В электрооптических модуляторах на основе интерферометра Маха-Цендера (ИМЦ) (рис. 7) входной поток расщепляется на две моды, распространяющиеся по двум идентичным плечам — волноводам в кристалле ниобата лития. Эффективный показатель преломления nm* этих мод в кристалле LiNbO3 зависит от напряженности приложенного электрического поля Е. В зависимости от величины приложенного к электродам напряжения V и длины волновода L на выходе ИМЦ возникает сдвиг фаз Dj = kmDnm*L, пропорциональный амплитуде изменения эффективного показателя преломления моды Dnm*»_ km3rE/2, где r — электрооптический коэффициент рабочей оптической среды, km — волновой вектор моды. На выходе ИМЦ происходит интерференция достигших его мод, что приводит к модуляции входного светового потока по интенсивности.
Рисунок 7 – Волноводный модулятор Маха – Цендера на Ti:LiNbO3 – волноводе Z-среза: 1-сигнальные электроды; 2-электроды смещения.
В модуляторах на
основе ИМЦ одна группа электродов формирует модулирующее электрическое поле
[рис. 7, 1], другая [рис. 7, 2] — статическое поле смещения рабочей точки на
передаточной функции модулятора. Передаточная функция ИМЦ представляет собой
синусоиду, из которой для управления процессом модуляции выбирают одну из
полуволн (рис. 7) .
Рабочая точка может находиться как в линейной, так и в квадратичной области
передаточной функции.
Модулирующее напряжение приложено так, чтобы замедлить движение оптической несущей в одном плече и ускорить его в другом. В результате можно снизить амплитуду управляющего напряжения до уровня, приемлемого для интегральной схемы. Модулирующие электроды делают протяженными для эффективного распределенного взаимодействия полей электрической и оптической волн. Это обеспечивает глубину модуляции порядка 20 дБ. В результате достижений интегральной оптической технологии этот тип модуляторов стал наиболее часто использоваться, прежде всего — в системах SDH и WDM. Модуляторы на основе ИМЦ производятся многими фирмами, например Ramar (www.ramar.com) и Laser2000 Для модуляции интенсивности используют и электрооптические модуляторы с полупроводниковым оптическим модулятором (ППОУ). При этом схемы модуляторов практически не отличаются от приведенных на рис. 2 и 3.
Интерферометрические модуляторы являются полностью интегральными устройствами, поскольку для получения модуляции излучения по интенсивности не требуется дополнительных элементов. Они достаточно легко могут быть состыкованы с ОВ, источниками излучения и встроены в более сложные ОИС. По вносимым потерям, энергопотреблению и быстродействию модуляторы такого типа превосходят многие другие электрооптические управляемые устройства.
Электрооптические интегрильные оптические модуляторы (ИО-модуляторы) переключающего типа, представляющие собой переключатели каналов, составляют отдельный класс активных устройств интегральной оптики. Такие модуляторы-переключатели могут быть выполнены на основе различных электрооптически управляемых волноводных ответвителей: связанных ОВ, пересекающихся или разветвляющихся связанных ОВ или с зеркалами полного внутреннего отражения, брэгговского типа и др.
Рисунок 9 – Переключатель на X-образных пересекающихся Ti: LiNbO3 – волноводах.
Типичный X-образный переключатель показан на рис.9 и представляет собой два скрещенных одномодовых канальных ОВ с углом пересечения θ≤1°. Приращение показателя преломления ОВ Δn в области пересечения ОВ в 2 раза больше приращения показателя преломления каждого волновода. Основная мода в одном из плеч разветвителя в области пересечения ОВ из-за их связи возбуждает симметричную и асимметричную моды пересекающихся волноводов, которые имеют разные постоянные распространения. Их разность Δβ определяет мощность мод в обеих выходах:
P2=P0cos2 (ΔβL/2); P1=P0-P2
L=W/sin(θ/2) – длина электродов переключателя
Приложив напряжение U к электродам, с помощью электрооптического эффекта можно управлять Δβ и тем самым переключать мощность в выходах волноводах и модулировать оптическое излучение. Переключатели на х-образных пересекающихся ОВ могут быть выполнены и на основе многомодовых трехмерных волноводов. В этом случае переключатель работает как электрооптически управляемый отражатель. В таком переключателе распределение полей мод имеет более сложный характер, а уровень перекрестных помех между каналами возрастает.
Разработаны также переключатели на Y-образных разветвляющихся трехмерных (одномодовых и многомодовых) ОВ. Конфигурация такого переключателя позволяет реализовать различные варианты его работы: в режиме переключения мощности, селекции и расщепления мод по поляризации.
Принципиально другой тип электрооптических переключателей выполняют на брэгговских дифракционных решетках (ответвителях), индуцированных в планарном ОВ вследствие электрооптического эффекта. В таком переключателе (модуляторе) используется система планарных встречно-штыревых электродов различной формы, расположенная на поверхности планарного волновода. Дифракция волноводных пучков света на индуцированной фазовой дифракционной решетке, возникающей при приложения управляющего напряжения к системе электродов, приводит к переключению и модуляции оптического излучения в ОВ. Как правило, параметры переключателя выбирают таким образом, чтобы осуществлялся режим брэгговской дифракции, при котором можно обеспечить глубину модуляции, (эффективности переключения), близкую к 100%. В большинстве работ по модуляторам такого типа использовались волноводы на основе ниобата лития. Достигнутая глубина модуляции составляет 98%, что соответствует уровню перекрестных помех в переключателе около —25 дБ. Проводятся работы по созданию модуляторов такого типа и на основе различных полупроводниковых соединений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.