DE102007020017B4

DE102007020017B4 - Variable optical damping element

Info

Publication number: DE102007020017B4
Application number: DE102007020017A
Authority: DE
Inventors: Dana Dr. Dr. Seyringer; Heinz Dr. Seyringer
Original assignee: PHOTEON TECHNOLOGIES GmbH
Current assignee: PHOTEON TECHNOLOGIES GmbH
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2027-04-28
Also published as: DE102007020017A1

Abstract

Variables optisches Dämpfungselement aufweisend:
– einen Wellenleiter (W1) mit einem ersten Brechungsindex;
– einen Multimodeinterferenzkoppler (MMI), der um den Wellenleiter (W1) angeordnet ist und ein Material mit einem veränderbaren zweiten Brechungsindex aufweist;
– wenigstens zwei Auskoppelwellenleiter (W2) zur Lichtauskopplung, die in einem Ausgangsbereich (AE) des Multimodeinterferenzkoppler (MMI) angeordnet sind.Variable optical damping element comprising:
A waveguide (W1) having a first refractive index;
A multi-mode interference coupler (MMI) disposed around the waveguide (W1) and having a material with a variable second refractive index;
- At least two Auskoppelwellenleiter (W2) for light extraction, which are arranged in an output region (AE) of the Multimodeinterferenzkoppler (MMI).

Description

Die Erfindung betrifft ein variables optisches Dämpfungselement insbesondere für planare Lichtwellenleiter.The The invention relates to a variable optical damping element in particular for planar Optical fiber.

Im Bereich der optischen Datenübertragung verwendet man häufig das sogenannte DWDM-Verfahren (DWDM = dense wavelength division multiplexing), bei dem die Datenübertragung durch mehrere Lichtsignale mit verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig in der gleichen Glasfaser erfolgt. Diese Lichtsignale beeinflussen sich nicht gegenseitig, sodass durch die Verwendung unterschiedliche Wellenlängen, welche bestimmte physikalische Voraussetzungen genügen, eine Datenübertragungsrate erhöht werden kann. Für die Einkopplung dieser Signale in die gleiche Glasfaser, werden sogenannte Multiplexer verwendet. Am Ende einer Glasfaser werden die Signale mit Hilfe eines entsprechenden Demultiplexers wieder in die einzelnen Bestandteile d. h. Wellenlängen zerlegt.in the Area of optical data transmission used you often the so-called DWDM method (DWDM = dense wavelength division multiplexing), in which the data transmission by multiple light signals of different wavelengths simultaneously done in the same fiberglass. These light signals influence are not mutually exclusive, so by using different Wavelengths, which satisfy certain physical requirements, one Data transfer rate increase can. For the coupling of these signals into the same fiber so-called multiplexer used. At the end of a fiber the signals with the help of a corresponding demultiplexer again into the individual components d. H. Wavelengths decomposed.

Während der Datenübertragung insbesondere über lange Distanzen verlieren die Lichtsignale an Intensität. Hinzu kommt, dass die einzelnen Lichtanteile mit ihren unterschiedlichen Wellenlängen jeweils verschiedene Intensitäten aufweisen können. Die Ursache für diese Intensitätsunterschiede liegt in den unterschiedlichen Ausbreitungspfaden innerhalb des Lichtwellenleiters und der damit verbundenen unterschiedlichen wellenlängen-abhängigen Absorption in den Komponenten. Bei einer Übertragung über lange Distanzen hinweg ist es somit zweckmäßig und zum Teil auch erforderlich, in regelmäßigen Abständen die einzelnen Lichtsignale zu verstärken. Dazu lassen sich beispielsweise Verstärker verwenden, die auf der Basis von Erbium-dotierten Lichtwellenleitern arbeiten. Verstärker dieser Art können jedoch die Signale mit den unterschiedlichen Wellenlängen nicht gleichmäßig verstärken, sondern es erfolgt viel mehr eine Verstärkung in Abhängigkeit der Wellenlänge.During the data transfer especially about long distances lose the light signals to intensity. in addition comes that the individual lights with their different wavelength each different intensities can have. The cause of these intensity differences lies in the different propagation paths within the optical waveguide and the associated different wavelength-dependent absorption in the components. For transmission over long distances It is therefore appropriate and sometimes also required, at regular intervals, the individual light signals to reinforce. For example, amplifiers can be used on the Work based on Erbium-doped optical fibers. Amplifier this Kind of can but not amplify the signals with the different wavelengths evenly, but there is much more reinforcement dependent on the wavelength.

Durch die Verwendung von sogenannten variablen Dämpfungselementen, den variablen optischen Abschwächern können die Intensitäten der einzelnen Lichtanteile aufeinander abgestimmt werden. Diese Dämpfungselemente ermöglichen es, für einen vorgegebenen Kanal die Lichtintensität individuell zu dämpfen.By the use of so-called variable damping elements, the variable optical attenuators can the intensities the individual light components are matched. These damping elements enable it, for one given channel to attenuate the light intensity individually.

Bisher gibt es verschiedene Möglichkeiten der Realisierung eines variablen Dämpfungselementes. Eine Möglichkeit liegt in der Verwendung von Materialien, die einen Elektroabsorptionseffekt aufweisen. Dabei ist die Absorption des Materials eine Funktion des elektrischen Feldes. Nachteilig hier dran kann jedoch die bereits relativ große Absorption im inaktiven Zustand sein. In der DE 102 22 151 B4 ist ein weiteres variables optisches Dämpfungselement gezeigt, welches um einen Wellenleiter angeordnet ist und über eine variable Brechzahl verfügt. Durch die Änderung der Brechzahl wird das Licht aus dem Wellenleiter ausgekoppelt und abgestrahlt.So far, there are various ways of implementing a variable damping element. One possibility is the use of materials that have an electroabsorption effect. The absorption of the material is a function of the electric field. However, the disadvantage here can be the already relatively large absorption in the inactive state. In the DE 102 22 151 B4 a further variable optical attenuation element is shown, which is arranged around a waveguide and has a variable refractive index. By changing the refractive index, the light is coupled out of the waveguide and radiated.

Die Druckschrift Jiang et al.: ”Compact Variable Otpical Attentuator Based an Multimode Interference Coppler”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17, No. 11, Nov. 2005 zeigt eine Dämpfungselement, bei dem die Brechzahl verändert wird, um eine Änderung des Interferenzmusters innerhalb des Multimodeinterferenzkopplers hervorzurufen.The Jiang et al .: "Compact Variable Otpical Attentuator Based on Multimode Interference Coppler ", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 11, Nov. 2005 shows one Damping element, where the refractive index changes will be a change of the interference pattern within the multi-modal interference coupler cause.

Eine ähnliche Anordnung zeigt die US 7,155,088 B2 bei der ein Einmodeneingangswellenleiter and einen Multimomodeninterferenzkoppler angeschlossen ist. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes wird das im Interferenzkoppler existierende Interferenzmuster im Ausgangsbereich verschoben und so die Dämpfung im Ausgangswellenleiter erzeugt.A similar arrangement shows the US 7,155,088 B2 wherein a single-mode input waveguide is connected to a multimode interference coupler. By applying an electric field, the interference pattern existing in the interference coupler is shifted in the output region and thus the attenuation is generated in the output waveguide.

Die US 2003/015232 A1 und Wang et al.: Optical Switch Based an Multimode Interference Coupler, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 18, No. 2, Jan. 15, 2006 zeigen weitere Multimodeinterferenzkoppler, die auf diesem Prinzip beruhen.The US 2003/015232 A1 and Wang et al .: Optical Switch Based on Multimode Interference Coupler, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 2, Jan. 15, 2006 show further multimode interference couplers based on this principle.

Es bleibt daher wünschenswert, ein variables optisches Dämpfungselement anzugeben, welches ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Dämpfungsverhalten aufweist.It remains therefore desirable a variable optical attenuation element indicate which one opposite The prior art has improved damping behavior.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche 1 und 16 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.These The object is achieved by the Subject of independent claims 1 and 16 solved. Further developments and embodiments of the invention will become apparent the dependent claims.

In einem Aspekt der Erfindung umfasst ein variables optisches Dämpfungselement einen Wellenleiter, sowie einen Multimodeinterferenzkoppler, der um den Wellenleiter angeordnet ist. Der Multimodeinterferenzkoppler weist ein Material mit einem veränderbaren Brechungsindex auf. Weiterhin sind wenigstens zwei Auskoppelwellenleiter zur Lichtauskopplung vorgesehen, die in einem Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers angeordnet sind.In An aspect of the invention comprises a variable optical attenuation element a waveguide, and a multi-modal interference coupler, the is arranged around the waveguide. The multimode interference coupler has a material with a changeable Refractive index. Furthermore, at least two Auskoppelwellenleiter provided for light extraction, which in an output region of the Multimode interference coupler are arranged.

Mit der Erfindung wird mit Vorteil durch eine Veränderung des Brechungsindex ein Lichtanteil aus einem Wellenleiter in einen Multimodeinterferenzkoppler ausgekoppelt. Die Auskopplung erfolgt umso stärker, je geringer der Unterschied zwischen der Brechzahl des MMI-Materials und der Brechzahl des Wellenleiters ist. Mit dem ausgekoppelten Licht wird ein Interferenzmuster erzeugt, welches Intensitätsmaxima und Intensitätsminima umfasst. Der Multimodeinterferenzkoppler ist dazu derart ausgestaltet, dass nach einer Änderung des Brechungsindex das aus dem Wellenleiter ausgekoppelte Licht ein Interferenzmuster am Ausgang des Multimodeinterferenzkopplers erzeugt, wobei die Interferenzmaxima nicht in einem Bereich des Wellenleiters liegen. Vielmehr befindet sich dort mit Vorteil ein Intensitätsminimum, sodass eine Lichtausbreitung wirkungsvoll verhindert wird.With the invention is advantageously coupled by a change in the refractive index, a proportion of light from a waveguide in a multi-modal interference coupler. The decoupling is the stronger, the smaller the difference between the refractive index of the MMI material and the refractive index of the waveguide. With the decoupled light, an interference pattern is generated, which includes intensity maxima and intensity minima. The multimode interference coupler is designed in such a way that after a change in the refractive index the light coupled out of the waveguide produces an interference pattern at the output of the multimode interference coupler, the interference maxima not being in a region of the waveguide. Rather, there is advantageously an intensity minimum, so that a light propagation is effectively prevented.

In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein variables optisches Dämpfungselement einen Multimodeinterferenzkoppler mit einem Eingang und mit einem Ausgang. An diese ist je ein Welleleiter anschließbar. Weiterhin enthält der Multimodeinterferenzkoppler einen ersten Teilbereich mit einem ersten Material, welches den Eingang mit dem Ausgang verbindet. Ein zweiter Teilbereich des Multimodeinterferenzkopplers weist ein zweites Material mit einem variablen Brechungsindex auf und ist um den ersten Teilbereich angeordnet. Durch eine Änderung des Brechungsindex des Materials im zweiten Teilbereich kann nun die Auskopplung von Licht aus dem ersten Teilbereich gesteuert werden.In Another aspect of the invention includes a variable optical damping element a multi-modal interference coupler with an input and with a Output. At this is ever a waveguide connectable. Farther contains the multi-modal interference coupler has a first portion with a first material, which connects the entrance with the exit. A second portion of the multi-modal interference coupler includes second material with a variable refractive index and is arranged around the first subarea. By changing the Refractive index of the material in the second subregion can now be the Discharge of light from the first sub-range can be controlled.

In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält der Multimodeinterferenzkoppler einen Eingangskoppler, der zusätzlich einen expotentiellen Verlauf aufweisen kann. Bei einer Änderung des Brechungsindex des Materials des Multimodeinterferenzkopplers wird so eine Einkopplung von Licht aus dem Wellenleiter in den Multimodeninterferenzkoppler verbessert, weil das Licht durch den exponentiellen Taper besser in die Interferenzmaxima einkoppelt und dadurch die hohen Dämpfungen erst ermöglicht.In An embodiment of the invention includes the multi-modal interference coupler an input coupler, in addition may have an exponential course. In case of a change the refractive index of the material of the multi-modal interference coupler Thus, a coupling of light from the waveguide in the multimode interference coupler improved, because the light through the exponential taper better coupled into the interference maxima and thus the high attenuation only possible.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfassen die wenigstens zwei Auskoppelwellenleiter jeweils einen Taper. Dieser verbessert ebenso die Einkopplung von Licht aus den Intensitätsmaxima in die Auskoppelwellenleiter. Dadurch wird eine Rückstreuung in den Wellenleiter verhindert und das Dämpfungsverhalten verbessert. Die Taper der Auskoppelwellenleiter können hierzu einen linearen, einen elliptischen oder einen expotentiellen Verlauf aufweisen.In another embodiment The invention comprises the at least two outcoupling waveguides one tapper each. This also improves the coupling of Light from the intensity maxima in the Auskoppelwellenleiter. This will cause a backscatter prevented in the waveguide and improves the damping behavior. The tapers of the outcoupling waveguides can for this purpose a linear, have an elliptical or an expotential course.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Wellenleiter im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers mit einem sich öffnenden Taper ausgebildet. Es ist nämlich festgestellt worden, dass ein zusätzlicher Taper am Wellenleiter im Ausgangsbereich das Dämpfungsverhalten bei den unterschiedlichen Brechungsindizes des Material des Multimodeinterferenzkopplers verbessert. Eine Verbesserung lässt sich zudem dadurch erreichen, dass an einen Ausgang des Wellenleiters ein Taper mit einem sich verringernden Querschnitt angeschlossen ist.In Another embodiment of the invention is the waveguide in the output area of the multi-modal interference coupler with an opening Taper trained. It is it has been found that an additional taper on the waveguide in Output range the damping behavior at the different refractive indices of the material of the multi-modal interference coupler improved. An improvement leaves can also be achieved by connecting to an output of the waveguide a taper with a decreasing cross-section connected is.

In einer Ausgestaltung enthält der Wellenleiter im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers einen linear gespiegelten Taper, der einen sich öffnenden Querschnitt mit einem daran angeschlossenen sich verringernden Querschnitt umfasst.In an embodiment contains the waveguide in the output area of the multimode interference coupler a linear mirrored taper having an opening cross-section with a connected thereto decreasing cross-section comprises.

Für das Material mit veränderbarem Brechungsindex lässt sich beispielsweise ein Polymer verwenden. Mit Vorteil kann ein Material des Multimodeinterferenzkopplers einen thermooptischen oder einen elektro-optischen Effekt aufweisen, der den Brechungsindex des Materials verändert. In einem aktiven Zustand kann das Material den gleichen Brechungsindex wie der Wellenleiter aufweisen. Dadurch wird eine maximale Auskopplung des Lichts aus dem Wellenleiter erreicht.For the material with changeable Refractive index leaves For example, use a polymer. With advantage can one Material of the multi-mode interference coupler a thermo-optical or have an electro-optical effect, the refractive index of the material changed. In an active state, the material can have the same refractive index as the waveguide have. This will give a maximum extraction of light from the waveguide.

Zur Änderung des Brechungsindex oder der Brechzahl des Materials bietet es sich an, ein elektrisches Heizelement neben dem Multimodeinterferenzkoppler zur Heizung des Materials vorzusehen. Dabei kann es sich um ein elektrisch betriebenes Heizelement handeln. Alternativ können zur Erzielung eines elektro-optischen Effekts mindestens zwei Elektroden vorgesehen sein, die in einem Bereich um den Multimodeinterferenzkoppler herum ein elektrisches Feld erzeugen.To change the refractive index or the refractive index of the material it offers itself an electrical heating element adjacent to the multi-modal interference coupler to provide for the heating of the material. This can be a act electrically operated heating element. Alternatively, to Achieving an electro-optical effect at least two electrodes be provided in an area around the multimode interference coupler generate an electric field around.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments explained in detail on the drawings. Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a first embodiment of the invention,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungselements, 2 A second embodiment of the damping element according to the invention,

3 eine Darstellung der Absorption eines variablen optischen Dämpfungselementes als Funktion der Brechzahl des Materials, 3 a representation of the absorption of a variable optical attenuation element as a function of the refractive index of the material,

4 eine Darstellung der Absorption als Funktion der Brechzahl für unterschiedliche Breiten eines Multimodeinterferenzkopplers, 4 a representation of the absorption as a function of the refractive index for different widths of a multi-modal interference coupler,

5 eine Darstellung der simulierten Intensitätsverteilung einer Ausführungsform der Erfindung im inaktiven Zustand, 5 a representation of the simulated intensity distribution of an embodiment of the invention in the inactive state,

6 eine Darstellung der Intensitätsverteilung sowie des Brechungsindex über die Breite im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers im inaktiven zustand, 6 a representation of the intensity distribution and the refractive index across the width in the output region of the multi-modal interference coupler in the inactive state,

7 eine Darstellung der simulierten Intensitätsverteilung einer Ausführungsform der Erfindung in einem teil-aktiven Zustand, 7 FIG. 2 shows a representation of the simulated intensity distribution of an embodiment of the invention in a partially active state, FIG.

8 eine Darstellung der Intensitätsverteilung und des Brechungsindex über die Breite im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers im teil-aktiven Zustand, 8th a representation of the intensity distribution and the refractive index across the width in the output region of the multi-modal interference coupler in partially active state,

9 eine Darstellung der simulierten Intensitätsverteilung einer Ausführungsform der Erfindung in einem vollständig aktiven Zustand, 9 a representation of the simulated intensity distribution of an embodiment of the invention in a fully active state,

10 eine Darstellung der Intensitätsverteilung und des Brechungsindex über die Breite im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers im vollständig aktiven Zustand. 10 a representation of the intensity distribution and the refractive index across the width in the output region of the multi-modal interference coupler in the fully active state.

1 zeigt eine Ausführungsform eines variablen optischen Dämpfungselementes nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Das Dämpfungselement enthält einen im Wesentlichen rechtecksförmigen Multimodeinterferenzkoppler MMI, der um einen Wellenleiter W1 angeordnet ist. Der Multimodeinterferenzkoppler MMI umfasst ein Material, welches in seinem Brechungsindex veränderlich ist. In seinem Eingangsbereich enthält er einen als Taper T2 ausgebildeten Einkoppelbereich, welche einen expotentiellen Verlauf aufweist. Durch die Verwendung einer expotentiellen Geometrie wird eine erhebliche Verringerung der Streuverluste bei einer Einkopplung von Licht in den Multimodeinterferenzkoppler MMI gewährleistet. 1 shows an embodiment of a variable optical attenuation element according to the proposed principle. The attenuation element comprises a substantially rectangular multimode interference coupler MMI, which is arranged around a waveguide W1. The multi-modal interference coupler MMI comprises a material which is variable in its refractive index. In its entrance area, it contains a coupling area designed as a taper T2, which exhibits an expotential course. The use of an expotential geometry ensures a significant reduction in the leakage losses when light is coupled into the MMI multimode interference coupler.

In seinem Ausgangsbereich ist der Multimodeinterferenzkoppler MMI an zwei Wellenleiter W2 über jeweils zwei Taper T3 angeschlossen. Der zentrale symmetrische Wellenleiter W1 ist ebenfalls im Ausgangsbereich AE weitergeführt. Hierzu enthält er einen Taper T1, der in der vorliegenden Ausführungsform linear gespiegelt ist. Dies bedeutet, dass der Taper T1 einen ersten Teilbereich innerhalb des Multimodeinterferenzkopplers MMI aufweist, der einen sich öffnenden und damit vergrößerten Querschnitt umfasst. Daran angeschlossen ist ein zweiter Teilbereich des Tapers T2 mit einem sich reduzierenden Querschnitt. Der lineare Verlauf der sich öffnenden und daran angeschlossenen sich schließenden Teilbereiche verbessert das Schaltverhalten und die Einkopplung bzw. Auskopplung des Lichts erheblich. In dieser Ausführung ist der Taper T1 symmetrisch um die Ausgangsebene AE des Kopplers MMI angeordnet. Natürlich ist jedoch auch eine andere geometrische Anordnung des Tapers T1 denkbar.In Its output area is the multimode interference coupler MMI two waveguides W2 over two Taper T3 connected. The central symmetric waveguide W1 is also continued in the output area AE. For this he contains one Taper T1, which mirrored linearly in the present embodiment is. This means that the T1 taper has a first subarea within of the multi-modal interference coupler MMI having an opening one and thus comprises enlarged cross-section. Connected to a second portion of the tapers T2 with a reducing cross-section. The linear course of the opening and the connected to it closing sub-areas improved the switching behavior and the coupling or decoupling of the light considerably. In this version Taper T1 is symmetrical about the output plane AE of the coupler MMI arranged. Naturally but is also another geometric arrangement of the tapers T1 conceivable.

In einem Betrieb des variablen optischen Dämpfungselementes wird die Brechzahl des Materials des Multimodeinterferenzkopplers MMI verändert. Im Wesentlichen wird hierzu die Brechzahl des Materials des Multimodeinterferenzkopplers MMI an die Brechzahl des Materials des Wellenleiters W1 angepasst.In an operation of the variable optical damping element is the refractive index of the material of the multi-modal interference coupler MMI. in the Substantially this becomes the refractive index of the material of the multi-modal interference coupler MMI adapted to the refractive index of the material of the waveguide W1.

Wenn die Brechzahl des Materials des Interferenzkopplers MMI stark von der Brechzahl des Wellenleiters W1 abweicht, dann ”sieht” das Licht lediglich den normalen Wellenleiter W1 mit dem Taper T1 und geht im Wesentlichen ungedämpft durch den Multimodeinterferenzkoppler. Wird nun die Brechzahl des Materials des Interferenzkopplers MMI erhöht, dann wird ein Teil des Lichts im Bereich des Tapers T2 in den Multimodeinterferenzkoppler MMI gekoppelt. Der Multimodeinterferenzkoppler MMI erzeugt aus dem ausgekoppelten Licht ein Interferenzmuster mit einer unterschiedlichen Anzahl von Interferenzmaximas und -minimas in Abhängigkeit der Länge L' des Interferenzkopplers hinweg. Die Länge L' des Interferenzkopplers MMI ist so gewählt, dass im Ausgangsbereich des Interferenzkopplers MMI beziehungsweise in dessen Ausgangsebene AE ein Interferenzmuster mit zwei Interferenzmaximas im Bereich der Anschlüsse der Wellenleiter W2 gebildet werden. Dadurch wird das in den Multimodeinterferenzkoppler MMI eingekoppelte Licht durch die Interferenzbildung in die Wellenleiter W2 geleitet. Gleichzeitig bildet sich im Bereich des Tapers T1 des Wellenleiters W1 ein Interferenzminimum aus.If the refractive index of the material of the interference coupler MMI strongly from differs the refractive index of the waveguide W1, then "sees" the light only the normal waveguide W1 with the taper T1 and goes essentially undamped through the multi-modal interference coupler. Now the refractive index of the Material of the interference coupler MMI increases, then becomes part of the Light in the area of the T2 tapers in the multi-modal interference coupler MMI coupled. The multi-modal interference coupler MMI generates from the decoupled light an interference pattern with a different Number of interference maxima and minima depending on the length L 'of the interference coupler time. The length L 'of the interference coupler MMI is chosen that in the output region of the interference coupler MMI or in whose output plane AE an interference pattern with two interference maxima in the area of the connections the waveguide W2 are formed. This will do this in the multi-modal interference coupler MMI coupled light by the interference in the waveguide W2 headed. At the same time, in the area of the tapers T1 of the Waveguide W1 from an interference minimum.

Je geringer der Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Materials des Interferenzkopplers MMI und dem Brechungsindex des Wellenleiters W1 ist, desto deutlicher tritt der Interferenzeffekt aufgrund der stärkeren Lichtauskopplung hervor.ever less the difference between the refractive index of the material of the interference coupler MMI and the refractive index of the waveguide W1 is, the more pronounced the interference effect due to the stronger light extraction out.

Sofern die Brechzahl des Materials des Interferenzkopplers MMI der Brechzahl des Wellenleiters W1 entspricht, wird das gesamte Licht im Bereich des Tapers T2 des Interferenzkopplers MMI aus dem Wellenleiter W1 ausgekoppelt. Durch den Interferenzeffekt entsteht im Bereich des Tapers T1 ein Interferenzminimum und das ausgekoppelte Licht wird durch den Interferenzkoppler über die Taper T3 in die Wellenleiter W2 fokussiert.Provided the refractive index of the material of the interference coupler MMI of the refractive index of the waveguide W1, all the light is in the range of the tapers T2 of the interference coupler MMI from the waveguide W1 decoupled. Due to the interference effect arises in the area of Tapers T1 is an interference minimum and the decoupled light is transmitted through the interference coupler via the taper T3 is focused in the waveguide W2.

Aufgrund der speziellen geometrischen Ausgestaltung und der Verwendung eines Multimodeinterferenzkopplers wird das Licht aus dem Wellenleiter W1 zwar herausgekoppelt, jedoch im Ausgangsbereich des Interferenzkopplers nicht gestreut, sondern gerichtet in die Auskoppelwellenleiter W2 abgelenkt. Dadurch gibt es keine Abstrahlung ins Cladding und die Rückkopplung von gestreutem Licht in den Taper T1 und damit den Wellenleiter W1 wird reduziert oder sogar vermieden. Das erfindungsgemäße variable optische Dämpfungselement lässt sich somit auch als optischer Schalter beispielsweise für Add/Drop-Multiplexer verwenden.by virtue of the special geometric design and the use of a Multimode interference coupler becomes the light from the waveguide W1 indeed coupled out, but in the output range of the interference coupler not scattered, but directed into the Auskoppelwellenleiter W2 distracted. Thus there is no radiation into the cladding and the feedback of scattered light in the T1 taper and thus the waveguide W1 is reduced or even avoided. The variable invention optical damping element let yourself thus also as an optical switch, for example for add / drop multiplexer use.

Zu einer optimalen Dämpfung ist das Verhältnis aus der Breite des Multimodeinterferenzkopplers zu dessen Länge von Bedeutung. So werden verschiedene Interferenzmuster in Multimodeinterferenzkoppler in Abhängigkeit der Länge des Kopplers erzeugt. Insbesondere kann durch eine geeignete Wahl der Breite und der Länge bzw. dessen Verhältnis zueinander eine unterschiedliche Anzahl von Interferenzmaxima und -minima im Ausgang des Multimodeinterferenzkopplers erzeugt werden. Auch lässt sich deren Orte auf der Ausgangsebene AE des Multimodeinterferenzkopplers einstellen.For optimal damping, the ratio of the width of the multi-modal interference coupler to its length is important. Thus, different interference patterns are generated in multi-modal interference couplers depending on the length of the coupler. In particular, by a suitable choice of the width and the length or its relationship to each other, a different number of interference maxima and minima in the output of the multi modeinterferenzkopplers are generated. Also, their locations can be set on the output plane AE of the multi-modal interference coupler.

In der Ausführung gemäß 2 sind im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers MMI insgesamt vier Auskoppelwellenleiter W2 mit Tapern T3 an der Ausgangsebene AE angeordnet. Jeweils zwei Wellenleiter sind zusätzlich zusammengeführt. Die Anschlussstellen der Taper T3 an den Multimodeinterferenzkoppler MMI liegen hierzu in einem Bereich von Intensitätsmaxima des durch den Multimodeinterferenzkopplers MMI erzeugten Interferenzmusters. Hierzu ist die Länge L und die Breite B des Multimodeinterferenzkopplers derart gewählt, dass ein im Eingangsbereich bei dem Taper T2 eingekoppeltes Licht vier Interferenzmaxima im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers erzeugt. Durch die symmetrische Anordnung liegt zudem im Bereich des Tapers T1 des Wellenleiters W1 ein Interferenzminimum vor. Wenn der Brechungsindex des Materials des Kopplers MMI entsprechend dem Material des Wellenleiters W1 ist, dann wird das Licht des Wellenleiters W1 im Wesentlichen vollständig in die Wellenleiter W2 eingekoppelt.In the execution according to 2 In the output region of the multimode interference coupler MMI, a total of four outcoupling waveguides W2 with tapers T3 are arranged at the output plane AE. In each case two waveguides are additionally merged. For this purpose, the connection points of the taper T3 to the multi-modal interference coupler MMI lie in a range of intensity maxima of the interference pattern generated by the multimode interference coupler MMI. For this purpose, the length L and the width B of the multimode interference coupler is selected such that a light coupled in at the input region at the taper T2 generates four interference maxima in the output region of the multimode interference coupler. Due to the symmetrical arrangement, there is also an interference minimum in the region of the tapers T1 of the waveguide W1. If the refractive index of the material of the coupler is MMI corresponding to the material of the waveguide W1, then the light of the waveguide W1 is substantially completely coupled into the waveguides W2.

3 zeigt den Verlauf der Dämpfung in Abhängigkeit der Brechzahl. Dabei wurde festgestellt, dass die Steilheit der Dämpfung abhängig von der Größe der gewählten Multimode-Interferenzstruktur ist. Grundsätzlich gilt wohl, dass der Anstieg der Dämpfung mit der Größe des Multimodeinterferenzkopplers zunimmt. So steigt die Dämpfung bei großen Strukturen sehr steil an. Mit der Breite des Multimodeinterferenzkopplers wächst jedoch auch die Länge sehr stark an. Um diese zu reduzieren, lässt sich wie in der 2 dargestellt eine veränderte Geometrie benutzen, bei der nicht zwei Auskoppel-Wellenleiter W2 sondern eine größere Zahl an Auskoppelwellenleitern verwendet wird. Hierzu macht man sich den Interferenzeffekt zu Nutze und wählt die Länge L des Multimodeinterferenzkopplers bezüglich seiner Breite B derart, dass im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers eine gerade Anzahl von Interferenzmaximas auftritt. Diese werden über die Taper T3 in die Auskoppelwellenleiter W2 eingekoppelt, sodass kein Streulicht in den Wellenleiter W1 über den Taper T1 zurück fließen kann. 3 shows the course of the damping as a function of the refractive index. It was found that the steepness of the attenuation depends on the size of the selected multimode interference structure. Basically, it is probably true that the increase in attenuation increases with the size of the multi-modal interference coupler. Thus, the damping increases very steeply in large structures. However, with the width of the multimode interference coupler, the length also grows very strongly. To reduce this, can be like in the 2 used a modified geometry, in which not two decoupling waveguide W2 but a larger number of Auskoppelwellenleitern is used. For this purpose, one makes use of the interference effect and selects the length L of the multi-modal interference coupler with respect to its width B such that an even number of interference maxima occurs in the output region of the multi-modal interference coupler. These are coupled via the taper T3 in the Auskoppelwellenleiter W2, so that no stray light can flow back into the waveguide W1 on the Taper T1.

4 zeigt hierzu das Dämpfungsverhalten eines Multimodeinterferenzkopplers über verschiedene Breiten bei gleicher Länge hinweg. Eine größere Struktur führt zu einem steileren Dämpfungsverhalten. 4 shows the attenuation behavior of a multimode interference coupler over different widths with the same length. A larger structure leads to a steeper damping behavior.

5 zeigt das simulierte Verhalten eines variablen optischen Dämpfungselements gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip im inaktiven Zustand. Im Diagram ist zu erkennen, dass die Lichtausbreitung im Wesentlichen im Wellenleiter W1 erfolgt und so gut wie kein Licht in den Multimodeinterferenzkoppler eingekoppelt wird. 5 shows the simulated behavior of a variable optical damping element according to the proposed principle in the inactive state. It can be seen in the diagram that the light propagation essentially takes place in the waveguide W1 and virtually no light is coupled into the multimode interference coupler.

6 zeigt einen diesbezüglichen Schnitt entlang der Ausgangsebene AE bei ca. 7.5 mm und die dazugehörige Amplitude im Bereich des Wellenleiters W1 sowie in den beiden Auskoppelwellenleitern W2. Aufgrund des deutlich geringeren Brechungsindex im Material des Multimodeinterferenzkopplers MMI wird das Licht hauptsächlich im Wellenleiter W1 geführt. 6 shows a relevant section along the output plane AE at about 7.5 mm and the corresponding amplitude in the region of the waveguide W1 and in the two Auskoppelwellenleitern W2. Due to the significantly lower refractive index in the material of the multi-modal interference coupler MMI, the light is mainly guided in the waveguide W1.

Durch Temperaturerhöhung oder Anlegen eines elektrischen Feldes quer zum Multimodeinterferenzkoppler MMI wird die Brechzahl des Materials des Interferenzkopplers nun langsam erhöht.By temperature increase or applying an electric field across the multi-modal interference coupler MMI will now be the refractive index of the interference coupler material slowly increased.

7 zeigt ein simuliertes Verhalten des Dämpfungselementes in diesem Fall. Bereits jetzt hier zu erkennen, ist ein Aufspalten und Auskoppeln eines Teils des Lichtes in den Interferenzkoppler. Durch die Interferenzbildung innerhalb des Multimodeinterferenzkopplers wird dieser aus dem Wellenleiter W1 ausgekoppelte Bestandteil in die Auskoppelwellenleiter W2. geleitet. 7 shows a simulated behavior of the damping element in this case. Already here to recognize, is a splitting and decoupling a part of the light in the interference coupler. Due to the formation of interference within the multimode interference coupler, this component coupled out of the waveguide W1 becomes component in the outcoupling waveguide W2. directed.

In 8 ist wiederum der Schnitt über die Ausgangsebene des Dämpfungselementes dargestellt. Die Intensität in den Auskoppelwellenleitern W2 ist bereits ebenso wie Streuanteile gegenüber dem Licht im Wellenleiter W1 deutlich angewachsen. Gleichzeitig hat die Intensität im Wellenleiter W1 bereits abgenommen.In 8th in turn, the section is shown on the output plane of the damping element. The intensity in the outcoupling waveguides W2 has already increased significantly, as well as scattering proportions with respect to the light in the waveguide W1. At the same time, the intensity in waveguide W1 has already decreased.

In der 9 ist nun das simulierte Verhalten des optischen Dämpfungselements im vollständig aktivierten Zustand dargestellt. Das aus dem Wellenleiter W1 ausgekoppelte Licht erzeugt im Multimodeinterferenzkoppler ein Interferenzmuster mit verschiedenen Interferenzmaximas und -minimas über die Länge des Interferenzkopplers hinweg. Bei der Länge 7,5 mm, bei der die Auskoppelwellenleiter W2 angeordnet sind zeigt das Interferenzbild zwei Interferenzmaxima im Bereich der Auskoppelwellenleiter sowie ein Interferenzminimum an der Stelle des Wellenleiters W1. Durch den Multimodeinterferenzkoppler wird somit das im Wellenleiter W1 geführte Licht vollständig in die Auskoppelwellenleiter geleitet. In 10 ist dies über die Breite im Auskoppelbereich des Multimodeinterferenzkopplers deutlich zu erkennen. Die Feldstärke E_Field in den Auskoppelwellenleitern W2 ist maximal, während die Feldstärke im Wellenleiter W1 im Wesentlichen bei 0 liegt.In the 9 Now, the simulated behavior of the optical damping element is shown in the fully activated state. The light coupled out of the waveguide W1 generates in the multimode interference coupler an interference pattern with different interference maxima and minima across the length of the interference coupler. At the length 7.5 mm, at which the Auskoppelwellenleiter W2 are arranged, the interference pattern shows two interference maxima in the region of the Auskoppelwellenleiter and an interference minimum at the location of the waveguide W1. By means of the multimode interference coupler, the light guided in the waveguide W1 is thus conducted completely into the coupling-out waveguide. In 10 This can be clearly seen across the width in the decoupling region of the multimode interference coupler. The field strength E _Field in the outcoupling waveguides W2 is maximum while the field strength in the waveguide W1 is substantially zero.

Zudem sind auch hier nur relativ wenige Streuanteile zu erkennen, die unerwünscht in den Wellenleiter W1 noch einkoppeln können. Damit ist eine ausreichend gute Dämpfung im Wellenleiter W1 durch den Multimodeinterferenzkoppler MMI erreicht. Wie in der 9 zu erkennen, kann durch eine andere Anordnung uns Auskoppelung des Interferenzlichts die Länge des Multimodeinterferenzkopplers reduziert werden. Beispielsweise kann durch eine Anordnung von vier Auskoppelwellenleitern nach einer Länge von 4,0 bereits eine Auskoppelung erfolgen, wobei ein Interferenzminimum im Bereich des Wellenleiters W1 existiert.In addition, only relatively few scattering components can be recognized here, which can undesirably couple into the waveguide W1. Thus, a sufficiently good attenuation in the waveguide W1 is achieved by the multi-modal interference coupler MMI. Like in the 9 to recognize, can by another and re arrangement and decoupling of the interference light, the length of the multi-modal interference coupler can be reduced. For example, by an arrangement of four Auskoppelwellenleitern after a length of 4.0 already made a decoupling, with an interference minimum in the region of the waveguide W1 exists.

Die Verwendung eines Multimodeinterferenzkopplers für ein variables optisches Dämpfungselement besitzt verschiedene Vorteile. So ergibt sich wie dargestellt bei einer derartigen Anordnung nur wenig Streulicht zurück in den Wellenleiter W1. Darüber hinaus genügen verhältnismäßig kleine Spannungen bzw. Temperaturen für die Erzeugung eines elektro-optischen bzw. thermo-optischen Effektes. Dadurch wird eine Integration in komplexen Schaltungen möglich, da bereits kleine Spannungen oder Temperaturen zu einer sehr starken Dämpfung aufgrund des kontrollierten Multimode-Interferenzeffekts führen. Diese können besonders einfach durch Elektroden erzeugt werden, die um den Multimodeinterferenzkoppler angeordnet sind. Die Dämpfung selbst ist über einen großen Wellenlängenbereich praktisch konstant. Durch die Verwendung eines Einkoppelbereichs T2 mit einem expotentiellen Verlauf und die zusätzlichen Taper im Ausgangsbereich des Multimodeinterferenzkopplers wird das Dämpfungsverhalten im geschalteten Zustand weiter stark verbessert.The Use of a multi-modal interference coupler for a variable optical attenuator has several advantages. This results in as shown at such an arrangement only little stray light back into the Waveguide W1. About that suffice relatively small Voltages or temperatures for the generation of an electro-optical or thermo-optical effect. Thereby Integration into complex circuits is possible because even small voltages or temperatures to a very strong damping due to the controlled Lead to a multimode interference effect. these can particularly easy to be generated by electrodes surrounding the multimode interference coupler are arranged. The damping itself is over a big Wavelength range practically constant. By using a coupling area T2 with an expotential course and the additional taper in the exit area of the multimode interference coupler, the attenuation behavior is switched in Condition further improved greatly.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

MMI:

Multimodeinterferenzkoppler

W1:

waveguides

W2:

Auskoppelwellenleiter

T2:

coupling region

T1:

Taper

T3:

Taper

L:

length

B:

width

AE:

Exit area, exit level

Claims

Variable optical damping element comprising: - one Waveguide (W1) having a first refractive index; - one Multimode interference coupler (MMI), which surrounds the waveguide (W1) is arranged and has a material with a variable second refractive index; - at least two Auskoppelwellenleiter (W2) for light extraction, which in one Output range (AE) of the multimode interference coupler (MMI) arranged are.

The optical damping element according to claim 1, wherein the multimode interference coupler (MMI) on the input side a taper (T2).

The optical damping element according to claim 2, wherein the taper (T2) has an expotential course having.

The optical damping element according to one of the claims 1 to 3, in which the at least two outcoupling waveguides (W2) each comprise a Taper (T3).

The optical damping element according to claim 4, in which the taper (T3) of the at least two outcoupling waveguides (W2) a linear, or elliptical, or expotential course having.

The optical damping element according to one of the claims 1 to 5, in which the waveguide (W1) in the output region (AE) of Multimode interference coupler (MMI) with one opening Taper (T1) is formed.

The optical damping element according to one of the claims 1 to 6, in which at the one output of the waveguide (W1) a Taper (T1) connected with a decreasing cross-section is.

The optical damping element according to one of the claims 1 to 7, in which the material of the multi-modal interference coupler (MMI) a thermo-optical or an electro-optical, the second Refractive index of the material changing Has effect.

The optical damping element according to one of the claims 1 to 8, in which a length of the multimode interference coupler (MMI) is selected such that in the output area (AE) of the multimode interference coupler (MMI) interference maxima occur at the points to which the at least two Auskoppelwellenleiter (W2) are connected.

damping element according to one of the claims 1 to 9, wherein the Auskoppelwellenleiter (W2) at least in the coupling region have the material of the multi-modal interference coupler (MMI).

The optical damping element according to one of the claims 1 to 10, wherein the variable second refractive index material comprises a polymer.

The optical damping element according to one of the claims 1 to 11, in which the material of the multi-modal interference coupler (MMI) in an active state the same refractive index as the Waveguide (W1) has.

The optical damping element according to one of the claims 1 to 12, which has a heating element in the region of the multi-mode interference coupler (MMI) a temperature increase causes.

The optical damping element according to claim 13, wherein the heating element is an electrically operated Includes heating element.

The optical damping element according to one of the claims 1 to 13, in which at least two electrodes are provided, the in an area of the multimode interference coupler (MMI) an electrical Create field.

The optical damping element according to claim 15, wherein the at least two electrodes along the long side of the multi-modal interference coupler (MMI) are arranged.

A variable optical attenuator comprising: one Multimode interference coupler (MMI) with one input and one output, to each of which a waveguide can be connected; a first Partial region (W1) with a first material having a first refractive index, which the input of the multimode interference coupler with the output links; a second partial area, which surrounds the first partial area (W1) is arranged and a second material with a changeable, from the first refractive index different second refractive index having.

The optical damping element according to claim 17, in which an output region (AE) of the multi-modal interference coupler (MMI) at least two Auskoppelwellenleiter (W2) are connected.

The optical damping element according to one of the claims 17 to 18, at a length of the multimode interference coupler (MMI) is selected such that that in the output region of the multimode interference coupler (MMI) interference maxima occur at the points to which at least two Auskoppelwellenleiter (W2) are connected.

The optical damping element according to one of the claims 18 to 19, in which the at least two outcoupling waveguides (W2) each comprise a Taper (T3).

The optical damping element according to claim 20, in which the taper (T3) of the at least two outcoupling waveguides (W2) a linear, or elliptical, or expotential course having.

The optical damping element according to one of the claims 17 to 21, where the multi-modal interference coupler (MMI) is a taper (T2), to which a waveguide for supplying light can be connected.

The optical damping element according to claim 20, wherein the taper (T2) has an expotential course having.

The optical damping element according to one of the claims 17 to 23, in which the first subregion (W1) in the output region multimode interference coupler (MMI) is opening Has cross-section (T1).

The optical damping element according to one of the claims 17 to 24, in which at the one output of the first portion (W1) a waveguide is connected, which in the connection area a Taper having a decreasing cross section.

The optical damping element according to one of the claims 24 to 25, at which the opening and the decreasing cross-section symmetrical about an output plane (AE) of the multi-modal interference coupler (MMI) are arranged.

The optical damping element according to one of the claims 17-26, in which the second material of the multi-modal interference coupler (MMI) has a thermo-optical or an electro-optical effect.

The optical damping element according to one of the claims 17 to 27, wherein the second material comprises a polymer.

The optical damping element according to one of the claims 17 to 28, wherein the material of the second portion in a active state the same refractive index as the material of the first Partial area (W1) has.

The optical damping element according to one of the claims 17 to 29, which has an electrically operated heating element, which causes a temperature increase in the area of the multi-modal interference coupler (MMI).

The optical damping element according to one of the claims 17 to 30, which has at least two electrodes in one Multimode interference coupler (MMI) area an electrical Create field.

The optical damping element according to claim 31, wherein the at least two electrodes along the long side of the multi-modal interference coupler (MMI) are arranged.