FR2544881A1 - Dispositif electro-optique a ondes progressives - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA REALISATION DE L'ADAPTATION DE VITESSE ENTRE UNE ONDE OPTIQUE ET UNE ONDE ELECTRIQUE MODULANTE DANS DES DISPOSITIFS ELECTRO-OPTIQUES A ONDES PROGRESSIVES. UN DISPOSITIF CONFORME A L'INVENTION COMPREND NOTAMMENT UN GUIDE D'ONDE OPTIQUE 55 ET UN GUIDE D'ONDE ELECTRIQUE 50, 51 DONT LE SIGNAL MODULE L'ONDE ELECTRIQUE. LE GUIDE D'ONDE ELECTRIQUE COMPREND DES PREMIERS INTERVALLES "ACTIFS" LAC1-LAC3 LE LONG DESQUELS LA MODULATION A LIEU, ET DES SECONDS INTERVALLES "INACTIFS LINAC1, LINAC2 DANS LESQUELS AUCUNE MODULATION N'A LIEU. UNE TELLE CONFIGURATION PERMET D'OBTENIR UNE REPONSE EN FREQUENCE QUI COMPORTE UN GRAND NOMBRE DE MAXIMUMS DONT LES FREQUENCES PRESENTENT UNE RELATION HARMONIQUE. APPLICATION AUX TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES.

Description

La présente invention concerne des dispositifs

électro-optiques à ondes progressives, comme des commuta-

teurs, des modulateurs, des déphaseurs et des convertisseurs

de modes.

Les dispositifs électro-optiques à ondes progres- sives, dans lesquels l'onde optique et l'onde électrique

modulante (c'est-à-dire une onde de la gamme des micro-

ondes) se propagent avec les mêmes vitesses, ont de très grandes largeurs de bande de fonctionnement Cependant, pour des matières importantes utilisées dans la fabrication de ces dispositifs, comme le niobate de lithium, il y a une désadaptation inhérente entre les deux vitesses Il en résulte que si on désire obtenir une modulation au-dessus de la fréquence "d'échappement", le chemin de l'onde du

signal électrique doit être spécialement conçu pour compen-

ser la désadaptation de vitesse qui existe Une façon

d'aborder le problème de la désadaptation de vitesse con-

siste à employer une électrode à méandres On définit la forme de l'électrode de façon qu'elle donne lieu à une interaction avec le chemin de l'onde optique sur un premier intervalle dans lequel le signal électrique a un certain sens (c'est-à-dire une certaine polarité), et qu'elle ne donne pas lieu à une interaction sur un second intervalle dans lequel le sens est inversé Dans une autre technique,

il y a une interaction sur toute la longueur de l'électrode.

Cependant, les électrodes sont périodiquement déplacées pour introduire une inversion de polarité structurale qui compense l'inversion de polarité électrique produite par la

désadaptation de vitesse.

Dans les deux types de dispositifs décrits

ci-dessus, la caractéristique de fréquence résultante com-

prend un seul maximum à une fréquence déterminée En outre, l'aptitude à définir l'endroit auquel tombe cette largeur de bande (c'est-à-dire les fréquences qui sont comprises

dans la caractéristique de réponse du dispositif), est limi-

tée Ce dont on a besoin est une technique permettant de répartir la largeur de bande disponible sur le spectre de fréquence intéressant Par exemple, pour produire ou pour commuter un train d'impulsions formé par des impulsions très étroites, on a besoin d'un dispositif dont la réponse com- prenne un ensemble de bandes passantes présentant entre elles une relation harmonique Les dispositifs à ondes progressives de l'art antérieur ne possèdent pas une telle caractéristique

de fréquence.

L'invention est basée sur la découverte du fait qu'en réduisant la longueur des intervalles d'interaction

entre les chemins d'ondesélectrique et optique, on peut obte-

nir un ensemble de maximums de réponse en fréquence qui pré-

sentent une relation harmonique Plus précisément, pour une paire quelconque de longueurs d'ondes du signal porteur et du signal modulant, il existe une longueur de cohérence sur laquelle la polarité du signal modulant correspond à un sens donné En donnant aux intervalles d'interaction une longueur courte par rapport à cette longueur de cohérence, on obtient

le résultat désiré.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description détaillée qui va suivre de modes de réalisation,

et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 montre un déphaseur électro-optique à

ondes progressives de l'art antérieur, utilisant des élec-

trodes à inversion de phase pour réaliser l'adaptation de vitesse La figure 2 montre les variations de A telles qu'elles se présentent pour des photons entrant dans le déphaseur de la figure 1 pour deux phases différentes du signal modulant La figure 3 montre le signal modulant en fonction du temps; La figure 4 montre l'effet de la configuration d'électrode à inversion de phase sur la variation de a le long du guide d'ondes optique La figure 5 montre la réponse amplitude-fréquence

du déphaseur de la figure 1 pour différents nombres de sec-

tions d'électrodes; -

Les figures 6 et 7 montrent les caractéristiques d'un train d'impulsions, dans le domaine des temps et dans celui des fréquences; La figure 8 montre le déphaseur de la figure 1 modifié conformément à l'invention;

Les figures 9 et 10 montrent l'effet'sur la dis-

tribution de Et le long du déphaseur de la figure 8, lorsque celui-ci est modifié conformément à l'invention Les figures 11, 12 et 13 montrent l'effet sur la caractéristique de fréquence du déphaseur de la figure 8, pour différents rapports de forme entre les intervalles actifs et inactifs; Les figures 14, 15, 16, 17 et 18 montrent divers autres modes de réalisation de l'invention;

La figure 19 montre, sous forme de schéma synop-

tique, un dispositif utilisant à la fois une configuration d'électrodes à inversion de phase et une configuration d'électrodes à interaction intermittente, conformément à

l'invention; -

La figure 20 montre la caractéristique de réponse du dispositif de la figure 19; et La figure 21 montre un exemple de réalisation d'un modulateur utilisant à la fois une configuration d'électrodes à inversion de phase et une configuration

d'électrodes à interaction intermittente.

Bien que les principes de l'invention s'appliquent de façon égale à divers dispositifs à ondes progressives tels que des déphaseurs, des coupleurs directionnels et des convertisseurs de mode, l'analyse de la réponse en fréquence offre le moins de difficultés dans le cas du déphaseur On utilise donc un déphaseur électro-optique pour l'exemple de réalisation décrit en détail ci-après On décrit également les principes de l'application de l'invention à d'autres dispositifs.

Dispositifs électro-optiques de l'art antérieur avec inver-

sion de phase On va maintenant considérer les dessins sur lesquels la figure 1 montre un déphaseur de l'art antérieur comportant une adaptation de vitesse effective Le dispositif comprend une bande de guidage d'ondes diélectrique 11 encastrée dans un substrat 12 en matière biréfringente d'indice de réfraction inférieur, et des moyens pour moduler les constantes de propagation des modes de propagation

d'ondes TE et TM, polarisées de façon orthogonale, en utili-

sant l'effet électro-optique Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, on effectue cette modulation au moyen d'une

paire d'électrodes conductrices digitées, 13 et 14, appli-

quées sur le substrat et la bande de guidage d'onde Les électrodes, qui forment une ligne de transmission en bande

plane, s'étendent conjointement sur un intervalle L du che-

min d'onde optique et elles sont disposées l'une par rapport

à l'autre de façon que les doigts 13-1, 13-2 de l'élec-

trode 13 et les doigts 14-1, 14-2 de l'électrode 14 soient entrelacés La longueur de chacun des doigts dans la

direction de la propagation des ondes est égale à la lon-

gueur de cohérence d pour la fréquence de fonctionnement o désirée La longueur de cohérence est définie ci-après de

façon plus détaillée.

La ligne de transmission formée par les électrodes est excitée à une extrémité par une source de signal de modulation 15, et elle est terminée de façon adaptée à son

autre extrémité, par une impédance appropriée 16.

Comme il est connu des spécialistes, la désadapta-

tion de vitesse entre les signaux optique et électrique fait que les deux signaux ne propagent pas en synchronisme Ceci produit ce qu'on appelle un effet "d'échappement" Dans le

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cas considéré, dans lequel l'onde optique se propage à une vitesse supérieure à celle de l'onde électrique, des photons entrant à un instant quelconque tendent à "rattraper"l'onde

électrique Il en résulte qu'en l'absence de moyens de com-

pensation quelconques, le champ électrique, et donc la différence AP entre les constantes de phase vues par les deux modes, varient en fonction de la distance le long du

déphaseur Dans le cas d'une configuration d'électrodes uni-

forme (non représentée), les variations de AF que voit un photon entrant à l'instant ou le signal modulant (représenté par la courbe 30 sur la figure 3) est égal à zéro, sont représentées par la courbe 20 sur la figure 2, sur laquelle tous les segments d'électrode di, d 2 d 6 sont égaux Du fait que le signal optique se propage plus rapidement que le signal électrique, ces photons "rattrapent" des parties

du signal modulant appliqué précédemment, qui sont représen-

tées par la partie -t de la courbe 30 En particulier, dans un intervalle dl + d 2, les photons voient un cycle de tension de modulation (V m) complet et la variation spatiale de BS F correspondante Les intervalles spatiaux dl, d 2 d 6 sur lesquels la polarité de ûe est soit positive soit négative constituent ce qu'on appelle la longueur de cohérence, et

celle-ci est donnée, en fonction de la longueur d'onde nomi-

nale m', par la relation: m Xm do ( 1) m dans laquelle: Xm est la longueur d'onde du signal modulant en espace libre;

Nm est l'indice de réfraction effectif à la lon-

gueur d'onde du signal modulant; et

N est l'indice de réfraction effectif à la lon-

o

gueur d'onde du signal optique.

Une variation similaire de Et se produit pour des photons qui entrent à d'autres instants pendant le cycle du signal modulant, comme l'indique la courbe 21 sur la figure 2 Cette dernière correspond à un déphasage de 90 du signal modulant, représenté par la courbe 31 sur la figure 3.

Les deux courbes 20 et 21 de la figure 2 illus-

trent l'effet de l'échappement sur E Plus précisément, il y a une inversion de phase (c'est-à-dire de polarité) de Adû qui se reproduit de façon régulière, ce qui fait que l'effet intégré sur la longueur du dispositif est très faible Pour éviter l'effet de l'échappement, une technique antérieure connue utilise une inversion de phase de 1800 (c'està-dire de polarité) de A< 3, obtenue en introduisant un déplacement

physique des deux électrodes, de façon à inverser la direc-

tion du champ modulant Ainsi, sur le premier intervalle, le doigt 13-1 de l'électrode 13 s'étend sur la bande de guidage d'onde 11, tandis que sur le second intervalle, c'est le doigt 14-1 de l'électrode 14 qui s'étend sur la bande 11 En

particulier, en donnant à chacun des intervalles une lon-

gueur égale à d 0, cette inversion de phase produite de façon

physique a pour effet de produire un redressement des varia-

tions spatiales de Ap, comme le montre la courbe 40 sur la figure 4 Ainsi, pour des photons qui entrent lorsque

l'amplitude du signal modulant est égale à zéro, le déphasa-

ge induit dans chaque section a le même sens et, par consé-

quent toutes les sections ont des effets qui s'ajoutent en phase Les sections d'électrodes sont fondamentalement verrouillées en phase en ce qui concerne leur effet sur l'onde optique Par conséquent, la longueur d'interaction totale Nd, dans laquelle N est le nombre de doigts, peut être arbitrairement longue (en l'absence de pertes), sans

dégradation due à la désadaptation de vitesse, et la ten-

sion d'attaque peut être réduite de façon correspondante.

Du fait que la longueur de cohérence dépend de la fréquence modulante, la condition d'adaptation de vitesse est également fonction de la fréquence du signal modulant, fdy conformément à la relation: /21 N (t 11 JN)d do = r, ( 2) dans laquelle = 1 N/Nm Ainsi, pour une fréquence arbitraire quelconque fm t fd' l'inversion du champ électri- que qui est induite par les électrodes n'est pas adaptée à l'inversion de polarité induite par l'échappement, et il en résulte une adaptation de vitesse incomplète ou une absence

d'adaptation de vitesse effective.

La figure 5 montre-l'effet de l'inversion de phase sur la caractéristique de fréquence de dispositifs à ondes

progressives Dans le cas d'une électrode uniforme de lon-

gueur L = 2 d, la courbe de réponse 40 présente un maximum à la fréquence zéro et décroît vers une réponse nulle à une fréquence -df conformément à l'équation ( 2) La réponse pour fm >fd consiste en une série de lobes décroissants Pour le cas de L = 2 d O avec inversion de polarité, on obtient une réponse large qui est nulle à une fréquence zéro et présente un maximum à une fréquence légèrement inférieure à fd' comme

le montre la courbe 41 Lorsqu'on ajoute des sections supplé-

mentaires d'électrode, il y a une augmentation de l'amplitude de la réponse, qui tend à présenter un maximum à fm = fd 9 et une réduction de la largeur de bande Il y a en outre une série de lobes plus petits audessus et au-dessous de fd qui ont une amplitude décroissante Les lobes latéraux sont dans tous les cas trop petits pour être utiles mais suffisamment grands pour être nuisibles dans la mesure o ils consomment

de la largeur de bande On se référera à nouveau à ces cour-

bes ci-après.

Bien que l'aptitude à modifier la réponse-en fré-

quence de dispositifs à ondes progressives pour passer d'une réponse passe-bas à une réponse passe-bande à une certaine

fréquence élevée arbitraire soit utile, il existe des appli-

cations pour lesquelles une telle réponse ne convient pas.

Par exemple, pour moduler une onde optique entretenue de façon à produire un train d'impulsions optiques, il est nécessaire d'employer un signal modulant du type représenté sur la figure 6 Ce signal modulant comprend un train d'impulsions de largeur t et d'écartement T L'équivalent d'un tel signal dans le domaine des fréquences, représenté

sur la figure 7, comprend un ensemble de composantes présen-

tant une relation harmonique qui sont mutuellement espacées d'une quantité 1/T, et dont les amplitudes diminuent lorsque la fréquence augmente, pour atteindre un niveau de -3 d B à une fréquence i/t Il est clair que les caractéristiques des dispositifs de l'art antérieur qui sont représentées sur la figure 5 et qui correspondent fondamentalement à une

réponse unique, ne conviennent pas pour satisfaire ces exi-

gences. Dispositifs électro-optiques avec des caractéristiques de réponse multifréquence employant une inversion de phase

Conformément à l'invention, on obtient un disposi-

tif électro-optique à ondes progressives ayant une caracté-

ristique de réponse multifréquence, en limitant à une dis-

tance inférieure à la longueur de cohérence d O l'intervalle sur lequel l'interaction entre l'onde optique et l'onde

modulante a lieu.

1 Déphaseur avec inversion de phase

Dans un premier mode de réalisation de l'inven-

tion, utilisant à titre d'exemple le déphaseur de base de la figure 1, la configuration d'électrodes est modifiée de façon à introduire des intervalles dans-lesquels il n'y a pas d'interaction entre les ondes qui se propagent, en plus de la réalisation des inversions de polarité décrites

ci-dessus Une forme de réalisation d'une telle configura-

tion d'électrodes est représentée sur la figure 8 qui montre une partie du déphaseur comprenant une bande de guidage d'onde diélectrique 55 encastrée dans un substrat 56 Des électrodes modulantes 50 et 51, appliquées sur la bande de guidage d'ondes et sur le substrat, ont une forme conçue de façon à comprendre des régions d'interaction et des régions d'absence d'interaction Le long d'une première région d'interaction formée par des parties d'électrodes 50-1 et 51-1, la partie 50-1 s'étend sur la bande de guidage d'onde Dans une seconde région d'interaction formée par des parties d'électrodes 50-3 et 51-3, la partie 51-3 s'étend

sur la bande de guidage d'onde 55 Ce déplacement des par-

ties d'électrodes par rapport au chemin d'onde optique procu-

re l'inversion de polarité désirée, décrite ci-dessus en relation avec la figure 1 Cependant, contrairement au mode

de réalisation de l'art antérieur, les deux parties d'inter-

action sont séparées par une région d'absence d'interaction qui est formée par des parties d'électrodes 50-2 et 51-2 dont aucune n'est dans la région de la bande de guidage

d'onde 55 Les longueurs Lael, L des régions d'inter-

action dans la direction y (c'est-à-dire dans la direction

de propagation de l'onde optique) sont toutes égales et con-

çues de façon à être inférieures à la longueur de cohérence dos mais très supérieures à la distance Ls occupée par les régions d'absence d'interaction, dans la direction du guide d'onde optique A titre d'exemple, dans un déphaseur conçu

pour fonctionner à 10 G Hz, on a Lac = 7,5 mm et Ls = 100 pm.

On peut comprendre l'effet que cette configuration d'électrodes modifiée produit sur l'onde optique, en se référant aux figures 9 et 10 qui montrent respectivement la tension modulante en fonction de la distance le long des

électrodes, et le paramètre A( 3 induit résultant, en fonc-

tion de la distance le long du chemin d'onde optique En ce

qui concerne la figure 9, le signal de modulation particu-

lier qui est représenté est une sinusoïde Cependant, l'interaction avec l'onde optique n'a lieu que le long des intervalles d'interaction Lacl' Lac 2 ' Lac 3 ' Aucune interaction n'a lieu le long des régions "inactives" Linaclî Linac 2 Ainsi, un photon entrant à un instant qui correspond à la phase 0 du signal modulant voit la partie d'onde modulante 80-1 pendant qu'il traverse le premier intervalle "actif" Lacl' En négligeant Ls qui, comme indiqué ci-dessus, est très inférieur à Lacp l'onde optique qui entre dans le second intervalle d'interaction voit la partie d'onde modulante 80-2 Cette dernière est bien entendu la

partie d'onde qui a été redressée par l'inversion de polari-

té produite par le déplacement transversal des électrodes.

De façon similaire, le long de chaque région d'interaction, le photon voit uniquement les parties de crête 80-1, 80-2, -3 du signal modulant, ce qui produit la courbe de dû

redressé, 82, représentée sur la figure 10.

Si on définit un rapport de forme R par la rela-

tion L.na R Linac ( 3) g ac on a un rapport de forme de zéro dans le cas du dispositif de l'art antérieur dans lequel L inac = O Dans le cas de l'invention, on a au contraire R > O On notera que plus le rapport de forme est grand, plus la partie de la courbe de Ae qui est utilisée est petite, mais plus la valeur moyenne

de àF est grande.

La condition d'adaptation de vitesse pour un -rapport de forme arbitraire quelconque est donnée par 2 i Nm d S ac *( 1 +R) =, ( 4) c

qui est une version plus générale de l'équation ( 2).

Pour analyser la caractéristique de réponse d'un déphaseur utilisant les enseignements de l'invention, on a calculé une expression pour le paramètre At induit de façon électro-optique et intégré, en fonction de la fréquence modulante fm Le résultat de ce calcul est donné par la relation: sin( 01/2) 01/2 sin l N( 02 + t)l) 2 si(c 2 fto cos( 02/2) n( fmto) ( 5) dans laquelle: 4 po est la différence maximale induite électro- optique entre les constantes de N est le nombre de sections; L est la longueur d'interaction totale * 2 lr N 2 WN 0 m f + RL = c m m Lac

2 IT N

02 c fm Lac (l + R) 21 r N c mfm & (Lac et L. Linac +) Oî est une constante de phase égale à:

(N 2) ( 02 + 1 v) + O î/2.

de façon phase; ( 6) ( 7) ( 8) ( 9) On notera que la partie d'amplitude de l'équation

( 5) est le produit de deux termes sensibles à la fréquence.

Le premier terme, sin ( 01/2)/( 01/2), a la même caractéristi-

que de réponse en sin x/x que le dispositif à vitesses non adaptées qui est représenté par la courbe 40 sur la figure Cette fonction décroît depuis sa valeur maximale à la fréquence zéro et-atteint zéro pour 01 = 21 ' à une fréquence de coupure fm = fc qui est inversement proportionnelle à Lac

(voir l'équation ( 6)).

Le second terme, lsin (N/2)( 02 +ir) /cos ( 02/2 j, est essentiellement un terme de verrouillage de phase qui décrit l'effet additif des N sections Ce terme présente un maximum chaque fois que 02, donné par l'équation ( 8), est égal à un multiple impair de Tr Les fréquences, fd' 3 fd à G = (ho L)

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nfd, auxquelles les maximums se produisent varient en fonc-

tion inverse de la longueur de cohérence (Lac + Linac IS) Le nombre de maximums qui apparaissent dans la réponse globale du dispositif dépend des valeurs relatives de f et fd' La première de ces fréquences, f, est fonction de Lac' et on

peut lui donner une valeur élevée en donnant une valeur fai-

ble à L a Au contraire, la fréquence fd est fonction à la

fois de Lac et de L inac On peut ainsi choisir indépendam-

ment le terme d'enveloppe et le terme de verrouillage de phase pour obtenir la caractéristique de réponse globale désirée Ceci est représenté sur les figures 11, 12 et 13 qui montrent les courbes de réponse pour quatre (N = 4) sections d'électrodes (c'est-à-dire des paires d'intervalles "actif"-"inactif"), lorsque R = O, 2 et 10 Dans le cas de l'art antérieur, représenté sur la figure 11, dans lequel R = O, il y a un seul lobe principal (c'est-à-dire R + 1 = 1), et la fréquence de coupure, f, est égale-à 2 fd La figure 12 montre la réponse pour R = 2 Dans ce

cas, fc est égale à 6 f, et il y a trois lobes principaux.

La figure 13 montre quatre des onze lobes principaux dans le cas o R = 10 Dans tous les cas, le terme d'enveloppe est représenté en pointillés La caractéristique d'amplitude

résultante est représentée en trait continu.

Comme indiqué ci-dessus, les principes de l'inven-

tion s'appliquent également à d'autres dispositifs utilisant le procédé d'inversion de phase pour simuler l'adaptation de vitesse, ainsi qu'à d'autres techniques d'adaptation de vitesse, comme l'interaction intermittente produite par la

configuration d'électrodes en méandres connue antérieure-

ment Les figures 14 à 18 montrent des exemples de ces applications. 2 Convertisseur de modes avec inversion de phase La figure 14 montre une partie d'un convertisseur de modes TE ú-TM conforme à l'invention, comprenant une bande, de guidage d'onde 90 encastrée dans un substrat 91 en matière

électro-optique ayant un plus faible indice de réfraction.

Deux électrodes 92 et 93, formant une ligne de transmission en bande plane, sont disposées de façon appropriée le long d'un intervalle L de la bande 70 En fonctionnement, une source de signal de modulation et une impédance de terminai- son adaptée (ni l'une ni l'autre n'est représentée) sont

connectées à des extrémités opposées des électrodes.

Du fait de la différence entre les indices de réfraction vus par les deux modes, on utilise des électrodes digitées pour produire une adaptation de phase entre les modes optiques TE et TM, et la période spatiale, A, des doigts est donnée par la relation 1 ENTE NTMl ( 10) dans laquelle \XO est la longueur d'onde en espace libre du signal optique intéressant; et

NTE et NTM sont les indices de réfraction effec-

tifs que voient respectivement les modes TE et TM.

Selon la coupe de la matière du substrat, les doigts d'électrodes sont soit entrelacés soit disposés face

à face, comme le montre la figure 14.

Comme il est connu des spécialistes, pour compen-

ser l'effet de l'échappement, on introduit une inversion de polarité dans le signal modulant, à des intervalles égaux à la longueur de cohérence On effectue ceci au moyen d'une discontinuité égale à A/2 dans l'écartement des doigts, le long des électrodes La configuration d'électrodes est en outre modifiée conformément à la présente invention par l'adjonction d'un intervalle "inactif", Linacl le long des électrodes, de la manière expliquée en relation avec le déphaseur représenté sur la figure 8 Plus précisément, après un intervalle, Lac, qui est inférieur à la longueur de cohérence, les électrodes sont déplacées transversalement

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de façon à être éloignées du chemin d'onde optique formé par

la bande de guidage d'onde 90, ce qui découple les deux cir-

cuits Pour produire l'inversion de polarité désirée dans la direction du champ électrique le long de l'intervalle "actif" suivant, on donne à la distance longitudinale Ls le long de la bande de guidage d'onde optique qui est occupée par les électrodes déplacées, une valeur égale à -A(n+ 1/2), en désignant par N un nombre entier quelconque, la distance Ls étant mesurée entre des points correspondants sur les

électrodes.

Il faut noter à nouveau que l'intervalle "actif", Lac, est de façon caractéristique beaucoup plus grand que la période spatiale A, et est également beaucoup plus grand que Ls Les valeurs relatives de Lac et Lina (c'est-à-dire

la valeur de R) sont déterminées conformément aux considéra-

tions envisagées ci-dessus.

3 Coupleur directionnel avec inversion de phase La figure 15 montre l'application des principes de l'invention à un coupleur directionnel 100 Comme dans l'art antérieur, les guides d'onde couplés 101 et 102 consistent

en une paire de bandes de guidage d'onde parallèles, prati-

quement identiques, encastrées dans un substrat 106 en une matière électro-optique ayant un plus faible indice Trois électrodes conductrices 103, 104 et 105 sont appliquées sur

le substrat et les guides d'onde optiques et s'étendent con-

jointement sur un intervalle L des guides d'onde optiques

couplés Dans cette configuration, les électrodes compren-

nent une électrode intérieure 103 et deux électrodes de masse extérieures 104 et 105 qui forment conjointement une

ligne de transmission en bande coplanaire.

Pour produire l'inversion de polarité désirée,

l'électrode intérieure forme des méandres de façon à s'éten-

dre alternativement sur chacun des chemins d'ondes optiques 101 et 102 Les électrodes extérieures 104 et 105 forment des méandres de façon similaire de façon que l'une ou l'autre de ces électrodes s'étende sur les parties des guides d'ondes

optiques qui ne sont pas recouvertes par l'électrode inté-

rieure. Le long du premier intervalle d'interaction, Lac, l'électrode 103 se trouve au-dessus du guide d'onde 101 et l'électrode 105 se trouve audessus du guide d'onde 102 Ceci est suivi par un intervalle "inactif", le long duquel

l'électrode centrale est déplacée par rapport aux deux che-

mins d'ondes optiques de façon qu'aucune interaction n'ait lieu Les deux électrodes extérieures sont déplacées de façon similaire afin de maintenir la continuité le long de la ligne de transmission en bande A la suite-de cet intervalle "inactif", l'électrode centrale s'étend sur l'autre guide d'onde 102 et l'électrode 104 s'étend sur le guide d'onde 101, ce qui donne une inversion de polarité sur le second intervalle "actif" Ceci est ensuite suivi par un second intervalle "inactif" et par une inversion de polarité suivante à l'endroit auquel les électrodes s'étendent sur toute la longueur de l'intervalle de couplage L, dont une

partie seulement est représentée.

Dans chacun des dispositifs représentés sur les figures 8, 14 et 15, on utilise la technique d'inversion de

phase périodique pour résoudre le problème de la désadapta-

tion de vitesse.

Dispositifs électro-optiques à caractéristique de réponse multifréquenceemployant une interaction intermittente Dans une seconde catégorie de dispositifs à ondes

progressives, connus antérieurement, on réalise une adapta-

tion de vitesse effective au moyen d'une interaction inter-

mittente Conformément à cette technique, on découple sim-

plement les électrodes par rapport au guide d'onde-optique en les éloignant de la région du guide d'onde optique chaque fois que la désadaptation de vitesse conduit à une inversion

de polarité du signal modulant Ainsi, dans de-tels disposi-

tifs de l'art antérieur, Linac = 6 Lac et R = 1.

Conformément à l'invention, on change les valeurs relatives de Linac et Lac, de façon que R > 1 En particulier, on

réduit la longueur Lac de l'intervalle "actif" de la maniè-

re nécessaire pour obtenir la réponse en fréquence désirée.

La fréquence fd à laquelle la condition d'adapta- tion de vitesse est satisfaite pour un rapport de forme R donné et un intervalle d'interaction Lac, est donnée par 21 V N mfd a L 2 Ed ac ( 1 + R) = 21 ( 11) Si on compare l'équation ( 11) à l'équation ( 4) correspondante pour les dispositifs à électrodes comportant

une inversion de phase, on note que la fréquence d'adapta-

tion de vitesse, f d du dispositif à interaction intermit-

tente, pour la même valeur de Lac et R, est le double de celle des dispositifs à électrodes à inversion de phase, et on trouve que dans le cas du dispositif à interaction

intermittente, des maximums apparaissent à tous les harmo-

niques et non seulement aux harmoniques impairs On utilise-

ra ce fait comme on l'expliquera ci-après.

Les figures 16, 17 et 18 montrent divers modes de

réalisation de dispositifs à ondes progressives à interac-

tion intermittente, conformes à l'invention, qui comprennent respectivement un coupleur directionnel, un déphaseur et un convertisseur de modes Ils sont similaires à de nombreux égards aux dispositifs décrits ci-dessus, dans lesquels les

électrodes ont une configuration conçue de façon à compren-

dre une série d'intervalles "actifs" de longueur Lace sépa-

rés par des intervalles "inactifs" de longueur L inac Ces dispositifs diffèrent cependant par le fait qu'il n'y a pas d'inversion de phase produite par la position de structures -30 d'électrodes, d'o il résulte que les longueurs relatives des intervalles "actif" et "inactif" sont différentes de

celles qu'on trouve dans les dispositifs décrits précédem-

ment. 4 Coupleur directionnel avec interaction intermittente Dans le mode de réalisation de la figure 16, les électrodes 154 et 155 s'étendent sur les bandes de guidage d'onde optique 151, 152 du coupleur directionnel optique 150, pour former un premier intervalle "actif" Ceci est suivi par un premier intervalle "inactif" dans lequel les électrodes forment une boucle pour s'écarter des guides d'ondes optiques A la fin de l'intervalle "inactif", les électrodes reviennent occuper les mêmes positions par rapport aux chemins optiques Ainsi, l'électrode 154 s'étend sur le chemin d'onde 151 et l'électrode 155 s'étend sur le chemin d'onde 152 Cette configuration d'intervaes "actif S'L inactifs" des électrodes se répète sur toute la longueur du dispositif. 5 Déphaseur avec interaction intermittente Dans le déphaseur représenté sur la figure 17, l'une des électrodes, 161, s'étend sur la bande de guidage d'onde optique 160 le long de chacun des intervalles "actifs" Dans les intervalles "inactifs" intercalés, les deux électrodes 161 et 162 forment une boucle qui s'éloigne

du chemin d'onde optique.

6 Convertisseur de modes avec interaction intermittente Le convertisseur de modes représenté sur la figure 18 est pratiquement identique à celui représenté sur la figure 14 et il comprend une paire d'électrodes digitées qui sont disposées de part et d'autre d'un guide d'onde optique Dans le mode de réalisation à inversion de phase de la figure 14, la longueur Ls le long du chemin d'onde optique qui est occupée par la région "inactive" est égale à A(n+ 1/2) Dans le mode de réalisation de la figure 17, dans lequel il n'y a pas d'inversion de phase, Ls=n A Dans tous

les modes de réalisation: LS" Lac< d 0.

Réponse uniforme à large bande Dans de nombreuses applications de modulateurs, une réponse en fréquence nominalement plate de zéro à une certaine fréquence élevée est exigée Bien que les techniques d'adaptation de vitesse artificielle décrites ici procurent un moyen pour déplacer la largeur de bande disponible vers des fréquences supérieures ou, comme expliqué ci-dessus, pour la diviser entre un grand nombre de fréquences présentant une relation harmonique, il n'y a pas d'augmentation résultante

de la largeur de bande totale disponible Celle-ci est sim-

plement redistribuée sur la bande intéressante Cependant, comme indiqué ci-dessus, les maximums de réponse pour les deux types de configurations d'électrodes d'adaptation de

vitesse n'apparaissent pas aux mêmes fréquences Pour la con-

figuration d'électrodes à inversion de phase, les maximums

apparaissent aux harmoniques impairs de f Pour la configu-

ration d'électrodes à interaction intermittente, des maxi-

mums apparaissent à la fréquence zéro et à tous les harmoni-

ques de 2 fsd Par conséquent, si on combine les deux configu-

rations d'électrodes en un seul dispositif, on peut entrela-

cer les maximums de réponse pour former soit une réponse uniforme dans laquelle les maximums d'une réponse emplissent les creux de l'autre, soit une réponse en peigne Dans un cas comme dans l'autre, on peut parvenir à un doublement

approximatif de la largeur de bande disponible.

La figure 19 montre, sous forme de schéma synopti-

que, un dispositif optique à ondes progressives, 180, com-

prenant, en cascade, un ensemble d'électrodes à inversion de

phase 181, et un ensemble d'électrodes à interaction inter-

mittente 182 Pour un système de matières donné, le terme d'enveloppe, représenté par la courbe 200 sur la figure 20,

* possède la même fréquence de coupure fc pour les deux sec-

tions d'électrodes Les maximums de réponse pour les élec-

trodes à inversion de phase, donnés par la courbe en poin-

tillés 191, apparaissent à des fréquences fd' 3 fdl 5 fd et

7 f d Les maximums de réponse pour les électrodes à interac-

tion intermittente, donnés par la courbe en trait continu 192, apparaissent à la fréquence zéro et à des harmoniques de 2 fd' La réponse résultante du dispositif est donnée par

la courbe 193.

Dans certains dispositifs, il est possible d'utili-

ser plus efficacement le circuit du signal modulant Au lieu de mettre simplement en cascade les deux configurations d'électrodes, comme l'indique la figure 19, il est possible d'utiliser un seul circuit d'électrodes, dans lequel l'intervalle "inactif" pour un signal optique constitue

l'intervalle "actif" pour l'autre, et inversement Un exem-

ple d'une telle double utilisation est représenté sur la figure 21 qui montre deux déphaseurs connectés en parallèle

pour former un interféromètre.

Chaque déphaseur comprend un guide d'onde optique 122, 123 Les deux guides sont couplés à une extrémité à un guide d'onde d'entrée commun 120, et ils sont couplés à

leur autre extrémité à un guide d'onde de sortie commun 128.

Deux électrodes 124, 125 sont disposées le long des deux guides d'ondes optiques pour former, le-long de l'un des

guides d'ondes, 123, une configuration d'électrodes à inter-

action intermittente, et le long de l'autre guide d'onde

122, une configuration d'électrodes à inversion de phase.

Plus précisément, les électrodes sont disposées le long du guide d'onde 123 de façon à former un premier intervalle "actif" 126-1 Elles sont ensuite dirigées de façon à s'éloigner du guide d'onde 123, pour former un premier

intervalle "inactif" Cependant, une partie de cet inter-

valle "inactif" est placée le long du guide d'onde 122, pour former un premier intervalle "actif" 127-1 le long de

ce guide d'onde A la fin de l'intervalle 127-1, les élec-

trodes sont déplacées de façon à revenir le long du guide

d'onde 123 pour former un second intervalle "actif" 126-2.

A la suite de ceci, elles sont à nouveau déplacées le long du guide d'onde 122 pour former un second intervalle

"actif" 127-2 pour ce guide d'onde.

On notera que le long du guide d'onde 123, les

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positions relatives des électrodes et du guide d'onde sont les mêmes Ainsi, dans les deux sections "actives" 126-1 et 126-2, l'électrode 124 est placée au-dessus du guide d'onde

123 Les électrodes forment ainsi une configuration à inter-

action intermittente par rapport au guide d'onde 123 Au

contraire, le long du guide d'onde 122, les positions rela-

tives des électrodes changent de façon que l'électrode 124

soit placée au-dessus du guide d'onde 122 le long de l'in-

tervalle "actif" 127-1, tandis que l'électrode 125 est placée au-dessus du guide d'onde le long du second intervalle "actif" 127-2 Ainsi, en ce qui concerne le guide d'onde 122,

les électrodes sont dans la configuration d'inversion de pha-

se. Pour des applications à des modulateurs, comme le codage de signal à large bande pour des systèmes à ondes lumineuses, il est nécessaire que la réponse en phase comme la réponse en amplitude soient relativement plates sur la

gamme de fréquence intéressante Par conséquent, lorsqu'on-

élargit la bande en utilisant la combinaison des électrodes

à inversion de phase et des électrodes à interaction inter-

mittente, il est important que la réponse en phase soit la

même aux harmoniques de fd' L'étude de l'équation ( 5) indi-

que que c'est le cas, à condition qu'on utilise un nombre

de sections pair pour l'électrode à interaction intermitten-

te et un nombre impair pour l'électrode à inversion de pha-

se.

On notera que sur l'intervalle "actif", la posi-

tion des électrodes par rapport au guide d'onde optique dépend de la coupe du cristal formant le substrat Dans les divers exemples de réalisation, on a supposé que la coupe du cristal était telle que la direction du champ électrique

actif était normale au plan du dispositif Dans ces condi-

tions, les électrodes ont été représentées dans des posi-

tions situées au-dessus des guides d'ondes optiques Cepen-

dant, si la coupe du cristal était telle que la direction

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du champ électrique actif soit parallèle au plan du disposi-

tif, le guide d'onde optique serait placé différemment, c'est-à-dire entre les électrodes On obtiendra ainsi

d'autres configurations d'électrodes, en fonction de la natu-

re et des propriétés des matières employées Les modes de

réalisation particuliers décrits ne sont destinés qu'à illus-

trer l'invention.

Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

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Claims (16)

REVENDICATIONS

1 Dispositif électro-optique comprenant: un pre-

mier élément de guidage d'onde comprenant au moins un guide d'onde optique ( 55); et un second élément de guidage d'onde ( 50, 51) comprenant au moins un guide d'onde accep-

tant un signal électrique qui se propage, de façon à modu-

ler localement le paramètre fonctionnel du dispositif par

l'intermédiaire de l'effet électro-optique, ce second élé-

ment de guidage d'onde comprenant des premiers intervalles "actifs" espacés longitudinalement (L acl-L ac 3), le long desquels ladite modulation locale a lieu; caractérisé en ce que le second élément de guidage d'onde comprend des seconds intervalles "inactifs" espacés longitudinalement (Ls), le long desquels aucune modulation n'a lieu, qui sont disposés entre les intervalles "actifs"; la longueur, Lac'

des intervalles "actifs" et la longueur, Linac J des inter-

valles "inactifs" satisfaisant la condition Linac > o ln 0/Nm)Lac

dans laquelle No est l'indice de réfraction effectif à la lon-

gueur d'onde du signal optique; et Nm est l'indice de réfraction effectif à la

longueur d'onde 7 m du signal électrique.

2 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il consiste en un déphaseur optique, et le

paramètre fonctionnel est la différence entre les constan-

tes de phase des modes de propagation TE et TM.

3 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il consiste en un coupleur directionnel, com-

prenant une paire de guides d'ondes optiques couplés, et le

paramètre fonctionnel est la différence entre les constan-

tes de phase des guides d'ondes optiques.

4 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il consiste en un convertisseur de modes, et le paramètre fonctionnel est le couplage TE *; TM induit

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par effet électro-optique.

Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il présente une longueur de cohérence do donnée par la relation:

M -

do = 2 N ( 1 NOI Nm m et en ce que L ac< do

6 Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce qu'il comprend N paires d'intervalles "actifs-

inactifs"; et en ce que des paires d'intervalles adjacentes sont séparées par des moyens destinés à inverser la polarité du champ électrique modulant qui agit le long du premier

élément de guidage d'onde.

7 Dispositif selon la revendication 6, caractéri-

sé en ce que: Lac + Linac ( 1-N/Nm) d O

8 Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce qu'il comprend N paires d'intervalles "actifs-

inactifs"; et en ce que:

Lac + Linac /( 1-N /Nm) = 2 do.

9 Dispositif selon la revendication 5, caractéri-

sé en ce que: le premier élément de guidage d'onde comprend une paire ( 101, 102) de guides d'ondes optiques couplés; le second élément de guidage d'onde comprend un ensemble d'électrodes métalliques comportant une électrode centrale

( 103) et une paire d'électrodes extérieures ( 104, 105), for-

mant une ligne de transmission en bande qui s'étend longitu-

dinalement le long des guides d'ondes optiques; l'électrode centrale s'étend sur des intervalles longitudinaux de l'un des guides d'ondes optiques formant les intervalles "actifs" de longueur Lac' et les électrodes extérieures s'étendent sur le guide d'onde optique qui n'est pas recouvert par l'électrode centrale; et des intervalles "actifs" adjacents sont séparés par des intervalles "inactifs" de longueur L le long desquels les électrodes sont courbées de inac'

façon à s'éloigner des guides d'ondes optiques, afin de pro-

duire le long de ces intervalles des régions dans lesquelles

il n'y a pas de modulation.

10 Dispositif selon la revendication 9, caracté- risé en ce que l'électrode centrale forme des méandres en s'étendant alternativement sur des intervalles longitudinaux de l'un puis de l'autre des guides d'ondes optiques; et en ce que l'une ou l'autre des électrodes extérieures s'étend sur le guide d'onde optique qui n'est pas recouvert par

l'électrode centrale.

11 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le premier élément de guidage d'onde consiste

en un seul guide d'onde optique; le second élément de gui-

dage d'onde comprend une paire d'électrodes formant une ligne de transmission en bande plane; et les électrodes

s'étendent longitudinalement le long du guide d'onde opti-

que pour former les intervalles "actifs" et elles sont cour-

bées de façon à s'écarter du guide d'onde optique entre cha-

que paire d'intervalles "actifs" adjacents, pour former les

intervalles "inactifs".

12 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les électrodes sont déplacées transversale-

ment par rapport au guide d'onde optique, le long d'inter-

valles "actifs" successifs, pour produire une inversion de polarité dans la direction du champ électrique qui agit le

long du guide d'onde optique.

13 Dispositif selon la revendication 11, caracté-

risé en ce que les électrodes sont des électrodes digitées dont l'écartement nominal entre doigts est égal à A; et en ce que la distance Ls le long d'un guide d'onde optique qui est occupée par l'intervalle "inactif" est égale à un multiple entier de A, avec L " Lac s ac

14 Dispositif selon la revendication 11, caracté-

risé en ce que les électrodes sont des électrodes digitées

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dont l'écartement nominal entre doigts est égal à A; et en ce que la distance Ls le long du guide d'onde optique qui est occupée par l'intervalle "inactif" est égale à (n + 1/2)A, en désignant par N un nombre entier quelconque, et avec Ls"Lac'

Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le seocnd élément de guidage d'onde comprend une première partie ayant un premier ensemble d'intervalles "actifs-inactifs", en cascade avec une seconde partie ayant un second ensemble d'intervalles "actifs-inactifs"; et en

ce que l'une de ces parties comporte des moyens pour inver-

ser la polarité du champ électrique modulant le long d'in-

tervalles "actifs" successifs.

16 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le premier élément de guidage d'onde comprend une paire de guides d'ondes optiques; et en ce que le

second élément de guidage d'onde comprend des moyens desti-

nés à moduler localement le paramètre fonctionnel du dispo-

sitif le long des deux guides d'ondes optiques.

17 Dispositif selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que le second élément de guidage d'onde consiste en une paire d'électrodes formant une ligne de transmission en bande plane; et en ce que l'intervalle "actif" le long d'un premier des guides d'ondes optiques est l'intervalle "inactif"-pour le second des guides d'ondes optiques, et

l'intervalle "inactif" le long du premier guide d'onde opti-

que est l'intervalle "actif" pour le second guide d'onde optique.

18 Dispositif selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que les extrémités d'entrée de guides d'ondes optiques sont connectées à un premier accès commun; et les

extrémités de sortie des guides d'ondes optiques sont con-

nectées à un second accès commun.