Оптический мультиплексор

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Оптический мультиплексор, содержащий входной и выходной порты, входной и выходной порты добавочного канала, планарный волноводный интерферометр МахаЦендера, оптически связанный с входным разветвителем, входы которого оптически связаны с входным портом и выходным портом добавочного канала, и выходным разветвителем, выходы которого оптически связаны с планарным волноводным кольцевым резонатором, выходным портом и входным портом добавочного канала, отличающийся тем,10545 1 2008.04.30 что содержит первые - внутренние и вторые - внешние управляющие электроды по обе стороны обоих плеч планарного волноводного интерферометра Маха-Цендера на расстоянии больше 3 мак. от его плеч, где мак. - максимальная из длин волн оптического диапазона, используемого для передачи информации, третьи управляющие электроды по всей длине участков, ортогональных областям оптического взаимодействия планарного волноводного кольцевого резонатора с выходным разветвителем, выходным портом, входным портом добавочного канала, на расстоянии больше 3 мак. от них, причем волноводы выполнены из электроактивного материала. 2. Мультиплексор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электроактивного материала выбран электрооптический материал. 3. Мультиплексор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электроактивного материала выбран пьезоэлектрический материал. 4. Мультиплексор по п. 1, отличающийся чем, что все управляющие электроды выполнены в виде полосковых структур, повторяющих геометрию оптических волноводов,вдоль которых они расположены. Изобретение относится к области интегральной оптоэлектроники и может использоваться для построения сетей оптической связи, оптоэлектронных интерфейсов персональных компьютеров, интернет-технологий и.т.д. Известен оптический мультиплексор 1, содержащий входной порт, связанный с входной шиной, выходной порт, соединенный с выходной шиной, порт ввода-вывода, соединенный с добавляемыми оптическими каналами ввода-вывода, спектрально-селективный фильтр, оптически связанный с входным, выходным портами и портом ввода-вывода, устройство слежения и стабилизации, которое оптически связано со спектрально-селективным оптическим фильтром и содержит индикатор длины волны и интенсивности оптического сигнала, проходящего на выход спектрально-селективного оптического фильтра. Устройство не обладает высоким быстродействием, так как переключение оптических каналов в спектрально-селективном фильтре осуществляется микромеханическим растяжением или нагреванием селективных элементов - дифракционных решеток. Наиболее близким по технической сущности является оптический мультиплексор 2,содержащий входной и выходной порты, входной и выходной порты добавочного канала,планарный волноводный интерферометр Маха-Цендера, оптически связанный с входным разветвителем, входы которого оптически связаны с входным портом и выходным портом добавочного канала и выходным разветвителем, выходы которого оптически связаны с планарным волноводным кольцевым резонатором, выходным портом и входным портом добавочного канала, при этом оба плеча планарного волноводного интерферометра МахаЦендера имеют тепловой контакт с двумя нагревательными элементами. Описанный мультиплексор не обладает высоким быстродействием, так как переключение добавочного канала осуществляется изменением температуры плеч интерферометра Маха-Цендера. Техническая задача - увеличение быстродействия при одновременном расширении функциональных возможностей. Поставленная техническая задача решается тем, что в оптический мультиплексор, содержащий входной и выходной порты, входной и выходной порты добавочного канала,планарный волноводный интерферометр Маха-Цендера, оптически связанный с входным разветвителем, входы которого оптически связаны с входным портом и выходным портом добавочного канала и выходным разветвителем, выходы которого оптически связаны с планарным волноводным кольцевым резонатором, выходным портом и входным портом добавочного канала, введены первые - внутренние и вторые - внешние управляющие элек 2 10545 1 2008.04.30 троды по обе стороны обоих плеч планарного волноводного интерферометра МахаЦендера на расстоянии 3 мак. от его плеч, где мак. - максимальная из длин волн оптического диапазона, используемого для передачи информации, третьи управляющие электроды по всей длине участков, ортогональных областям оптического взаимодействия планарного волноводного кольцевого резонатора с выходным разветвителем, выходным портом, входным портом добавочного канала, на расстоянии 3 мак. от них, причем волноводы выполнены из электроактивного материала. Для эффективного решения технической задачи электроактивным материалом выбран электрооптический материал. Для эффективного решения технической задачи электроактивным материалом выбран пьезоэлектрический материал. Для эффективного решения технической задачи все управляющие электроды выполнены в виде полосковых структур, повторяющих геометрию оптических волноводов,вдоль которых они расположены. Совокупность указанных признаков позволяет существенно сократить время переключения добавочного канала и, тем самым, повысить быстродействие, а также увеличить количество длин волн (количество информационных каналов), которые можно коммутировать на порты добавочного канала. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - входной порт, 2 - выходной порт добавочного канала, 3 - планарный волноводный интерферометр Маха-Цендера, 4 - входной разветвитель, 5 - выходной разветвитель, 6 - выходной порт, 7 - входной порт добавочного канала, 8 - планарный волноводный кольцевой резонатор, 9 - первые внутренние управляющие электроды, 10 - вторые внешние управляющие электроды и 11 - третьи управляющие электроды. В заявленном устройстве входной порт 1 вместе с выходным портом добавочного канала 2 последовательно оптически связаны через входной разветвитель 4, плечи планарного волноводного интерферометра Маха-Цендера 3 и выходной разветвитель 5 с выходным портом 6 и входным портом добавочного канала 7. С выходным портом 6 и входным портом добавочного канала 7 оптически связан планарный волноводный кольцевой резонатор 8. На расстоянии 3 мак. по обе стороны плеч интерферометра Маха-Цендера 3 размещаются первые - внутренние 9 и вторые - внешние 10 управляющие электроды. На таком же расстоянии 3 мак. от планарного волноводного кольцевого резонатора 8 находятся третьи 11 управляющие электроды. В конкретном исполнении входной порт 1 - это оптический планарный волновод, выполненный из электрооптического материалаили пьезоэлектрического материала . Аналогично выполняются выходной порт 6, выходной и входной порты добавочного канала 2, 7. При этом для волновода избуферным является слой из . Для волновода избуферным является слой из 2. Входной разветвитель 4 и выходной разветвитель 5 - это структуры из двух туннельно связанных оптических волноводов, т.е. волноводов, расположенных на расстоянии 0,2 мкм друг от друга. Планарный волноводный кольцевой резонатор 8 - это круговой оптический волновод изили ,имеющий оптическую связь с волноводами выходного порта 6 и входного порта добавочного канала 7 через спадающие поля, а интерферометр Маха-Цендера 3 выполнен на волноводах, как в прототипе 2. Первые - внутренние 9, вторые - внешние 10 и третьи 11 управляющие электроды - это нанесенные вакуумным термическим распылением алюминиевые проводники. Работает оптический мультиплексор следующим образом. В исходном состоянии, когда на первых внутренних 9 и вторых внешних 10 управляющих электродах отсутствует напряжение, входные оптические сигналы, поступающие на длинах волн 1, по входному порту 1, через входной разветвитель 4 подаются в плечи планарного волноводного интерферометра Маха-Цендера 3, который является в исходном состоянии несимметрич 3 10545 1 2008.04.30 ным (разность фаз в его плечах составляет 180). Поэтому после прохождения выходного разветвителя 5 входные оптические сигналы напрямую (не перекрестным образом) поступают в планарный волноводный кольцевой резонатор 8. Так как частотная характеристика планарного волноводного кольцевого резонатора 8 в данном состоянии совпадает лишь с одной из входных длин волн , то в него поступает только входной сигнал на данной длине волны . В результате этого, сигнал на длине волнычерез планарный волноводный кольцевой резонатор 8 ответвляется на выходной разветвитель 5 и через плечи планарного волноводного интерферометра Маха-Цендера 3 и входной разветвитель 4 не перекрестным образом поступает в выходной порт добавочного канала 2 (так как планарный волноводный интерферометр Маха-Цендера 3 в рассматриваемом состоянии является несимметричным). Таким образом, в данном состоянии из множества входных сигналов на длинах волн 1, оптический сигнал на длине волныответвляется в выходной порт добавочного канала 2. Оптические сигналы на других длинах волн не ответвляются в планарный волноводный кольцевой резонатор и поступают в выходной порт 6. В случае необходимости вместо информационного сигнала на длине волны , выведенного в выходной порт добавочного канала 2, в последовательность сигналов, поступающих в выходной порт 6, можно ввести другой информационный сигнал (контрольный, поверочный и т.д.) на длине волнычерез входной порт добавочного канала 7. При подаче на первые внутренние 9 и вторые внешние 10 управляющие электроды напряжений изменится оптическая длина плеч планарного волноводного интерферометра Маха-Цендера 3, он станет симметричным (разность фаз в его плечах равна нулю). В этом случае оптический сигнал на длине волныпоступит, как и раньше (только уже перекрестным образом), в выходной порт добавочного канала 2, а остальные оптические сигналы также перекрестным образом поступают уже во входной порт добавочного канала 7. Другими словами, выходной порт 6 и входной порт добавочного канала 7 функционально поменяются местами. Таким образом в данном случае осуществляется переключение всего массива входных сигналов на длинах волн 1 (кроме входного сигнала на длине волны ) либо в выходной порт 6,либо во входной порт добавочного канала 7 с быстродействием 1 нс дляи 1 мкс для . В зависимости от используемого материала на первые внутренние управляющие электроды 9 и вторые внешние управляющие электроды 10 можно одновременно подавать разнополярные напряжения на плечи планарного волноводного интерферометра МахаЦендера 3, что позволяет уменьшить управляющее напряжение для создания необходимой разности фаз в его плечах. Подавая на третьи управляющие электроды 12 напряжения из ряда 0,20, можно изменять длины волн сигналов, которые поступают в выходной порт добавочного канала 21,2 .Это позволяет расширить частотный диапазон,т.е. увеличить число длин волн (количество каналов) сигналов, которые можно коммутировать с существенно более высоким быстродействием. Предлагаемое устройство является основным базовым компонентом, из множества которых можно построить оптический мультиплексор с требуемым числом портов в режиме разделения сигналов по длинам волн. Источники информации 1.Патент США 5808 763. 2. Патент США 6928209. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4