Интегрально-оптическое отражательное приемно-передающее устройство

(12) ГОСУДАРСТВЕННОЕ щтвнтнов ведомство РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ1. интегрально-оптическое отражательное приемно-передающее устройство для двунаправленной световодной системы связи с предпочтительно выполненным в виде лазера источником света на одном конце световода,а на другом конце световода содержащее отражательный модулятор, управляющие электрОДЫ КОТОРОГО СОЕДИНЕНЫ С ИСТОЧНИКОМ СИГНЗЛЭ. передачи, а также оптоэлектрический преобразователъ, вход которою соединен с отражательным модулятором, отличающееся тем, что страз-нательный модулятор выполнен в виде электрически управляемого интегрально-оптического резонатора Фабри-Перо, внутри которого расположен полосковый световод и полупрозрачные зеркала, причем одно полупрозрачное зеркало соединено со снетоводом,а цруюе полупрозрачное зеркало соединено со входом оптоэлектрического преобразователя.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрически управляемый интегрально-оптический. резонатор Фабри-Перо имеет выполненный диффузией в подложке из ниобата(71) Заявитель Сименс АГ (ПЕ)(72) Автор Штефан Киндт (ПЕ)(73) Патентообладатель Сименс АГ (ПЕ)Фиг. 1 лития линейный полосковш световод с полупрозрачными зеркальными торцевыми поверхностями, параллельно которому расположеныИзвестны построенные на одномодовых свеТОВОДЕШ двунаправленные системы связи, в которых исаочшш (источниках) света размещен дшшь на одном когще свешводной линии связи, а опТИЧШ МОДуЛЯТОр И СрЕЦСТГВВ. ОТРЗЖСНИЯ ПРЕдусмотрены на другом конце.В ЧЗСГНОСТИ, ИЗВЕСТЕН двунаправленная СИСтема световодной связи, включающая один,предпочтительно лазерный, источник света на одном конце световода, а на ДРУГОМ конце содержащая отражательный модулятор, который образован подключенной ко входу-выходу СБВТОВОДЗ ОДНОЙ ПОЛОВИНОЙ управляемого ОПтического направленного ответвителя, оба поЛОСКОВЫХ СВЕТОВОДЗ КОТОРОГО СОВДИНЕНЫ С полупрозрачным зеркалом, причем позади полупрозрачного зеркала предусмотрен принимающшй с обоих полосковых световодов световой приемный сигнал оптоэлектрический преобразователь 1.Недостатком известною устройства является то, что при распределении световой энергии с одного полоскового световода на другой возникающие между электродами направленного отВВТВНТВЛЯ ВНЕШНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ приводят к изменению коэффициента преломления (так называемый электрооптический эффект) и за счет этого к изменению скорости распространения и рассеяния световой энергии.Задачей изобретения является более целесообразное построение отражательного приемнопередающего устройства.В интегрально-оптическом отражательном приемно-передающем устройстве для двунаправленной световодной системы связи с одним,предпочтительно лазерным источником света на одном когЩе световода, на другом конце которою размещен отражательный модулятор,управляющие электроды которого соединены с источником сигнала передачи, а выход - со входом оптозлектрического преобразователя,согласно изобретению, отражательный модулятор выполнен в виде электрически управляеМОГО интегрально-оптического РЕЗОНЗТОРЗ Фабри-Перо, внутри которою расположен полосковый световод и полупрозрачные зеркала,причем одно полупрозрачное зеркало соединено со световодом, а другое - соединено со входом оптоэлектрическою преобразователя.В ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОМ варианте ИСПОЛНЕНИЯ электрически управлявший шттеграшно-оптический резонатор Фабри-Перо вьптодшен в виде диффундированною в подложку из ниобата литип литейного полосковото световода с полупрозрачными зеркальными торцевыми поверхностями, а параллельно полосковому свеь товоду ррсположены управляющие электроды.На рис.1 дана структурная схема заявленного устройства.Устройство содержит на одном конце источник света 1, на другом - отражательный модулятор 2, двунаправленную световодную линию 3, управляющие электроды 4 оптоэлектрического преобразователя 5, полосковый световод 6, полупрозрачные зеркала 7, 8.Полосковый световод б может являться составной частью двунаправленной световодной системы связи и, как это показано на рис.1,на одном конце имеет передатчик с электрооптическим преобразователем, например лазерным диодом 1, и приемник с оптикоэлектрическим преобразователем 9, например рйп- диодом, которые через разделитель лучей 10 связаны со световодом 3. На другом конце размещен отражательный передатчик 2, образованный интегрально-оптическим резонатором Фабри-Перо, который может модулироваться полводимьши к указанному концу двусторонней световодной систешя связи сигналами передачи.Электрически управляемый интегрально-оптический резонатор Фабри-Перо 2 имеет выполненный диффузией в подложке 11,например из ниобата шатия, тшнейньнй оптический одномодовый полосковый световод 6, при этом торцевые поверхности кристалла ПИВО,перпендикулярные световоду б, доведены до оптического качества полировкой и снабжены полупрозрачным диэлектрическим зеркальным слоем 7, 8. Оптический волновод 6 и зеркальные торцевые поверхности 7, 8 вместе образуют оптический резонатор. Одно полупрозрачное зеркало 7 образует вход-выход А 1 которым интегралЬно-оптическй резонатор 2 подключен к сне-взводу 3, позади друшшполупрозратшого зеркала 8 расположен выподптешшй, например на рйн-дноде, оптоэлектрический преобразователь 5, используемый в качестве приемника. Параллельно линейному полосковому световоцу 6 нанесет осаждением металШТЧССКИВ УПРНВЛЯЗОЩИС ЭЛВКТРОДЪЕ 4, например из аллюминия. Посредством приложения к ним электрического напряжения можно за счет электрооптического эффекта изменять коэффипнент преломления кристалла из внобата лития и, тем самым, изменять оптическую длину между обеими зеркальными поверхностны 7, 8 на торцах резонатора 2. Электроды 4 принимают сигнал, передаваемый по световоду, например 140 мегабит в секунду.В резонаторе Фабри-Перо 2 на каждой торцевой поверхности 7, 8 (в зависимости от коэффициента отражения напыленной зеркальной поверхности) отражается часть приходящей световой энергни, а остальная частьпропускается. Позади торцевых поверхностей 7. 8 амплитуды прямо пропущенной волны накладываются на амплитуды волн, которые до этого однократно или многократно отразились от зеркальных поверхностей. В зависимости от огнослптельной фазы при этом происходит либо взаимная компенсация (деструктивная интерферендция), шгбо взаимное сложение (конструктивная интерференция) накладывающихся друг на друга волн.Если, Например, оптическая длина пути между зеркальными поверхностями на торцах 7, 8 точно соответствует целому четному числу ЧСТБСРТВЙ ДЛИН БОЛЕ ИСПОЛЬЗУВМОРО СВЕТЕ, ТО проходящий в прямом направлении от световода к оптозлектрическому преобразователто 5 свет претерпевает конструктивную интерференцию, в результате чего сШнал обратно в световод не отражается в идеальном случае резонатора без потерь (потерь распространения в световоде, потерь на расстояние в зеркалах),весь свет будет пропущен насквозь. уЕсли оптическая длина пути между зеркало 7, 8 равна нечетному Целому числу четвертей ддшн волн, то в прямом направлении происходит взаимная компенсация световых волн,а для обратного направления к световоду З конструктивная интерференция, так что максимальное количество света попадает обратно на световод З.интегрально-оптическое отражательное приемно-иередающее устройство работает следующим образом.Проходящий через двунаправленную световолную линию 3 световой сигнал (например с частотой 680 мегабит в секунду), предпочтительно с низким коэффициентом модуляции(например 10) поступает на вход-выход зеркала 7 с интенсивностью, соответствующей коэффициенту прозрачности торцевой поверхности, и в полосковый световод 6, а часть, соответствующая коэффициенту прозрачности полупрозрачного зеркала 8, равному. например 40, распространяющегося в ПОЛОСКОБОМ СБСТОБОДЕ 6 СВЕТОВОГО СИГНЗЛЗ. проходит через полупрозрачное зеркало 8 насквозь и попадает к находящемуся позади оптоэлектронному преобразователю 5.Не попавший на оптоэлектрический преобразователь 5 световой сигнал, соответствующий коэффициенту отражения полупрозрачного зеркала 8, равному например 40, распространяющийся в полосковом световоде 6, отражается от полупрозрачного зеркала 8 и попадает обратно на полупрозрачное зеркало 7, чтобы там опять частично пройти, а частично отразиться. Для отраженного таким образом света эти процессы многократно повторяются.При этом приложенное к электродам 4 напряжение передаваемого сигнала вызывает из 10менение интерференции пропущенного зерка ЛОМ 7 ЦУГЗ СВЕТОВЫХ ВОЛН, РЗВНОСИЛЪНОВ МО дуляции по интенсивности (предпочтительно с высоким коэффициентом модуляции, например 100), который через вход-выход полоскового световода 1, попадает обратно в световод 3, где он затем распространяется в обратном направлении к другому концу световодной системы связи. В зависимости от мгновенного значения передаваемого сигнала при этом в граничном случае (при конструктивной интерференции) свет с максимальной интенсивностью передается по световоду З обратно, а в другом граничном случае (при деструктивной интерференции) достигается полное гашение этого света. В общем случае,а именно, при величине передаваемого сшнала между максимальной и минимальной, устройство работает между описанными граничными случаями.При резонаторе без потерь при изменении оптической длины пути между зеркалами 7, 8 получаются максимумы отражения или макСИМУМЫ ПРОПУСКЗНИЯ, КОТОРЫЕ ВЫРЗЖЕШД тем резче, чем вьгше коэффициент отражения используемых зеркал. Оптимальный размах модуляцин получается в этом случае при наибольшем возможном коэффициенте отражетшя (Е приблизительно 100) торцевых поверхностей, покрытых зеркальным слоем.Вследствие потерь распространения световой волны в световоде из титана в субстрате из ниобата лития (1. приблизительно 0,2 дБ/ см) и потерь рассеяния на зеркальных торцевых поверхностях 7, 8 резонатор всегда имеет потери. При потерях порядка 15 на каждой зеркальной поверхности максимальный коэффициент модуляции можно получить при коэффициенте отражения порядка 40.Чтобы достичь независимости от направления поляризации поступающего по световоду света для подложки из ниобата лития выбирвется специальный срез кристалла ниобата лития, в котором заключены полосковые световоды 6 и который обеспечивает одинаковые электрооптические коэффициенты для волн ТЕ и ТМ.Предпочтительный пример исполнения интегрально-оптического отражательного приемно-передающего устройства по изобретению имеет следующие параметры- строительная длина примерно 15 мм- общие потери примерно 15 на поверхности- срез кристалла вдоль кристаллографической оси Х- световоды вдоль кристаллографической оси 1- коэсрсршшент отражения зеркал примерно 40- напряжение сигнала передачи меньше или равно ЗВ- пропускаемая оптическая мощность 1056) подводимой оптической мощности в заВисимости от приложенного напряжения сигнала передачи- отражаемая оптическая мощность 046 подводимой оптической мощности в зависимости от приложенного напряжения сигнала псредачн.Рабочая точка отражательного передатчика может подбираться наложением постоянною напряжения на напряжение сигнала передачи. Так как вызываемая напряжением сигнала передачи амплитудная модуляция отражаемого к световоду З света также воздействует на попадающий на оптоэлектричесшай преобразователь 5 оптический сигнал, можно использовать часть принимаемого абонентом сигнала,чтобы через схему регушгрования стабилизировать оптимальную рабочую точку резонатора Фабри-Перо. Если резонатор подвержен большим температурным колебаниям, рабочую точку резонатора можно также стабилизировать комбинированным температурным и электронным регулятором. При этом электронный регулятор может компенсировать быстрые изменения и помехи, а температурный регулятор (посредством элемента Пельтье) компенсирует дрейф за большие интервалы времени.Для двунаправленной передачи информации ПО СВСТОВОДУ СКОРОСТИ передачи ЦЕННЫХ ДЛЯ обоих направлений передачи должны заметно отличаться одна от другой, чтобы можно было устранить взаимные влияния между прямым и обратным каналом с помощью электронной фильтрашш.Эта предпосылка выноштяется, например, в абонентском отводе широкополосной системы связи (со службой распределения). Лазерный передатчик на станции посылает сигнал в 680 мегабит с коэффициентом модуляции 10 через двунаправленную световодную линию 3 и резонатор Фабри-Перо 2 к оптическому приемному элементу оптоэлектрического преобразователя 5 абонента. В зависимости от приложенного к резонатору Фабри-Перо абонентского сигнала передачи от 10 до 56 поступающей на резонатор Фабри-Перо мощности попадает на оптоэлектрический преобразователь 5. Для передачи информации от абонента к станции резонатор Фабри-Перо 2коммутируется между отражающим и пропу скающим состоянием так, что отраженныйсвет имеет частоту передачи 140 мегабит при коэффициенте модуляции примерно 100, и на него накладывается идущий в противопо ложном направлении в системе световоднойдвунаправленной связи принимаемый световойсигнал предпочтительно низкого КОЭФФИЦИЕН та модуляции в виде незначительной высоко частотной помехи.Важным преимуществом устройства согласно изобретения является то, что при изготовлении устройства не предъявляются высокие требования к фотолитографии, расход места и материалов мал. В их производстве может быть использована уже известная технология изготовления интегрально-оптических фазовых модуляторов, причем антирефлекторное облагораживание торцевых поверхностей можно заменить отражающим слоем. Таким образом, производство отражательного приемно-передающего устройства дешевое.Другим преимуществом является то, что для переключения ИНТВГрШШНО-ОПТИЧЕСКОГО отражательного приемно-передающего устройства из состояния максимального отражения в со СТОЯНИС МЗКСИМЗЛЪНОГО ПРОПУСКНИЯ ДЛЯ ВОЛН ТЕ достаточно управляющего напряжения ме нее ЭВ.Государственное патентное ведомство Республики Беларусь.