NO854517L

NO854517L - Akustisk-optisk amplitudemodulator av den optiske fibertypen.

Info

Publication number: NO854517L
Application number: NO854517A
Authority: NO
Inventors: William P Risk
Original assignee: Univ Leland Stanford Junior
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1985-11-12
Publication date: 1986-05-14
Also published as: EP0183420A3; EP0183420A2; AU4973085A

Description

Oppfinnelsen angår generelt anordninger som kopler lysenergi mellom polarisasjonsmodiene til en optisk fiber som reaksjon på et akustisk signal og nærmere bestemt feltet for fiberoptiske amplitudemodulatorer.

Det er nyttig å kunne overføre lysenergi som utbreder seg i en optisk fiber fra en bølgeleder til en annen ulik bølgeleder, dvs. en med en annen forplantningskarakteristikk. Ved fiberoptikk kan en enkelt dobbeltbrytende fiber bli betraktet som to ulike bølgeledere ved at fiberen kan lede lys og opprettholde dens polarisasjon i en av to uavhengige polarisasjonsmodier. Å kunne styre effektoverføringen mellom disse to modiene er svært ønskelig og dersom styrt som reaksjon på varierende signaler resulterer dette i modulasjon av energioverføringen.

I en samtidig inngitt EPC-søknad nr. 84307920.3 er beskrevet en fireports retningskopleranordning for å styre overføringen av en energi mellom ulike, lineære, lavtapsbølgeledere og en metode for å bevirke slik over-føring. Den samme kopleranordningen er også beskrevet i "Birefringent-fiber polarization coupler", av R.C. Youngquist, et al. i "Optics Letters", vol. 8, nr. 12, desember 1983, side 656-658. De ulike bølgelederne er to ortogonale polarisasjonsmodier til en enkel optisk fiberbølgeleder med monomodus og sterkt dobbeltbrytende, som kan opprettholde polarisasjonen for lys som utbreder seg der over lengre avstander.

Som beskrevet i ovenfornevnte søknad og publikasjon, blir en plastblokk med forhøyninger maskinert derpå og en polert, flat overflate ble anvendt for å utøve mekanisk spenning på en dobbeltbrytende fiberoptisk bølgeleder. Forhøyningene er en halv støtlengde bred (eller et oddemultippel av dette) og adskilt med en halv støtlengde (eller et oddemultippel derav). Støtlengden er lik avstanden utbredt langs bølgelederen mellom stedet ved hvilket lyset som utbreder seg i to ortogonale polarisasjonsmodier er i fase. Formålet med spenningen dannet av slike forhøyninger er å abrupt endre orienteringen til dobbeltbrytningsaksen for fiberen ved periodiske steder adskilt av halve støtlengder.

Optisk energi kan bli overført ved å trykke ned forhøyningene mot fiberen som hviler på den polerte flate overflaten. Fiberen er orientert slik at hovedaksen for dobbeltbrytningen er en merkbar vinkel i forhold til hovedspenningsvektorens retning, fortrinnsvis 45°. Spenningen dannet av forhøyningen bevirker at orienteringen av dobbeltbrytningsaksen forskyves abrupt til kanten av hver av forhøyningsoverflatene. Periodisk plutselig forskyvning av dobbeltbrytningsaksen for et oddemultippel på en halv støtlengde og så reversering av aksen til deres opprinnelige tilstand for et oddemultippel av en halv støtlengde ved fravær av spenning kan bevirke at hovedsakelig all energi sendt ut ved polarisasjonsmodusen ved inngangen til anordningen som skal bli overført til den ortogonale polarisasjonsmodusen ved utgangen til anordningen.

Den således beskrevne anordningen kan bli anvendt som en amplitudemodulator ved å tilføre et tidsvarierende signal til forhøyningene for å bevirke at spenningen varierer periodisk i tid så vel som i avstand. Den tidsvarierende spenningen må imidlertid bli tilført jevnt ved alle spen-ningsområdene til fiberen. Signalet må dessuten være av tilstrekkelig amplitude for å bevege blokkens betydelige masse. Et behov er således tilstede for en anordning som vil tilføre en tidsvarierende spenning til en dobbeltbrytende fiber uten å kreve bevegelse av en materialmasse.

En optisk fiberamplitudemodulator er beskrevet som innbefatter en optisk fiberbølgeleder med to forplantningsmodier for forplantning av lyssignal deri, idet hver modus har en annen forplantningshastighet. Ved foretrukne utførelsesformer av modulatoren er disse forplantningsmodiene to ortogonale polarisasjonsmodier til en optisk fiber med dobbeltbrytning av enkelmodustypen. Amplitudemodulatoren innbefatter en innretning for å frembringe en akustisk overflatebølge for leding av akustisk overflate-bølge mot fiberbølgelederen for å treffe fiberbølgelederen. Den akustiske bølgen har bølgefronter som er orientert hovedsakelig parallelt med fiberbølgelederens lengdeakse. Støtet av den akustiske bølgen på fiber-bølgelederen bevirker en oscillerende spenning i fiberbølgelederen som varierer med tiden. Spenningen som varierer med tiden bevirker en tidsvariendrende kopling av lys mellom forplantningsmodiene til fiber-bølgelederen. Amplitudemodulatoren innbefatter også innretning for optisk forspenning av den tidsvarierende koplingen for å bevirke at tidsvarierende kopling varierer hovedsakelig lineært som en følge av den oscillerende spenningen bevirket av den akustiske bølgen.

Ved de foretrukne utførelsesformene til modulatoren innbefatter innretningen for å frembringe akustisk overflatebølge en SAW (akustisk overflatebølge) leder som har en overflate for forplantning av en rekke med akustiske overflatebølger. Hver av de akustiske bølgene har fortrinnsvis en bredde hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde for fiberbølgelederen og bølgene er adskilt med en avstand hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde. Fiberbølgelederen er anbrakt i akustisk kontakt med overflaten til SAW-lederen slik at forplantningen av de akustiske bølgene er i en retning normalt på lengdeaksen til fiberbølgelederen.

Ved foretrukne utførelsesformer er fiberbølgelederen fortrinnsvis optisk spenningspåkjent ved tilførsel av en kraft normalt på lengdeaksen til fiberen og ved en vinkel i forhold til de to hovedaksene til dobbeltbrytningen. Spenningen bevirker en forutbestemt optisk energistørrelse kontinuerlig overført fra en av de ortogonale modiene for polarisasjonen til den andre for derved å tilveiebringe en konstant energioverførings-forspenning mellom slike modier. De akustiske overflatebølgene, som har bølgefronter hovedsakelig parallelt med lengdeaksen til den optiske fiberbølgelederen, bevirker at energien overført mellom polarisasjonsmodiene varierer om spenningsforårsaket forspenning som således tilveiebringer amplitudemodulasjon av lyset ved hver av modiene. Ved alternative utførelsesformer kan fiberbølgelederen være optisk forspent slik at en del (f.eks. 50%) av et optisk inngangs signal er en av de to polarisasjonsmodiene og en del (f.eks. 50%) er den andre av to polarisasjonsmodier.

Ved en foretrukket utførelsesform blir de akustiske overflatebølgene generert ved SAW-lederoverflaten ved respektive akustiske transdusere montert på SAW-lederen. SAW-lederen innbefatter fortrinnsvis respektive bølgeledere for leding av akustiske overflatebølger fra transduserne til fibrene. De akustiske bølgelederne kan være dannet ved f.eks. å kutte spor i den flate overflaten eller ved å avsette et forplantningsmedium på overflaten slik at bredden og mellomrommet mellom forhøyningene er oddemultippel til en halv støtlengde.

Ved en alternativ utførelsesform kan akustiske bølger være generert av akustiske transdusere og forplantet på en SAW-leder som har en flat overflate (dvs. uten forhøyninger eller spor). SAW-lederen er fortrinnsvis dannet av et anisotropisk materiale med en krystallgitterverkstruktur som er orienert relativt i forhold til lengdeaksen for fiberen slik at gitter-verkstrukturen gir en bølgeleder for de akustiske bølgene. Bredden på transduserne og mellomrommet mellom tilliggende transdusere er valgt slik at bølgefrontene har bredder og skille som beskrevet ovenfor.

Ved den nevnte utførelsesformen er faseforholdet mellom akustiske bølger fortrinnsvis valgt slik at bølgene er i fase når de når fiberen. Ved annen alternativ utførelsesform er akustiske bølger tilliggende hverandre i stedet for å være anbrakt med avstand fra hverandre. Faseforholdet mellom akustiske bølger er følgelig fortrinnsvis valgt for å tilveiebringe en faseforskjell på n radianere mellom tilliggende bølger ved påtreff ing av fiberen.

De akustiske bølgene kan bli variert i amplitude for å endre mengden av overført energi mellom polarisasjonsmodiene for å variere størrelsen på amplitudemodulasjonen for lys ved hver av modiene. Ved modulering av de akustiske bølgene i samsvar med et informasjonssignal, kan således informasjonen inneholdt deri bli kodet på det optiske signalet i fiberen som fluktasjon i den optiske energien ved modiene.

Ved en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse blir en statisk forspenningspåkjenning tilført en optiske fiber for optisk å forspenne den optiske fiberen slik at en fast del av den optiske energien ved en første forplantningsmodus blir koplet til en andre forplantningsmodus. Fiberen hviler på en overflate som kan være en flat overflate. Innretningen for å frembringe en akustisk overflatebølge er en akustisk transduser som bevirker at en akustisk bølge forplanter seg på overflaten mot den optiske fiberen slik at bølgefrontene til den akustiske bølgen er hovedsakelig parallell med den optiske fiberens lengdeakse. Den tidsvarierende spenningen på fiberen bevirket av den akustiske bølgen bevirker at mengden av optisk energi koplet fra den første forplantningsmodusen til den andre forplantningsmodusen varierer i samsvar med frekvens og størrelse på den akustiske bølgen. Den akustiske transduseren er fortrinnsvis en kantbundet transduser montert parallelt med lengdeaksen for den optiske fiberen. De akustiske bølgefrontene har fortrinnsvis en bredde, da målt parallelt med lengdeaksen til den optiske fiberen, som er flere støtlengder lang. Frekvensen til et elektrisk signal tilført for å aktivere den akustiske transduseren kan være variert for derved å variere frekvensen til den akustiske bølgen og således variere frekvensen for modulasjonen til den optiske energien overført til den andre polarisasjonsmodusen fra den første polarisasjonsmodusen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene:

Fig. 1 viser et eksplosjonsperspektivriss av en smalbåndet retningskopler. Fig. 2 viser et snitt langs linjen 2-2 på fig. 1, idet det her vises

formen på forhøyningene til kopleren på fig. 1.

Fig. 3 viser et snitt av en typisk dobbeltbrytende fiber, idet dobbeltbrytningsaksen er vist. Fig. 4(a)-4(g) viser skjematisk det spenningspåkjente området i fiberen og energimengden i de forskjellige polarisasjonsmodiene ved forskjellige punkter langs fiberen. Fig. 5 viser virkningen av polarisasjonsaksen ved en dobbeltbrytningsfiber når spenning blir påført. Fig. 6 viser et diagram av et system som anvender kopleren på fig. 1. Fig. 7 viser en kurve over eksperimentelt bestemt kopling i forhold til bølgelengdefunksjonen sammenlignet med teoretisk forutsigbare resultater for kopleren på fig. 1. Fig. 8 viser en kurve over koplet energi i forhold til tilført kraft for anordningen på fig. 1. Fig. 9(a), 9(b) og 9(c) er tre konfigurasjoner for tilveiebringelse av modulasjon av polarisasjonen i en dobbeltbrytende fiber ved å variere trykket til forhøyningene på fiberen. Fig. 10 viser en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 11 (a) og 11 (b) viser typiske transdusere fra utførelsesformen på

fig. 10 og hhv. den genererte akustiske overflatebølgen.

Fig. 12 viser et tverrsnitt av fiberen på fig. 10.

Fig. 13 viser en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 14 viser et planriss av transduserne på utførelsesformen vist på fig. 13.

Fig. 15 viser et forstørret riss av en transduser på fig. 14.

Fig. 16 viser en kurve over den koplede energidelen i forhold til trykkindusert dobbeltbrytning for en flat platemodulator ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 17 viser en kurve over frekvensreaksjonen til en flat platemodulator ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 18 viser en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 19 viser en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 20(a) og 20(b) viser forstørrede riss av transduseren ifølge utførelsesformen på fig. 19 og resulterende bølgeformer henholdsvis. Fig. 21 viser et perspektivriss av en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse under anvendelse av en kantbundet transduser for å generere akustiske bølger på en flat overflate og som anvender en forhøyet blokk for å generere statisk spenning på en optisk fiber. Fig. 22 viser en grafisk fremvisning av koplingsdeler av lyset fra en første polarisasjonsmodus til en andre polarisasjonsmodus ved utførelsesformen på fig. 21 som en funksjon av spenningen indusert av statisk kraft til den forhøyede blokken og kraft bevirket av den akustiske bølgen. Fig. 23 viser en grafisk fremstilling av modulasjonsdybden til utførel-sesformen på fig. 21 som en funksjon av spenningen tilført transduseren. Fig. 24 viser en grafisk fremstilling av frekvensreaksjonen til utførel-sesformen på fig. 21.

Før de foretrukne utførelsesformene av oppfinnelsen skal beskrives skal det i det påfølgende nærmere beskrives kopling mellom polarisasjonsmodiene til en dobbeltbrytende optisk fiber av enkelmodustypen.

For fullstendig å forstå foreliggende oppfinnelse er det nyttig å først forklare prinsippene forbundet med polarisasjonsmoduskopling. Fig. 1-9 viser følgelig eksempler på polarisasjonskoplere og teorien for drift av slike kopiere. Den viste kopleren er også beskrevet i ovenfornevnte Europa-patentsøknad nr. 8430790.3.

Til å begynne skal det henvises til fig. 1 hvor det er vist en kopler innbefattende en polert flat overflate 10, som er maskinert på en metall- eller plastblokk 11. Overflaten 10 må være glatt og flat innenfor et par pm. Overflaten 10 tjener som den første av to overflater mellom hvilke er skviset en optisk fiberbølgeleder.

Den andre overflaten er et multippelforhøyet område 12 maskiner på undersiden til en andre blokk 14. Som beskrevet senere gir forhøyningene 12 koplingselementer som når presset mot fiberen spenner fibrene for å bevirke at lys blir koplet mellom modiene. Med henvisning til fig. 2 er der vist et tverrsnitt av det forhøyede området 12 ved hvilket flere forhøyninger 16 er dannet. Forhøyningene 16 er dannet ved maskinering av blokken 14 for å tilveiebringe med avstand anbrakte parallelle hakke eller spor 17, slik at der er dannet flere polerte forhøyede overflater 18 som har en bredde W og et skille S mellom kantene til tilliggende forhøyninger. For å tilveiebringe maksimal kopling for en gitt utøvd kraft på fiberen, skulle bredden W mellom kanten til hver forhøyning være en halv støtlengde av fiberen for lyset ved den bestemte frekvensen som ble anvendt. På grunn av kompaktheten skulle skillet S fortrinnsvis være en halv støtlengde også.

Fig. 3 viser en typisk dobbeltbrytende fiber 24 som anvendt ved foreliggende oppfinnelse. Fiberen 24 har en elliptisk kjerne 24a omgitt av en hovedsakelig sirkulær optisk kappe 24b som kan ha en diameter, d^jg^kappe» * størrelsesorden av 50-100 ura. Den elliptiske kjernen har to hovedakser, X- eller horisontalaksen og Y- eller vertikalaksen. Som resultat av den ikke-sirkulære kjernegeometrien, fremviser fiberen forskjellige brytningsindekser til lys som forplanter seg langs hver av de to hovedaksene. Y-aksen som anvendt her har en kortere lengde, dy_ kjerne» °S en lavere brytningsindeks forplanter lyset ved en høyere hastighet enn X-aksen, som har en lengre lengde, dx-kj<g>me'Y-aksen vil derfor bli henvist til som hurtig akse og X-aksen bli henvist til som langsom akse.

Som beskrevet ovenfor understøtter dobbeltbrytningsfiberen 24 to ortogonale polariserte modier. Retningen på den lineære polarisasjonen for disse modiene er hovedaksene til fiberen 24 som vist ovenfor. De lineære polariserte modiene er "normal" modier for fiberen, dvs. de forplanter seg gjennom fiberen 24 uendret unntatt i fasen. Optiske signaler kan innbefatte en kombinasjon av de to modiene. Lys lineært polarisert ved 45°i forhold til hovedaksene vil f.eks. bestå av like størrelser av begge modiene til å begynne med i fase. Når de to modiene forplanter seg ned gjennom fiberen 24 vil de akkumulere en faseforskjell på grunn av at deres forplantningskonstanter er forskjellig. Avstanden nødvendig for at 2n faseforskjell skal bli akkumulert er den såkalte "støtlengden" til fiberen og er gitt som L=\Mn, hvor\er den optiske bølgelengden og An er forskjellen i brytningsindeksen for de to polarisasjonene. Etter forplantningen av en halv støtlengde, vil to komponenter bli adskilt med 180°eller rr radianere.

Dobbeltbrytende fibre, slik som den elliptiske kjernefiberen 24 er kommersielt tilgjengelig fra Andrew Corporation, 10500 West 153rd Street, Orland Park, Illinois 60462. Den elliptiske kjernefiberen 24 kan f.eks. ha en støtlengde på 1,7 mm ved en optisk bølgelengde på 633 nm. Metallbelegget og/eller plastmantelen som normalt dekker fiberen er fortrinnsvis fjernet før fiberen anvendes i den ovenfor beskrevne anordningen.

På fig. 2 er ved den viste utførelsesformen skilleavstanden S ved forhøyningene lik deres bredde W. Generelt kan imidlertid størrelsene W og S være ethvert oddemultippel av en halv støtlengde. Dvs. hver forhøyning kan være et oddemultippel av en halv støtlengde og hvert skille kan være et oddemultippel av en halv støtlengde, slik at korresponderende steder på tilliggende forhøyninger er adskilt med et multippel av en støtlengde. Tverrsnittet til hakkene 17 ved den foretrukne utførelses-formen er rektangulær på grunn av at det er den enkleste formen å danne maskinering. Denne formen er imidlertid ikke kritisk og enhver form som gir en flat overflate 18 på forhøyningene 16 med en bredde W på en halv støtlengde og kanteavstand på en halv støtlengde, vil være tilfredsstillende forutsatt at høyden H på hakket 17 er tilstrekkelig til å opprettholde spenningen når materialet til forhøyningen 16 blir deformert av tilførselen av spenningen på en fiber. Blokken 14 er fortrinnsvis fremstilt av hard plast, Delrin<®>. Denne plasten deformerer lettere enn glass, slik at når forhøyningene blir presset på en glassfiber har det blitt funnet at forhøyningene deformeres en liten grad. Det er foretrukket at for den nødvendige presstørrelsen å bevirke fullstendig energioverføring slik at forhøyningene ikke deformeres så mye for således å bli flate slik at spenningen er ujevnt fordelt over hele fiberen. Det er foretrukket at der er periodiske områder med spenning og ingen spenning på fiberen. Ved en foretrukket utførelsesform beskrevet i ovenfornevnte europeiske patent-søknad er disse områdene et nøyaktig oddemultippel av en halv støtlengde i bredden for å maksimalisere koplingen. Ufullstendig energioverføring vil være resultatet dersom denne geometrien ikke blir tilveiebrakt, men noe kopling kan fremdeles forekomme avhengig av nøyaktig geometri og krafttilførsel.

Det har blitt funnet at et lett deformerbart materiale, slik som plast, er å foretrekke fremfor et hardt metall for forhøyningene 16 på grunn av at en hard metallforhøyning ikke vil deformere så mye når trykk blir påført, som danner faren for at forhøyningene kan bryte av fiberen. Deformerbarheten til forhøyningen minsker denne risikoen.

På fig. 1 er det vist at blokken 14 har flere huller 20 som er anbrakt med avstand i et mønster for å motta et sett med stifter 22 som rager fra den flate overflaten 10 i det tilhørende mønster. Blokken 14 kan bli glidende ført mot og bort fra den flate overflaten 10 langs stiftene 22. Stiftene er således innrettet at kantene til forhøyningene 16 er på tvers i forhold til lengdeaksen til en fiber 24 som er fastholdt på den flate overflaten 10 ved hjelp av et par fiberfastholdelsesplater 26. Lengde-aksene til forhøyningene 16, vist med henvisningstallet 27 på fig. 2, er på tvers i forhold til lengdeaksen til fiberen 24. Stiftene 22 tjener også til å forhindre vipping av blokken 14 for å forhindre et ujevnt trykk tilført fiberen 24.

Fiberfastholdelsesplatene 26 er dreibare relativt i forhold til den flate overflaten 10 i kraft av å være montert i et par sirkulære åpninger dannet i et par endeplater 28. Holdeplatene kan dreies for å tillate at fiberen blir dreiet slik at en av hovedaksene til dobbeltbrytningen i fiberen kan bli orientert ved en vinkel i forhold til retningen til den tilførte kraften utøvd av forhøyningene 16, som beskrevet nærmere nedenfor. En vinkel på 45° er foretrukket ved oppfinnelsen beskrevet i den samtidig inngitte patentsøknaden, på grunn av at maksimal forskyvning av aksene til dobbeltbrytningen for en gitt kraft blir tilveiebrakt ved den vinkelen. Endeplaten 28 er montert på blokken 11 ved dens ender slik at platene 28 er perpendikulære på den flate overflaten 10.

Med henvisning til 4(a)-4(g) er der vist et diagram over spenningsområd-ene i fiberen 24 når blokken 14 blir presset ned med en totalkraft F, slik at fiberen 24 blir skviset mellom overflatene 18 til forhøyningene og overflaten 10 til den nedre blokken. Også vist på fig. 4(b)-4(g) er vektordiagrammer for størrelsen på den optiske energien for hver av dobbeltbrytningsaksene, dvs. polarisasjonsmodiene ved forskjellige punkter langs fiberen. Fig. 5 viser et diagram over hvorledes dobbeltbrytningsaksene til fiberen 24 blir endret ved tilførselen av spenning. Fagmannen på området ville forstå at en dobbeltbrytningsfiber av enkelmodustypen, slik som fiberen 24, har to ortogonale polarisasjonsakser som korresponderer med to ortogonale polarisasjonsmodier til en fiber av enkelmodustypen.

Fig. 4(a) viser tre områder med vekslende spenning og ingen spenning bevirket av to forhøyninger 16. Hver av de forhøyde områdene 30 og 32 er en halv støtlengde langs denne utførelsesformen. Det samme er tilfelle for det ikke-spenningspåførte området 34. Fiberen 24 kan bli sett som en fireports anordning analog med en retningskopler som kopler ulike bølgeledere. De to ortogonale X- og Y-polarisasjonsmodiene til fiberen 24, vist skjematisk ved henvisningstallet 36, er f.eks. analoge med de to inngangsportene til en slik retningskopler. X- og Y-ortogonalpolari-sasjonsmodiene, vist skjematisk med henvisningstallet 38, er likeledes analoge med utgangsportene til en slik retningskopler.

Når spenningen tilført fiberen 24, da vist med kraften F på fig. 5, skyver overflaten 18 mot dobbeltbrytningsfiberen 24 ved en vinkel 0 relativt i forhold til Y-aksene, forskyves de ortogonale aksene til polarisasjonene X og Y (som korresponderer med polarisasjonsmodiene X og Y) abrupt gjennom en vinkel 0 til ortogonalaksene for polarisasjonene X' og Y\

Det er viktig ved driften av denne kopleranordningen at abrupte endringer i orienteringen til polarisasjonsmodusaksene blir bevirket slik at endringer i orienteringen forekommer over områder med svært korte grenser. Dersom endringen i orienteringen er på grunn av en gradvis rotasjon av polarisasjonsaksen over en relativt lang avstand vil der ikke være noen betydelig energioverføring mellom polarisasjonsmodiene på grunn av at resulterende polarisasjonsvektor kun ville følge den gradvise forskyvningen i polarisasjonsaksene og i det vesentlige opprettholde dens posisjon relativt dertil. Ved den viste utførelsesformen er grensene vist med prikkede linjer 40, 42, 44, 46 på fig. 4(a) lokalisert ved kantene til det skraverte området 16 og er således anbrakt periodisk med avstand ved en halv støtlengde. Ved en annen utførelsesform kunne grensene være anbrakt ved et oddemultippel av en halv støtlengde.

Fig. 4(b)-4(g) viser hvorledes disse abrupte grensene 40, 42, 44, 46 i fiberen 24 bevirker energioverføring. Den elektriske feltvektoren for X-polarisasjonsmodusen (som korresponderer med X-aksen til polarisasjonen i dobbeltbrytningsfiberen) er merket X i det ikke-spenningspåkjente området 34 og X' i de spenningspåkjente områdene 30, 32. Den elektriske feltvektoren for Y-polarisasjonsmodusen (som korresponderer med Y-aksen for polarisasjonen) er likeledes merket Y i det ikke-spenningspåkjente området 34, og Y' i de spenningspåkjente områdene 30, 32. Det skal bemerkes at X- og X'-vektorene (fig. 4(b)-(g)), korresponderer med hhv. X- og X'-aksen (fig. 5) for polarisasjon, og Y- og Y'-vektorne (fig. 4(b)-(g)) korresponderer med hhv. Y- og Y'-aksen (fig. 5) for polarisasjon.

På fig. 4(b) er inngangslyset vist med vektoren 48 entrende fiberen 24 med all dens energi i polarisasjonsmodusen. Denne polarisasjonen blir opprettholdt som lys forplantet seg opptil grensen 40 ved begynnelsen av det første spenningspåkjente området 30.

Fig. 4(c) viser energikomponentene etter at lyset har forplantet seg rett forbi grensen 40 inn i det spenningspåkjente området 30. Ved grensen 40 forskyves polarisasjonsaksene X og Y abrupt gjennom en vinkel 0 (fig. 5) til en ny orientering X' og Y\ som beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 5. De nye polarisasjonsmodusaksene X' og Y' representerer orienteringen for de elektriske feltvektorene for de elektromagnetiske lysbølg-ene som utbreder seg i disse polarisasjonsmodiene. Som ved X- og Y-orienteringstilf ellet utbreder seg lyset ved X'-modusen ved en annen hastighet enn lyset i Y'-modusen siden det er grunnprinsippet ved dobbeltbrytning. Den totale polarisasjonen for lyset er så den resulterende vektoren basert på komponentene til energien ved X'- og Y'- eller X- og Y-aksene.

Det skal bemerkes at i det spenningspåkjente området 30 fremkommer det først ved grensen 40 en energikomponent ved Y'-polarisasjonsmodusen mens derimot før grensen 40 var der ingen energi i Y-modusen. Grunnen for dette kommer fra de Maxwellske ligninger som er velkjente for matematiske forhold som forklarer oppførselen til elektromagnetiske bølger ved grenser. Et grunnprinsipp er, at ved en abrupt grense gjennom hvilken et elektromagnetisk felt passerer på orienteringen og størrelsen på den elektriske feltvektoren relativt til en fast observatør være den samme på begge sidene av grensen. I dette tilfellet er den resulterende polarisasjonen, dvs. orienteringen for den elektriske feltvektoren til venstre for grensen 40, som vist med vektoren 48 på fig. 4(b). Til høyre for grensen 40 blir polarisasjonsaksene X' og Y' forskjøvet slik at for å opprettholde den resulterende polarisasjonen for vektoren 48 må der være en liten Y'-komponent på grunn av at X' er forskjøvet fra dens orientering i X-modusen. Noe energi blir således overført fra X-modusen inn i Y'-modusen ved grensen 40.

Når de to Y'- og X'-komponentene utbreder seg gjennom det spenningspåkjente området 30, forskyves de i relativ fase med 180°på grunn av at det spenningspåkjente området er en halv støtlengde lang. Den relative fasen for X'- og Y'-komponentene ved den venstre grensen 42 er vist på fig. 4(d). Den 180°faseforskyvningen er modulert ved å reversere retningen på Y'-komponenten. Det samme resultatet ville bli tilveiebrakt dersom 180°faseforskyvning ble modulert ved å reversere retningen for X- eller X'-vektoren og la Y- eller Y'-vektoren være uendret. Som en følge av denne 180°faseforskyvning blir den resulterende polarisasjonsvektor 50 forskjøvet fra orienteringen til vektoren 48.

Ved grensen 42 forskyves orienteringen for polarisasjonsaksene X' og Y' abrupt tilbake til den opprinnelige orienteringen X og Y som følge av at spenningen fjernes. Når lyset utbreder seg over grensen 42 må polarisasjonen representert av vektoren 50 bli tatt vare på. Situasjonen til høyre fra grensen 42 ved begynnelsen av området 34 er som vist på fig. 4(e). På grunn av at forskyvningen av aksene til polarisasjonen imidlertid bevirker en ledsagende forskyvning i komponentvektorenes retning representert med energien i X- og Y-modien, må størrelsen på X- og Y-komponentene endres for å opprettholde vinkelen og størrelsen på den totale elektriske feltvektoren 50. Ved å sammenligne fig. 4(b) og 4(e) vil det fremkomme at områdene 30, 34 har bevirket en vesentlig økning i størrelsen på Y-energikomponenten.

Fig. 4(f) representerer energikomponentene rett til venstre for grensen 44 som ender i et ikke-spenningspåkjent område 34. Det ikke-spenningspåkjente området 34 er altså en halv støtlengde lang og der vil således være en annen 180°faseforskyvning mellom X- og Y-komponentene når de utbreder seg gjennom området 34. Denne faseforskyvningen er igjen modulert ved å reversere retningen til Y-komponenten ved grensen 44, som vist på fig. 4(f). Av ovenfornevnte vil det således være klart at polarisasjonsaksen vil forskyves abrupt igjen ved grensen 44 fra X- og Y-orienteringen tilbake til X'- og Y'-orienteringen (fig. 5). Dette bevirker mer energi forskjøvet inn i Y'-polarisasjonsmodusen og dette fremgår av fig. 4(g), som viser situasjonen rett til høyre for grensen 44, hvor det opprettholdes størrelsen og vinkelen på den resulterende elektriske feltvektoren 52 over grensen 44, og størrelsen på Y'-komponenten på fig. 4(g) å økes på grunn av forskyvning i vinklene til X- og Y-aksene til X' og Y\ Det går således frem at hver grense ved et oddemultippel av en halv støtlengde bevirker en viss energimengde til å bli koplet fra ene modusen til den andre. Energien koplet ved grensene 40, 42, 44, 46 er additiv slik at den totale mengden med koplet energi fra en ende av fiberen 24 til en annen er kumulativ. Dersom grensene var anderledes enn et nøyaktig oddemultippel av en halv støtlengde, så kunne de kumulative koplede energien fremdeles ikke være null, men hver grense ved en annen et et oddemultippel av en halv støtlengde kunne bevirke energi til å bli koplet inn i den andre modusen som har en komponent som er ute av fase med energien allerede koplet inn i den andre modusen. Denne ute av fase koplede energien ville stryke noe av den energien som allerede var koplet. Om den netto koplede energien var ikke null, ville avhenge av nøyaktig lokalisering av grensene og hvor mye kraft som ble tilført hvert spenningspåkjent område. Generelt kan imidlertid feil i f.eks. størrelsesorden 5-10% i lokalisering av grensene bli tolerert uten at det spesielle ugunstige virkninger på operasjon av oppfinnelsen.

Systemet kan bli kjennetegnet matematisk som følgende. Typisk for sterkt dobbeltbrytende fiber er at lys som forplanter seg ned en av aksene ikke vil koples merkbart til den andre aksen. Det har blitt vist at en ytterligere dobbeltbrytning kan bli indusert ved å påføre trykk på fiberen. Denne bobbeltbrytningen er gitt ved:

hvor a er en konstant lik 1,58 for runde fibre, n er den gjennomsnittlige brytningsindeksen fra fiberen, C er en piezooptisk (eller fotoelastisk) koeffesient, f er kraften pr. enhetslengde tilført fiberen og d er fiberens optiske kappediameter. Ved beregningen var verdien n = 1,46, C = 5 x 10~<12>(MKS), og d = 65 ura. For små krefter kan den ytterligere dobbeltbrytningen bli behandlet som en uregelmessighet i fiberens normale dobbeltbrytning. For analyseformål er det antatt at den tilførte kraften er ved 45°til fiberaksene for dobbeltbrytning, dvs. 0 på fig. 5 er lik 45°. Tilførselen av kraften ved en vinkel på 45°til en dobbelt - brytningsakse bevirker maksimal forskyvning i orienteringen av dobbelt - brytningsaksene pr. enhetskraft for den beskrevne utførelsesformen til den samtidig inngitt søknaden. Vinkelen er imidlertid ikke kritisk og avviket fra 45° kan bli justert for ved økning av tilført kraft. Det første ordensresultatet av den uregelmessige dobbeltbrytningen er dreiing av fiberens opprinnelige dobbeltbrytningsakser gjennom en liten vinkel. Denne lille forskyvningen i dobbeltbrytningen utgjør ikke noen betydelig endring i størrelsen på den totale dobbeltbrytningen An. Vinkelen 0 er gitt av

Hvor 0 er vinkelen ved hvilken trykket blir påført med hensyn til den hurtige aksen (dvs. Y-aksene på fig. 5);An^er den indre dobbeltbrytningen til fiberen, ogAnp er den induserte dobbeltbrytningen som beregnet i ligningen 1.

Lys opprinnelige polarisert langs X-aksene vil dekomponeres i komponenter polarisert langs aksene X' og Y' når de går inn i det skvisede området. Den relative fasen til lyset i de to polarisasjonene vil endres med n radianer ved en halv støtlengde (dvs. L/2). Dersom kraften på fiberen blir fjernet ved denne avstanden, vil lyset dekomponeres tilbake i komponentene langs den opprinnelige aksen med en størrelse cos<2>(20) i X-polarisasjonen og sin<2>(20) ved Y-polarisasjonen. Etter utbredelsen av en annen L/2 avstand vil det riktige faseforholdet ved de to aksene bli etablert slik at et andre spenningspåkjent område vil bevirke ytterligere energioverføring. For en enkel L/2 lengde spenningspåkjent område og L/2 ikke-spenningspåkjent område kan en Jones-matrise T bli skrevet for å beskrive amplitudepolarisasjonstransformasjonen til denne strukturen:

Gjentagende av en slik struktur N ganger gir en total polarisasjonstrans-formasjonsmatrise:

Fullstendig kopling fra en posisjon til en annen kan derfor bli tilveiebrakt ved å tilføre en kraft F til N forhøyninger, slik at 2NØ = n/2. For store N, (f.eks. N>5), er denne optimale kraften gitt med:

Dersom N = 10 og L = 32 millimeter og det anvendes et antall nummer gitt ovenfor, vil f.eks. en kraft på 177 g være nødvendig for å fullføre koplingen.

Ved anordningen vist på fig. 1 med den beskyttende fibermantelen fjernet fra fiberen 24 for å frilegge den optiske kappen til fiberen direkte mot forhøyningene. Dette er ikke alltid nødvendig.

Fig. 6 viser et system som anvender polarisasjonskopleren beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 1-5 merket med henvisningstallet 54. En frekvensavstembar farvelaser 56 ble anvendt for å generere kildelyset. Dette lyset, polarisert av standardpolarisatoren 58, blir sendt inn i en lengde med elliptisk kjernedobbeltbrytende fiber 24 ved hjelp av en linse 60 som fokuserer polarisert lys på fiberkjernen. Polarisatoren 58 er innrettet for å slippe gjennom lys inn i kun en av de to ortogonale polarisasjonsmodiene til fiberen 24. Lyset forplanter seg inn i fiberen 24 gjennom polarisasjonskopleren 54 og har noe eller all dens energi koplet inn i den andre ortogonale polarisasjonsmodusen ved eksitering av fiberen 24 ved fibersegmentet 64. En linse 62 kollimerer lys sendt ut fra utgangsfibersegmentet 64 og bevirker at en stråle 65 således dannet faller på en strålespalter 66. Strålespalteren 66 bevirker at en del av strålen 65 blir rettet mot en standard fotodetektor 68 og den øvrige delen av strålen 65 blir sluppet gjennom en polarisator 70. Polarisatoren 70 slipper gjennom kun lys av samme polarisasjon relativt i forhold til polarisasjonen etablert av polarisatoren 58. Lyset sluppet gjennom polarisatoren 70 blir påtrykket en standard fotodetektor 72. Utgangssignalene til fotode-tektorne 72 og 68 blir ført ved hjelp av hhv. linjene 76, 78 til en standard forholdsmåler 74 som angir den relative energien i ortogonal polarisasjon sammenlignet med total utgangsenergi. Med polarisatoren 70 ved utgangen blir et ekstinksjonsforhold mellom fiberpolarisasjonene målt til mellom 19 og 32 dB. Ekstinksjonsforholdet er logaritmen til basisen 10 for forholdet mellom den optiske energien i den vertikale polarisasjonsmodusen og den optiske energien i den horisontale polarisasjonsmodusen. Et ekstinksjonsforhold på i det minste 19 dB ble tilveiebrakt uten hensyn til bølgelengden når bølgelengden ble endret. Det er antatt at denne grensen er innstilt av spredningstapet i fiberen (>150 dB/km), på grunn av at noe spredt lys forblir ledet. Ved visse bølgelengder ble forholdet forbedret opptil 32 dB sannsynligvis på grunn av destruktiv interferens i det spredte lyset. Når den forhøyede blokken 14 ble anbrakt på fiberen og trykket ble tilført, ble det tilveiebrakt et koplingsforhold større enn 32 dB typisk med en kraft på omkring 220 g. Koplingsforhol-det er logaritmen til basisen 10 for forholdet mellom den optiske energien ikke koplet med den ortogonale polarisasjonsmodusen og energien som er koplet i den ortogonale modusen. Dette forholdet ble observert med ti forhøyninger ved 633 nm og med 30 og 60 forhøyninger ved omkring 608 nm lysbølgelengde.

Forhøyningene til kopleren på fig. 1 må bli konstruert for en bestemt bølgelengde på grunn av at støtlengden til lyset til fiberen ikke er konstant som funksjon av bølgelengden. Når anordningen ble anvendt ved en annen bølgelengde, endres faseforskyvningenAØover en forhøynings-lengde fra n radianere til n + 2S radianere. Fullstendig energioverføring kan følgelig ikke lenger finne sted. Antas at det er tilført riktig kraft til hver forhøyning slik at 2NG = n/2, blir overføringsmatrisen over en enkel forhøyning og gapperiode

Dersom lyset er opprinnelig sendt ut ved kun en polarisasjon, er etter N forhøyninger energien koplet i den andre polarisasjonen gitt med | k 1<2>, hvor

Ut av diagonalelementene til overføringsmatrisen representerer .størrelsen på amplitudekoplingen som vil forekomme mellom polarisasjonsmodiene. Denne amplitudekoplingen k er verdien for hver av de to ut av diagonal-matriseelementene til T^.

Avhengigheten av koplingen på bølgelengden ble undersøkt eksperimentelt ved å anvende en farvelaser avstembar mellom 569 nm og 614 nm. Anordningen som ble anvendt var en 60 forhøyningskopler hvis senter-bølgelengde var 609 nm, til hvilket ble tilført et jevnt optisk trykk. Den eksperimentelle oppsettingen var den samme som vist på fig. 6. Lyset igjen i den opprinnelige polarisatoren, dvs. ikke koplet, var det detek terte signalet. Forholdsmåleren 74 ble anvendt for å kompensere for laserenergifluktasjon når bølgelengden ble endret. Resultatene ble opptegnet på fig. 7, som viser eksperimentellresultatene som punkter og det teoretisk forutsigbare resultatet basert på abrupt forskyvning i dobbeltbrytningsmodellen antatt ved systemet som en heltrukket linje. Et godt samsvar mellom de to kurvene understøtter konklusjonen at endringer i dobbeltbrytningen ved grensene til spenningspåkjente områder er virkelig abrupte. En full bredde på et halvt maksimum, som er teoretisk lik tilnærmet X/N ble observert til å være 9 nm. Sidelobene var imidlertid høyere enn forutsagt på grunn av ujevnt trykk til forhøyning-ene på fiberen. Dette ujevne trykket var sannsynligvis bevirket av variasjoner i fiberdiameteren og forhøyningens høyde i størrelsesorden av angstroms og kan bli tatt hensyn til ved individuell konstruksjon av veide forhøyninger.

Polarisasjonskopleren beskrevet med henvisning til fig. 1-7 ovenfor kan bli anvendt som en amplitudemodulator. Ved å variere kraften F på fig. 4(a) i samsvar med et modulasjonssignal kan en varierende energimengde bli koplet fra X-polarisasjonsmodusen til Y-polarisasjonsmodusen hvor koplingsgraden er proporsjonal med kraftens F størrelse. Dvs. at dersom en hver kommersiell transduser 80 på fig. 6 er drevet, f.eks. sinusmessig for å variere kraften F tilført den forhøyede blokken 14 til polarisasjonskopleren 54, vil den optiske energien i Y-polarisasjonsmodusen til fiberen 24 være direkte proporsjonal med størrelsen til kraften F, hvor inngangs-energien blir sendt til å begynne med i sin helhet i polarisasjonsmodus X. Dette kan bli sett ut fra ligningen (1) hvor der fremgår at ytterligere dobbeltbrytning indusert av spenning er direkte proporsjonal med kraften tilført pr. lengdeenhet. Når kraften varierer endres vinkelen gjennom hvilke polarisasjonsaksemodusene forskyves, endringen som ligning (2). Disse endringene av energigraden forskjøvet mellom polarisasjonsmodusene ved endring av energigraden dekomponerer på hverandre til de nye aksene ved hver grense, som fremgår av undersøkelsen av fig. 4(b)-4(g).

Som vist ovenfor kan anordningen beskrevet på fig. 1 være fordelaktig anvendt som en amplitudemodulator ved å drive kraften vist på fig. 4(a) med et tidsvarierende signal. Prinsippet for operasjonen er vist med kurven på fig. 8 som viser en koplingskurve 99 som angår den tilførte kraften på den horisontale aksen i prosent av koplet energi på den vertikale aksen. Den tilførte kraften på den horisontale aksen er kraften F tilført den forhøyede blokken 14 på fig. 4(a). Når den tilførte kraften blir øket, blir energiprosenten koplet fra en polarisasjonsmodus til en annen polarisasjonsmodus øket inntil i det vesentlige 100% av energien er overført fra den opprinnelige modusen inn i den andre modusen. Dette er vist på fig. 8 ved hjelp av en sinuslignende kurve fra henvisningstallet 100 til henvisningstallet 102. Dersom den tilførte kraften blir øket over størrelsen som korresponderer med henvisningstallet 102, vil overkopling forekomme og den koplede energien vil følgelig avta som vist på kurven fra referansetallet 102 til referansetallet 104. Selv om kurven fra referansetallet 100 til referansetallet 102 er hovedsakelig sinusformet, er et segment av kurven sentrert rundt 50% koplet energi i hovedsaken lineær. Dette er vist med punktet 109 på koplingskurven 99. Dersom den tilførte kraften således blir variert om størrelsen som korresponderer med 50% kopling, vil prosenten med koplet energi variere i det vesentlige lineært i forhold til variasjonen i tilført kraft.

På fig. 8 viser kurven 106 og 108 virkningen av en tidsvarierende kraft aF (kurve 106) og den resulterende tidsvarierende koplede energien aP (kurve 108). Variasjonen i koplet energi kan bli detektert som en variasjon i signalnivået detektert av fotodetektoren 72 på fig. 6. Polarisatoren 70 på fig. 6 kan bli justert for å slippe gjennom lys i enten samme polarisasjon relativt i forhold til polarisasjonen etablert av polarisatoren 58 eller ortogonal polarisasjon. Dersom valgt for samme polarisasjon, vil det detekterte signalnivået reduseres når tilført kraft økes og motsatt. Dersom polarisatoren 70 er valgt for å slippe gjennom lys i den ortogonale polarisasjonsmodusen, vil detektert lysnivå øke når kraften øker og motsatt.

Fig. 9(a), 9(b) og 9(c) viser tre utførelsesformer for tilveiebringelse av modulasjon til polarisasjonskopling ved dobbeltbrytende fiber ved å variere trykket til forhøyningene på fiberen. På fig. 9(a) innbefatter amplitudemodulatoren en maskinert blokk av aluminium 112 som har forhøyningene beskrevet ovenfor, som blir presset ned på en fiber 110 ved å gjennomhulle et stykke av blyzirkonattitanat (PZT) 114 som er over den. Ved en utførelsesform er der 19 forhøyninger på den maskinerte blokken av aluminium 112, hver med en bredde på 0,457 mm og 0,406 mm mellomrom, slik at 0,863 mm er en støtlengde. Et stykke av Mylar<®>foliematerialet 118 mellom fiberen 110 og en flat plate 120 under tjener til å isolere den positive spenningen på PZT 114 fra jord. Den tilveiebringer også et svamplignende sjikt på hvilket fiberen kan bli presset slik at brudd blir redusert og forbedrer kontakten mellom aluminiumforhøy-ningene 112 og fiberen 110. En statisk kraft blir påført de to alumi-niumsplatene 116, 120 for å tilveiebringen en statisk forspenning av anordningen som beskrevet ovenfor. Et oscillerende elektrisk signal blir tilført PZT-materialet 114 for å tilveiebringe tidsvarierende modulasjon av det optiske signalet. Anordningen på fig. 9(a) har en resonansefrekvens på tilnærmet 29 kHz og er opererbar for frekvenser opptil 350 kHz.

For å øke den maksimale operasjonsfrekvensen til anordningen er det ønskelig med en konfigurasjon slik som den vist på fig. 9(b) eller fig. 9(c). Konfigurasjonen på fig. 9(b) innbefatter en plasttopplate 126 av Delrin<®>plast eller annet egnet materiale over en forhøyet aluminiums-blokk 124, slik som på fig. 9(a). Et PZT-materiale 128 er imidlertid anbrakt under fiberen 122 og må ikke bevege massen med den forhøyede blokken 124. Kopleren på fig. 9(b) opererer i området over 1,5 MHz.

Som vist på fig. 9(c) kan forhøyningene alternativt være kuttet direkte i et PZT-materiale 134, og PZT-materialet 124 påført direkte på en fiber 132. Som ved alle konfigurasjoner blir en statisk kraft tilført til en øvre plate slik som en øvre plate 136 på fig. 9(c) og en nedre plate slik som en plate 138 på fig. 9(c) for å forspenne koplingen til fiberen ved tilnærmet 50%. Ytterligere beskrivelse av anordningene på fig. 9(a-c) kan bli funnet i artikkelen "Active polarization coupler for birefringent fiber", J.L. Brooks, et al., "Optics Letters", vol. 9, nr. 6, juni 1984, side 249-251.

Ved hver av de ovenfor beskrevne anordningene skulle forhøyningen fortrinnsvis bli nøyaktig maskinert inn i den forhøyede blokken, enten det anvendes et PZT-materiale eller aluminium for å fordele spenningen jevnt nedover lengdeaksen til den optiske fiberen. Blokken med PZT-materiale må dessuten være slik at tidsvarierende modulasjon blir påført jevnt. Frekvensreaksjonen til modulatoren oppbygd i samsvar med fig.

9(a), 9(b) eller 9(c) er dessuten begrenset av den akustiske resonansen til PZT-materialet.

Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse

Fig. 10 viser en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. En dobbeltbrytende optisk fiber 200 med en elliptisk kjerne som beskrevet ovenfor eller som har indre dobbeltbrytning indusert av spenning eller på annen måte, er anbrakt på en plan overflate 203 til et anisotropisk krystallsubstrat 202, slik som Y-skåret litiumniobat (LiNbO^) med en tykkelse på tilnærmet 2 mm. Fiberen 200 er orientert perpendikulært på Z-aksen til litiumniobatet 202. Litiumniobat subst ratet 202 er et piezo-elektrisk materiale ved hvilket akustiske overflatebølger, med en forplat-ningshastighet på tilnærmet 3480 m/s langs dens perifere akse for forplantningen (dvs. Z-aksen) kan bli indusert ved å underlegge deler av dens overflate for en oscillerende spenning. For å generere akustiske overflatebølger er flere akustiske transdusere 204 festet til substratets 202 overflate 203.

En typisk akustisk transduser 204 er vist nærmere på fig. 11 (a). Forbindelsesputer 204(a) og 204(f) er elektrisk forbundet med inn i hverandre føyde elektroder eller respektive fingrer 204(b-e) og 204(g-j). Fingrene 204(b-e), 204(g-j) har en bredde W f på 200 um og har et mellomrom Sf på 200 um for å danne en interdigital transduser. Senter-til-senter mellomrommet dc_cmellom fingrene er således 400 um. Putene og fingrene kan bli anbrakt på litiumniobatsubstratet 202 ved hjelp av metallavsetning eller etsing slik som gjort ved halvledertynn filmteknikk eller fotolitografisk teknikk. En oscillerende spenning blir tilført forbindelsesputene 204(a) og 204(f) som således bevirker et varierende elektrisk felt tilført mellom tilliggende fingrer til transduseren 204. Som velkjent innenfor teknikkens område, bevirker elektrisk felt piezoelektri-ske spenninger i litiumniobatsubstratet 202 og resulterer i en akustisk overflatebølge som blir generert mellom figrene. Et par akustiske overflatebølger utbreder seg bort fra transduseren 204 i retningen angitt med pilene 205(a) og 205(b) og forplanter seg langs overflatene 203 (fig.

10) til litiumniobatsubstratet 202 (fig. 10).

Selv om frekvensen til den oscillerende spenningen kan bli variert blir en foretrukket frekvens valgt som genererer en akustisk bølge som har en bølgelengde lik to ganger senter-til-senter mellomrommet mellom tilliggende fingrer. Dette er vist på fig. 11 (b) som viser en akustisk bølgeform 205, som har en bølgelengde på 800 um og som utbreder seg i retningen angitt av bølgen 205(a) på fig. 11 (a), tegningsmessig overlagret den forlengede midtlinjen til figrene for transduseren 204 på fig. 11 (a). Siden spenningen mellom et fingerpar 204(b)/204(g) er det samme som spenningen mellom et fingerpar 204(c)/204(h), dersom den akustiske bølgen 205 utbreder seg i avstanden mellom fingerparene 204(b)/204(g) og fingerparene 204(c)/204(h) i samme tidsvarighet som den tilførte oscillerende spenningen fullfører en full sinussyklus, vil den akustiske bølgen generert av fingerparet 204(b)/204(g) bli synkront inntvunget av spenningen bevirket av spenningen ved fingerparene 204(c)/204(h), (dvs. transduseren 204 vil bli drevet ved dens resonansefrekvens). Den akustiske forplantningshastigheten i litiumniobat er typisk tilnærmet 3480 m/s. En akustisk bølge 205 med en bølgelengde på 800 um korresponderer derfor med en akustisk frekvens på 4,35 MHz (dvs. 3480 m/s - 800 um = 4,35 MHz).

Ytterligere informasjon angående akustiske overflatebølger kan bli funnet i artiklene "UHF SURFACE ACOUSTIC WAVE RESONATORS", E.P. Staples, et al., 1974 "Ultrasonics Symposium Proceedings", IEEE kat. nr. 74 CHO 896-ISU, sidene 245-252; "REFLECTIVE ARRAYS FOR SAW RESONATORS", Peter S. Cross, 1975 "Ultrasonics Symposium Proceedings", IEEE kat. nr. 75 CHO 944-4SU, sidene 241-244; "Susface-Acoustic-Wave Resonators", Peter S. Cross, et al., "HAWLETT-PACKARD JOURNAL", desember 1981, sidene 9-17; "SURFACE WAVE RESONATORS", K.M. Lakin, et al., 1975 "Ultrasonic Symposium Proceedings, IEEE kat. nr. 75 CHO 994-4SU, sidene 269-278; og "S.A.W. REFLECTING ARRAYS", G.L. Matthaei, et al., "ELECTRONICS LETTERS", vol. 12, nr. 21, 14. oktober 1976, sidene 556-557.

Som fig. 10 viser innbefatter den plane overflaten 203 til litiumniobatsubstratet 202 en rekke med avstand anbrakte parallelle utsparinger eller spor 208 orientert parallelt til Z-aksen for substratet 202 og således normalt på fiberen 200. Delen 206 til overflaten 203 som er mellom sporene 208 gir en rekke med avstand anbrakte parallelle forhøyninger 206 som hver er innrettet med en av de akustiske transduserne 204 for å motta en akustisk bølge, slik at den akustiske bølgen forplanter seg i lengderetningen til forhøyningene. Hver forhøyning 206 har en bredde hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde for den optiske fiberen 200 (dvs. bredden er lik nL/2 hvor n er et oddehelt tall). Forhøyningene 206 er adskilt med et spor 208 som hver har en bredde hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde. Skillet mellom korresponderende steder på tilliggende forhøyninger 206 er et multippel av en støtlengde. Hver forhøyning 206 virker som en akustisk bølgeleder for å lede akustiske bølger 205 i retningen vist med pilen 205(a) på fig.

11 til fiberen 200.

En flat trykkplate 210, slik som en flat silisiumplate, er anbrakt på den optiske fiberen 200 i en posisjon parallelt med overflaten til substratet 202, slik at fiberen 200 er lagt i lag mellom den flate platen 210 og forhøyningene 206. Kreftene tilført den flate platen 210 bevirker en rommessig periodisk spenning på den optiske fiberen 200 som beskrevet ovenfor med henvisning til anordningen vist på fig. 1 som følge av forhøyningen 206. Fiberen 200 vil således bli spenningspåkjent hvor den er i kontakt med forhøyningen 206 (dvs. ved spenningspåkjente områder 207) og vil bli ikke-spenningspåkjent hvor den passerer over sporene 208 (dvs. i ikke-spenningspåkjente områder 209). Størrelsen på kraften tilført den flate platen 210 bestemmer det statiske forspenningspunktet på fiberen 200 som tidligere vist med henvisning til fig. 8. Et typisk forspenningspunkt er angitt med henvisningstallet 109 på fig. 8 ved tilnærmet 50% kopling.

Ifølge oppfinnelsen blir det forhøyede substratet 202 og den flate silisiumtrykkplaten 210 opprettholdt i et fast forhold for å tilføre en konstant kraft som statisk spenningspåkjenner fiberen 200 ved områdene 207. Tidsvarierende spenninger blir påført fiberen 200 av akustiske bølger 205. Et av parene til de akustiske overflatebølgene (f.eks. bølgen i retningen til 205(a) på fig. 11) generert av hver av transduserne 204 bevirker nærmere bestemt små bølger i overflaten til litiumniobatsubstratet 202 som forplanter seg langs forhøyningen 206 i en retning angitt med pilen 205(a) på fig. 10 til fiberen 200 for å variere trykket tilført fiberen 200. Dette er vist nærmere på fig. 12 som viser et tverrsnitt av fiberen 200 på substratet 202. Overflatebølgene bevirket av akustiske overflate-bølger 205(a) er vist (i forstørret størrelse) som bølger 222. Variasjonen i spenningen på fiberen 200 bevirket av bølgen 222 på den akustiske overflatebølgen 205 kan f.eks. korrespondere med sinusformen 106 på fig. 8 for således å gi en resulterende fluktasjon i den optiske energien ved den koplede modusen som korresponderer med sinusformen 108 på fig. 8.

Som vist på fig. 12 kan den optiske fiberen 200 være fast festet til litiumniobatsubstratet 202 og den flate silisiumplaten 210 ved hjelp av en sement, slik som ultrafiolettherdet epoksy 218, 220, 221 tilført sparsomt. Mestedelen av epoksyen 218 skulle fortrinnsvis være tilført siden av fiberen 200 som er motsatt de akustiske transduserne 204 (fig. 10) slik at kun en minimal mengde med epoksy 220 er i den akustiske bølgebanen mellom fiberen 200 og den akustiske transduseren 204 for å unngå endring av overflatebølgen 222 til de akustiske overflatebølgene 205(a) generert av transduserne 204.

For at den kumulative effekten til de akustiske bølgene 205(a) på fiberen 200 blir additive, skulle bølgefrontene fra hver av transduserne 204 på fig. 10 støte på fiberen 200 hovedsakelig synkronisert. Med andre ord, toppene og dalene til hver akustisk bølge skulle være i fase når de ankommer ved fiberen 200 for således å treffe fiberen ved hovedsakelig samme tidspunktet. De akustiske interdigitale transduserne 204 (akustiske transdusere med en form som mellomliggende fingrer) er alle festet til samme kilde for oscillering av elektrisk spenning og er derfor synkronisert. Fingrene 204(b-e) og 204(g-j) til hver av de akustiske transduserne 204 (fig. 11) er anbrakt på substratet 202 hovedsakelig fluktende slik at de er parallelle i forhold til hverandre. Når den optiske fiberen 200 dessuten er anbrakt på litiumniobatsubstratet 202, er det orientert parallelt i forhold til fingrene til transduserne 204. De akustiske bølgene treffer således den optiske fiberen 200 i hovedsaken synkront.

Forhøyningene 206 virker som akustiske bølgeledere for akustiske bølger 205(a) generert av tranduserne 204. Selv om bølgefrontene de akustiske bølgene kan ha en tendens til å øke i bredde når bølgene utbreder seg bort fra transduseren 204, styrer forhøyningen 206 med fordel bredden på bølgefrontene som treffer fiberen og forhindrer således at de akustiske bølgene treffer fiberen 200 utenfor de spenningspåkjente områdene. Breddene på bølgefrontene til de akustiske bølgene blir således bestemt av breddene på forhøyningen 206 og blir derfor opprettholdt ved samme bredde som de spenningspåkjente områdene 207 til fiberen 200 bevirket av trykket til forhøyningen 206. Den rommessige perioditeten til virkningen av de akustiske bølgefrontene på fiberen 200 blir innrettet med rommessig periodisitet til de spenningspåkjente områdene 206 og ikke-spenningspåkjente områdene 209 for fiberen 200.

Ved en spesielt foretrukket utførelsesform av den forhøyede anordningen er forhøyninger 206 skåret inn i litiumniobatsubstratet 202 for å tilveiebringe forhøyningsforspenninger og virke som bølgeledere for akustiske bølger. Som beskrevet ovenfor er rekken med spor 208 skåret mellom transduserne 204 slik at forhøyningene 206 er i flukt med de akustiske transduserne 204. Sporene 208 er kuttet for å danne forhøyninger 206 ved konvensjonelle kjente metoder. Anordningen innbefatter dessuten et absorberermateriale 212(a) og 212(b) på overflaten 203 til substratet 202 på begge sider av anordningen for å forhindre refleksjon av akustiske bølger, som således forhindrer interferens som kan forvrenge bølgefront-ene til de akustiske bølgene. Det akustiske absorpsjonsmaterialet 212(a) er anbrakt på overflaten 203 på siden av fiberen 200 motsatt transduseren 204 for å absorbere energien som forblir i de akustiske bølgene som forplanter seg i retningen 205(a) (fig. 11) etter at den akustiske bølgen har passert under fiberen 200. Det akustiske absorpsjonsmaterialet 212(b) er anbrakt på overflaten 203 på siden av transduserne 204 motsatt fiberen for å absorbere energien i de akustiske bølgene som forplanter seg i retningen 205(b) (fig. 11).

Ved en annen spesielt foretrukket utførelsesform av denne anordningen er forhøyningen 206 dannet ved avsetning av akustisk ledende materiale, slik som gull, på overflaten til litiumniobatsubstratet 202. Ved denne utførelsesformen (ikke vist) er forhøyninger 206 bygt oppå den plane overflaten 203 slik at sporene 208 er i planet til overflaten 203. Sporene 208 er således området med litiumniobatove r flaten 203 mellom forhøyning-ene hvor ingen avsetning har blitt gjort. Som tidligere beskrevet utførelsesform virker forhøyningene 206 som bølgeledere for akustiske bølger generert av transduserne 204. Det er imidlertid den delen som er bygt oppå overflaten 203 som danner forhøyningene 206. Et felles gullsjikt kan alternativt bli avsatt på hele overflaten til litiumniobatsubstratet 202 og sporene 208 kan i det påfølgende bli dannet ved å fjerne gullet ved konvensjonell halvlederetseteknikk. Transduserne 204 av mellomfingertypen og forhøyningene 206, som danner de akustiske bølgeledere, er fortrinnsvis dannet ved hjelp av samme etseteknikk.

Alternative utførelsesformer av oppfinnelsen som ikke anvender forhøy-ninger på noen av overflatene i kontakt med den optiske fiberen er vist og beskrevet med henvisning til fig. 13-20. Siden der ikke er noen forhøyninger for å tilveiebringe bølgelederne, er det spesielt foretrukket ved disse utførelsesformene å anvende et anisotropisk substrat, slik som litiumniobat, som fortrinnsvis leder akustisk bølgeenergi. Den krystalliske gitterstrukturen til det anisotropiske materialet virker som en bølgeleder for å lede bølger i den ønskede retningen. En av disse utførelsesformene er vist på fig. 13. En dobbeltbrytende optisk fiber 230 er anbrakt på en flat overflate 233 av et litiumniobatsubstrat 232 perpendikulært på Z-aksen til substratet, som tidligere og trykk blir påført en flat trykkplate 236. Hverken litiumniobatsubstratet 232 eller den flate trykkplaten 236 har imidlertid noen spor eller forhøyninger. Den flate trykkplaten 236 kan f.eks. være et 15,73 mm langt stykke polert silisium, men andre materialer kan bli anvendt for å danne den flate platen, f.eks. kvartskry-stall. Den rommessige perioditeten nødvendig for å frembringe virknings-full kopling mellom polarisasjonene blir dannet ved å anvende en rekke med akustiske overflatebølgetransdusere 234 som frembringer en rekke med akustiske stråler som har en bredde på et oddemultippel av L/2 (dvs. nL/2 hvor n er et oddehelt tall) og er adskilt med gap som har en bredde på et oddemultippel av L/2, hvor L er støtlengden til den optiske fiberen 230. Avstandene mellom korresponderende steder på tilliggende transdusere 204 er således like en multippel av en støtlengde.

Ved eksempelanordningen på fig. 13 er åtte transdusere 234 av mellomfingertypen fremstilt ved å avsette innskutte 200 um brede metallfingrer på litiumniobatsubstratet som vist på fig. 14. De åtte transduserne 234 er orientert for Z-forplantning, dvs. i retningen til Z-aksen for substratet 232, og derfor normalt i forhold til lengdeaksen til fiberen 230. Transdu serne kan bli dannet ved å tilveiebringe en fotolitografisk maske på gull bundet på substratet 232 og så bortetsing av ikke-maskerte deler eller ved å anvende tynnfilmteknikk konvensjonelt anvendt ved hal vi eder frem-stillingen.

Som vist på fig. 15 innbefatter hver transduser 234 to elektroder 237(a), 237(b) idet hver elektrode innbefatter et sett med fire elektriske innbyrdes forbundne fingrer. Fingrene til et sett er innskutt med fingrene til det andre settet slik at de overlapper, men ikke berører hverandre. Lengden på overlappingen mellom fingrene til hvert sett (vist som nL/2 på fig. 15) er hovedsakelig et oddemultippel av en halv støtlengde til den optiske fiberen 230. Hver av fingrene har f.eks. en bredde W'f på 200 um og er anbrakt med avstand fra tilliggende finger med avstanden S'f lik 200 pm. Der er således et 400 um senter-til-senter mellomrom d'c_cmellom tilliggende fingrer og et 800 um senter-til-senter mellomrom d"c_cmellom fingrer som er elektrisk innbyrdes forbundne. Som beskrevet i forbindelse med transduseren 204 på fig. 11, når en oscillerende spenningskilde er tilknyttet transduseren 204, blir et elektrisk felt generert mellom tilliggende fingrer som således spenningspåkjenner litiumniobatsubstratet 232 og generer akustiske overflatebølger som forplanter seg i retninger angitt med pilene 235(a) og 235(b). De genererte akustiske overflatebølgene har bølgefronter med bredder lik lengden til overlappingen (dvs. nL/2) og har en frekvens lik frekvensen til den oscillerende spenningskilden. Som forklart ovenfor i forbindelse med fig. 10 for størrelsene dernevnt, korresponderer en oscillerende spenningsfrekvens på 4,35 MHz med resonansefrekvensen til transduseren og er derfor foretrukket selv om andre frekvenser kan bli anvendt.

Med henvisning til fig. 14 er en konvensjonell oscillerende spenningskilde (ikke vist) elektrisk forbundet med transduserne 234 ved hjelp av forbind el se sputer 240 og 242. Flere ledninger 244 forbinder elektrodene 237 (a) til transduseren 234 med forbindelsesputen 240 og flere av ledningene 246 forbinder elektrodene 237(b) til transduserne 234 med forbindelsesputen 242. De akustiske bølgene generert av hver transduser 234 er således i fast faseforhold med hverandre. Et enkelt tilpasningsnettverk (ikke vist) kan bli anvendt for å tilpasse den store kapasitive impedansen til transduseren 234 med impedansen til spenningskilden. Mellomrommet (indikert som gap på fig. 14) mellom overlappede deler av tilliggende transduser 234 er også valgt som et oddemultippel av en halv støtlengde til den optiske fiberen (dvs. nL/2 hvor n er et oddehelt tall). De genererte akustiske overflatebølgene vil således bli adskilt av en avstand lik nL/2.

Som vist på fig. 13 blir overflatebølgene fra hver av transduserne 234 ledet av litiumniobatsubstratet 232 til dobbeltbrytningsfiberen 230 i retningen angitt med pilene 235. Som vist ovenfor i forbindelse med fig. 10 er fiberen 230 fortrinnsvis anbrakt med dens lengdeakse parallell med fluktende kanter av transduserne 234. Ulikt utførelsesformen på fig. 10 ved hvilken forhøyningen 206 styrer bredden på bølgefronten når de treffer mot fibrene, kan imidlertid de akustiske bølgefrontene ved denne utførelsesformen ha en tendens til å øke i bredde. Fiberen 230 er derfor fortrinnsvis anbrakt med avstand fra og parallelt med transduserne med en avstand delt slik at de akustiske bølgefrontene treffer fiberen 230 ved tilnærmet knutepunktet til Fresnel- og Fraunhofer-områdene til de akustiske bølgene. Lengden på Fresnel-området er som kjent bestemt av geometrien til transduseren 234 så vel som av bølgelengden til de akustiske bølgene generert av transduserne 234. I Fraunhofer-området er bølgefrontene bedre definert enn i Fresnel-området selv om bølgefrontene har en tendens til å divergere hurtig etter at de har gått inn i Fraunhofer-området for derved å avta i deres intensitet og øke bredden på bølgefrontene. De akustiske bølgene vil bli vel definert som maksimal intensitet ved knutepunktet mellom Fresnel- og Fraunhofer-områdene og ved foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er fiberen 230 lokalisert ved eller nær knutepunktet.

Som vist på fig. 13 blir et akustisk absorpsjonsmateriale 238a og 238b påført litiumniobatsubstratet 232 for å absorbere akustiske overflatebølger etter at de passerer fiberen 230, og for å absorbere akustiske overflate-bølger generert av transduserne 234 som utbreder seg bort fra transduserne 234 i retning bort fra fiberen 230. Absorpsjonsmaterialet 238a og 238b forhindrer refleksjoner til de akustiske overflatebølgene fra grensene til litiumniobatsubstratet 232 fra å interferere med genererte akustiske bølger.

Siden hverken den flate silisiumplaten 236 eller overflaten 233 til substratet 232 har forhøyninger eller spor som ved tidligere beskrevne

utførelsesformer på fig. 10, blir koplingskurven 99 på fig. 8 ikke anvend-bar på utførelsesformen på fig. 13. Spenningen bevirket av trykket tilført fiberen 230 mellom den flate silisiumtrykkplaten 236 og overflaten 233 til substratet 232 bevirker i stedet kopling mellom forplantende modier i samsvar med forholdet vist med koplingskurven 239 på fig. 16.

Den vertikale aksen til kurven på fig. 16 representerer delen av energien koplet fra en forplantningsmodus til den andre. 1,0 på den vertikale aksen angir f.eks. at all energi som forplanter seg til å begynne med i en modus er koplet til den andre modusen og 0,5 angir at en halvdel av energien som forplanter seg til å begynne med i en modus er koplet til den andre modusen.

Den horisontale aksen på fig. 16 representerer kraften tilført fiberen 230 for å bevirke kopling mellom modiene. I stedet for å vise den tilførte kraften som en absolutt størrelse som vil bevirke en annen virkning avhengig av antall innbyrdes relaterte parametere, slik som fiberstørrelse og orientering er den tilførte kraften representert av trykkindusert dobbeltbrytning til fiberen 230 som en del av den indre dobbeltbrytningen til fiberen 230, dvs.Anp/Anj. ParameterenAnj representerer den indre dobbeltbrytningen til fiberen 230 som er forskjellen mellom brytningsindeksene til to akser for fiberen i fravær av ytre tilført spenning, som ved eksempelfiberen 230 er tilnærmet 3,73 x 10-^. ParameterenAnp er ytterligere dobbeltbrytning indusert ved tilførsel av trykk på fiberen og er gitt av ligningen:

hvor a er en konstant lik 1,58 for rund fiber, n er gjennomsnittlig brytningsindeks for fiberen 230, C er den fotoelastiske koeffesienten, f er kraften pr. lengdeenhet tilført fiberen 230 og d er diameteren på fiberen 230. For en elliptisk kjernefiber fra Andrew Corporation (som vist på fig. 3) som har en ikke-mantlet optisk diameter ^optisk kappe på 50 um, og X- og Y-kjerneakser med lengder ^x-kjerne og ^y-kjerne på 2

um og 1 um, henholdsvis, blir en typisk verdi for C f.eks. 3,36 x 10 ^m^/Newton.

Som vist på fig. 16 er det foretrukket at trykkindusert dobbeltbrytningAnp til fiberen 230 (fig. 13) er nesten lik den indre dobbeltbrytningenAnj for å sikre at en stor del av energien blir koplet fra en modus til en annen. Ulikt koplingskurven 99 vist på fig. 8 for den forhøynings-forspente anordningen er koplingskurven 239 på fig. 16 for den flate plateforspente anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse ikke periodisk. Kurven 239 innbefatter i stedet en rekke med sinusformede lober (lob 1 - lob 8, etc.) som varierer i størrelse langs den vertikale aksen (dvs. maksimal del av koplerenergien) og steilhet (dvs. endring i delen av koplet energi pr. endring i tilført trykk). Som vist med loben 1 er for relativt lav påført spenning (dvs.Anp hovedsakelig mindre ennAn^), den maksimale delen av koplet energi liten (tilnærmet 0,12 forAnp/Anj lik tilnærmet 0,4). For økende spenning blir størrelsen på lobene større og lobene blir smalere slik at steilheten til kurven 239. På loben 2, som representerer området tilAnpMnj fra tilnærmet 0,8 til 1,1 øker f.eks. delen av koplet energi til tilnærmet 0,75 før overkopling forekommer (dvs. før koplet optisk energi begynner å kople tilbake til den opprinnelige forplantningsmodusen, som således reduserer delen av koplet energi som ytterligere øker tilført spenning). På loben 3 øker den koplede energien inntil en maksimumsdel av koplet energi over 0,9 er nådd ved hvilket punkt overkopling forekommer som bevirker at energi igjen avtar. Økningen i den koplede energien fra et minimum til maksimum for loben 3 blir tilveiebrakt med mindre økning i tilført spenning enn som er nødvendig for å øke fra minimum- til maksimumkopling på loben 2. Steilheten til koplingskurven 239 er således større på loben 3 enn på loben 2. Loben 3 korresponderer med et område påAnp/Anj fra tilnærmet 1,1 til 1,3. Ytterligere økning i påført trykk bevirker relativt mindre økning i steilheten til kurven 239 og svært lite endring i maksimal koplet energi til kurven 239, som vist med lobene 4-8.

Koplingskurven vist på fig. 16 er utledet av formelen:

hvor all energi er til å begynne med i modus 1 representert som Pj(O). L er lengden over hvilken det statiske forspenningstrykket blir tilført, Xq ef den optiske bølgelengden, og P2(L) er størrelsen på energien koplet til den ortogonale polarisasjonsmodusen. 6 er rotasjonsmodusen til hovedaksene i det spenningspåkjente området (målt relativt i forhold til fast akse ved ikke-spenningspåkjent område som vist på fig. 12) og er gitt med formelen: hvor 0 er vinkelen ved hvilket trykket blir påført (altså målt relativt i forhold til fast akse i ikke-spenningspåkjent område som vist på fig. 12),An^er indre dobbeltbrytning for fiberen, ogAnp er trykkindusert dobbeltbrytning som definert ovenfor.An' i ligning (9) er verdien for dobbeltbrytning i det spenningspåkjente området (dvs. området til fiberen 232 lagt i lag mellom den øvre platen 236 og substratet 232 på fig. 13) som gitt med formelen:

Ved de fleste periodiske polarisasjonskoplere, slik som den forhøyede kopleren på fig. 1, endres fiberdobbeltbrytningen bevirket av trykkindusert spenningspåkjenning og ledsages av endring i støtlengden til fiberen kan bli neglisjert ved krefter tilført til fiberen er små nok slik at rotasjonen til hovedaksen er den dominerende effekten. Forspenningen av den optiske koplingen ved å anvende en flat plate (uten forhøyninger) krever dessuten relativt høye trykk mot fiberen slik at endringer i fiberdobbeltbrytningen er tilstrekkelig stor for å betydelig påvirke f ib er støtlengden. Ved utførelsesformen på fig. 13, hvor en flat plate er anvendt for å tilføre trykk kontinuerlig langs fiberen over flere akustiske bølgebaner kan virkningen av endringen i dobbeltbrytningen ikke bli ignorert.

Formen på koplingskurven 239 på fig. 16 avhenger sterkt av vinkelen ved hvilken trykket er tilført. Ved foreliggende oppfinnelse vist på fig. 13 ble den foretrakkede vinkelen ved hvilken trykket påføres bestemt ved å presse fiberen 230 mot litiumniobatsubstratet 232 ved å anvende den flate silisiumtrykkplaten 236, så overføring av platen 236 horisontalt for å rulle fiberen 230 inntil optimal ytelse ble tilveiebrakt som bestemt ved å observere delen av lys koplet fra en polarisasjonsmodus til den andre. For å opprettholde optimal orientering ble fiberen 230 deretter sementert fast mellom litiumniobatsubstratet 232 og den flate silisiumplaten 236 ved å anvende ultrafiolett herdende epoksy sparsomt påført, som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 12. Etter at sementet har herdet, ble trykket på silisiumplaten 236 tilført settet med forspenning uten endring av vinkelorienteringen til fiberen 230. Den optimale vinkelen 0 (vist på fig. 12 for utførelsesformen på fig. 10) som vunnet ut fra statisk koplingsmåling, ble 65,5°målt fra den faste aksen (dvs. Y-aksen). Mens fiberen 230 anbringes for optimal vinkelorientering blir fiberen 230 også opprettholdt tett opptil knutepunktet for Fresnel- og Fraunhofer-områdene og hovedsakelig i parallell innretning med de akustiske transduserne 234 som beskrevet ovenfor.

Ved normal operasjonsmodus er amplitudemodulatoren på fig. 13 statisk forspent til et punkt på en relativt lineær del av koplingskurven 239 på fig. 16, og koplingen varieres om det punktet hvor det tilføres akustiske overflatebølger. Det elektriske signalet tilført transduserne 234 blir på denne måten lett reprodusert som fluktasjoner i den optiske energien i polarisasjonsmodiene som ble vist med hensyn til koplingskurven 99 på fig. 8. Som vist ovenfor er statisk forspenning tilveiebrakt ved å anvende den flate trykkplaten 236 for å skyve fiberen 230 mot litiumniobatsubstratet 232.

For å tilveiebringe den beste lineære ytelsen til foreliggende oppfinnelse kan den tilførte krafte være slik at forspenningen er sett midt mellom en topp og en dal i kurven 239 på fig. 16. Anordningen kan bli drevet som vist ved et antall steder på koplingskurven 239 på fig. 16. Punktet A på loben 1 til koplingskurven 239 kan f.eks. bli tilveiebrakt med hovedsakelig mindre tilført kraft enn andre forspenningspunkter på de andre lobene (dvs. lobene 2-8). Anordningen når forspent ved punktet A har imidlertid den ulempen av at den har svært liten modulasjonsdybde. Med andre ord for en gitt oscillasjonsstørrelse på den tilførte spenningen til fiberen 230 (fig. 13) er endringen i delen av koplet energi fra en polarisasjonsmodus til en annen mindre ved punktet A enn ved andre forspenningspunkter, slik som puntene B og C på loben 2 og loben 3 henholdsvis. Dette er et resultat av stigningen til koplingskurven 239 som er vesentlig mindre ved forspenningspunktet A enn ved punktene B og C. Den maksimale endringen i delen med koplet energi langs det lineære området rundt forspenningspunktet A er dessuten hovedsakelig mindre enn ved andre potensielle forspenningspunkter, slik som punktene B og C.

Forspenningspunktet B på loben 2 er vesentlig forbedret i forhold til forspenningspunktet A både med hensyn til stigning og i maksimal koplingsendring. Det har imidlertid blitt funnet at forspenningspunktet C på loben 3 gir det beste kompromisset som et forspenningspunkt. Stigningen ved forspenningspunktet C er større enn ved forspenningspunktet B og den maksimale endringen ved koplet energi over det lineære området er større. Disse to fordelene blir tilveiebrakt med en relativt liten økning i tilført statisk spenning. Økning av den tilførte kraften for å bevege forspenningspunktet til lobene 4-8 gir relativt mindre økning i den maksimale delen av koplet energi og steilhet. Der er således relativt lite som skal bli forsterket ved økningen av statisk spenning under forspenningspunktet C. Muligheten for å ødelegge fiberen 230 blir dessuten øket når det tilførte trykket blir øket.

En spesiell fordel ved denne modulatortypen er at båndbredden til anordningen avhenger kun av båndbredden til transduserne 234 og tilpasningsnettverket som kan bli gjort heller bred. Fig. 17 viser en eksempelmåling tatt ved forspenningspunktet C (fig. 16) med 111 volt topp-til-topp tilført transduserrekken. Reaksjonen vist på fig. 17 har en full bredde ved et halvt maksimum (FWHM) på 1,15 MHz. Toppen ved 4,35 MHz korresponderer med synkroneksiteringen til overflatebølgen (dvs. bølgelengden til de akustiske bølgene er et multippel av transduser-fingermellomrommet som forklart ovenfor) mens toppen ved en nedre frekvens er resultatet av et bestemt tilpasningsnettverk forbundet med rekken med transdusere 234. For optimal ytelse er oppfinnelsen fortrinnsvis drevet ved eller nær 4,35 MHz.

Utførelsesformen på fig. 13 kan også være fordelaktig anvendt med en forhøyet trykkplate (slik som beskrevet i forbindelse med fig. 2) i stedet for den flate trykkplaten 236. Ved denne alternative utførelsesformen (ikke vist) er forhøyningene til trykkplaten fortrinnsvis fluktende med bølgefrontene til de akustiske bølgene generert av transduserne 234 slik at de akustiske bølgene treffer fiberen 230 ved spenningspåkjente områder bevirket av forhøyningene til trykkplaten. Ved denne alternative utførel-sesformen vil den statiske koplingen bevirket av tilførselen av trykket på den forhøyede trykkplaten bli definert av koplingskurven 99 på fig. 8. Bruk av en slik forhøyet plate er fordelaktig på grunn av at mindre trykk er nødvendig for å tilveiebringe et statisk forspenningspunkt på en lineær del av koplingskurven 99 på fig. 8 enn loben av koplingskurven 239 på fig. 16 med høy steilhet. Konstruksjonen av denne alternative utførels-esformen krever imidlertid relativt nøyaktige tilpasningskrav for den forhøyede blokken og nøyaktig innretting av forhøyningene med de akustiske bølgebanene.

Fig. 18 viser en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen ved hvilken en kontinuerlig transduser 258 er anvendt for å generere de akustiske bølgefrontene. En dobbeltbrytende optisk fiber 250 er anbrakt over et litiumniobatsubstrat 252 perpendikulært på Z-aksen til substratet, som tidligere. En flat trykkplate (ikke vist) av silisium eller annet materiale er tilført fiberen 250 for å tilveiebringe trykk for å spenningspåkjenne fiberen 250 som beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 13. Forbindelsesputene 254 og 256 er forlenget som innihverandre gripende fingrer for å danne en stor transduser 258 som vist i stedet for flere mindre transdusere som vist ved utførelsesformen på fig. 13. En akustisk bølgefront blir generert over full bredde til overlappingen av mellom-gripende fingrer til transduseren 258. En rekke med akustiske absorberere 260 er anbrakt mellom de mellomhverandre gripende transduserne 258 og den optiske fiberen 250. Bredden W til hver absorberer 260 er i det påfølgende lik et oddemultippel av en halv støtlengde til fiberen 250 og absorbereren 260 er anbrakt med avstand S' med et oddemultippel av en halv støtlengde (dvs. nL/2 hvor n er et oddehelt tall). En rekke med akustiske bølger passerer således mellom absorbereren 260 som har en bredde hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde (nL/2) og som er adskilt med et oddemultippel av en halv støtlengde (nL/2). Når fiberen 250 derfor er spenningspåkjent av tilførende kraft til den flate trykkplaten (ikke vist) blir fiberen 250 forspent i samsvar med en koplingskurve slik som koplingskurven 239 på fig. 16, og hovedsakelig samme resultat blir tilveiebrakt som ved utførelsesformen på fig. 13 uten å anvende flere individuelle transdusere 234 som vist på fig. 13 og 14 og uten at det er nødvendig med en innbyrdes forbindelse av flere transdusere 234. Akustisk absorberende materiale 262a og 262b blir anbrakt på samme stedet som ved de andre utførelsesformene for å undertrykke reflekterte akustiske bølger.

En annen foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er vist i planriss på fig. 19. En fiber 270 er anbrakt over et litiumniobatsubstrat 272 og er forspent til et lineært forspenningspunkt, slik som punktet C på fig. 16 ved hjelp av en flat silisiumplate (ikke vist) som beskrevet før med henvisning til fig. 13. En rekke tilliggende innihverandre gripende transdusere 274 er dannet ved å etse en maske på overflaten til litium-niobatmaterialet 272, mellom to forbindende puter 276, 278 som før for å generere akustiske bølger i retningen 275. Som vist på fig. 20(a), som er et forstørret riss av deler til tre transduseres 274 eksempler, innbefatter hver transduser 274 fingrer som har en bredde W" på 200 um og et mellomrom S" på 200 pm. Senter-til-senter mellomrommet d'"c-c til fingrene er således 400 pm.

Som ved tidligere utførelsesformer er tilliggende sett med innskutte fingrer forbundet med respektive forbindelsesputer 276, 278. En oscillerende spenning tilført forbindelsesputene 276, 278 vil generere spenninger i litiumniobatsubstratet 272 og generere akustiske bølger (vist som bølgefronter 280A, 280B, 280C på fig. 20(a)) som forplanter seg i retningen mot fiberen 270 og har frekvensen til den tilførte spenningen. Som forklart ovenfor i forbindelse med fig. 11 (a) og 11 (b) for størrelsen gitt i dette eksemplet, er en oscillerende spenning med en frekvens på 4,35 MHz foretrukket da den vil resonere med transduserne 234. Dette er vist med akustiske bølger 275A, 275B, 275C på fig. 20(b) som har topper (dvs. maksimumsamplituder) som korresponderer med bølgefronter 280A, 280B, 280C på fig. 20(a).

Det fremgår også av fig. 19 og 20(a) at fingrene til tilliggende transdusere 274 er elektrisk innbyrdes forbundet slik at en kontinuerlig elektrisk bane er tilveiebrakt fra hver forbindelsespute 276, 278 til fingrene som skal bli forsynt med spenningen av hver pute 276, 278. Til forskjell fra fig. 13 er det således ikke nødvendig med ytterligere tråder for å tilveiebringe en innbyrdes forbindelse med fingrene og hele rekken med transdusere 274 kan bli fremstilt ved hjelp av halvlederteknikk. For å tilveiebring rommessig periodiske spenninger nødvendig for å modulere det optiske signalet i fiberen 270, er korresponderende fingrer til tilliggende transdusere 274 forskjøvet med senter-til-senter mellomrom d"'c-c (dvs. 400 um) i retningen til forplantningen av akustiske bølger (som angitt med pilen 275 på fig. 19). Som vist på fig. 20(a) vil således de akustiske bølgefrontene 280A og 280C generert av transduserne 274A og 274C effektivt ligge foran de akustiske bølgefrontene 280B generert av transduserne 274B med 400 um. Når frekvensen til oscillasjonsspen-ningskilden er fordelaktig valgt til å være 4,35 MHz, som forklart i forbindelse med fig. 11 (a) og 11 (b), tilsvarer 400 um foranløpning en halv bølgelengde (1/2X) eller n radianer forsprang som vist for de akustiske bølgene 275A, B, C på fig. 20(b). I stedet for rommessig periodisk spenning på fiberen 270 som er tilveiebrakt ved vekslende områder bevirket av tidsvarierende akustisk spenning og ikke bevirket av tidsvarierende akustisk spenning som ved utførelsesformen på fig. 13 og 18, blir den rommessige periodisiteten tilveiebrakt ved vekslende områder som har akustiske bølger av motsatte størrelser (dvs. akustiske bølger fra en transduser er ved deres maksimumsamplitude, de akustiske bølgene fra transduserne tilliggende til dem vil være ved deres minimumsamplitude). Dette har virkningen av økning i akustisk trykkforskjell mellom tilliggende nL/2 brede områder uten at det er nødvendig med økning i spenningen tilført transduserne 274.

Som vist på fig. 20(a) er avstanden la mellom korresponderende steder på fingrene til tilliggende transduser i hovedsaken lik nL/2 for å tilveiebringe rommessig periodisitet mellom vekslende spenningspåkjente områder til fiberen 270. Som nevnt ovenfor er imidlertid tilliggende fingre ikke elektrisk forbundet og derfor er et lite gap eller en avstand d^tilveiebrakt mellom tilliggende fingrer for å tilveiebringe elektrisk isolasjon. Avstanden d^er liten sammenlignet med lengden lf til fingrene. Lengden lf er hovedsakelig lik nL/2 og de akustiske bølgefrontene 280A, B, C som støter på fiberen 270 har bredder hovedsakelig lik nL/2.

Et akustisk absorpsjonsmateriale 279(a), 279(b) langs kantene av substratet 272 virker som ved andre utførelsesformer for å undertrykke refleksjoner til akustiske bølger for å forhindre interferens med genererte bølger.

Foregående utførelsesform av foreliggende oppfinnelse anvendes med fordel ved amplitudemodulering av et 4,35 MHz elektrisk signal tilført de akustiske transduserne med et moduleringssignal på hvilket informasjon er kodet. Den koplede energien mellom polarisasjonsmodiene vil variere ved en 4,35 MHz hastighet med størrelsen til koplingen endrende som reaksjon på amplituden til modulasjonen tilført det elektriske 4,35 MHz signalet. Lyssignalet ved den koplede modusen kan bli detektert av en detektor som beskrevet før i forbindelse med fig. 6. Et elektrisk ut-gangssignal til et detektoreksempel kan så bli demodulert for å reprodus-ere det kodede moduleringssignalet. Fagmannen på området vil se at kodingen av informasjon også kan bli utført ved frekvensmodulering av 4,35 MHz signalet før tilførsel av det til transduserne. I tillegg skal det bemerkes at den optiske forspenningen tilveiebrakt av forspenningsplat-ene 210 (fig. 10) og 236 (fig. 13) også kan være anordnet ved å føre lys inn i begge polarisasjonsmodiene til fiberen slik at der er f.eks. en lik lysintensitet i begge polarisasjonsmodiene.

Fig. 21 viser en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse innbefattende en flat overflate 300 for leding av en akustisk overflate-bølge 302 mot en dobbeltbrytende optisk fiber 304. Ved den viste utførelsesformen innbefatter den flate overflaten 300 den øvre overflaten til en blokk 306 dannet til et materiale slik som smeltet kvarts. Som vist på fig. 21 er de akustiske overflatebølgene 302 generert av en kantbundet PZT (blyzirkonattitanat) transduser 310 montert ved endeflaten 312 til kvartsblokken 306. Endeflaten 312 til kvartsblokken 306 er fortrinnsvis belagt med et ledende materiale, slik som en legering av krom og gull, som danner en elektrode 314 for transduseren 310. Transduseren 320 har i det minste to i hovedsaken parallelle flate overflater og er fast montert (dvs. bundet) til endeflaten 312 med en av de flate overflatene i elektrisk kontakt med krom- og gullegert elektrode 314 på overflaten 312. Den andre flate overflaten (vist som 316) har i det minste en del belagt med krom- og gullegering for å danne en elektrode 318. Elektrodene 314 og 318 er således parallelle i forhold til hverandre og anbrakt på motsatte sider av transduseren 310.

Et oscillerende elektrisk spenningsfelt blir ved drift tilført over PZT-transduseren 310 ved å feste elektriske ledninger (ikke vist) forbundet med en spenningskilde (ikke vist) med krom- og gullegeringselektrodene 314 og 318. PZT-transduseren 310 vibrerer i retningen angitt av pilene

320 og 322 som er parallelle med overflaten 312 og 314 og perpendikulære på det elektriske feltet tilført mellom de to elektrodene 314 og 318. Frekvensen for vibrasjonen til transduseren 310 er i hovedsaken lik frekvensen til det oscillerende elektriske spenningsfeltet tilført krom- og gullegeringselektrodene 314 og 316. Vibrasjonene av PZT-transduseren 310 induserer den akustiske overflatebølgen 302 ved flateoverflaten 300 til kvartsblokken 306. Den akustiske overflatebølgen 302 utbreder seg i retningen angitt med en pil 324 som er perpendikulær på endeflaten 312 til kvartsblokken 306 og også perpendikulært på den flate overflaten 316 til PZT-transduseren 310. Den akustiske overflatebølgen 302 innbefatter følgelig en serie med parallelle bølgefronter (ikke vist) som utbreder seg bort fra PZT-transduseren 310 og mot fiberen 304.

Den optiske fiberen 304 er med fordel anbrakt på overflaten 300 til kvartsblokken 306 slik at lengdeaksen til den optiske fiberen 304 er parallell med bølgefrontene til den akustiske bølgen 302. Dette blir tilveiebrakt ved å orientere den optiske fiberen 304 slik at lengdeaksen er i hovedsaken parallell med endeflaten 312 til kvartsblokken 306. Hver av bølgefrontene til den akustiske bølgen 302 vil således kontakte den optiske fiberen 304 langs hele lengden av bølgefronten ved hovedsakelig samme tidsøyeblikk. Et akustisk absorberende materiale 328 er fortrinnsvis anbrakt på den flate overflaten 300 nær en ende av blokken 306 motsatt endeflaten 312 på hvilken transduseren 310 er anbrakt. Det akustiske absorberende materialet 328 absorberer delen av den akustiske bølgen 302 som forplanter seg forbi den optiske fiberen 304 slik at der ikke er noen refleksjon av akustisk bølge 302 tilbake mot den optiske fiberen 304.

Anordningen vist på fig. 21 innbefatter dessuten en forhøyet blokk 330 lignende den beskrevet i forbindelse med fig. 1, 2 og 4a. Ved en spesielt foretrukket utførelsesform er den forhøyede blokken 330 en liten silisiumstang (f.eks. med en størrelse på 2,54 mm x 2,54 mm x 3,18 mm). Den forhøyede blokken 330 innbefatter forhøyninger 332 dannet av med avstand anbrakte spor 334 for således å danne en rekke med avstand anbrakte flate overflater 336 på blokken 330. Ved den viste utførelses-formen har sporene 334 en bredde på en halv støtlengde til fiberen og overflaten 336 har også en bredde på en halv støtlengde for således å gi en periodisitet til en støtlengde. Sporene 334 kan være dannet i den flate overflaten 336 ved saging, etsing eller annen kjent teknikk.

Den forhøyede blokken 330 er anbrakt på den optiske fiberen 304 med grenser mellom forhøyningene 332 og sporene 334 perpendikulært på lengdeaksen til den optiske fiberen 304. De flate overflatene 336 til den forhøyede blokken 330 er fortrinnsvis anbrakt parallelt i forhold til overflaten 300 til kvartsblokken 306. En kraft eller et trykk (angitt som F på fig. 21) ble tilført den forhøyede blokken 330 i en retning perpendikulært på den flate overflaten 300 til kvartsblokken 306 slik at fiberen 304 er statisk spenningspåkjent for optisk å forspenne koplingen mellom modiene som beskrevet i forbindelse med fig. 4a-4g. Kraften F blir fortrinnsvis tilført med en størrelse slik at fiberen er spenningspåkjent til et nivå som korresponderer med stedet 109 på koplingskurven vist på fig. 8 (dvs. tilnærmet 50% av den optiske energien i en polarisasjonsmodus er koplet til den andre polarisasjonsmodusen). Som vist i forbindelse med fig. 1 til 9 er den optiske fiberen 304 optimalt anbrakt slik at dobbeltbrytningsaksene er ved en vinkel på 45°i forhold til den tilførte kraften F. Som angitt ovenfor er bredden på forhøyningene 332 og sporene 334 hver valgt for å være i hovedsaken lik en halv støtlengde for fiberen 304 ved en valgt optisk frekvens.

Kraften F bevirker også at den forhøyede blokken 330 tvinger fiberen 304 inn i solid kontakt med den flate overflaten 300 i området av forhøyning-en 332. Bølgefrontene til den akustiske overflatebølgen 302 vil således treffe den optiske fiberen 304 i området med forhøyninger og modulere spenningene tilført den optiske fiberen 304. Deler av den optiske fiberen 304 nær opp til sporene 334 til den forhøyede blokken 330 blir ikke presset mot den flate overflaten 200 til kvartsblokken 306. Svært lite av den akustiske energien blir således overført fra den akustiske bølgen 302 til den optiske fiberen 304 i delene av den optiske fiberen 304 nær sporene 334. De akustiske bølgeformene har en bredde, da målt parallelt med lengdeaksen til den optiske fiberen 304 som er flere støtlengder brede slik at de akustiske bølgefrontene treffer flere deler av den optiske fiberen 304 som er spenningspåkjent av forhøyningene 332 til den forhøyede blokken 330. De modulerte spenningene langs lengden av fiberen 304 bevirker kopling av optisk energi mellom polarisasjonsmodiene til å variere om et statisk, optisk forspent modulasjonsnivå som vist på fig. 8 og som beskrevet i forbindelse hermed. En endring i kraften til amplituden Af bevirket av en akustisk bølge 302 som har en tidsvarierende amplitude lik bølgeformen 106 på fig. 8 kan f.eks. bevirke en endring i koplingen lik den til bølgeformen 108 på fig. 8. Den optiske energien koplet fra en polarisasjon til en annen blir således modulert i samsvar med amplituden og frekvensen til den akustiske bølgen 304 som igjen reagerer på det elektriske signalet tilført PZT-transduseren 310.

Fig. 22 viser en koplingskurve for utførelsesformen på fig. 21 som er lik koplingskurven på fig. 8. Vertikalaksen representerer delen av optisk energi ført inn i en første polarisasjonsmodus som er koplet med den andre polarisasjonsmodus hvor Pi(0) er relativ størrelse på optisk energi i den optiske fiberen 304 ved den første polarisasjonsmodusen før inngang i delen av den optiske fiberen 304 spenningspåkjent av den forhøyede blokken 330 og P2(L) er den relative størrelsen på den optiske energien i den andre polarisasjonsmodusen etter passering gjennom en del av den optiske fiberen 304 spenningspåkjent av en forhøyet blokk 330 med lengde L. Lengden L er lik antall forhøyninger N ganger støtlengden (Lg) mellom forhøyningene (dvs. NLg) og er således lik den effektive samvirk - ningslengden til den forhøyede blokken 330 med den optiske fiberen 304. Den vertikale skalaen er presentert som:

En størrelse på 1,0 på den vertikale skalaen representerer overføringen av hovedsakelig all optisk energi fra den første polarisasjonsmodusen til den andre polarisasjonsmodusen. En størrelse på 0,5 på den vertikale skalaen representerer overføringen av tilnærmet en halvdel av den optiske energien for den første polarisasjonsmodusen til den andre polarisasjonsmodusen.

Den horisontale skalaen på fig. 22 representerer tilført kraft F (fig. 21) som produkt av en koplingskoeffesient pr. lengdeenhet (kq) ganger lengden (L) til den forhøyede blokken 330 (dvs.køL). Delen av energi koplet fra den første polarisasjonsmodusen til den andre polarisasjonsmodusen som en funksjon av produktet av koplingskoeffesienten og lengden (dvs.kqL) er vist på fig. 22 som en kurve 400. Kurven 400 varierer som en sinuskvadrert funksjon nårKøL-produktet øker:

Kurven 400 starter ved 0 når produktet er null og øker til en maksimumsdel av koplingen på 1,0 (dvs. hovedsakelig 100% av energien koplet fra den første polarisasjonsmodusen til den andre polarisasjonsmodusen) nårKøL-produktet er lik n/2 radianer. DersomKøL-produktet blir øket forbi n/2 radianer enten ved å anvende en lengre forhøyet blokk eller ved å øke kraften F for derved å øke koplingskoeffesientenkq, blir de optiske signalene i den optiske fiberen 304 overkoplet som bevirker energi til å bli koplet fra den andre polarisasjonsmodusen tilbake til den første koplede delen nårkøL blir øket forbi jt/2 radianer. Koplingskurven 400 er således periodisk.

VedkøL lik n/4 er delen av koplet energi sin^(n/4) eller 0,5 som representerer en halvdel av energien ført inn ved den første polarisasjonsmodusen koplet med den andre polarisasjonsmodusen. Mengden av koplet energi er vist med stedene 402 på koplingskurven 400. Kraften F tilført den forhøyede blokken 330 er fortrinnsvis valgt slik at koplingen mellom modiene til den optiske fiberen 304 er statisk optisk forspent for å variere omkring stedet 402 på koplingskurven 400. Med den optiske fiberen 304 forspent slik blir den akustiske bølgen 302 forplantet langs den flate overflaten 300 til blokken 306 for å treffe delene av den optiske fiberen 304 i kontakt med forhøyningene 332 på den forhøyede blokken 330. Virkningen av den akustiske bølgen 302 er for å øke og redusere periodisk koeffesienten til koplingen med størrelsen Sk. Spenningen tilført til den optiske fiberen 304 vil således variere med en størrelse LSk og delen av energien overført fra den første polarisasjonsmodusen til den andre polarisasjonsmodusen vil variere som reaksjon på endringen i spenningen. Variasjonen i spenningen bevirket av den akustiske bølgen 302 er vist på fig. 22 som en sinusformet kurve 410 med en maksimumsamplitude på LSk og med en frekvens lik den akustiske frekvensen. Virkningen av variasjonen til spenningen på den koplede delen er vist som en kurve 412 som har samme frekvensen som den akustiske frekvensen og som har en maksimumsamplitude på

Maksimumsamplituden til utgangskurven 412 er vist ved et sted 414. Amplituden ved stedet 412 korresponderer med stedet 416 på koplingskurven 400 og således med et sted 418 på spenningskurven 410. Delen av koplingen ved stedet 416 på koplingskurven 400 er gitt ved:

Ved trigonometrisk innsetting kan det bli funnet at:

Ligningen (14) kan bli progressivt forenklet som angitt ved ligningene (15)-(19) nedenfor:

Ligningen (13) kan derfor bli redusert til:

Ligning (20) viser at amplituden til utgangskurven 412 inneholder et uttrykk "1/2" som korresponderer med statisk forspenning og et uttrykk "lsin(2LSi<)"

2

som korresponderer med virkningen av den akustiske bølgen 302.

Modulasjonsdybden til anordningen vist på fig. 21 er definert som topp-til-topp-variasjonen for utgangsenergien uttrykt som en funksjon av den totale energien og gitt av uttrykket:

Trykkvariasjonen indusert av den akustiske bølgen 302 er proporsjonal med spenningen tilført transduseren 310, slik at ytelsen (dvs. modulasjonsdybden) til anordningen også erkarakterisert veduttrykket:

hvor V er transduserspenningen og y er en proporsjonalitetskonstant.

Ved en eksperimentell anordning konstruert i samsvar med utførelsesfor-men på fig. 21 har en optisk fiber 304 en optisk kappediameter på 50 pm og en kjerne som måler røft 1 pm ganger 2 pm og gir en støtlengde Lg til den optiske fiberen 304 på 1,7 mm ved en bølgelengde på 633 nm. Femten forhøyninger ble konstruert på en liten silisiumstang 330 med størrelsen 2,54 mm x 2,54 mm x 3,18 mm ved å sage sporene inn i stangen. Den gjennomsnittlige forhøyningsbredden var 0,93 mm og den gjennomsnittlige sporbredden var 0,80 mm ved eksperimentanordningen, selv om fortrinnsvis forhøyninger 332 og spor 334 vil ha en hovedsakelig lik bredde på 0,85 mm som er en halvdel av 1,7 mm støtlengde Lg. Transduseren 310 har en målt senterfrekvens på 4,5 MHz og en 3dB båndbredde på tilnærmet 4 MHz. Fig. 23 viser den eksperimentelt bestemte modulasjonsdybde p for en utførelsesform av oppfinnelsen vist på fig. 21 som en funksjon av topp-til-topp transduserspenningen V ved en frekvens på 3,9 MHz. En maksimumsmodulasjonsdybde på 70% var tilveiebrakt ved en topp-til-topp spenning på 42,5 volt ved den testede utførelsesformen. Proporsjonalitetskonstanten X blir således beregnet som 0.018 radianer/volt (dvs. 0,7 til 42,5 volt). En modulasjonsdybde på 70% ble tilveiebrakt når den optiske fiberen 304 ble innrettet i hovedsaken parallelt med de akustiske bølgefrontene til den akustiske bølgen 302 og når kraften F ble tilført jevnt til den forhøyede blokken 330 over samvirkende lengde NLg. Ytterligere forbedringer i modulasjonsdybden kan bli ventet ved fremstilling av forhøyninger 332 og spor 334 til å være nøyaktig lik en halv av støtlengden Lg.

Den eksperimentelle bestemte frekvensreaksjonen til anordningen konstruert i samsvar med foreliggende utførelsesform er vist på fig. 24 hvor den vertikale aksen er den normaliserte reaksjonen (dvs. 1,0 på vertikalskalaen er maksimumsreaksjonen og den andre reaksjonen angitt med punkter er normalisert på maksimumsreaksjonen) og hvor horisontal-skalaen er frekvensen til den akustiske bølgen 302 i MHz. Som vist har den testede anordningen en i hovedsaken flat reaksjon sentrert ved tilnærmet 4,5 MHz og har en båndbredde 1,5 MHz og en 3dB reaksjons - båndbredde (dvs. en reaksjon på 50% eller bedre relativt i forhold til maksimumsreaksjonen) på tilnærmet 4 MHz (fra 3 MHz til 7 MHz). 3dB båndbredden er antatt å være en funksjon av reaksjonen til transduseren 310 i stedet for den til blokken 306 og den optiske fiberen 304. Anordningen kan således bli anvendt ved andre akustiske frekvenser ved å erstatte transduserne med andre som har andre reaksjonskarakteristikker.

Ved utførelsesformen vist på fig. 21 er det ikke nødvendig å konstruere transduseren 310 for en bestemt akustisk frekvens. Frekvensen til modulasjonen av det optiske signalet med fiberen 304 kan bli variert ved å endre frekvensen til det elektriske signalet tilført transduseren 310. Utførelsesformen på fig. 21 kan dessuten bli tilpasset for optiske signaler med forskjellige støtlengder i fiberen 304 ved å anvende forhøyede blokker 330 med forhøyninger anbrakt med avstand for å korresponderer med ønskede støtlengder.

Prinsippene beskrevet ovenfor med hensyn til å variere koplingen mellom polariasjonsmodiene i ovenfor beskrevne anordninger kan også bli anvendt for kopling mellom første og andre ordens forplatningsmodier ved en dobbeltbrytende eller ikke-dobbeltbrytende fiber. Breddene på de akustiske bølgefrontene og gapene derimellom er tilsvarende mindre på grunn av at støtlengden til fiberen for første og andre ordens modusforplantning er kortere. Teorien med hensyn til koplingen mellom første og andre ordens forplantningsmodier er beskrevet i samtidig inngitte amerikanske søknad nr. 556.306 inngitt 30. november, 1983 med tittelen "Fiber Optic Modal Coupler" og i en artikkel med "Two-mode fiber modal couple", R.C. Youngquist, et al., OPTICS LETTERS, vol. 9, nr. 5, mai 1984, sidene 177-179.

Claims

1. Fiberoptisk amplitudemodulator, karakterisert ved en optisk fiber (200, 230, 250, 270, 304) for leding av lys, idet fiberen (200, 230, 250, 270, 304) har to forplantningsmodier, hvor hver av modiene har forskjellige forplantningshastigheter, innretning (204, 234, 258, 274, 310) for å generering av en akustisk overflatebølge (205, 275A, 275B, 275C, 302) og innretning (202, 232, 252, 272) for leding av den akustiske bølgen (205, 275A, 275C, 302) mot fiberen (200, 230, 250, 270, 304) for å treffe fiberen (200, 230, 250, 270, 304), idet den akustiske overflatebølgens (205, 275A, 275B, 275C, 302) bevirker en oscillerende spenning i fiberen (200, 230, 250, 270, 304) som er tidsvarierende, idet den akustiske bølgen (205, 275A, 275B, 275C, 302) har bølgefronter (280A, 280B, 280C) orientert hovedsakelig parallelt med lengdeaksen til fiberen (200, 230, 250, 270, 304), idet den tidsvariende spenningen bevirker tidsvarierende kopling av lyset mellom forplantningsmodiene, og innretning (202, 210, 232, 236, 252, 306, 330) for optisk forspenning av den tidsvarierende koplingen for å bevirke at koplingen varierer hovedsakelig lineært med den oscillerende spenningen.

2. Modulator ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for optisk forspenning innbefatter et par plater (202, 210, 232, 236, 306, 330) for skvising av fiberen (200, 230, 250, 270, 304) derimellom.

3. Modulator ifølge krav 2, karakterisert ved at en av platene (202, 330) har forhøyninger (206, 332) for å bevirke at statisk spenning forekommer ved intervaller langs fiberen (200, 230, 250, 270, 304).

4. Modulator ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for optisk forspenning innbefatter innretning (202, 210, 232, 236, 252, 306, 330) for tilførsel av en statisk kraft i en retning normalt på fiberens (200, 230, 250, 270, 304) lengdeakse for statisk å spenningspåkjenne den optiske fiberen (200, 230, 250, 270, 304) for å bevirke forutbestemt optisk koplingsstørrelse mellom forplatningsmodiene.

5. Modulator ifølge krav 1, karakterisert ved at den statiske kraften er tilført ved støtlengdeintervaller (L) langs en lengde av den optiske fiberen (200, 230, 250, 270, 304).

6. Modulator ifølge krav 1, karakterisert ved at de optiske bølgefrontene (280A, 280B, 280C) treffer den optiske fiberen (200, 230, 250, 270, 304) over en avstand lik i det minste flere støtlengder av den optiske fiberen (200, 230, 250, 270, 304).

7. Modulator ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for å lede den akustiske bølgen er en akustisk overflatebølgeleder (202, 232, 252, 272) i akustisk kontakt med fiberen (200, 230, 250, 270) for å lede en rekke med akustiske overflatebølger (205, 275A, 275C) mot fiberen for å treffe fiberen (200, 230, 250, 270) ved intervaller med avstand langs fiberen for å danne en rekke med første områder (207) og en rekke med andre områder (209) slik at tilliggende av de første områdene (207) er anbrakt med avstand ved en av de andre områdene (209), idet treffet av de akustiske overflatebølgene (205, 275A, 275C) langs fiberen (200, 230, 250, 270) bevirker en oscillerende spenning i hver av de første områdene (207) som er tidsvarierende relativt i forhold til enhver spenning i de andre områdene (209), idet hver av rekken med bølger (205, 275A, 275C) har fronter (280A, 280C) orientert i hovedsaken parallelt med fiberens (200, 230, 250, 270) lengdeakse, idet bølgefrontene (280A, 280C) synkronisert slik at tidsvarierende spenninger i første området (207) er det samme for hver av de første områdene (207), idet den tidsvarierende spenningen bevirker tidsvarierende kopling av lyset mellom forplantningsmodiene.

8. Modulator ifølge krav 7, karakterisert ved at genere-ringsinnretningen (204, 234, 258, 274) genererer en andre rekke med akustiske overflatebølger (275B), idet den akustiske bølgelederen (272) leder den andre rekken (275B) med akustiske overflatebølger for å treffe fiberen (270) ved de andre områdene (209) for å bevirke en oscillerende spenning i hver av de andre områdene (209) som er tidsvarierende relativt i forhold til spenningen i de første områdene (207), idet hver av de andre rekkene (275B) med bølger har bølgefronter (280B) orientert i hovedsaken parallelt med fiberens (270) lengdeakse, hvor bølgefronten (280B) til den andre rekken med bølger (275B) er synkronisert slik at den tidsvarierende spenningen i de andre områdene (209) er det samme for hver av de andre områdene (209).

9. Modulator ifølge krav 8, karakterisert ved at rekken med akustiske bølger (275A, 275C) og den andre rekken med tilliggende akustiske bølger (275B) er adskilt i fase med rt radianere.

10. Modulator ifølge krav 7, karakterisert ved at de første (207) og de andre (209) områdene hver har en lengde lik et oddemultippel av en halv støtlengde (L) til fiberen (200, 230, 250, 270).

11. Modulator ifølge krav 7, karakterisert ved at et element (210, 236) for tilførsel av en statisk spenning (F) til fiberen (200, 230, 250, 270) statisk optisk forspenner en kopling med lys mellom modiene til en forutbestemt verdi, idet tidsvarierende spenning bevirket av de akustiske bølgene (205, 275A, 275B) modulerer koplingen mellom modiene om den forutbestemte verdien.

12. Modulator ifølge krav 11, karakterisert ved at elemen-tet (236) for tilførsel av en statisk spenning (F) er konstruert for å tilføre kraften langs en kontinuerlig lengde med fiberen (230), idet lengden innbefatter flere første områder (207) og flere andre områder (209) og at fiberen (207) er i akustisk kontakt med en flat overflate

(233) til lederen (232) gjennom hele lengden.

13. Modulator ifølge krav 7, karakterisert ved at den akustiske bølgelederen (202) innbefatter en rekke med forhøyninger (206) for å tilveiebringe akustisk kontakt med fiberen (200), idet forhøyningene (206) har en bredde hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde (L) for den optiske fiberen (200) og idet forhøyningene (206) er adskilt med en avstand hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde (L) til den optiske bølgelederfiberen, idet forhøyningene (206) danner akustiske bølgeledere for å dirigere forplantningen av de akustiske bølgene (205).

14. Modulator ifølge krav 13, karakterisert ved at forhøy-ningene (206) er dannet ved avsetning av material på en overflate (207) til lederen (202).

15. Modulator ifølge krav 13, karakterisert ved at forhøy-ningene (206) er dannet ved å skjære spor (280) i overflaten (203) til lederen (202), idet sporene (208) har en bredde hovedsakelig lik mellomrommet mellom forhøyningene (206).

16. Modulator ifølge krav 13, karakterisert ved at genere-ringsinnretningen (204) innbefatter flere akustiske transdusere (204) montert på respektive forhøyninger (206).

17. Modulator ifølge krav 7, karakterisert ved at den akustiske bølgelederen innbefatter en flat plate (252) og innretninger (258) for å generere de akustiske overflatebølgene innbefatter en akustisk transduser (258) og en rekke med akustiske absorberere (260), idet hver akustisk absorberer (260) har en bredde parallell med lengdeaksen til fiberen (250) hovedsakelig lik et oddemultippel til en halv støtlengde (L) for fiberen (250), og idet de akustiske absorbererne (260) anbrakt med avstand lik et oddemultippel av en halv støtlengde (L) for fiberen (250).

18. Modulator ifølge krav 7, karakterisert ved at den akustiske bølgelederen innbefatter en flat plate (232) og innbefatter innretninger (234) for å generere de akustiske bølgene er flere akustiske transdusere (234), idet hver transduser (234) har en bredde parallell med lengdeaksen til fiberen (230) hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde (L) for fiberen (230) og transduseren (234) er anbrakt med avstand hovedsakelig lik et oddemultippel av en halv støtlengde (L) for fiberen (230).

19. Modulator ifølge krav 7, karakterisert ved at den akustiske overflatebølgelederen (202, 232, 252, 272) innbefatter et anisotropisk krystallinmateriale og de akustiske bølgene (205, 275A, 275C) blir ledet av krystallgitterstrukturen til lederen, idet gitterstrukturen bevirker foretrukket forplantning av energi til de akustiske bølgene (205, 275A, 275C).

20. Modulator ifølge krav 19, karakterisert ved at de optiske fibrene (200, 230, 250, 270, 304) er anbrakt relativt i forhold til innretningene (204, 234, 258, 274, 310) for å generere hovedsakelig ved knutepunktene til Fraunhofer- og Fresnel-områdene for de akustiske bølgene (205, 275A, 275C), 302).

21. Modulator ifølge krav 1, karakterisert ved at de akustiske bølgene forplanter seg i en retning (205a, 235a, 275, 324) normalt på fiberens (200, 230, 250, 270, 304) lengdeakse.

22. Modulator ifølge krav 1, karakterisert ved at den optiske bølgelederfiberen innbefatter en dobbeltbrytende optisk fiber med første (X) og andre (Y) ortogonale polarisasjonsakser.

23. Modulator ifølge krav 22, karakterisert ved at den tidsvarierende spenningen på dobbeltbrytningsfiberen (200, 230, 250, 270) bevirker at polarisasjonsaksen (X, Y) forskyves for å bevirke tidsvarierende kopling av lyset mellom modiene.

24. Fremgangsmåte for amplitudemodulering av et optisk signal, karakterisert ved forplantning av et optisk signal gjennom en optisk bølgelederfiber (200, 230, 250, 270, 304), idet bølgelederen har to ortogonale forplatningsmodier, hvor hver av modiene har forskjellige forplantningshastigheter, leding av en rekke med akustiske overflatebølger (205, 275A, 275C, 302) på en leder (202, 232, 258, 274, 310) mot fiberen (200, 230, 250, 270, 304), orientering av rekken med bølger (205, 275A, 275C, 302) slik at deres bølgefronter (280A, 280C) er hovedsakelige parallelle med lengdeaksen for fiberen (200, 230, 250 , 270, 304), bevirking av at bølgefrontene (280A, 280C) treffer fiberen (200, 230, 250, 270, 304) ved intervaller i avstand fra hverandre for å danne en rekke med første områder (207) og en rekke med andre områder (209), idet de første (207) og de andre (209) områdene veksler slik at hver av de første områdene (207) er i avstand fra tilliggende første områder (207) med et av de andre områdene (209), idet treffen av de akustiske overflatebølgene (205, 275A, 275C, 302) langs fiberen (200, 230, 250, 270, 304) bevirker en oscillerende spenning i hver av de første områdene (207) som er tidsvarierende relativt i forhold til enhver spenning i de andre områdene (209), og synkronisering av bølgene (205, 275A, 275C, 302) slik at den tidsvariende spenningen i det første områdene (207) er de samme for hver av de første områdene (207), idet den tidsvarierende spenningen bevirker tidsvarierende kopling av lyset mellom forplantningsmodiene.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, karakterisert ved leding av en rekke akustiske overflatebølger (275B) mot fiberen, orientering av rekken med bølger (275B) slik at deres bølgefronter (280B) er i hovedsaken parallell med fibrenes (200, 230, 250, 270, 304) lengdeakse, bevirkning av at bølgefrontene (280B) treffer mot fiberen (200, 230, 250, 270) ved de andre områdene (209) for å bevirke en oscillerende spenning i hver av de andre områdene (209) som er tidsvarierende relativt i forhold til spenningen i de første områdene (207), orientering at de andre rekkene (275B) med bølger slik at deres bølgefronter (280B) er hovedsakelig parallell med lengdeaksen til fiberen (200, 230, 250, 270), og synkronisering av bølgefrontene (280B) til den andre rekken med bølger (275B) slik at den tidsvarierende spenningen i de andre områdene (209) er de samme for hver av de andre områdene (209).

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, karakterisert ved faseføring av de akustiske bølgene (275A, 275B, 275C) slik at rekken med akustiske bølger (275A, 275C) og den andre rekken med tilliggende akustiske bølger (275B) adskilles i fase med n radianer.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 24, karakterisert ved styring av bredden på mellomrommet til bølgefrontene (280A, 280B, 280C) slik at det første (207) og det andre (209) området hver har en lengde lik et oddemultippel av en halv støtlengde (L) til fiberen (200, 230, 250, 270).

28. Fremgangsmåte ifølge krav 24, karakterisert ved statisk optisk forspenning av koplingen til lyset mellom modiene til en forutbestemt verdi, idet den tidsvarierende spenningen bevirket av de akustiske bølgene modulerer koplingen mellom modiene om den forutbestemte verdien.