автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.10, диссертация на тему:Анализ и методика проектирования интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанных неидентичных параллельных световодах

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА

На правах рукописи УДК 621.372.8

ИКРАМОВ Акрам Салиевич

АНАЛИЗ И МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИХ ЧАСТОТНЫХ ФИЛЬТРОВ НА ДВУХ СВЯЗАННЫХ НЕИДЕНТИЧНЫХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ СВЕТОВОДАХ

Специальность 05.12.20 — Оптические системы локации, связи и обработки информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1994

Работа выполнена с Санкт-Петербургском государственном.университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича.

Научный руководитель — кандидат технических наук,

доцент О. И. ФАЛЬКОВСКИИ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор С. М. ВЕРНИК; кандидат технических наук

В. н. коромысличенко

Ведущая организация указана с решении Специализированного совета.

Защита диссертации состоится ^¿¿'^¿¿¿л-1994 г.

в часов па заседании Специализированного совета Д 118.01.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича по адресу: 191065, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря Специализированного совета.

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета Д 118.01.01 доктор технических наук, профессор

С. В. ТОМАШЕВИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное развитие общества требует интенсивного увеличения объема передаваемой информации, которое становится возможным благодаря использованию волоконно-оптических систем передачи (ВОСП).

Достигнутые результаты в производстве оптических волоконных световодов с низкими потерями (^0.5 дБ/км в окнах прозрачности волокна вблизи длин волн 1.3 мкм и 1.55 мкм) открыли путь к практической реализации систем..передачи различного назначения, тенденция развития которых состоит в переходе от много-модовых к одномодовым ВОСП с частотным объединением/разделением оптических сигналов

Внедрение ВОСП требует разработки их элементной базы -устройств, обеспечивающих модуляцию, объединение/разделение оптических сигналов или фильтрацию, переключение и другие функциональные преобразования оптических сигналов.

Одним из основных функциональных устройств ВОСП являются частотные объединители/разделители оптических сигналов (частотные фильтры), которые позволяют использовать полосу пропускания волокна путем объединения в одном волокне ряда оптических сиг -налов, каждый из которых имеет свою несущую длину волны.

Объединение и разделение оптических сигналов возможно осуществить либо с помощью спектрально-селективных устройств на основе дифракционных решеток или диэлектрических многопленочных структур, которые используются в многомодовых ВОСП, либо .с помощью волоконно-оптических или интегрально-оптических частотных фильтров на основе двух связанных неидектичных световодов, которые используются в одаомодовых ВОСП для объединения/разделения широкополосных сигналов в различных окнах прозрачности волокна.

Частотные фильтры на связанных неидентичных одаомодовых световодах хорошо стыкуются с одномодовыми волокнами, их электрические параметры стабильны при изменении температуры и других внешних воздействиях. Однако процесс изгйтовления волоконно-оптических частотных фильтров содержит ряд трудно контролируемых операций (травление двух одаомодовых неидентичных волоконных световодов, сближение их сердцевин, сплавление

световодов и их штяжка, обеспечение требуемых радиусов изгиба световодов и др.), что приводит к большой отбраковке готовых образцов. Подчеркнем особо, что эти фильтры ае позволяют каким-либо способом или регулировкой компенсировать погрешности электрических и геометрических параметров, возникшие при их изготовлении.

При изготовлении интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанных неидентичных параллельных одномодовых световодах используется хорошо разработанная технология получения электронных интегральных схем, что выгодно отличает эти.фильтры от волоконно-оптических. Кроме того, весьма существенным является то обстоятельство, что выполнение интегрально-оптических фильтров из электрооптических материалов позволяет электрическим путем компенсировать погрешности их электрических и геометрических параметров, появившиеся при изготовлении. Эти фильтры уже исследовались в ряде теоретических и экспериментальных работ. Однако остается много нерешенных вопросов по выбору параметров связанных неидентичных параллельных световодов, методике проектирования на их основе интегрально-оптических частотных фильтров, использованию фазирующихся на электрооптическом эффекте методов компенсации технологических погрешностей изготовления этих фильтров, их электрическим характеристикам и области их применения в ВОСП. Эти вопросы обусловливаются, с одной стороны, сложностью технологии производства таких устройств, а с другой, - отсутствием инженерных методов их проектирования. Последнее обстоятельство не позволяет проводить всесторонний анализ частотных фильтров. Их характеристики (ширина полосы пропускания, минимальная разность между несущими ' длинами волн объединяемых/разделяемых сигналов, требования к точности изготовления и др.) мало исследованы. Кроме того, параметры частотных фильтров связаны сложной и многопараметрической зависимостью с характеристиками технологического цикла и материала, из которого они изготавливаются, а также с основными геометрическими размерами устройства. Все это делает актуальным проведение теоретического анализа интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанны нецценгичных параллельных световодах и разработку на его основе методики проектирования этих фшьтров.

Цель и задачи исследования! Основной цельр диссертационной работы являются проведение теоретического анализа и разработка методики проектирования интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанных неидентичных параллельных световодах. Поставленная цель достигается последовательным' решением следующих задач:

- рассмотрение и анализ важных для инженерной практики вопросов, вытекающих из теории волн двух связанных неидентичных параллельных одномодовых световодов (коэффициенты передачи мощности, коэффициент связи, длина участка связи световодов, на которой происходит полный переход мощности из'одного световода в другой, нормированный параметр расстройки и т.д.

- анализ и оценка допусков на точность ичготовления частотного фильтра;

- исследование основанных на электрооптическом эффекте методов, позволяющих компенсировать неточности изготовления;

- разработка методики определения технологических, геометрических и электрических параметров двух неидентичных параллельных световодов, образующих частотный фильтр;

- осуществление метода расчета полосы пропускания частотного фиьтра и минимального спектрального интервала меяду несущими длинами волн объединяемых/разделяемых сигналов;

- разработка на основе перечисленных выше задач методики проектирования частотных фильтров на двух связанных неидентичных параллельных световодах;

- обсуждение области применения исследуемых интегрально-оптических частотных фшьтров в ВОСП.

Методы исследования. При работе над диссертацией были использованы теория связанных волн, метода решения дифференциальных уравнений, различные методы вычислительной математики.

Научная новизна диссертации определяется решением поставленной научно-технической Ьадачи, заключающейся в проведении анализа и разработке методики проектирования интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанных неидентичных параллельных диффузионных канальных световодах.

Новыми результатами являются:

- соотношения, определяющие коэффициенты передачи мощности в системе двух связанных неидентичных параллельных световодов с

секционными др - электродами;

- частотные характеристики фильтров с секционными др -электродами; установлено, что применение др - электродов увеличивает ширину полосы пропускания и уровень боковых лепестков частотных фильтров;

- анализ двухзвенного частотного фильтра;

- методика проектирования интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанных неидентичных параллельных диффузионных канальных световодах из (Н^шю^, которая позволяет определить все технологические, геометрические и электрические параметры фильтра.

Практическая ценность результатов диссертационной работы состоит в том, что разработанная методика проектирования позволяет определить все электрические и геометрические параметры интегрально-оптического частотного фильтра, а также технологические параметры, знание которых необходимо для его практического изготовления. Удобство спроектированного частотного фильтра состоит в том, что при его производстве используется хорошо разработанная технология изготовления электронных интегральных схем, и в возможности подстройки электрическим путем частоты ответвляемого сигнала за счет использования электрооптического эффекта в ниобате лития. Кроме того, применение в этом фильтре секционных Лр -электродов позволяет электрическим путем компенсировать неизбежные при современном уровне технологии неточности изготовления, что очень важно для практической реализации устройства.

Разработанная инженерная методика проектировании рассматриваемых интегрально-оптических частотных фильтров позволяет значительно - уменьшить объем экспериментальных исследований, которые предшествуют началу их промышленного изготовления.

Реализация результатов работы. Йсновные теоретические и практические результаты диссертационной, работы использованы в НИР, что удостоверяется актом о внедрении.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 45 (январь 1992 г.) и 4б-й (январь 1993 г.) научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЭИС

им. проф.М.А. Бонч-Бруевича (на очередной 47-й конференции, которая состоится в январе 1994 г., также запланирован доклад по теме диссертационной работы).'

Основные результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах (пятая работа находится в печати).

Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические вывода и практические рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. Совместно с к.т.н.,доц. 'О.И. Фальковским проведены анализ и обсуждение полученных результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Анализ коэффициентов передачи мощности в системе двух связанных неидентичных параллельных световодов.

2. Исследование изготовленных из электрооптического материала частотных фильтров с одиночными и секционными др -электродами.

3- Частотные характеристики фильтров с электродами.

4. Методика проектирования интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанных неидектичных параллельных диффузионных канальных световодах из Т1:ЪШЬ0^.

5. Применение исследуемых интегрально-оптических частотных фильтров в волоконно-оптических системах передачи.

Структура и обьем работы. Диссертационнэя работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы и трех приложений. Работа содержит 133 страницы машинописного текста, 41 рисунок и 6 таблиц, список литературы - 73 нвдоено-вания. Общий объем диссертационной работы - 161 страница.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследования, перечисляются основные научные результаты диссертации, определяется практическая ценность этих результатов, очень сжато излагается содержаниа диссертации.

-6В первом разделе дается краткая характеристика современных Методов построения волоконно-оптических систем передачи с частотным объединением/разделением сигналов. ^Рассматриваются основные типы устройств для частотного объединения/разделения оптических сигналов. Намечаются задачи исследования;

В настоящее время практически используются в ВОСП три диапазона: в окрестностях длин волн 0.85 мкм,1.3 мкм и 1.55 мкм. При этом в диапазонах длин волн 1.26-1.36 мкм и 1.46-1.6 мкм можно реализовать в одномодовом режиме одновременную передачу ^минимальными потерями весьма широкополосных сигналов.

' Частотное объединэние/разделение сигналов позволяет эффективно использовать оптическую полосу пропускания волоконных световодов путем объединения в одном волокне ряда сигналов, каждый из которых имеет свою несущую длину волны. Объединение и разделение оптических сигналов можно осуществить применением спектрально-селективйых устройств^ (дифракционные решетки, частотные фильтры на связанных неиденгачных световодах) либо при использовании оптически широкополосных рбъединителей/раз-ветвителей на основе сплавленных волокон или интегрально-оптических световодов в сочетании с канальными фильтрами в световодах, идущих к фотоприемникам. В связи с этим различают два способа частотного объединения/разделения сигналов -спектрально-селективный и широкополосный.

Спектрально-селективное объединение/разделение сигналов осуществляется с малыми потерями, поскольку данный-способ предусматривает направление всей мощности оптического сигнала

на каждой из несущих длин волн (Р, ) по своему пути. В разуль-

лк

тате вносимые при этом\потери определяются-в основном потерями при вводе-выводе сигналов и эффективностью частотных (спектральных фильтров и не зависят от числа N сигналов.

При широкополосном неселективном объединении/разделении вначале мощности всех к сигналов на различных несущих длинах волн просто суммируются (чаще всего с помощью звездообразного объединителя) в общем волокне. При этом суммировании в волокно проходит 1/н часть мощности каждого сигнала. Аналогичным образом на приемном конце мощность суммарного сигнала вначале разветвляется на N световодов (обычно с помощью звездообразного разветвителя). При этом в каждый световод проходит 1/к часть

мощности суммарного сигнала. Затем в кавдом световоды этот сигнал проходит через канальный фильтр, который пропускает лишь сигнал на определенной несущей длине волны. Очевидно, что у широкополосного способа объединения/разделения оптических сигналов потери значительно больше, чем у спектрально-селективного.

Основными характеристиками частотных фильтров являются число одновременно объединяемых или разделяемых сигналов, несущие длины волн этих сигналов, ширина полосы пропускания сигнала по уровню половинной мощности, разность мевду несущими длинами волн (ДА.) соседних сигналов.

Нами предлокена классификация спектральных интервалов ДА.

мевду несущими длинами волн объединяемых/разделяемых оптических

о о

сигналов: ангстремовый интервал (1 А^ААхюА); декаангстремовый о о

интервал (ЮА^ДАХЮОА); гектоангстремовый интервал

о о о о

(1 ооа^ДА.< 1 оооа ); килоангстремовый интервал (1 оооа^ААх 1 ооооа ).

Рассматриваются примеры действующих ВОСП с частотным объединением/разделением сигналов и анализируются основные типы объединителей/разделителей сигналов в одномодовых ВОСП.

Спектрально-селективные объединители/разделители сигналоь на основе дифракционных решеток и диэлектрических многопленочных структур используются в многомодовых системах передачи. В одномодовых ВОСП применяются волоконно-оптические или интегрально-оптические фильтры на связанных неидентичных световодах, которые совместимы с одномодовыми волоконными световодами.

Сопоставление имеющихся экспериментальных данных по волоконно-оптическим и интегрально-оптическим частотным фильтрам на двух связанных неидентичных световодах показывает, что они имеют приблизительно одинаковые спектральный интервал между несущими объединяемых/разделяемых сигналов и полосу пропускания ответвляемого сигнала. Однако процесс изготовления волоконно-оптических частотных фильтров содержит ряд трудно контролируемых операций ( травление двух одномодовых неидентичных волоконных световодов, сближение их сердцевин, сплавление световодов и их вытяжка, обеспечение требуемых радиусов изгибв и др.), что приводит к большой отбраковке готовых образцов. Эти фильтры не позволяют каким-либо способом или регулировкой компенсировать погрешности электрических и геометрических

параметров, возникшие при их изготовлении. При изготовлении интегрально-оптических частотных фильтров на двух.связанных неидентичных параллельных одномодовых световодах используется хорошо разработанная технология получения электронных интегральных схем, что выгодно отличает эти фильтры от волоконно-оптических. Кроме того, весьма существенным является то обстоятельство, что выполнение интегрально-оптических частотных фильтров из элэктрооптических материалов позволяет электрическим путем компенсировать погрешности их электрических и геометрических параметров, появившиеся при изготовлении.

Отсутствие в литературных источниках конкретных рекомендаций по определению параметров связанных неидентичных световодов, образующих интегрально-оптический частотный фильтр, и использованию возможностей управления параметрами этого фильтра на основе электрооптического эффекта позволили сформулировать ряд актуальных эвдач исследования.

Во втором разделе проводится анализ коэффициентов передачи мощности в системе двух связанных неидентичных параллельных световодов. Определяются допуски на отклонения эффективных показателей преломления и длины участка связи этих световодов о? требуемых значений. Исследуется электрооптическое управление параметрами двух связанных неидентичных параллельных световодов, образующих частотный фильтр. Анализируется двухзвенный частотный |ильгр.

Приведены решения системы дифференциальных уравнений связанных волн для случаев йодачи волн на вход только одного из световодов и одновременно на входы обоих световодов. Введены важные понятия коэффициентов передачи мощности со входа одного' из световодов в произвольные сечения кавдого из двух связанны? световодов.

Применение теории связанных волн и анализ коэффициентов передачи мощности показывают,, что модуль нормированного параметра расстройки 17)|, коэффициент связи ксв и длина участка связи ь являются наиболее важными параметрами при создании устройств на двух связанных неидентичных параллельных световодах. Такой связанной системе можно придать четко выраженные частотно-фильтрующие свойства, если при неидентичных световодах исцользовать необходимую длину участка связи ь и обеспе-

чить условие фазового согласования (r¡-0) на одной рабочей длине волны и фазовое рассогласование на других длинах волн. Это оказывается возможным, если подобрать параметры неидентичных световодов таким образом, чтобы их дисперсионные характеристики имели бы пересечение на длине волныXQ. При этом на-другой длине волны Л^, для которой |т]|»1, имеет место большое фазовое рассогласование. Если на вход одного световода подать сигналы на двух (илй более) длинах волн и V, и правильно подобрать длину участка связи ь, то вся мощность сигнала на длине волны пройдет на выход другого светрвода, а сигнала на ^ пройдет со входа на выход одного и тог^ же световода. На этом принципе могут быть созданы частотные фильтры и различные устройства на их основе.

Определены допуски на отклонения эффективных показателей преломления и длины участка связи параллельных неидентичных световодов от требуемых значений. Проведенные оценки обнаруживают, что для нормальной работы частотного фильтра требуется выдержать жесткие допуски. Это ставит под сомнение возможность практической реализации исследуемого фильтра.

Однако изготовление фильтров.из электрооптических материалов позволяет осуществить электрическими методами управление параметрами неидентичных световодов. Для создания постоянного управляющего электрического поля на поверхность световодов наносят металлические электроды, к которым подводится напряжение. Показана возможность осуществления подстройки фильтра на требуемую длину волны фазового согласования благодаря использованию одиночных электродов, к которым прикладывается постоянное управляющее напряжение. Это позволяет скомпенсировать электрическим путем неизбежные неточности получения электрических параметров световодов, а также 'позволяет производить перестройку с одной длины волны фазового согласования на другую длину волны. Однако если длина ^участка связи I^mi (где m -нечетное целое число, 1 - минимальная длина участка' связи, при которой происходит полная передача мощности из одного световода в другой), то с помощью одиночных электродов -нельзя обесточить полную передачу мощности со входа одного световода на выход■ другого. •

Исследовано применение секционных др - электродов в системе

-ю-. .

двух связанных неядентичных параллельных световодов.. Показано, что использование изготовленных ю электрооптичесжого материала световодов и секционных др - электродов позволяет компенсировать неизбежные при современном уровне развития технологии неточности изготовления1 длины участка связи, если1 нормированная величина 1/1^1. Построены диаграммы состояний при различном числе (две, три и четыре) секций др - электроде®, характеризующие полную передачу мощности со входа одного световода на выход другого и со входа на выход одного и того же световода. Разработана программа для расчета и гостроения диаграммы состояний двух связанных неидентичных параллельных световодов при' произвольном числе секций др - электродов.

На основе анализа коэффициентов передачи мощности частотных фильтров с одиночными электродами и с секционными' др -электродами установлено, что использование последних приводит к расширению полосы пропускания, фильтров и увеличению уровня боковых лепестков. Даны рекомендации по выбору числа секций и длины участка связи неидентичных параллельных световодов, • образующих частотный фильтр. Предлагается при проектировании использовать длину участка связи в интервале 1 .3 и две секции др - электродов для компенсации неточностей изготовления. .

Использование изготовленных из электрооптического материала световодов и двух секций Ар - электродов позволяет компенсировать электрическим путем неточности получения при изготовлении фильтра как показателей преломления световодов, так и длины участка связи ь (при условии С этой целью

вначале к секционным электродам прикладывают постоянные напряжения таким же образом, как к одиночным электродам, т.е. прикладывают одно напряжение (например, и0) к обоим электродам одного световода и отличающееся от него знаком другое напряжение (например, -и0) к обоим электродам другого световода. Знаки и величины этих напряжений должны соответствовать наибольшему значению мощности ответвленного сигнала с несущей длиной волны \0,. что будет иметь место при наличии фазового согласования (Др=о). Если при этом окажется, что мощность на \0 полностью перешла из одного световода в другой, то это означает, что ь=1. В противном случае (т.е. при ь>1) следует приложить дополни-

тельные постоянные напряжения, приводящие в действие механизм секционных Ар - электродов,- - например, к первой секции электродов приложить напряжения ±; й0, а ко второй секции - напряжения + Абсолютную величину этих напряжений плавно увеличивают до тех пор, пока не будет обеспечен полный переход мощности сигнала на А.0 со входа одного световода на выход другого.

Очевидно, что результирупцие постоянные управляющие напряжения на электродах каждой секции будут равны по величипе и противоположны по знаку, однако абсолютная величина этих напряжений будет различной в первой и -йторой секциях.

Рассмотрены особенности двухзвенных частотных фильтров с секционными др - электродами. Эти фильтры имеют более узкую полосу пропускания и меньший спектральный интервал мевду несущими длинами волн объединяемых/разделяемых сигналов, чем однозвенные фильтры с секционными др - электродами.

Исследуемые интегрально-оптические частотные фильтры пригодны для объединения/разделения сигналов в ВОСП, совместимы с одномодовыми волоконными световодами и позволяют осуществить электрическим путем настройку как центральной (рабочей) длины волны ответвляемого сигнала-Х0, так и эффективности его передачи, что делает эти фильтры некритичными к погрешностям пзготовления. ,

В третьем разделе разрабатывается методика проектирования интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанных неидентичных параллельных диффузионных канальных световодах из Т1: Ыцьо3. Проводится апробация этой методики путем сопоставления энспериментальных'и расчетных результатов. Рассматривается применение исследуемых интегрально-оптических частотных фильтров в ВОСП.

В настоящее время имеются методики расчета наплавленных ответвителей на основе двух идентичных параллельных диффузионных световодов из ТАгЫШэО^, которые дают удовлетворительное соответствие с экспериментальными результатами. Однвко нам неизвестны аналогиЪша.методики определения параметров частотных фильтров на даух связанных неидентичных параллельных диф-. фузионных световодах. Нами была разработана достаточно простая методика проектирования частотных фильтров на канальных диффузионных световодах из Т1:Ы11Ъ0.,, которая, конечно, может быть

применена и к другим световодам на основе одноосных кристаллов (например, ЫТа03).

Исходными данными для расчета являются вид среза кристал-лв шо3 (у,г), центральная (рабочая) длине волны А.0, на которой необходимо осуществить полную передачу мощности из.одного световода в другой, и мода основного типа (соответствующая обыкновенной или необыкновенной волне). .В результате проектирования определяются технологические, геометрические и электрические параметры частотного фильтра. Технологическими параметрами служат величины, знание которых необходимо для'практического изготовления фильтра, - ширина, толщина и длина полосок титана до диффузии, расстояние между этими полосками, время и температура, диффузии. К геометрическим параметрам фильтра относятся ширина световодов, глубина диффузии, расстояние между световодами, длина участка их связи. Электрические параметры фильтра включают в себя несущую длинуэолны \0 ответвляемого сигнала, электрические параметры световодов (показатели преломления волноведущих каналов и подложки^.. эффективные показатели преломления, коэффициент связи) и параметры частотной характеристики фильтра $ одиночными электродами (или без электродов) и с двумя секциями Ар - электродов (ширина полосы пропускания на уровне -3 дБ, минимальный спектральный интервал между несущими длинами волн объединяемых/разделяемых сигналов).

По разработанной методике были составлены программы для ЭВМ, облегчающие проектирование фя!ьтра.

Достоверность и обоснованность разработанной методики проектирования подтверждается сопоставлением полученных в диссертационной работе теоретическим путем результатов с известными из литературных источников экспериментальными данными, которое показывает их близкое соответствие друг другу.

Исследуемые частотные фильтры целесообразно использовать в одномодовых ВОСП при гектоангстремовом и килоангстремовом спектральных интервалах мевду несущими длинами волн объединяв--мых/разделяемых оптических сигналов.

Рассмотрены волокошо-оптическиэ системы передачи, в которых могут быть применены исследуемые частотные фильтры. Это, например, действующая многофункциональная интегральная сеть ъосыет (ФРГ), экспериментальные ВОСП .фирм ВТИ, (Великобритания)

Й ATT (США).

В заключение раздела рассмотрены дальнейшие перспективы развития интегрально-оптических частотных фильтров на двух связанных неидентичных световодах. Одним из возможных направлений здесь является применение двухзЕенного частотного фильтра, который был исследован в разд. 2. Такой фильтр позволяет уменьшить спектральный интервал между несущими длинами волн• объединяемых/разделяемых сигналов и сузить полосу пропускания ответвляемого сигнала. Однако увеличение геометрических размеров устройства (за счет второго звена и изгиба между звеньями) приводит к дополнительным потерям. Кроме того, применение двух, секций ЛР - электродов в каждом звене фильтра усложняет конструкцию и процесс регулировки.

Перспективным направлением в развитии спектрально-селективных объединителей/разделителей оптических сигналов представляется разработка интегрально-оптических частотных фильтров, выполненных на двух связанных неидентичных непараллельных световодах, имеющих переменный коэффициент связи. Гэкие фильтры обладают более широкой полосой пропускания, чем фильтры на параллельных световодах, однако имеют уровень боковых лепестко.в частотной характеристики ниже -20 дБ, что позволяет уменьшить спектральный интервал между несущими длинами волн объединяемых/ разделяемых сигналов. К достоинствам фильтров на непараллельных световодах следует отнести также более удобное (чем у фильтров С пгггэяхшаА связь») осуществление разведения световодов от участка их связи.

В заключении резюмируются основные научно-технические результаты, полученные в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ коэффициентов передачи мощности в системе двух связанных неидентичных параллельных световодов при различных значениях коэффициента связи K^g, модуля нормированного параметра фазового рассогласования |т)| и длины участка связи ь. Анализ показал, что такой связанной системе можно придать, четко .выраженные частотно-фильтрувдие свойства ( если

обестачить необходимую длину участка связи, условие фагового согласования обоих световодов (17=0) для несущей длины волны ответвляемого сигнала и большое фаговое рассогласование для несущих длин волн сигналов, проходящих со входа на выход

одного и того £8 сввтоводэ.

2. Определены допуски на отклонения от требуемых значений аффективных показателей преломления и длины участка связи параллельных неидентичных световодов, образующих частотный фильтр.

,3. рассмотрена возмогаоить компенсации электрическим путем с помощью одиночных электродов неточной реализации при изготовлении эффективных показателей преломления световодов. Это позволяет осуществить подстройку фильтров на требуемую длину волны фазового согласования и переход с одной несущей длины волны ответвляемого сигнала на другую. Однако применение одиночных электродов не позволяет осуществить полную передачу мощности со входа одного световода на выход другого в случае получения при изготовлении длины участка связи, которая отличается от требуемой.

4. Показано, что применение частотных фильтров с секционными Ар - электродами позволяет осуществить на требуемой длине волны.Х0 полную передачу мощности со входа одного световода на выход другого при всех значениях длины участка связи световодов ь, удовлетворяющих условию ( где 1 - минимальная длина участка связи,^обеспечивающая при фаговом согласовании полную передачу мощности). При этом для полного перехода мощности в случае Ь=1 следует обеспечить при помощи управляющих напряжений фазовое согласование волн на Л.0, а в случае Ь>1 - фазовое рассогласование волн, зависящее от длины ь.

При исследовании фильтров с секционными ¿р - электродами были рассчитаны диаграммы состояний, которые характеризуют полную передачу мощности со входа одного световода на выход' другого,а также со входа на выход одного и того же световода, и используются при анализе свойств фильтра в зависимости от расстройки световодов и длины участка связи. Разработана программа для ЭВМ, которая проводит расчет и построение диаграммы состояний при произвольном числе секций др - электродов.

5. Сопоставление частотных характеристик фильтров с

одиночными и секционными лр - электродами показало, что применение последних увеличивает ширину полосы пропускания и уровень боковых лепестков, 'возрастающие с ростом числа секций. Предлагается при проектировании использовать длину участка связи в интервале KL/Ki .3 и две секции Aß - электродов для компенсации неточностей изготовления.

6. Рассмотрены особенности двухзЕенных частотных фильтров с секционными Aß - электродами. Эти фильтры имеют более узкую полосу, nporfy екания и меньший спектральный интервал • между несущими длинами волн объединяемых/разделяемых сигналов, чем однозвенные фильтры.

7. Разработана методика проектирования частотных фильтров на двух связанных неидентичных параллельных диффузионных канальных световодах из TlrllNbO^, которая позволяет по исходным данным определить технологические, геометрические и электрические параметры фильтра. Составлены программы для ЭВМ, облегчающие проектирование фильтра.

3. Осуществлена апробация предлагаемой методики проектирования фильтров путем сопоставления известных из литературных источников экспериментальных данных с результатами, полученными в диссертационной работе теоретическим путем.

9. Исследуемые частотные фильтры целесообразно использовать в одаомодовых ВОСП ори гектоангстремовом и килоангстремо-вом спектральных интервалах между несущими длинами волн объединяемых/разделяемых оптических сигналов.

ю. Рассмотрены волоконно-оптические системы передачи, в которых могут быть применены исследуемые частотйыв фильтры.

ПУБЛИКАЦИИ • ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Икрамов A.C., Фальковский О.И. Расчет неидентичных связанных диффузионных световодов для частотно-зависимых интегрально-оптических устройств//45-я НТК проф.-преп. состава ЛЭИС: Тез. докл./ЛЭИС. -СПб, 1992.-с.15.

.....2. Икрамов A.C., Фальковекий О.И. Зыбор параметров неидентичных канальных диффузионных световодов, образующих частотный фильтр//Изв.вузов. Радиоэлектроника. -1992, Т.35, *7. -с-75.

3. Икрамов A.C., ФалькоЕский О.И. Определение частотной характеристики фильтров на неидентичных канальных световодах с переменной связью//4б-я НТК проф.-преп.; состава ЭИС:Тез. докл./ЭИС. -ОПб, 1993.-С.5.

4. Икрамов A.C., Фальковский О.И.' Определение коэффициента передачи мощности частотных фильтров на неидентичных канэдь ных световодах с переменной связью//СС. науч. тр. учеб. завед. связи/ТУТ. -СПб, 1993. -Вып.158. -С.103.

5. Икрамов A.C., Фальковский О.И. Исследование интегрально-оптических частотных фильтров с секционными - электродами//^ -я НТК проф.-преп. состава ГУТ: Те е. докл./ГУТ. -СПб-, 1994.

Подписано к печати 27.12.93 г. Объем 1 печ. л. Тир. 60 экз. Бесплатно. Зак. {

Рот. Тип. ГУТ. 198320, С.-Петербург, Свобода, 31.