7], который состоит в том, что в одном и том же объеме фоторефрактивного кристалла записывают несколько голографических брэгговских решеток при различных значениях напряженности прикладываемого внешнего электрического поля. Данный способ позволяет расширить диапазон электрической перестройки устройства.

Однако при использовании данного способа возникает ограничения на количество переключаемых спектральных каналов (определяющееся максимальным числом электрически мультиплексируемых голограмм) и на расстояние между соседними каналами, вызванное жесткими требованиям современных систем связи по уровню перекрестных помех. При электрическом переключении просто происходит смещение центральных длин волн всех решеток, записанных в кристалле, при этом центральная длина волны только одной из них совпадает с центральной частотой спектрального канала, включенного в данный момент, в то время как остальные решетки вносят дополнительные шумы.

Известен оптический переключатель [8], включающий в себя параэлектрический фоторефрактивный материал, внутри которого сформирована, по крайней мере, одна голографическая решетка с двумя электродами, нанесенными на противоположные грани материала, для приложения внешнего электрического поля.

Однако в данном переключателе используется кристалл KLTN в параэлектрической фазе, работающий вблизи фазового перехода, что существенно повышает требования к температурной стабилизации данного устройства и ограничивает диапазон рабочих температур. Кроме того, к настоящему времени не разработаны способы получения оптических волноводов высокого качества на основе данного кристалла, поэтому устройства на базе известного способа электроголографии имеют объемную конфигурацию, требуют высокого переключающего напряжения и сложной оптической настройки.

Известен способ работы оптического переключателя [8]. Способ основан на квадратичном электрооптическом эффекте, что позволяет производить электрическое включение голографической решетки, записанной в параэлектрическом кристалле, за счет совместного действия пространственно модулированного распределения электрического поля заряда, создающего голографическую решетку внутри кристалла, и пространственно однородного прикладываемого внешнего электрического поля. Известный способ позволяет производить переключения света как по направлению распространения, так и по длине волны излучения.

Известный способ требует применения высокого переключающего напряжения и сложной оптической настройки.

Известна система оптических переключателей, состоящая из оптических переключателей на основе параэлектрического фоторефрактивного материала [8]. Данная система оптических переключателей позволяет производить коммутацию спектральных каналов между несколькими входными и выходными оптическими волокнами.

Однако данная система имеет объемную конфигурацию и имеет высокую чувствительность к температурным изменениям (параэлектрический материал работает вблизи точки фазового перехода).

Известен способ управления системой оптических переключателей на основе параэлектрического фоторефрактивного материала [8], который заключается в приложении пространственно однородного электрического поля хотя бы к одному из образцов параэлектрического фоторефрактивного кристалла, образующих систему оптических переключателей, что приводит к электрическому включению голографической решетки, записанной в параэлектрическом кристалле, за счет совместного действия пространственно модулированного распределения электрического поля заряда, создающего голографическую решетку внутри кристалла, и пространственно однородного прикладываемого внешнего электрического поля. Свет с определенной длиной волны и распространяющийся в определенном направлении испытывает дифракцию на включившейся голографической решетке и изменяет направление распространения. Таким образом, осуществляется электрическая коммутация оптических сигналов.

Однако быстродействие известного способа ограничено высокими управляющими напряжениями. Кроме того, данный способ позволяет осуществлять переключение только между отдельными дискретными состояниями и не имеет возможности непрерывного сканирования центральной длины волны по спектральному диапазону.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является оптический элемент, описанный в [9]. Оптический элемент состоит из подложки, на которую нанесена тонкая пленка электрооптического диэлектрического материала с показателем преломления, большим, чем показатель преломления подложки. Тонкая пленка электрооптического материала используется в качестве оптического волновода. В другом варианте электрооптический материал (LiNbO₃) используется в качестве подложки, а оптический волновод формируется методом диффузии ионов титана. На поверхность электрооптического слоя нанесены продольные электроды, к которым подключен управляющий источник напряжения. Внутри волноводного слоя сформирована дифракционная решетка, представляющая собой периодическое возмущение оптических свойств волновода.

Элемент обладает очень высокой спектральной селективностью и выполняет функцию электрически перестраиваемого узкополосного оптического фильтра (возможно создание фильтров с шириной полосы спектральной характеристики менее 0,01 нм). Волноводная конфигурация позволяет создавать большие управляющие поля при относительно невысоком прикладываемом напряжении благодаря очень малому междуэлектродному расстоянию (~10 мкм).

Однако диапазон перестройки центральной длины волны такого элемента ограничен напряжением пробоя и в случае устройства на основе кристалла LiNbO₃ не превышает 1 нм.

Известен способ управления спектральной характеристикой оптического элемента, принятый за прототип [9] и состоящий в приложении управляющего напряжения к электродам, нанесенным на поверхность слоя электрооптического материала. Приложенное управляющее напряжение создает внутри электрооптического материала однородную вдоль направления волнового вектора брэгговской решетки напряженность электрического поля. Созданное электрическое поле вызывает изменение показателя преломления электрооптического материала, а следовательно, и изменение постоянной распространения света внутри волновода. Это приводит к изменению интенсивности света отражающегося от брэгговской решетки на заданной фиксированной длине волны или, в случае использования немонохроматического светового излучения, к изменению центральной длины волны, отраженной от решетки, спектральной полосы оптического излучения.

Диапазон перестройки центральной длины волны спектральной характеристики известным способом-прототипом ограничен напряжением пробоя и в случае устройства на основе кристалла LiNbO₃ не превышает 1 нм.

Известна система оптических элементов, принятая за прототип [10], включающая управляемый оптический волновод, соединенный с входным и выходным интерфейсом из нескольких связанных оптических волноводов, внутри управляемого оптического волновода сформирован набор электрически управляемых решеток показателя преломления, каждая из решеток образованна периодически поляризованным (с заданным периодом) сегнетоэлектрическим материалом (например, LiNbO₃, KDP, ADP и др.) и двумя электрически изолированными электродами, соединенными с цепью электрического управления. Данная система может выполнять функции электрически управляемого оптического фильтра, электрически управляемого селективного маршрутизатора и широкополосного мультиплексора.

Недостатками известной системы-прототипа являются относительно широкая полоса спектральной характеристики (1 нм) и сложная конфигурация ввода и вывода сигнала на основе интерфейсов из нескольких связанных волноводов. Ограничение по спектральной селективности связано с физической природой механизма формирования электрически управляемой решетки. В сегнетоэлектрических кристаллах существует ограничение на минимальный размер сегнетоэлектрического домена, типичная величина составляет 1÷ 10 мкм, поэтому возникает ограничение на период решетки. Связь ширины полосы спектральной характеристики и периода решетки определена выражением (2). Дополнительно к ограничению на селективность большой период решетки приводит к необходимости использования механизма преобразования мод, распространяющихся в попутном направлении, а следовательно, многомодового оптического волновода. При этом для согласования многомодового волновода с одномодовым оптическим волокном, использующемся в современных телекоммуникационных системах, требуется сложная система ввода и вывода оптического сигнала на базе связанных одномодовых оптических волноводов.

Известен способ управления системой оптических элементов [10], включающий приложение пространственно однородного электрического поля к заданной решетке периодически поляризованного сегнетоэлектрика. При этом данная решетка активируется и на ней начинает происходить преобразования мод светового сигнала на соответствующей центральной длине волны. Преобразование мод приводит к пространственному перераспределению интенсивности света на этой длине волны, в результате которого оптический сигнал на данной длине волны выводится через специальную согласующую систему волноводов в заданное выходное волокно. Данный способ позволяет осуществлять электрическую коммутацию спектральных каналов с очень высокой скоростью (потенциально время переключения может быть 10-9 с).

Недостатками известного способа управления системой оптических элементов являются, во-первых, то, что данный способ позволяет осуществлять переключение только между отдельными дискретными состояниями и не обеспечивает возможность непрерывного сканирования центральной длины волны по спектральному диапазону, во-вторых, фильтрация осуществляется за счет селекции пространственных мод и требует некоторого компромисса между требованиями к уровню потерь и уровню перекрестных помех.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка оптического элемента и системы оптических элементов в интегрально-оптическом исполнении, имеющих многофункциональное назначение (перестраиваемые оптические фильтры, селективные оптические аттенюаторы и модуляторы, оптические переключатели и т.д.), и обладающих высокой спектральной селективностью, широким диапазоном рабочих длин волн, большим динамическим диапазоном, низким уровнем потерь и перекрестных помех, а также способов их управления, которые бы позволяли производить электрическое управление их спектральной характеристикой (такое как спектральная перестройка, спектрально селективная модуляция и т.д.) с высокой скоростью при относительно невысоких управляющих напряжениях.

Поставленная задача решается группой изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом.

Так, поставленная задача решается тем, что оптический элемент включает электрооптический материал и фазовую решетку Брэгга, которая сформирована в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, при этом решетка снабжена средством для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля по меньшей мере на части длины решетки вдоль направления распространения оптического излучения.

Фазовая решетка Брэгга может быть сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.

Фазовая решетка Брэгга может быть сформирована в оптическом волноводе электрооптического материала, в частности в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности оптического волновода.

Упомянутая решетка может быть сформирована в нанесенном на оптический волновод дополнительном слое, выполненном из материала, показатель преломления которого при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%, например, выполненном из фоточувствительного полимера или халькогенидного материала.

В этом случае упомянутая решетка может быть выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности упомянутого дополнительного слоя.

Средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля может быть выполнено самым различным образом, например, в виде двух электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки, при этом расстояние между этими электродами апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения.

Средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля может быть также выполнено в виде четырех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных попарно по обе стороны упомянутой решетки, при этом расстояние между упомянутыми электродами каждой пары апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения.

Средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля может быть выполнено в виде по меньшей мере трех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки и предназначенных для управления напряженностью внешнего электрического поля в различных точках упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения, например, в виде N упомянутых электродов, при этом число упомянутых электродов N удовлетворяет соотношению:

D - диапазон перестройки центральной длины волны отражения упомянутой решетки, нм, (диапазон изменения центральной длины

волны света, отраженного от упомянутой решетки при приложении к электродам максимально возможного напряжения),

d - ширина полосы спектральной характеристики упомянутой решетки, нм.

Поставленная задача решается также тем, что управление спектральной характеристикой оптического элемента, включающего электрооптический материал и фазовую решетку Брэгга, которая сформирована в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, при этом решетка снабжена средством для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля по меньшей мере на части длины решетки вдоль направления распространения оптического излучения осуществляют воздействием по меньшей мере на часть упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим изменение дифракции оптического излучения, в частности, обеспечивающим ее максимальное изменение.

При воздействии пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем направление вектора напряженности этого электрического поля на одной части упомянутой решетки можно задавать противоположным направлению вектора напряженности упомянутого электрического поля на другой части упомянутой решетки.

Поставленная задача решается также системой оптических элементов, включающей электрооптический материал и по меньшей мере две фазовые решетки Брэгга, имеющие различные периоды и расположенные последовательно вдоль направления распространения оптического излучения, при этом упомянутые решетки сформированы в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, а каждая решетка снабжена средством для создания неоднородного апериодического внешнего электрического поля и управления его напряженностью вдоль направления распространения оптического излучения по меньшей мере на части длины решетки.

В такой системе оптических элементов центральная длина волны отражения каждой упомянутой решетки в отсутствии внешнего электрического поля отличается от соседних по спектральному диапазону решеток на величину, равную или большую D.

Фазовая решетка Брэгга в оптических элементах может быть сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.

Фазовая решетка Брэгга может быть сформирована в оптическом волноводе электрооптического материала оптического элемента системы, например, в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности оптического волновода.

Эта решетка может быть сформирована в нанесенном на упомянутый волновод дополнительном слое, выполненном из материала, показатель преломления которого при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%, в частности из фоточувствительного полимера или халькогенидного материала, и иметь вид периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности упомянутого дополнительного слоя.

В системе оптических элементов упомянутое средство для управления напряженностью внешнего электрического поля может быть выполнено в виде по меньшей мере трех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки и предназначенных для управления напряженностью внешнего электрического поля в различных точках упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения.

Например, упомянутое средство для управления напряженностью внешнего электрического поля может быть выполнено в виде N упомянутых электродов, при этом число электродов N удовлетворяет, как указывалось выше, соотношению: N≥ 2 D/d.

Такое выполнение позволяет проводить более гибкое управление спектральной характеристикой системы оптических элементов.

Поставленная задача решается также способом управления системой оптических элементов, включающей электрооптический материал и по меньшей мере две фазовые решетки Брэгга, имеющие различные периоды и расположенные последовательно вдоль направления распространения оптического излучения, при этом упомянутые решетки сформированы в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, а каждая решетка снабжена средством для создания неоднородного апериодического внешнего электрического поля и управления его напряженностью вдоль направления распространения оптического излучения по меньшей мере на части длины решетки, при котором воздействуют по меньшей мере на одну из упомянутых решеток вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим изменение дифракции оптического излучения, в частности ее максимальное изменение.

Способ управления системой оптических элементов может включать воздействие на одну из упомянутых решеток упомянутым пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем при одновременном воздействии по меньшей мере на одну из остальных упомянутых решеток однородным электрическим полем, при этом напряженность однородного электрического поля можно изменять во времени по заданному закону.

При указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем его напряженность можно увеличивать во времени от нуля до максимально допустимой величины, затем воздействовать на эту решетку вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное уменьшение дифракции оптического излучения, с одновременным воздействием однородным электрическим полем на соседнюю по спектральному диапазону решетку упомянутой системы.

Можно также при указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем его напряженность уменьшать во времени от максимально допустимой величины до нуля, а затем воздействовать на эту решетку вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное уменьшение дифракции оптического излучения, с одновременным воздействием однородным электрическим полем на соседнюю по спектральному диапазону решетку упомянутой системы.

Сущность изобретения заключается в том, что дифракцией брэгговской решетки управляют путем создания неоднородного распределения электрического поля внутри электрооптического материала.

При осуществлении заявляемого способа управления оптическое излучение можно вводить в электрооптический кристалл вдоль вектора дифракционной решетки, регистрируя как результат фильтрации, оптическое излучение, отраженное за счет дифракции на упомянутой решетке, и оптическое излучение, прошедшее через кристалл.

Дополнительно можно существенно снизить управляющее напряжение и увеличить скорость управления за счет использования волноводной конфигурации, где фильтруемое световое излучение распространяется внутри оптического волновода, сформированного в электрооптическом кристалле.

Как указывалось выше, брэгговская решетка внутри волновода может быть сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.

Дополнительно можно существенно увеличить дифракционную эффективность брэгговской решетки путем формирования упомянутой решетки в виде рельефа на поверхности оптического волновода. Также для увеличения дифракционной эффективности можно использовать дополнительный слой на поверхности волновода, обладающий заданными характеристиками, тогда брэгговская решетка формируется в этом дополнительном слое либо в виде голографической решетки показателя преломления, либо в виде рельефа поверхности дополнительного слоя.

Так же, как и в известных способах, управление дифракцией фильтруемого излучения осуществляют путем создания в кристалле электрического поля заданной напряженности, изменяющего показатель преломления кристалла. Однако отличительной чертой заявляемого изобретения является то, что электрическое поле неоднородно в направлении волнового вектора решетки. Создавая заданное пространственное распределение электрического поля внутри кристалла можно получать определенную спектральную характеристику оптического элемента, что делает данное устройство многофункциональным.

Так при приложении монотонно изменяющегося вдоль волнового вектора решетки внешнего электрического поля можно существенно снизить дифракционную эффективность вплоть до значения меньшего, чем допустимый уровень перекрестных помех в системах связи на основе спектрального уплотнения. На основе этого можно создать электрический спектрально селективный переключатель света. Скорость переключения такого устройства очень высока благодаря электрооптической природе управления и может составлять 10-100 ГГц.

Изменяя степень неоднородности электрического поля, мы можем управлять величиной дифракционной эффективности брэгговской решетки, так что такое устройство будет действовать как электрически управляемый селективный аттенюатор или модулятор света.

Дополнительно возможно электрически управлять формой спектральной характеристики брэгговской решетки, работающей как оптический фильтр. Примером может служить модификация из отражающего фильтра в пропускающий фильтр при приложении к двум равным половинам решетки электрических полей, отличающихся на величину, обеспечивающую разность фаз, равную π для световых волн, отраженных от этих половин.

Заявляемая система оптических элементов может работать как универсальный оптический переключатель спектральных каналов. При этом определенное количество заданных брэгговских решеток находится в неоднородном электрическом поле и дифракция на них отсутствует, а к остальным решеткам либо прикладывается однородное электрическое поле, либо не прикладывается вообще (они обеспечивают отражение заданного набора длин волн или спектральных каналов).

Дополнительно упомянутая система оптических элементов может работать как электрически управляемый оптический эквалайзер, где дифракционная эффективность каждой отдельной решетки регулируется за счет степени пространственной неоднородности прикладываемого к ней внешнего электрического поля.

Дополнительно упомянутая система оптических элементов может работать как узкополосный оптический фильтр с широким диапазоном непрерывной электрической перестройки.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан в аксонометрии оптический элемент-прототип (V₁, V₂ - потенциалы, подаваемые на электроды);

на фиг.2 приведено изображение в аксонометрии заявляемого оптического элемента с шестью электродами (V₁, V₂, V₃,... V₆ - потенциалы, подаваемые на электроды);

на фиг.3 показан в аксонометрии один из вариантов оптического элемента с двумя электродами, расстояние между которыми линейно изменяется вдоль направления распространения оптического излучения;

на Фиг.4 приведен вид сверху на другой вариант оптического элемента с двумя электродами, расстояние между которыми апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения;

на фиг.5 показан вид сверху на оптический элемент с тремя электродами;

на фиг.6 дан вид сверху на один из вариантов оптического элемента с четырьмя электродами, расстояние между каждой парой которых монотонно изменяется вдоль направления распространения оптического излучения;

на фиг.7 показан вид сверху на третий вариант оптического элемента с двумя электродами;

на фиг.8 приведен график изменения напряженности электрического поля Е (В/см) вдоль направления Z (мкм) распространения оптического излучения в оптическом элементе, изображенном на фиг.7;

на фиг.9 дан вид сверху на другой вариант оптического элемента с четырьмя электродами, расстояние между каждой парой которых монотонно изменяется вдоль направления распространения оптического излучения;

на фиг.10 приведен график изменения напряженности электрического поля Е вдоль направления Z распространения оптического излучения в оптическом элементе, изображенном на фиг.9;

на фиг.11 показан в продольном разрезе оптический элемент с фазовой решеткой Брэгга, сформированной в оптическом волноводе (Λ - период решетки, нм);

на фиг.12 приведен график изменения показателя преломления n решетки, изображенной на фиг.11 (n_о - средний показатель преломления решетки, n₁ - ампитуда решетки);

на фиг.13 показан в продольном разрезе оптический элемент с фазовой решеткой Брэгга, выполненной в виде периодически расположенных выступов и впадин поверхности оптического волновода (h - глубина оптического волновода, мкм; Δ h - перепад высот выступов и впадин, нм);

на фиг.14 приведен в продольном разрезе оптический элемент с фазовой решеткой Брэгга, сформированной в дополнительном слое, нанесенном на оптический волновод;

на фиг.15 показан в продольном разрезе оптический элемент с фазовой решеткой Брэгга, выполненной в виде периодически расположенных выступов и впадин поверхности дополнительного слоя, нанесенного на оптический волновод;

на фиг.16 приведена спектральная характеристика отражательной фазовой решетки Брэгга, λ - длина волны оптического излучения, нм; λ _o - центральная длина волны отраженного оптического излучения, нм; R - коэффициент отражения по интенсивности оптического излучения; (относительная величина) d - ширина полосы спектральной характеристики решетки Брэгга, нм;

на фиг.17 показан оптический элемент-прототип с фазовой решеткой Брегга в электрооптическом материале, к которой приложено внешнее постоянное по длине решетки электрическое поле Е (Е_bd - величина напряженности электрического поля, при которой происходит электрический пробой оптического элемента (кВ/см), -Е_bd - поле электрического пробоя обратной полярности (кВ/см), Е_о - величина напряженности электрического поля, приводящая к изменению центральной длины отраженного оптического излучения на величину, равную ширине полосы спектральной характеристики решетки Брэгга (кВ/см), Т - длина решетки, мм);

на фиг.18 приведен график изменения спектральной характеристики оптического элемента-прототипа в зависимости от величины приложенного внешнего постоянного поля по длине решетки электрического поля (а - электрическое поле отсутствует, б - при Е=-Е_bd, в - при Е=Е_о, г - при Е=E_bd);

на фиг.19 показан один из вариантов прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (Е_π/2 - напряженность электрического поля на первой половине решетки, обеспечивающая дополнительный набег фазы оптического излучения, равный π/2, -Е_π/2 - напряженность электрического поля на второй половине решетки, обеспечивающая дополнительный набег фазы оптического излучения, равный -π /2);

на фиг.20 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.19 ( - в отсутствие внешнего электрического поля, - в присутствии внешнего электрического поля);

на фиг.21 приведен еще один вариант прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (-Е_bd - напряженность электрического поля на первой половине решетки, Е_bd - напряженность электрического поля на второй половине решетки);

на фиг.22 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.21 ( - в отсутствии внешнего электрического поля, - в присутствии внешнего электрического поля);

на фиг.23 приведен еще один вариант прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (-Е_bd - напряженность электрического поля на первой трети решетки, Е_bd - напряженность электрического поля на третьей трети решетки;

на фиг.24 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.23 ( - в отсутствие внешнего электрического поля, - в присутствии внешнего электрического поля);

на фиг.25 приведен еще один вариант прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (напряженность электрического поля на первой половине решетки ступенчато изменяют от -Е_bd до 0, а на второй половине решетки напряженность электрического поля ступенчато изменяют от 0 до Е_bd);

на фиг.26 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.25 ( - в отсутствие внешнего электрического поля, - в присутствии внешнего электрического поля);

на фиг.27 приведен еще один вариант прикладываемого к оптическому элементу пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля (напряженность электрического поля на длине решетки Т ступенчато изменяют от -Е_bd до Е_bd);

на фиг.28 показано изменение спектральной характеристики оптического элемента при приложении к нему электрического поля, приведенного на фиг.27 ( - в отсутствии внешнего электрического поля, - в присутствии внешнего электрического поля);

на фиг.29 приведен один из вариантов заявляемой системы оптических элементов (V₁, V₂, V₃,... ... V₃₂ - потенциалы, подаваемые на электроды).

Заявляемый оптический элемент включает пластину 1 из электрооптического материала, в котором может быть выполнен оптический волновод 2 (см. фиг.2). В качестве электрооптического материала могут быть использованы: кристаллы сегнетоэлектриков, такие как LiNbО₃, КNbО₃, ВаTiO₃, SBN, или электрооптические полимерные материалы, использующие различные хромофоры (4’-деметиламино-N-метил-4-стилбазол, 3-метил-4-метокси–4’-нитростильбен [10]). Фазовая решетка Брегга 3 может быть сформирована как в самом материале пластины 1, так и оптическом волноводе 2, а также в дополнительном слое 8. По обе стороны решетки 3 размещено средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля в виде электродов 4 различной конфигурации, к которым через контакты 5 прикладывают потенциалы V₁, V₂, V₃,... ... V_n (в зависимости от числа и конфигурации электродов 4 потенциалы могут быть равными или различными по величине и одинаковыми или разными по знаку). Решетка 3 может быть сформирована как в виде голографической решетки показателя преломления n (см. фиг.11, 12), так и в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов 6 и впадин 7 (см. фиг.13). Решетка 3 может быть сформирована и в нанесенном на волновод 2 дополнительном слое 8 (см. фиг.14, 15), выполненном из материала, показатель преломления которого при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%, например из фоточувствительного полимера (полипентафторостирен + полиглицедилметакрилат + УФ 16974 (Юнион-Карбайд) [12], полиметилметакрилат + АзоДР1 [13]) или халькогенидного материала (Аs₂S₃, As₃₀S₇₀, As₂Se₃). Пространственно неоднородное апериодическое внешнее электрическое поле может быть создано электродами 4 различной геометрии. Например, двумя электродами 4, расстояние между которыми апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения (см. фиг.3, 4, 7); тремя прямоугольными электродами 4 (см. фиг.5), на которые подают различные потенциалы V₁, V₂, V₃, четырьмя электродами 4 различной геометрии (см. фиг.6, 9), шестью прямоугольными электродами 4 (см. фиг.2), на которые подают различные потенциалы V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆; N электродами, где N удовлетворяет соотношению: N≥ 2 D/d. Приведенные выше примеры не ограничивают выбор числа электродов и их конфигурацию.

Спектральной характеристикой заявляемого оптического элемента управляют следующим образом. Внутри электрооптического материала 1 создают необходимое распределение напряженности электрического поля.

Необходимое пространственное распределение напряженности электрического поля может задаваться геометрической формой электродов 4, на которые подаются потенциалы V₁, V₂. На Фиг.7 показан пример конфигурации электродов 4 для создания пространственно неоднородного апериодическоого электрического поля. Неоднородность электрического поля определяется изменением межэлектродного расстояния. Распределение напряженности электрического поля для конфигурации электродов 4, изображенной на Фиг.7, представлено на Фиг.8. Максимально возможное значение прикладываемого электрического поля, а следовательно, и максимальный градиент (неоднородность) определяются полем электрического пробоя Е_bd.

Фиг.9 иллюстрирует возможность увеличения градиента напряженности электрического поля путем выполнения системы, создающей неоднородное электрическое поле, в виде двух пар электродов 4 с изменяющимся межэлектродным расстоянием. К каждой паре электродов прикладывают потенциалы V₁, V₂, но в противоположной полярности. Распределение напряженности электрического поля внутри электрооптического материала 1, соответствующее этой конфигурации электродов 4, показано на Фиг.10.

Средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля в виде N электродов 4, к которым через контакты 5 прикладывают потенциалы V₁, V₂, V₃......V_n, позволяет создавать различные распределения напряженности электрического поля внутри электрооптического материала 1, и что особенно важно, вид зависимости распределения напряженности электрического поля может быть изменен путем изменения величин прикладываемых потенциалов.

Если к электродам 4, находящимся по одну сторону от волновода, приложен одинаковый потенциал V₁, а к электродам 4 по другую сторону потенциал V₂, в электрооптическом материале 1 создается пространственно однородное электрическое поле (см. Фиг.17). Такое поле вызывает смещение центральной длины волны спектральной характеристики отражающей брэгговской решетки 3 (см. Фиг.16) без изменения формы (см. Фиг.18). Величина сдвига центральной длины волны определяется напряженностью создаваемого электрического поля. Поле E₀ соответствует смещению центральной длины волны фильтруемого излучения на ширину полосы спектральной характеристики d (кривая в на Фиг.18). Максимальное смещение достигается при приложении электрического поля с напряженностью, равной напряженности электрического пробоя Е_bd (кривые б и г на Фиг.18). Знак приложенного электрического поля определяет направление смещения. Смещение центральной длины волны спектральной характеристики оптического элемента на величину D, достигается изменением приложенного однородного электрического поля от Е_bd до -E_bd и является полным диапазоном перестройки центральной длины волны. Такое пространственно однородное электрическое поле создается в оптическом элементе-прототипе (см. фиг.1).

Рассмотрим теперь наиболее простой вид пространственного распределения неоднородного электрического поля, когда к двум половинам решетки 3 оптического элемента приложено одинаковое по величине, но противоположное по знаку электрическое поле (см. Фиг.19 и 21). Такое распределение напряженности электрического поля может быть создано при помощи системы электродов 4, изображенной на Фиг.5, когда V₁=0, V₂=-V₃. Брэгговская решетка 3 при этом может рассматриваться на две решетки со спектральными характеристиками, имеющими смещенные центральные длины волн. В случае, если величина смещения длин волн намного больше ширины полосы спектральной характеристики решетки d, можно пренебречь фазовыми соотношениями при суммировании светового излучения, отраженного двумя половинами решетки 3. Тогда спектральная характеристика оптического элемента превращается в сумму спектральных характеристик двух половин брэгговской решетки 3 с разнесенными центральными длинами волн, имеющих половинную длину Т/2, а следовательно, меньший коэффициент отражения и большую ширину полосы спектральной характеристики (см. Фиг.22).

Особый интерес представляет случай, когда разность напряженности электрических полей, приложенных к разным половинам решетки 3, обеспечивает разность фаз светового излучения, отраженного от этих половин, равную π (см. Фиг.19). В случае малых амплитуд решетки 3 (n₁/n₀<<Λ /Т) Е_π/2 ≈Е₀, центральные длины волн различаются лишь на ширину полосы спектральной характеристики d. Тогда амплитуды световых волн, отраженных от разных половин решетки 3, складываются когерентно, т.е. с учетом фазы. В этом случае в центре спектральной характеристики оптического элемента возникает провал (см. Фиг.20), а элемент начинает выполнять роль полосового фильтра, работающего на пропускание. Данный пример наглядно иллюстрирует возможность электрического переключения оптического элемента из состояния работы отражающего оптического фильтра в состояние пропускающего оптического фильтра.

На Фиг.23 изображено пространственное распределение напряженности приложенного электрического поля, когда брэгговская решетка 3 разделена на три части. Такое распределение поля может быть создано системой электродов 4, изображенной на Фиг.2, когда выполнены следующие соотношения между приложенными потенциалами, V₁=V₆, V₂=V₅, V₃=V₄. При этом свет дифрагирует на трех независимых частях решетки 3 со спектральными характеристиками со сдвинутыми центральными длинами волн. Это приводит к снижению суммарного коэффициента отражения и спектральной селективности, т.е. размыванию суммарной спектральной характеристики оптического элемента (см. Фиг.24).

Уменьшение размеров участков решетки 3, к которым приложено однородное электрическое поле, приводит к дальнейшему снижению спектральной селективности и коэффициента отражения (см. Фиг.25, 26, 27, 28). В случае, когда средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля состоит из N электродов 4, имеется возможность создавать независимое электрическое поле на N/2 участках брэгговской решетки 3 (по два электрода 4 по обе стороны волновода 2 на каждом участке).

Оптимальное количество электродов 4 выбирают из соотношения N/2≥ D/d, т.е. для эффективного разрушения дифракции (снижения коэффициента отражения и спектральной селективности) необходимо разбить брэгговскую решетку 3 как минимум на столько независимых частей, сдвинутых по центральной длине волны отражаемого светового излучения при помощи приложения ко всем частям решетки 3 разного электрического поля, чтобы центральная длина волны излучения отраженного от каждой части отличалась от всех остальных как минимум на ширину полосы спектральной характеристики целой решетки. При этом электрическое поле изменяют вдоль направления распространения света во всем диапазоне, ограниченном электрическим пробоем.

Выше было проиллюстрировано, как при помощи приложения пространственно неоднородного внешнего электрического поля возможно изменять вид спектральной характеристики оптического элемента, а также был рассмотрен пример разрушения дифракции на брэгговской решетке и снижения коэффициента отражения и спектральной селективности. Заявляемый способ управления спектральной характеристикой оптического элемента может быть использован в узкополосных оптических аттенюаторах и модуляторах света. Однако описанными выше примерами не ограничивается область изменения спектральной характеристики оптического элемента. Возможно получение и других изменений в форме спектральной характеристики элемента при иных распределениях создаваемого пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля.

Заявляемая система 9 оптических элементов включает пластину 1 из электрооптического материала, в котором может быть выполнен оптический волновод 2 (см. фиг.29). В качестве электрооптического материала могут быть использованы: кристаллы сегнетоэлектриков, такие как LiNbO₃, KNbO₃, ВаТiO₃, SBN, или электрооптические полимерные материалы, использующие различные хромофоры (4’-деметиламино-N-метил-4-стилбазол, 3-метил-4-метокси-4’-нитростильбен [10]). Несколько фазовых решеток Брегга 3 (минимум две), которые могут быть сформирована как в самом материале пластины 1, так и оптическом волноводе 2, а также в дополнительном слое 8. Центральные длины волн спектральных характеристик решеток 3 отличаются на величину диапазона перестройки D при приложении однородного электрического поля. По обе стороны каждой решетки 3 размещено средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля в виде электродов 4 различной конфигурации, к которым через контакты 5 прикладывают потенциалы V₁, V₂, V₃,... ... V_n (в зависимости от числа и конфигурации электродов 4 потенциалы могут быть равными или различными по величине и одинаковыми или разными по знаку). Решетка 3 может быть сформирована как в виде топографической решетки показателя преломления n (см. фиг.11, фиг.12), так и в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов 6 и впадин 7 (см. фиг.13). Решетка 3 может быть сформирована и в нанесенном на волновод 2 дополнительном слое 8 (см. фиг.14, фиг.15), выполненном из материала, показатель преломления которого при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%, например, из фоточувствительного полимера (полипентафторостирен + полиглицедилметакрилат + УФ 16974 (Юнион-Карбайд) [11], полиметилметакрилат + АзоДР1 [12]) или халькогенидного материала (As₂S₃, As₃₀S₇₀, Аs₂Sе₃). Пространственно неоднородное апериодическое внешнее электрическое поле может быть создано электродами 4 различной геометрии. Например, на фиг.29 изображена система 9 оптических элементов, содержащая 32 электрода 4 (по 8 на каждую решетку 3) с подводимыми к ним потенциалами V₁, V₂, V₃...V₃₂. Приведенный пример не ограничивают выбор для системы 9 числа электродов 4 и их конфигурацию. По сути, заявляемая система 9 оптических элементов представляет собой несколько последовательно расположенных заявляемых оптических элементов, описанных выше, со сдвинутыми центральными длинами волн спектральных характеристик, выполненных в интегрально оптическом исполнении на одной пластине 1 электрооптического материала.

Спектральной характеристикой заявляемой системы 9 оптических элементов управляют следующим образом. Каждый отдельно взятый оптический элемент системы 9 может управляться независимым образом, что делает систему 9 гибкой и многофункциональной. Рассмотрим способ управления, позволяющий использовать систему 9 в качестве узкополосного оптического фильтра, электрически перестраиваемого в широком диапазоне длин волн. В одном оптическом элементе системы 9 создают пространственно однородное электрическое поле при помощи способа, описанного ранее. При этом данный оптический элемент отражает оптическое излучение в узком диапазоне длин волн d. Центральная длина волны спектральной характеристики данного оптического элемента определяется периодом фазовой решетки Брэгга 3 и может перестраиваться в спектральном диапазоне D при помощи изменения величины напряженности прикладываемого пространственно однородного электрического поля (см. фиг.17, 18). Отражение от остальных оптических элементов системы 9 может быть снижено до заданной малой величины путем создания в них пространственно неоднородного апериодического электрического поля (см. фиг.27, 28). Способ снижения коэффициента отражения оптического элемента был описан выше. Имея возможность создавать пространственно однородное электрическое поле на разных оптических элементах системы 9 (включать отражение от данного элемента) и в то же самое время, разрушая дифракцию (выключая отражение) на остальных оптических элементах путем приложения пространственно неоднородного апериодического электрического поля, мы можем осуществлять перестройку оптического фильтра в диапазоне длин волн M· D, где М - общее число оптических элементов в системе 9.

Приведенный пример способа управления системой 9 оптических элементов не ограничивает возможностей использования других способов управления. Возможны и любые другие варианты создания в одних оптических элементах системы 9 пространственно однородного электрического поля, а в других оптических элементах системы 9 пространственно неоднородного апериодического электрического поля, если систему 9 оптических элементов используют для выполнения иных операционных функций, отличных от перестраиваемого фильтра, например, используют систему 9 в качестве оптического переключателя.

Источники информации

1. G.A.Rakuljic, V.Leyva. - "Volume holographic narrow-band optical filter". - Opt. Lett. - 1993, Vol.18, N 6, p.p.459-461.

2. J.Hukriede, I.Nee, D.Kip, E.Kraetzig. - " Thermally fixed reflection gratings for infrared light in LiNbO3:Ti:Fe channel waveguides". - Opt. Lett. - 1998, Vol.23, N 17, p.p.1405-1407.

3. С.К.Madsen, J.H.Zhao. -Optical filter design and analysis: A signal processing approach. John Willey & Sons, New York, 1999.

4. R.Muller, J.V.Alvarez-Bravo, L.Arizmendi, J.M.Cabrera. - "Tuning of photorefractive interference filters in LiNbO3". - J. Phys. D: Appl. Phys. - 1994, Vol.27, p.p.1628-1632.

5. Патент США № 5440669, МПК G 02 B 5/32, G 03 H 1/18, G 03 H 1/26, опубликован 08.08.1995.

6. М.Р.Petrov, V.M.Petrov, A.V.Chamrai, С.Denz, Т.Tschudi. - "Electrically controlled holographic optical filter". - Proc. 27th Eur. Conf. on Opt. Comm. (ECOC’01 - Amsterdam).- Th.F.3.4, p.p.628-629 (2001).

7. М.Р.Petrov, S.I.Stepanov, A.A.Kamshilin.- "Light diffraction from the volume holograms in electrooptic birefringent crystals". - Opt. Commun. - 1979, № 29, p.p.44-48.

8. Международная заявка № WO 00/02098, МПК G 03 H 1/02, опубликована 13.01.2000.

9. Патент США № 4039249, МПК G 02 B 5/14, опубликован 02.08.1977.

10. Патент США № 5832148, МПК G 02 B 6/26, опубликован 03.11.1998.

11. Nonlinear optical effects and materials. Berlin, Springer-Verlag, 2000, 540 p.

12. С.Pitois, A.Hull, D.Wiesmann - "Absorption and scattering in lowloss polymer optical waveguide". - J. Opt. Soc. Am. - 2001, Vol.18, N 7, p.p.908-912.

13. H.Rezig, G.Vitrant. - "Feasibility of optically controlled integrated Mach-Zehnder device based on Azo dye-doped PMMA thin films". - Opt. Commun. - 2001, Vol.200, p.p.261-269.

1. Оптический элемент, включающий электрооптический материал и фазовую решетку Брэгга, которая сформирована в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, при этом решетка снабжена средством для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля по меньшей мере на части длины решетки вдоль направления распространения оптического излучения.

2. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутая решетка сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.

3. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутая решетка сформирована в оптическом волноводе упомянутого электрооптического материала.

4. Оптический элемент по п.3, отличающийся тем, что упомянутая решетка выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности оптического волновода.

5. Оптический элемент по п.3, отличающийся тем, что упомянутый дополнительный слой нанесен на упомянутый волновод, причем показатель преломления дополнительного слоя при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%.

6. Оптический элемент по п.5, отличающийся тем, что упомянутый дополнительный слой выполнен из фоточувствительного полимера или халькогенидного материала.

7. Оптический элемент по п.5, отличающийся тем, что упомянутая решетка выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности упомянутого дополнительного слоя.

8. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля выполнено в виде двух электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки, при этом расстояние между упомянутыми электродами апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения.

9. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля выполнено в виде четырех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных попарно по обе стороны упомянутой решетки, при этом расстояние между упомянутыми электродами каждой пары апериодически изменяется вдоль направления распространения оптического излучения.

10. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля выполнено в виде по меньшей мере трех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки и предназначенных для управления напряженностью внешнего электрического поля в различных точках упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения.

11. Оптический элемент по п.10, отличающийся тем, что упомянутое средство для создания пространственно неоднородного апериодического внешнего электрического поля выполнено в виде N упомянутых электродов, при этом число упомянутых электродов N удовлетворяет соотношению

N≥2 D/d, где

D - диапазон перестройки центральной длины волны отражения упомянутой решетки, нм;

d - ширина полосы спектральной характеристики упомянутой решетки, нм.

12. Способ управления спектральной характеристикой оптического элемента по п.1, включающий воздействие по меньшей мере на часть упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим изменение дифракционной эффективности решетки.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что воздействуют пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное изменение дифракционной эффективности решетки.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что направление вектора напряженности упомянутого электрического поля на одной части упомянутой решетки выбирают противоположным направлению вектора напряженности упомянутого электрического поля на другой части упомянутой решетки.

15. Система оптических элементов, включающая электрооптический материал и по меньшей мере две фазовые решетки Брэгга, имеющие различные периоды и расположенные последовательно вдоль направления распространения оптического излучения, при этом упомянутые решетки сформированы в электрооптическом материале или в дополнительном слое, нанесенном на электрооптический материал, а каждая решетка снабжена средством для создания неоднородного апериодического внешнего электрического поля и управления его напряженностью вдоль направления распространения оптического излучения по меньшей мере на части длины решетки.

16. Система по п.15, отличающаяся тем, что центральная длина волны отражения каждой упомянутой решетки в отсутствии внешнего электрического поля отличается от соседних по спектральному диапазону решеток на величину, равную или большую D.

17. Система по п.15, отличающаяся тем, что упомянутая решетка сформирована в виде голографической решетки показателя преломления.

18. Система по п.15, отличающаяся тем, что упомянутая решетка сформирована в оптическом волноводе упомянутого электрооптического материала.

19. Система по п.18, отличающаяся тем, что упомянутая решетка выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности оптического волновода.

20. Система по п.18, отличающаяся тем, что упомянутый дополнительный слой нанесен на упомянутый волновод, причем показатель преломления дополнительного слоя при формировании решетки изменяется не менее чем на 10%.

21. Система по п.20, отличающаяся тем, что дополнительный слой выполнен из фоточувствительного полимера или халькогенидного материала.

22. Система по п.20, отличающаяся тем, что упомянутая решетка выполнена в виде периодически расположенных вдоль направления распространения оптического излучения выступов и впадин поверхности упомянутого дополнительного слоя.

23. Система по п.15, отличающаяся тем, что упомянутое средство для управления напряженностью внешнего электрического поля выполнено в виде по меньшей мере трех электрически изолированных друг от друга электродов, расположенных по обе стороны упомянутой решетки и предназначенных для управления напряженностью внешнего электрического поля в различных точках упомянутой решетки вдоль направления распространения оптического излучения.

24. Система по п.23, отличающаяся тем, что упомянутое средство для управления напряженностью внешнего электрического поля выполнено в виде N упомянутых электродов, при этом число упомянутых электродов N удовлетворяет соотношению

N≥2 D/d.

25. Способ управления системой оптических элементов по п.15, включающий воздействие по меньшей мере на одну из упомянутых решеток вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим изменение дифракционной эффективности решетки.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что воздействие вдоль направления распространения оптического излучения по меньшей мере на одну из упомянутых решеток пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное изменение дифракционной эффективности решетки.

27. Способ по п.25, отличающийся тем, что одновременно воздействуют по меньшей мере на одну из остальных упомянутых решеток однородным электрическим полем.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что при указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем, его напряженность изменяют во времени по заданному закону.

29. Способ по п.28, отличающийся тем, что при указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем, его напряженность увеличивают во времени от нуля до максимально допустимой величины, затем воздействуют на эту решетку вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное уменьшение дифракции оптического излучения, с одновременным воздействием однородным электрическим полем на соседнюю по спектральному диапазону решетку упомянутой системы.

30. Способ по п.23, отличающийся тем, что при указанном воздействии на одну из упомянутых решеток однородным электрическим полем, его напряженность уменьшают во времени от максимально допустимой величины до нуля, а затем воздействуют на эту решетку вдоль направления распространения оптического излучения пространственно неоднородным апериодическим внешним электрическим полем, обеспечивающим максимальное уменьшение дифракции оптического излучения, с одновременным воздействием однородным электрическим полем на соседнюю по спектральному диапазону решетку упомянутой системы.