SE500991C2 - Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system - Google Patents
Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska systemInfo
- Publication number
- SE500991C2 SE500991C2 SE9202355A SE9202355A SE500991C2 SE 500991 C2 SE500991 C2 SE 500991C2 SE 9202355 A SE9202355 A SE 9202355A SE 9202355 A SE9202355 A SE 9202355A SE 500991 C2 SE500991 C2 SE 500991C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- optical
- waveguide
- buffer layer
- wave propagation
- signal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0356—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference in an optical waveguide structure
- G02F1/2255—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic component in an electric waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
- G02F1/3134—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/07—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 buffer layer
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/15—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 periodic
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/20—LiNbO3, LiTaO3
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
10
15
20
25
30
35
.EGO 991
2
walk-off, som i detta fall framförallt ger upphov till
distorsion.
Förutom vågledarförluster är walk-off en begränsande faktor
för en stor grupp av vågutbredningsmodulatorer. Emedan
vågledarförluster är ett fysikaliskt fenomen som fram-
förallt beror på dimensioner och resistivitet hos
vågledaren, där förlusterna kan reduceras genom höga
tillverkningskrav och höga krav på elektrodens yt-
respektive bulkegenskaper (eliminering av vågledarförluster
innebär i princip att supraledande elektroder användes), är
walk-off förenklat sett ett designproblem. Exempelvis för
LiNbQfmodulatorer innebär walk-off att grupphastigheten
för den. modulerande, elektriska signalen är' mindre än
grupphastigheten för den modulerande, optiska signalen.
TEKNIKENS STÅNDPUNKT
En rad lösningar har föreslagits för att sänka s.k. walk-
off eller anpassa hastigheten mellan optiska och elektriska
signaler. Därigenom kan den s.k. V/GHz-kvoten sänkas.
Lösningar har även föreslagits för minimering av V/GHz-
kvoten, bl.a. har walk-off utnyttjats för att öka
brandbredden och vidare har den elektriska resp. optiska
fältbilden anpassats till varandra för sänkning av switch-
spänningen.
EP-A-0 152 996 beskriver en anordning för anpassning av
hastigheten mellan en optisk och en elektrisk signal med
ett tjockt och etsat buffertskikt, vilket är invariant i
utbredningsriktningen. Härigenom erhålls en viss hastig-
hetsanpassning och ökad bandbredd, men detta sker speciellt
på bekostnad av alltför hög drivspänning.
I US-A-4,468,086 simuleras en hastighetsanpassning mellan
en elektrisk och en optisk signal genom att den elektriska
10
15
20
25
30
35
3
signalvägen utformas på ett sådant sätt att växelverkan
mellan de två vågorna inträffar längs utvalda delar av den
elektriska signalens utbredningsväg; anpassningen simuleras
genom en fasfördröjning. Speciellt böjer den elektriska
vägen av ifrån den optiska vägen med jämna mellanrum för
att områden skall skapas där ingen växelverkan äger rum.
Härigenom modulerar man optiska vågor genom den elektro-
optiska effekten.
Genom US-A-4,448,479 avser man minimera walk-off-effekten
genom att med jämna mellanrum utsätta den elektrooptiskt
índucerade TE-TM-kopplingskoefficienten för ett fasskifte
på 180°, även här simuleras alltså en hastighetsanpassning,
i detta fall genom fasreversering. Genom såväl US-A-
4,468,086 som US-A-4,448,479 kan man
hastighetsanpassningen för att göra strukturen "resonant"
utnyttja
och man kan därigenom utöka bandbredden, men samtidigt
förstörs med stor sannolikhet fasresponsen i modulatorn,
vilket medför att den ej kan användas för digital
kommunikation.
Vid speciellt LiNbOfmodulatorer gäller väsentligen
generellt vid sänkning av walk-off att man tappar av en del
av den modulerande (elektriska) signalen i LiNbQ,och låter
den propagera i ett annat material som har en lägre
dielektricitetskonstant, och på detta sätt ökas grupp-
hastigheten för den elektriska signalen. För LiNbQ,gäller
att de har dielektricitetskonstanter på 28 resp. 43 i olika
riktningar (materialet är anisotropt); i vissa modeller
behandlas emellertid materialet såsom isotropt och där
användes ett geometriskt medelvärde på 34,7. Roten 'ur
dielektricitetskonstanten skall jämföras med brytningsindex
för LiNb03 som ligger på ca. 2,2; således är skillnaden i
grupphastighet stor för den elektriska respektive den
optiska signalen. För koplanara vågledare gäller att
grupphastigheten för den elektriska signalen ej understiger
10
15
20
25
30
35
år
C
_\
.J
4
c/4,2, och en rad anordningar är kända där grupphastigheten
höjes med hjälp av tjocka elektroder, tjockt buffertskikt
och med etsat buffertskikt som exempelvis utgörs av SiOr
Ytterligare anordningar omfattar en "parallell" vågledare
SiO2 luft dielektrika
"parallella vågledaren" kan vara försedd med eget jordplan.
med eller som där även den
Generellt gäller vid kända lösningar att för en ökning av
bandbredden kräves en väsentligt förhöjd drivspänning.
REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN
Ett mål med föreliggande uppfinning är att ange en
anordning för anpassning av hastigheten för optiska och
elektriska signaler såsom inledningsvis angivits för att
därigenom walk-off
bandbredden. Ett ytterligare mål är att anordningen skall
lätt att
Avsikten är också att kunna sänka den s.k.
sänka eller minimera och öka
vara spänningssnål och vidare och billig
framställa.
V/Ghz-kvoten. Uppfinningen har vidare som mål att ange en
modulator baserad på en vågutbredningsstruktur med ökad
bandbredd som speciellt kan användas i snabba digitala
fiberoptiska system. Uppfinningen har även som mål att ange
en modulator för tillämpningi_analoga fiberoptiska system.
En anordning genom vilken såväl dessa som andra mål uppnås
anges genom de i den kännetecknande delen av patentkravet
1 angivna kännetecknen. Genom patentkrav 15 anges en
modulator. Genom patentkraven 16 resp. 17 anges användning
av anordningen i snabba digitala fiberoptiska system eller
i analoga fiberoptiska system.
Föredragna utföringsformer anges genom i underkraven
angivna särdrag.
10
15
20
25
30
35
(n
CD
CD
\O
ND
5
Enligt uppfinningen skall vågutbredningsstrukturen omfatta
ett i utbredningsriktningen varierande tvärsnitt. Speciellt
omfattar den första vågledaranordningen åtminstone en
optisk vågledare och i synnerhet den andra vågledar-
anordningen åtminstone två elektroder av vilka den ena
bildar signalelektrod. Enligt ett föredraget utförande
omfattar vidare vågledarstrukturen åtminstone ett
buffertskikt vilket är så anordnat att, det elektriska
fältet från elektroderna utbreder sig i såväl åtminstone
ett av buffertskikten och i den/de optiska ledaren eller
ledarna. Enligt ett föredraget utförande omfattar
vågutbredningsstrukturen ett substrat, företrädesvis
LiNb0y Med fallet LiNbO3innebär företrädesvis hastighets-
anpassningen att hastigheten för mikrovågen skall ökas,
d.v.s. grupphastigheten för den elektriska signalen skall
ökas för att bandbredden skall ökas. Alternativt till
LiNbO3är det möjligt att använda exempelvis LiTaOy KNb0y
KTP, men även andra elektrooptiska.material är möjliga. Vid
tidigare kända anordningar för ökning av grupphastigheten
har strukturen haft ett tvärsnitt som varit invariant i
utbredningsriktningen. Enligt uppfinningen kan man utnyttja
två eller flera olika tvärsnitt vilka alterneras periodiskt
eller aperiodiskt eller slumpmässigt i utbrednings-
riktningen. Vid periodisk tvärsnittsvariation kan denna
utgöras av ett periodiskt gitter där speciellt gitter-
konstanten väsentligt understiger våglängden för den
elektriska signalen. Tvärsnittsvariationen kan åstadkommas
genom åtminstone ett första och ett andra materialmedia
vilka har olika dielektricitetskonstanter. Mera speciellt
kan tvärsnittsvariationerna åstadkommas genom ersättande av
material i bmffertskiktet med annat material med lägre
dielektricitetskonstant alternativt avlägsnande av material
i buffertskiktet. Sålunda kan de olika sektionerna med
olika tvärsnitt skilja sig åt genom att man i en av dem
etsar bort buffertskiktet i vågledargapet och under
signalelektroden. Därigenom minskar kapacitansen per
10
15
20
25
30
500 991
6
längdenhet för den elektriska vågledaren varigenom grupp-
hastigheten för den elektriska signalen ökas. Vid speciella
utföranden kan elektrodstrukturen vara koplanar och/eller
omfatta dubbla jordplan.
Företrädesvis gäller att för att den propagerande
elektriska vågen skall uppfatta vågledaren som "invariant"
i utbredningsriktningen så måste de avsnitt med ett första
respektive andra tvärsnitt vara mycket mindre än våg-
längderna för den högsta frekvens som avses användas i
anordningen, speciellt modulatorn (frekvensen för den
modulerande signalen). Detta utförande innebär en
gitterkonstanten
gitterliknande konstruktion där
understiger 1/20-del av våglängden.
Givetvis kan flera olika tvärsnitt användas liksom man i
stället för en periodisk konstruktion eller ett periodiskt
gitter skulle kunna uppnå samma effekt genom slumpmässigt
etsade gropar eller liknande. Vidare gäller att ett av
materialen skall ha en dielektricitetskonstant som är lägre
än de andra, speciellt vid avlägsnande av buffertmaterial
gäller att detta skall ersätta med ett annat material som
har en lägre dielektricitetskonstant, där detta andra
material enligt ett speciellt utförande kan utgöras av
luft.
Enligt ett föredraget utförande bildar anordningen en
modulator.
Anordningen kan fördelaktigt användas i snabba digitala
fiberoptiska system eller i analoga fiberoptiska system med
någon GHz bandbredd.
10
15
20
25
30
35
CJ
\0
f9'3
(gl
CD
FIGURBESKRIVNING
Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under
hänvisning till bifogade figurer i förklarande och icke på
något vis begränsande syfte, där
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
1
la
lb
2a
2b
2C
schematiskt illustrerar en vågutbrednings-
struktur med periodisk variation med två olika
sektioner sedda ovanifrån,
äx- ett snitt längs Ia-Ia i fig. 1, illus-
trerande en första sektion,
är ett snitt längs Ib-Ib i fig. 1, illus-
trerande en andra sektion,
illustrerar schematiskt en vågutbrednings-
struktur med periodisk variation med tre olika
sektioner,
är ett snitt längs IIa-IIa i fig. 2, illus-
trerande en första sektion,
är ett snitt längs IIb-IIb i fig. 2, illus-
trerande en andra sektion,
är ett snitt längs IIc-IIc i fig. 2, illus-
trerande en tredje sektion,
illustrerar schematiskt en vågutbrednings-
struktur med slumpmässig variation av olika
sektioner.
10
15
20
25
30
35
kC*
FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRr-IER
I fig. 1 visas en anordning 10 i form av en modulator
omfattande ett på ett substrat 1 anordnat buffertskikt 2,
två optiska vågledare 7, två jordelektroder 5 och en
emellan dessa jordelektroder 5 anordnad signalelektrod 6.
I det illustrerade utföringsexemplet är substratet ett s.k.
LiNbO;-substrat. att
elektriska signalen skall ökas för att hastigheten mellan
För grupphastigheten för den
optisk respektive elektrisk signal skall kunna anpassas
uppvisar vågutbredningsstrukturen i utbredningsriktningen
varierande tvärsnitt, 5. det :i denna figur illustrerade
exemplet alternerar två olika tvärsnitt i. utbrednings-
riktningen svarande mot en sektion A respektive en sektion
B.
snitt längs linjen Ia-Ia i fig. 1 respektive fig. lb som är
1.
exemplet skiljer sig två sektioner åt genom att i den ena
Dessa tvärsnitt syns tydligare i fig. la, som är ett
ett snitt längs linjen Ib-Ib i fig. I det visade
av dem är buffertskiktet 2 avlägsnat i vågledargapet och
under 6; det från
buffertskiktet 2 avlägsnade materialet vara bortetsat.
signalelektroden speciellt kan
Härigenom minskar kapacitansen per längdenhet för den
elektriska vågledaren vilket medför att grupphastigheten
I fig. 1 är de olika
1B för att det
tydligare skall framgå hur dessa alternerar. I det visade
utbreder sig det elektriska fältet från
buffertskiktet 2 liksom i de optiska
7 och väsentligt är att buffertskiktet 2
avlägsnas eller bytes ut på ett i utbredningsriktningen
för den elektriska signalen ökar.
sektionerna betecknade med 1A resp.
exemplet
elektroderna i
vågledarna 7,
variant sätt, vilket emellertid kan ske på en rad olika
sätt. Det är ej nödvändigt att buffertskiktet 2 avlägsnas
eller etsas bort på ett sådant sätt att det ej skjuter ut
exempelvis utanför jordelektroderna 5, 5 utan detta är
visat eftersom det svarar mot ett enkelt och praktiskt
10
15
20
25
30
35
500 991
9
utförande. Vidare, om material i buffertskiktet 2 lämnas
kvar under signalelektroden så att strukturen under denna
är icke varierande i utbrednings-riktningen försämras
effekten. För att den propagerande elektriska vågen skall
uppfatta vågledaren som "invariant" i utbredningsriktningen
är speciellt längden på sektionerna A resp. B betydligt
mindre än våglängden för den högsta frekvens som är avsedd
att användas i modulatorn, d.v.s. för den modulerande
signalen. Härigenom fås en gitter-liknande konstruktion där
gitterkonstanten skall vara mindre än 1/20-del av
våglängden. I fig. la resp. lb syns tydligare tvärsnitten
för sektion 1A resp. sektion 1B. Enligt ett fördelaktigt
utförande utgörs buffertskiktet av Siøw, men även andra
material är tänkbara, såsom exempelvis SiO, en kombination
av Si0-SiO2, Si eller ITO. Lämpliga värden på tjockleken
hos elektroderna 5, 6 resp. buffertskikt 2 kan ligga på ca.
4-10 um för elektroden, -erna och exempelvis 0,25 pm till
1,0 pm för buffertskiktet 2, men detta är endast exempel på
tjocklekar.
Enligt ett alternativt utförande, illustrerat i fig. 2
omfattar anordningen 20, även här speciellt i form av en
modulator, i likhet med föregående
jordelektroder 5, en signalelektrod 6 och ett substrat 1,
speciellt LiNb0,eller något annat elektrooptiskt material.
exempel två
I denna anordning 20 utnyttjar man emellertid två olika
buffertskikt 3, 4. I denna anordning 20 föreligger alltså
tre olika tvärsnitt A', B', C', vilka tydligare
åskådliggöres i figurerna 2a-2c vilka utgör snitt längs
linjerna IIa-IIa, IIb-IIb och IIc-IIc i fig. 2. I fig. 2
föreligger inget buffertskiktmaterial i den sektion som
betecknats med C' i figuren. De olika sektionerna A', B',
C' alternerar på det sätt som illustreras i fig. 2. Det är
givetvis möjligt att låta olika buffertskikt alternerar på
andra sätt liksom det är möjligt att utnyttja flera skikt
o.s.v. Även i det i fig. 2 illustrerade exemplet är i en av
10
15
20
25
30
35
10
sektionerna (C') buffertskiktet bortetsat i vågledargapet
resp. under signalelektroden 6, under vilken fältstyrkan är
som högst. Därvid kan material vara avlägsnat antingen från
buffertskikt 3 eller buffertskikt 4, där endast ett exempel
är illustrerat i fig. 2c, nämligen att kvarvarande material
bildas av buffertskikt 3; även ett ytterligare skikt är
tänkbart ur vilket material skulle kunna vara bortetsat.
I det i fig. 3 illustrerade alternativet bildar ej
vågutbredningsstrukturen 30 ett periodiskt gitter utan här
har man i stället slumpmässigt bortetsade gropar eller
urtagningar 9 i buffertskiktet 8. Urtagníngarna 9 eller
groparna kan variera till form och storlek. För detta
utföringsexempel liksom för övriga gäller att det borttagna
materialet från ett buffertskikt 2, 3, 4, 8 ej behöver
ersättas med luft utan kan ersättas med vilket annat
material som helst under förutsättning att detta material
har en dielektricitets-konstant som understiger den för
materialet i buffert-skiktet.
För alla utföringsexemplen gäller att elektrodstrukturen
kan se annorlunda ut, exempelvis är det ej nödvändigt med
dubbla jordplan. Vidare är det möjligt att använda en
elektrodstruktur som ej är koplanar, vilket emellertid ger
ett mycket gott resultat speciellt med ett substrat av
LiNb0r Även alternativ är möjliga där man exempelvis har
två signalelektroder och två jordplan, s.k. DCPW (Double
Coplanar Waveguide), etc. Vidare är det inte heller
nödvändigt att anordna ett periodiskt gitter i det område
där elektroden har sitt elektriska fält även om detta är
fördelaktigt och av ett flertal praktiska skäl lämpligt att
utnyttja en gitterstruktur.
Enligt en matematisk modell som baserar sig på
kvasistationära TEM-moder (gäller för den elektriska moden
-'--».......__
10
15
20
25
30
500 991
11
endast för isotropa material) kan en rad parametrar
beräknas såsom:
Z Karakteristisk impedans [Q]
ß Mikrovågsindex [ ]
a Mikrovågsförluster [m"'1f”°-5]
'7 Överlappspararneter [dm"1V“1]
Index 1 respektive 2 hänför sig till sektion A respektive
B, c är ljushastigheten, n representerar brytningsindex. Då
mikrovågsförlusterna domineras av vågledarförluster
påverkas inte dessa av att dielektrikat runt vågledaren
ändras, varför man får en och samma förlustparameter genom
hela strukturen. Enligt modellen uppgår denna till ca.
200 dB/m vid 10 GHz.
Kapacitansen per längdenhet för sektion A och B samt
kapacitansen C för en SO-ohms anpassad gitterelektrod kan
beräknas med TEM-analys.
_ 6,, _ 6,,
Cl _ CZ, G2 _ cZz
V6f|V6f2
C' = ---í- Z = Q
° azwcïm ° 50
I-Iärur erhålles delsträckorna L, och L, liksom övriga
parametrar för gitterelektroden.
G0 = L1C1 +L2C2 L; = 1-L1
61-0 z Llfler, + L'2\/6r2
70 = L171 + Lïïz
Oro = L10f1 + Lzaz
ZO = 509
ao = al = a, = 200dB/m vid 10 GHz
10
15
20
500 991
Bandbredden fås
12
sedan ur responskurvan R (f) ,
switchspänningen ur formeln för V, samt V/GHz-kvoten såsom
V;/bandbredden.
RU) =
v, =
no:
\/e-2°L - 2c"°L cos(ßL) + l
Ldaï + B?
TI'
10701;
aøfi
27rf(\/E; _ no)
C
0,01
2,2
I det följande illustreras i tabellform värden på den s.k.
V/GHz-kvoten för s.k. CPW-elektroder med användning av tre
olika tjocklekar på buffertskikt, nämligen 0,25 pm, 0,5 pm
och 1,0 um samt en elektrodtjocklek på 4,0 um.
Detta utgör emellertid endast exempel på utföranden.
Tabell I svarar mot en buffertskikttjocklek på 0,25pm,
Tabell II mot en buffertskikttjocklek på 0,5 pm medan
TAbell III svarar mot en buffertskikttjocklek på 1,0 um. I
samtliga fall uppgår elektrodtjockleken till 4,0 pm.
500 991
/3
cmflmw
H Hfiwnmß
_u .HHÜCOMUÅUMHBR
36 ~.3 36 | .. RJ »Nä ...om 213m?
36 6.2 2.6 2.6 36 2.6 36 ...om 36 36 6.3 å... 26 6.3. m~|fi|m~
26 13 2.6 S6 2.6 2.6 36 ...om 26 S6 66... 2:.. 36 6:? 213-2
36 QS 26 2.6 S6 S6 36 ...om 26 3.6 ...mm an... 26 6.3 21072
36 0.3 2; 26 26 36 26 ...om 26 36 15 36 36 6.3 mmnmlmw
26 m6fi 2.6 26 S6 26 26 o6m S6 RJ 36 36 36 12. m~|w|m~
26; ...anwa §> Ä 5 2. .J\« .N :_ J\« .N :_ wß .N såå
/f/
500 991
HH HHNQMB
cmåmmzu Énwcofiåwmua..
m~|fiH|m~
w@_o m_~H «m_w | 1 mw.m wo.m w_m« *
>m.o °_H~ >o_~H >w_o ~H_o ow.~ >w.~ o.øm w«.~ ow_~ m.~m ««.m >H.m m_~« m~|o~|m~
[email protected] <.wH @~.HH H>_o m~_o w>_~ m>.~ o_om w«.~ wm.~ m_nm ~m_m wH.~ >.~« m~|æ~|m~
~w_o H.>~ wm_oH mm.o m«_o >m.~ øw.~ o.om w«.~ «m.~ m_mm ow.m mH_m o.m« m~|@H|m~
«w_o «.mH ow_m >fl_o mw.° H~.~ ww_~ °.om n«.~ om.~ m.>m ww_~ ~H_fl >.w« m~|«H|m~
ww_o @_mH ~o.@ wH.o «w_o w«_m wm_~ o_om >m.~ w«.~ >_ow o>_~ wo.m m_w« mwnwfismw
N
:w\> _=o~:w gs> @H .Q 9» °w\» =N N» .»\e NN _» w\> .N z|u|=
500 991
f!
HHH HHNQME
...awmwn fimcowvfinmua...
o..o Ém. mm.o. | | Så mmå må.. mNlmTmN
»o
Nm.o o..o om... 3.6 m..o mo.. ...å o.om mo.. Nmå Nåm omå ooå o... mN|mN|mN
..m.o ...må 3:... m...o mïo mo.. .må o.om mo.. mmå oåm mmå Nmå ...Nä mN|mN|mN
om.o ïmN ....m. om.o mN.o Så mmå o.om No.. Nmå m.mm ooå moå ...Q mNåNnmN
.m.o ...N SJ. .m.o o..o NNå Nmå o.om No.. omå ...m .šå mmå NJ.. mN|NN|mN
Nm.o ...N 3.... o..o om.o mmå mmå o.om E... »Nå o.om mßå Nmå må.. mN|oN|mN
..m.o Nå. ...å. mN.o .To mmå NNå o.om om.. .Nå o..o NNå omå Nå.. mN|m.|mN
Nm.o .å. mo... o..o om.o .šå omå o.om mm.. oNå o.om mmå Så må.. mN|m.|mN
N
mo; eoNmw a... 3 __. å ..w\. .N å J\. .N _... .ä .N ...Lona
10
15
20
25
16
Såsom synes ur tabellerna sänkes V/GHz-kvoten i samtliga
fall.
Således kan bandbredden i integrerade optiska modulatorer
liksom andra elektrooptiska anordningar ökas genom en
anordning såsom beskrivet i uppfinningen. Även om
drivspänningen per längdenhet ökar något blir vinsten i
bandbredd betydligt större än den förlust som fås ifrån
ett
utföringsexempel V/GHz-kvoten minskas med ca. 25% vid en
tjocklek på buffertskiktet på ca.
buffertskikt kan exempelvis etsas bort och i de fall det
drivspänningsökningen. Exempelvis kan enligt
1 pm. Material över
rör ett gitter kan enligt ett föredraget utföringsexempel
gitterkonstanten för ett gitter ligga på i storleks-
vilket är lätt att åstadkomma eftersom
det rör sig om att etsa en grop eller urtagning på ca. 1
ordningen 300 pm,
um.
Uppfinningen skall givetvis ej begränsas till visade
utföringsexempel utan kan fritt varieras inom ramen för
patentkraven. Buffertmaterial kan givetvis avlägsnas eller
ersättas på olika sätt liksom tvärsnittsvariationen kan
vara periodisk eller slumpmässig, olika antal buffertskikt
av ett flertal material kan användas och olika tjocklekar
kan väljas på såväl buffertskikt som elektroder m.m. liksom
anordningen ej behöver bilda en modulator utan även andra
anordningar är möjliga.
Claims (17)
1. Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur (l0; 20; 30) omfattande en första vågledaranordning för optiska signaler och en andra vågledaranordning för elektriska signaler, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att vågut- brednings-strukturen omfattar ett i utbredningsriktningen dielektriskt varierande tvärsnitt (A, B; A', B', C'; 8, 9) där åtminstone ett första och ett andra material eller medium har olika dielektricitetskonstanter.
2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d d ä r a wr att den första vågledar-anordningen omfattar åtminstone en optisk vågledare (7).
3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v att den andra vågledaranordningen omfattar åtminstone två elektroder (5, 6) varav åtminstone den ena bildar signalelektrod (6).
4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att vågutbrednings- trukturen omfattar åtminstone ett buffertskikt (2; 3; 4; 8) vilket är så anordnat att det elektriska fältet från elektroderna utbreder sig i såväl åtminstone ett av buffertskikten (2; 3; 4; 8) och i den/de optiska vågleda- ren/-na (7, 7).
5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att vågutbrednings- strukturen omfattar ett substrat (1) företrädesvis av LiNbo, _ ' 10 15 20 25 30 35 18
6. Anordning enligt något av patentkraven 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d d ä 1: a v att företrädesvis åtminstone ett av buffertskikten (2; 3; 4; 8) omfattas av sio,.
7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att den första vågleda- ranordningen omfattar två optiska vågledare (7, 7).
8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, att den dielektriska tvärsnitts-variationen är periodisk (A, B; A', B'; C')L k ä n n e t e c'k n a d d ä r a v
9. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e <2 k 11 a d snittsvariationen utgörs av ett periodiskt gitter där d ä r a v att den dielektriska tvär- gitterkonstanten väsentligt understiger våglängden för den elektriska signalen. loi n e t e c k n a d d ä r a v
Anordning enligt något av patentkraven 1-7, k ä n - att den dielektriska tvär- snitts-variationen är aperiodisk eller slumpmässig (8, 9).
11. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att tvärsnitts-varia- tionen åstadkommes genom ersättande av material i buf- fertskiktet med annat material med en lägre di-elektrici- tetskonstant eller avlägsnande av material i buffertskik- tet.
12. Anordning enligt patentkrav ll, k ä n n e t e c k - n a d d ä r a v att den dielektriska tvärsnittsvaria- tionen åstadkommas genom bortetsning av buffertskiktet (2; 3, 4; 8) i vågledargapet och under signalelektroden (6). 10 15 508 991 19
13. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att elektrodstrukturen är koplanar.
14. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att elektrodstrukturen omfattar dubbla jordplan (5, 5).
15. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä rr a v att den bildar en modulator där den elektriska signalen bildar modulerande signal och den optiska signalen modulerad signal.
16. Användning av en anordning enligt något av patent- kraven 1-16 i snabba digitala fiberoptiska system.
17. Användning av anordningen enligt något av patent- kraven 1-16 i analoga fiberoptiska system.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9202355A SE500991C2 (sv) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system |
CA002104181A CA2104181A1 (en) | 1992-08-17 | 1993-08-16 | Device for velocity matching between electrical and optical signals |
FR9310045A FR2694819B1 (fr) | 1992-08-17 | 1993-08-17 | Dispositif d'adaptation de vitesse entre des signaux elkectriques et optiques. |
GB9317069A GB2269909B (en) | 1992-08-17 | 1993-08-17 | Device for velocity matching between electrical and optical signals |
DE4327638A DE4327638A1 (de) | 1992-08-17 | 1993-08-17 | Vorrichtung zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen elektrischen und optischen Signalen |
JP5235993A JPH06242477A (ja) | 1992-08-17 | 1993-08-17 | 光信号と電気信号の速度整合装置 |
US08/546,843 US5619607A (en) | 1992-08-17 | 1995-10-23 | Device for velocity matching between electrical and optical signals in a wave guide structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9202355A SE500991C2 (sv) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9202355D0 SE9202355D0 (sv) | 1992-08-17 |
SE9202355L SE9202355L (sv) | 1994-02-18 |
SE500991C2 true SE500991C2 (sv) | 1994-10-17 |
Family
ID=20386934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9202355A SE500991C2 (sv) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5619607A (sv) |
JP (1) | JPH06242477A (sv) |
CA (1) | CA2104181A1 (sv) |
DE (1) | DE4327638A1 (sv) |
FR (1) | FR2694819B1 (sv) |
GB (1) | GB2269909B (sv) |
SE (1) | SE500991C2 (sv) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5790719A (en) * | 1995-11-28 | 1998-08-04 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical control device |
JP2873203B2 (ja) * | 1996-06-14 | 1999-03-24 | 住友大阪セメント株式会社 | 導波路型光デバイス |
US6091025A (en) | 1997-07-29 | 2000-07-18 | Khamsin Technologies, Llc | Electrically optimized hybird "last mile" telecommunications cable system |
US6684030B1 (en) | 1997-07-29 | 2004-01-27 | Khamsin Technologies, Llc | Super-ring architecture and method to support high bandwidth digital “last mile” telecommunications systems for unlimited video addressability in hub/star local loop architectures |
US6239379B1 (en) | 1998-07-29 | 2001-05-29 | Khamsin Technologies Llc | Electrically optimized hybrid “last mile” telecommunications cable system |
US6310700B1 (en) | 2000-09-15 | 2001-10-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Velocity matching electrode structure for electro-optic modulators |
WO2003098330A1 (fr) * | 2002-05-17 | 2003-11-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Modulateur optique |
US6646776B1 (en) | 2002-11-23 | 2003-11-11 | Jds Uniphase Corporation | Suppression of high frequency resonance in an electro-optical modulator |
US6885780B2 (en) * | 2002-12-17 | 2005-04-26 | Jdsu Uniphase Corporation | Suppression of high frequency resonance in an electro-optical modulator |
US7068866B2 (en) * | 2003-11-03 | 2006-06-27 | Northrop Grumman Corporation | Slow wave optical waveguide for velocity matched semiconductor modulators |
WO2021108323A1 (en) * | 2019-11-27 | 2021-06-03 | HyperLight Corporation | Electro-optic devices having engineered electrodes |
CN111505845A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-08-07 | 苏州极刻光核科技有限公司 | 一种共面波导线电极结构及调制器 |
US11940713B2 (en) * | 2020-11-10 | 2024-03-26 | International Business Machines Corporation | Active electro-optic quantum transducers comprising resonators with switchable nonlinearities |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4005927A (en) * | 1975-03-10 | 1977-02-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Broad bandwidth optical modulator and switch |
US4251130A (en) * | 1979-07-18 | 1981-02-17 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Velocity matched optical gate |
US4468086A (en) * | 1981-11-05 | 1984-08-28 | At&T Bell Laboratories | Traveling wave, velocity mismatched gate |
US4448479A (en) * | 1981-11-16 | 1984-05-15 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Traveling wave, electrooptic devices with effective velocity matching |
GB2152688B (en) * | 1984-01-10 | 1987-09-09 | Gen Electric Co Plc | Velocity matching apparatus |
GB8810285D0 (en) * | 1988-04-29 | 1988-06-02 | British Telecomm | Travelling wave optical modulator |
US4928076A (en) * | 1988-09-09 | 1990-05-22 | The University Of Rochester | Ultrafast optical modulator |
US5004313A (en) * | 1988-12-01 | 1991-04-02 | Hewlett-Packard Company | Low loss, low dispersion velocity-matched travelling wave modulator |
JPH02289821A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-11-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光制御素子 |
US5061030A (en) * | 1989-08-15 | 1991-10-29 | Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. | Optical integrated modulator |
US5005932A (en) * | 1989-11-06 | 1991-04-09 | Hughes Aircraft Company | Electro-optic modulator |
US5076655A (en) * | 1990-07-19 | 1991-12-31 | Hughes Aircraft Company | Antenna-fed electro-optic modulator |
SE467330B (sv) * | 1990-10-03 | 1992-06-29 | Ericsson Telefon Ab L M | Saett att linearisera en oeverfoeringsfunktion hos en modulatoranordning samt modulatoranordning med lineariserad oeverfoeringsfunktion |
US5138480A (en) * | 1991-08-14 | 1992-08-11 | Hewlett-Packard Company | Traveling wave optical modulator |
-
1992
- 1992-08-17 SE SE9202355A patent/SE500991C2/sv unknown
-
1993
- 1993-08-16 CA CA002104181A patent/CA2104181A1/en not_active Abandoned
- 1993-08-17 DE DE4327638A patent/DE4327638A1/de not_active Withdrawn
- 1993-08-17 GB GB9317069A patent/GB2269909B/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-08-17 FR FR9310045A patent/FR2694819B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1993-08-17 JP JP5235993A patent/JPH06242477A/ja active Pending
-
1995
- 1995-10-23 US US08/546,843 patent/US5619607A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE9202355D0 (sv) | 1992-08-17 |
US5619607A (en) | 1997-04-08 |
FR2694819B1 (fr) | 1995-10-20 |
JPH06242477A (ja) | 1994-09-02 |
DE4327638A1 (de) | 1994-02-24 |
SE9202355L (sv) | 1994-02-18 |
CA2104181A1 (en) | 1994-02-18 |
FR2694819A1 (fr) | 1994-02-18 |
GB9317069D0 (en) | 1993-09-29 |
GB2269909A (en) | 1994-02-23 |
GB2269909B (en) | 1996-03-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE500991C2 (sv) | Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system | |
Yi et al. | Active metamaterials with broadband controllable stiffness for tunable band gaps and non-reciprocal wave propagation | |
DE19649441B4 (de) | Optische Regelvorrichtung | |
US7864114B2 (en) | Negative permeability or negative permittivity meta material and surface wave waveguide | |
US4866406A (en) | Wide-band optical modulator | |
Emtage | Interaction of magnetostatic waves with a current | |
US9696603B2 (en) | Plasmonic switch device and method | |
US5563965A (en) | Optical waveguide device with additional electrode structure | |
US20060228065A1 (en) | Optical modulator with coupled coplanar strip electrode and domain inversion | |
EP0427092B1 (en) | Electro-optic modulator | |
JPS5890615A (ja) | 進行波電子光学デバイス | |
US10228511B2 (en) | Integrated low-voltage CMOS-compatible electro-optic modulator | |
JPH025327B2 (sv) | ||
EP0057555A2 (en) | Surface acoustic wave device | |
WO2001086824A3 (en) | LOW DRIVE VOLTAGE LiNbO3 INTENSITY MODULATOR WITH REDUCED ELECTRODE LOSS | |
JP3923244B2 (ja) | 光素子 | |
GB2262621A (en) | Optical waveguide devices | |
US6363189B1 (en) | Directional coupler | |
EP1403692A1 (en) | Electro-optic devices | |
EP1680704A1 (en) | Slow wave optical waveguide for velocity matched semiconductor modulators | |
JPS63261219A (ja) | 光変調素子 | |
EP0140578A1 (en) | Light modulator comprising an optical resonator | |
US4381138A (en) | Electrooptic devices | |
JP2686560B2 (ja) | 光変調素子 | |
JP3436812B2 (ja) | 弾性表面波変換器 |