Акустооптическое волноводное устройство для селекции длин волн и способ его изготовления

Акустооптическое волноводное устройство для селекции длин волн и способ его изготовления

Реферат

 

Изобретение используется в оптических линиях связи с объединением длин волн, для настройки длины волны излучения в объемном резонаторе лазера или восстановления формы импульсов в системе импульсной оптической связи. Устройство содержит подложку из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением, на которой формируются первая и вторая ступени вращения плоскости поляризации, включающие по меньшей мере один волновод, по меньшей мере один оптический волновод, связывающий две ступени и несущий один поляризатор, состоящий из поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной, по меньшей мере один волновод, расположенный за второй ступенью, несущий поляризационно-селективный элемент. Одна из ступеней содержит приспособление для генерирования поверхностной акустической волны. Способ изготовления включает диффузию металла в подложку для формирования акустического волновода, формирование поляризационно-оптических элементов путем фотолитографического осаждения и последующей диффузии второго металла внутрь самой подложки, формирование электроакустического преобразователя, содержащего электроды встречно-штыревой конструкции внутри акустических волноводов путем фотолитографического осаждения третьего металла на подложку. Обеспечена простота изготовления устройства уменьшенного размера, снабженного широким интервалом настройки и имеющего спектральные характеристики, стабильные во времени. 2 с. и 23 з.п. ф-лы, 13 ил.

Настоящее изобретение относится к акустооптическому волноводному устройству для селекции длин волн.

Действие акустооптического волноводного устройства основано на взаимодействии между световыми сигналами, распространяющимися вдоль оптических волноводов, формируемых на субстрате из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением и акустическими волнами, генерированными соответствующими преобразователями на поверхности субстрата.

Такое устройство, в частности, может использоваться как оптический фильтр. При помощи регулировки частоты акустических волн возможно настраивать кривую спектрального отклика фильтра, что делает фильтр пригодным, например, для разделения каналов в системе оптической связи с объединением по длинам волн, для настройки длины волны излучения в объемном резонаторе лазера или восстановления формы импульсов в системе импульсной оптической связи.

В оптической телекоммуникационной системе с передачей с объединением по длинам волн (обычно обозначаемым WDM) несколько каналов, т.е. несколько передающих сигналов, независимых друг от друга, посылаются по одной и той же линии, обычно состоящей из оптического волокна, посредством объединения по оптическим длинам волн. Каналы передачи могут быть как цифровыми, так и аналоговыми и являются отличными друг от друга, потому что каждый из них связывается с конкретной длиной волны. Для того чтобы снова разделить отдельные каналы, требуются фильтры, которые должны быть способны передавать полосу длин волн, центрированную на длину волны одного канала, и существенно узкие для того, чтобы не пропускать длины волн, соответствующие соседним каналам. Перестраиваемые фильтры, в частности, позволяют изменять селекцию каналов и, следовательно, реконфигурировать систему без изменения кабельной разводки компонент.

В частности, акустооптические фильтры являются подходящими для такого использования. Они также дают возможность одновременной селекции нескольких каналов: если акустическая волна, распространяющаяся на поверхности субстрата, является суперпозицией акустических волн с различными частотами, фильтр имеет полосу пропускания, соответствующую сумме интервалов различных длин волн, определяемых частотами акустических волн. При подходящем выборе таких частот полоса пропускания фильтра может регулироваться так, чтобы он передавал только требуемые длины волн, соответствующие выбранным каналам.

Поляризационно-независимый плосковолноводный акустооптический фильтр описывается в статье D.A.Smith и др., опубликованной в Applied Physisc Letters, vol. 56, N 3, 15/01/90, pp. 209-211. Устройство (фиг. 1A) содержит поляризационный элемент связи на субстрате LiNbO₃, который разделяет TE и TM компоненты падающего сигнала, два акустооптических поляризационных преобразователя, действующих параллельно на две компоненты, и поляризационный элемент связи, рекомбинирующий сигналы.

Кривая спектральной передачи устройства имеет центральный пик с шириной полосы пропускания 1,3 нм и боковые лепестки. Теоретически было показано (как сообщалось, например, H.Herrmann и др. в Electronics Letters, vol. 28, N 11, 21/05/92, pp. 979-980), что в фильтрах такого типа, как описаны в вышеуказанной статье, первый боковой лепесток не ниже, чем теоретический предел в -9,4 дБ.

Фильтр, описанный в статье, имеет единственную ступень акустооптического взаимодействия. Фильтры такого типа обеспечивают затухание при длинах волн вне передающей полосы, которое является несущественным для упомянутых выше применений.

Кроме того, при прохождении через фильтр компоненты двух поляризаций под влиянием взаимодействия с акустической волной претерпевают изменение длины волны, которое является различным для двух компонент.

Могут быть созданы акустические фильтры, снабженные второй ступенью фильтрации на одном и том же субстрате из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением: двухступенчатые устройства имеют кривую спектрального отклика, характеризуемую большим затуханием вне полосы пропускания по сравнению с одноступенчатыми фильтрами и имеют боковые лепестки уменьшенной передачи. Помимо этого, в двухступенчатых устройствах вторая ступень может компенсировать для оптической частоты изменение, имеющее место на первой ступени, с помощью величины, соответствующей частоте акустической волны так, чтобы восстановить начальную частоту.

Двухступенчатый плосковолноводный интегрированный акустооптический фильтр описывается в US Patent 5381426 на имя Заявителя (фиг. 18), он предусмотрен для использования в качестве управляемого фильтра селекции длин волн в объемном резонаторе активного лазера с синхронизованными модами.

US Patent 5002349 на имя Cheng и др. описывает плосковолноводное интегрированное акустооптическое устройство на субстрате LiNbO₃. В одном варианте устройства, показанном на фиг. 2A, это устройство изготовлено путем совмещения на одном и том же субстрате двух поляризационно-независимых акустооптических фильтров, причем каждый из указанных фильтров включает два волноводно-поляризационных расщепителя для разделения и рекомбинирования двух TE и TM компонент соответственно, перед и после стадий акустооптического взаимодействия. Для того чтобы калибровать поляризационно-расщепительное свойство, каждый из поляризационных расщепителей снабжен электродами; для каждого поляризационного расщепителя проводится независимая настройка при помощи указанных электродов.

Заявитель отметил, что затухание, которое оптические сигналы испытывают при прохождении через такое устройство, приблизительно в два раза больше, чем в одноступенчатом устройстве, благодаря четырем прохождениям через поляризационные расщепители.

Также Заявитель обнаружил, что устройство становится усложненным из-за присутствия калибровочных электродов, хотя схемы электрической настройки и управления выполняются обязательно.

Кроме того, при отсутствии электродов, передача каждого расщепителя зависела бы не только от поляризации, но также слабо зависела бы от длины волны, как результат конструктивных допусков; для каждого расщепителя интервал длин волн, соответствующий слабому затуханию передаваемой поляризационной компоненты, был бы немного различным. За счет размещения различных расщепителей последовательно полная полоса слабого затухания уменьшается до пересечения интервалов слабого затухания каждого отдельного расщепителя. Благодаря присутствию четырех последовательных поляризационных расщепителей устройство имело бы избыточное затухание или по крайней мере уменьшенный интервал настройки по сравнению с требованиями ранее перечисленных применений.

Более того, полная длина описанного устройства оказывается по меньшей мере в два раза больше, чем длина одноступенчатого устройства, достигая таким образом критической величины по отношению к ограниченным размерам в наибольшей степени доступных LiNbO₃ подложек.

Двухступенчатый плосковолноводный интегрированный поляризационно-независимый акустооптический фильтр также описывается в статье F. Tian и др., опубликованной в Journal of Lightwave Technology, vol. 12, N 7, July 1994, pp. 1192-1197. Он включает (фиг. 2B) два однополяризационных фильтра на подложке LiNbO₃ с поляризациями, перпендикулярными друг другу, действующими параллельно, и два поляризационных элемента связи/расщепителя для расщепления и рекомбинации компонент оптического сигнала, соответствующих двум перпендикулярным поляризациям.

Однополяризационные фильтры включают поляризаторы, пропускающие волны TE и TM типов соответственно.

Поляризатор, пропускающий волны TM типа, состоит, в частности, из волновода, вдоль которого на двух участках длиной 1,5 мм, примыкающих к волноводу с обеих сторон, показатель преломления для необыкновенной волны больше, чем в материале, формирующем подложку. Это служит причиной того, что TE компонента поляризации, которая далее не проводится, отделяется в подложке, тогда как TM компонента поляризации может проходить через структуру.

Увеличение показателя преломления для необыкновенной волны достигается с помощью метода протонного обмена, состоящего в осуществлении контакта указанных областей с раствором кислоты в течение предварительно определенного периода времени и при соответствующей температуре, таким образом, чтобы достигнуть замещения части ионов Li⁺ подложки ионами H⁺, и в проведении последующей необязательной стадии термического отжига.

В случае приведенной выше статьи протонный обмен осуществлялся в разбавленной бензойной кислоте при температуре 250^oC в течение периода времени 15,5 часов, за ним следовал термический отжиг в течение 4 часов при температуре 330^oC.

Опыт Заявителя показал, что изготовление протонобменных поляризаторов вышеприведенного типа является очень рискованным, в частности, по причине высокой точности, требуемой при установке в заданное положение фотолитографических шаблонов, и ограниченных допустимых диапазонов для параметров, регулирующих процесс протонного обмена.

Кроме того, была отмечена временная нестабильность спектральных свойств поляризаторов.

Помимо этого, изготовление как поляризаторов, пропускающих волны TM типа, так и поляризаторов, пропускающих волны TE типа, требует особых стадий процесса, различающихся для поляризаторов каждого типа и отличающихся от стадий, требуемых для изготовления других компонент устройства, что делает процесс производства устройства длительным и сложным.

Настоящее изобретение включает простое в изготовлении акустооптическое волноводное устройство для селекции длин волн, уменьшенного размера, снабженное широким интервалом настройки и имеющее спектральные характеристики, которые являются стабильными во времени.

Кроме того, настоящее изобретение включает простой и надежный способ изготовления акустооптического волноводного устройства для селекции длин волн.

С одной стороны, изобретение относится к акустооптическому волноводному устройству для селекции длин волн, включающему одну подложку из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением, на котором формируются: - первая ступень вращения плоскости поляризации оптического сигнала в первом интервале длин волн, включающая по меньшей мере один оптический волновод, через который проходит указанный сигнал; - вторая ступень вращения плоскости поляризации оптического сигнала во втором интервале длин волн, включающая по меньшей мере один оптический волновод, через который проходит указанный сигнал; - по меньшей мере один оптический волновод, связывающий указанные первую и вторую ступени, несущий одиночный поляризационно-селективный элемент; - по меньшей мере один оптический волновод, расположенный за указанной второй ступенью, несущий поляризационно-селективный элемент; характеризуемому тем, что указанный одиночный поляризационно-селективный элемент состоит из поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной.

В предпочтительном решении, по меньшей мере одна из указанных первой и второй ступеней включает приспособления для генерирования поверхностной акустической волны и наиболее предпочтительно указанная подложка содержит акустический волновод, включающий по меньшей мере одну секцию одного из указанных оптических волноводов указанных первой и второй ступеней.

В конкретном варианте реализации изобретения это акустооптическое устройство содержит первый акустический волновод, расположенный на протяжении части подложки, включающей указанный оптический волновод указанной первой ступени, и второй акустический волновод, расположенный на протяжении части подложки, включающей указанный оптический волновод указанной второй ступени.

Предпочтительно, чтобы указанные приспособления для генерирования поверхностной акустической волны располагались внутри по меньшей мере одного из указанных акустических волноводов, близко к одному концу волновода, для однонаправленного распространения указанной акустической волны в указанном акустическом волноводе и преимущественно включали группу электродов встречно-штыревой конструкции, расположенных поперек указанного акустического волновода; указанное акустооптическое устройство может содержать акустический поглотитель, расположенный на указанном конце указанного акустического волновода.

Кроме того, устройство может содержать акустический поглотитель, расположенный на конце указанного акустического волновода, противоположном тому концу, на котором располагается приспособление для генерирования поверхностной акустической волны.

Альтернативно, указанные устройства для генерирования поверхностных акустических волн могут состоять из двух групп электродов встречно-штыревой конструкции, расположенных на предварительно определенном расстоянии друг от друга, соответственно снабженных первым электрическим сигналом переменного напряжения и вторым электрическим сигналом, полученным путем сдвига указанного первого электрического сигнала на 90^o, для генерирования однонаправленной акустической волны.

В предпочтительном варианте реализации изобретения устройство включает два параллельных оптических волновода на каждой из указанных первой и второй ступеней и два оптических волновода, связывающих указанные первую и вторую ступени, где каждый оптический связывающий волновод несет один одиночный поляризационно-селективный элемент, приспособленный для передачи одной или двух компонент взаимно перпендикулярных поляризаций, и где по меньшей мере один из указанных одиночных поляризационно-селективных элементов состоит из поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной.

В этой реализации изобретения один из указанных одиночных поляризационно-селективных элементов может быть поляризатором, пропускающим волны TE типа, и может содержать металлический слой, покрывающий соответствующий оптический волновод, связывающий первую и вторую ступени, с буферным слоем, введенным между ними.

Альтернативно, оба указанных одиночных поляризационно-селективных элемента могут состоять из поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной.

В последнем указанном альтернативном решении оба указанных поляризационных элемента связи с нераспространяющейся волной могут быть элементами связи полосовой передачи для соответственной проходящей поляризации, или один из указанных элементов связи с нераспространяющейся волной может быть элементом связи с полосовой передачей для соответственной проходящей поляризации, в то время как второй из указанных поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной является элементом связи перекрестной передачи, для соответственной проходящей поляризации; указанный второй поляризационный элемент связи с нераспространяющейся волной преимущественно связан с соответственным оптическим связывающим волноводом с помощью изогнутой волноводной секции и может содержать прямую центральную секцию, формирующую ненулевой угол по отношению к связывающему волноводу.

В предпочтительном варианте реализации изобретения указанным фотоупругим материалом с двойным лучепреломлением является LiNbO₃, и в указанном варианте реализации изобретения указанные оптические волноводы и поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной преимущественно изготавливаются путем фотолитографического маскирования, нанесения металлического слоя и последующей диффузии металла внутрь субстрата, указанный металл преимущественно может быть титаном.

С другой стороны, настоящее изобретение относится к способу изготовления акустооптического волноводного устройства для селекции длин волн, включающему следующие стадии: - формирование по меньшей мере одного акустического волновода на одной подложке, сделанной из фотоупругого материала с двойным лучепреломлением, путем диффузии первого металла внутрь указанной подложки; - формирование первого и второго поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной на указанной подложке путем фотолитографического осаждения и последующей диффузии второго металла внутрь самой подложки, а также по меньшей мере одного оптического волновода для связи между указанными поляризационными элементами связи, где оптический волновод является по крайней мере частично включенным в указанный акустический волновод; - формирование одного одиночного поляризационно-селективного элемента вдоль указанного оптического связывающего волновода; - формирование электроакустического преобразователя, содержащего электроды встречно-штыревой конструкции внутри по меньшей мере одного из указанных акустических волноводов путем фотолитографического осаждения третьего металла на указанный субстрат; характеризуемому тем, что указанная стадия формирования одиночного поляризационно-селективного элемента включается в указанную стадию формирования указанного первого и второго поляризационных элементов связи и указанного оптического связывающего волновода и состоит в формировании третьего поляризационного элемента связи с нераспространяющейся волной. Предпочтительно, чтобы указанные первый, второй и третий поляризационные элементы связи были идентичны друг другу.

В преимущественном варианте этот процесс включает формирование на указанной подложке путем фотолитографического осаждения и последующей диффузии внутрь указанной подложки указанного второго металла, первого и второго оптических связывающих волноводов между первым и вторым поляризационными элементами связи, где оптические волноводы являются по крайней мере частично включенными в указанный акустический волновод; и включает формирование одного одиночного поляризационно-селективного элемента вдоль каждого из указанных оптических связывающих волноводов.

Предпочтительно, чтобы указанная стадия формирования указанных поляризационно-селективных элементов включалась в указанную стадию формирования указанного первого и второго поляризационных элементов связи и указанных оптических связывающих волноводов и состояла в формировании третьего и четвертого поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной вдоль указанного первого и второго оптических связывающих волноводов соответственно.

Более предпочтительно, чтобы указанные первый, второй, третий и четвертый поляризационные элементы связи с нераспространяющейся волной были идентичны друг другу.

В большей степени детали изобретения будут ясны из следующего описания со ссылкой на приведенные рисунки, где: - фиг. 1A, 1B - две схемы, показывающие акустооптические фильтры, соответствующие известной технологии; - фиг. 2A, 2B - две схемы, показывающие акустооптические фильтры, соответствующие известной технологии; - фиг. 3A, 3B показывают два графика, относящиеся к температурному изменению спектрального отклика поляризаторов, пропускающих волны TM типа, соответствующих известному уровню технологии; - фиг. 4 - схема, показывающая акустооптический фильтр, соответствующий изобретению; - фиг. 5 - схема, показывающая поляризационный элемент связи с нераспространяющейся волной, используемый в настоящем изобретении; - фиг. 6A, 6B, 6C представляют собой графики, показывающие коэффициент расщепления поляризационных элементов связи с нераспространяющейся волной в волноводе по отношению к длине общей волноводной секции (A), длине волны (B, C); - фиг. 7 показывает схему однонаправленного электроакустического преобразователя; - фиг. 8 - схема акустооптического фильтра, соответствующего альтернативной реализации изобретения; - фиг. 9 - схема поляризационно-независимого акустооптического фильтра, соответствующего изобретению; - фиг. 10 - схема волноводного поляризатора, пропускающего волны TE типа, используемого в устройстве, показанном на фиг. 9; - фиг. 11 - схема поляризационно-независимого акустооптического фильтра, соответствующего изобретению; - фиг. 12 - схема поляризационно-независимого акустооптического фильтра, соответствующего другой альтернативной реализации изобретения; фиг. 13 - схема поляризационно-независимого акустооптического фильтра, соответствующего еще одной альтернативной реализации изобретения.

Волноводный интегрированный акустооптический фильтр описывается в US Patent 5381426 на имя того же заявителя. Он будет описан со ссылкой на фиг. 18, соответствующую фиг. 3 в указанном патенте.

Фильтр 16 состоит из субстрата 18, выполненного на кристалле LiNbO₃, срезанного по правым углам к оси x, на котором оптический канальный волновод 19, имеющий направление распространения вдоль оси y, одномодовый в полосе длин волн, представляющий интерес (1530 < < 1560), изготовлен при помощи диффузии титана, посредством чего показатель преломления ниобата лития локально повышается в подложке так, чтобы удерживать оптический сигнал внутри требуемого пути.

На протяжении оптического волновода 19 имеется пара акустооптических преобразователей 20, которые состоят их металлических пластин, имеющих несколько гребенчатых электродов 21, чередующихся друг с другом и совмещенных с волноводом, приспособленных для того, чтобы генерировать акустическую волну, распространяющуюся через кристалл, путем пьезоэлектрического эффекта, возникающего за счет электрического возбуждения, приложенного к нему.

По сторонам оптического волновода 19 обозначен акустический волновод 22, ограниченный двумя боковыми областями 23, в которых титан диффундирует в подложку из ниобата лития для того, чтобы увеличить скорость распространения акустической волны через эти боковые области по отношению к центральной области 22 так, чтобы направить акустическую волну в указанную центральную область.

Показаны поляризаторы 24, пропускающие волны TE типа, они располагаются до электродов 21 и на протяжении конечных секций волновода 19, за самими электродами 21, в то время как поляризатор 25, пропускающий волны TM типа, располагается в промежуточной позиции между двумя поляризаторами 24.

Поляризаторы 24, пропускающие волны TE типа, образованы на основе диэлектрического слоя, выполненного, например, из кремнезема, нанесенного на оптический волновод 19, имеющего предварительно определенную толщину и покрытого металлическим слоем; такие поляризаторы дают возможность прохождения только компоненты светового сигнала TE моды, поляризованной в плоскости поверхности кристалла подложки.

Поляризатор 25, пропускающий волны TM типа, образован в свою очередь двумя областями обмена протонов, выполненными на сторонах волновода, в пределах нескольких миллиметров в длину; этот поляризатор дает возможность прохождения только компоненты светового сигнала TM моды, поляризованной в плоскости, перпендикулярной к поверхности кристалла подложки.

Акустический поглотитель 26 располагается на предварительно определенном расстоянии от поляризатора 25, пропускающего волны TM типа, на противоположной стороне от электродов 21; он формируется из слоя звукоизоляционного материала, нанесенного на поверхность кристалла, приспособленного для того, чтобы поглощать акустическую волну и, следовательно, предотвращать ее дальнейшее взаимодействие со световой волной.

Радиочастотный (RF) генератор, управляющий акустооптическим фильтром, имеет частоту, выбираемую между 170 и 180 МГц для селекции длин волн центра полосы пропускания в требуемом диапазоне (1530 < < 1560).

Действие этого устройства основано на конверсии между TE и TM компонентами (и наоборот) поляризованных оптических сигналов, распространяющихся вдоль оптического волновода и имеющих длину волны в подходящей полосе. Эта конверсия проводится путем взаимодействия оптических сигналов с акустической волной, распространяющейся вдоль акустического волновода 22 в том же направлении, что и оптическое излучение. Только TE компонента оптических сигналов, входящих в поляризатор 24, расположенный перед волноводом 19, передается в сам волновод. Вдоль первой секции волновода, перед поляризатором 25, для волн длин, включенных в полосу пропускания, определяемую параметрами акустической волны, TE поляризация изменяется на TM поляризацию. Волны тех длин, которые не входят в эту полосу, напротив, сохраняют свою поляризацию в плоскости поверхности подложки. Поэтому последние из упомянутых длин волн задерживаются поляризатором 25, передающим только TM компоненту сигналов, имеющих длины волн, входящие в полосу пропускания, поляризация которых была изменена путем взаимодействия с акустической волной. Волноводная секция, расположенная после поляризатора 25, действует как вторая ступень фильтра с конечной фазой акустической волны, распространяющейся в волноводе 22 и взаимодействующей с оптическими сигналами с TM поляризацией. Вторая ступень имеет тот же принцип действия, что и первая ступень, но со взаимным изменением поляризаций. Сигналы с длинами волн, входящими в полосу пропускания, изменяют свою поляризацию TM на TE и пропускаются поляризатором 24, расположенным после волновода 19; сигналы, не входящие в полосу пропускания, задерживаются указанным поляризатором 24.

Двухступенчатый волноводный интегрированный поляризационно-независимый акустооптический фильтр описывается в уже упомянутой статье F. Tian и др., опубликованной в Journal of Lightwave Technology.

Как показано на фиг. 2B, входной сигнал в устройстве разделяется на две TM и TE компоненты с помощью волноводного поляризационного элемента связи, формируемого в подложке. Два выхода из поляризационного элемента связи связаны с двумя двухступенчатыми фильтрами, каждый из которых имеет поляризатор между двумя ступенями, пропускающий волны TM и TE типа соответственно. Два фильтра расположены рядом на подложке вдоль того же самого акустического волновода, где акустическая волна, генерированная соответствующими преобразователями встречно-штыревой конструкции, распространяется в том же направлении, что и оптические сигналы. Выходы двух двухступенчатых фильтров в итоге объединяются с помощью поляризационного элемента связи. Акустический поглотитель располагается в конце акустического волновода с целью ослабления остаточной поверхностной акустической волны.

Поляризатор, пропускающий волны TM типа, в частности, изготовлен путем протонного обмена в двух областях примерно 1,5 мм длиной, примыкающих к оптическому волноводу с обеих сторон. Протонный обмен является причиной роста показателя преломления необыкновенной волны, что приводит к тому, что TE компонента более не распространяется, а рассеивается в субстрате. TM компонента, напротив, проходит через поляризатор с малыми потерями.

Опыт Заявителя доказал, что изготовление протонобменных поляризаторов этого типа делает весь процесс производства акустооптических устройств очень рискованным.

Заявитель изготавливал образцы поляризаторов, пропускающих волны TM типа, на LiNbO₃ подложках, на которых был сформирован одномодовый оптический волновод путем диффузии титана в течение 9 часов при температуре 1030^oC. Поляризаторы получались путем маскирования и последующего протонного обмена в неразбавленной бензойной кислоте в течение периодов времени от 2 до 7 часов, и при различных температурах в диапазоне от 230 до 240^oC. Расстояние между двумя областями, в которых происходит протонный обмен, расположенных на обеих сторонах оптического волновода, составляло от 12 мкм до 13,5 мкм.

Величины коэффициента затухания (отношение выходной мощности устройства для затухающей компоненты, в данном случае - TE компоненты, к полной выходной мощности) в полученных образцах были заключены в пределах между -25,3 дБ и -3,9 дБ. Величины затухания для передаваемой поляризации (в данном случае - TM компонента), напротив, изменяются от очень низких значений до 1,1 дБ.

Некоторые образцы подвергались стадии последующего термического отжига при температуре 320^oC в течение периода времени от 15 до 90 минут, посредством чего в основном достигалось уменьшение коэффициента затухания до величин от -25 до -20 дБ, но в то же время достигалось увеличение затухания для TM компоненты до величин порядка 2 дБ.

В двухступенчатом акустооптическом фильтре величина коэффициента затухания для поляризаторов, расположенных между первой и второй ступенями, определяет величину остаточного фонового шума для устройства в целом, где под остаточным фоновым шумом понимается максимальное затухание, испытываемое сигналами с длинами волн вне полосы передачи при прохождении через устройство.

Поляризатор, который используется в двухступенчатом акустооптическом фильтре, должен одновременно иметь коэффициент затухания ниже -20 дБ и затухание для передаваемой моды ниже 0,5 дБ.

Заявитель мог наблюдать, что установка в заданное положение фотолитографического шаблона на подложке для ограничения области, которая должна подвергаться протонному обмену, требует гораздо более высокой степени точности по сравнению с той, которая требовалась для фотолитографических шаблонов, необходимых для осуществления других стадий производства акустооптического устройства, таких как те, что используются для ограничения диффузии титана на протяжении процесса изготовления волноводов, или таких, которые используются для электродов встречно-штыревой конструкции и поляризатора, пропускающего волны TE типа. Доказано, что все параметры, регулирующие процесс протонного обмена и последующую возможную стадию термического отжига, также являются очень критическими: очень малые вариации даже отдельного параметра могут сказываться на поляризаторах, которые не отвечают требуемому стандарту и поэтому должны отбраковываться.

Кроме того, некоторые из произведенных поляризаторов, пропускающих волны TM типа, подвергались воздействию температур выше чем 80^oC в течение нескольких часов и показали важные изменения в спектральном отклике в зависимости от времени. На фиг. 3A показан график, иллюстрирующий коэффициент затухания для одного из поляризаторов, измеренный перед (a) и после (b) воздействия температуры 100^oC в течение 20 часов. Можно увидеть смещение спектральной кривой примерно на 25 нм в сторону больших длин волн и результирующее изменение на несколько дБ коэффициента затухания для каждой длины волны. Изменения могли наблюдаться для нескольких различных поляризаторов, подвергнутых такому же тепловому воздействию со смещениями кривой спектрального отклика в пределах от 20 до 30 нм.

Изменения в спектральном отклике поляризаторов, пропускающих волны TM типа, изготовленных с помощью протонного обмена, также имеют место при более низких температурах, для больших времен воздействия, и вносят вклад в то, что использование этих компонент становится рискованным.

В дополнение к непрерывным изменениям кривой спектрального отклика, благодаря воздействию высоких температур, поляризаторы, пропускающие волны TM типа, изготовленные с помощью протонного обмена, также имеют обратную временную зависимость спектрального отклика от температуры. Например, фиг. 3B, воспроизводящая спектральные кривые коэффициента затухания для поляризаторов при температурах 10^oC и 30^oC, показывает изменения, достигающие 10 дБ на некоторых длинах волн.

Также Заявитель мог наблюдать, что процесс производства акустооптического фильтра, описанный в указанной статье F Tian и др., является длительным и сложным вследствие необходимости обеспечения особых стадий процесса для каждого из поляризаторов, т.е. поляризаторов, пропускающих волны TM и TE типов, используемых в устройстве, в дополнение к стадиям процесса, требующимся для производства оптических волноводов, элемента связи и поляризационного элемента связи, акустического волновода и преобразователей встречно-штырьевой конструкции.

Двухступенчатое волноводное интегрированное акустооптическое устройство, соответствующее изобретению, будет теперь описываться со ссылкой на фиг. 4.

На подложке 30 формируются следующие компоненты: канальный оптический волновод 31 имеет один конец на краю подложки и приспособлен для приема оптических сигналов, входящих в устройство, к примеру, через подходящим образом присоединенный оптический фильтр; другой конец волновода 31 присоединен к волноводу доступа 1 поляризационного элемента связи 32; оптический волновод 26 имеет один конец на краю подложки и другой конец, связанный с волноводом доступа 4 элемента связи 32; волновод доступа 3 элемента связи 32 связан с волноводом 35, присоединяющимся к волноводу доступа 4 поляризационного элемента связи 40; волновод доступа 3 элемента связи 48 связан с волноводом 36, присоединяющимся к волноводу доступа 4 элемента связи 37; волновод 2 доступа последнего упомянутого элемента связи связан с волноводом 38, заканчивающимся на краю субстрата и дающим возможность выхода оптического сигнала, например через связь с оптическим фильтром; наконец, волновод доступа 3 элемента связи 37 присоединяется к волноводу 29, заканчивающемуся на краю подложки.

Также на краю подложки 30 сформированы: акустический волновод 41, расположенный в пределах части подложки, включающий оптические волноводы 35, 36, ограниченный двумя полосами 42, 43, расположенными симметрично по отношению к оптическим волноводам 35, 36, в которых скорость акустических волн выше, чем в волноводе 41; электроакустический преобразователь 44, расположенный вдоль акустического волновода 41, вблизи от конца волновода 35, связанного с элементом связи 32, приспособленный для генерирования поверхностной акустической волны внутри акустического волновода; акустические поглощающие приспособления 45, расположенные вдоль акустического волновода 41, вблизи от конца волновода 36, связанного с элементом связи 37, приспособленные для поглощения остаточной поверхностной акустической волны; и акустические поглощающие приспособления 46, расположенные вдоль акустического волновода 41, вблизи от конца волновода 34, связанного с элементом связи 32, приспособленные для поглощения акустической волны, генерированной преобразователем 44, распространяющейся в направлении, противоположном направлению оптических сигналов.

В акустооптическом устройстве, изготовленном Заявителем, производственные параметры были выбраны для работы при комнатной температуре в полосе длин оптических волн, по меньшей мере 100 нм, центрированной около 1550 нм, что представляет особый интерес для оптической связи. Квалифицированный специалист путем выбора соответствующих значений параметров, в частности, оптических волноводов, поляризационных элементов связи и акустической волны, передаваемой в акустическом волново