Волноводно-оптический модулятор

 

1i 11 al ll94

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сове Советских

Соыиалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13.04.79 (21) 2752296/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) М. Кл. б 02F 1/11

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.375.8 (088.8) (54) ВОЛ НО ВОДНО-ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР

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 (1).

Недостатками их являются низкие эффективность и быстродействие, высокие значения управляющего напряжения и значительные габариты. 10

Наиболее близок к предлагаемому волноводно-оптический модулятор, предназначенный для передачи видеосигнала на высокочастотной поднесущей по каналу оптической связи (2). 15

В схеме прототипа использованы элементы ввода и вывода оптического луча, оптический волновод и система встречно-штыревых электродов, образующая в совокупности с волноводом электрооптический амп- 20 литудный модулятор дифракционного типа.

На амплитудный модулятор поступает радиосигнал на высокочастотной поднесущей.

Формирование поднесущей, промодулированной видеосигналом, производится в от- 25 дельном электронном блоке, который содержит задающий высокочастотный генератор 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 f=0 до f=fb, то оптическая несущая будет промодулирована видеосигналом без поднесущей, и при детектировании такого сигнала в полосе частот от f=O до верхней частоты f=fb 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 f=O до fb=f, полоса частот радиосигнала на поднесущей частоте будет простираться от f„ — fb до

f+fb и, таким образом, в полосу пропускания электрооптического модулятора подается радиосигнал с полосой 2fb, т. е. с вдвое большей полосой, чем полоса видеосигнала.

Кроме того, энергетический режим работы модулятора в схеме прототипа весьма невыгоден. Как известно. в спектре ампли811194

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 схемы

Цель изобретения состоит в расширении полосы частот передаваемого сигнала и в повышении стабильности волноводного оптического модулятора за счет снижения энергетических затрат на введение высокочастотной поднесущей в канал оптической связи.

Цель достигается путем введения в схему модулятора нового элемента — резонатора поверхностных 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

?лМЬОз сформирован оптический волновод

2 методом диффузии титана в поверхность

LiNbOg. 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.

О дин из возбудителей соединен с входом электронного усилителя 6. Другой возбудитель соединен с выходом этого усилителя. В качестве усилителя может быть применен

30 усилитель на микросхеме. Расположение резонатора относительно устройства ввода таково, что точка пересечения луча, введенного в волновод, с продольной осью симметрии резонатора, т. е. с осью Z, находится в полости резонатора. Угол пересечения луча с поперечной осью равен углу Брэгга

6б — агсз1п(1/)и экв Л), где Хо — длина световой волны; Л вЂ” длина акустической волны; и,„, — эквивалентный показатель преломления волноводного слоя.

В отклоненном после резонатора световом пучке, направленном под углом 26б 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 О,,д= агс з1п (Хo/à ûd») с направлением оптического луча, выходящего из резонатора (здесь Хо — длина волны излучения; и,„, — эквивалентный показатель преломления волновода; d» 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 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 20б к направлению входного пучка, а отклоненный луч промодулирован по интенсивности с частотой 2/р„(где f — 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 интенсив-ности видеосигналом, и в результате полученный оптический сигнал, промодулированный сигналом на высокочастотной под-несущей, направляется на выход модулятора в линию связи.

В отличие от прототипа на вход электрооптического модулятора в рассматриваемой схеме должен подаваться лишь видеосигнал, т. е. поднесущая уже введена в опти811194

Формула изобретения

> 1

8 лик — -з "- а;тъ юя оК

Оу @em сЯеи

Составитель В. Масленников

Техред А. Камышникова Корректоры: О. Силунова и О. Тюрина

Редактор Б. Федотов

Заказ 1024/11 Изд. № 246 Тираж 553 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

5 ческий 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

2fðe3, 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-штыревых электродов на поверхности волновода для амплитудной модуляции светового луча, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы частот передаваемого сигнала и повышения стабильности оптической схемы, в него введен резонатор поверхностных акустических волн, имеющий усилитель в цепи положительной обратной связи и образующий вместе с усилителем автогенератор и расположенный по пути оптического луча между элементами ввода и системой встречно-штыревых электродов.

Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе

1. Мустель Е. P., Парыгин В. Н. Методы модуляции и сканирования света. М. «Наука», 1972, гл. ЧП.

2. Белов А. В., Белялетдинов И. Ф., Дианов Е. М., Золотов E. М., Прохоров А. М„

Щербаков Е. А. Макет устройства волоконно-оптической связи с тонкопленочным модулятором. «Квантовая электроника», т. 5, № 1, стр. 214, 1978 (прототип).