SE457253B - Elektrodanordning foer optoelektroniska organ - Google Patents

Description

457 253 ' 2 vâgledaren 'och kabelns mittledare skjuter in i vàgledaren. Den rön-formade vagledaren har en sluten ände och koaxialkablen år ansluten pa ett avstånd motsvarande en kvarts våglängd av mikrovagen fran denna ände. Den inskjutande mittledaren fungerar som en antenn vilken utsänder mi| vandrande mikrovàg uppstår i vågledaren och en stående vag uppstår vid vagledarens ände. En närmare beskrivning av denna anordning atefinnes i exempelvis R. E Collin, "Foundations for Microwave Engineering", Mc Graw Hill Book Company, New York 1966, sid 183-187. Anordningen har emellertid inte fått någon tillämpning vid modulering av en ljusvåg.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det ovannämnda problemet med urfasning mellan ljusvagen och mikrovågen löses enligt uppfinningen genom en elektrodanordning med en stående vågledare och en vandringsvågledare. Elektrodanordningen är enkel och ger en band- passmodulator vars centrumfrekvens kan väljas på ett enkelt sätt och vilken fordrar lag moduleringsspänning.

Uppfinningen har de kännetecken som framgår av bifogade patentkrav.

FIGURFÖRTECKNING En utföringsform av uppfinningen skall närmare beskrivas nedan i anslutning till en ritning där figur l visar en modulator av Mach-Zehnder typ med en känd elektrodanordning, figur 2 visar en modulator av Mach-Zehnder typ med en elektrod enligt uppfinningen, Figur 3 visar en genomskärning av modulatorn i figur 2, figur 4 visar ett diagram med frekvensgängen för modulatorn i figur 2, figur 5 visar ytterligare en uppfinningsenlig utföringsform av elektroderna figur 6 visar i perspektivvy snett ovanifràn en variant av elektroderna, figur 7 visar en genomskärning av en variant av modulatorn enligt figur 2, figur 8 visar i perspektivvy snett ovanifran en riktkopplare med ännu en utföringsform av elektroderna och . . . . .i 10 15 20 25 30 457 253- figur 9 \¿i¿æar en genomskärning av riktkopplaren i figur 8.

F ÖREDRAGEN UT FÖRINGSFORM l figur l visas en känd ljusvågsmodulator av Mach-Zehnder typ. En skiva 1 av elektrooptiskt material har i ett intaraktionsområde med en längd Lo dels vågledare 2 och 3, dels elektroder la och 5. Vågledarna är gaffelformat förbundna med varandra till en ingång 6 och en utgång 7 hos modulatorn. En inkommande ljusvåg P delas upp mellan vågledarna 2 och 3 och interfererar vid utgången 7 till en utgående ljusvåg. Brytningsindexet i vågledaren 3 kan påverkas med en spänning ansluten mellan elektroderna 4 och 5, så att en fasförskjutning mellan ljusvågorna i våledarna 2 och 3 uppstår. Härigenom kan den inkommande ljusvågen moduleras mellan full styrka och utsläckning. För att modulering skall kunna ske med en växelsignal S förspännes elektroderna med en likspänning som fasförskjuter ljusvågorna i vågledarna 2 och 3 en kvarts ljusvåglängd. Signalen S överlagras på denna likspänning och modulerar ljus- vågen P. Det är också möjligt att vid tillverkningen av modulatorn göra vågledarna 2 och 3 olika långa så att ljuset härigenom fasförskjutes en kvarts ljusvåglängd och förspänningen med en likspänning kan undvikas.

Vid högfrekven ljusmodulering är signalen S en mikrovågssignal och elektro- derna l: och 5 är utformade som vandringsvågselektroder, vilka är förbundna med varandra med ett motstånd R. Vid denna högfrekvensmodulator uppstår den ovannämnda urfasningen- mellan mikrovågen S och ljusvågen P varvid den övre gränsfrekvensen för modulatorn beror av längden LO hos modulatorns inter- aktionsområde.

I figur 2 visas en elektrodanordning enligt uppfinningen vilken ger en modulator med bandpasskaraktär. En skiva ll av elektrooptiskt material, exempelvis litiumniobat eller litiumtamcalat, har på sin yta en första langsträckt elektrod 12 och en andra långsträckt gaffelformad elektrod 13. l figuren visas även ljusvågledare 14 vilka är indiffunderade i skivans ll yta. Den första elektroden 12 har en längd Ll som är längden för det område där elektroderna 12 och 13 påverkar ljusvågledaren 14, modulatorns interaktionsområde. En anslutnings- ledare 15 för en modulerande mikrovågssignal S är förbunden med den första 1 elektroden 12 i en reflektionspunkt 16. Denna reflektionspunkt uppdelar den 457 zss 10 15 20 ZS 30 första elektroden i en staende vagledare 17 med en längd Lz och en vandrings- vagledare 18 med en längd L3. Vandringsvagledaren, som är belägen vid den gaffelformade, andra elektrodens _13 öppna ände 19, är vid sin fran reflexions- punkten 16 vända ände 22 genom motstand Rl förbunden med denna andra elektrod. Den andra elektroden 13 sträcker sig pa bada sidor om den första elektroden 12 i interaktionsomradet och är där belägen pa ett avstånd dl fran den första elektroden 12. Den andra elektroden 13 är i föreliggande utförings- exempel uppdelad av anslutningsledaren 15 i tva delar, vilka är anslutna till en gemensam referenspotential. Staendevagledaren 17 hos den första elektroden 12 har sin ena ände 2G vid den gaffelformade andra elektrodens 13 slutna ände 21 och elektroderna är där i föreliggande utföringsexempei belägna pa avstand fran varandra. Ljusvagledaren 14 är enligt utföringsexemplet utformat som en Mach- Zehnder modulator med en ingang 23 för ljusvagen P. Sasom beskrivits i anslutning till figur l är ljusvagledaren 14 i interaktionsomradet Ll uppdelad i tva parallella armar vilka är belägna mellan den första 12 och den andra 13 elektroden. Modulatorn i figur 2 visas i tvärsnitt i figur 3, där ocksa kristall- riktningarna X, Y och Z för litiumniobat angivits.

Den ovan beskrivna elektrodanordningen 12, 13, 15 fungerar pa följande sätt.

Elektroderna 12 och 13 förutsättes förspända med en likspänning, sa som beskrivits i anslutning till figur 1, och den modulerande mikrovagen S1 är ansluten till anslutningsledaren 15. Mikrovagen S1 vandrar utmed anslutninga- ledaren lS till reflektionspunkten 16 där den uppdelas i tre delvagor. En första delvag vandrar utmed vandringsvagledaren 18, en andra delvag reflekteras tillbaka i anslutningsledaren 15 och en tredje delvag vandrar utmed den staende vagledaren 17, reflekteras vid dess ändpunkt 20 och vandrar tillbaka till reflektionspunkten 16. I reflektionspunkten uppdelas den reflekterade vagen i sin tur i tre delvagor och de pa detta sätt successivt alstrade delvagorna interfererar med varandra. I staende vagledaren 17 uppstar en staende mikrovag S2 och i vandringsvagledaren 18 vandrar en mikrovag S3, vilken via motstanden Rl avleds till den andra elektroden 13.

Den ovan beskrivna staende vagen S2 och den vandrande vagen 53 paverkar brytningsindexet i ljusvagledarna 14 sa att den inkommande ljusvagen P moduleras. Denna påverkan beskrivs närmare i diagrammet i figur 4 där f betecknar frekvensen för den inkommande mikrovagen S1 i GHz och F anger i n... s 457 253 decibel den elektriska effektnivan hos mikrovagorna. Med en kurva A i dia- grammet anges effektnivan för den staende vägen S2 i stående vagledaren 17 och med en kurva B anges effektnivan för vandringsvagen S3 i vandrings- vagledaren 18. Staendevagledaren 17 har en resonansfrekvens fc för vilken gäller fc=c/(2xL2xn/,<) där c är ljushastigheten i vakuum, n/u är effektivt mikrovagsindex för väg- ledaren 17 och Lz dess längd. Den inkommande modulerande mikrovagen S1 har maximal modulerande förmåga i staendevagledaren 17 om dess frekvens över- ensstämmer med resonansfrekvensen fc. De båda vågorna S2 och S3 samverkar och ger en modulerad effekt pa ljusvàgledarna lll som motsvarar summan av kurvorna A och B. För jämförelses skull visas i diagrammet en kurva C som anger effektnivan i vagledaren 4 hos modulatorn enligt figur 1 med samma spänning hos den inkommande signalen för båda modulatorerna. l tabellen nedan visas beräknade värden för en modulator enligt figur 2. Vid beräkningarna förutsättes att det optiska brytningsindexet för ljusvagledarna 14 är nu = 2,2, mikrovagaindexet för mikrovâgsledarna är lyu = 3,8, Lz = 8,0 mm och fc = 4,9 GHz. Med V anges erforderligt toppvärde i volt för signalen S1 för att en bestämd utstyrning av den optiska signalen skall erhållas. Ll betecknar som ovan längden för den första elektroden 13 och anges i mm, fm anger den optiska centrumfrekvensen i GHz för hela modulatorn och fb dess bandbredd i GHz.

L V f f ' l m b 16 0,325 5,1 2,6 18 0,275 ' 5,1 2,5 20 0,262 5,0 2,5 22 0,242; 4,9 2,4 24 0,239 4,0 2,4 26 0,235 4,7 2,3 l figur 5 visas en alternativ utföringsform av elektrodanordningen enligt uppfinningen. En skiva 31 av elektrooptiskt material har på sin yta en första làngstrâckt elektrod 32 och en andra langsträckt gaffelformad elektrod 33 samt 457 253 ' 6 ljusvagledare 34. lnteraktionsomradets längd betecknas med La och en an- slutningsledare 35 för den moduler-ande signalen S1 är förbunden med den första elektroden 32 i en reflektionspunkt 36. Denna uppdelar den första elektroden i en stående vagledare 37 med en längd LS och en vandringsvagledare 38 med en längd Lö. Vandringsvagledaren 38 är genom motstånd Rz förbunden med den andra elektroden 33 vilken sträcker sig pa bada sidor om den första eiektroden.

Denna är belägen pa ett avstand dz fran den andra elektroden i ínteraktions- omradet med längden La. Elektrodanordningen enligt figur 5 skiljer sig fran elektrodanordningen enligt 2 genom att staendevagledaren 37 vid sin ena ände 39 är förbunden med den gaffelformade andra elektroden 33 vid dess slutna ände. Staendevagledaren 37 har resonansfrekvensen fc, där fc=c/(üx Lsxri/u) Elektrodanordningen enligt figur 5 skiljer sig till sitt funktionssätt fran el- ektrodanordningen enligt figur 2 framför allt därigenom att den första elektro- den 32 är kortsluten med den andra elektroden 33 och inte kan förspännas med en likspänning.

I figur 6 visas en variant av den utföringsform av elektrodanordningen som beskrivits i anslutning till figur 2. Den första langsträckta elektroden 12 är i reflexions punkten 16 förbunden med en anslutningsledare 40 vilken är vinkelrät mot en skiva 41, som pa sin övre yta uppbär elektrodanordningen. Modulatorn i figur 6 har en enkel, rak vagledare 42 genom vilken den inkommande ljusvagen P kan fasmoduleras av den modulerande mikrovagssignalen S1. Vid den valda kristalloríenteringen för skivan 41, vilken framgar av den inritade X,' Y, Z'- koordinatsystemet, fordras att ljusvagledaren 42 placeras under elektroden 12 för att ljusvagen P skall moduleras.

I figur 7 visas ytterligare en variant av den utföringsform som beskrivits i anslutning till figur 2. En första skiva 60 elektrooptiskt material har vid sin övre yta 61 ljusvagledarna 14. En andra skiva 62 har elektroderna 12 och 13 fästa vid sin undre yta 63. Denna andra skiva 62 kan besta av exempelvis glas, elektrooptiskt material eller keramiskt material. Elektroderna halles i an- liggning mot den övre yta 61 hos den första skivan 60 med hjälp av den andra skivan 62. I figuren är elektroderna 12 och 13 för tydlighets skull ritade pa avstand fran den övre ytan 61. _ - . . l . 10 15 20 25 7 5 457 253 l figurerna 8 och 9 visas ytterligare en utföringsform av de uppfinningsenliga elektroderna i anslutning till en optoelektronisk riktkopplare. Riktkopplaren omfattar, sasom visas i figur 8, en skiva 50 av kraftigt dopet elektriskt ledande halvledarmaterial. Skivan 50, vilken utgör den ena ev elektroderna i den uppfinningsenlíga elektrodanordriingen, uppbär ett skikt 51 av elektrooptiskt material i vilket ljusvagledare 52 har diffunderats in. Vágledarna är utformade som en riktkopplare vars interaktionssträcka har en längd L7 och vars vâgledare i interaktionsomradet är belägna pa ett avstånd d; fran varandra. Riktkopplaren har ett skikt 53 av isolerande material, vilket täcker ljusvegledaren 52. Ovanpå det isolerande skiktet 53 har anbragts en langsträckt elektrod 54 med längden L7. Denna elektrod är vid en reflektionspunkt 55 förbunden med en araslutnings- ledare 56 för den modulerande mikrovagen S1. Reflektionspunkten 55 uppdelar elektroden 54 i en staendevagledare 57 med en längd Ls och en vandrings- vagledare 58 med en längd 1.9. Vandringsvagledaren är i sin från reflektione- punkten 55 vända ände S9 elektriskt förbunden med skivan 50 via ett motstånd R3. Ändpunkterna för elektroden 54 sammanfaller med begränsningarna för ljusvàgledarnas 52 interaktionsomrade. Den langsträckta elektroden 54 är belägen rakt ovanför den ena av riktkopplarnas ljusvàgledare såsom visas i genomskärningen i figur 9.

Den ovan beskrivna uppfinningsenliga elektrodanordningen har fördelen att den är enkel och att den nämnda centrumfrekvensen fm för modulatorn vid en given interaktionslängd Ll kan väljas genom att välja staendevàgledarens längd 1.2.

Vid kända bendpassmodulatorer bestäms centrumfrekvensen vid en viss inter- aktionslängd av den ovan beskrivna urfasningen mellan ljusvàgen och mikro; vägen.

Claims (4)

457 253 10 PATENTKRAV

1. Elektrodanordning för optoelektroniska organ, vid vilka en skiva fasthaller elektrodanordningen och åtminstone en ljusvàgledare är anordnad i ett inter-- aktionsomrade i anslutning till elektrodanormingen k ä n n e t e c k n a d där- av att elektrodanordningen (12, 13, 15; 32, 33, 35; 50, 56) omfattar en första långsträckt elektrod (12, 32, 54) i interaktionsområdet (Ll, L4, L7) och en andra elektrod (13, 33, 50) vilken sträcker sig utmed den första elektroden (12, 32, 54) och är belägen på avstånd (dl, dz) från denna i lnteraktionsomrâdet (LI, La, L-l) och att en anslutningsledare (15, 35, 40, 56) för en modulerande elektrisk signal (S1) är ansluten till den första elektroden (12, 32, 54) i en reflexionspunkt (16, 36, 55) för den elektriska signalen (S1), vilken reflexionspunkt år belägen i interaktionsområdet (Ll, L4, L7) och uppdelar den första elektroden (12, 32, 54) i en ståendevågledare (17, 37, 57) och en vandringsvagledare (18, 38, 58), vilken vid sin från reflexionspunkten (16, 36, 55) vända ände (22, 59) är förbunden med en referenspotential.

2. Elektrodanordning enligt patentkrav 1, varvid elektrodanordningen är belägen vid skivans ena yta, k ä n n e t e c k n a d därav att den andra elektroden (13, 33) är långsträckt och gaffelformad och sträcker sig på bada sidor om den första elektroden (12, 32) i ineraktionsomradet (LI, La) och att den första elektrodens (12, 32) stàendevågledare (17, 37) är vänd mot den andra, gaffelformade elektrodens (13, 33) slutna ände (21) och dess vandrings- vagledare (18, 38) är vänd.mot den gaffelformade elektrodens (13, 33) öppna ände (19). '

3. Elektrodanordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav att staendevagledarens (17) från reflexionspunkten (16) vända ände (20) är belägen pa avstånd från den andra, gaffelformade elektrodens (13) slutna ände (21).

4. Elektrodanordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a därav att ståendevågledarens (37) från reflexionspunkten (36) vända ände (39) är för- bunden med den andra, gaffelformade elektrodens (33) slutna ände.