Match Zehnder (MZI).
2.6.2.1 Cấu trúc
Chuyển mạch LiNbO3 cấu hình dùng giao thoa kế MZI có cấu hình như hình 2.10(b) ở trên.
Trong cơ cấu này, ngoài giao thoa kế MZI còn có thêm hai coupler quang, giống nhau (suy hao 3dB) đặt ở đầu vào và ra của chuyển mạch.
2.6.2.2 Nguyên lý hoạt động
Trước hết ta sẽ nhắc lại về hoạt động của giao thoa kế MZI. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý giao thoa ánh sáng xảy ra khi ánh sáng đi theo hai nhánh của MZI và giao thoa tại điểm gặp nhau của chúng. Nếu thỏa mãn điều kiện về giao thoa, sẽ xuất hiện các vân cực đại và cực tiểu tương ứng với trường hợp có ánh sáng ra và không có ánh sáng ở một đầu ra xác định.
Nguyên lý giao thoa ánh sáng : nếu tại điểm gặp nhau của hai sóng kết hợp nếu có hiệu quang trình bằng số nguyên lần bước sóng thì có vân giao thoa cực đại,
nếu hiệu quang trình bằng số lẻ lần của nửa bước sóng thì không có vân giao thoa ánh sáng.
Áp dụng với chuyển mạch quang :
- Khi có vân giao thoa ánh sáng cực đại thì có ánh sáng đầu ra của chuyển mạch.
- Khi không có vân giao thoa ánh sáng thì không có ánh sáng ở đầu ra đang xét của chuyển mạch.
Khi hai sóng kết hợp (tức là cùng tần số và độ lệch pha không đổi theo thời gian) truyền theo hai đường dẫn sóng khác nhau ( như trên hình vẽ), tạo ra các quang trình tương ứng là: D1, D2. Quang trình của ánh sáng tạo ra khi truyền trong môi trường chiết suất n một quãng đường d được tính bằng công thức:
D = d.n (2.16)
Với giao thoa kế MZI, thường được chế tạo với hai nhánh dẫn sóng như nhau nên độ dài đường đi d của sóng quang trong hai nhánh giống nhau và bằng L. Chiết suất của chúng ban đầu cũng giống nhau nhưng khi có áp đặt điện trường ngoài làm chúng có chiết suất khác nhau ( n1 và n2 ) thể hiện qua độ thay đổi chiết suất Δn giữa hai nhánh của giao thoa kế.
Khi đó hiệu quang trình ΔD được xác định là:
ΔD = D
2 – D1 = Ln2 – Ln1=L.Δn (2.17)
Với: D1, D2 lần lượt là quang trình của nhánh dẫn sóng 1,2 Δn : độ thay đổi về chiết suất giữa hai nhánh dẫn sóng.
Theo hiệu ứng Pockels, khi đặt điện áp điều khiển V lên hai điện cực, độ thay đổi về chiết suất của hai nhánh dẫn sóng theo điện trường E tạo thành được tính như sau :
Δn = -
12 2
τn3.E (2.18)
τ
: là hệ số Pockels
Khi đó hiệu quang trình được viết lại như sau :
ΔD = L.Δn = - 1 2 τn3.E.L = - 1 2 τn3.L.V/d (2.19)
Như vậy các trạng thái của chuyển mạch được quyết định bởi điện áp đặt trên hai điện cực của các nhánh giao thoa kế.
Để có vân giao thoa cực đại thì ΔD = 0
ΔD = L.Δn = - 1 2 . τn3.E.L = - 1 2 . τn3.L.V/d = 0 ↔ V = 0
Khi chưa áp điện áp điều khiển, tại vùng gặp nhau của hai nhánh dẫn sóng có vân sáng giao thoa cực đại, tại một đầu ra của chuyển mạch sẽ có sóng.
Khi không có vân giao thoa ánh sáng thì:ΔD = λ/2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ΔD = L.Δn = - 1 2 . τn3.E.L = - 1 2 . τn3.L.V/d = λ/2 ↔ V = Vπ = λd/ τn3.L Khi đó sự khác pha của sóng truyền trên hai nhánh dẫn sóng là :
ΔФ = Δβ.L = Δn.L.2π/λ =
1 2
. 2π.V.L.τ . n3/ λ .d = π
Như vậy so với lúc chưa đặt điện áp lên điện cực V = 0, khi đặt một điện áp chuyển mạch Vπ được xác định như trên thì sẽ thay đổi được trạng thái của chuyển mạch, chuyển tín hiệu quang từ nhánh này sang nhánh kia, khi đó độ khác pha của sóng quang trên hai nhánh của giao thoa kế đúng bằng π.
Để điều khiển chuyển mạch dùng giao thoa kế ta chỉ cần thay đổi điện áp chuyển mạch giữa hai giá trị V= 0 và V = V
π