Интерференционная структура

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(57) Интерференционная структура, содержащая первый волоконный интерферометр Фабри-Перо, в оптическом тракте которого расположен первый оптический усилитель, отличающаяся тем, что содержит первый и второй объединители, выход первого объединителя оптически связан с первым входом второго объединителя, выход которого оптически связан с первым волоконным интерферометром Фабри-Перо, оптически связанный с первым волоконным интерферометром Фабри-Перо второй волоконный интерферометр Фабри-Перо, в оптическом тракте которого расположен второй оптический усилитель, причем первый и второй оптические усилители выполнены на основе нелинейной усиливающей среды, оптические входы первого и второй вход второго объединителей являются входами интерференционной структуры, при этом оптические длины первого 1 и второго 2 волоконных интерферометров Фабри-Перо соотносятся между собой как 12,1 где,- натуральные числа- коэффициент отражения зеркал первого и второго интерферометров Фабри-Перо.(56)0902512 2, 1998.1135 , 1996.2062497 1, 1996.2075106 1, 1997.2040028 1, 1995.06289451 , 1993.01129237 , 1989.0220838 2, 1987. Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано для создания элементной базы волоконно-оптических систем обработки и передачи информации. Известен нелинейный оптический транзистор 1, содержащий два лазерных диода,оптически связанные через фазовый модулятор, над этими элементами расположены электроды, лазерные диоды выполнены поверхностно-излучающими, в области лазеров с помощью многослойных Брэгговских отражателей образованы микрорезонаторы ФабриПеро, на торцевые грани нанесены покрытия, доводящие коэффициент отражения зеркал до единицы, над волноводом фазового модулятора образована решетка распределенного Брэгговского отражателя, на нижнем основании нанесен секционный электрод. Данный нелинейный оптический транзистор имеет ограниченные функциональные возможности из-за того, что его два оптических входа-выхода не позволяют выполнять логические операции, а его применение ограничено обработкой, усилением одного оптического сигнала. Наиболее близким по технической сущности является интерференционная структура в интегральном исполнении 2, содержащая первый оптический усилитель, который оптически, через интерферометр Маха-Цендера связан со вторым, третьим и четвертым оптическими усилителями, причем в трактах плеч интерферометра расположены пятый и шестой оптические усилители, на входе одного из них - включен аттенюатор, при этом выходные тракты плеч интерферометра имеют разветвления, оптически подключающие первый выходной тракт интерферометра ко второму оптическому усилителю, второй выходной тракт интерферометра - к третьему оптическому усилителю, первый и второй выходные тракты интерферометра - к четвертому оптическому усилителю. Данная интерференционная структура не позволяет производить логическую обработку оптических сигналов из-за того, что она преобразует длину волны одного оптического сигнала, поступающего на единственный вход структуры - вход первого оптического усилителя. Техническая задача - расширение функциональных возможностей - реализация логической обработки оптических сигналов. Поставленная техническая задача в заявленном устройстве решается тем, что в интерференционной структуре, содержащей первый волоконный интерферометр Фабри-Перо, в оптическом тракте которого расположен первый оптический усилитель, введены первый и второй объединители, выход первого объединителя оптически связан с первым входом второго объединителя, выход которого оптически связан с первым волоконным интерферометром Фабри-Перо, оптически связанный с первым волоконным интерферометром Фабри-Перо второй волоконный интерферометр Фабри-Перо, в оптическом тракте которого расположен второй оптический усилитель, причем первый и второй оптические усилители выполнены на основе нелинейной усиливающей среды, оптические входы первого и второй вход второго объединителей являются входами интерференционной структуры,при этом оптические длины первого 1 и второго 2 волоконных интерферометров ФабриПеро соотносятся между собой как 12,(1) 2,- натуральные числа,- коэффициент отражения зеркал первого и второго интерферометров Фабри-Перо. Расширение функциональных возможностей в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что модовую структуру составного резонатора предлагаемой интерференционной структуры выбирают в соответствии с (1) такой, чтобы в полосу пропускания оптического усилителя попало как минимум 2 моды (частоты) составного резонатора. В этом случае изменение накачки оптического усилителя приводит к соответствующей вариации коэффициента преломления нелинейной усиливающей среды в нем, меняется оптическая длина 1, 2 обоих резонаторов и частота выходного излучения скачкообразно меняет свое значение - перескакивает на другую моду. Таким образом появление второго логического сигнала на втором входе накачки оптического усилителя однозначно изменяет спектр выходного излучения описанной интерференционной структуры. При последовательном, каскадном соединении подобных интерференционных структур спектральные изменения на входе интерферометра Фабри-Перо преобразуются в изменения амплитуды оптического сигнала внутри последнего. Описанная интерференционная структура выполняет логическую функцию И. Сущность изобретения поясняется на фигуре. На фигуре приведена блок-схема заявляемого устройства, где 1 - первый объединитель, 2 - второй объединитель, 3 - первый волоконный интерферометр Фабри-Перо, 4 - второй волоконный интерферометр ФабриПеро, 5 - первый оптический усилитель, 6 - второй оптический усилитель, 7, 8, 9 - волоконные Брэгговские отражатели первого 3 и второго 4 волоконных интерферометров Фабри-Перо. Устройство содержит (фигура) оптически последовательно связанные первый объединитель 1, второй объединитель 2, первый волоконный интерферометр Фабри-Перо - 3 с расположенным в его оптическом тракте оптическим усилителем 5, второй волоконный интерферометр Фабри-Перо - 4 с расположенным в его оптическом тракте вторым оптическим усилителем 6. В конкретном исполнении объединители 1, 2 - это два оптических одномодовых волокна, приведенных в оптический контакт, волоконные интерферометры Фабри-Перо 3, 4 это отрезки волокна, ограниченные с двух сторон волоконными Брэгговскими отражателями, фотоиндуцированными ультрафиолетовым излучением, оптические усилители 5, 6 это отрезки волокна, легированные эрбием и иттербием. Работает интерференционная структура следующим образом. Если на оптический вход объединителя 1 пришло излучение накачки с длиной волны 0, то оно через объединители 1, 2 и волоконный Брэгговский отражатель 7 поступает в активную область оптического усилителя 5 и далее через волоконный Брэгговский отражатель 8 в активную область оптического усилителя 6, не создает инверсную населенность во внутренних отрезках 1 первого 3 и 2 второго 4 волоконных интерферометров Фабри-Перо. Если при наличии указанной выше накачки на оптический вход объединителя 2 приходит излучение с длиной волны 1, то последнее ослабляется в составном резонаторе устройства и через первый 3 и второй 4 волоконные интерферометры Фабри-Перо на выход устройства поступает только шумовой остаток излучения с длиной волны 1. Если при наличии возбуждения оптического входа объединителя 2 на оба оптических входа объединителя 1 приходит излучение с длиной волны 0, то показатель преломления нелинейной усиливающей среды изменяется, создаются условия для усиления и сдвига длины волны выходного излучения, и последнее изменяет свое значение с 1 на 2. Таким образом излучение второй моды составного резонатора устройства с длиной волны 2 появляется при возбу 3 5680 1 ждении всех трех оптических входов предлагаемой интерференционной структуры. При отсутствии одного или двух оптических сигналов, на оптических входах интерференционной структуры, на выходе устройства имеется либо ослабленное излучение с длиной волны 1, либо шумовое излучение, т.к. при наличии двух сигналов накачки условия для генерации излучения 2 отсутствуют (последнее условие задается сокращением до единиц сантиметров длины 1, 2 резонаторов обоих волоконных интерферометров Фабри-Перо 3, 4, выбором коэффициентов отраженияволоконных Брэгговских отражателей 7, 8, 9 на длине волны 2). Отфильтровать выходной логический сигнал И возможно при каскадном включении подобных интерференционных структур либо используя волоконный Брэгговский отражатель с максимумом пропускания на длине волны 2. В предлагаемом изобретении производится в 3-входовом оптическом усилителе с составным резонатором выполнение логической функции И в широкой полосе частот, т.к. время прохода излучения расстояния 14 см значительно меньше, чем 1 нс. Также в описанной выше структуре составного резонатора, даже при коэффициентах отражения зеркал, близких к 1, можно таким образом выбрать отстройку частот отдельных мод резонаторов в соответствии с (2), что полоса пропускаемых частот устройства по сравнению со спектральными свойствами одного резонатора Фабри-Перо расширится и диапазон рабочих температур предлагаемой интерференционной структуры будет достаточен для ее практического использования. Источники информации 1. Патент России 2107938, 1998. 2. Заявка ЕПВ 0902512. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4