Модулятор Маха-Цендера

Этот тип модуляторов основан на интерферометре Маха-Цендера (рис. 5.1, а) на одномодовых полосковых световодах сечением, как правило, 3×3 мкм (рис. 5.1, б), в котором интерференция происходит между когерентными световыми пучками, проходящими разные оптические пути (рис. 5.1, а).

При использовании моды низшего типа в отсутствии модулирующего напряжения (V_см=0) оптические длины путей одинаковы (), мода разделяется по мощности на две равные части на входе в 3 дБ делителе и вновь суммируется на выходе в таком же делителе. В этом случае схема рис. 5.1, а полностью прозрачна.При приложении напряжения V_см= V_π, при котором образуется разность фаз на выходе между обыкновенной и необыкновенной волнами, равная , за счет изменения эффективного показателя преломления на выходе в середине световода суммарная мощность будет равна нулю, и схема будет полностью заперта. Таким образом, модулятор можно переводить из пропускающего (при V_см=0) в не пропускающий (при V_см= V_π). Для напряжений на электродах , интенсивность основной моды будет прямо-пропорциональна величине .

Созданный на основе ZnS такой модулятор реализует указанную функцию для проходящего света с коэффициентом проницаемости в пределах (0,01…0,6) при напряжениях V_π

Такое же устройство реализовано на основе LiNbO₃ с диффузией титана (Ti) длиной 38 мм с разностью уровней мощностей вход/выход (включен/выключен), равной 22 дБ при V_π 19В для λ=1,3 мкм.

Рисунок 5.1 – Схема модулятора Маха-Цендера

Реализованы модуляторы Маха-Цендера для длин волн , работающие в полосе оптических длин волн ∆λ=25нм с вносимым затуханием ≤5дБ, обеспечивающие модуляционные полосы частот ∆F=2;5; 8 и 16 ГГц соответственно при напряжении смещения ±10В; ∆t⁰=0…70⁰C.

Модуляторы Маха-Цендера являются полностью интегральными устройствами, поскольку для получения модуляции излучения по интенсивности не требуется дополнительных элементов. Они достаточно легко могут быть состыкованы с линейным волокном, источниками излучения и встроены в более сложные оптические интегральные схемы. По вносимым потерям, энергопотреблению и быстродействию модуляторы такого типа превосходят другие электрооптические управляемые устройства.

На основе двух таких модуляторов с нелинейными свойствами материала световодов с двумя входами создан оптический мультивибратор и другие бистабильные устройства, выполняющие логические операции И, ИЛИ, И-НЕ и ИЛИ-НЕ со временем переключения <10^-9с [20]. Кроме оптических элементов такие устройства используют фотодетекторы, усилители и другие электрические элементы для получения необходимых управляющих напряжений и электрической обратной связи.