Волоконно-оптический модулятор

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(72) Авторы Конойко Алексей Иванович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(57) Волоконно-оптический модулятор, включающий последовательно оптически связанные входной световод, модуляционный узел и выходной световод, отличающийся тем,что модуляционный узел содержит оптически связанные первый и второй -образные оптические разветвители, причем первый -образный оптический разветвитель оптически связан с входным световодом, первую и вторую пару волоконно-оптических брэгговских решеток, оптически связанных соответственно с первым и вторым -образными оптическими разветвителями, и третий -образный оптический разветвитель, оптически связанный с выходным световодом и с первой и второй парами волоконно-оптических брэгговских решеток, при этом первая и вторая пара волоконно-оптических брэгговских решеток выполнены в виде последовательно расположенных входной и выходной брэгговских решеток для различных длин волн в сердцевине, первые минимумы спектральных коэффициентов отражения которых совпадают и соответствуют длине волны модулируемого излучения, а длина оптического пути между первой и второй парами волоконно-оптических брэгговских решеток через первый и второй -образные оптические разветвители равняется разности длин оптических путей между выходным световодом и первой и второй парой волоконно-оптических брэгговских решеток. 7232 1 2005.09.30 Волоконно-оптический модулятор относится к области оптической связи и обработки информации и может быть использован в научном, технологическом и медицинском приборостроении в качестве амплитудного модулятора лазерного излучения. Известен оптический модулятор волноводного типа 1, который состоит из двух оптических волноводов, образующих интерферометр Маха-Цендера, выполненных на подложке из электрооптического кристалла. Такой волоконно-оптический модулятор обладает недостаточно высоким быстродействием, так как длительность модулируемых им световых сигналов равна длительности управляющих электрических сигналов, поэтому быстродействие такого модулятора ограничено частотой управляющего напряжения. Наиболее близким по технической сущности является волоконно-оптический модулятор 2, который состоит из оптического волокна, подложки с углублением, в котором волокно зафиксировано, и модуляционного узла, включающего поляризатор, электрооптический элемент и анализатор, помещенные в оптический путь волокна в указанном порядке. Такой волоконно-оптический модулятор обладает также недостаточно высоким быстродействием, так как длительность модулируемых им световых сигналов равна длительности управляющих электрических сигналов, поэтому быстродействие такого модулятора ограничено частотой управляющего напряжения. Технической задачей изобретения является увеличение быстродействия волоконнооптического модулятора за счет уменьшения длительности модулируемых световых сигналов по отношению к управляющим. Поставленная техническая задача решается тем, что волоконно-оптический модулятор,включающий последовательно оптически связанные входной световод, модуляционный узел и выходной световод, при этом модуляционный узел содержит оптически связанные первый и второй -образные оптические разветвители, причем первый -образный оптический разветвитель оптически связан с входным световодом, первую и вторую пару волоконно-оптических брэгговских решеток, оптически связанных соответственно с первым и вторым -образными оптическими разветвителями, и третий -образный оптический разветвитель, оптически связанный с выходным световодом и с первой и второй парами волоконно-оптических брэгговских решеток, при этом первая и вторая пара волоконнооптических брэгговских решеток выполнены в виде последовательно расположенных входной и выходной брэгговских решеток для различных длин волн в сердцевине, первые минимумы спектральных коэффициентов отражения которых совпадают и соответствуют длине волны модулируемого излучения, а длина оптического пути между первой и второй парами волоконно-оптических брэгговских решеток через первый и второй -образные оптические разветвители равняется разности длин оптических путей между выходным световодом и второй парой волоконно-оптических брэгговских решеток. Совокупность указанных признаков позволяет получить световые импульсы меньшей длительности, чем длительность управляющих электрических сигналов, синтезировать модуляционный узел, позволяющий получить на выходе как минимум удвоенную тактовую частоту модуляции. Сущность изобретения поясняется фигурой 1,где - 1 - входной световод, 2 - модуляционный узел, 3 - первый -образный разветвитель,4 - первая пара волоконно-оптических брэгговских решеток, 5 - входная решетка первой пары, 6 - выходная решетка первой пары, 7 - второй -образный разветвитель, 8 - вторая пара волоконно-оптических брэгговских решеток, 9 - входная решетка второй пары, 10 выходная решетка второй пары, 11 - третий -образный разветвитель, 12 - выходной световод. Устройство содержит последовательно оптически связанные между собой входной световод 1, модуляционный узел 2, состоящий из первого -образного разветвителя 3, оптически связанного со входным световодом 1, первой 4 и через второй -образный разветвитель 2 7232 1 2005.09.30 7 второй 8 парами волоконно-оптических брэгговских решеток, состоящими из последовательно оптически связанных соответственно входных 5, 9 и выходных 6, 10 решеток,третьего -образного разветвителя 11, связанного с первой 4, второй 8 парами волоконнооптических брэгговских решеток и выходным световодом 12, причем длина оптического пути между первой 4 и второй 8 парами волоконно-оптических брэгговских решеток через первый 3 и второй 7 -образные разветвители должна равняться разности длин оптических путей между выходным световодом 12 и первой парой волоконно-оптических брэгговских решеток 4, между выходным световодом 12 и второй парой волоконно-оптических брэгговских решеток 8. Входной 1 и выходной 12 световод выполнены в виде отрезков оптического волокна на диапазон длин волн, соответствующий спектральному диапазону модулируемого излучения. Первый 3, второй 7 и третий 11 -образные разветвители выполнены в виде двух отрезков оптического волокна, имеющих оптический контакт, как в 3. Первая 4 и вторая 8 пары волоконно-оптических брэгговских решеток выполнены в виде отрезков электрооптического волокна с двумя расположенными последовательно входной и выходной брэгговскими решетками для различных длин волн в сердцевине и наружными управляющими электродами, причем первые минимумы спектральных характеристик коэффициентов их отражения должны совпадать и соответствовать длине волны модулируемого излучения. Волоконно-оптический модулятор работает следующим образом. В исходном состоянии свет поступает через входной световод 1 к модуляционному узлу 2. Пройдя первый -образный разветвитель 3, световой поток поступает на первую пару волоконно-оптических брэгговских решеток 4. Так как в исходном состоянии величина функции пропускания первой пары волоконно-оптических брэгговских решеток 4 максимальна (фиг. 2), то световой поток, пройдя третий -образный разветвитель 11, поступает в выходной световод 12. При подаче на управляющие электроды первой 4 и второй 8 пар волоконнооптических брэгговских решеток управляющих синусоидальных электрических сигналов,сдвинутых по фазе друг относительно друга на /2, свет поступает через входной световод 1 к модуляционному узлу 2. Пройдя первый -образный разветвитель 3, световой поток поступает на первую пару волоконно-оптических брэгговских решеток 4. Управляющее напряжение, подаваемое на управляющие электроды первой пары волоконно-оптических брэгговских решеток 4, изменяет показатель преломления электрооптического материала,в котором сформированы брэгговские решетки, по закону 1 где 0 - показатель преломления обыкновенной волны в электрооптическом материале, - приложенное напряжение,- расстояние между управляющими электродами волоконно-оптических брэгговских решеток (ширина волновода), 33 - электрооптический коэффициент. Изменение показателя преломления приводит к изменению длин световых волн /Б (брэгговских длин волн), при которых отражение от входной 5 и выходной 6 решеток первой пары волоконно-оптических брэгговских решеток 4 максимально. Зависимость брэгговской длины волны от показателя преломления решетки имеет вид Б 2,где- период соответствующей волоконно-оптической брэгговской решетки. Поэтому величина интенсивности света на выходе первой пары волоконно-оптических брэгговских решеток 4 будет падать в зависимости от величины прикладываемого управляющего напряжения (фиг. 3). Временная модуляционная характеристика первой пары волоконнооптических брэгговских решеток 4 показана на фиг. 4. Отраженный от первой пары волоконно-оптических брэгговских решеток 4 световой поток поступает в обратном направлении к первому -образному разветвителю 3. Пройдя через первый 3 и второй 7 3 7232 1 2005.09.30 образные разветвители, он поступает на вход второй пары волоконно-оптических брэгговских решеток 8. В этот момент времени на ее управляющие электродыподается максимальная величина синусоидального управляющего напряжения, что соответствует закрытому состоянию решеток. Поэтому, поступающий на вторую пару волоконно-оптических брэгговских решеток 8 световой поток не достигает третьего -образного разветвителя 10 и выходного световода 11. Этот световой поток отфильтровывается через второй образный разветвитель 7. Далее величина управляющего напряжения начинает спадать,что приводит к открытию второй пары волоконно-оптических брэгговских решеток 8 и свет через третий -образный разветвитель 11 поступает в выходной световод 12. В выходном световоде 12 полученные последовательности световых сигналов объединяются. Временная модуляционная характеристика работы предлагаемого модулятора показана на фиг. 5. Источники информации 1. Патент США 5748358, МПК 02 1/03. 2. Патент США 6008927, МПК 02 1/03 (прототип). 3. Булушев А.Г. и др. Волоконная оптика // Труды ИОФАН. - . Наука. - Т. 23, 1990. С.159. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4