專利名稱：光學元件和該光學元件的傳遞函數(shù)的控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學物理領域，即屬于光學射線的光譜濾波的光學方法 和裝置。所述裝置和方法基于電光晶體，用于制造具有波長轉(zhuǎn)換的寬波 鐠的電控窄帶濾波器，以及用于制造選擇性光學衰減器和光調(diào)制器以及 光學均衡器。
背景技術：
目前，要傳遞的信息容量隨著時間超比例地增長，導致了能夠提高電 信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男录夹g的開發(fā)。這里最具前瞻性的方法之一是將信號
壓縮到基于玻璃纖維的數(shù)據(jù)傳輸光學網(wǎng)絡的通道中(WDM-波分復用)。 不久將實現(xiàn)最多80個光鐠通道的傳輸，其中在1530nm至1600nm的光譜 中產(chǎn)生等間距的波長，在光學網(wǎng)絡中達到每秒數(shù)太位(兆兆位)的傳輸速 度。
只有當存在許多光學元件，如分解器、路由器、濾波器、調(diào)制器、放 大器等的時候，才可以在實踐中有效地利用WDM。此外為了有效地利用 新方法，需要實現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)換光學信號以及以電子方式來轉(zhuǎn)換光學信號。 這樣，受控光學元件(例如光學開關和可控的光學濾波器)的重要性日益 增加。光學射線的光鐠濾波的所有已知方法都基于射線在布拉格(Braggs ) 相衍射光柵("phase grating")中的衍射，該光柵事先固定并寫入光折變 晶體中G. A. Rakuljic, V. Leyva 一 "Volume holographic narrow-band optical filter"-Opt. Lett, 1993, Vol. 18, N 6 p.p. 459 — 461。布拉格相衍 射光柵的容量以及波導設計都能夠被利用[J. Hukriede， I. Nee， D. Kip， E. Kraetzig - "Thermally fixed reflection gratings for infrared light in LiNb03:Ti:Fe channel waveguides"畫Opt丄ett. - 1998， Vol. 23， N17， p.p.1405-1407。
實際的光鐠濾波由以下方式實現(xiàn)。當在實際上與相衍射光柵矢量方向 平行的方向上用光射線照射晶體時，在相反的方向上只反射波長滿足該相 衍射光柵中的布拉格條件的光。其余的波譜的光不改變地穿過透光晶體。 準確地說，此處，在相衍射光柵上在確定的窄波長的波鐠中反射光。光的 中心波長)uB對應于下式
入b = 2nA (1)
其中
n-晶體的平均折射率
A-布拉格相衍射光柵的周期
這種濾波器的光鐠選擇性取決于布拉格相衍射光柵的長度，并且對應
于下式<formula>formula see original document page 5</formula>
其中
d-選擇性反射光的波范圍
ni -布拉格相衍射光柵折射率的變化幅度
T-相^t射光柵的長度
為了改變選擇的波長k，可以橫向于光的射線傳播方向施加場強為E 的電場[R. Muller， J. V. Alvarez-Bravo， L Arizmendi， J. M. Cabrea. -"Tuning of photorefractive interference filters in LiNb03.，，- J. Phys. D: Apll. Phys. -1994， Vol. 27， p.p. 1628-1632。由于線性電光效應(Pokkds效 應)，在光折變晶體中晶體的平均折射率n如下式取決于電場E的電壓
5其中
An-晶體折射率的變化 no-在E-O的條件下，晶體的平均折射率 r-有效的電光系數(shù)，該系數(shù)取決于電場相對于晶軸的方向。 在電場強度E變化時，通過選擇待濾波的射線的確定的波長^來轉(zhuǎn)換 濾波器。由于電極之間的間距(10nm)非常小，所以波導設計能夠在施加 較小的電壓的情況下產(chǎn)生控制場。
已知 一 種實現(xiàn)窄帶光學濾波器的功能的全息光學元件[US 005440669A1。該元件由光折變晶體組成，在該晶體中寫入并固定布拉格相 衍射光柵。該元件具有非常高的光鐠選擇性(能夠?qū)崿F(xiàn)光鐠傳遞函數(shù)寬度 至少為10pm的濾波器)。該元件可以用于以輸入的波面曲率平均度 (Kriimmelmittelgrad )進行光濾波，以及用于多個波長的同時濾波。當 在光學纖維網(wǎng)絡中使用已知的全息元件時，需要設計容量和另外的校準光 學裝置。該光學裝置還需要精確的調(diào)整。這是特別昂貴的，因此不適用于 批量生產(chǎn)。
已知一種電轉(zhuǎn)換光折變晶體中的全息光學濾波器的方法[M. P. Petrov， V. M. Petrov， A. V. Chamrai， C Denz， T. Tschudi. -"Electrically controlled holographic optical filter". -Proc. 27th Eur. Conf. on Opt. Comm. (ECOC，Ol-Amsterdam). -Th.F.3.4， p.p. 628-629(2001)],其中在晶體中通過 在晶體上施加恒定的電壓實現(xiàn)空間上均勻的電場。在施加的電壓變化以及 電場強度E與此相關地改變時，通過選^^要濾波射線的確定波長3tB來轉(zhuǎn)換 濾波器。這種方法的缺陷是，必須使用相當高的控制電壓，這種高電壓是 由所使用的光折變材料的較小的電光系數(shù)確定的。另一缺陷是，由放電使 轉(zhuǎn)換波范圍被限制成對于LiNM)3最大lnm的大小。
已知一種電多路復用的方法[M. P. Petrov， S. I. St印anov， A. A.
Kamshilin. -Light diffraction from the volume holograms in electrooptic birefringent crystals"-Opt. Commun. -1979， No. 29， p.p. 44-48，該方法是， 對于不同的電場強度值，在光折變晶體的同一容積中寫入幾個布拉格相衍 射光柵。該方法能夠使濾波器電轉(zhuǎn)換的波長范圍加寬。但是在應用所述方法時，會出現(xiàn)對轉(zhuǎn)換光謙通道的數(shù)量(所述通道取 決于最大數(shù)量的電多路全息圖)以及相鄰通道之間的間距的限制。所述限 制由于在串擾方面對現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的極高的要求而出現(xiàn)。在電路中， 使對于所有寫入晶體中的光柵的中心波長進行簡單的偏移。這里，光柵的 中心波長范圍對應于當前接通的光鐠通道的中心波長范圍。其余的光柵同 時引起另外的噪聲。
已知一種包括順電的光折變材料的電開關(WO 00/02098),在所述 材料中形成至少一個全息光柵，所述電開關具有設置在材料的相對邊緣的 兩個電極以利用外部電場。
但在這種開關中，在作用于相通道附近的順電相位中使用晶體KLTN。 這明顯提高了對這個結(jié)構(gòu)的溫度穩(wěn)定性的要求，并限制了工作溫度范圍。
目前還不知道利用晶體KLTN來制造高質(zhì)量波導體的方法。因此，基 于已知的光全息方法的結(jié)構(gòu)只能按體積設計制造，不僅需要高轉(zhuǎn)換電壓而 且需要復雜的光協(xié)調(diào)性。這導致轉(zhuǎn)換時間較長。
此外，已知一種光學開關的方法(US 004039249A)。該方法基于平 方電光效應。該方法使得能夠電接通在順電晶體中寫入的全息光柵。該接 通通過在晶體內(nèi)部形成全息光柵的空間調(diào)制的電場分布以及空間均勻的外 部電場的影響的共同作用產(chǎn)生。該已知方法使得能夠執(zhí)行光轉(zhuǎn)換，更確切 地說在傳播方向上并且根據(jù)波長執(zhí)行所述光轉(zhuǎn)換。但是該已知方法需要高 的轉(zhuǎn)換電壓和進行復雜的光學協(xié)調(diào)。這導致轉(zhuǎn)換時間較長。
在[US 005832148A]中描迷的光學元件是與本申請的元件在多個主要 特征上最接近的結(jié)構(gòu)部件。該光學元件基于襯底，在該襯底上設置有電光 材料的薄膜，該材料具有比襯底本身的折射率大的折射率。位于上面的膜 用作光波導體。在該元件的改進方案中利用 一種特殊的電光材料(LiNb03 ) 作為襯底，光波導體通過鈦離子中間層的擴散形成。在電光層的表面上設 置細長的電極，在該電極上連接起控制作用的電壓源。在波導體層中寫入 布拉格相衍射光柵。
所述濾波器具有非常高的光鐠選擇性，并實現(xiàn)了可電調(diào)諧的窄帶光學 濾波器的功能(能夠?qū)崿F(xiàn)光譜選擇性小于10pm的濾波器)。由于電極之間的間距(10nm)非常小，所以這種波導體的設計能夠在較小的電壓下實 現(xiàn)較大的電場強度。
但是這種濾波器的可調(diào)諧性的波長范圍受到電擊穿電壓的限制，對于 以LiNb03晶體為基層的濾波器的情況，所述范圍不超過lnm。
已知另一種光學濾波器傳遞函數(shù)的控制方法，作為示例說明[aaO，該 方法在設置于電光材料的層表面的電極上引入電場。所施加的控制電壓在 電光材料中形成均勻的電場強度，該電場沿布拉格相衍射光柵的波矢量取 向。所形成的電場使電光材料折射率改變，由此使在波導體內(nèi)部的光速相 應地改變。這導致在確定波長上由布拉格相衍射光柵反射的光的光強的變 化。
但是這種濾波器可調(diào)諧性的波長范圍受到電擊穿電壓的限制，對于以 晶體LiNb03為基層的濾波器的情況不超過lnm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，一方面用一體的光學設計來制造具有多功能的應用 (可調(diào)諧的光學濾波器、選擇性光學衰減器和調(diào)制器、光學開關以及光學 均衡器)的光學元件，該光學元件具有高光譜選擇性、寬可調(diào)諧性波長范 圍、高動態(tài)性和低串擾傾向。本發(fā)明的另一目的是開發(fā)上述元件的控制方 法，在利用較低的控制電壓以及可調(diào)諧性和轉(zhuǎn)換的速度高的情況下，該方 法能夠電控制傳遞函數(shù)的形狀、傳遞函數(shù)最大值位置、可選擇的通道數(shù)量、 相位失真補償。上述目的由通過共同的發(fā)明構(gòu)思而彼此相關的多個發(fā)明來 實現(xiàn)。
所述目的這樣實現(xiàn)，即，基于其中形成有布拉格相衍射光柵的電光 材料構(gòu)成光學元件。同時使所迷光柵具有用于沿光射線傳播方向至少在 光柵的部分長度上形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置。
該布拉格相衍射光柵可以在電光材料的光學波導體中形成，而且是 以沿光波導體的光射線傳播方向的周期的突起和凹陷的形式形成的。該 布拉格相衍射光柵可以在電光材料的光學波導體中形成，而且是以沿光 波導體的光射線傳播方向的周期的突起和凹陷的形式形成的。另外，在光柵表面上設置材料層，該材料的折射率或者與襯底的折射率相當或者
可以與基層的折射率最多相差40%。
所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置可以通過設 置位于上述光柵的兩側(cè)兩個電極實現(xiàn)。
所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置可以通過設 置位于上述光柵的兩側(cè)兩個電極實現(xiàn)。所述兩個電極之間的間距沿射線 的傳播方向線性變化。
所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置可以通過設 置彼此絕緣的四個單個電極實現(xiàn)，所述電極成對地位于上述光柵兩側(cè)。
所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置可以通過設 置彼此絕緣的四個單個電極實現(xiàn)，所述電極成對地位于上述光柵兩側(cè)。 各電極對之間的間距沿射線傳播方向的線性地增大或減小。
所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置可以通過設 置彼此電絕緣的至少三個電極實現(xiàn)，所述電極位于上述光柵兩側(cè)，并確 定成用于控制沿光射線傳播方向在上述光柵的不同點上的電場強度。這 個結(jié)構(gòu)例如可設計成數(shù)量為N的上述電極，這里，電極數(shù)量N由下式 推導
<formula>formula see original document page 9</formula> ( 4 )
其中
D-濾波器電轉(zhuǎn)換的波長范圍
所述目的也可以這樣實現(xiàn)，即通過至少在布拉格相衍射光柵的一部 分上的空間非均勻的、非周期的外部電場的影響來控制基于電光材料構(gòu) 成的濾波器的傳遞函數(shù)形狀，在所述電光材料中形成有所迷光柵，該光 柵又具有用于沿光射線傳播方向至少在光柵的部分長度上形成空間非 均勻的、非周期的外部電場的裝置，該電場引起光學射線衍射的變化， 且直到最大的變化。在施加空間非均勻的、非周期的外部電場時，在上 述光柵的一部分上的電場強度矢量的方向以與在光柵的另一部分上的 電場強度矢量相反的方向形成。
本發(fā)明的內(nèi)容是，通過在材料內(nèi)部形成非均勻的電場分布，來控制形成于電光材料中的布拉格相衍射光柵上的衍射。
在實現(xiàn)所述控制方法時，可以使光射線沿光柵矢量導入(耦入)， 同時識別基于上述光柵上的衍射而反射的光射線以及被引導通過光晶 體的光射線。
另外，通過使要濾波的光射線在形成于光學晶體中的波導體內(nèi)部傳 播，可以通過利用這種波導體設計極大地降低控制電壓以及極大提高傳 遞函數(shù)速度。
另外，可以明顯改善布拉格相衍射光柵的衍射效率，該光柵包括在 波導體表面上沿光傳播方向周期地設置的突起和凹陷。所述突起和凹陷 可以通過在光柵上涂覆附加的光學材料層實現(xiàn)，所述材料的折射率對應
于襯底的折射率，或者與村底的折射率最多相差40%。
另外，可以極大地提高(增加)電擊穿的大小，因此極大地提高可 調(diào)諧波長范圍的大小。這通過利用電絕緣材料附加層實現(xiàn)，所述材料填 充所有電極之間的全部空間，這極大地提高了擊穿電壓，并因此能夠提 高在電極上施加的電壓。
如同在已知的方法中，通過在晶體中形成確定強度的電場來控制要 濾波的射線的衍射，由此改變晶體折射率。本申請的方法的具體特征是， 所述電場在射線傳播方向上是非均勻的。
當在晶體中實現(xiàn)必需的電場空間分布時，可以實現(xiàn)光學元件必需的 傳遞函數(shù)，因此產(chǎn)生了光學元件的多功能性。
因此，在使用沿射線傳播方向均勻地變化的外部電場時，可以明顯 地減小光柵的衍射效率，直到零。
在此基礎上可以實現(xiàn)電的光鐠選擇性光開關。由于控制器的電光特 性，這種開關的通斷速度非常高，可以為10-100GHz。
在不均勻的程度發(fā)生變化的情況下，可以控制布拉格相衍射光柵的 折射效率。在這種情況下所述元件起電控的選擇性光調(diào)制器的作用。
另外，可以電控制布拉格相衍射光柵的傳遞函數(shù)的形狀。作為示例 可以將傳遞函數(shù)從反射狀態(tài)再配置到通導狀態(tài)?？赏ㄟ^在光柵的兩個相 同的半體上施加電場來實現(xiàn)所述再配置，所述電場使由光柵的兩個半體反射的光波產(chǎn)生等于71的相位移。
本申請的光學元件可以起具有可變數(shù)量的光鐠通道的通用光開關的 作用。這里，以確定數(shù)量構(gòu)成的布拉格相衍射光柵位于非均勻的電場中， 因此不存在該光柵的衍射。在另一相衍射光柵上施加均勻電場。因此存 在該光柵的衍射。這種情況能夠?qū)崿F(xiàn)選擇性光鐠通道的反射。
另外，本申請的光學元件可以起電控光學均衡器的作用。在這種情 況下，通過外部電場的空間非均勻的程度來限定每一個元件的光柵衍射 效率。
另外，本申請的元件可以起波長范圍較寬的窄帶光學濾波器的作用。 另外，本申請的光學元件可以起光鐠分散補償器的作用。


通過以下附圖來解釋本發(fā)明的內(nèi)容
圖1示出具有兩個電極的光學元件的示例。(Ui和U2表示施加在電極
上的電壓。補償?shù)囊约敖^緣的材料層未示出)
圖2示出具有兩個電極的光學元件。在兩個電極之間的間距沿射線傳 播方向線性減小。
圖3示出具有四個電極的光學元件。
圖4示出具有四個電極的光學元件。各電極對之間的間距沿射線傳播 方向線性變化。
圖5示出具有三個電極的光學元件。 圖6示出具有八個電極的光學元件。
圖7以縱向剖視圖示出光學元件。布拉格相衍射光柵構(gòu)成為波導體表 面上周期設置的 一 系列突起和凹陷，配有補償層和電絕緣材料層(h -波導 體高度。Ah-凹陷與突起之間的高度差)。剖面沿波導體延伸(在平面 ABC中)。
圖8示出上述光學元件的橫剖視圖。該剖面垂直于波導體軸線延伸(在 平面DEF中)。
圖9示出電場強度E與電極沿射線傳播方向設置在如圖2所示的光學元件上的坐標的關系。
圖10示出電場強度E與電極沿射線傳播方向設置在如圖4所示的光學 元件上的坐標的關系。
圖11示出布拉格相衍射光柵反射效率的光鐠特征U-光射線的波長， ^-反射光射線的中心波長，d-布拉格相衍射光柵的傳遞函數(shù)寬度)。
圖12示出具有相衍射光柵的光學元件示例，在該光柵上施加外部的均 勻電場(Ebd-電場強度，在該電場強度下產(chǎn)生光學濾波器的電擊穿，-Ebd -具有反極性的電場強度，Eo-電場強度，該電場強度用于改變在布拉格 相衍射光柵傳遞函數(shù)寬度(d)的高度(峰值)上的反射射線的中心波長， T-相衍射光柵的長度)
圖13示出光學元件的光譜特征與所施加的外部電場強度的大小的關 系(a-沒有電場，b-在E-國Ebd時，c-E=E0, d-在E-Ebd時)。
圖14示出施加在光學元件上的空間非均勻的外部電場的一種變型 (E^-在光柵笫一半體上的電場強度，該電場強度實現(xiàn)光射線的附加相位 差，它等于tt/2， -E^-在光柵第二半體上的電場強度，該電場強度實現(xiàn)光 射線的附加相位差，它等于-;i/2)。
圖15示出元件在施加有圖14所示的電場的情況下的傳遞函數(shù)(實線 -在無外部電場時；虛線-在有外部電場時)。
圖16示出在光學元件上施加的空間非均勻的外部電場的另一可能的 變型。(Ebd-在光柵第一半體上的電場強度，-Ebd-在光柵第二半體上的 電場強度)。
圖17示出光學元件的傳遞函數(shù)，在濾波器上使用在圖16中所示的電 場的情況下(實線-在無外部電場時；虛線-在有外部電場時)。
圖18示出施加在光學元件上的空間非均勻的外部電場的另一可能的 變型。(Ebd-在光柵第一八分之一體上的電場強度，其中產(chǎn)生光學濾波器 的電擊穿，-Ebd-在光柵最后一個八分之一體上施加的、具有反極性的電 場強度)。
圖19示出光學元件的傳遞函數(shù)，在濾波器上使用在圖18中所示的電 場的情況下(實線-在無外部電場時；虛線-在有外部電場時)。
具體實施例方式
本申請的光學元件包括一由電光材料組成的電路板1，在該材料中可
形成光波導體2 (見圖2)。作為電光材料可以使用晶體，例如LiNb03、 KNb03、 BaTi03、 SBN。.可以在電路板1本身的材料中，也可以在光波導 體2中形成布拉格相衍射光柵3。所述光柵3也可以以沿光傳播方向在波 導體表面上設置的周期的突起6和凹陷7的形式(見圖7， 8)形成。在波 導體的周期的突起和凹陷之上設置有補償材料層8。所述材料層例如可以 由TK)2或Si02構(gòu)成。用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置 以電極4的形式位于光柵3兩側(cè)，在電極上通過觸點5施加電壓仏、U2、 U3...UN (根據(jù)電極4的數(shù)量和配置，所施加的電壓可大小相同或者不同， 該電壓的極性也可不同或者相同)。
用電絕緣材料9填充電極表面、補償材料表面、基層的其余表面以及 在電極之間的其它剩余的空間。這個材料層可以由環(huán)氧樹脂或由其它任意 的具有高的電阻系數(shù)的塑料材料組成。
可以通過電極4形成空間非均勻的、非周期的外部電場，電極具有不 同的幾何尺寸。例如通過彼此的間距沿射線傳播方向線性變化的兩個電極， (見圖2);通過施加有不同電壓仏、U2、 113的三個矩形電極(見圖5); 通過施加有不同電壓Up U2、 U3、 ...Us的八個矩形電極(見圖6);通過 N個電極，其中對應于N^2D/d。上述示例不限制對電極數(shù)量的選擇以及 對電極的配置。
以如下所述的方式來控制本申請的光學元件的傳遞函數(shù)。在電光材 料1內(nèi)部形成電場強度電壓的必要分布。
該電場強度電壓的必要分布可以通過電極4的幾何形狀實現(xiàn)，在電 極上施加電壓仏、U2。在圖2中示出用于形成空間非均勻的、非周期的 電場的電極的配置的一個示例。電場的非均勻性取決于電極之間的間距的 變化。在圖9中示出在圖2中所示的電極配置的電場強度分布。該電場的 最大可能有效值和與此相關的最大梯度取決于電擊穿Ebd的大小。
圖4示出通過這樣的系統(tǒng)組成來提高電場強度梯度的方法，所述系統(tǒng)組成以兩個電極對的形式也形成非均勻的電場，所述電極對之間的間距變
化。在每個電極對上施加分別具有相反極性的電壓仏、U2。圖IO示出對
應于電極的這種配置的電場強度在電光材料內(nèi)部的分布。用于形成空間非
均勻的、非周期的電場的裝置是N個電極的形式，通過觸點在所述電極上 施加有電壓U，所述裝置能夠形成電場強度在電光材料內(nèi)部的不同分布， 并且特別重要的是，在此可以通過改變所施加的電壓的大小來改變電場強 度分布關系的形式。
如果在位于波導體一側(cè)上的電極上施加相同的電壓Up并且在位于波 導體另 一側(cè)上的電極上施加相同的電壓U2 ，則在電光材料中形成空間均勻 的電場(見圖12)。所述場致使布拉格相衍射光柵的傳遞函數(shù)在形狀不變 的情況下(見圖13)偏移(見圖11)。中心波長的偏移的大小取決于所產(chǎn) 生的電場強度。電場EO對應于中心波長的在傳遞函數(shù)的寬度d上偏移(圖 13中的曲線c)。所使用電場的極性決定中心波長的偏移方向。對應于施 加的均勻電場Ebd和-Ebd的傳遞函數(shù)的中心波長之間的間距D是中心波 長可調(diào)諧性的整個波長范圍。在光學元件的示例(見圖1)中形成所述的 空間均勻的電場。下面描述空間分布非均勻電場的最簡單方法。這里，在 光柵的兩個半體上施加大小相同、但極化不同的電場(見圖14， 16)。如 果U!-O、 U2=-U3，電場強度的這種分布可以通過圖5所示的電極系統(tǒng) 形成。在此將布拉格相衍射光柵分成兩個具有偏移的中心波長的光柵。在 波長的偏移大小遠大于傳遞函數(shù)寬度d的情況下，在疊加由光柵的兩個半 體反射的光射線時可以不考慮相位關系。在這種情況下，光學元件的傳遞 函數(shù)變成布拉格相衍射光柵的兩個半體的傳遞函數(shù)的疊加。在圖17中示出 這種情況的傳遞函數(shù)。該情況的更重要的意義在于，通過施加在光柵的不 同半體上的電場強度之差形成反射的光射線相位的差，所勤目位的差之差 等于7t(見圖14)。在光柵幅值小(ih/no《A/T)的情況下E^尸Eo中心波 長的差別僅僅在于傳遞函數(shù)的寬度d。由光柵不同半體反射的中心波長的 幅值相干地疊加，即，在考慮相位的情況下疊加。在這種情況下，在傳遞 函數(shù)的中心形成局部最小值(見圖15)。在這種情況下，光學元件使中心 波長透過，而不反射所述中心波長。該示例清楚地示出傳遞函數(shù)從"反射"狀態(tài)到"透過"狀態(tài)的電光控制方法。
在圖18中示出在將布拉格相衍射光柵分成八部分的情況下的電場強 度的空間分布。電場的這種分布可以通過如在圖6所示的電極系統(tǒng)形成。 在這種情況下，在施加的電壓之間實現(xiàn)以下關系U產(chǎn)Us， U2=U7， U3=U6， U4=U5。這里，在光柵的具有偏移的中心波長的八個相互獨立的部分上折 射光。這致使疊加的反射系數(shù)減小，以及光鐠選擇性減小，即，抵消濾波 器的傳遞函數(shù)(見圖19)。
施加有均勻電場的光柵段的長度減小會致使疊加的反射系數(shù)進一步減 小，以及光傳選擇性減小。在用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場 的裝置由N個電極組成的情況下，存在這樣的可能性，在光柵的N/2個部 分上形成一個獨立的電場(在光柵每個部分上在波導體的兩側(cè)上各2個電 極)。
由關系N^2D/d來選擇電極的最佳數(shù)量，即，為有效抵消衍射(減 小疊加的反射系數(shù)以及為減小光鐠選擇性)必需的是，使光柵分成N/2 個獨立部分。數(shù)量N取決于必需的選擇性通道數(shù)。
上面示出了如何通過施加空間非均勻的外部電場來改變光學元件 的傳遞函數(shù)形式。此外，示出了通過減小疊加的反射系數(shù)以及減小光鐠 選擇性來抵消布拉格相衍射光柵上的衍射的示例。可以在窄帶光學濾波 器、光學衰減器、光學調(diào)制器以及在相位分散補償器中使用本申請的光 學元件的傳遞函數(shù)的控制方法。但是上述的示例不限制傳遞函數(shù)控制的 可能應用領域。附圖標記列表
1 電路板
2 光波導體
3 布拉格相衍射光柵
4 電極
6 突起
7 凹陷
8 材料補償層
9 電絕緣材料
權利要求
1.一種光學元件，該光學元件包括電光材料以及在該電光材料中形成的布拉格相衍射光柵，其特征在于，所述布拉格相衍射光柵(3)具有用于至少在所述光柵的部分長度上沿光射線的傳播方向形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置。
2. 根據(jù)權利要求l所述的光學元件，其特征在于，所述布拉格相衍 射光柵(3)形成于電光材料的光學波導體(2)中。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的光學元件，其特征在于，所述布拉格 相衍射光柵(3)作為為沿光波導體(2)的光射線傳播方向的周期性的 突起(6)和凹陷(7)形成。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項或多項所述的光學元件，其特征在 于，所述布拉格相衍射光柵(3)具有包括補償光學材料(8)附加的層， 所述附加層的折射率或者與所使用的襯底的折射率相當，或者與所述襯 底的折射率最多相差40%。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項或多項所述的光學元件，其特征在 于，所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置設計成位于 布拉格相衍射光柵(3)兩側(cè)的兩個電極(4)的形式。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項或幾項所述的光學元件，其特征在 于，所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置設計成位于 所述光柵兩側(cè)的兩個電極(4)的形式，其中所述兩個電極(4)之間的 間距沿射線傳播方向線性變化。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任一項或幾項所述的光學元件，其特征在 于，所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置設計成彼此 電絕緣的四個電極(4)的形式，所述電極(4)成對地設置在所述光柵(3)的兩側(cè)。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項或幾項所述的光學元件，其特征在 于，所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置設計成彼此電絕緣的四個電極(4)的形式，所述電極(4)成對地設置在所述光柵 (3)的兩側(cè)，其中各電極對之間的間距沿射線傳播方向線性變化。
9. 根據(jù)權利要求1至8中任一項或幾項所述的光學元件，其特征在 于，所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置設計成彼此 電絕緣的至少三個電極(4)的形式，所述電極(4)設置在所述光柵(3) 的兩側(cè)，并設計成用于控制沿光射線傳播方向在所述光柵(3)的不同 位置上的電場強度。
10. 根據(jù)權利要求1至9中任一項或幾項所述的光學元件，其特征 在于，所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置設計成N 個電極(4)的形式，其中所述電極(4)的數(shù)量與式N^2D/d相一致。
11. 根據(jù)權利要求5、 6、 7、 8、 9、 IO所述的光學元件，其特征在 于，所述用于形成空間非均勻的、非周期的外部電場的裝置具有電絕緣 材料(9)層，所述電絕緣材料填充所有電極(4)之間的空間，該材料(9)用于加強施加在電極(4)上的電壓。
12. —種用于控制根據(jù)權利要求1所述的光學元件的傳遞函數(shù)的方 法，該傳遞函數(shù)受到在所述光柵(3)的一部分上沿光射線傳播方向的 空間非均勻的、非周期的外部電場的影響，用以控制所述光柵的衍射效 率。
13. 根據(jù)權利要求12所述的用于控制光學元件傳遞函數(shù)的方法，其 特征在于，受到在所述光柵(3)的一部分上沿光射線傳播方向?qū)臻g 非均勻的、非周期的外部電場的影響，用以改變光柵的最大可能的衍射 效率。
14. 根據(jù)權利要求12所述的用于控制用于光學元件傳遞函數(shù)的方 法，其特征在于，在所述光柵(3)的一部分上的電場強度矢量的方向 形成為與在所述光柵(3)的另一部分上的電場強度矢量方向相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學元件和該元件的傳遞函數(shù)的控制方法。應用領域光學。光學元件具有由電光材料形成的或者嵌入附加層中的布拉格相衍射光柵(3)。沿光傳播方向該布拉格相衍射光柵(3)構(gòu)成為在波導體(2)的表面上的一系列的周期設置的突起(6)和凹陷(7)，配有補償層(8)和電絕緣材料層(9)。所述相衍射光柵(3)配有用于形成非均勻的、非周期的外部電場的裝置。
文檔編號G02B6/34GK101292185SQ200680038828
公開日2008年10月22日 申請日期2006年9月16日 優(yōu)先權日2005年9月19日
發(fā)明者M·彼得羅夫 申請人:斯韋特光學有限公司