DE3346058A1

DE3346058A1 - OPTICAL FREQUENCY CONVERSION DEVICE AND EQUIPPED GYROMETER

Info

Publication number: DE3346058A1
Application number: DE19833346058
Authority: DE
Inventors: Hervé Marly le Roi Arditty; Michel Issy les Moulineaux Papuchon
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1982-12-23
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1986-04-24
Anticipated expiration: 2003-12-22
Also published as: NL192466C; NL192466B; GB2151806B; FR2555769B1; NL8304435A; IT1160140B; GB2151806A; FR2555769A1; DE3346058C2; CA1255139A; IT8368302A0

Description

THOMSON - CSFTHOMSON - CSF

173, Bd. Haussmann173, vol. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich75008 PARIS / France

Unser Zeichen: T 3657Our reference: T 3657

Optische Frequenzumsetzvorrichtung und damit ausgestattetes GyrometerOptical frequency converter and gyrometer equipped with it

Die Erfindung betrifft eine in integrierter Optik ausgeführte Frequenzumsetzvorrichtung.The invention relates to a frequency conversion device embodied in integrated optics.

Die in herkömmlicher Optik ausgeführten Frequenzumsetzer sind wohlbekannt. Der wohl am häufigsten verwendete derartige Frequenzumsetzer beruht auf akustooptischer Wechselwirkung. Dabei erzeugt ein sich in einem Medium ausbreitendes akustisches Gitter periodische Veränderungen des Brechungsindex in Form einer sich ausbreitenden Welle.Frequency converters implemented in conventional optics are well known. Probably the most frequently used one of these Frequency converter is based on acousto-optical interaction. In doing so, it creates something that spreads in a medium acoustic grating periodic changes in the refractive index in the form of a propagating wave.

Dieses bewegte Gitter verursacht eine Lichtbeugung. Wenn die Wechselwirkungslänge ausreichend groß ist, so kann eine einzige Ordnungszahl überwiegen» In der gebeugten Ordnung (ω_) ist die Frequenz ω der Lichtwelle um eine Größe verändert, die gleich der Frequenz Ω der Schallwelle ist»This moving grid causes light to be diffracted. if the interaction length is sufficiently large, so can a single ordinal number predominate »In the diffracted order (ω_) the frequency ω of the light wave is around one Size changed, which is equal to the frequency Ω of the sound wave »

HD/GlHD / Gl

THOMSON - CSFTHOMSON - CSF

173, Bd. Haussmann173, vol. Haussmann

75008 P ARIS / Frankreich 75008 P ARIS / France

Unser Zeichen: T 3657Our reference: T 3657

Optische Frequenzumsetzvorrichtung und damit ausgestattetes GyrometerOptical frequency conversion device and gyrometer equipped with it

Die Erfindung betrifft eine in integrierter Optik ausgeführte Frequenzumsetzvorrichtung.The invention relates to an integrated optical system Frequency conversion device.

Die in herkömmlicher Optik ausgeführten Frequenzumsetzer sind wohlbekannt. Der wohl am häufigsten verwendete derartige Frequenzumsetzer beruht auf akustooptischer Wechselwirkung. Dabei erzeugt ein sich in einem Medium ausbreitendes akustisches Gitter periodische Veränderungen des Brechungsindex in Form einer sich ausbreitenden Welle. Dieses bewegte Gitter verursacht eine Lichtbeugung. Wenn die Wechselwirkungslänge ausreichend groß ist, so kann eine einzige Ordnungszahl überwiegen. In der gebeugten Ordnung (oO ist die Frequenz ω der Lichtwelle um eine Größe verändert, die gleich der Frequenz Ω der Schallwelle ist.Frequency converters implemented in conventional optics are well known. Probably the most frequently used one of these Frequency converter is based on acousto-optical interaction. In doing so, it creates something that spreads in a medium acoustic grating periodic changes in the refractive index in the form of a propagating wave. This moving grid causes light to be diffracted. If the interaction length is sufficiently large, then a single ordinal number predominate. In the diffracted order (oO the frequency ω of the light wave is around one Size changed, which is equal to the frequency Ω of the sound wave.

HD/GlHD / Gl

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Es gilt also ül. = ω+ Ω.So it applies ul. = ω + Ω.

Die Unterdrückung der Grundschwingung kann sehr gut sein, denn die umgesetzte Schwingung und die direkte (ungebeugte) Schwingung sind dann räumlich voneinander getrennt»The suppression of the fundamental oscillation can be very good, because the converted oscillation and the direct (undeflected) oscillation are then spatially separated from each other »

Es können nun die Eigenschaften der integrierten Optik untersucht werden. Unter dieser Bezeichnung werden monolithische Strukturen aus Dünnschichten verstanden, die zur Verarbeitung von Lichtsignalen bestimmt sind und durch die Technik der Ablagerung, Diffusion und Gravierung durch Masken hindurch erhalten werden, die analog denen sind, welche für die Herstellung von elektronischen integrierten Schaltungen angewendet werden= Durch Anwendung dieser Technik ist es insbesondere möglich, lineare Strukturen herzustellen, die durch einen Brechungsindex gekennzeichnet sind, der größer als der des umgebenden Mediums ist, und die Wellenleiter bilden, entlang welchen sich das Licht durch aufeinanderfolgende Totalreflexionen oder progressive Lichtbrechung ausbreitet φ Es ist bekannt, zwei derartige Wellenleiter über einen Teil ihres Verlaufs parallel zueinander anzuordnen, um Richtkoppler herzustellen; aufgrund des Effektes der Wellenausbreitungsverluste tritt die über den ersten Wellenleiter transportierte Energie progressiv in den zweiten Wellenleiter ein, und ein Maximum des Energieübergangs wird nach einer bestimmten Länge beobachtet, die als Kopplungslänge bezeichnet wird und von den geometrischen und optischen Parametern der Struktur abhängt, insbesondere von der Größe der Brechungsindizes der Materialien, aus denen die beiden Wellenleiter gebildet sind, und des diese trennenden Mediums. Anschließend tritt aber die Energie progressiv wieder aus dem zweiten Wellenleiter in den ersten ein, usw. Es ist ebenfalls bekannt, als Material für einen der Wellenleiter oder das diese trennende Medium ein elektrooptisches. Material zu verwenden und dessen Brechungsindex unter der Wirkung eines elektrischenIt can now use the properties of the integrated optics to be examined. This term is used to denote monolithic structures made of thin layers, which intended for the processing of light signals and by the technique of deposition, diffusion and engraving can be obtained through masks analogous to those used for the manufacture of electronic Integrated circuits are used = By using this technique, it is particularly possible to use linear To produce structures that are characterized by a refractive index that is greater than that of the surrounding area Medium is, and form the waveguides, along which the light travels through successive total reflections or progressive refraction propagates φ It is known to have two such waveguides over part of their course to be arranged parallel to each other to produce directional couplers; due to the effect of wave propagation losses the energy transported via the first waveguide progressively enters the second waveguide one, and a maximum of energy transfer is observed after a certain length, called the coupling length, and of the geometrical and optical Parameters of the structure depends, in particular, on the size of the refractive indices of the materials that make up the two waveguides are formed, and the medium separating them. But then the energy occurs progressively rejoins the second waveguide into the first, etc. It is also known as material an electro-optical one for one of the waveguides or the medium separating them. Material to use and whose refractive index under the action of an electrical

- τί- - τί-

Feldes zu verändern, wodurch unter Einwirkung auf die Kopplungslänge der Energieanteil elektrisch gesteuert werden kann, welcher von einem Wellenleiter in den anderen überführt wird. Es ist ferner ersichtlich, daß ein Lichtmodulator gebildet werden kann, in dem parallel zu dem die Lichtwelle transportierenden Wellenleiter ein Leiterabschnitt angeordnet wird, in welchem ein mehr oder weniger großer Teil dieser Energie transportiert wird.To change the field, whereby under action on the coupling length of the energy portion is electrically controlled which is transferred from one waveguide to the other. It can also be seen that a Light modulator can be formed in which a waveguide transporting the light wave is parallel Conductor section is arranged in which a more or less large part of this energy is transported will.

Ferner sind Frequenzumsetzer bekannt, die dazu bestimmt sind, aus einer elektromagnetischen, geführten Strahlung der Frequenz ω eine geführte elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, deren Frequenz ein Vielfaches der Frequenz ω ist. Diese Umsetzer werden insbesondere auf dem Gebiet der integrierten Optik angewendet, wobei diese Bezeichnung in Analogie mit den elektronischen integrierten Schaltungen gewählt ist, bei denen es sich um monolithische Strukturen handelt, die aus Dünnschichten aufgebaut sind.Frequency converters are also known which are intended to generate electromagnetic, guided radiation of the frequency ω to generate a guided electromagnetic radiation, the frequency of which is a multiple of the frequency ω is. These converters are used in particular in the field of integrated optics, these Designation is chosen in analogy with the electronic integrated circuits, which are monolithic Structures that are built up from thin layers.

Frequenzumsetzer der oben angegebenen Art wurden bereits in integrierter Optik verwirklicht, jedoch erfordern sie die Anwendung eines ebenen Wellenleiters; dies ist bei Mikroleitern nicht anwendbar. Es wurden bereits Anwendungen von Mikrowellenleitern beschrieben, die mit elektrooptischer Modulation arbeiten. Dabei kann es sich um ein Serrodyn-System oder um einen symmetrischen Modulator handeln. Ein derartiger optischer Frequenzumsetzer enthält einen Wellenleiter, der als Phasenmodulator verwendet wird und durch ein sägezahnförmiges Signal gesteuert wird. Ein solches Signal hat dieselben Auswirkungen wie eine Spannungsrampe, die eine Änderung des Brechungsindex in Abhängigkeit von der Zeit ermöglicht.Frequency converters of the type indicated above have already been implemented in integrated optics, but they require the use of a planar waveguide; this is not applicable to microconductors. There were already applications of microwave guides that work with electro-optical modulation. It can be a Serrodyne system or a symmetrical modulator. Such an optical frequency converter contains a waveguide that is used as a phase modulator and is controlled by a sawtooth signal will. Such a signal has the same effects as a voltage ramp, which changes the Refractive index as a function of time allows.

Es kann sich auch um eine akustische Modulation handeln, bei der eine Schwingungsform TE umgesetzt wird in eine Schwingungsform TM, wobei eine Frequenzänderung auftritt.It can also be an acoustic modulation in which a waveform TE is converted into a Waveform TM, with a frequency change occurring.

In diesem Fall wird durch Anlegen eines quergerichteten elektrischen Feldes das Durchlaßband eines akustooptischen Umsetzers, der eine TE-Schwingungsform in eine TM-Schwingungsform umsetzt, durch kolineare Wechselwirkung von akustischen Oberflächenwellen mit einer geführten Lichtwelle verändert.In this case, by applying a transverse electric field, the pass band becomes an acousto-optic one Converter that converts a TE waveform into a TM waveform through colinear interaction changed by surface acoustic waves with a guided light wave.

Beide Techniken haben mehrere Mängel:Both techniques have several shortcomings:

~ Die beiden Wellen breiten sich in demselben Wellenleiter aus (frequenzversetzte und Grundwelle), wodurch Probleme hinsichtlich ihrer Trennung auftreten;~ The two waves propagate in the same waveguide (frequency shifted and fundamental wave), whereby Problems with their separation arise;

- in bestimmten Fällen hängt der Wirkungsgrad der Umset- l§ zung stark von der Schwingungsform ab (Serrodyn-Umsetzer) ;- In certain cases the efficiency of the conversion depends strongly on the form of the oscillation (Serrodyn converter);

- bei einer TE-TM-Umsetzung ist eines der angetroffenen Probleme die extreme Wellenlängenabhängigkeit (Änderung "von 3/KTM - ß/KTM), wodurch es im übrigen ermöglicht wird, eine derartige Vorrichtung als Filter zu verwenden.- in a TE-TM implementation one of the encountered is Problems the extreme wavelength dependency (change "from 3 / KTM - ß / KTM), which makes it possible for the rest is to use such a device as a filter.

Durch die Erfindung werden diese Mängel behoben. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die umgesetzte undThe invention overcomes these deficiencies. In the device according to the invention are implemented and

die nicht umgesetzte Welle räumlich voneinander getrennt, denn das Übersprechen hängt von einfachen geometrischen Parametern ab und kann beliebig verringert werden, überdies bewahren die beiden Wellen dieselbe Polarisierung. go Ferner kann diese Vorrichtung auch auf die Herstellung von Frequenzfiltern angewendet werden.the unconverted wave spatially separated from each other, because the crosstalk depends on simple geometric Parameters and can be reduced as desired, moreover the two waves keep the same polarization. Furthermore, this device can also be used on the manufacture can be applied by frequency filters.

Durch die Erfindung wird eine optische Frequenzumsetzvorrichtung geschaffen, die ein ebenes, aus einem ersten Material hergestelltes Substrat und wenigstens zwei Wellenleiter unterschiedlicher Kenndaten enthält, wovon der eine eine ankommende Welle empfängt und die an derThe invention provides an optical frequency conversion device, which is a planar, from a first Material made substrate and at least two waveguides of different characteristics, of which one receives an incoming wave and the one at the

Oberfläche dieses Substrats angeordnet sind, wobei diese Wellenleiter über eine vorbestimmte Länge zueinander parallel sind und durch einen solchen Abstand voneinander getrennt sind, daß die Strahlung der ankommenden Welle von einem Wellenleiter in den anderen überführt werden kann, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie Mittel zur Erzeugung einer Schallwelle umfaßt, welche kolinear mit der ankommenden Welle ist, die durch einen der Wellenleiter transportiert wird, und daß diese Mittel zur Erzeugung einer Schallwelle zwischen den beiden Wellen leitern derart angeordnet sind, daß die beabsichtigte Frequenzumsetzung stattfindet.Surface of this substrate are arranged, these waveguides to each other over a predetermined length are parallel and separated by such a distance that the radiation of the incoming Wave can be transferred from one waveguide to the other, which is characterized in that it Comprises means for generating a sound wave which is colinear with the incoming wave which is transmitted by a the waveguide is transported, and that this means for generating a sound wave between the two waves conductors are arranged such that the intended frequency conversion takes place.

Ferner wird durch die Erfindung ein Gyrometer geschaffen, das eine solche Vorrichtung enthält.The invention also provides a gyrometer which includes such a device.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments and from the drawing referred to. In the drawing show:

Fig. 1 bis 3 eine Vorrichtung bekannter Art;1 to 3 show a device of a known type;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung;4 shows a device according to the invention;

Fig. 5 eine Vorrichtung bekannter Art;Fig. 5 shows a device of a known type;

Fig. 6 und 7 ein die erfindungsgemäße Vorrichtung enthaltendes Systems; und6 and 7 show a system containing the device according to the invention; and

Fig. 8 eine andere Ausführungsform dieses Systems.Fig. 8 shows another embodiment of this system.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen in linearer Optik verwirklichten Schalter im Schnitt bzw. in Draufsicht. Zwei Lichtwellenleiter 1, 2 sind in einem Substrat 3 gebildet. Das Material, über welches die Kopplung stattfindet, ist das des Substrats 3. Um die Wellen- bzw. Lichtleiter 1Figures 1 and 2 show a switch realized in linear optics in section and in plan view. Two Optical waveguides 1, 2 are formed in a substrate 3. The material over which the coupling takes place is that of the substrate 3. Around the waveguides or light guides 1

-β --β -

und 2 zu implantieren, kann z.B. Titan in ein Substrat hineindiffundiert werden, das aus einer monokristallinen Lithiumniobatscheibe (Li Nb O-) gebildet ist. Das Titan substituiert in der Diffusionszone teilweise das Niob, um eine Mischverbindung der Formel Li Ti Nb₁ CU zuand 2, for example, titanium can be diffused into a substrate which is formed from a monocrystalline lithium niobate disk (Li Nb O-). The titanium partially substitutes the niobium in the diffusion zone to form a mixed compound of the formula Li Ti Nb ₁ CU

χ \ —χ jχ \ —χ j

bilden, die einen Brechungsindex aufweist, welcher größer als der des reinen Niobats ist. Diese diffundierten Zonen, welche einen größeren Brechungsindex als das Substrat aufweisen, bilden die Wellenleiter 1, 2. Wenn die Diffusionstemperatur größer als der Curiepunkt des Materials ist, so wird die anschließende Abkühlphase ausgenutzt, um die Scheibe einem gleichförmigen elektrischen Feld auszusetzen, so daß die Scheibe gleichmäßig polarisiert wird und eine "Monogebiet"-Struktur erhalten wird»form, which has a refractive index which is greater than that of the pure niobate. These diffused zones which have a larger refractive index than the substrate, form the waveguides 1, 2. When the diffusion temperature is greater than the Curie point of the material, the subsequent cooling phase is used to reduce the To expose the disk to a uniform electric field, so that the disk is uniformly polarized and a "mono-area" structure is obtained »

Wenn eine Spannung zwischen Elektroden 10, 20 angelegt wird, entsteht eine Feldlinienverteilung, die in Fig. 1 mit 4 bezeichnet ist. Die in der Richtung C senkrecht zur Oberfläche 23 des Substrats in den beiden Wellenleitern verlaufende Feldkomponente, deren Absolutwert derselbe und deren Richtung entgegengesetzt ist, verursacht Änderungen des Brechungsindex um denselben Absolutwert und mit entgegengesetzten Vorzeichen. Da jedoch in einer zur Richtung der Achse C des Substrats senkrechten Richt-ung entsprechend seinem außergewöhnlichen Brechungsindex eine nicht verschwindende Feldkomponente vorhanden ist, und weil das angelegte elektrische Feld auch den Wert des Brechungsindex in demjenigen Teil des Substrats 22 verändert, der zwischen den beiden Wellenleitern liegt, wird eine gewisse Unsymmetrie des Phänomens hervorgerufen?When a voltage is applied between electrodes 10, 20, a field line distribution occurs, which is shown in FIG. 1 is denoted by 4. The one in the direction C perpendicular to the surface 23 of the substrate in the two waveguides running field components, the absolute value of which is the same and the direction of which is opposite, causes Changes in the refractive index by the same absolute value and with opposite signs. However, since in a Direction perpendicular to the direction of the C axis of the substrate, corresponding to its exceptional refractive index a non-vanishing field component is present, and because the applied electric field also has the value of the The refractive index in that part of the substrate 22 which lies between the two waveguides is changed caused a certain asymmetry of the phenomenon?

Die erhaltene Kopplung variiert gemäß der Polarität der Spannung, die zwischen den Elektroden 20 und 21 angelegt wird. Diejenige Spannungspolarität, welche zu einer maximalen Kopplung führt, kann aus der kristallographischen Orientierung des Materials abgeleitet werden, aus dem das Substrat besteht. Wenn diese Orientierung unbekannt ist, ist es sehr leicht, die optimale Polarität experimentellThe coupling obtained varies according to the polarity of the voltage applied between electrodes 20 and 21 will. The voltage polarity which leads to a maximum coupling can be derived from the crystallographic Orientation of the material from which the substrate is made. If this orientation is unknown, it is very easy to find the optimal polarity experimentally

33A6058 -X- 33A6058 -X-

zu bestimmen, nämlich öurch eine Messung der Lichtintensität, die durch einen Wellenleiter für die eine bzw. die entgegengesetzte Polarität übertragen wird.to be determined, namely by measuring the light intensity, which is transmitted through a waveguide for one or the opposite polarity.

Wenn die metallischen Elektroden direkt auf der Oberfläche der Wellenleiter angeordnet sind, so kann durch eine Welle, die sich mit Ausbreitungsverlusten in dem metallischen Medium ausbreitet, das relativ stark absorbiert, ein Energieverlust in dem Koppler hervorgerufen werden.If the metallic electrodes are arranged directly on the surface of the waveguide, then by a Wave that propagates with propagation losses in the metallic medium, which absorbs relatively strongly, energy loss can be caused in the coupler.

Um diesen Energieverlust zu vermeiden, kann eine lichtdurchlässige dielektrische Schicht 11, 21 zwischen dem Wellenleiter 1, 2 und der Elektrode 10 bzw. 20 angeordnet werden,, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Diese isolierende Schicht ist aus einem Material gebildet, das eine gute Durchlässigkeit bei der Wellenlänge des Lichtes aufweist, das sich in dem Wellenleiter ausbreitet, und das einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der des Wellenleiters ist. Für den oben beschriebenen Fall, bei dem das Substrat aus Lithiumniobat besteht, ist Siliziumdioxid (SiO₂) sehr gut geeignet.In order to avoid this loss of energy, a transparent dielectric layer 11, 21 can be arranged between the waveguide 1, 2 and the electrode 10 and 20, respectively, as shown in FIG. This insulating layer is formed from a material which has a good transmittance at the wavelength of the light propagating in the waveguide and which has a refractive index which is smaller than that of the waveguide. For the case described above, in which the substrate consists of lithium niobate, silicon dioxide (SiO ₂ ) is very suitable.

Diese beiden Wellenleiter oder Lichtleiter sind, wie in Fig. 2 gezeigt, zueinander über einen geradlinigen Teil der Länge L parallel, der von einem Parameter abhängt, welcher als Kopplungslänge bezeichnet und weiter unten noch definiert wird. Der Abstand zwischen den parallelen, geradlinigen Teilen weist einen Wert d auf, der einige Wellenlängen des in den Lichtleitern transportierten Lichtes nicht überschreiten darf (gerechnet in dem diese Leiter trennenden Medium) . Die beiden Leiter sind aus demselben elektrooptischen Material gebildet, das unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes einen Brechungsindex aufweist, der in Abhängigkeit von dem Wert des angelegten Feldes variiert. Der Brechungsindex dieses Materials ist so gewählt, daß selbst bei Anwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes der Wert des Brechungsindex größer als der des Materials ist, aus dem das Substrat 3 besteht.These two waveguides or light guides are, as shown in Fig. 2, to each other via a rectilinear part parallel to the length L, which depends on a parameter called the coupling length and below is yet to be defined. The distance between the parallel rectilinear parts has a value d that is several The wavelengths of the light transported in the light guides must not exceed (calculated in that this Conductor separating medium). The two conductors are made of the same electro-optic material that is below the action of an electric field has a refractive index that depends on the value of the applied Field varies. The refractive index of this material is chosen so that even in the presence of a applied electric field, the value of the refractive index is greater than that of the material from which the substrate is made 3 exists.

V^er-V ^er -

Aufgrund der elektrooptischen Eigenschaften des Materials, aus dem die Leiter 1 und 2 gebildet sind, erzeugt die Feldlinienverteilung im Inneren dieser Leiter Änderungen des Brechungsindex, deren Absolutwert im wesentlichen gleich ist, die jedoch entgegengesetzte Vorzeichen haben.Due to the electro-optical properties of the material, from which the conductors 1 and 2 are formed, the field line distribution inside these conductors produces changes of the refractive index, the absolute value of which is essentially the same, but which have opposite signs.

Wenn eine Lichtwelle über einen Lichtleiter transportiert wird, so breitet sich ein Teil der Energie außerhalb des Leiters in dem diesen umgebenden Medium in Form einer sich verflüchtigenden Welle aus. Die Amplitude dieser Welle nimmt exponentiell mit zunehmender Entfernung von den Wänden des Leiters ab. Wenn ein zweiter Leiter parallel zu dem ersten angeordnet wird, so nimmt er aufgrund dieser sich verflüchtigenden Welle progressiv Energie aus dem ersten Leiter auf, und dies.geschieht um so schneller, je näher die beiden Wellenleiter nebeneinanderliegen. Nach einer gegebenen Entfernung, die als Kopplungslänge bezeichnet wird und sowohl von den geometrischen als auch von den optischen Parametern der beiden Leiter und des diese trennenden Mediums (insbesondere von den Brechungsindizes) abhängt, ist eine maximale Energiemenge von dem ersten Leiter in den zweiten überführt worden. Jenseits von dieser Länge tritt der umgekehrte Effekt auf: die Energie wird progressiv vom zweiten Leiter in den ersten überführt, bis in dem zweiten Leiter ein minimaler Wert erreicht ist. Jegliche Änderung des Brechungsindex eines der vorhandenen Medien wirkt sich natürlich in der einen oder anderen Richtung auf die Kopplungslänge aus.When a light wave is transported through a light guide, some of the energy spreads outside the Conductor in the medium surrounding it in the form of a volatilizing wave. The amplitude of this Wave decreases exponentially with increasing distance from the walls of the conductor. When a second conductor in parallel to the first, it decreases progressively due to this volatilizing wave Energy from the first conductor picks up, and this happens the faster the closer the two waveguides are next to each other. After a given distance, known as Coupling length is referred to and from both the geometric and the optical parameters of the two Conductor and the medium separating them (in particular on the refractive indices) depends, is a maximum Amount of energy has been transferred from the first conductor to the second. Beyond this length the reverse occurs Effect on: the energy is progressively transferred from the second conductor to the first until the second Head a minimum value is reached. Any change in the refractive index of one of the existing media has an effect naturally affects the coupling length in one direction or the other.

Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Vorrichtung kann die Länge L gleich der Kopplungslänge ohne angelegtes elektrisches Feld gewählt werden. Wegen der vollkommenen Symmetrie der beiden Leiter in der Kopplungszone tritt eine vollständige Energiekopplung vom ersten Leiterin den zweiten (oder vom zweiten in den ersten) auf. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 20In the device shown in Figures 1 and 2, the length L can be equal to the coupling length without an applied electric field can be selected. Because of the perfect symmetry of the two conductors in the coupling zone a complete energy coupling occurs from the first conductor to the second (or from the second to the first). By applying a voltage between the electrodes 20

und 21 wird die Kopplungslänge vermindert, und ein Teil der Energie wird von dem zweiten Leiter zu dem ersten zurücküberführt (oder vom ersten zu dem zweiten). Das Gesamtergebnis besteht darin, daß mit zunehmender Spannung die von dem ersten Leiter zu dem zweiten (oder vom zweiten zum ersten) überführte Energie, die am Ende der Kopplungszone gemessen wird, bis zu dem Wert Null abnimmt. Die Kopplung zwischen den beiden Wellenleitern nimmt also von 100% auf 0% ab, wenn die an den Elektroden angelegte Spannung zunimmt. Dasselbe Ergebnis wird erhalten, wenn die Länge L gleich einem ungeraden Vielfachen der Kopplungslänge ohne elektrisches Feld gewählt wird.and 21 the coupling length is reduced and some of the energy is transferred back from the second conductor to the first (or from the first to the second). The overall result is that as the tension increases the energy transferred from the first conductor to the second (or from the second to the first) that occurs at the end of the coupling zone is measured until it decreases to the value zero. The coupling between the two waveguides thus increases from 100% to 0% as the voltage applied to the electrodes increases. The same result is obtained if the length L is chosen to be equal to an odd multiple of the coupling length without an electric field.

Es ist auch möglich, der Länge L einen Wert zu geben, der gleich einem geraden Vielfachen der KopplungslängeIt is also possible to give the length L a value that is equal to an even multiple of the coupling length

ohne elektrisches Feld ist. Die am Ausgang von einem Leiter zum anderen überführte Energie nimmt dann von Null ausgehend zu, wenn die zwischen den Elektroden angelegte Spannung von Null ausgehend zunimmt. 20is without an electric field. The energy transferred from one conductor to the other at the output then decreases from zero starting when the voltage applied between the electrodes increases starting from zero. 20th

Unter Steuerung durch ein elektrisches Signal kann also mit einer solchen Vorrichtung ein Teil oder die Gesamtheit der Energie, die über einen Lichtleiter transportiert wird, in einen anderen Leiter überführt werden, der ihm in der Kopplungszone zugeordnet ist.Under the control of an electrical signal, such a device can be used to make part or all of it of the energy that is transported via a light guide, can be transferred to another guide that serves him is assigned in the coupling zone.

Wenn einer der Leiter auf einen Abschnitt begrenzt wird, dessen minimale Länge die Länge L der Kopplungszone ist, so kann offensichtlich mit dieser Vorrichtung die in dem anderen Leiter transportierte Energie zu 100% moduliert werden.If one of the conductors is limited to a section whose minimum length is the length L of the coupling zone, so obviously with this device the in that energy carried by other conductors can be 100% modulated.

Für den Fall, daß die zwei Leiter verschieden sind, kann eine zwischen diesen Leitern gebildete periodische Struktür den Austausch zwischen ihnen steigern. Wenn nämlich die sich in einem Leiter ausbreitende Welle dieselbe Ausbreitungsgeschwindigkeit wie eine der BeugungsordnungenIn the event that the two conductors are different, a periodic structure formed between these conductors increase the exchange between them. If the wave propagating in a conductor has the same speed of propagation like one of the diffraction orders

in dem anderen Leiter aufweist, so findet ein Energieaustausch statt.in the other conductor, an exchange of energy takes place.

Um diesen Austausch, zu verwirklichen, können mehrere Mittel angewendet werden, insbesondere die Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen zwei Elektroden, z.B. von periodischer Struktur 18 und 29, die auf den beiden Seiten der beiden Wellenleiter 5 und 6 angeordnet sind, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Eine Lichtwelle 24 breitet sich in dem ersten Leiter aus und erzeugt durch Kopplung aufgrund der vorhandenen Polarisation V₀ eine eingekoppelte Welle 25, die sich in dem zweiten Leiter 6 ausbreitet. Es kann auch zwischen den zwei Wellenleitern ein Gitter in das Substrat eingraviert werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Schallwellen 12 durch Elektroden 13, 14 erzeugt, welche die Form von ineinandergreifenden bzw. interdigitalen Kämmen haben und an deren Anschlüsse ein Generator V angeschlossen ist. Die Schallwellen 12 breiten sich zwischen den beiden Wellenleitern in der in Fig. 4 gezeigten Weise aus. Die Elektroden können auf einer Dünnschicht 26 aus einem piezoelektrischen Material, z.B. Zinkoxid (Z 0) aufgebracht sein, das seinerseits auf dem Substrat 3 aufgebracht ist, welches aus einem anderen Material besteht, z.B. aus Siliziumoxid. Die Dünnschicht 26 kann aber auch aus demselben Material wie das Substrat gebildet sein, z.B. aus kristallinem Quarz, Galliumarsenid oder Lithiumniobat. To realize this exchange, several means can be used, in particular the generation of an electric field between two electrodes, e.g. of periodic structure 18 and 29, which are arranged on the two sides of the two waveguides 5 and 6, as in FIG. 3 is shown. A light wave 24 propagates in the first conductor and, by coupling due to the polarization V ₀ present, generates a coupled-in wave 25 which propagates in the second conductor 6. A grating can also be engraved in the substrate between the two waveguides. In the device according to the invention, sound waves 12 are generated by electrodes 13, 14 which are in the form of interlocking or interdigital combs and to the connections of which a generator V is connected. The sound waves 12 propagate between the two waveguides in the manner shown in FIG. The electrodes can be applied to a thin layer 26 made of a piezoelectric material, for example zinc oxide (Z 0), which in turn is applied to the substrate 3, which is made of a different material, for example silicon oxide. The thin layer 26 can, however, also be formed from the same material as the substrate, for example from crystalline quartz, gallium arsenide or lithium niobate.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß sie eine Einstellung der Kopplung zwischen den beiden Leitern 5 und 6 ermöglicht, die von der Frequenz der Schallwellen abhängt. Die so gebildete akustooptische Ablenkeinrichtung ermöglicht nämlich eine Frequenzver-Schiebung: Die sich in dem Lichtleiter 5 ausbreitende Lichtwelle, die ferner durch diese Schallwellen gebeugt wird, wird in der Frequenz umgesetzt und in den zweitenThe device according to the invention has the advantage that it allows adjustment of the coupling between the two conductors 5 and 6, depending on the frequency of the Depends on sound waves. The acousto-optical deflection device formed in this way enables a frequency shift: The light wave propagating in the light guide 5, which is also diffracted by these sound waves is implemented in the frequency and in the second

Leiter 6 überführt. Diese beiden Leiter müssen nicht dieselbe Länge aufweisen.Head 6 transferred. These two conductors do not have to be the same length.

Wenn ein Medium 30 betrachtet wird, in dem sich ein Bündel elastischer Wellen 31 mit der Frequenz f ausbreitet, wie in Fig. 5 dargestellt ist, und wenn in dieses Medium ein ankommendes Lichtbündel 32 einfällt, so wird eine Gruppe 3 3 von gebeugten Bündeln mit den Frequenzen F + kf erhalten, worin k eine ganze positive oder negative Zahl ist.If a medium 30 is considered in which a bundle of elastic waves 31 propagates with the frequency f, as shown in Fig. 5, and if an incoming light beam 32 is incident in this medium, then a Group 3 obtained 3 of diffracted beams with frequencies F + kf, where k is an integer positive or negative is.

Die sinusförmige Variation des Brechungsindex, welche durch die elastische Welle erzeugt wird, hat auf die Lichtwelle eine Auswirkung, die analog der eines Phasengitters ist: das in dem Kristall 3 0 parallel zu den Ebenen der elastischen Wellen eindringende Lichtbündel 32 wird in mehrere Bündel aufgetrennt, die symmetrisch in bezug auf das einfallende Bündel sind und folgende Win-The sinusoidal variation in the index of refraction, which generated by the elastic wave has an effect on the light wave that is analogous to that of a phase grating is: the light beam 32 entering the crystal 30 parallel to the planes of the elastic waves is split into several bundles, which are symmetrical with respect to the incident bundle and the following wind-

kel Θ aufweisen:have:

sin 0_N = k Asin 0 _N = k A

Darin ist Λ die Teilung in den Wellenebenen und λ die Wellenlänge des ankommenden Lichtbündels. Die Dicke e des elastischen Bündels muß aber kleiner als ein kritischer Wert e sein. Die seitlichen Wellen werden nämlich cHere Λ is the division in the wave planes and λ is the wavelength of the incoming light bundle. The thickness e of the elastic bundle must be smaller than a critical value e. The side waves are namely c

über die gesamte Länge des Weges der Trägerschwingung im Inneren des Ultraschallbündels und nicht nur am Austritt an der Grenze erzeugt. Wenn das elastische Bündelover the entire length of the path of the carrier oscillation generated inside the ultrasound beam and not just at the exit at the border. When the elastic bundle

° gedanklich in dünne Scheiben unterteilt wird, die parallel zur Ausbreitungsrichtung sind, so gilt für jede dieser Scheiben die vorstehende Spektralanalyse: die Frequenzen Ω + kü) und die Ausbreitungsrichtung Θ der seitlichen Wellen sind für die Scheiben mit den Abszissen ° χ und χ + 1 dieselben. Wenn für eine gegebene Ordnungszahl die Beiträge dieser beiden Scheiben addiert werden, die den Abstand 1 voneinander haben, so ergibt sich eine° is divided into thin slices that are parallel to the direction of propagation, the above spectral analysis applies to each of these slices: the Frequencies Ω + kü) and the direction of propagation Θ the lateral waves are the same for the disks with the abscissas ° χ and χ + 1. If for a given ordinal number the contributions of these two disks are added, which are at a distance of 1 from each other, the result is a

- sei -- may be -

λ² 1λ ² 1

entgegengesetzte Phasenlage für den Abstand 1., = -r- . —^ .opposite phase position for the distance 1., = -r-. - ^.

N Λ N^N Λ N ^

Die Interferenz der von den beiden Scheiben, welche den Abstand 1 voneinander haben, ausgehenden Wellen, kann also destruktiv sein. Wenn die Breite des Bündels größer als I_n ist, wird die Wirkung einer Scheibe durch die im Abstand 1 liegende Scheibe anulliert. Unter günstigsten Bedingungen darf die Dicke e des elastischen Bündels also einen kritischen Wert nicht überschreiten, der in erster Größenordnung folgender ist:The interference of the waves emanating from the two disks, which are at a distance of 1 from one another, can therefore be destructive. If the width of the bundle is greater than I _n , the effect of a disk is canceled out by the disk at distance 1. Under the most favorable conditions, the thickness e of the elastic bundle must not exceed a critical value, which in the first order of magnitude is as follows:

e_c = I₁ = X²M . .e _c = I ₁ = X ² M. .

Für einen Bragg"sehen Einfallswinkel des Lichtbündels 32 in bezug auf die Ebenen der elastischen Wellen ist die Wechselwirkung am stärksten, denn die Interferenzen erster Ordnung bei der Winkelfrequenz Ω + ω sind konstruktiv; es wird also nur ein einziges abgelenktes Bündel erzeugt.For a Bragg ″ see the angles of incidence of the light bundle 32 With regard to the planes of elastic waves, the interaction is strongest, because the interferences are the first Orders at the angular frequency Ω + ω are constructive; so it will only be a single deflected bundle generated.

Gemäß der Erfindung wird ein Richtkoppler verwendet, dessen zwei Leiter nicht einander gleich sind. Wenn ferner 3/K₁ und ß/K- die Ausbreitungskonstanten der Moden in diesen beiden Leitern des Kopplers sind, so ist die relative Energie in der einen Leiter, wenn der andere erregt worden ist, folgender:According to the invention, a directional coupler is used, the two conductors of which are not identical to each other. Furthermore, if 3 / K ₁ and ß / K- are the propagation constants of the modes in these two conductors of the coupler, then the relative energy in one conductor when the other has been excited is as follows:

E = =J =■ sin² l/l + ΔΒ ²/4 c² cLE = = J = ■ sin ² l / l + ΔΒ ^2/4 c ² cL

1 + Δβ ^Z/4 c^Z 1 + Δβ ^Z / 4 c ^Z

worin L die Wechselwirkungslänge und c die Kopplungskon stante ist, mit:where L is the interaction length and c is the coupling constant, with:

^ - ß/K₂),^ - ß / K ₂ ),

worin λ die Wellenlänge im Vakuum ist. Die relative Energie, die in diesem Leiter am Austritt des Kopplers vorhanden ist, hängt also von drei Parametern L, c und Δ β ab.where λ is the wavelength in vacuum. The relative energy which is present in this conductor at the exit of the coupler depends on three parameters L, c and Δ β.

Wenn Δβ groß gegenüber c ist, so kann unabhängig von L die maximale ausgetauschte Energie klein sein. Wenn z.BIf Δβ is large compared to c, the maximum exchanged energy can be small regardless of L. If e.g.

c = 1,5 10~⁴ μπιc μπι = 1.5 10 ~ ⁴

λλ ΔβΔβ = O= O ,001, 001 2π2π = C= C 1717th ^ΕΜΑΧ ^Ε ΜΑΧ

-4
und wenn c = 1,5 10-4
and if c = 1.5 10

ΤΓ ^{Δ3 =} °' ΤΓ ^{Δ3 =} ° '

^ΕΜΑΧ = 0,000017
15 ^Ε ΜΑΧ = 0.000017
15th

Diese Werte sind also sehr klein und können noch beliebig weiter verkleinert werden, indem die Länge L verändert wird.These values are therefore very small and can be further reduced as required by changing the length L. will.

Wenn die Ausbreitungskonstanten der beiden Leiter periodisch variiert werden und wenn die entsprechende Periode geeignet gewählt ist, so kann bekanntlich der Austausch zwischen diesen beiden Leitern vergrößert werden, indem Δ3 durch den Vektor K des Gitters kompensiert wird.When the propagation constants of the two conductors are varied periodically and when the corresponding period is chosen appropriately, it is known that the exchange between these two conductors can be increased by Δ3 is compensated by the vector K of the grid.

Die Wechselwirkung wird dann aufgrund der Erhaltung der Momente folgendermaßen geschrieben:The interaction is then written as follows due to the conservation of the moments:

P₁ + K = B₂
30P ₁ + K = B ₂
30th

oder: -ψ- (β,,/K - 3₂/K) = -^por: -ψ- (β ,, / K - 3 ₂ / K) = - ^ p

worin Λ die Periode des Gitters ist.where Λ is the period of the lattice.

Wenn also dieses Gitter wie bei der in Fig. 4 gezeigten, erfindungsgemaßen Vorrichtung durch eine Schallwelle gebildet ist, die sich kolinear mit der Lichtwelle ausbreitet, so erhält man eine Frequenzumsetzung der einge-So if this grid is formed by a sound wave as in the device according to the invention shown in FIG. 4 that propagates colinearly with the light wave, one obtains a frequency conversion of the

- yr- - yr-

koppelten Welle.coupled shaft.

Der Wechselwirkungsgrad hängt von dem Wert der Brechungsindexvariation ab, die durch die Schallwelle induziert wird, und folglich von der eingespeisten Leistung. Als Beispiel kann ein Richtkoppler betrachtet werden, der in Lithiumniobat (Li Nb 0,) durch Titandiffusion hergestellt wurde. Die dem Titan entsprechende Veränderung des Brechungsindex liegt gewöhnlich in der Größenordnung von An = 5,10The interaction efficiency depends on the value of the refractive index variation induced by the sound wave and consequently on the power fed in. As an example, a directional coupler can be considered which is produced in lithium niobate (Li Nb 0,) by titanium diffusion was produced. The change in the refractive index corresponding to titanium is usually in Of the order of An = 5.10

Es kann dann die Ausbildung der beiden Leiter mit Δβ/Κ = 2.10~ in Betracht gezogen werden. Dies kann erhalten werden, indem die Breite oder/und Dicke des Titans für diese beiden Leiter des Kopplers verändert wird.The formation of the two conductors with Δβ / Κ = 2.10 ~ can then be considered. This can get by changing the width and / or thickness of the titanium for these two conductors of the coupler.

Für eine Wechselwirkungslänge von 10 mm ist die maximaleFor an interaction length of 10 mm is the maximum

-4 ausgetauschte Energie bei λ = 0,83 μΐη: Ε_ΜΑχ =4.10 Die Wellenlänge einer Schallwelle, die für die Kompensation erforderlich ist, beträgt 415 μπι entsprechend einer Frequenz von etwa 7,2 MHz im Falle des Lithiumniobats (Li Nb O₃). Die am Ausgang des zweiten Leiters (der ursprünglich nicht angeregt wurde) entnommene Welle wird also mit einer Frequenzverschiebung von 7,2 MHz erhalten, und das Grundschwingungsmaximum in diesem Leiter beträgt -33 dB gegenüber der gesamten optischen Energie.-4 exchanged energy at λ = 0.83 μΐη: Ε _ΜΑχ = 4.10 The wavelength of a sound wave that is required for compensation is 415 μπι corresponding to a frequency of about 7.2 MHz in the case of lithium niobate (Li Nb O ₃ ) . The wave taken at the output of the second conductor (which was not originally excited) is thus obtained with a frequency shift of 7.2 MHz, and the fundamental oscillation maximum in this conductor is -33 dB compared to the total optical energy.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch einer der Leiter durch Protonenaustausch und der andere durch Titandiffusion gebildet werden; gemäß einer anderen Ausführungsform werden beide Leiter durch Protonenaustausch mit unterschiedlicher Charakteristik gebildet. Es kann dann Δβ/Κ=0,1 erhalten werden, mit einer Wechselwirkungslänge von 10 mm, wobei eine maximale ausgetauschte Energie von -67 dB der Gesamtenergie bei einer Wellenlänge von 8,3 μπι der Schallwelle bzw. einer Frequenz von 361 MHz derselben erhalten wird.In the device according to the invention, one of the Conductors are formed by proton exchange and the other by titanium diffusion; according to another embodiment Both conductors are formed by proton exchange with different characteristics. It can then Δβ / Κ = 0.1 can be obtained with an interaction length of 10 mm, with a maximum exchanged energy of -67 dB of the total energy at one wavelength of 8.3 μπι the sound wave or a frequency of 361 MHz of the same is obtained.

ίοίο

Bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung verursacht also eine in den ersten Leiter eingeleitete Welle 23 durch Kopplung das Auftreten einer Welle 25 in dem zweiten Leiter, wobei diese Welle frequenzversetzt ist.In the device shown in FIG. 4, a wave 23 introduced into the first conductor causes through Coupling the appearance of a wave 25 in the second conductor, this wave being offset in frequency.

Mehrere Ausgestaltungen der Leiter sind möglich, z.B. mit einem Substrat 3 aus Lithiumniobat. Die beiden Leiter werden durch Eindiffundieren von Titan in das Substrat erhalten. Die in den beiden Leitern geführten WeI-len sind zwei TE-Wellen oder zwei TM-Wellen, wobei sichSeveral configurations of the conductors are possible, e.g. with a substrate 3 made of lithium niobate. The two leaders are obtained by diffusing titanium into the substrate. The waves led in the two ladders are two TE waves or two TM waves, being

Δ ß —3Δ ß -3

ein — in der Größenordnung von einigen 10 ergibt.one - on the order of a few 10 results.

Es kann aber auch eine gekreuzte Wechselwirkung stattfin den, also zwischen einer TE-Welle in dem ersten Leiter und einer TM-Welle in dem zweiten Leiter oder umgekehrt, wobei ein Δβ/Κ in der Größenordnung von 0,1 erhalten wird.However, a crossed interaction can also take place, i.e. between a TE wave in the first conductor and a TM wave in the second conductor or vice versa, obtaining a Δβ / Κ on the order of 0.1 will.

Einer der beiden Leiter kann durch Eindiffundieren von Titan und der zweite durch Protonenaustausch erhaltenwerden. Wenn eine Achse C betrachtet wird, die senkrecht zu der Substratoberfläche ist, so tritt in beiden Leitern eine TM-Welle auf. Es kann sich aber auch um zwei TE-Wellen handeln. Es wird dann ein Δβ/Κ in der Größen-Ordnung von 0,1 erhalten. Die zwei Leiter können durch Protonenaustausch erhalten werden, aber ihre Charakteristik muß jeweils verschieden sein. Man erhält dann: Δβ/Κ = 0,1 .One of the two conductors can be obtained by diffusing titanium and the second by proton exchange. If an axis C is considered which is perpendicular to the substrate surface, then conductors occur in both a TM wave. But it can also be two TE waves. It then becomes a Δβ / Κ in the order of magnitude obtained from 0.1. The two conductors can be obtained by proton exchange, but their characteristics must be different in each case. One then obtains: Δβ / Κ = 0.1.

Durch Ändern der Schallfrequenz, die zwischen 10 und 300 MHz variieren kann, kann ein abstimmbares Filter erhalten werden. Die Doppelbrechung des Materials variiert nämlich frequenzabhängig.By changing the sound frequency, which can vary between 10 and 300 MHz, a tunable filter can can be obtained. The birefringence of the material varies depending on the frequency.

Das Durchlaßband der erfindungsgemäßen Vorrichtung hängt von der Länge der Wechselwirkung zwischen der Lichtwelle und der Schallwelle ab, und je größer die Anzahl vonThe pass band of the device according to the invention depends on the length of the interaction between the light wave and the sound wave, and the greater the number of

Ebenen der Schallwelle ist, die bei dieser Kopplung mitwirken, desto schmaler ist das Durchlaßband.The levels of sound wave that are involved in this coupling, the narrower the passband.

Die beschriebene Vorrichtung kann als Filter verwendet werden, bei dem z.B. die Änderung der Doppelbrechung eines Materials in Abhängigkeit von der Wellenlänge ausgenutzt wird. Es kann in Betracht gezogen werden, daß sich in dem ersten Leiter eine TE(TM)-WeIIe und in dem zweiten Leiter eine TM(TE)-WeIIe ausbreitet, die über ^di^e Schallwelle miteinander gekoppelt sind. Für Lithiumniobat gilt dann: (Δβ/ΚΤΜ - Δβ/ΚΤΕ) s 0,1, wobei sich wiederum eine Schallwelle mit der Frequenz 361 MHz ergibt. Dieses Filter ist abstimmbar, denn es muß lediglich die Frequenz der Schallwelle geändert werden.The device described can be used as a filter in which, for example, the change in the birefringence of a material as a function of the wavelength is used. It can be considered that propagates in the first conductor a TE (TM) -WeIIe and the second conductor is a TM (TE) -WeIIe which are coupled to each other via ^e ^d i sound wave. The following then applies to lithium niobate: (Δβ / ΚΤΜ - Δβ / ΚΤΕ) s 0.1, which again results in a sound wave with a frequency of 361 MHz. This filter is tunable, because it only needs to be changed the frequency of the sound wave.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Elektroden z.B. auf den beiden Seiten der beiden Leiter oder auf diesen Leitern angeordnet werden. Ferner kann eine isolierende Zwischenschicht zwischen Elektroden und Substrat angeordnet werden. Das elektrische Feld, welches zwischen diesen beiden Elektroden erzeugt wird, ermöglicht dabei eine Einstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihren Anfangszustand oder ihren Endzustand.In the device according to the invention, the electrodes e.g. be arranged on both sides of the two conductors or on these conductors. Furthermore, an insulating Intermediate layer can be arranged between electrodes and substrate. The electric field between these two electrodes is generated, enables the device according to the invention to be set in FIG their initial state or their final state.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf dem Gebiet der mit Lichtleitfasern arbeitenden Gyrometer einsetzbar.The device according to the invention is in the field of Gyrometer working with optical fibers can be used.

Fig. 6 zeigt schematisch ein bekanntes Ring-Interferometer. Eine Laser-Strahlungsquelle S sendet ein Bündel paralleler Strahlen 41 gegen einen optischen Teiler, der durch eine halbdurchlässige Platte M gebildet ist.6 shows schematically a known ring interferometer. A laser radiation source S sends a bundle of parallel beams 41 against an optical splitter, the is formed by a semi-permeable plate M.

Eine bestimmte Anzahl von Spiegeln M₁, M„, M-. bildet einen optischen Weg, der den Ring des Interferometers bildet. Dieser Ring kann z.B. mittels Monomode-Lichtleitfasern gebildet werden. Die Meßempfindlichkeit wird nämlich durch einen langen Lichtweg gesteigert. Dieser RingA certain number of mirrors M ₁ , M ", M-. forms an optical path that forms the ring of the interferometer. This ring can be formed, for example, by means of single-mode optical fibers. The measurement sensitivity is increased by a long light path. This ring

ist auf den optischen Teiler M zurückgeschleift, der überdies die Funktion eines optischen Mischers erfüllt und auf diese Weise einen Ausgangszweig 43 festlegt. Der Ring wird also von zwei in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Wellen durchlaufen: die eine im Uhrzeigersinn (Richtung 2), die andere im Gegenuhrzeigersinn (Richtung 1). Diese beiden Wellen werden an der Teilerplatte M wieder miteinander kombiniert. Das Ergebnis dieser Rekombination kann im Ausgangszweig 43 mittels eines Detektors D beobachtet werden. Ein Teil der Lichtbündel wird in dem Eingangszweig durch eine Teilerplatte M¹ wieder aufgenommen und durchquert erneut die Filtervorrichtung F. Am Ausgang werden die beiden Wellen an der Trennplatte M" wieder miteinander kombiniert. Das Ergebnis dieser Rekombination kann im Ausgangszweig 44 beobachtet werden. Durch Einfügung der Filtervorrichtung F in den Eingangszweig des Interferometers wird dieses vollkommen reziprok gemacht. Es wird von einer Welle durchlaufen, die in einem einzigen optischen Schwingungstyp vorliegt. Diese Filtervorrichtung ist durch ein Modenfilter gefolgt von einem Polarisator gebildet. Das ankommende Bündel 41 durchquert dieses Filter, und der aus ihm austretende Bruchteil liegt in einer einzigen Schwingungsform vor. Es kann also das austretende Bündel 43 betrachtet werden, welches der Interferenz der beiden Bündel entspricht, die die Modenfiltervorrichtung nicht durchlaufen haben, es kann jedoch auch derjenige Teil der Bündel betrachtet werden, der im Eingangszweig durch die halbdurchlässige Platte M aufgenommen wird. Dieser Teil der Bündel durchquert erneut die Filtervorrichtung F. An ihrem Ausgang liegen die beiden Bündel, die über die halbdurchlässige Platte M¹ in den Zweig 44 eingegeben werden, in derselben Schwingungsform vor, wodurch das Interferometer unempfindlich gegen "reziproke" Störungen wird.is looped back to the optical splitter M, which also fulfills the function of an optical mixer and in this way defines an output branch 43. The ring is traversed by two waves running in opposite directions: one clockwise (direction 2), the other counterclockwise (direction 1). These two waves are combined with one another again on the divider plate M. The result of this recombination can be observed in the output branch 43 by means of a detector D. Part of the light bundles is picked up again in the input branch by a splitter plate M ¹ and again crosses the filter device F. At the exit, the two waves are combined again with one another on the partition plate M ″. The result of this recombination can be observed in the output branch 44 of the filter device F in the input branch of the interferometer, this is made completely reciprocal. A wave which is present in a single optical oscillation type passes through it. This filter device is formed by a mode filter followed by a polarizer. The incoming beam 41 passes through this filter, and the fraction emerging from it is present in a single waveform. Thus the emerging bundle 43 can be considered which corresponds to the interference of the two bundles which have not passed through the mode filter device Input branch is absorbed by the semi-permeable plate M. This part of the bundle again passes through the filter device F. At its exit, the two bundles, which ^{are entered into branch 44 via the semi-permeable plate M 1} , are in the same form of oscillation, which makes the interferometer insensitive to "reciprocal" disturbances.

Es sei Δφ die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellen, die sich in entgegengesetzten Richtungen in dem Ring ausbreiten, und P die optische Ausgangsleistung, die in demLet Δφ be the phase difference between the two waves, which propagate in opposite directions in the ring, and P is the optical output power which is in the

Ausgangszweig 44 gemessen werden kann; bei fehlender "nichtreziproker" Störung ist Δφ gleich Null.Output branch 44 can be measured; in the absence of a "non-reciprocal" disturbance, Δφ is equal to zero.

Wenn ein Gyrometer betrachtet wird, bei dem dieses Ring-Interferometer angewendet wird, so wird durch die Drehung des Gyrometers eine "nichtreziproke" Störung erzeugt. Die Phasendifferenz Δφ ist nicht mehr gleich Null, und es gilt Δφ = αΩ,worin Ω die Rotationsgeschwindigkeit ist, sowie α = k , worin k eine Konstante ist, die von der Geometrie des Gyrometers abhängt, L die Länge des Lichtweges, λ die Wellenlänge des von der Laser-Strahlungsquelle S ausgesendeten Lichtes und C die Lichtgeschwindigkeit in dem Ring 4 2 ist. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit Ω zunimmt, nimmt auch die Phasendifferenz Δφ im gleichen Maße zu, denn der Koeffizient α bleibt konstant. Die optische Leistung P_c folgt einem Cosinusgesetz. Es gilt nämlich:When looking at a gyrometer employing this ring interferometer, the rotation of the gyrometer creates a "non-reciprocal" perturbation. The phase difference Δφ is no longer equal to zero, and Δφ = αΩ, where Ω is the speed of rotation, and α = k, where k is a constant that depends on the geometry of the gyrometer, L the length of the light path, λ the wavelength of the light emitted by the laser radiation source S and C is the speed of light in the ring 4 2. If the rotation speed Ω increases, the phase difference Δφ also increases to the same extent, because the coefficient α remains constant. The optical power P _c follows a cosine law. The following applies:

^PS = ^P1S ^{+ P}2S · ² V^P1S^P2S cos (Δφ) 20 ^P S = ^P 1S ^{+ P} 2S · ² V ^P 1S ^P 2S cos (Δφ) 20

worin P der Richtung 1 und P_ der Richtung 2 entspricht. Die Meßempfindlichkeit für einen gegebenen Wert Δφ wird durch die Ableitung von P_ erhalten:where P corresponds to direction 1 and P_ to direction 2. The measurement sensitivity for a given value Δφ is obtained by deriving P_:

25 - ^dPS25 - ^dP p

ά(Δφ)ά (Δφ)

= -2 \/^P1S^P2S sin (Δφ)= -2 \ / ^P 1S ^P 2S sin (Δφ)

Die Empfindlichkeit des Interferometers ist sehr gering, wenn die Phasendifferenz Δφ nur wenig von Null verschieden ist. Dies ist bei einem Gyrometer der Fall, wenn ge-The sensitivity of the interferometer is very low, when the phase difference Δφ differs only slightly from zero is. This is the case with a gyrometer when

ringe Rotationsgeschwindigkeiten Ω gemessen werden sollen.rings rotation speeds Ω are to be measured.

Die Variation der optischen Leistung in dem Ausgangszweig ist durch das in Fig. 7 wiedergegebene Diagramm dargestellt. The variation of the optical power in the output branch is shown by the diagram shown in FIG.

Es kann angenommen werden, daß die Größen P_1ς und Ρ_ς gleich sind. Daraus folgt, daß für eine Phasendifferenz Δφ = π die erfaßte Leistung minimal ist. Sie durchläuftIt can be assumed that the quantities P _1ς and Ρ_ς are the same. It follows from this that for a phase difference Δφ = π, the detected power is minimal. She goes through

- yr - - yr -

ein Maximum P„ für Δφ = O und für 2π usw.a maximum P "for Δφ = O and for 2π etc.

Um die Empfindlichkeit des Interferometers zu vergrößern, kann eine "nichtreziproke" konstante Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen eingeführt werden, die in entgegengesetzten Richtungen umlaufen, so daß der Arbeitspunkt des Interferometers verschoben wird. To increase the sensitivity of the interferometer, a "non-reciprocal" constant phase shift can be introduced between the two waves in opposite directions Revolve directions so that the working point of the interferometer is shifted.

Für den Fall einer nach einem Cosinusgesetz variierenden Funktion wird der Punkt höchster Empfindlichkeit für die Winkel (2k+ 1) π/2, mit k ganzzahlig, erhalten. Es kann also eine Verschiebung gewählt werden, für die der Absolutwert der Phasenänderung bei jeder Welle π/4 beträgt, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen. Bei fehlender "nichtreziproker" Störung wird dann die Phasendifferenz:In the case of a function that varies according to a cosine law, the point of greatest sensitivity for the Angle (2k + 1) π / 2, with k being an integer, is obtained. A shift can therefore be selected for which the absolute value the phase change for each wave is π / 4, but with opposite signs. If there is no "Non-reciprocal" disturbance is then the phase difference:

Δφ¹ = Δφ + Δφ 0 mit Δφ 0 = π/2Δφ ¹ = Δφ + Δφ 0 with Δφ 0 = π / 2

Man liegt dann im Punkt A der Fig. 7.You are then at point A in FIG. 7.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann auf dem Weg der Wellen im Ring 42 ein Phasenmodulator 45 eingefügt werden, bei dem ein reziproker Effekt angewendet wird, um eine bessere Empfindlichkeit der Vorrichtung zu erhalten. Dieser Modulator wird so erregt, daß er eine Phasenvariation der ihn durchlaufenden Welle verursacht. Diese Variation ist periodisch mit der Periode 2τ, worin τ die Umlaufzeit einer Welle in dem Ring ist.As shown in Fig. 6, a phase modulator 45 can be inserted on the path of the waves in the ring 42, in which a reciprocal effect is applied in order to obtain better sensitivity of the device. This modulator is excited to cause a phase variation in the wave passing through it. This variation is periodic with the period 2τ, where τ is the revolution time of a wave in the ring.

Die Differenz wird dann:The difference is then:

Δφ¹ = Δφ + φα-τ)Δφ ¹ = Δφ + φα-τ)

wobei jede der entgegengesetzt umlaufenden Wellen diese Phasenverschiebung erfährt, wenn sie den Modulator durchquert, miteach of the oppositely rotating waves experiencing this phase shift as it traverses the modulator, with

<Mt) = <Mt+ 2+ τ) .<Mt) = <Mt + 2+ τ).

Der Arbeitspunkt beschreibt dabei die Kurve P = f (Δφ) , die in Fig. 7 gezeigt ist, symmetrisch zwischen zwei Extremwerten.The operating point describes the curve P = f (Δφ), which is shown in FIG. 7, symmetrically between two Extreme values.

Die Vorrichtung (reziproker Phasenmodulator), die es ermöglicht, die Störung φ(t) einzuführen, kann zweckmäßigerweise in zwei Vorrichtungen 45 und 46 aufgeteilt werden, die jeweils an einem Ende des Weges liegen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, wobei eine von ihnen die Phasenverschiebung Φ-ι (t) ^und die andere die Phasenverschiebung φ₂ (t) erzeugt, Diese Phasenmodulationsvorrichtungen, die symmetrisch an den beiden Enden des optischen Weges liegen, können entgegengesetzte Phasenlage haben. Durch diese Ausbildung wird eine zusätzliche Symmetrierung der Erscheinungen gewährleistet, wodurch Fehler zweiter Größenordnung vermindert werden, die von eventuellen Nichtlinearitäten der Modulatoren herrühren.The device (reciprocal phase modulator) which makes it possible to introduce the perturbation φ (t) can conveniently be divided into two devices 45 and 46, each located at one end of the path, as shown in FIG. 6, one of them the phase shift Φ-ι (t) ^and the other generates the phase shift φ ₂ (t). These phase modulation devices, which are symmetrical at the two ends of the optical path, can have opposite phase positions. This design ensures additional symmetry of the phenomena, as a result of which errors of the second order of magnitude are reduced, which result from possible non-linearities of the modulators.

Im Idealfalle wird an den Arbeitspunkten A und B der Kurve gearbeitet, die in Fig. 7 gezeigt ist; zunächst wird, um im Punkte A zu arbeiten, φ-(t) = π/4 und Φ₂("ί:) = -π/4 gewählt, und anschließend φ., (t) = -π/4 sowie Φ-j (t) = +π/4, um im Punkte B zu arbeiten.In the ideal case, work is carried out on operating points A and B of the curve shown in FIG. 7; first, to work in point A, φ- (t) = π / 4 and Φ ₂ ("ί :) = -π / 4, and then φ., (t) = -π / 4 and Φ- j (t) = + π / 4 to work at point B.

Dasselbe Ergebnis wird erhalten, wenn zwei Rechtecksignale verwendet werden, welche die beiden Pegel -π/4 und +π/4 haben.The same result is obtained if two square-wave signals are used which have the two levels -π / 4 and + π / 4.

Wenn die Phasenmodulationssignale die Frequenz F haben und wenn das Gyroskop nicht rotiert, so wird durch Detektion ein gleichgerichtetes Signal mit der Frequenz 2F erhalten. Wenn das Gyroskop hingegen rotiert, so werden die Frequenzen F und 2F erhalten. Diese Vorrichtung weist jedoch noch den Mangel auf, daß sie keine Null-Technik anwendet, überdies ist die Messung nichtlinear.When the phase modulation signals are at frequency F and when the gyroscope is not rotating, detection receive a rectified signal at frequency 2F. On the other hand, when the gyroscope rotates, so will get the frequencies F and 2F. However, this device still has the defect that it is not a null technique and the measurement is non-linear.

Wenn die Nullpunkt-Methode angewendet werden soll, so muß ein nichtreziproker Effekt in Betracht gezogen werden, durch den der auf der Rotation beruhende Effekt kompensiert wird. Es muß dann eine Komponente mit der Frequenz F des erfaßten Signals erhalten werden, die gleich Null ist. Es wird weiterhin der veränderte Parameter gemessen, wodurch die Rotationsgeschwindigkeit ermittelt werden kann.If the zero point method is to be used, a non-reciprocal effect must be taken into account, by which the effect based on the rotation is compensated. There must then be a component with the Frequency F of the detected signal can be obtained which is equal to zero. It will continue to be the changed parameter measured, whereby the speed of rotation can be determined.

Das an den Elektroden des Modulators angelegte Feld kann variiert werden, falls es sich um einen elektrooptischen Modulator handelt. Ferner kann die Frequenzdifferenz der sich ausbreitenden Moden variiert werden, wodurch eine Phasenverschiebung am Ausgang des Detektors erhalten wird.The field applied to the electrodes of the modulator can can be varied if it is an electro-optical modulator. Furthermore, the frequency difference of the propagating modes can be varied, whereby a phase shift is obtained at the output of the detector will.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders auf dem Gebiet des mit Lichtleitfasern ausgestatteten Gyrometers anwendbar, bei welchem zwei erfindungsgemäße Frequenzumsetzer in den beiden Zweigen angeordnet werden können, wobei auf solchen Frequenzen gearbeitet wird, daß die Nichtreziprozität, welche dadurch verursacht wird, daß die beiden Wellen in dem Interferometer nicht dieselbe Frequenz haben, diejenige kompensiert, die auf dem Sagnac-Effekt beruht.The inventive device is particularly on the Field of the gyrometer equipped with optical fibers applicable, in which two frequency converters according to the invention can be arranged in the two branches, working on such frequencies that the Non-reciprocity caused by the fact that the two waves in the interferometer are not the same Frequency compensated that based on the Sagnac effect.

Es sind zwei Umsetzer 62 und 63 neben den Modulatoren 45 und 46 angeordnet, wie bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform.Two converters 62 and 63 are arranged next to the modulators 45 and 46, as in the case of the one shown in FIG. 6 Embodiment.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine digitale Einstellung. Wenn neben den beiden Modulatoren zwei Frequenzumsetzer angeordnet werden, so kann eine Kompensation der Frequenzkomponente F erreicht werden, die bei Rotation auf dem Sagnac-Effekt beruht. An diesen beiden Umsetzern werden dann die beiden Frequenzen F.. und F₂ angetroffen.The device according to the invention enables digital setting. If two frequency converters are arranged next to the two modulators, a compensation of the frequency component F can be achieved, which is based on the Sagnac effect during rotation. The two frequencies F .. and F ₂ are then encountered at these two converters.

- 22"-- 22 "-

Im Ruhezustand muß gelten F₁ = Fp. Wenn das Gyroskop mit einer konstanten Geschwindigkeit rotiert, so tritt eine Schwebung der Frequenzen F₁ und F₂ auf, und die Anzahl der Schwebungsperioden kann gezählt werden.In the idle state, F ₁ = Fp. If the gyroscope rotates at a constant speed, a beat of the frequencies F ₁ and F ₂ occurs and the number of beat periods can be counted.

Die bei der Verwirklichung von Lichtleitfasern mit geringen Verlusten erzielten Fortschritte ermöglichen ihre Anwendung zur Herstellung von derartigen Ring-Interferometern. Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ring-Interferometers ist in Fig. 8 gezeigt. Die aufgerollte Lichtleitfaser 52 bildet den Ring 42 des Interferometers. Die verschiedenen Zweige des Interferometers sind in integrierter Optik ausgebildet Wellenleiter sind durch Integration in einem Substrat hergestellt. Das Substrat kann z.B. aus folgenden Materialien ausgewählt werden: Lithiumniobat oder Lithiumtantalat, in welche Titan bzw. Niob eindiffundiert ist, um die Wellenleiter herzustellen. The advances made in making low loss optical fibers make theirs possible Application for the production of such ring interferometers. An embodiment of an inventive Ring interferometer is shown in FIG. The rolled up optical fiber 52 forms the ring 42 of the interferometer. The various branches of the interferometer are designed in integrated optics which are waveguides produced by integration in a substrate. The substrate can be selected from the following materials, for example: Lithium niobate or lithium tantalate into which titanium or niobium has diffused in order to produce the waveguides.

20" Der Frequenzumsetzer ist in zwei Umsetzer 54 und 55 unterteilt, die an den beiden Enden der Faser angeordnet sind. Diese Umsetzer sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die oben beschrieben sind. Sie ermöglichen es, durch Variation der beiden Frequenzen der beiden Schallwellen (58, 59), welche über Elektroden (56, 57) erzeugt werden, den Sagnac-Effekt zu kompensieren. Die Phasenmodulatoren 60 und 61, welche durch die auf beiden Seiten der beiden Wellenleiter angeordneten Elektroden dargestellt sind, sind in die Schleife eingefügt, um zu erkennen, ob das Gyrometer rotiert: es wird dann nämlich eine Komponente des Signals mit der Frequenz F festgestellt, wie zuvor erläutert wurde.20 "The frequency converter is divided into two converters 54 and 55, which are arranged at the two ends of the fiber. These converters are the devices according to the invention, which are described above. They make it possible by varying the two frequencies of the two sound waves (58, 59), which are generated via electrodes (56, 57), to compensate for the Sagnac effect. The phase modulators 60 and 61, which are represented by the electrodes arranged on either side of the two waveguides, are inserted into the loop to detect whether the gyrometer is rotating: it then becomes a component of the signal at frequency F is determined as previously explained.

Die optischen Strahlteiler sind aus Monomode-Wellenleitern gebildet, die untereinander verbunden sind, um Y-Teiler zu bilden, welche untereinander über einen ihrer Schenkel verbunden sind und die Funktionen erfüllen, dieThe optical beam splitters are formed from single mode waveguides that are interconnected to To form Y-dividers, which are connected to one another via one of their legs and fulfill the functions that

in Fig. 6 von den halbdurchlässigen Platten erfüllt werden. Der Leiter 48 erfüllt die Funktion des in Fig. 1 gezeigten Monomoden-Filters, während ein Polarisator z.B. durch eine Metallisierung 49 der Oberfläche des Substrats oberhalb des Leiters 48 gebildet ist.in Fig. 6 are met by the semi-permeable plates. The conductor 48 fulfills the function of that shown in FIG. 1 single mode filter shown, while a polarizer e.g. is formed by a metallization 49 of the surface of the substrate above the conductor 48.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch auf dem Gebiet der optischen Nachrichtenvermittlung anwendbar, um Lichtwellen wellenlängenmäßig zu multiplexieren/demultipexieren. The apparatus of the invention is also in the field Applicable in optical communications to wavelength multiplex / demultipex light waves.

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Claims

THOMSON - CSF

173, vol. Haussmann

75008 PARIS / France

Our reference: T 3657

Claims

1 . Optical frequency conversion device with a planar substrate (3) which is formed from a first material, and at least two waveguides (5, 6) with different characteristics, one of which is an incoming wave (23) and which are arranged on the surface of this substrate (3), these waveguides to each other are parallel over a predetermined length and separated from one another by such a distance that the radiation the incoming wave-can be transferred from one waveguide to the other, characterized in that one Device for generating an acoustic wave co-linear with that propagating in one of the waveguides, incoming wave is provided and that this device is arranged between the two waveguides so that the desired frequency conversion is obtained. .

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the device for generating the acoustic wave a thin layer (26) of a second, piezoelectric material, which on the surface of the Substrate is applied, and that two electrodes (13, 14) in the form of interdigital combs on the surface this thin film are arranged.

3. Device according to claim 1, characterized in that that the device for generating the acoustic wave contains two electrodes (13, 14) which have the shape of have interdigital intermeshing combs which are arranged on the surface of the substrate (3).

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first material is lithium niobate.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one of the two conductors consists of a rod which is inserted into the interior of the substrate with titanium incorporated into the lithium niobate is.

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one of the two conductors by a rod is formed, which is inserted into the interior of the substrate, with lithium ions in the lithium niobate through H ions are substituted.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in that that means are provided for applying a field by which at least one of the conductors is modulated, these means being constituted by electrodes placed on either side of this conductor.

8. The device according to claim 1, characterized in that means for applying a field are provided by that at least one of the conductors is modulated, these means being realized by electrodes placed on it Heads are arranged.

9. Gyrometer with an optical interferometer device for measuring a non-reciprocal phase shift that occurs between two radiations which circulate in opposite directions in an annular waveguide, with a monochromatic light source (S), photodetector devices (D, D ') for detecting the interference between these radiations and optical splitting and mixing devices (M, M ¹ ), which connect the ends of this waveguide directly to the light source (S) and the photodetector devices (D, D "), as well as optical, electrically controlled phase shifting devices (45, 46) which act on these radiations, characterized in that at least one device according to one of Claims 1 to 8 is inserted into the ring-shaped waveguide.

10. Gyrometer, whose ring is formed by an optical fiber (52) and whose energy source (S) whose divider and mixing devices for the waves and detection devices (D ') completely in a solid medium are formed by integration on a substrate on which two waveguides (50, 51) are realized which are coupled at their first end to the energy source (S) or connected to the detector device (D '), while their second ends are connected to the ends of the optical fiber (52), as well as to at least one a pair of electrodes (53) integrated in the substrate and arranged on either side of one of the two waveguides are to form a phase modulator (φ) due to an electro-optical effect? where this divider is around Mixing device through integration won waveguides

are formed on a substrate and these waveguides are in the form of two Y-elements attached to one their legs are connected to one another, characterized in that at least one device according to a of claims 1 to 8 is arranged on this substrate at the second ends of the waveguide.