DD286883A5 - METHOD FOR VOTING AND / OR ADJUSTING INTEGRATED OPTICAL WAVELINE STRUCTURES AND COMPONENTS - Google Patents

METHOD FOR VOTING AND / OR ADJUSTING INTEGRATED OPTICAL WAVELINE STRUCTURES AND COMPONENTS Download PDF

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DD286883A5
DD286883A5 DD33127689A DD33127689A DD286883A5 DD 286883 A5 DD286883 A5 DD 286883A5 DD 33127689 A DD33127689 A DD 33127689A DD 33127689 A DD33127689 A DD 33127689A DD 286883 A5 DD286883 A5 DD 286883A5
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waveguide
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waveguide structures
thermal aftertreatment
proton exchange
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DD33127689A
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Andreas Rasch
Matthias Rottschalk
Gert Hagner
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Friedrich-Schiller-Universitaetet,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstimmung der Funktion und/oder der Anpassung von Wellenleiterstrukturen und Bauelemente an andere Wellenleiter auf der Basis des Protonenaustausches in Lithiumniobat. Diese Bauelemente sind fuer die elektrooptische Signalbeeinflussung in der optischen Informationstechnik und Sensorik von Interesse. Angestrebt wurden Verfahrensschritte, die eine direkte Funktionsbeeinflussung entsprechendder technischen Einsatzbedingungen und eine optimale Ankopplung protonenausgetauschter Wellenleiter in Lithiumniobat an integriert-optische Systemkomponenten gewaehrleisten. Die Loesung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemaesz dadurch, dasz nach dem Protonenaustausch und der ganzflaechigen thermischen Nachbehandlung durch eine zusaetzliche und lateral begrenzte thermische Nachbehandlung eine gezielte AEnderung des Brechungsindexprofils der Wellenleiterstrukturen zweckgebunden erfolgt. Wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die selektive thermische Nachbehandlung, die eine getrennte und aber auch gleichzeitige Veraenderung der optischen Parameter von Wellenleiterstrukturen und Bauelementen hinsichtlich der funktionsbezogenen Abstimmung als auch der notwendigen Anpassung an andere Wellenleiterparameter garantiert.{Wellenleiterstrukturen; Bauelemente; Signalbeeinflussung; Protonenaustausch; selektive thermische Nachbehandlung; optische Parameter}The invention relates to a method for tuning the function and / or the adaptation of waveguide structures and components to other waveguides based on the proton exchange in lithium niobate. These components are of interest for electro-optical signal influencing in optical information technology and sensor technology. The aim was to provide process steps which ensure direct functional influence according to the technical conditions of use and optimum coupling of proton-exchanged waveguides in lithium niobate to integrated-optical system components. The solution of this object is achieved according to the invention by targeted replacement of the refractive index profile of the waveguide structures after the proton exchange and the full-surface thermal aftertreatment by an additional and laterally limited thermal aftertreatment. An essential advantage of the method is the selective thermal aftertreatment, which guarantees a separate and simultaneous change in the optical parameters of waveguide structures and components with regard to the function-related tuning as well as the necessary adaptation to other waveguide parameters. components; Preemption; Proton exchange; selective thermal aftertreatment; optical parameters}

Description

Das Wesen der Erfindung soll an den Verfahrensschritten zur Optimierung eines integriert-optischen Bauelementes erläutert werden.The essence of the invention will be explained in the method steps for optimizing an integrated-optical component.

Die Zeichnung stellt schematisch einen X-Koppler mit verbreitertem Kreuzungsbereich 1 der optisch einmodigen Streifenwellenleiterkreuzung dar (Appl. Phys. Lett. 31 [1977] p. 266). In dem auf das 1,5fache der Monomodestreifenwellenleiterbreite w verbreitete Kreuzungsbereich kommt es zur Interferenz der hier geführten zwei optischen Moden. Diese Modeninterferenz ist dabei eine Funktion des Brechungsindexprofils. Der durch Protonenaustausch hergestellte und ganzflächig thermisch nachbehandelte X-Koppler soll nun entsprechend einer vorgegebenen Einsatzcharakteristik (z.B. Lichteinkopplung Eingang A und gleichmäßige Aufteilung auf die Ausgänge C und D) bezüglich seiner Funktion nachbehandelt werden. Außerdem sollen die Wellenleiterein- und -ausgänge an eine vorgegebene Monomodelichtleitfaser angepaßt werden. In einem ersten Verfahrensschritt wird erfindungsgemäß durch ein Aufsetzen eines lateral begrenzten und etwa 1 mm breiten Heizelementes der Kreuzungsbereich bei einer Temperatur von 340 0C modifiziert/Durch gleichzeitige Einkopplung von Laserlicht kann das Intensitätsverhältnis der beiden Ausgänge detektiert werden. Danach werden erfindungsgemäß die Wellenleiterein- und -ausgänge durch Aufsetzen zweier lateral begrenzter Heizelemente in gleicherweise modifiziert, bis das ebenfalls während der thermischen Nachbehandlung detektierte optische Modenfeld der Wellenleiter an das Modenfeld einer z. B. vorgegebenen Monomodelichtleitfaser angepaßt wurde. Im Fall eines Wellenleiters, der durch Protonenaustausch in Benzoesäure mit 1 Mol-% Lithiumbenzoatanteil hergestellt wurde, beträgt die optimale Temperatur der thermischen Nachbehandlung 3400C. Bei Temperaturen unterhalb 3000C bleibt der wellenleitende Bereich relativ unbeeinflußt. Abschätzungen für Lithiumniobat zeigen, daß bei Aufsetzen eines oben genannten lateral begrenzten Heizelementes bereits im Abstand von 2 mm die Temperatur unter 300°C abgesunken ist und damit die erwünschte Selektivität erreicht wird.The drawing schematically illustrates an X-coupler with widened intersection region 1 of the optical single-mode waveguide waveguide (Appl. Phys. Lett. 31 [1977] p.266). In the crossing area spread to 1.5 times the single-mode strip waveguide width w, the two optical modes guided here are subject to interference. This mode interference is a function of the refractive index profile. The X-coupler produced by proton exchange and thermally aftertreated over the entire surface area is now to be aftertreated with respect to its function in accordance with a predetermined operational characteristic (for example, light input A input and uniform distribution to outputs C and D). In addition, the waveguide inputs and outputs are to be adapted to a given Monomodelichtleitfaser. In a first method step, according to the invention, the intersection region is modified at a temperature of 340 ° C. by placing a laterally delimited and approximately 1 mm wide heating element. By simultaneous coupling of laser light, the intensity ratio of the two outputs can be detected. Thereafter, according to the invention, the waveguide inputs and outputs are modified by placing two laterally limited heating elements in the same way until the also detected during the thermal post-treatment optical mode field of the waveguide to the mode field of a z. B. predetermined single-mode optical fiber has been adapted. In the case of a waveguide, which was prepared by proton exchange in benzoic acid with 1 mol% Lithiumbenzoatanteil, the optimal temperature of the thermal post-treatment 340 0 C. At temperatures below 300 is 0 C, the waveguiding region is relatively unaffected. Estimates for lithium niobate show that when a laterally limited heating element is set down, the temperature has dropped below 300 ° C. already at a distance of 2 mm, and thus the desired selectivity is achieved.

Claims (3)

1. Verfahren zur Abstimmung und/oder Anpassung von integriert-optischen Wellenleiterstrukturen und Bauelementen, vorzugsweise auf der Basis von Lithiumniobat, die durch Protonenaustausch und eine anschließende großflächige thermische Nachbehandlung erzeugt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß lateral begrenzte Bereiche der Wellenleiterstrukturen einer weiteren thermischen Nachbehandlung unterzogen werden.1. A method for tuning and / or adaptation of integrated optical waveguide structures and devices, preferably based on lithium niobate, which were produced by proton exchange and subsequent large-scale thermal aftertreatment, characterized in that laterally limited regions of the waveguide structures subjected to a further thermal aftertreatment become. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Funktion von Wellenleiterstrukturen und/oder Bauelementen funktionsbestimmende Bereiche zurÄnderurig des Brechungsindexprofils thermisch nachbehandelt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that to tune the function of waveguide structures and / or components function-determining areas forÄnderurig the refractive index profile are thermally post-treated. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung des optischen Feldes der geführten optischen Mode an Monomodelichtleitfasem oder andere Wellenleiter über eine Änderung des Brechungsindexprofils Wellenleiterein- und -ausgänge thermisch nachbehandelt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that for adapting the optical field of the guided optical mode to Monomodelichtleitfasem or other waveguides via a change in the refractive index profile waveguide inputs and outputs are thermally treated. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstimmung und/oder Anpassung integriert-optischer Wellenleiterstrukturen und Bauelemente, die durch Protonenaustausch und ganzflächiger thermischer Nachbehandlung in Lithiumniobat erzeugt wurden. Die Selektivität der lateral begrenzten zusätzlichen thermischen Nachbehandlung und die damit verbundene funktionsbestimmende Abstimmung und/oder mögliche Anpassung der Wellenleiterstrukturen an andere Wellenleiter verbessert entscheidend ihren Einsatz auf dem Gebiet der optischen Informationstechnik und der Sensorik.The invention relates to a method for tuning and / or adapting integrated-optical waveguide structures and components which have been produced by proton exchange and full-surface thermal aftertreatment in lithium niobate. The selectivity of the laterally limited additional thermal aftertreatment and the associated function-determining tuning and / or possible adaptation of the waveguide structures to other waveguides decisively improves their use in the field of optical information technology and sensor technology. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Der Protonenaustausch als ein Verfahren zur Herstellung integriert-optischer Wellenleiterstrukturen und Bauelemente ist hinreichend bekannt (Ferroelectrics 50 [1983] p. 165). Weiterhin ist bekannt, daß durch eine thermische ganzflächige Nachbehandlung der protonenausgetauschten Wellenleiter in Lithiumniobat das außerordentliche Brechungsindexprofil modifiziert werden kann (Opt. Lett. 8 [1983] p. 114). In WP G 02 B/3164390 wird außerdem eine notwendige Bedingung für die ganzflächige thermische Nachbehandlung hinsichtlich der Einsatzmöglichkeit solcher Wellenleiterstrukturen als elektrooptische Bauelemente genannt. Eine selektive Beeinflussung der Wellenleiterstrukturen und Bauelemente durch eine lateral begrenzte thermische Nachbehandlung ist nicht bekannt.Proton exchange as a method of fabricating integrated optical waveguide structures and devices is well known (Ferroelectrics 50 [1983] p.165). Furthermore, it is known that the extraordinary refractive index profile can be modified by thermal full-surface aftertreatment of the proton-exchanged waveguides in lithium niobate (Opt. Lett. 8 [1983] p. In addition, WP G 02 B / 3164390 mentions a necessary condition for full-surface thermal aftertreatment with regard to the possible use of such waveguide structures as electro-optical components. A selective influencing of the waveguide structures and components by a laterally limited thermal aftertreatment is not known. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem sowohl die Abstimmung von protonenausgetauschten und ganzflächig thermisch behandelten Wellenleiterstrukturen als auch eine optimale Anpassung der Wellenleiterstrukturen an andere Wellenleiter garantiert werden.The aim of the invention is to provide a method with which both the coordination of proton-exchanged and all-over thermally treated waveguide structures as well as an optimal adaptation of the waveguide structures to other waveguides are guaranteed. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Protonenaustausch in Lithiumniobat hergestellte und ganzflächige thermisch nachbehandelte Wellenleiterstrukturen bzw. Bauelemente hinsichtlich ihrer Funktion und Kompatibilität mit anderen Wellenleiterkomponenten zu optimieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die durch Protonenaustausch hergestellten und ganzflächig thermisch nachbehandelten Wellenleiterstrukturen (dabei muß eine Absenkung der durch Protonenaustausch erzeugten Änderung des außerordentlichen Brechungsindex Δη, auf wenigstens 25% des ursprünglichen Wertes führen) selektiv und lateral begrenzt thermisch nachbehandelt werden. Dabei muß berücksichtigt werden, daß funktionsbestimmende wellenleitende Gebiete (z.B. Wellenleiterkreuzungen, Y-Verzweiger) anders als beispielsweise Wellenleiterein- und -ausgänge für eine optimale Kopplung modifiziert werden müssen. Durch die Selektivität der thermischen Nachbehandlung wird einerseits in funktionsbezogenen Gebieten der Wellenleiterstruktur das Brechungsindexprofil soweit modifiziert (Änderungen von physikalischen Wirkprinzipien wie z. B. Modeninterferenz, Modenkopplung), bis die vorgegebene Funktionsweise eingestellt ist und andererseits die Änderung des Brechungsindexpro Л !s an Wellenleiterein- und -ausgängen eine Optimierung hinsichtlich einer Ankopplung an vorgegebene Monomodelichtleitfpsern oder anderen wellenleitenden Strukturen garantiert. Die lateral begrenzte thermische Nachbehandlung erfolgt durch beispielsweise linienartige Heizelemente, die in direkten Kontakt mit derweilenleitenden Kristalloberfläche gebracht w-..' n. Ein entscheidender Vorteil ist die Möglichkeit der Detektierung des Modifikationsprozesses an den Struktu:- bzw. Bauelementeausgängen.The object of the invention is to optimize thermally aftertreated waveguide structures or components produced by proton exchange in lithium niobate and with respect to their function and compatibility with other waveguide components. This object is achieved in that the produced by proton exchange and over the entire surface thermally aftertreated waveguide structures (it must lead to a reduction in proton exchange generated change in the extraordinary refractive index Δη, to at least 25% of the original value) selectively and laterally limited thermal aftertreatment. It must be taken into account that function-determining waveguiding regions (eg waveguide intersections, Y-branches) other than, for example, waveguide inputs and outputs must be modified for optimal coupling. Due to the selectivity of the thermal aftertreatment, the refractive index profile is modified on the one hand in function-related areas of the waveguide structure (changes in physical principles such as mode interference, mode locking) until the predetermined mode of operation is set and, on the other hand, the change in the refractive index per λs at the waveguide element. and -ausgängen an optimization with respect to a coupling to predetermined Monomodelichtleit f fps or other waveguiding structures guaranteed. The laterally limited thermal aftertreatment is effected by, for example, line-like heating elements which are brought into direct contact with the occasionally conductive crystal surface . A decisive advantage is the possibility of detecting the modification process at the structural or component outputs.
DD33127689A 1989-07-31 1989-07-31 METHOD FOR VOTING AND / OR ADJUSTING INTEGRATED OPTICAL WAVELINE STRUCTURES AND COMPONENTS DD286883A5 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0548770A3 (en) * 1991-12-23 1993-09-15 Corning Incorporated Integrated optical proximity coupler
WO2000029881A1 (en) * 1998-11-12 2000-05-25 The University Of Sydney Tuning of optical devices

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