Патент на изобретение №2169936

(54) АКУСТООПТИЧЕСКОЕ ВОЛНОВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ДЛИН ВОЛН И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение используется в оптических линиях связи с объединением длин волн, для настройки длины волны излучения в объемном резонаторе лазера или восстановления формы импульсов в системе импульсной оптической связи. Устройство содержит подложку из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением, на которой формируются первая и вторая ступени вращения плоскости поляризации, включающие по меньшей мере один волновод, по меньшей мере один оптический волновод, связывающий две ступени и несущий один поляризатор, состоящий из поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной, по меньшей мере один волновод, расположенный за второй ступенью, несущий поляризационно-селективный элемент. Одна из ступеней содержит приспособление для генерирования поверхностной акустической волны. Способ изготовления включает диффузию металла в подложку для формирования акустического волновода, формирование поляризационно-оптических элементов путем фотолитографического осаждения и последующей диффузии второго металла внутрь самой подложки, формирование электроакустического преобразователя, содержащего электроды встречно-штыревой конструкции внутри акустических волноводов путем фотолитографического осаждения третьего металла на подложку. Обеспечена простота изготовления устройства уменьшенного размера, снабженного широким интервалом настройки и имеющего спектральные характеристики, стабильные во времени. 2 с. и 23 з.п. ф-лы, 13 ил.

Настоящее изобретение относится к акустооптическому волноводному устройству для селекции длин волн.

Действие акустооптического волноводного устройства основано на взаимодействии между световыми сигналами, распространяющимися вдоль оптических волноводов, формируемых на субстрате из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением и акустическими волнами, генерированными соответствующими преобразователями на поверхности субстрата.

Такое устройство, в частности, может использоваться как оптический фильтр. При помощи регулировки частоты акустических волн возможно настраивать кривую спектрального отклика фильтра, что делает фильтр пригодным, например, для разделения каналов в системе оптической связи с объединением по длинам волн, для настройки длины волны излучения в объемном резонаторе лазера или восстановления формы импульсов в системе импульсной оптической связи.

В оптической телекоммуникационной системе с передачей с объединением по длинам волн (обычно обозначаемым WDM) несколько каналов, т.е. несколько передающих сигналов, независимых друг от друга, посылаются по одной и той же линии, обычно состоящей из оптического волокна, посредством объединения по оптическим длинам волн. Каналы передачи могут быть как цифровыми, так и аналоговыми и являются отличными друг от друга, потому что каждый из них связывается с конкретной длиной волны. Для того чтобы снова разделить отдельные каналы, требуются фильтры, которые должны быть способны передавать полосу длин волн, центрированную на длину волны одного канала, и существенно узкие для того, чтобы не пропускать длины волн, соответствующие соседним каналам. Перестраиваемые фильтры, в частности, позволяют изменять селекцию каналов и, следовательно, реконфигурировать систему без изменения кабельной разводки компонент.

В частности, акустооптические фильтры являются подходящими для такого использования. Они также дают возможность одновременной селекции нескольких каналов: если акустическая волна, распространяющаяся на поверхности субстрата, является суперпозицией акустических волн с различными частотами, фильтр имеет полосу пропускания, соответствующую сумме интервалов различных длин волн, определяемых частотами акустических волн. При подходящем выборе таких частот полоса пропускания фильтра может регулироваться так, чтобы он передавал только требуемые длины волн, соответствующие выбранным каналам.

Поляризационно-независимый плосковолноводный акустооптический фильтр описывается в статье D.A.Smith и др., опубликованной в Applied Physisc Letters, vol. 56, N 3, 15/01/90, pp. 209-211. Устройство (фиг. 1A) содержит поляризационный элемент связи на субстрате LiNbO₃, который разделяет TE и TM компоненты падающего сигнала, два акустооптических поляризационных преобразователя, действующих параллельно на две компоненты, и поляризационный элемент связи, рекомбинирующий сигналы.

Кривая спектральной передачи устройства имеет центральный пик с шириной полосы пропускания 1,3 нм и боковые лепестки. Теоретически было показано (как сообщалось, например, H.Herrmann и др. в Electronics Letters, vol. 28, N 11, 21/05/92, pp. 979-980), что в фильтрах такого типа, как описаны в вышеуказанной статье, первый боковой лепесток не ниже, чем теоретический предел в -9,4 дБ.

Фильтр, описанный в статье, имеет единственную ступень акустооптического взаимодействия. Фильтры такого типа обеспечивают затухание при длинах волн вне передающей полосы, которое является несущественным для упомянутых выше применений.

Кроме того, при прохождении через фильтр компоненты двух поляризаций под влиянием взаимодействия с акустической волной претерпевают изменение длины волны, которое является различным для двух компонент.

Могут быть созданы акустические фильтры, снабженные второй ступенью фильтрации на одном и том же субстрате из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением: двухступенчатые устройства имеют кривую спектрального отклика, характеризуемую большим затуханием вне полосы пропускания по сравнению с одноступенчатыми фильтрами и имеют боковые лепестки уменьшенной передачи. Помимо этого, в двухступенчатых устройствах вторая ступень может компенсировать для оптической частоты изменение, имеющее место на первой ступени, с помощью величины, соответствующей частоте акустической волны так, чтобы восстановить начальную частоту.

Двухступенчатый плосковолноводный интегрированный акустооптический фильтр описывается в US Patent 5381426 на имя Заявителя (фиг. 18), он предусмотрен для использования в качестве управляемого фильтра селекции длин волн в объемном резонаторе активного лазера с синхронизованными модами.

US Patent 5002349 на имя Cheng и др. описывает плосковолноводное интегрированное акустооптическое устройство на субстрате LiNbO₃. В одном варианте устройства, показанном на фиг. 2A, это устройство изготовлено путем совмещения на одном и том же субстрате двух поляризационно-независимых акустооптических фильтров, причем каждый из указанных фильтров включает два волноводно-поляризационных расщепителя для разделения и рекомбинирования двух TE и TM компонент соответственно, перед и после стадий акустооптического взаимодействия. Для того чтобы калибровать поляризационно-расщепительное свойство, каждый из поляризационных расщепителей снабжен электродами; для каждого поляризационного расщепителя проводится независимая настройка при помощи указанных электродов.

Заявитель отметил, что затухание, которое оптические сигналы испытывают при прохождении через такое устройство, приблизительно в два раза больше, чем в одноступенчатом устройстве, благодаря четырем прохождениям через поляризационные расщепители.

Также Заявитель обнаружил, что устройство становится усложненным из-за присутствия калибровочных электродов, хотя схемы электрической настройки и управления выполняются обязательно.

Кроме того, при отсутствии электродов, передача каждого расщепителя зависела бы не только от поляризации, но также слабо зависела бы от длины волны, как результат конструктивных допусков; для каждого расщепителя интервал длин волн, соответствующий слабому затуханию передаваемой поляризационной компоненты, был бы немного различным. За счет размещения различных расщепителей последовательно полная полоса слабого затухания уменьшается до пересечения интервалов слабого затухания каждого отдельного расщепителя. Благодаря присутствию четырех последовательных поляризационных расщепителей устройство имело бы избыточное затухание или по крайней мере уменьшенный интервал настройки по сравнению с требованиями ранее перечисленных применений.

Более того, полная длина описанного устройства оказывается по меньшей мере в два раза больше, чем длина одноступенчатого устройства, достигая таким образом критической величины по отношению к ограниченным размерам в наибольшей степени доступных LiNbO₃ подложек.

Двухступенчатый плосковолноводный интегрированный поляризационно-независимый акустооптический фильтр также описывается в статье F. Tian и др., опубликованной в Journal of Lightwave Technology, vol. 12, N 7, July 1994, pp. 1192-1197. Он включает (фиг. 2B) два однополяризационных фильтра на подложке LiNbO₃ с поляризациями, перпендикулярными друг другу, действующими параллельно, и два поляризационных элемента связи/расщепителя для расщепления и рекомбинации компонент оптического сигнала, соответствующих двум перпендикулярным поляризациям.

Однополяризационные фильтры включают поляризаторы, пропускающие волны TE и TM типов соответственно.

Поляризатор, пропускающий волны TM типа, состоит, в частности, из волновода, вдоль которого на двух участках длиной 1,5 мм, примыкающих к волноводу с обеих сторон, показатель преломления для необыкновенной волны больше, чем в материале, формирующем подложку. Это служит причиной того, что TE компонента поляризации, которая далее не проводится, отделяется в подложке, тогда как TM компонента поляризации может проходить через структуру.

Увеличение показателя преломления для необыкновенной волны достигается с помощью метода протонного обмена, состоящего в осуществлении контакта указанных областей с раствором кислоты в течение предварительно определенного периода времени и при соответствующей температуре, таким образом, чтобы достигнуть замещения части ионов Li⁺ подложки ионами H⁺, и в проведении последующей необязательной стадии термического отжига.

В случае приведенной выше статьи протонный обмен осуществлялся в разбавленной бензойной кислоте при температуре 250^oC в течение периода времени 15,5 часов, за ним следовал термический отжиг в течение 4 часов при температуре 330^oC.

Опыт Заявителя показал, что изготовление протонобменных поляризаторов вышеприведенного типа является очень рискованным, в частности, по причине высокой точности, требуемой при установке в заданное положение фотолитографических шаблонов, и ограниченных допустимых диапазонов для параметров, регулирующих процесс протонного обмена.

Кроме того, была отмечена временная нестабильность спектральных свойств поляризаторов.

Помимо этого, изготовление как поляризаторов, пропускающих волны TM типа, так и поляризаторов, пропускающих волны TE типа, требует особых стадий процесса, различающихся для поляризаторов каждого типа и отличающихся от стадий, требуемых для изготовления других компонент устройства, что делает процесс производства устройства длительным и сложным.

Настоящее изобретение включает простое в изготовлении акустооптическое волноводное устройство для селекции длин волн, уменьшенного размера, снабженное широким интервалом настройки и имеющее спектральные характеристики, которые являются стабильными во времени.

Кроме того, настоящее изобретение включает простой и надежный способ изготовления акустооптического волноводного устройства для селекции длин волн.

С одной стороны, изобретение относится к акустооптическому волноводному устройству для селекции длин волн, включающему одну подложку из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением, на котором формируются:
– первая ступень вращения плоскости поляризации оптического сигнала в первом интервале длин волн, включающая по меньшей мере один оптический волновод, через который проходит указанный сигнал;
– вторая ступень вращения плоскости поляризации оптического сигнала во втором интервале длин волн, включающая по меньшей мере один оптический волновод, через который проходит указанный сигнал;
– по меньшей мере один оптический волновод, связывающий указанные первую и вторую ступени, несущий одиночный поляризационно-селективный элемент;
– по меньшей мере один оптический волновод, расположенный за указанной второй ступенью, несущий поляризационно-селективный элемент; характеризуемому тем, что указанный одиночный поляризационно-селективный элемент состоит из поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной.

В предпочтительном решении, по меньшей мере одна из указанных первой и второй ступеней включает приспособления для генерирования поверхностной акустической волны и наиболее предпочтительно указанная подложка содержит акустический волновод, включающий по меньшей мере одну секцию одного из указанных оптических волноводов указанных первой и второй ступеней.

В конкретном варианте реализации изобретения это акустооптическое устройство содержит первый акустический волновод, расположенный на протяжении части подложки, включающей указанный оптический волновод указанной первой ступени, и второй акустический волновод, расположенный на протяжении части подложки, включающей указанный оптический волновод указанной второй ступени.

Предпочтительно, чтобы указанные приспособления для генерирования поверхностной акустической волны располагались внутри по меньшей мере одного из указанных акустических волноводов, близко к одному концу волновода, для однонаправленного распространения указанной акустической волны в указанном акустическом волноводе и преимущественно включали группу электродов встречно-штыревой конструкции, расположенных поперек указанного акустического волновода; указанное акустооптическое устройство может содержать акустический поглотитель, расположенный на указанном конце указанного акустического волновода.

Кроме того, устройство может содержать акустический поглотитель, расположенный на конце указанного акустического волновода, противоположном тому концу, на котором располагается приспособление для генерирования поверхностной акустической волны.

Альтернативно, указанные устройства для генерирования поверхностных акустических волн могут состоять из двух групп электродов встречно-штыревой конструкции, расположенных на предварительно определенном расстоянии друг от друга, соответственно снабженных первым электрическим сигналом переменного напряжения и вторым электрическим сигналом, полученным путем сдвига указанного первого электрического сигнала на 90^o, для генерирования однонаправленной акустической волны.

В предпочтительном варианте реализации изобретения устройство включает два параллельных оптических волновода на каждой из указанных первой и второй ступеней и два оптических волновода, связывающих указанные первую и вторую ступени, где каждый оптический связывающий волновод несет один одиночный поляризационно-селективный элемент, приспособленный для передачи одной или двух компонент взаимно перпендикулярных поляризаций, и где по меньшей мере один из указанных одиночных поляризационно-селективных элементов состоит из поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной.

В этой реализации изобретения один из указанных одиночных поляризационно-селективных элементов может быть поляризатором, пропускающим волны TE типа, и может содержать металлический слой, покрывающий соответствующий оптический волновод, связывающий первую и вторую ступени, с буферным слоем, введенным между ними.

Альтернативно, оба указанных одиночных поляризационно-селективных элемента могут состоять из поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной.

В последнем указанном альтернативном решении оба указанных поляризационных элемента связи с нераспространяющейся волной могут быть элементами связи полосовой передачи для соответственной проходящей поляризации, или один из указанных элементов связи с нераспространяющейся волной может быть элементом связи с полосовой передачей для соответственной проходящей поляризации, в то время как второй из указанных поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной является элементом связи перекрестной передачи, для соответственной проходящей поляризации; указанный второй поляризационный элемент связи с нераспространяющейся волной преимущественно связан с соответственным оптическим связывающим волноводом с помощью изогнутой волноводной секции и может содержать прямую центральную секцию, формирующую ненулевой угол по отношению к связывающему волноводу.

В предпочтительном варианте реализации изобретения указанным фотоупругим материалом с двойным лучепреломлением является LiNbO₃, и в указанном варианте реализации изобретения указанные оптические волноводы и поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной преимущественно изготавливаются путем фотолитографического маскирования, нанесения металлического слоя и последующей диффузии металла внутрь субстрата, указанный металл преимущественно может быть титаном.

С другой стороны, настоящее изобретение относится к способу изготовления акустооптического волноводного устройства для селекции длин волн, включающему следующие стадии:
– формирование по меньшей мере одного акустического волновода на одной подложке, сделанной из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением, путем диффузии первого металла внутрь указанной подложки;
– формирование первого и второго поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной на указанной подложке путем фотолитографического осаждения и последующей диффузии второго металла внутрь самой подложки, а также по меньшей мере одного оптического волновода для связи между указанными поляризационными элементами связи, где оптический волновод является по крайней мере частично включенным в указанный акустический волновод;
– формирование одного одиночного поляризационно-селективного элемента вдоль указанного оптического связывающего волновода;
– формирование электроакустического преобразователя, содержащего электроды встречно-штыревой конструкции внутри по меньшей мере одного из указанных акустических волноводов путем фотолитографического осаждения третьего металла на указанный субстрат;
характеризуемому тем, что указанная стадия формирования одиночного поляризационно-селективного элемента включается в указанную стадию формирования указанного первого и второго поляризационных элементов связи и указанного оптического связывающего волновода и состоит в формировании третьего поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной. Предпочтительно, чтобы указанные первый, второй и третий поляризационные элементы связи были идентичны друг другу.

В преимущественном варианте этот процесс включает формирование на указанной подложке путем фотолитографического осаждения и последующей диффузии внутрь указанной подложки указанного второго металла, первого и второго оптических связывающих волноводов между первым и вторым поляризационными элементами связи, где оптические волноводы являются по крайней мере частично включенными в указанный акустический волновод; и включает формирование одного одиночного поляризационно-селективного элемента вдоль каждого из указанных оптических связывающих волноводов.

Предпочтительно, чтобы указанная стадия формирования указанных поляризационно-селективных элементов включалась в указанную стадию формирования указанного первого и второго поляризационных элементов связи и указанных оптических связывающих волноводов и состояла в формировании третьего и четвертого поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной вдоль указанного первого и второго оптических связывающих волноводов соответственно.

Более предпочтительно, чтобы указанные первый, второй, третий и четвертый поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной были идентичны друг другу.

В большей степени детали изобретения будут ясны из следующего описания со ссылкой на приведенные рисунки, где:
– фиг. 1A, 1B – две схемы, показывающие акустооптические фильтры, соответствующие известной технологии;
– фиг. 2A, 2B – две схемы, показывающие акустооптические фильтры, соответствующие известной технологии;
– фиг. 3A, 3B показывают два графика, относящиеся к температурному изменению спектрального отклика поляризаторов, пропускающих волны TM типа, соответствующих известному уровню технологии;
– фиг. 4 – схема, показывающая акустооптический фильтр, соответствующий изобретению;
– фиг. 5 – схема, показывающая поляризационный элемент связи с нераспространяющейся волной, используемый в настоящем изобретении;
– фиг. 6A, 6B, 6C представляют собой графики, показывающие коэффициент расщепления поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной в волноводе по отношению к длине общей волноводной секции (A), длине волны (B, C);
– фиг. 7 показывает схему однонаправленного электроакустического преобразователя;
– фиг. 8 – схема акустооптического фильтра, соответствующего альтернативной реализации изобретения;
– фиг. 9 – схема поляризационно-независимого акустооптического фильтра, соответствующего изобретению;
– фиг. 10 – схема волноводного поляризатора, пропускающего волны TE типа, используемого в устройстве, показанном на фиг. 9;
– фиг. 11 – схема поляризационно-независимого акустооптического фильтра, соответствующего изобретению;
– фиг. 12 – схема поляризационно-независимого акустооптического фильтра, соответствующего другой альтернативной реализации изобретения;
фиг. 13 – схема поляризационно-независимого акустооптического фильтра, соответствующего еще одной альтернативной реализации изобретения.

Волноводный интегрированный акустооптический фильтр описывается в US Patent 5381426 на имя того же заявителя. Он будет описан со ссылкой на фиг. 18, соответствующую фиг. 3 в указанном патенте.

Фильтр 16 состоит из субстрата 18, выполненного на кристалле LiNbO₃, срезанного по правым углам к оси x, на котором оптический канальный волновод 19, имеющий направление распространения вдоль оси y, одномодовый в полосе длин волн, представляющий интерес (1530 < < 1560), изготовлен при помощи диффузии титана, посредством чего показатель преломления ниобата лития локально повышается в подложке так, чтобы удерживать оптический сигнал внутри требуемого пути.

На протяжении оптического волновода 19 имеется пара акустооптических преобразователей 20, которые состоят их металлических пластин, имеющих несколько гребенчатых электродов 21, чередующихся друг с другом и совмещенных с волноводом, приспособленных для того, чтобы генерировать акустическую волну, распространяющуюся через кристалл, путем пьезоэлектрического эффекта, возникающего за счет электрического возбуждения, приложенного к нему.

По сторонам оптического волновода 19 обозначен акустический волновод 22, ограниченный двумя боковыми областями 23, в которых титан диффундирует в подложку из ниобата лития для того, чтобы увеличить скорость распространения акустической волны через эти боковые области по отношению к центральной области 22 так, чтобы направить акустическую волну в указанную центральную область.

Показаны поляризаторы 24, пропускающие волны TE типа, они располагаются до электродов 21 и на протяжении конечных секций волновода 19, за самими электродами 21, в то время как поляризатор 25, пропускающий волны TM типа, располагается в промежуточной позиции между двумя поляризаторами 24.

Поляризаторы 24, пропускающие волны TE типа, образованы на основе диэлектрического слоя, выполненного, например, из кремнезема, нанесенного на оптический волновод 19, имеющего предварительно определенную толщину и покрытого металлическим слоем; такие поляризаторы дают возможность прохождения только компоненты светового сигнала TE моды, поляризованной в плоскости поверхности кристалла подложки.

Поляризатор 25, пропускающий волны TM типа, образован в свою очередь двумя областями обмена протонов, выполненными на сторонах волновода, в пределах нескольких миллиметров в длину; этот поляризатор дает возможность прохождения только компоненты светового сигнала TM моды, поляризованной в плоскости, перпендикулярной к поверхности кристалла подложки.

Акустический поглотитель 26 располагается на предварительно определенном расстоянии от поляризатора 25, пропускающего волны TM типа, на противоположной стороне от электродов 21; он формируется из слоя звукоизоляционного материала, нанесенного на поверхность кристалла, приспособленного для того, чтобы поглощать акустическую волну и, следовательно, предотвращать ее дальнейшее взаимодействие со световой волной.

Радиочастотный (RF) генератор, управляющий акустооптическим фильтром, имеет частоту, выбираемую между 170 и 180 МГц для селекции длин волн центра полосы пропускания в требуемом диапазоне (1530 < < 1560).

Действие этого устройства основано на конверсии между TE и TM компонентами (и наоборот) поляризованных оптических сигналов, распространяющихся вдоль оптического волновода и имеющих длину волны в подходящей полосе. Эта конверсия проводится путем взаимодействия оптических сигналов с акустической волной, распространяющейся вдоль акустического волновода 22 в том же направлении, что и оптическое излучение. Только TE компонента оптических сигналов, входящих в поляризатор 24, расположенный перед волноводом 19, передается в сам волновод. Вдоль первой секции волновода, перед поляризатором 25, для волн длин, включенных в полосу пропускания, определяемую параметрами акустической волны, TE поляризация изменяется на TM поляризацию. Волны тех длин, которые не входят в эту полосу, напротив, сохраняют свою поляризацию в плоскости поверхности подложки. Поэтому последние из упомянутых длин волн задерживаются поляризатором 25, передающим только TM компоненту сигналов, имеющих длины волн, входящие в полосу пропускания, поляризация которых была изменена путем взаимодействия с акустической волной. Волноводная секция, расположенная после поляризатора 25, действует как вторая ступень фильтра с конечной фазой акустической волны, распространяющейся в волноводе 22 и взаимодействующей с оптическими сигналами с TM поляризацией. Вторая ступень имеет тот же принцип действия, что и первая ступень, но со взаимным изменением поляризаций. Сигналы с длинами волн, входящими в полосу пропускания, изменяют свою поляризацию TM на TE и пропускаются поляризатором 24, расположенным после волновода 19; сигналы, не входящие в полосу пропускания, задерживаются указанным поляризатором 24.

Двухступенчатый волноводный интегрированный поляризационно-независимый акустооптический фильтр описывается в уже упомянутой статье F. Tian и др., опубликованной в Journal of Lightwave Technology.

Как показано на фиг. 2B, входной сигнал в устройстве разделяется на две TM и TE компоненты с помощью волноводного поляризационного элемента связи, формируемого в подложке. Два выхода из поляризационного элемента связи связаны с двумя двухступенчатыми фильтрами, каждый из которых имеет поляризатор между двумя ступенями, пропускающий волны TM и TE типа соответственно. Два фильтра расположены рядом на подложке вдоль того же самого акустического волновода, где акустическая волна, генерированная соответствующими преобразователями встречно-штыревой конструкции, распространяется в том же направлении, что и оптические сигналы. Выходы двух двухступенчатых фильтров в итоге объединяются с помощью поляризационного элемента связи. Акустический поглотитель располагается в конце акустического волновода с целью ослабления остаточной поверхностной акустической волны.

Поляризатор, пропускающий волны TM типа, в частности, изготовлен путем протонного обмена в двух областях примерно 1,5 мм длиной, примыкающих к оптическому волноводу с обеих сторон. Протонный обмен является причиной роста показателя преломления необыкновенной волны, что приводит к тому, что TE компонента более не распространяется, а рассеивается в субстрате. TM компонента, напротив, проходит через поляризатор с малыми потерями.

Опыт Заявителя доказал, что изготовление протонобменных поляризаторов этого типа делает весь процесс производства акустооптических устройств очень рискованным.

Заявитель изготавливал образцы поляризаторов, пропускающих волны TM типа, на LiNbO₃ подложках, на которых был сформирован одномодовый оптический волновод путем диффузии титана в течение 9 часов при температуре 1030^oC. Поляризаторы получались путем маскирования и последующего протонного обмена в неразбавленной бензойной кислоте в течение периодов времени от 2 до 7 часов, и при различных температурах в диапазоне от 230 до 240^oC. Расстояние между двумя областями, в которых происходит протонный обмен, расположенных на обеих сторонах оптического волновода, составляло от 12 мкм до 13,5 мкм.

Величины коэффициента затухания (отношение выходной мощности устройства для затухающей компоненты, в данном случае – TE компоненты, к полной выходной мощности) в полученных образцах были заключены в пределах между -25,3 дБ и -3,9 дБ. Величины затухания для передаваемой поляризации (в данном случае – TM компонента), напротив, изменяются от очень низких значений до 1,1 дБ.

Некоторые образцы подвергались стадии последующего термического отжига при температуре 320^oC в течение периода времени от 15 до 90 минут, посредством чего в основном достигалось уменьшение коэффициента затухания до величин от -25 до -20 дБ, но в то же время достигалось увеличение затухания для TM компоненты до величин порядка 2 дБ.

В двухступенчатом акустооптическом фильтре величина коэффициента затухания для поляризаторов, расположенных между первой и второй ступенями, определяет величину остаточного фонового шума для устройства в целом, где под остаточным фоновым шумом понимается максимальное затухание, испытываемое сигналами с длинами волн вне полосы передачи при прохождении через устройство.

Поляризатор, который используется в двухступенчатом акустооптическом фильтре, должен одновременно иметь коэффициент затухания ниже -20 дБ и затухание для передаваемой моды ниже 0,5 дБ.

Заявитель мог наблюдать, что установка в заданное положение фотолитографического шаблона на подложке для ограничения области, которая должна подвергаться протонному обмену, требует гораздо более высокой степени точности по сравнению с той, которая требовалась для фотолитографических шаблонов, необходимых для осуществления других стадий производства акустооптического устройства, таких как те, что используются для ограничения диффузии титана на протяжении процесса изготовления волноводов, или таких, которые используются для электродов встречно-штыревой конструкции и поляризатора, пропускающего волны TE типа. Доказано, что все параметры, регулирующие процесс протонного обмена и последующую возможную стадию термического отжига, также являются очень критическими: очень малые вариации даже отдельного параметра могут сказываться на поляризаторах, которые не отвечают требуемому стандарту и поэтому должны отбраковываться.

Кроме того, некоторые из произведенных поляризаторов, пропускающих волны TM типа, подвергались воздействию температур выше чем 80^oC в течение нескольких часов и показали важные изменения в спектральном отклике в зависимости от времени. На фиг. 3A показан график, иллюстрирующий коэффициент затухания для одного из поляризаторов, измеренный перед (a) и после (b) воздействия температуры 100^oC в течение 20 часов. Можно увидеть смещение спектральной кривой примерно на 25 нм в сторону больших длин волн и результирующее изменение на несколько дБ коэффициента затухания для каждой длины волны. Изменения могли наблюдаться для нескольких различных поляризаторов, подвергнутых такому же тепловому воздействию со смещениями кривой спектрального отклика в пределах от 20 до 30 нм.

Изменения в спектральном отклике поляризаторов, пропускающих волны TM типа, изготовленных с помощью протонного обмена, также имеют место при более низких температурах, для больших времен воздействия, и вносят вклад в то, что использование этих компонент становится рискованным.

В дополнение к непрерывным изменениям кривой спектрального отклика, благодаря воздействию высоких температур, поляризаторы, пропускающие волны TM типа, изготовленные с помощью протонного обмена, также имеют обратную временную зависимость спектрального отклика от температуры. Например, фиг. 3B, воспроизводящая спектральные кривые коэффициента затухания для поляризаторов при температурах 10^oC и 30^oC, показывает изменения, достигающие 10 дБ на некоторых длинах волн.

Также Заявитель мог наблюдать, что процесс производства акустооптического фильтра, описанный в указанной статье F Tian и др., является длительным и сложным вследствие необходимости обеспечения особых стадий процесса для каждого из поляризаторов, т.е. поляризаторов, пропускающих волны TM и TE типов, используемых в устройстве, в дополнение к стадиям процесса, требующимся для производства оптических волноводов, элемента связи и поляризационного элемента связи, акустического волновода и преобразователей встречно-штырьевой конструкции.

Двухступенчатое волноводное интегрированное акустооптическое устройство, соответствующее изобретению, будет теперь описываться со ссылкой на фиг. 4.

На подложке 30 формируются следующие компоненты: канальный оптический волновод 31 имеет один конец на краю подложки и приспособлен для приема оптических сигналов, входящих в устройство, к примеру, через подходящим образом присоединенный оптический фильтр; другой конец волновода 31 присоединен к волноводу доступа 1 поляризационного элемента связи 32; оптический волновод 26 имеет один конец на краю подложки и другой конец, связанный с волноводом доступа 4 элемента связи 32; волновод доступа 3 элемента связи 32 связан с волноводом 35, присоединяющимся к волноводу доступа 4 поляризационного элемента связи 40; волновод доступа 3 элемента связи 48 связан с волноводом 36, присоединяющимся к волноводу доступа 4 элемента связи 37; волновод 2 доступа последнего упомянутого элемента связи связан с волноводом 38, заканчивающимся на краю субстрата и дающим возможность выхода оптического сигнала, например через связь с оптическим фильтром; наконец, волновод доступа 3 элемента связи 37 присоединяется к волноводу 29, заканчивающемуся на краю подложки.

Также на краю подложки 30 сформированы: акустический волновод 41, расположенный в пределах части подложки, включающий оптические волноводы 35, 36, ограниченный двумя полосами 42, 43, расположенными симметрично по отношению к оптическим волноводам 35, 36, в которых скорость акустических волн выше, чем в волноводе 41; электроакустический преобразователь 44, расположенный вдоль акустического волновода 41, вблизи от конца волновода 35, связанного с элементом связи 32, приспособленный для генерирования поверхностной акустической волны внутри акустического волновода; акустические поглощающие приспособления 45, расположенные вдоль акустического волновода 41, вблизи от конца волновода 36, связанного с элементом связи 37, приспособленные для поглощения остаточной поверхностной акустической волны; и акустические поглощающие приспособления 46, расположенные вдоль акустического волновода 41, вблизи от конца волновода 34, связанного с элементом связи 32, приспособленные для поглощения акустической волны, генерированной преобразователем 44, распространяющейся в направлении, противоположном направлению оптических сигналов.

В акустооптическом устройстве, изготовленном Заявителем, производственные параметры были выбраны для работы при комнатной температуре в полосе длин оптических волн, по меньшей мере 100 нм, центрированной около 1550 нм, что представляет особый интерес для оптической связи. Квалифицированный специалист путем выбора соответствующих значений параметров, в частности, оптических волноводов, поляризационных элементов связи и акустической волны, передаваемой в акустическом волноводе, будет в состоянии приспособить устройство для действия при других температурах или в другой полосе длин волн, например в полосе длин волн около 1300 нм, которая также представляет интерес для оптической связи.

Подложка 30 формируется из LiNbO₃ кристалла, срезанного по правым углам к оси x; волноводы 31, 35, 36, 38 и секции волновода 5 поляризационных элементов связи 32, 40, 37 ориентированы вдоль кристаллической оси y.

Вместо LiNbO₃ для подложки может быть использован другой фотоупругий элемент с двойным лучепреломлением. Возможными материалами, например, являются LiTaO₃, TeO₂, CaMoO₄.

Увеличение скорости акустической волны в полосах, определяющих границы акустического волновода, может быть осуществлено путем диффузии подходящего вещества в подложке.

В устройстве, созданном Заявителем, акустический волновод 41 с полной длиной волны около 30 нм был сделан путем создания фотолитографического шаблона, ограничивающего полосы подложек 42 и 43, отделенные друг от друга расстоянием в 110 мкм, осаждения слоя титана толщиной 160 нм внутри ограниченной поверхности и последующей диффузии титана в субстрат длительностью 31 час в печи при температуре 1060^oC. Под действием диффузии скорость акустической волны увеличивается примерно на 0,3%, так что, благодаря действию областей 42 и 43, акустические волны ограничиваются на протяжении волновода 41. Последний представляет собой одномодовый волновод для используемых акустических волн. Коэффициент затухания для акустических волн составляет около 0,1 дБ/см.

Оптические волноводы и поляризационные элементы связи могут быть изготовлены путем диффузии в подложку вещества, способного привести к увеличению показателя преломления.

В устройстве, созданном Заявителем, оптические волноводы и поляризационные элементы связи получаются с помощью фотолитографического шаблона, осаждения слоя титана толщиной 105 нм и последующей диффузии в течение 9 часов при температуре 1030^oC.

В оптических волноводах фотолитографический шаблон имеет отверстие около 7,0 мкм шириной.

Тесты передачи на большом числе прямых волноводов этого типа показали, что величина затухания составляет около 0,03 дБ/см для TM компоненты и 0,07 дБ/см для TE компоненты.

Поляризационные элементы 32, 37, 40 являются элементами связи с нераспространяющейся волной на плоской подложке.

Под элементом связи с нераспространяющейся волной понимается устройство, состоящее из двух оптических волноводов, которые расположены близко друг к другу на протяжении секции этого прибора в такой степени, что каждый из волноводов находится внутри нераспространяющейся волны излучения, распространяющегося в другом волноводе так, чтобы обеспечить возможность взаимодействия излучения между двумя волноводами и обмен оптической энергией друг с другом.

Использование элементов связи с нераспространяющейся волной на подложке ниобата лития для изготовления поляризационных расщепителей известно, например, из статьи A. Neyer, опубликованной в Applied Physics Letters, vol. 55, N 10, September 4, 1989, p.p. 927-929, которая упомянута здесь для сведения.

Поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной, предусмотренные для использования в устройстве, согласно изобретению, изготавливаются в соответствии со схемой, показанной на фиг. 5. Они состоят из двух одномодовых волноводов длины L_c, параллельных друг другу и отделенных друг от друга расстоянием C, связанных с одномодовыми волноводами доступа 1, 2 и 4, 3 соответственно. Расстояние между двумя внешними краями волноводов 5 обозначается как D. Волноводы 1-5 имеют ту же ширину, что и волноводы 31, 35, 36, 38. Одинаковый угол имеет место между волноводами доступа 1 и 4 и волноводами доступа 2 и 3. Максимальное расстояние между центральными линиями волноводов доступа 1 и 4 обозначается как A. Максимальное расстояние между центральными линиями волноводов доступа 2 и 3 обозначается как B. Буквой E обозначена полная длина элемента связи.

Расстояние C выбирается достаточно малым для того, чтобы обеспечить возможность взаимодействия излучения между двумя волноводами 5. В частности, возможно создать элементы связи с C = 0, в которых два волновода замещаются одним двухмодовым волноводом 5 с полной шириной = D. В дальнейшем в настоящем описании ссылки будут относиться к этому случаю, обобщение на случай C > 0 является очевидным для квалифицированного специалиста.

Действие поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной осуществляется следующим образом: одномодовый оптический сигнал, входящий в волновод 5, например, из волновода доступа 1, возбуждает как основную симметричную моду, так и асимметричную моду первого порядка в волноводе 5; вдоль двухмодового волновода 5 эффективные показатели преломления отличаются друг от друга для каждой из двух мод, и, в случае каждой моды, для каждой из двух TE и TM поляризаций; две моды интерферируют вдоль волновода 5 с растущей разностью фаз Ф_TE и Ф_TM: для TH и TM компонент соответственно, создавая колебания оптической энергии с направлением, зависящим от поляризации; поэтому на выходе волновода 5 две поляризации могут быть выделены на протяжении двух одномодовых волноводов 2 и 3 за счет подходящего подбора длины L_c и параметров, влияющих на эффективные показатели преломления.

Для изготовленных поляризационных элементов связи и нераспространившейся волной были подобраны следующие значения параметров:
C = 0 мкм
D = 14 мкм
E = 5 мм
= 0,55^o
Для эффективного расщепления TE и TM компонент, возникающих в устройстве, расстояния A и B должны составлять по меньшей мере 30 мкм для поляризационных элементов связи, имеющих установленные выше параметры.

В устройстве, созданном Заявителем, величины A и B для элементов связи 32, 40 и 37 составляют 30 мкм.

Также расстояния между волноводами 35, 36 и областями 42, 43 при большей скорости, чем скорость акустических волн, должно быть больше, чем минимальное расстояние, зависящее от оптических характеристик материалов и размеров волноводов. В том случае, когда как субстрат, так и оптические волноводы являются такими же, как в устройстве, созданном Заявителем, указанное расстояние составляет по меньшей мере 35 мкм, предпочтительно по крайней мере 40 мкм, для того, чтобы избежать оптических потерь, происходящих из-за взаимодействия части оптических сигналов с областями 42, 43, которые, благодаря диффузии титана, имеют оптический показатель преломления выше, чем показатель преломления подложки.

Волновод доступа 2 элемента связи 32 и волновод доступа 2 элемента связи 40 сделаны так, что их длина больше длин других волноводов доступа. Излучение из этих волноводов распространяется через полосу 42, ограничивающую акустический волновод, который имеет показатель преломления выше, чем подложка, и возникает из полосы 42 путем диффузии с поверхности полосы или благодаря потерям Френеля на конце самой полосы.

Для того чтобы улучшить поглощение излучения, распространяющегося вдоль этих волноводов доступа, могут быть использованы оптические поглотители 51, которые сделаны, например, с помощью осаждения металлического слоя на соответственный волновод в пределах длины 3 или 4 мм. Оптические поглотители могут быть созданы в ходе тех же стадий процесса, что и электроакустические преобразователи.

Для того чтобы установить оптимальную величину L_c для поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной 32, 40 и 37, были проведены экспериментальные испытания, результаты которых суммированы на фиг. 6A.

Несколько различных элементов связи с нераспространяющейся волной были сделаны в соответствии со схемой, показанной на фиг. 5, причем указанные элементы связи имеют установленные значения параметров и длину L_c, заключенную между 140 мкм и 540 мкм.

На графиках фиг. 6A воспроизводится зависимость измеряемого коэффициента расщепления элементов связи SR_x (выраженного в дБ) от длины L_c, выраженной в мкм, где коэффициент расщепления определяется следующим образом:
SR_x = log(P_x,1/P_x,2)
где P_x,1 – выходная мощность излучения x (TE или TM) поляризации, выходящего из одного из выходных волноводов (например, волновода доступа 2), в то время как
P_x,2 – выходная мощность излучения x поляризации, выходящего из другого выходного волновода (волновода доступа 3, показанного в примере).

На графиках фиг. 6A кривая 61 относится к коэффициенту SR_TM, в то время как кривая 62 относится к коэффициенту SR_TE. Две кривые показывают периодичность поведения SR_x при изменении L_c с различными периодами для двух поляризаций.

Высокое абсолютное значение коэффициента расщепления для данной поляризации соответствует почти полному расщеплению компоненты, имеющей такую поляризацию по направлению к одному из двух выходных окон. Положительное значение коэффициента расщепления соответствует полосовой передаче через устройство, т. е. передаче, в которой сигнал почти полностью адресуется выходному волноводу, расположенному на той же самой стороне, что и выходной волновод, относительно центральной линии волновода 5 (волноводу доступа 2, если вход сигнала имеет место из волновода доступа 1, со ссылкой на фиг. 5). Отрицательное значение коэффициента расщепления, напротив, соответствует перекрестной передаче через устройство, т.е. передаче, в которой сигнал почти полностью адресуется выходному волноводу, расположенному на противоположной стороне
от входного волновода относительно центральной линии волновода 5 (волноводу доступа 3, если вход сигнала имеет место из волновода доступа 1, со ссылкой на фиг. 5).

В случае кривой 61 (TM поляризация) воспроизведенный максимум для значений L_c порядка 180 мкм соответствует полосовой передаче.

В случае кривой 62 (TE поляризация), наоборот, для значений L_c порядка 200 мкм воспроизведенный минимум соответствует перекрестной передаче.

Оптимальное значение L_c достигается, когда коэффициент расщепления имеет высокое абсолютное значение одновременно для обеих поляризаций, с полосовой передачей для одной поляризации и перекрестной передачей для другой поляризации.

На основе предыдущих рассмотрений выбиралась величина L_c = 180 мкм для поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной, которые используются в устройстве, согласно изобретению, из этой величины вытекает измеряемый коэффициент расщепления около 25 дБ для TM компоненты и примерно 25 дБ для TE компоненты, с полосовой передачей для TM компоненты и перекрестной передачей для TE компоненты. Соответствующее измеряемое затухание составляло около 0,4 дБ для TM компоненты и около 0,5 дБ для TE компоненты.

Фиг. 6B и 6C представляют зависимость коэффициента расщепления от длины волны для поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной с L_c = 140 мкм для TM поляризации (фиг. 6B) и TE поляризации (фиг. 6C) соответственно.

В акустооптическом устройстве фиг. 4 элементы связи 32 и 37 связаны таким образом, чтобы использовать перекрестную передачу, т.е. они действуют как поляризаторы, пропускающие волны TE типа; элемент связи 40 связан таким образом, чтобы использовать полосовую передачу, т.е. он действует как поляризатор, пропускающий волны TM типа.

Электроакустический преобразователь 44 генерирует, начиная с электрического сигнала подходящей частоты, акустическую волну, распространяющуюся внутри акустического волновода 41. В случае пьезоэлектрического субстрата (такого, как LiNbO₃), этот преобразователь преимущественно изготавливается из электродов встречно-штыревой конструкции, помещенных на субстрат 30. В случае субстрата, сделанного из непьезоэлектрического материала, электроды встречно-штыревой конструкции могут быть помещены на слой из пьезоэлектрического материала, покрывающий подложку.

Как показано в US Patent 5002349, упомянутом выше, если подложка сделана из LiNbO₃, электроакустический преобразователь может быть преимущественно помещен на подложку с углом наклона около 5^o к оси y.

В акустооптическом устройстве, созданном Заявителем, электроакустический преобразователь образуется пятью парами электродов встречно-штыревой конструкции, имеющими периодичность 21,6 мкм, которая соответствует величине длины поверхностной акустической волны в LiNbO₃, имеющей частоту примерно 173,5 МГц, которая необходима для TE < — > TM конверсии при оптической длине волны около 1550 нм. Будет очевидно, что при модификации периодичности электродов возможно создать электроакустические преобразователи, которые адаптированы для акустооптических устройств, действующих в других полосах длин волн.

Электроды встречно-штыревой конструкции могут быть изготовлены путем нанесения металлического (например, алюминиевого) слоя, например, толщиной 500 нм на подложку. Можно наблюдать, что введение промежуточного V₂O₃ слоя помогает уменьшить потери в лежащих под ним оптических волноводах: в частности, незначительные потери могут быть получены с промежуточным слоем толщиной около 100 нм. Материалы различных типов, такие как SiO₂ или Al₂O₃, могут использоваться для промежуточного слоя, и толщина может быть выбрана таким образом, чтобы минимизировать потери в лежащих под ним оптических волноводах без ослабления генерации акустических волн в подложку.

Акустооптическое устройство может быть настроено на длины волн 1500 нм или 1600 нм, т. е. на 50 нм смещенных от центральной длины волны 1550 нм, посредством чего снабжая электроды встречно-штыревой конструкции энергией около 100 мВт в противоположность 50 мВт, требуемым для действия на центральной длине волны.

Способ, используемый для изготовления акустооптического устройства, соответствующий изобретению, значительно упрощен по сравнению с процессом для изготовления устройства, соответствующим известной технологии. В частности, так как поляризатор, пропускающий волны TM типа, состоит из волноводного поляризационного элемента связи, он может быть образован на подложке в течение той же стадии процесса, в которой создаются остальные поляризационные элементы связи и оптические волноводы.

Для акустооптического устройства вносимые потери, составлявшие величину, заключенную между 2,5 дБ и 3,5 дБ, определялись для сигналов, имеющих TE поляризацию (затухание, испытываемое оптическими сигналами, имеющими TE поляризацию и длину волны, соответствующую центру полосы пропускания при прохождении через устройство).

Если также рассматриваются входное и выходное затухание, которые являются следствием взаимодействия между волноводом и двумя оптоволоконными частями, необходимыми для связи акустооптического устройства с другими компонентами оптической схемы, вносимые потери от сигналов TE поляризации составляют диапазон величин, заключенных между 4,0 дБ и 5 дБ.

Было определено, что ширина полосы пропускания на половине максимума должна быть заключена между 1,2 нм и 2,0 нм.

Боковые лепестки полосы пропускания имеют уменьшение, по крайней мере на 20 дБ, по отношению к центральному пику передачи. В наиболее благоприятных случаях было определено уменьшение на 25 дБ в боковых лепестках.

Остаточный фоновый шум (затухание сигналов, имеющих длины волн вне полосы пропускания) оказывается ниже, чем 25 дБ.

Описание акустооптического устройства адаптировано для использования в качестве фильтра регулируемой длины волны для сигналов определенной поляризации; в частности, оно адаптировано для использования в качестве фильтра селекции длин волн внутри объемного резонатора лазера, который может быть активного оптико-волоконного типа.

Отдельная преимущественная конфигурация для описанного акустооптического устройства достигается путем подходящего подбора волн первой и второй ступеней так, что они находятся в соотношении приблизительно 1:1,6. Таким образом, минимумы кривой спектрального отклика, относящейся к первой ступени, совпадают с максимумами боковых лепестков кривой спектрального отклика, относящейся ко второй ступени так, что боковые лепестки кривой полного спектрального отклика в акустооптическом устройстве являются значительно уменьшенными.

Для того чтобы провести полную TE –> TM –> TE конверсию с помощью двух ступеней с различными длинами, необходимо, чтобы акустическая мощность на первой ступени была выше, чем акустическая мощность на второй ступени, примерно на 4 дБ.

Вышесказанное может быть достигнуто путем уменьшения акустической мощности на второй ступени с помощью подходящих акустических поглотителей, созданных вдоль акустического волновода между первой и второй ступенями, например с помощью микролитографического процесса.

Альтернативно, описанная конструкция акустооптического устройства может быть модифицирована путем добавления акустических поглощающих приспособлений 46, расположенных вдоль акустического волновода 41, близко к концу волновода 35, связанного с элементом связи 40 и адаптированных для поглощения остаточной поверхностной акустической волны, второго электроакустического преобразователя 47, расположенного вдоль акустического волновода 41, близко к концу волновода 36, связанного с элементом связи 40 и адаптированного для генерации поверхностной акустической волны внутри акустического волновода 41 и акустических поглощающих приспособлений 49, расположенных вдоль акустического волновода 41, близко к концу волновода 36, связанного с элементом связи, и адаптированных для поглощения акустической волны, генерированной преобразователем 47, распространяющейся в направлении, противоположном направлению оптических сигналов.

В этом методе поверхностные акустические волны, распространяющиеся на первой и второй ступенях, генерируются независимо одна от другой. Таким образом, акустические мощности на двух стадиях могут отличаться так, чтобы оптимизировать спектральные характеристики акустооптического устройства.

Также возможно через это независимое управление поверхностной акустической волной на двух ступенях подбирать центры полос пропускания на двух стадиях, слегка отделенных друг от друга так, чтобы получать более широкую полосу пропускания для устройства.

Наконец, независимое управление двумя ступенями позволяет уменьшить в два раза время, которое требуется для настройки акустооптического устройства. Действительно, время, которое требуется для того, чтобы акустическая волна прошла более длинную из двух ступеней в устройстве, меньше, чем время, необходимое для распространения вдоль целого акустического волновода, и составляет половину этой величины в случае ступеней, имеющих одинаковую длину. Когда акустооптическое устройство используется как фильтр для многоканальной селекции в системе оптической связи с объединением по длине волн, более короткое время настройки включает преимущество более быстрой реконфигурации системы.

Альтернативное решение использования акустических поглощающих приспособлений 46 (и, возможно, 49) для поглощения распространяющейся в обратном направлении по отношению к оптическим сигналам поверхностной акустической волны состоит в применении однонаправленных электроакустических преобразователей вместо электроакустических преобразователей 44 (и, необязательно, 47).

Преобразователи этого типа показаны в статье J.H.Collins и др., озаглавленной “Однонаправленный преобразователь поверхностной волны”, опубликованной в Proceedings of the IEEE, Proceedings Letters of May 1969, pp. 833-835.

Эти преобразователи могут быть созданы, как показано на фиг. 7, с помощью двух групп электродов 44′ и 44”, размещенных на субстрате 30 на расстоянии (1/4 + n) _A друг от друга, (где _A” – длина акустической волны, и n – целое число) и управляемых электрическими сигналами со сдвигом на 90^o. Электрический RF сигнал, произведенный генератором 71, является входным для группы электродов 44′. Такой же сигнал после того, как подвергается фазовой задержке на 90^o с помощью схемы 72, является входным для группы электродов 44”.

Эта конфигурация приводит к разрушительной интерференции акустических волн, генерированных на поверхности субстрата в направлении от группы электродов 44′ к группе электродов 44”. В направлении от группы электродов 44” к группе электродов 44′, напротив, присутствует конструктивная интерференция с генерацией поверхностной акустической волны 73 на поверхности подложки.

Использование однонаправленных электроакустических преобразователей дает возможность акустическим поглощающим приспособлениям 46 (и, возможно, 49) не включаться и избежать нагревания субстрата, расположенного вблизи указанных приспособлений, данное нагревание субстрата происходит благодаря рассеиванию по нему акустической энергии; кроме того, при удвоении эффективности электроакустической конверсии может быть использован RF источник уменьшенной мощности.

Альтернативный вариант волноводного интегрированного акустооптического устройства будет теперь описан со ссылкой на фиг. 8.

В соответствии с этим вариантом, на субстрате 30 предусматриваются оптические волноводы и поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной в волноводе тех типов, которые описаны со ссылкой на фиг. 4, и расположенные в той же конфигурации.

Оптические волноводы 34, 36 остаются на частях подложки, заключенных внутрь акустических волноводов 81, 83.

Электроакустические преобразователи 44, 47 генерируют поверхностные акустические волны, распространяющиеся через акустические волноводы 82, 84, расположенные соответственно рядом с волноводами 81, 83 так, чтобы формировать акустические элементы связи.

Эти акустические волноводные элементы связи, действующие тем же способом, что и оптические волноводные элементы связи, имеют центральную часть, в которой акустические волноводы располагаются близко друг к другу, и прохождение поверхностных акустических волн от одного волновода к другому оказывается возможным.

В соответствии с известной технологией, описанной, например, в статье H. Herrmann и др. , опубликованной в Electronics Letters, vol. 28, N 11, 21/05/92, pp. 979-980, эти элементы связи делаются таким образом, что профиль интенсивности поверхностной акустической волны вдоль волноводов 81, 83 имеет один максимум в центральной секции этих волноводов и два минимума на их концах; оптические сигналы, распространяющиеся вдоль оптических волноводов 35, 36, взаимодействуют с акустической волной увеличивающейся интенсивности на первой половине пути и уменьшающейся интенсивности на второй половине пути.

Акустические поглотители располагаются на одном из двух концов акустических волноводов 82, 84 для ослабления остаточных поверхностных акустических волн и их распространения в обратном направлении по отношению к направлению оптических сигналов. Возможное нагревание подложки, благодаря рассеиванию акустической энергии, локализуется в этом устройстве на частях подложки, через которые не проходят оптические волноводы, и поэтому не является проблемой для действия самого устройства.

Кривая спектрального отклика акустооптического устройства, соответствующего настоящему альтернативному варианту, имеет большее уменьшение боковых лепестков, чем кривая устройства, показанного на фиг. 4.

Двухступенчатое интегрированное поляризационно-независимое акустооптическое устройство, соответствующее изобретению, теперь будет описываться со ссылкой на фиг. 9.

На подложке 30 находятся следующие компоненты: канальный оптический волновод 31 имеет один конец на краю и приспособлен для приема оптических сигналов, входящих в устройство, например через подходящим образом подсоединенное оптическое волокно; другой конец волновода 31 соединяется с волноводом доступа 1 поляризационного элемента связи 32; оптический волновод 28 имеет один конец на краю подложки и другой конец, соединенный с волноводом доступа 4 поляризационного элемента связи 32; волновод доступа 2 поляризационного элемента связи 32 соединяется с волноводом доступа 1 поляризационного элемента связи 37 через волновод 33, поляризатор 39, пропускающий волны TE типа, и волновод 34; волновод доступа 3 элемента связи 32 соединен с волноводом 35, присоединяющимся к волноводу доступа 1 поляризационного элемента связи 40; волновод доступа 2 элемента связи 40 соединен с волноводом 36, присоединяющимся к волноводу доступа 4 элемента связи 37; волновод доступа 2 элемента связи 37 соединяется с волноводом 38, заканчивающимся на краю подложки и обеспечивающим выход оптического сигнала, например, через связь с оптическим волокном; наконец, волновод доступа 3 элемента связи 37 соединяется с волноводом 29, заканчивающимся на краю подложки.

Также на подложке 30 формируются: акустический волновод 41, расположенный в пределах части подложки, включающий оптические волноводы 33, 34, 35 и 36 и заключенный между двумя полосами 42 и 43, в которых скорость акустической волны выше, чем в волноводе 41; однонаправленный электроакустический преобразователь 44′, 44”, расположенный вдоль акустического волновода 41, вблизи от концов волноводов 33, 35, соединенных с элементом связи 32, и адаптированный для генерации поверхностной акустической волны внутри акустического волновода; акустические поглощающие приспособления 45, расположенные вдоль акустического волновода 41, вблизи от концов волноводов 34, 36, соединенных с элементом связи 37, и адаптированные для поглощения остаточной акустической волны.

В поляризационно-независимом акустооптическом устройстве, созданном Заявителем, использовались те же самые материалы и выбирались те же самые значения параметров конструкции, что и в акустооптическом устройстве, ранее описанном со ссылкой на фиг. 4.

Различные материалы, выбираемые из известных фотоупругих материалов с двойным лучепреломлением, и различные значения параметров могут быть подобраны квалифицированным специалистом для того, чтобы оптимизировать действие устройства в различных условиях работы, в частности, когда речь идет о центральной длине волны полосы пропускания.

В устройстве, созданном Заявителем, субстрат 30 состоит из кристалла LiNbO₃, срезанного по правым углам к оси x; волноводы 31, 33, 34, 35, 36, 38 и секции волновода 5 поляризационных элементов связи 32, 40, 37 ориентированы вдоль оси кристалла y.

Акустические волноводы, оптические волноводы и поляризационные элементы связи изготовлены путем осаждения и последующей диффузии титана через подложку. Размеры и способы производства для этих компонент являются такими же, как и те, что сформулированы для устройства, описанного со ссылкой на фиг. 4.

Кроме того, оптические волноводы 33, 35 и 34, 36 соответственно должны быть разнесены на минимальное расстояние для того, чтобы избежать суперпозиции боковых конечных фаз (нераспространяющихся волн) сигналов, распространяющихся через сами волноводы, и результирующего интерференционного взаимодействия сигналов между волноводами. Это расстояние выбирается квалифицированным специалистом в зависимости от оптических характеристик (в частности, показателей преломления) используемых материалов и размеров волновода. В случае, когда субстрат и оптические волноводы являются такими же, как в устройстве, сделанном Заявителем, это минимальное расстояние составляет примерно 40 мкм. Могут быть выбраны большие величины для расстояния между оптическими волноводами в способе, согласуемом с требованием сохранения волноводов внутри области максимальной акустической интенсивности, близко к центральной линии акустического волновода.

Также расстояния между волноводами 33, 34 и областью 42 при большей скорости акустических волн и соответственно между волноводами 35, 36 и областью 43 большей скорости акустических волн должно быть больше, чем минимальное расстояние, зависящее от оптических характеристик материалов и размеров волновода. В случае, когда подложка и оптические волноводы являются такими же, как в устройстве, созданном Заявителем, такое расстояние составляет по крайней мере 35 мкм, предпочтительно по меньшей мере 40 мкм, для того, чтобы избежать оптических потерь, происходящих из-за взаимодействия части оптических сигналов с областями 42, 43, которые, благодаря диффузии титана, имеют оптический коэффициент преломления выше, чем коэффициент преломления подложки.

В устройстве, сделанном Заявителем, величина A для элемента связи 32, величины A и B для элемента связи 40 и величина B для элемента связи 37 имеют значение 30 мкм. Величины B для элемента связи 32 и А для элемента связи 37 составляют 30 мкм.

Волновод 3 элемента связи 40 сделан длиннее, чем другие волноводы доступа. Излучение от этого волновода распространяется в полосе 43, ограничивающей акустический волновод, который имеет показатель преломления выше, чем подложка, и возникает из полосы 43 путем диффузии с поверхности полосы или благодаря потерям Френеля на конце самой полосы.

Для того чтобы улучшить поглощение излучения, распространяющегося вдоль этого волновода доступа, может быть использован оптический поглотитель 51, который создан, например, путем осаждения металлического слоя на волновод на протяжении длины 3 или 4 мм. Оптический поглотитель может создаваться в ходе стадий процесса, предусмотренных для получения электроакустических преобразователей.

Поляризатор 39, пропускающий волны TE типа, сделанный в соответствии с известными принципами (см., например, вышеупомянутую статью F.Tian и др.), показан в поперечном разрезе на фиг. 10. Он состоит из части одномодового оптического волновода 101 длиной около 1,5 мм, такого же типа, как те, что были уже описаны, изготовленного одновременно с другими волноводами и поляризационными элементами связи, на который нанесены буферный слой 102 толщиной 17 нм, выполненный из SiO₂, и алюминиевый слой 103 толщиной 100 нм, на 30 мкм в ширину. Поляризатор 39 имеет коэффициент затухания более чем 25 дБ и обеспечивает затухание TE компоненты излучения менее чем 0,5 дБ. Описанный поляризатор, пропускающий волны TE типа, оптимизируется для работы с излучением длин волн, заключенных в полосе около 1550 нм.

Квалифицированный специалист будет в состоянии создать поляризатор, пропускающий волны TE типа, подходящий для различных длин волн, путем адаптирования параметров конструкции, в частности, толщины или материала буферного слоя.

В акустооптическом устройстве, созданном Заявителем, однонаправленный электроакустический преобразователь включает две группы 44′ и 44”, разнесенные в пространстве на расстояние 5 мкм друг от друга, из пяти пар электродов встречно-штыревой конструкции, имеющих периодичность 21,6 мкм, которая представляет собой значение длины поверхностной акустической волны в LiNbO₃, имеющей частоту 173,5 МГц в LiNbO₃, такая частота необходима для TE <—> TM конверсии при оптической длине волны около 1550 нм. Очевидно, что путем модификации периодичности электродов возможно создать электроакустические преобразователи, подходящие для оптических фильтров, действующих в других полосах длин волн. Электроды встречно-штыревой конструкции изготавливаются в соответствии с методами, уже описанными со ссылкой на устройство фиг. 4.

Для описанного акустооптического устройства определяли вносимые потери (затухание, испытываемое оптическими сигналами длины волны, соответствующей центру полосы пропускания, при прохождении через устройство), составившие величину, заключенную между 2,5 дБ и 3,5 дБ.

Если учитывать входное и выходное затухание, которые являются результатом взаимодействия между волноводом и двумя частями оптического волокна, необходимого для соединения устройства с другими компонентами оптической схемы, вносимые потери достигают величин от 4,0 дБ до 5,0 дБ. Было определено, что ширина полосы пропускания на половине максимума заключена в пределах между 1,2 нм и 2,0 нм.

Боковые лепестки полосы пропускания имеют уменьшение, по меньшей мере на 20 дБ, по отношению к центральному пику передачи. В наиболее благоприятных случаях определялось уменьшение в боковых лепестках на 25 дБ.

Поляризационно-зависимые потери (разница в затухании между двумя компонентами оптических сигналов с перпендикулярными поляризациями) ограничиваются величиной, заключенной между 0,5 дБ и 1,0 дБ.

Остаточный фоновый шум (затухание сигналов, имеющих длины волн вне полосы пропускания) оказывается ниже, чем 25 дБ.

Описываемое поляризационно-независимое акустооптическое устройство приспособлено для использования как фильтр регулируемых длин волн. В частности, оно приспособлено для использования как фильтр для селекции каналов в WDM системе оптической связи. Путем управления электроакустическим преобразователем с помощью электрического сигнала, который является суперпозицией нескольких электрических сигналов различных частот, получается полоса пропускания для фильтра, состоящая из суммы нескольких различных интервалов длин волн, стольких же, сколько имеется различных частотных компонент электрического управляющего сигнала, где длины волн, соответствующие центру каждого из указанных интервалов, зависят от частот указанных компонент электрического управляющего сигнала. В этом способе акустооптический фильтр, который регулируется электрическим управляющим сигналом, может использоваться для одновременной селекции нескольких каналов различных длин волн.

Описанное поляризационно-независимое акустооптическое устройство может также использоваться для регенерирования формы импульсов в импульсной системе оптической связи.

Также в случае описываемого поляризационно-независимого оптического устройства возможно ввести альтернативный вариант независимой генерации поверхностных акустических волн на двух ступенях устройства, например с помощью однонаправленного электроакустического преобразователя, не показанного на фиг. 9, состоящего из двух групп электродов встречно-штыревой конструкции, сделанных тем же способом, что и преобразователь, описанный со ссылкой на фиг. 7, расположенного вдоль акустического волновода 41, вблизи от концов волноводов 34, 36, которые соединяются с поляризатором 39 и элементом связи 40, и адаптированного для генерации поверхностной акустической волны внутри акустического волновода 42, и акустических поглощающих приспособлений 46 (не показаны на фиг. 9), расположенных вдоль акустического волновода 41, вблизи концов волноводов 33, 35, которые соединяются с поляризатором 39 и элементом связи 40 и адаптированы для поглощения остаточной поверхностной акустической волны на первой ступени устройства.

Двухстадийное волноводное интегрированное акустооптическое устройство согласно изобретению может быть также изготовлено с использованием поляризаторов, пропускающих волны TE и TM типа, между первой и второй ступенями, состоящих из поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной в волноводе.

Первый вариант реализации такой конфигурации, показанный на фиг. 11, включает следующие компоненты на субстрате 30 из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением: три поляризационных элемента связи с нераспространяющейся волной 32, 40, 37 в волноводе, того же типа, как и описанный со ссылкой на фиг. 5, длина которого L_c выбрана таким образом, чтобы давать возможность осуществлять полосовую передачу для TM компоненты и перекрестную передачу для TE компоненты; поляризационный элемент связи с нераспространяющейся волной 111 того же типа, что и описанный со ссылкой на фиг. 5, длина которого _c выбрана таким образом, чтобы давать возможность осуществлять полосовую передачу для TE компоненты и перекрестную передачу для TM компоненты; канальный оптический волновод 31, начинающийся на конце подложки и соединенный с волноводом доступа 1 элемента связи 32; оптический волновод 28, начинающийся на краю подложки и соединенный с волноводом доступа 4 элемента связи 32; волновод 33, связывающий волновод доступа 2 элемента связи 37 и волновод доступа 4 элемента связи 111; волновод 34, связывающий волновод доступа 3 элемента связи 111 и волновод доступа 1 элемента связи 37; волновод 35, связывающий волновод доступа 3 элемента связи 32 и волновод доступа 1 элемента связи 40; волновод 36, связывающий волновод доступа 2 элемента связи 40 и волновод доступа 4 элемента связи 37; волновод 38, соединенный с волноводом доступа 2 элемента связи 37 и оканчивающийся на краю подложки; волновод 29, соединенный с волноводом доступа 3 элемента связи 37 и оканчивающийся на краю подложки; акустический волновод 41, расположенный в пределах части субстрата, включающий оптические волноводы 33, 34, 35, 36, ограниченный двумя полосами 42, 43, в которых скорость акустической волны выше, чем в волноводе 42; электроакустический преобразователь 44, расположенный вдоль акустического 41, вблизи от концов волноводов 33 и 35, связанных с элементом связи 32, и адаптированный для генерирования поверхностной акустической волны в акустическом волноводе; акустические поглощающие приспособления 45, расположенные вдоль акустического волновода 41, вблизи от концов волноводов 34 и 36, соединенных с элементом связи 37, и приспособленные для поглощения остаточной поверхностной акустической волны.

Волноводы 31, 33, 34, 35, 36, 38 и секции волновода 5 поляризационных элементов связи 32, 111, 40, 37 параллельны друг другу.

Волноводы доступа 2 элемента связи 111 и 3 элемента связи 40 изготовлены с большей длиной, чем другие волноводы доступа. Излучение из этих волноводов распространяется в полосах 42 и 43, ограничивающих акустический волновод, который имеет более высокий показатель преломления, чем подложка, и возникает из полос 42 и 43 путем рассеивания с поверхности полосы или благодаря потерям Френеля в конце самих полос.

Чтобы улучшить поглощение излучения, распространяющегося вдоль этих оптических волноводов доступа, могут быть использованы поглотители 51, изготовленные, например, путем осаждения слоя металла на соответственный волновод, на протяжении длины 3 или 4 мм. Оптические поглотители могут быть изготовлены в течение тех же стадий процесса, что и предусмотренные для изготовления электроакустических преобразователей.

Длина L_c волноводов 5 поляризационного элемента связи 111 для осуществления возможности полосовой передачи TM-компоненты и перекрестной передачи TE-компоненты при длинах волн около 1550 нм заключена между 500 мкм и 1000 мкм для угла расхождения между волноводами доступа = 0,55; при возрастании этого угла возможно, в соответствии с расчетами, сделанными Заявителем, уменьшить длину L_c по отношению к установленным значениям.

Выбор материала субстрата и его ориентации, размеров и способов производства для оптических и акустических волноводов, поляризационных элементов связи и электроакустических преобразователей может следовать тем же критериям, что и установленные для аналогичных компонент, используемых в устройстве, описанном со ссылкой на фиг. 9.

Этот вариант реализации изобретения имеет преимущество, состоящее в том, что устройство может быть произведено очень простым способом. Оптические волноводы и поляризационные элементы связи, в частности, могут быть одновременно образованы на субстрате, посредством чего устраняется стадия изготовления поляризатора, пропускающего волны TE типа, и поэтому уменьшается число стадий процесса, необходимых для изготовления устройства.

Во втором альтернативном варианте реализации, схематично показанном на фиг. 12, предвидится использование поляризационного элемента связи 121 с нераспространяющейся волной, идентичного поляризационным элементам связи 32, 37, 40, действующего как поляризатор, пропускающий волны TM типа, между первой и второй ступенями; элемент связи 111 соединяется с остальной оптической схемой на подложке с помощью волноводов доступа 1, 3, расположенных на противоположных сторонах от центральной линии волновода 5, таким образом, чтобы использовать передачу перекрестного типа.

Соединение волновода 33 с волноводом доступа 1 элемента связи 121 осуществляется с помощью изогнутой секции 122 канального оптического волновода длиной F. Для того, чтобы избежать наложений между изогнутой секцией 122 и полосами, ограничивающими акустический волновод, которые могли бы повлечь за собой потери для оптических сигналов, распространяющихся в изогнутой секции 122 по направлению к самим полосам, акустический волновод и относящиеся к нему ограничивающие полосы должны быть прерваны в центральной части. В этом способе формируются два акустических волновода 123 и 126, один для каждой ступени устройства, соответственно определенные полосами 124, 125 и 127, 128 с большой скоростью для поверхностных акустических волн.

Оптические волноводы 33, 35 и 34, 36 включаются соответственно в часть подложки, на которой располагаются акустические волноводы 123 и 126.

Кроме того, соответствующими акустическими волноводами 123, 126 являются однонаправленные электроакустические преобразователи 44′, 44” и 47′, 47”, расположенные вдоль волноводов, на концах, соединенных с элементом связи 32 и элементами связи 121, 40 соответственно и адаптированные для генерации поверхностных акустических волн в соответственных акустических волноводах, и акустические поглощающие приспособления 46, 45, расположенные вдоль волноводов, на концах, соединенных с элементами связи 121, 40 и элементом связи 37 соответственно.

Устройство в этом втором альтернативном варианте реализации изобретения завершается компонентами, аналогичными тем, которые использовались в предыдущих решениях, расположенных в идентичной конфигурации, на описание которых можно сослаться.

В одном примере длина F изогнутой секции 122 составляла около 4 мм, и соответствующий радиус кривизны оптического волновода был не меньше, чем 100 мм, для того, чтобы уменьшить возможные потери, возникающие из-за изгиба оптического волновода.

Процесс производства устройства, соответствующий этому второму альтернативному варианту реализации, имеет те же самые преимущества, что и первый вариант реализации, в терминах уменьшения числа требуемых шагов; кроме того, во втором варианте реализации все поляризационные элементы связи являются идентичными друг другу, что делает устройство более нечувствительным к изменениям процесса и упрощениям проектируемой стадии, так как нет необходимости оптимизировать размер одного поляризационного элемента связи для того, чтобы обеспечить в нем, в отличие от других элементов связи, полосовую передачу TE компоненты и одновременную перекрестную передачу TM компоненты.

Третий альтернативный вариант реализации, схематично показанный на фиг. 13, отличается от второго варианта, потому что один поляризационный элемент связи 131 располагается во вращаемой позиции по отношению к направлению волноводов 31, 33, 34, 35, 36, 38.

Поворот на угол, соответствующий половине угла расхождения между волноводами доступа самого элемента связи, позволяет уменьшить длину изогнутой секции связи 132 между волноводами доступа элемента связи и оптическими волноводами устройства. В частности, длина изогнутой секции связи 132 может быть меньше, чем 0,5 мм.

В случае, когда подложка формируется из материала LiNbO₃ с распространением излучения вдоль оси у кристалла, поворачиваемый элемент связи действует в основном таким образом, как и другие элементы связи, если угол поворота /2 меньше, чем точность, с которой возможно фиксировать ориентацию оси у кристалла относительно подложки, где точность составляет около 0,3^o.

Иначе говоря, для того, чтобы компенсировать возможные малые различия, можно повернуть всю конструкцию фильтра приблизительно на /4 в противоположном направлении, и преимущества, относящиеся к третьему варианту реализации изобретения, сохраняются.

При описании устройств, соответствующих изобретению, до сих пор упоминалось о поверхностных акустических волнах и оптических сигналах, распространяющихся в том же направлении вдоль соответственных параллельных волноводов. Также можно обеспечить реализацию, в которой поверхностные акустические волны распространяются в направлении, противоположном направлению оптических сигналов.

Для того, чтобы улучшить качество направленности акустических волн и иметь области максимальной акустической интенсивности вблизи оптических волноводов, было описано использование акустических волноводов. Однако, в соответствии с настоящим изобретением, также возможно обеспечить использование направленных преобразователей, генерирующих поверхностные акустические волны, распространяющиеся в направлении оптических волноводов в отсутствие акустических волноводов.

Аналогично, альтернативные варианты, данные в связи с некоторыми из описанных устройств, также могут применяться к другим описанным устройствам после проведения соответствующих адаптаций, очевидных для квалифицированных специалистов.

Даже если до сих пор изобретение описывалось со ссылкой на случай, когда поляризатор, связывающий две стадии взаимодействия акустических волн в устройстве, состоит из одиночного поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной, для квалифицированного специалиста будет очевидно, что, когда слабые увеличения полной длины и затухание устройства являются приемлемыми, один или каждый из поляризаторов, связывающих две стадии, может состоять из двух (или, возможно, более) серийно связанных поляризационных элементов связи, посредством чего могут быть получены меньший коэффициент затухания для каждого такого поляризатора и более низкий фоновый шум для устройства, как целого.

Формула изобретения

1. Акустооптическое волноводное устройство для селекции длин волн, включающее в себя одну подложку, изготовленную из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением, на котором сформированы: первая ступень вращения плоскости поляризации оптического сигнала в первом интервале длин волн, включающая в себя, по меньшей мере, один оптический волновод, через который проходит указанный сигнал; вторая ступень вращения плоскости поляризации оптического сигнала во втором интервале длин волн, включающая в себя, по меньшей мере, один оптический волновод, через который проходит указанный сигнал; по меньшей мере, один оптический связывающий волновод, соединенный с указанными первой и второй ступенями, несущий поляризатор; по меньшей мере, один оптический волновод, расположенный за указанной второй ступенью, несущий поляризационно-селективный элемент, причем, по меньшей мере, одна из указанных первой и второй ступеней содержит приспособления для генерирования поверхностной акустической волны, отличающееся тем, что указанный поляризатор содержит поляризационно-оптический элемент связи с нераспространяющейся волной.

2. Акустооптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка содержит акустический волновод, включающий, по меньшей мере, одну секцию одного из оптических волноводов первой и второй ступеней.

3. Акустооптическое устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит первый акустический волновод, расположенный на протяжении части подложки, включающий оптический волновод первой ступени, и второй акустический волновод, расположенный на протяжении части подложки, включающий оптический волновод второй ступени.

4. Акустооптическое устройство по п.2, отличающееся тем, что приспособления для генерирования поверхностной акустической волны расположены внутри, по меньшей мере, одного из акустических волноводов, вблизи от одного конца волновода, для однонаправленного распространения указанной акустической волны в акустическом волноводе.

5. Акустооптическое устройство по п.4, отличающееся тем, что приспособление для генерирования поверхностной акустической волны включает группу электродов встречно-штыревой конструкции, расположенных поперек акустического волновода.

6. Акустооптическое устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит акустический поглотитель, расположенный на конце акустического волновода.

7. Акустооптическое устройство по п.4, отличающееся тем, что содержит акустический поглотитель, расположенный на конце акустического волновода, противоположном тому концу, на котором расположены приспособления для генерирования поверхностной акустической волны.

8. Акустооптическое устройство по п.4, отличающееся тем, что приспособление для генерирования поверхностных акустических волн состоит из двух групп электродов встречно-штыревой конструкции, расположенных на предварительно определенном расстоянии друг от друга, соответственно снабженных первым электрическим сигналом переменного напряжения и вторым электрическим сигналом, полученным путем сдвига первого электрического сигнала на 90^o, для генерирования однонаправленной акустической волны.

9. Акустооптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что включает два параллельных оптических волновода на каждой из первой и второй ступеней и два оптических волновода, связывающих первую и вторую ступени, где каждый оптический связывающий волновод несет один поляризатор, приспособленный для передачи одной или двух компонент взаимно перпендикулярных поляризаций, и где по меньшей мере один из поляризаторов состоит из поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной.

10. Акустооптическое устройство по п.9, отличающееся тем, что один из поляризаторов является поляризатором, пропускающим волны ТЕ типа, и содержит металлический слой, покрывающий соответствующий оптический волновод, связывающий первую и вторую ступени с буферным слоем, введенным между ними.

11. Акустооптическое устройство по п.9, отличающееся тем, что каждый из поляризаторов содержит поляризационный элемент связи с нераспространяюшейся волной.

12. Акустооптическое устройство по п.11, отличающееся тем, что оба поляризационных элемента связи с нераспространяющейся волной являются элементами связи полосовой передачи для соответственной проходящей поляризации.

13. Акустооптическое устройство по п.11, отличающееся тем, что один из поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной является элементом связи полосовой передачи для соответственной проходящей поляризации, а второй из поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной является элементом связи перекрестной передачи, для соответственной проходящей поляризации.

14. Акустооптическое устройство по п.13, отличающееся тем, что второй поляризационный элемент связи с нераспространяющейся волной связан с соответственным оптическим связывающим волноводом с помощью изогнутой волноводной секции.

15. Акустооптическое устройство по п.13, отличающееся тем, что второй поляризационный элемент связи с нераспространяющейся волной содержит прямую центральную секцию, образующую ненулевой угол по отношению к связывающему волноводу.

16. Акустооптическое устройство по п.11, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из поляризаторов содержит два поляризационных элемента связи с нераспространяющейся волной.

17. Акустооптическое устройство по п.16, отличающееся тем, что каждый из поляризаторов содержит два поляризационных элемента связи с нераспространяющейся волной.

18. Акустооптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоупругим материалом с двойным лучепреломлением является LiNbo₃.

19. Акустооптическое устройство по п.18, отличающееся тем, что оптические волноводы и поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной изготавливаются путем фотолитографического маскирования, осаждения металлического слоя и последующей диффузии металла внутрь.

20. Акустооптическое устройство по п.19, отличающееся тем, что металлом является титан.

21. Способ изготовления акустооптического волноводного устройства для селекции длин волн, заключающийся в том, что: формируют, по меньшей мере, один акустический волновод на подложке, наготовленной из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением, путем диффузии первого металла внутрь указанной подложки; формируют первый и второй поляризационно-оптические элементы связи с нераспространяющейся волной на указанной подложке путем фотолитографического осаждения и последующей диффузии второго металла внутрь самой подложки, а также, по меньшей мере, один оптический связывающий волновод между указанными поляризационно-оптическими элементами связи, причем оптический связывающий волновод является, по меньшей мере, частично включенным в указанный акустический волновод; формируют поляризатор вдоль оптического связывающего волновода; формируют электроакустический преобразователь, содержащий электроды встречно-штырьковой конструкции внутри, по меньшей мере, одного из указанных акустических волноводов путем фотолитографического осаждения третьего металла на указанную подложку, отличающийся тем, что указанную стадию формирования поляризатора включают в указанную стадию формирования указанных первого и второго поляризационно-оптических элементов связи и указанного оптического связывающего волновода, и эта стадия формирования поляризатора заключается в формировании третьего поляризационно-оптического элемента связи с нераспространяющейся волной.

22. Способ изготовления акустооптического устройства по п.21, отличающийся тем, что первый, второй и третий поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной идентичны друг другу.

23. Способ изготовления акустооптического устройства по п.21, отличающийся тем, что включает формирование на подложке путем фотолитографического осаждения и последующей диффузии указанного второго металла внутрь самой подложке первого и второго оптических волноводов, связывающих первый и второй поляризационные элементы связи, эти оптические волноводы являются, по крайней мере, частично включенными в акустический волновод, и формирование поляризатора вдоль каждого из указанных оптических связывающих волноводов.

24. Способ изготовления акустооптического устройства по п.23, отличающийся тем, что стадию формирования поляризаторов включают в стадию формирования первого и второго поляризационных элементов связи и оптических связывающих волноводов и она состоит в формировании третьего и четвертого поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной вдоль первого и второго оптических связывающих волноводов соответственно.

25. Способ изготовления акустооптического устройства по п.24, отличающийся тем, что первый, второй, третий и четвертый поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной являются идентичными друг другу.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 13.04.2003

Извещение опубликовано: 20.11.2004 БИ: 32/2004