DE3205868A1

DE3205868A1 - Parallel-seriellumsetzer fuer optische daten

Info

Publication number: DE3205868A1
Application number: DE19823205868
Authority: DE
Inventors: Masaharu Kyoto Matano; Kazuhiko Osaka Mori; Norihiro Kamifukuoka Saitama Ota; Tsukasa Nara Yamashita
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1981-02-18
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DE3205868C2; GB2098347A; GB2098347B; US4595253A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umsetzer zur direkten Umsetzung von parallelen optischen Eingangsdaten in serielle optische Daten.

Die Umsetzung paralleler optischer Daten in serielle optische Daten, ähnlich der Umsetzung von parallelen elektrischen Signalen in serielle, ist eine wichtige Technologie der Signalverarbeitung.

Bei einem üblichen Umsetzer für die Parallel-Seriellumsetzung optischer Daten werden parallele optische Daten zunächst in ein paralleles elektrisches Signal, dieses dann weiter in ein serielles elektrisches Signal und dieses schließlieh in die seriellen optischen Daten umgesetzt. Ein solcher herkömmlicher Umsetzer bietet jedoch die folgenden Probleme:

(a) Es ist eine zweimalige Umsetzung, nämlich optisch-elektrisch elektrischeoptisch,.erforderlich, bei der sich die für die Umsetzung erforderlichen Zeiten aufsummieren, was die für die Parallel-Seriellumsetzung benötigte Zeit erhöht.

(b) Der niedrige Wirkungsgrad bei der Umsetzung zwischen optischen und elektrischen Signalen und umgekehrt führt zu einer erheblichen Abnahme der Ausgangslichtintensität, was Verstärkungseinrichtungen für das Licht notwendig macht.

(c) Die Notwendigkeit einer Schaltung für die elektrische Parallel-Seriellumsetzung macht den gesamten Schaltungsaufbau umfangreich.

(d) Im Falle einer Integration des Umsetzers macht die Hybridausbildung des Gesamtsubstrats eine aufwendige Herstellungstechnologie erforderlich.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfach aufgebauten Parallel-Seriellumsetzers für optische Daten, der parallel eingegebene optische Daten direkt in serielle optische Daten, ohne Zwischenumsetzung der parallel eingegebenen optisehen Daten in ein elektrisches Signal, umsetzt.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Parallel-Seriellumsetzers für optische Daten derart, daß eine Dünnschicht-Festkörperkomponente, die durch Ausbildung eines optischen Dünnschichtwellenleiters auf ihrer Substratoberfläche und nachfolgende Anwendung des akustooptischen Effekts des optischen Dünnschichtwellenleiters, der dann nacheinander eine Anzahl von Einfallslichtbündeln zu einem Lichtausgangsteil leitet, bestimmt ist, nach der optischen IC-Technologie leicht hergestellt werden kann, wobei eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit für den Umsetzer verwirklicht ist.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, verschiedene Betriebsverfahren anzugeben, mit denen mittels des akustooptischen Effekts des oben erwähnten optischen Dünnschichtwellen-· leiters mehrere Lichtbündel nacheinander zur Lichtausgangsteil geleitet werden können.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der begefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht des Gesamtaufbaus einer ersten Ausführungsform des beschriebenen Umsetzers,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung und ein detailliertes Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das die Parallel-Seriellumsetzung dieser Ausführungsform veranschaulicht,

Fig. 4 eine Schrägansicht des Gesamtaufbaus einer zweiten Ausführungsform des beschriebenen Umsetzers,

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser zweiten Ausführungsform, · ■

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Fig. 6 ein Zeitdiagramm, das die Parallel-Serienumsetzung dieser zweiten Ausführungsform veranschaulicht,

Fig. 7 eine Schrägansicht des Gesamtaufbaus einer dritten Ausführungsform des beschriebenen Umsetzers,

Fig. 8 eine Schrägansicht des Gesamtaufbaus einer vierten Ausführungsform des beschriebenen Umsetzers, und

Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser vierten Ausführungsform. Gemäß Fig. 1 umfaßt der Umsetzer einen auf der Oberfläche eines Substrats 1 ausgebildeten optischen Dünnschichtwellenleiter 2, einen Erzeugungsteil 3 für eine akustische Oberflächenwelle, mit dem eine akustische Oberflächenwelle auf dem optischen Dünnschichtwellenleiter 2 erzeugt wird, einen Lichteingangsteil 10, mit dem in einem vorgeschriebenen räumlichen Abstand mehrere Lichtbündel PT bis P4 so erzeugt werden, daß sich bezüglich der Wellenfront der in dem optischen Dünnschichtwellenleiter 2 vorhandenen akustischen Oberflächenwelle der Bragg-Winkel ergibt, einen Lichtausgangsteil 20, der durch die akustische Oberflächenwelle Bragg-gebeugte 'Lichtbündel Q1 bis Q4 sammelt und reflektiert, und eine Treiberschaltung 40, die aus dem Erzeugungsteil 3 für die akustische Oberflächenwelle einen

²^ akustischen Oberflächenwellenimpuls 50, der eine dem Abstand der einfallenden Lichtbündel P1 bis P4 zugeordnete vorgeschriebene Impulsbreite hat und so aufgebaut ist, daß die einfallenden Lichtbündel P1 bis P4 durch die Ausbreitung des akustischen Oberflächenwellenimpulses 50 nacheinander Bragg-gebeugt und am Licht-" ausgangsteil 20 als Ausgangslicht S in seriellem Zustand ausgegeben werden, zur Ausbreitung bringt.

Das Substrat 1 besteht aus einem Lithiumniobat-Einkristall, der piezoelektrisch ist, wobei zur Ausbildung des optischen Dünnschichtwellenleiters 2 mit einem Brechungsindex, der ungefähr um 0,003 bis 0,005 höher als derjenige des Substrats 1 ist,

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Titan auf der Oberfläche des Kristalls thermisch diffundiert wird.

Der Erzeugungsteil 3 für die akustische Oberflächenwelle besteht aus einem Interdigitalwandler (Doppelkammwandler) 30, der an einer vorgeschriebenen Stelle des optischen Dünnschichtwellenleiters ausgebildet ist. Eine Treiberschaltung 40 für den Interdigitalwandler 30 ist durch einen Hochfrequenzoszillator, eine Zeitsteuerschaltung oder dergleichen, gebildet.

Der Interdigitalwandler .30 wird intermittierend impulsangesteuert, wodurch der akustische Oberflächenwellenimpuls 50 im Mittelteil des optischen Dünnschichtwellenleiters 2 erzeugt wird. Am Ende des optischen Dünnschichtwellenleiters 2 in Ausbreitungsrichtung des akustischen Oberflächenwellenbündels ist ein akustisches Absorptionselement 6 ausgebildet, um eine Reflexion der akustischen Oberflächenwelle zu verhindern.

Das Lichteingangsteil 10 umfaßt vier auf der linken Seite des optischen Dünnschichtwellenleiters 2 ausgebildete Lichtleitfaseranschlüsse 11 bis 14, wobei an jeden der'Anschlüsse 11 bis 14 eine das einfallende Licht führende Lichtleitfaser angeschlossen ist. Durch diese vier Lichtleitfaseranschlüsse 11 bis 14 werden die vier Eingangslichtbündel P1 bis. P4 in den optischen Dünnschichtwellenleiter 2 eingeführt. Die Eingangslichtbündel P1 bis P4 werden dabei parallel zueinander in einen vorgeschriebenen Abstand gelegt, so daß sie die WeI-lenfronten einer durch den InterdigitaLwandler 30 erzeugten akustischen Welle im Bragg-Winkel kreuzen. Die einfallenden Lichtbündel P1 bis P 4 werden dann, soweit sie durch die akustische Oberflächenwelle Bragg-gebeugt werden, zu den abgebeugten Lichtbündel Q1 bis Q4, und soweit sie nicht gebeugt werden, zu den gerade weiter verlaufenden Lichtbündeln R1 bis R4.

Der Lichtausgangsteil 20 umfaßt an einer vorgeschriebenen Stelle des die abgebeugten Lichtbündel Q1 bis Q4 führenden optischen Dünnschichtwellenleiters 2 ausgebildete Gitterlinsen 21 , 22 und einen auf der rechten Seite des optischen Dünnschicht.-

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Wellenleiters 2 ausgebildeten Lxchtleitfaseranschluß 23, womit die abgebeugten Lichtbündel Q1 bis Q4 durch die Gitterlinsen 21, 22 gesammelt werden und das gesammelte Ausgangslichtbündel S in eine mit dem Anschluß 30 verbundene Lichtleitfaser geführt wird. .

Die Wirkungsweise des in der beschriebenen Weise aufgebauten Umsetzers wird nun anhand des in Fig. 2 gezeigten vergrößerten Erläuterungsdiagramms beschrieben. In Fig. 2 sind zwei Eingangslichtbündel P1 und P2 herausgegriffen. Die Breite der Einfallslichtbündel P1 und P2 beträgt w . Der Abstand der Einfallslichtbündel P1 und P2 in Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle 50 aus dem Interdigitalwandler 30 ist L. Die Wellenlänge der KinfallslichtbundGl.P1, P2 beträgt Λ. Die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle 50 ist demgegenüber A · Der Einfallswinkel der Einfallslichtbündel P1, P2 bezüglich der Wellenfront der akustischen Oberflächenwelle 50 ist der Bragg-Winkel Θ, wobei dieser Winkel θ die folgende Gleichung erfüllt

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Gleiches gilt auch für die weiteren Einfallslichtbündel P3, P4.

Wenn obige Gleichung erfüllt ist, wirkt, wie allgemein bekannt, eine auf die im optischen Dünnschichtwellenleiter 2 sich ausbreitende akustische Oberflächenwelle 50 zurückgehende periodische Änderung des Brechungsindex als Beugungsgitter/ und Licht, das auf eine FronL diüser Welle unter einem Winkel θ einfällt, wird durch diese Wellenfront vollständig reflektiert und hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung um 2Θ zu einem abgebeugten Lichtbündel Q1 bzw. Q2 geändert. Wenn sie durch die akustische Oberflächenwelle 50 nicht gebeugt werden, gehen die Lichtbündel P1, P2, wie durch R1 bzw. R2 gezeigt, gerade weiter.

Das von der Treiberschaltung 40 auf den Interdigitalwandler 3 0 gegebene Treibersignal ist eine Hochfrequenzspannung in Impulsform mit einer Impulsbreite TO, wie dies in Fig. 2 (B) gezeigt ist. Dementsprechend wird durch den Interdigitalwandler

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30 eine akustische Oberflächenwelle 50 in Form eines Impulses begrenzter Dauer erzeugt. Deshalb wird die akustische Oberflächenwelle, deren Erzeugungsdauer durch die Impulsansteuerung begrenzt ist, ein akustischer OberfLächenwellenimpuls genannt. Der Buchstabe M in Fig. 2 (A) gibt die Impulsbreite dieses akustischen Oberflächenwellenimpulses 50- wieder. Wenn TO die Impulsbreite des Treibersignals und VO die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwelle ist, dann ist die Impulsbreite M des akustischen Oberflächenwellenimpulses M = TO · VO..M des akustischen Oberflächenimpulses 50 wird dann so gewählt, daß M^L, damit der akustische Oberflächenwellenimpuls 50 nicht gleichzeitig wenigstens zwei der Einfallslichtbündel P1 bis P4 kreuzt. Kurz gesagt heißt dies, daß der akustische Oberflächenwellenimpuls nacheinander nur jeweils eines der vier parallelen Einfallslichtbündel P1 bis P4 kreuzt. Wie in Fig. 2 (B) gezeigt, beginnt dementsprechend, wenn ein Treibersignal während der Zeit ti bis t2 ausgegeben wird, der so erzeugte akustische Qberflächenwellenimpuls 50 der Breite M zunächst das am weitesten vorne liegende Einfallslichtbündel P1 zu kreuzen, was bewirkt, daß das Einfallslichtbündel P1 Braqggebeugt zu werden beginnt. Die Intensität des zum Einfallslichtbündel P1 gehörigen gebeugten Lichtbündels Q1 nimmt von der Zeit t3, zu der die Beugung beginnt, allmählich zu, erreicht ihr Maximum zur Zeit t4, wenn das Einfallslichtbündel P1 vollständig in den Bereich des akustischen Oberflächenwellenimpulses 50 eingetreten ist, beginnt dann ab der Zeit t5 wieder abzunehmen, wenn die hintere Flanke des akustischen Oberflächenwellenimpulses 50 aus dem Einfallslichtbündel P1 zu laufen beginnt und wird mit Abschluß dieses Vorgangs zur Zeit t6 schließlieh null. Der akustische Oberflächenwellenimpuls 50 pflanzt sich weiter fort und zur Zeit t7, die gegenüber der Zeit t3, zu der die Bragg-Beugung aufzutreten beginnt, um L/VO versetzt ist, beginnt seine Vorderflanke das zweite Einfallslichtbündel P2 zu kreuzen. Auf diese Weise ändert sich die Intensität des zum Einfallslichtbündel P2 gehörigen abgebeugten Lichts Q2

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gemäß einem Impulszustand, wie er über die Zeiten t7 -*- t8 —*- t9 —*- t10 vorliegt, und wird erneut null.

Wie beschrieben, werden also die Einfallslichtbündel P1 bis P4 nacheinander durch die Ausbreitung des durch den Interdigitalwandler 30 erzeugten akustischen Oberflächenwellenimpulses 50 Bragg-gebeugt. Die Bragg-gebeugten Lichtbündel werden danach durch die Gitterlinsen 21 , 22 gesammelt und ergeben das Ausgangslichtbündel S. Wie in Fig. 3 gezeigt, können " also durch die Ausbreitung eines einzigen mit einem einzigen Impuls des Treibersignals auf dem optischen Dünnschichtwellenleiter 2 erzeugten Impulses die zu den Einfallslichtbündeln P1 bis P4 gehörigen abgebeugten Lichtbündel QI bis Q4 nacheinander und ohne zeitlichen überlapp an den Lichtausgangsteil 20 gebracht werden, wo sie schließlich in einem seriellen Zustand ausgegeben werden.

Im folgenden wird nun die erwähnte zweite Ausführungsform anhand von Fig. 4 beschrieben. Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf die Unterschiede der ersten Ausführungsform gegenüber der zweiten Ausführungsform.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Umsetzer ist zur parallelen Erzeugung einer ersten akustischen Oberflächenwelle 51 und einer zweiten akustischen Oberflächenwelle 52 in einem optischen Dünnschichtwellenleiter 2 ein Erzeugungsteil 3 für eine akustische Oberflächenwelle vorgesehen, der einen ersten Interdigitalwandler 31 und einen zweiten Interdigitalwandler 32 aufweist, die an vorgeschriebenen Stellen der Oberfläche des Wellenleiters 2 ausgebildet sind. Wenn sich nur die erste akustische Oberflächenwelle 51 aus dem ersten Interdigitalwandler 31 auf·der dem Lichteingangsteil 10 näher liegenden Seite auf dem Wellenleiter ausbreitet, wird durch diese erste akustische Oberflächenwelle 51 jedes der einfallenden Lichtbündel P1 bis P4 Bragg-gebeugt, und die abgebeugten Lichtbündel Q1 bis Q4 werden zu dem .Lichtausgangsteil 20 geführt. Wenn demgegenüber sowohl die erste akustische Oberflächenwelle 51 aus dem ersten Interdigitalwandler 31 als auch die zweite akustische Oberfla-

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chenwelle 52 aus dem zweiten Interdigitalwandler 32 auf dem Wellenleiter erzeugt werden, erhält jedes der durch die erste akustische Oberflächenwelle 51 Bragg-gebeugten Einfallslichtbündel P1 bis P4 den Bragg-Einfallswinkel θ auch für die Wellenfront der zweiten akustischen Oberflächenwelle 52, so daß eine erneute Beugung bewirkt wird. Die Folge ist, daß sich durch die erste akustische Oberflächenwelle 51 und die zweite akustische Oberflächenwelle 52 zweifach Bragg-gebeugte Lichtbündel R'1 bis R'4 ausbreiten, die, wie in der Fig. 4 gezeigt, leicht gegenüber den Einfallslichtbündeln P1 bis P4 parallel verschoben sind, so daß sie in der gleichen Weise wie die gerade sich ausbreitenden Lichtbündel R1 bis R4 der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform nicht dem Lichtausgangsteil 20 zugeführt werden. Fig. 5 zeigt die Beugung der Einfallslichtbündel P1 bis P4 durch die erste akustische Oberflächenwelle 51 und die zweite akustische Oberflächenwelle unter vergrößerter Darstellung der Bündelzustände. Hierbei ist deutlich zu sehen, daß der zweite Interdigitalwandler 32 in Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle um den Abstand do gegenüber dem Interdigitalwandler 31 nach vorne versetzt ist. Dieser Abstand do in Ausbreitungsrichtung ist gleichzeitig ein Abstand zwischen einem Beugungspunkt iX des Lichtbündels P1 durch die erste akustische Oberflächenwelle 51 und einem Beugungspunkt ß des abgebuugten Lichtbündels durch die zweite akustische Oberflächenwelle 52. Wenn also die akustischen Oberflächen 51, 52 gleichzeitig durch die beiden Interdigitalwandler 31, 32 erzeugt werden, ist die Zeit, die die Vorderfront der akustischen Oberflächenwelle 51 benötigt, bis sie den Beugungspunkt ex erreicht, gleich der Zeit, die die Vorderfront der akustischen Oberflächenwelle 52 benötigt, bis sie den Beugungspunkt ß erreicht.

Gemäß Fig. 4 umfaßt eine Treiberschaltung 40 einen Hochfrequenzoszillator 41, eine Steuerschaltung 42 zur Steuerung des Zeitablaufs dor Parallel-Soriellum:;etzung, einen Verstärker 43 zur Verstärkung des Ausgangssignals der Steuerschaltung

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42 und zur Aufgabe desselben auf den ersten Interdigitalwandler 31, eine Verzögerungsschaltung 44 zur Verzögerung des Anstiegs des Ausgangssignals der Steuerschaltung 42 um eine bestimmte Zeit T1, und einen Verstärker 4 5 zur Verstärkung des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung 44 und zur Aufgabe desselben auf den zweiten Interdigitalwandler 32, Mit diesem Aufbau beginnt die Ansteuerung des zweiten Interdigitalwandlers 32 mit der erwähnten Zeitverzögerung Tl gegenüber dem. Beginn der Ansteuerung des ersten Interdigitalwandlers 31. Der Zustand dieser Ansteuerungsbeginnzeitverhältnisse ist in Fig. 6 gezeigt.

Wie erwähnt, führt das Vorhandensein der Zeitdifferenz P1 zwischen den Ansteuerungsanfangszeitpunkten der beiden Interdigitalwandler 31, 32 dazu, daß die Ausbreitung der zweiten akustischen Oberflächenwelle 52 gegenüber derjenigen der ersten akustischen Oberflächenwelle 51 verzögert ist. Bei dieser Verzögerung läuft auf dem optischen Dünnschichtwellenleiter 2 die Vorderfront der zweiten akustischen Oberflächenwelle 52 der Vorderfront der ersten akustischen Oberflächenwelle 51 in Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle in einem Abstand N nach, der durch folgenden Ausdruck gegeben ist:

N = V0-T1 - do

Der Nachlaufabstand N der zweiten akustischen Oberflächenwelle 52 wird so eingestellt, daß er kleiner als der Abstand (L - do) und deutlich größer als die Bündelbreite w ist. L ist dabei der Bündelabstand zwischen den Einfallslichtbündeln P1 bis P4 und VO die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwelle.

Mit der oben beschriebenen Einstellung erreicht die zweite akustische Oberflächenwelle 52 ihren Beugungspunkt ß mit dem abgebeugten Lichtbündel Q1 des ersten Einfallslichtbündels PI geringfügig, bevor die erste akustische Oberflächenwelle 51 ihren Beugungspunkt 'X mit dem zweiten Einfallslichtbündel P2 erreicht, womit obige Beziehung erreicht ist.

Kurz qo.sagt , geschieht alr.o, wie durch das '/.oi I.(H iujrarum der Fig. b gezeigt, folgendes: Jm Zeitpunkt t1, wann die Vorderfront

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der ersten akustischen Oberflächenwelle 51 den Beugungspunkt <*. des vordersten Einfallslichtbündels P1 erreicht, beginnt die Beugung dieses Einfallslichtbündels, wonach die Intensität des zum Lichtausgangsteil 20 geführten abgebeugten Lichtbündels Q1 im Zeitpunkt t2 maximal wird. Danach, im Zeitpunkt t3, wenn die Vorderfront der zweiten akustischen Oberflächenwelle 52 den Beugungspunkt ß des vordersten Lichtbündels Q1 erreicht, beginnt die Beugung des Lichtbündels Q1 durch diese akustische Oberflächenwelle 52, wonach die Intensität des zum Lichtausgangsteil 20 geführten Lichtbündels Q1 im Zeitpunkt t4 null wird und dieses Lichtbündel insgesamt zum doppelgebeugten Lichtbündel R'1 wird.

Danach wird im Zuge des Fortschreitens der beiden akustischen Oberflächenwellen 51, 52 in der gleichen Weise das Einfallslichtbündel P2 durch die akustische Oberflächenwelle 51 gebeugt und das zugehörige gebeugte Lichtbündel Q2 nur solange zum Ausgangslichtteil 20 geführt, als t;s nicht durch die akustische Oberflächenwelle 52 gebeugt wird; dann wird das Einfallslichtbündel P3 durch die akustische Oberflächenwelle 51 gebeugt und danach das zugehörige gebeugte Lichtbündel Q3 nur solange zum Ausgahgslichtteil 20 geführt, als es nicht durch die akustische Oberflächenwelle 52 gebeugt wird; und schließ- ■ lieh wird das Einfallslichtbündel P4 durch die akustische Oberflächenwelle 51 gebeugt, wonach das zugehörige gebeugte Lichtbündel Q4 nur solange zum Ausgangslichtteil 20 geführt wird, als es nicht durch die akustische; Oberflächenwelle 52 gebeugt wird. Auf diese Weise werden die gebeugten Lichtbündel Q1 bis Q4 der in einem Parallelzustand aufgebenen Einfallslichtbündel P1 bis P4 hintereinander in einer solchen Weise auf den Ausgangslichtteil 20 gegeben, daß sie nicht zeitlich überlappen,und in einem seriellen Zustand als Ausgangslicht S ausgegeben.

Im folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 7 beschrieben. Dieses dritte Ausführungsbeispiel ist in vieler Hinsicht dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fig.

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ähnlich. Das oben beschriebene zweite Beispiel unterscheidet sich dadurch, daß zur Erzielung eines Ausbreitungsverzögerungsabstands N zwischen der Vorderfront der ersten akustischen Oberflächenwelle 51 und der Vorderfront der zweiten akustischen Oberflächenwelle 52 die Ansteuerbeginnzeitpunkte für den ersten Interdigitalwandler 31 und den zweiten Interdigitalwandler 32 um die Zeit T1 differieren durften. Nach dem dritten Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ist der erste Interdigitalwandler 31 so ausgebildet, daß er in Ausbreitungsrichtüng der akustischen Oberflächenwelle um den Abstand N gegenüber dem zweiten Interdigitalwandler 32 nach vorne versetzt ist. Bei gleichzeitiger Ansteuerung beider Interdigitalwandler 31, 32 durch die Treiberschaltung 40 werden die erste akustische Oberflächenwelle 51 und um den Abstand N dieser gegenüber verzögert die zweite akustische Oberflächenwelle 52 auf dem optischen Dünnschichtwellenleiter 2 erzeugt. Die Funktionsweise, nach der die Umwandlung der Lichtbündel P1 bis P4 in einen seriellen Zustand durch die mit der wechselseitigen Verzögerung ausgestatteten akustischen Oberflächenwellen 51, 52 bewirkt wird, ist genau die gleiche wie bei dem weiter oben beschriebenen zweiten Beispiel.

Im folgenden wird nun ein viertes Ausführungsbeispiel' anhand der Fig. 8 beschrieben.

Bei dem in Fig. 8 gezeigten Umsetzer umfaßt der Erzeugungsteil 3 für eine akustische Oberflächenwelle den ersten Interdigitalwandler 31 und den zweiten Interdigitalwandler 32 in der rückwärtigen Verlängerung des Ausbreitungskanals der durch den ersten Interdigitalwandler 3-1 erzeugten akustischen Oberflächenwelle 51. Die durch den zweiten Interdigitalwandler 32 erzeugte zweite akustische Oberflächenwelle 52 breitet sich im Ausbreitungskanal der ersten akustischen Oberflächenwelle 51 in der gleichen Richtung aus. Bei gleichzeitigem Betreiben beider Interdigitalwandler 31, 32 überlappen einander die erste und zweite akustische Oberflächenwelle 51, 52 vollständig. Jedes der Einfallslichtbündel P1 bis P4 wird durch die erste

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akustische Oberflächenwelle 51 Bragg-gebeugt und das zugehörige gebeugte Lichtbündel Q1 , ..., Q4 zum Lichtausgangsteil 20 geführt. Der überlapp zwischen der zweiten akustischen Oberflächenwelle 52 und der ersten akustischen Oberflächenwelle 51 bringt jedoch aus einem später noch zu beschreibenden Grund die Bragg-Beugung der ersten akustischen Oberflächenwelle 51 zum Verschwinden, so daß sich keine Bragg-Beugung in der resultierenden Wellenkomponente aus beiden akustischen Oberflächenwellen 51, 52 zeigt. In diesem Fall wird jedes der Einfallslichtbündel P1 bis P4 ein sich gerade ausbreitendes Lichtbündel R1 bis R4 ähnlich demjenigen bei NichtVorhandensein einer akustischen Oberflächenwelle.

Wie oben beschrieben, sind der erste Interdigitalwandler 31 und der zweite Interdigitalwandler 32 in Ausbreitungsrichtung-der akustischen Oberflächenwelle in einem Abstand M angeordnet. Der Ansteuerbeginn durch die Treiberschaltung 40 wird für beide Interdigitalwandler 31, 32 gleichzeitig gewählt. Dementsprechend breitet sich, wie in Fig. 9 gezeigt, die akustische Oberflächenwelle 52 aus dem Interdigitalwandler 32 mit einem Verzögerungsabstand M hinter der akustischen Oberflächenwelle 51 aus dem Interdigitalwandler 31 aus, so daß in Ausbreitungsrichtung vor dem Interdigitalwandler 31 in einem sich um die Länge M bezüglich der Vorderfront der akustischen Oberflächenwelle 51 nach hinten erstreckenden Abschnitt 51a die akustische Oberflächenwelle 51 allein vorhanden ist, während in einem weiteren rückwärtigen Abschnitt die akustische Obeiflächenwelle 51 und die akustische Oberflächenwelle 52 einander überlappen. Diese Länge M ist dabei in der gleichen Weise festgelegt wie die Impulsbreite M des akustischen Oberflächenwellenimpulses 50 in dem in den Fign. 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Der sich um die Länge M von der Vorderfront der akustischen Oberflächenwelle 51 nach hinten erstreckende Abschnitt 51a, wo die akustische Oberflächenwelle 51 allein vorhanden ist, wirkt daher in gleicher Weise wie der akustische Oberflächenwellenimpuls 50 im weiter oben be-

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schriebenen ersten Beispiel, so daß im Zuge des Fortschreitens dieses Abschnitts 51a die einzelnen Einfallslichtbündel P1 bis P4 nacheinander Bragg-gebeugt und zum Lichtausgangsteil 20 geführt werden, wo sie schließlich aus Ausgangslicht S in einem seriellen Zustand ausgegeben werden.

Im folgenden wird der Grund erläutert, warum die Kombinationswelle aus der ersten akustischen Oberflächenwelle 51 und der zweiten akustischen Oberflächenwelle 52 im oben beschriebenen vierten Beispiel zum Ausbleiben der Bragg-Beugung führt.

Bei der Bragg-Beugung eines Lichtbündels durch eine akustische Oberflächenwelle im Dünnsehichtwellenleiter 2 ist der Wirkungsgrad I der Bragg-Beugung, d.h. das Intensitätsverhältnis von einfallendem Lichtbündel P und gebeugtem Lichtbündel Q durch den Ausdruck .

I = sin ( /Xnl)

gegeben, wobei 1 die Wechselwirkungslänge von akustischer Oberflächenwelle und einfallendem Lichtbündel P ist, deren Wert durch die Breite der akustischen Oberflächenwelle bzw., kurz gesagt, die Breite des sie erzeugenden Interdigitalwandlers bestimmt ist. An ist der Spitzenwert für die Änderung des Brechungsindex im optischen Dünnschichtwellenleiter 2 durch die'akustische Oberflächenwelle, wobei dieser Wert von der Leistung der akustischen Oberflächenwelle abhängt. Demnach erhält man im vierten, in den Fign. 8 und 9 gezeigten Beispiel An = TT/(21) mit 1=1 bei alleiniger Ausbreitung der ersten akustischen Oberflächenwelle 51, das Einfallslichtbündel P ist also so eingerichtet und eingestellt, daß es zu 100% gebeugt wird. Demgegenüber ist bei Überlagerung der ersten und der zweiten akustischen Oberflächenwelle 51, 52 der Spitzenwert Δη der Änderung des Brechungsindex so eingestellt, daß er das Doppelte desjenigen im Fall einer einzigen akustischen· Oberflächenwelle ist., womit sich die Beziehung ^n= "TT/1 ergibt. Damit erhält man in diesem Zustand der Überlagerung der beiden akustischen Oberflächenwellen 51, 52 das Intensitätsverhältnis I = 0, was bedeutet, daß sich keine Bragg-Beugung zeigt, so daß das Einfallslichtbündel P gerade weiter fortschreitet.

Ki/fg

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Parallel-Seriellumsetzer für optische Daten, gekennzeichnet durch einen auf der Oberfläche eines Substrats (1) ausgebildeten optischen Dünnschichtwellenleiter (2), einen Erzeugungsteil (3) zur Erzeugung einer akustischen Oberflächenwelle auf dem optischen Dünnschichtwellenleiter, .einen Lichteingangsteil (10), der eine Anzahl in einem vorgegebenen Abstand parallel liegender Einfallslichtbündel (P1, ..., P4) so erzeugt, daß sich bezüglich der Wellenfront der akustischen Oberflächenwelle der Bragg-Winkel ergibt, und einen Lichtausgangsteil (20), der das durch die akustische Ober-

flächenwelle Bragg-gebeugte Licht. (Q1 , ..., Q4) sammelt und ausgibt.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß eine Ansteuereinrichtung (40) für den Erzeugungsteil (3) für die akustische Oberflächenwelle vorgesehen ist, welcher so ansteuernd ausgebildet ist, daß mit dem Fortschreiten der akustischen Oberflächenwelle die Einfallslichtbündel (P1 , ..., P4) nacheinander zum Ausgangslichtteil (20) geführt und in einem seriellen Zustand ausgegeben werden.

3. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der.Erzeugungsteil (3) für die akustische Oberflächenwelle einen auf dem optischen Dünnschichtwellenleiter (2) ausgebildeten Interdigitalwandler (30) aufweist, wobei die Ansteuereinrichtung (40) den Interdigitalwandler impulsmäßig ansteuert, so daß sich ein akustischer Oberflächenwellenimpuls einer bestimmten Impulsbreite ausbreitet, die dem Abstand der Eihfallslichtbündel (P1, ..., P4) entspricht, und daß die Einfallslichtbündel im Zuge der Ausbreitung des akustischen Oberflächenwellenimpulses nacheinander Bragg-gebeugt und am Lichtausgangsteil (20) in einem seriellen Zustand ausgegeben werden.

4. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Ausbreitung einer ersten und einer zweiten akustischen Oberflächenwelle in dem optischen Dünnschichtwellenleiter (2) das Erzeugungsteil (3) für eine akustische Oberflächenwelle ausgebildet auf der Oberfläche des Wellenleiters einen ersten Interdigitalwandler (31) und einen zweiten Interdigitalwandler (32) aufweist, wobei die Ansteuereinrichtung (40) die erste akustische Oberflächenwelle mit dem ersten Interdigitalwandler auf der dem Lichteingangsteil (10) näherliegenden Seiten so erzeugt, daß die Einfallslichtbündel (P1, ..., P4) nacheinander Bragg-gebeugt werden, und

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wobei sie die zweite akustische Oberflächenwelle mit dem zweiten Interdigitalwandler um einen dem Abstand der Einfallslichtbündel zugeordneten Abstand gegenüber der ersten akustischen Oberflächenwelle verzögert erzeugt, so daß die zweite akustisehe Oberflächenwelle durch die erste akustische Oberflächenwelle Bragg-gebeugte Lichtbündel nacheinander ebenfalls Bragg-beugen kann, mit der Wirkung, daß Bragg-gebeugte und durch die zweite akustische Oberflächenwelle nicht weiter gebeugte Einfallslichtbündel nacheinander an den Lichtausgangsteil (20) geführt werden.

5. Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite akustische Oberflächenwelle um einen bestimmten Verzögerungsabstand gegenüber der ersten akustischen Oberflächenwelle zur Ausbreitung gebracht wird, indem der zweite Interdigitalwandler (32) mit einer bestimmten Zeitverzögerung gegenüber dem ersten Interdigitalwandler (31) angesteuert wird.

6. Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die gleichzeitig erzeugten erste und zweite akustische Oberflächenwelle mit der räumlichen Verzögerung der zweiten akustischen Oberflächenwelle gegenüber der ersten akustischen Oberflächenwelle durch Ausbildung des ersten Interdigitalwandlers (31) und des zweiten Interdigitalwandlers (32) in einem bestimmten Abstand in Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle zur Ausbreitung gebracht werden.

7. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichne.t, daß zur Ausbreitung der ersten und der zweiten akustischen Oberflächenwelle in der gleichen Richtung im" optischen Dünnschichtwellenlexter (2) in einer solchen Weise, daß sie sich überlappen, der Erzeugungsteil (3) für die akustisehe Oberflächenwelle ausgebildet auf der Oberfläche des

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Wellenleiters einen ersten und einen zweiten Interdigitalwandler (31 , 32) aufweist, daß die Ansteuereinrichtung (.40) mit dem ersten Interdigitalwandler eine erste akustische Oberflächenwelle erzeugt, die aufeinanderfolgend eine Bragg-Beugung der einfallenden Lichtbündel· (P1, ..., P4) durchführt, daß sie mit dem zweiten Interdigitalwandler gleichzeitig eine zweite akustische Oberflächenwelle erzeugt, die um einen dem Abstand der Einfallslichtbündel wechselseitig zugeordneten Abstand gegenüber der ersten akustischen Oberflächenwelle verzögert ist und durch überlapp mit der ersten akustischen Oberflächenwelle die Bragg-Beugung zum Verschwinden bringt, was dazu' führt, daß die Einfallslichtbündel durch die erste akustische Oberflächenwelle, wo sie sich mit der zweiten akustischen Oberflächenwelle nicht überlappt, nacheinander Bragg-gebeugt

15- und zum Lichtausgangsteil (20) geführt werden.