DE10256263B4

DE10256263B4 - Integriertes optisches Bauteil mit der Funktion eines Polarisations-Demultiplexers

Info

Publication number: DE10256263B4
Application number: DE2002156263
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl.-Phys. Schermer; Veronika Dipl.-Ing. Rinnerbauer
Original assignee: PHOTEON TECHNOLOGIES GmbH
Current assignee: PHOTEON TECHNOLOGIES GmbH
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: DE10256263A1

Abstract

Integriertes optisches Bauteil mit der Funktion eines Polarisations-Demultiplexers (4), das ein einfallendes Lichtsignal in zwei Anteile aufspaltet, die eine erste und eine zweite, zur ersten orthogonale Polarisation (1, 2) aufweisen, ohne dass dabei einer der beiden Anteile verloren geht, mit einem photonischen Kristall (5) mit einer periodischen photonischen Kristallstruktur, die eine Bandlücke für Licht der ersten Polarisation (1) aufweist, während im selben Frequenzbereich keine Bandlücke für Licht der zweiten Polarisation (2) vorliegt, und einem Wellenleiter (7), gebildet durch Defekte in dem photonischen Kristall (5), wobei der Wellenleiter (7) zur Führung von Licht der ersten Polarisation (1) ausgebildet ist, indem er in einem Abschnitt für ausschließlich eine der zu trennenden Polarisationen (1, 2) geführte Moden aufweist, während dies für die andere Polarisation (2) nicht der Fall ist, und dass der Wellenleiter (7) in diesem Abschnitt eine Richtungsänderung aufweist, wodurch die beiden Polarisationen (1, 2) voneinander getrennt und einer weiteren Signalverarbeitung...

Description

Die Erfindung betrifft ein integriertes optisches Bauteil mit der Funktion eines Polarisations-Demultiplexers und befasst sich mit der Aufteilung eines beliebig polarisierten optischen Signals, geführt in einem Wellenleiter, in zwei Teile, deren Polarisationen orthogonal zueinander sind.
Es ist bekannt, dass sich ein optisches Signal in einer spiegelsymmetrischen Anordnung, wie einem ebenem Wellenleiter (Schichtwellenleiter), aus transversal elektrischen (TE) und transversal magnetischen (TM) Moden zusammensetzt, die orthogonal zueinander sind. Die Trennung eines Signals in diese beiden Anteile unterschiedlicher Polarisation ist ein wichtiges Anliegen der Optik. In der Telekommunikation können die beiden unabhängigen Polarisationen für Multiplexverfahren vervendet werden, um die Datenübertragungsrate zu verdoppeln. Für dieses Polarisations-Multiplexverfahren ist die Trennung des die Signale übertragenden Lichtstrahls in die beiden unterschiedlich polarisierten Komponenten, die wiederum unterschiedliche Daten übertragen können, essentiell.

Nach dem bisherigen Stand der Technik werden zur Trennung von Polarisationen verschiedene Anordnungen von konventionellen doppelbrechenden Materialien in Form von Keilen oder Prismen, oft in Verbindung mit Linsensystemen, verwendet. Solch ein Bauteil ist in der Veröffentlichung EP 1 168 035 A2 beschrieben.

Der Nachteil bei der Verwendung konventioneller doppelbrechender Materialien ist, dass diese Materialien mit konventionellen Halbleitertechnologien nicht kompatibel sind. Außerdem erlauben die Komplexität und die Größe dieser Anordnungen keine Integration in ebene optische Schaltkreise.

Die US 2001/0026659 A1 offenbart ein integriertes optischen Bauteil zum Zweck des Polarisations-Demultiplexens, mit einem Eingangskoppler zum Empfang und zum Einkoppeln eines eingehenden Lichtsignals von einem Wellenleiter in die Anordnung, einem, einen photonischen Kristall umfassenden Polarisations-Demultiplexer zur Aufspaltung des eingehenden Lichtsignals in zwei Anteile, die eine erste und eine zur ersten orthogonale Polarisation aufweisen, und einem Ausgangskoppler, der zur Ausgabe und zum Auskoppeln der polarisierten Signale dient.

Die nachveröffentlichte WO 03/058307 A2 offenbart Anordnungen, die die Aufspaltung eines optischen Signals in zwei Signale unterschiedlicher, zueinander orthogonaler Polarisationen ermöglichen. Dazu werden Bauteile verwendet, die aus Strukturen mit periodischen Verteilungen des Brechungsindex bestehen. Diese Aufspaltung bzw. Filterung basiert auf einer Verwendung von einzelnen oder mehreren Fabry-Perot Resonatoren.

Die US 2002/0150366 A1 offenbar eine photonische Kristallstruktur, in der Defektwellenleiter zur besseren Führung von weiterzuleitenden Lichtsignalen vorgesehen sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches Bauteil für Polarisations-Demultiplex-Verfahren anzugeben, das kleine Abmessungen besitzt und mit den Mitteln der konventionellen Halbleitertechnologie realisierbar ist. Mit diesen Eigenschaften kann es leicht in integrierte optische Schaltkreise integriert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein integriertes optisches Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das integrierte optische Bauteil hat die Funktion eines Polarisations-Demultiplexers und spaltet ein einfallendes Lichtsignal in zwei Anteile auf, die eine erste und eine zweite, zur ersten orthogonale Polarisation aufweisen, ohne dass dabei einer der beiden Anteile verloren geht. Es umfasst ferner einen photonischen Kristall mit einer periodischen photonischen Kristallstruktur, die eine Bandlücke für Licht der ersten Polarisation aufweist, während im selben Frequenzbereich keine Bandlücke für Licht der zweiten Polarisation vorliegt, und einen Wellenleiter, gebildet durch Defekte in dem photonischen Kristall. Der Wellenleiter ist zur Führung von Licht der ersten Polarisation ausgebildet, indem er in einem Abschnitt für ausschließlich eine der zu trennenden Polarisationen geführte Moden aufweist, während dies für die andere Polarisation nicht der Fall ist, wobei der Wellenleiter in diesem Abschnitt eine Richtungsänderung aufweist, wodurch die beiden Polarisationen voneinander getrennt und einer weiteren Signalverarbeitung zugeführt werden können.

Die bevorzugte Ausführung und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Die Erfindung macht einen Polarisationsteiler möglich, der eine ebene Bauart hat und dessen Abmessungen im Bereich von einigen Dutzend Mikrometern liegen. Diese Eigenschaften ermöglichen die Anwendung in hochintegrierten optischen Schaltkreisen. Außerdem kann das Bauteil mit den Mitteln der konventionellen Halbleitertechnologie hergestellt werden, was die Eignung zur Massenproduktion sicherstellt.

Das erfindungsgemäße Bauteil gibt beide Polarisationsrichtungen aus und stellt diese zur weiteren Signalverarbeitung bereit.

Das alles wird erreicht durch die Verwendung von Materialien mit periodisch variierender Dielektrizitätskonstante ε, das heißt durch die Verwendung von photonischen Kristallen. Bei diesen Materialien hängen viele elektromagnetische Eigenschaften, vor allem die Dispersionsrelation, von der Polarisation des Lichts ab.

Es ist bekannt, dass eine räumlich periodische Verteilung der Dielektrizitätskonstante ε die Dispersionsrelation entscheidend beeinflusst. In bestimmten Fällen kann die Periodizität zur Ausbildung sogenannter "Bandlücken" führen, das sind Frequenzbereiche, für die keine erlaubten Zustände des Lichts im Kristall existieren. Durch die Einführung von Defekten in das periodische Gitter des Kristalls können Defektzustände innerhalb der Bandlücke erzeugt werden. Diese Defektzustände führen insbesondere zu einer starken Lokalisierung des Lichts am Ort der Defekte, da es sich aufgrund der vorhandenen Bandlücke nicht im Kristall ausbreiten kann.

In einem zweidimensional periodischen Gitter (zweidimensionaler Photonischer Kristall) wird das elektromagnetische Feld durch zwei unabhängige Komponenten mit unterschiedlicher Polarisation beschrieben. Dabei hat entweder das elektrische oder das magnetische Feld keine Komponente in der Ebene. Im allgemeinen weisen diese beiden Polarisationen unterschiedliche Dispersionsrelationen auf, und Bandlücken können in unterschiedlichen Bereichen auftreten. Diese Eigenschaft wird in der Erfindung ausgenützt. Das Prinzip der Erfindung beruht auf einer periodischen Struktur (Photonischer Kristall), der in einem bestimmten Frequenzbereich eine Bandlücke für die erste Polarisation besitzt, nicht aber für die zweite, zur ersten orthogonalen Polarisation. Licht der zweiten Polarisation kann sich daher frei im Kristall ausbreiten, während sich Licht der ersten Polarisation aufgrund der Bandlücke nicht im Kristall ausbreiten kann. Diese erste Polarisation kann jedoch durch die Einführung eines oder mehrerer Defekte in die Struktur des Photonischen Kristalls lokalisiert und von der anderen, frei propagierenden Polarisation weggeführt werden. Auf diese Weise werden die beiden Komponenten getrennt und stehen zur weiteren Signalverarbeitung zur Verfügung.

Die Erfindung nutzt die inhärente Polarisations-Empfindlichkeit von zweidimensionalen Photonischen Kristallen zum Trennen der Polarisationen. Unter anderem weist diese Erfindung gegenüber bisherigen Lösungsansätzen die Vorteile der ebenen Bauart und der kleinen Abmessungen auf. Letztere bewegen sich beim angeführten Ausführungsbeispiel im Bereich von z.B. 30 μm × 30 μm. Diese Merkmale erlauben ein hohes Integrationsniveau. Die erfindungsgemäße Lösung benötigt im Gegensatz zu anderen Bauteilen keine Linsensysteme oder konventionelle doppelbrechende Materialien, was die Komplexität des Aufbaus und der Produktion reduziert. Sie kann mit Hilfe von konventioneller Halbleitertechnologie hergestellt werden und ermöglicht eine on-Chip Lösung eines Polarisations-Demultiplexers.

Der Aufbau und die Funktionsweise der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile werden am besten durch die folgende Beschreibung der spezifischen Ausführungen in Verbindung mit den jeweiligen Abbildungen verdeutlicht.

Es zeigt:

1: Ausführungsbeispiel des Polarisations-Demultiplexers basierend auf einer hexagonalen Gitterstruktur mit einem Liniendefektwellenleiter und zwei 60 Grad Biegungen;

2: Darstellung eines Parabolspiegels in Kombination mit einem Defektwellenleiter in einem Photonischen Kristall zum Einkoppeln von Licht in den Polarisations-Demultiplexer;

2a: Ergebnis einer zweidimensionalen FDTD-Simulation des Eingangskopplers nach 2;

3: Darstellung eines parabolischen Ausgangskopplers für Polarisation 2;

4a: Darstellung des Ausgangs des Polarisations-Demultiplexers für Polarisation 2 mit verbesserter Geometrie;

4b: Ergebnis einer FDTD-Simulation des Ausgangs des Polarisations-Demultiplexers für Polarisation 2 mit verbesserter Geometrie;

4c: Ergebnis einer FDTD-Simulation des Ausgangs des Polarisations-Demultiplexers für Polarisation 2 ohne verbesserter Geometrie;

5: Darstellung eines Photonischen Kristalls mit Honigwaben-Struktur und verbessertem Defektwellenleiter für beide Polarisationen;

6a: Ergebnis einer FDTD-Simulation eines konventionellen Liniendefekts im Photonischen Kristall von 5 für Polarisation 1;

6b: Ergebnis einer FDTD-Simulation eines konventionellen Liniendefekts im Photonischen Kristall von 5 für Polarisation 2;

7a: Ergebnis einer FDTD-Simulation des verbesserten Liniendefekts im Photonischen Kristall von 5 für Polarisation 1;

7b: Ergebnis einer FDTD-Simulation des verbesserten Liniendefekts im Photonischen Kristall von 5 für Polarisation 2;

8: Darstellung eines Photonischen Kristalls mit hexagonaler Struktur und verbessertem Liniendefektwellenleiter;

9: Ergebnis einer FDTD-Simulation eines Defektwellenleiters mit 60 Grad Biegung für Polarisation 1;

10: erstes Ausführungsbeispiel eines Defektwellenleiters mit verbesserter 120 Grad Biegung;

11a: Ergebnis einer FDTD-Simulation eines Defektwellenleiters mit verbesserter 120 Grad Krümmung nach 10 für Polarisation 1;

11b: Ergebnis einer FDTD-Simulation eines Defektwellenleiters mit verbesserter 120 Grad Krümmung nach 10 für Polarisation 2;

12: Zweites Ausführungsbeispiel eines Defektwellenleiters mit verbesserter 120 Grad Biegung;

13a: Ergebnis einer FDTD-Simulation eines Defektwellenleiters mit verbesserter 120 Grad Biegung nach 12 für Polarisation 1;

13b: Ergebnis einer FDTD-Simulation eines Defektwellenleiters mit verbesserter 120 Grad Biegung nach 12 für Polarisation 2;

14a: Schnitt durch die bevorzugte Ausführung des Polarisations-Demultiplexers;

14b: Draufsicht der bevorzugten Ausführung des Polarisations-Demultiplexers;

15a: Photonischer Kristall mit hexagonalem Gitter;

15b: Bandstruktur des Photonischen Kristalls nach 15a;

16a: Photonischer Kristall mit Honigwaben-Struktur;

16b: Bandstruktur des Photonischen Kristalls nach 16a;
Polarisationsteiler 4
1 zeigt den Polarisationsteiler 4 in seiner allgemeinsten Form. Er besteht aus einem zweidimensionalen Photonischen Kristall 5 in einem ebenen Wellenleiter, der von einem Dielektrikum mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante oder von Luft umgeben ist. Diese Schichtstruktur ist ein Beispiel für eine spiegelsymmetrische quasi-zweidimensionale Geometrie, die die Unterscheidung von Moden mit zwei verschiedenen Polarisationen 1, 2 eines einfallenden Lichtstrahls 3 wie oben beschrieben erlaubt. Die periodische Struktur des Photonischen Kristalls 5 ist in dem Ausführungsbeispiel ein hexagonales Gitter von zylindrischen Säulen 6, bestehend aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante in einem ebenen Wellenleiter mit höherer Dielektrizitätskonstante. Die Gitterkonstante, der Radius der Säulen 6 und die Höhe des Schichtwellenleiters wie auch die entsprechenden Materialien werden erfindungsgemäß so gewählt, dass in einem bestimmten Frequenzbereich eine Bandlücke für die eine Polarisation (Polarisation 1) nicht aber für die zweite (Polarisation 2) besteht. In dieses Gitter wird ferner ein Defekt eingeführt. Dieser Defekt kann beispielsweise aus einem Punktdefekt bestehen, der Licht aus der Ebene des Wellenleiters hinausleitet, oder aus einer Anordnung von Punktdefekten, die einen Wellenleiter 7 formen, wie zum Beispiel einen gekoppelten Defekt-Wellenleiter oder Liniendefektwellenleiter, und eine Biegung beinhalten können. Zur Vereinfachung werden all diese unterschiedlichen Ausprägungen im Folgenden als Defektwellenleiter bezeichnet.
Der Defektwellenleiter 7 lokalisiert Licht der Polarisation 1, das aufgrund der Bandlücke nicht in das Gitter eindringen kann. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Defekt aus einem Linienwellenleiter 7, der in einem hexagonalen Gitter eine Biegung 8 von 120 Grad formt. Licht der Polarisation 1 wird entlang dieser Biegung 8 des Defektwellenleiters 7 zum Ausgang 10 für Polarisation 1 geführt. Da sich die andere Polarisation 2 im Photonischen Kristall 5 frei ausbreiten kann, wird sie nicht entlang des Defektwellenleiters 7 um die Biegung 8 geführt. Sie behält ihre ursprüngliche Richtung bei und propagiert mehr oder weniger geradlinig in Richtung 9 durch den Kristall 5. Dadurch werden die beiden Polarisationen 1 und 2 voneinander getrennt.
Folgende Merkmale sind für die Funktionstüchtigkeit des Bauteils von besonderem Interesse: das Einkoppeln von Licht in den Photonischen Kristall mithilfe eines Eingangskopplers, das Auskoppeln von Licht aus dem Photonischen Kristall mithilfe eines Ausgangskopplers, die Ausführung des Defektwellenleiters und die Ausführung der Biegung dieses Wellenleiters. Diese Punkte wurden gründlich untersucht und erfindungsgemäß optimiert, um die Funktionsweise des Bauteils zu verbessern.
Die Lösungen oben angeführter Punkte optimieren die Funktion der Erfindung. Sie können jedoch auch zur Lösung ähnlicher, auf Photonische Kristalle bezogener Problemstellungen der integrierten Optik herangezogen werden. Insofern stellen sie unabhängige Elemente dar, die in jedem optischen Schaltkreis, der Photonische Kristalle beinhaltet, benutzt werden können. Die Lösungen oben genannter Punkte werden im Folgenden angeführt.
Eingangskoppler 20
Das Einkoppeln von Licht in einen Photonischen Kristall von einem Eingangswellenleiter, der im allgemeinen breiter als der Defektwellenleiter 7 in 1 ist, kann beispielsweise durch eine Verjüngung des Eingangswellenleiters, durch eine Anzahl von Linsen oder mit Hilfe eines gekrümmten Spiegels, wie zum Beispiel eines Parabolspiegels, erfolgen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel nach 2 wird ein gekrümmter Spiegel benutzt um beide Polarisationen mit gutem Erfolg in den Photonischen Kristall einzukoppeln.
2 zeigt das Prinzip des Eingangskopplers 20. Der Eingangswellenleiter 21 basiert auf totaler interner Reflexion. Das Ende des Wellenleiters 21 ist gekrümmt und hat zum Beispiel die Form eines Parabel-Segments 22, das von einem Material mit Dielektrizitätskonstante ε₂ umgeben ist, welche niedriger ist, als die Dielektrizitätskonstante ε₁ des Wellenleiters. Das einfallende Licht 23 wird an der parabolischen Grenzfläche 22 reflektiert und auf den Brennpunkt 24 des Parabolspiegels 22 fokussiert. In der bevorzugten Ausführung des Spiegels 22 erfährt der einfallende Lichtstrahl an jedem Punkt des Spiegels den er erreicht eine Totalreflexion. Das wird erfindungsgemäß durch zwei Maßnahmen gesichert. Einerseits durch die Auswahl geeigneter Materialien, da der Unterschied der Dielektrizitätskonstanten ε₁, ε₂ an der Grenzfläche groß genug sein muss, und andererseits durch eine geeigneten Geometrie des Parabolspiegels 22, so dass der Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls an jedem Punkt groß genug ist. In der bevorzugten Ausführung liegt der Brennpunkt 24 des Spiegels 22 im Eingang eines Defektwellenleiters 26 innerhalb eines Photonischen Kristalls 25. Dieser Defektwellenleiter 26 kann dieselbe Vielzahl von Formen annehmen, die oben beschrieben sind. Der Photonische Kristall 25 besteht in diesem Beispiel aus zylindrischen Luftlöchern in einem Dielektrikum und weist für beide Polarisationen 1 und 2 eine Bandlücke auf, so dass beide Polarisationen 1 und 2 durch den Defektwellenleiter geführt werden. Die bevorzugte Ausführung dieses Defektwellenleiters 26 ist weiter unten gegeben. Die Verwendung eines Defektwellenleiters in einem Photonischen Kristall anstelle eines konventionellen Wellenleiters hat hier zwei Vorteile: Erstens ist die Breite des Defektwellenleiters 26 vergleichbar mit der des Wellenleiters 7, der im Polarisationsteiler 4 verwendet wird. Das verbessert die Effizienz der Einkopplung des beide Polarisationen 1 und 2 beinhaltenden Lichts in den Defektwellenleiter 7 des Polarisationsteilers 4. Zum zweiten sind die Defektzustände aufgrund der Bandlücke stark im Defektwellenleiter 26 lokalisiert, wodurch die Strahldivergenz des Lichts nach dem Brennpunkt 24 für beide Polarisationen 1 und 2 unterdrückt wird. Nachdem das Licht beider Polarisationen 1 und 2 im Defektwellenleiter 26 gebündelt worden ist, wird es zum Eingang des Polarisations-Demultiplexers 4 geführt.
2a zeigt das Ergebnis einer FDTD-Simulation (Finite Difference Time Domain Simulation) von dem Ausführungsbeispiel des Eingangskopplers in 2. Das einfallende Licht wird mithilfe des oben beschriebenen gekrümmten Spiegels von einem breiten Eingangswellenleiter in einen schmalen Defektwellenleiter eingekoppelt. Das Simulationsergebnis zeigt die Komponente des elektrischen Feldes normal zur Ebene. Aufgrund der einfacheren Umsetzung ist die Anordnung des Eingangskopplers in dieser Simulation im Vergleich zu 2 um 90 Grad gedreht.
Ausganqskoppler 30
Wie in 1 dargestellt, sind für die Auskopplung der zwei voneinander getrennten Polarisationen 1 und 2 zwei unterschiedliche Ansätze nötig. Polarisation 1 ist bereits durch den Defektwellenleiter 7 stark lokalisiert und kann deshalb durch konventionelle Maßnahmen vom Ausgang 10 des Photonischen Kristalls 5 in einen gewöhnlichen Wellenleiter eingekoppelt werden. Dazu kann eine Verjüngung oder ähnliches herangezogen werden.
Da andererseits die Polarisation 2 nicht durch Defekte lokalisiert ist, erstreckt sich die zugehörige Feldverteilung über einen weiten Teil des Photonischen Kristalls 5. Deshalb ist es nötig, Maßnahmen zum Sammeln der elektromagnetischen Energie anzuwenden. Dies kann auf ähnliche Weise wie beim oben beschriebenen Eingangskoppler erreicht werden. Auch hier ist ein gekrümmter Spiegel die bevorzugte Lösung.
3 zeigt das Prinzip des Ausgangskopplers 30. Das vorgestellte Konzept ist im Wesentlichen identisch zu dem der Einkopplung gemäß 2. Licht der Polarisation 2 wird im Photonischen Kristall 5 des Polarisations-Demultiplexers 4 vom Licht der Polarisation 1 getrennt und propagiert daraufhin frei durch das Gebiet 9. Es verlässt den Photonischen Kristall 5 in Form eines breiten, annähernd parallelen Strahls 31. Darauf wird es durch Reflexion an einem Parabolspiegel 32 auf den Eingang eines weiteren Defektwellenleiters 33 fokussiert und so in diesen eingekoppelt. Der Photonische Kristall 33 muss so strukturiert sein, dass er zumindest für Polarisation 2 eine Bandlücke im gewünschten Frequenzbereich aufweist. Es ist also möglich, die selbe Struktur anzuwenden, die bereits beim Einkoppeln gemäß 2 ihre Anwendung findet. Die Auskopplung des Signals vom Ausgang 34 des Photonischen Kristalls 33 in einen gewöhnlichen Wellenleiter kann auf dieselbe Weise erfolgen, wie bereits für Polarisation 1 am Ausgang 10 des Photonischen Kristalls 5 vorgeschlagen wurde.
Maßnahmen zum Erzielen eines parallelen Ausgangsstrahl im Kristall 5
Die Tatsache, dass das Licht der Polarisation 2 im Gebiet 9 des Photonischen Kristalls 5 frei propagiert und somit kein scharf begrenztes Strahlprofil, vergleichbar mit dem in einem Wellenleiter, aufweist, verlangt nach zusätzlichen Maßnahmen.
Um im Ausgangskoppler 30 ausreichend mit einem gekrümmten Spiegel fokussieren zu können, ist es nötig, dass der Strahl, der den Polarisations-Demultiplexer 4 verlässt, so parallel wie möglich ist. Dies bedeutet, dass die Strahldivergenz so gering wie möglich sein soll – eine Tatsache, die immer dann von Bedeutung ist, wenn Licht aus dem Volumen eines Photonischen Kristalls ausgekoppelt wird.
4a zeigt ein Beispiel, wie die auf Polarisation 2 bezogenen Auskopplungseigenschaften des Photonischen Kristalls 5 verbessert werden können, um einen parallelen Lichtstrahl zu erhalten. Die Strahldivergenzen an der Grenzfläche können reduziert werden, indem in der letzten Reihe des periodischen Gitters des Photonischen Kristalls 5 die zylindrischen Säulen 6 durch längliche Aussparungen 40 ersetzt werden. Diese länglichen Aussparungen 40 unterdrücken die Strahldivergenz 41 und sorgen somit für einen parallelen Strahl 43 am Ausgang des Photonischen Kristalls.
Die 4b und 4c zeigen Ergebnisse von FDTD-Simulationen des Polarisations-Demultiplexers für Polarisation 2 einmal mit und einmal ohne Maßnahmen zur Reduktion der Strahldivergenz. Gemäß 4b propagiert Licht der Polarisation 2 nach der Trennung von Polarisation 1 im Photonischen Kristall 5 frei durch das Gebiet 9. Aufgrund der oben beschriebenen länglichen Aussparungen 40 anstelle der zylindrischen Säulen 6 in der letzten Reihe des periodischen Gitters, verlässt das Licht den Photonischen Kristall 5 als ein breiter, annähernd paralleler Strahl 43.
Im Gegensatz zu 4b zeigt 4c den Photonischen Kristall 5 ohne Verbesserungen zur Parallelisierung des austretenden Strahls. Hier verlässt das Licht den Photonischen Kristall 5 in Form eines breiten, divergierenden Kegels.
Defektwellenleiter im Photonischen Kristall
Ein Defektwellenleiter in einem zweidimensionalen Photonischen Kristall ist ein wesentliches Element jeglicher Anwendung Photonischer Kristalle. Im vorliegenden Fall sorgt er für die Lokalisierung des Lichtes im Polarisations-Demultiplexer 4 sowie in den Ein- und Ausgangskopplern 20, 30, die bereits oben beschrieben wurden. Insbesondere sind Defektwelleleiter, die beide Polarisationen lokalisieren, in der integrierten Optik von allgemeinen Interesse.
Um einen derartigen Defektwellenleiter zu verwirklichen, benötigt man zuerst eine Struktur, die eine vollständige Bandlücke für beide Polarisationen 1 und 2 in einem betrachteten Frequenzbereich aufweist. Eine solche Struktur zu finden ist nicht trivial, da der Bandverlauf im speziellen Fall eines zweidimensionalen Photonischen Kristalls, der in einen ebenen Wellenleiter eingebettet ist, nicht nur von den Eigenschaften des ebenen zweidimensionalen Gitters abhängt, sondern auch durch die Höhe des Wellenleiters bestimmt wird.
Eine sogenannte Honigwabenstruktur, bestehend aus Luftsäulen in Silizium, besitzt für eine vorgegebene Höhe des ebenen Wellenleiters eine vollständige Bandlücke im gewünschten Frequenzbereich. Aufgrund dieser vollständigen Bandlücke ist es möglich, einen Defektwellenleiter mit den oben geforderten Eigenschaften zu konstruieren. Er besteht aus einem oder mehreren Defekten, durch die Licht in bestimmten Frequenzbereichen, die innerhalb der Bandlücke liegen, lokalisiert werden kann. Um Lokalisierung und Lichtleitung durch Defektzustände für beide Polarisationen zu erreichen, sind eingehende Untersuchungen ebenso wie Anpassungen am Design der Defekte nötig. Erfindungsgemäß sind die Lokalisierung und die Transmission durch den Defektwellenleiter am besten, wenn dieser aus zwei reflektierenden Begrenzungsflächen besteht, welche durch einen Photonischen Kristall gebildet werden. Sobald hier die Frequenz des Lichtes innerhalb der Bandlücke liegt, kann die elektromagnetische Welle nicht in das Volumen des Photonischen Kristalls eindringen. Es ist also möglich, Licht zwischen den Grenzflächen zweier Photonischer Kristalle einzusperren.
Die zwei Photonischen Kristallbereiche besitzen einen bestimmten Abstand voneinander, durch den die Breite des Wellenleiters definiert wird. Erfindungsgemäß werden zusätzlich Punktdefekte entlang der reflektierenden Grenzflächen eingefügt. Sie verhindern die Bildung von Resonator-ähnlichen Strukturen beziehungsweise von Kavitäten, welche Licht in bestimmten Bereichen lokalisieren und die Ausbreitung des Signals durch den Wellenleiter vermindern würden.
5 gibt die eben beschriebene Anordnung wieder. Sie zeigt einen Defektwellenleiter 51 für den speziellen Fall einer Honigwabenstruktur 52, die aus zylindrischen Luftsäulen in einem ebenen Siliziumwellenleiter 50 besteht. Die reflektierenden Grenzflächen 53, die den Defektwellenleiter 51 definieren, werden durch zwei Photonische Kristallbereiche gebildet. Das Gitter wurde, wie weiter unten beschrieben, so gestaltet, dass es eine vollständige Bandlücke für beide Polarisationen im angestrebten Frequenzbereich von z.B. 178–200 THz aufweist (siehe 16a und b). Dieser Bereich beinhaltet die Frequenz 193,4 THz, welche zur Vakuumwellenlänge 1,55 μm gehört und häufig in der Telekommunikation ihre Anwendung findet. Unter anderem hat auch der Abstand d zwischen den reflektierenden Grenzflächen 53 wesentlichen Einfluss auf die Lokalisierung von Licht im Defektwellenleiter 51. Ähnlich den Verhältnissen beim konventionellen Wellenleiter, ist im Falle zu kleiner Dimensionierung das elektromagnetische Feld schlecht begrenzt und leckt in vertikaler Richtung aus dem Defektwellenleiter 51 heraus. So muss der Abstand d zwischen den reflektierenden Grenzflächen 53 mit der Höhe des ebenen Wellenleiters, der Art des Dielektrikums, aus dem er besteht und der Umgebung (hier Brechungsindex der Luftsäulen) in Einklang gebracht werden. Auf diese Weise wird eine adäquate Begrenzung des elektromagnetischen Feldes erreicht. Ein Abstand zwischen den 2,5- und 4-fachen der Gitterkonstanten a führt hier zu guten Ergebnissen. Im vorliegenden Beispiel wird der Wert d = 3,6 mal die Gitterkonstante a verwendet.
Zusätzlich zum oben Gesagten werden erfindungsgemäß Punktdefekte 54 eingefügt, um den Stau von Lichtenergie in Kavitäten entlang der reflektierenden Grenzflächen 53 zu vermeiden. Durch diese zusätzlichen Defekte wird außerdem die (erwünschte) Lichtlokalisierung senkrecht zum Wellenleiter verbessert. Die Position, Größe und Dielektrizitätskonstante der Defekte 54 kann variiert werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Im vorliegenden Beispiel werden sie so gewählt, dass eine gute Begrenzung der elektromagnetischen Felder und gute Wellenleitung für beide Polarisationen gewährleistet ist. Die Defekte bestehen hierbei aus zylindrischen Luftsäulen mit Radius r₂ die im Abstand von einer Gitterkonstanten von den reflektierenden Grenzflächen an der breitesten Stelle zu liegen kommen.
Die 6a, 6b, 7a und 7b zeigen den Effekt dieser Erweiterung im Vergleich zu einem Wellenleiter, der aus einem einfachen Liniendefekt besteht, welcher allein durch fehlende Gitterpunkte aufgebaut wird.
Die 6a und 6b sind Ergebnisse von FDTD-Simulationen eines solchen Liniendefektwellenleiters für Polarisation 1 und 2. Es ist ersichtlich, dass zur gewünschten Frequenz von f = 193,2 THz ein Defektmode für beide Polarisationen existiert. Die Transmission und die Lokalisierung des Lichtfeldes im Wellenleiter sind allerdings verhältnismäßig schwach.
Die 7a und 7b zeigen dieselben Simulationen für das verbesserte Design des Wellenleiters mit den zusätzlichen Defekten 54. Es wird deutlich, dass sich die Lokalisierung und die Transmission für beide Polarisationen 1 und 2 stark verbessert haben.
Dasselbe Prinzip zur Realisierung eines Defektwellenleiters kann auch auf andere Gitterstrukturen übertragen werden. Der Wellenleiter, der im Polarisations-Demultiplexer 4 die Polarisation 1 führt, stellt ein weiteres Beispiel dar. Hier wurden die Gitterparameter so gewählt, dass eine Bandlücke ausschließlich für die Polarisation 1 besteht. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um ein hexagonales Gitter von Luftsäulen in einem ebenen Siliziumwellenleiter.
8 zeigt diese Struktur eines Defektwellenleiters 81 in einem Photonischen Kristall 80. Diese Struktur weist eine Bandlücke für Polarisation 1 auf, die sich auf den Frequenzbereich von 182–218 THz erstreckt, siehe 15a und b. Der Defektwellenleiter 81 zwischen den reflektierenden Grenzflächen 83 des Photonischen Kristalls 80 weist eine Breite d = 3 mal die Gitterkonstante a auf. Um die räumliche Verteilung des sich ergebenden Lichtfeldes einschränken und kontrollieren zu können, werden zylindrische Defekte 84 mit reduziertem Radius r₂ eingeführt, die eine Gitterkonstante von den reflektierenden Grenzflächen 83 entfernt sind. Wie im Fall der Honigwabenstruktur 52 in 5, können auch hier die Defekte 84 in ihrer Größe, ihrer Position und ihrer Dielektrizitätskonstanten variiert werden, um die Effizienz des Defektwellenleiters 81 zu erhöhen.
Biegung eines Defektwellenleiters im Photonischen Kristall
Die Möglichkeit, Licht mittels eines Defektwellenleiters um scharfe Ecken zu leiten, ist eine der wichtigsten Eigenschaften Photonischer Kristalle. Im Polarisations-Demultiplexer 4 wird eine Biegung 8 dazu verwendet, eine Polarisation von der anderen zu trennen. Abgesehen von diesem konkreten Fall sind scharfe Biegungen von Defektwellenleitern grundlegende Elemente in jeglicher Anwendung Photonischer Kristalle.
Im dreidimensionalen Fall, insbesondere wenn es sich dabei um ebene Schichtstrukturen handelt, ist es unabdingbar, die Biegung sorgfältig zu konstruieren, damit Verluste klein bleiben und die Transmission optimal wird.
9 zeigt Ergebnisse der FDTD-Simulation einer 60°-Biegung ohne jegliche Optimierung. Es wird deutlich, dass nur wenig Licht der Polarisation 1 um die Biegung geführt wird. Zwei verschiedene Wege können hier beschritten werden, um die Transmission zu erhöhen.
10 zeigt eine Darstellung des ersten Ansatzes zur Verbesserung der Eigenschaften einer Biegung eines Defektwellenleiters. Hier wird erfindungsgemäß eine starke Biegung von 120° dadurch erreicht, dass die Richtung des einfallenden Strahles 102 schrittweise geändert wird. Der Radius, mit dem die Richtungsänderung geschieht, ist dabei jedoch immer noch wesentlich geringer als dies bei gewöhnlichen Wellenleitern der Fall wäre. Der Photonische Kristall 100 besteht aus einem hexagonalen Gitter, der Defektwellenleiter 101 wird in diesem Beispiel einfach durch Weglassen einer Reihe von Zylindern gebildet. Aufgrund der sechszähligen Symmetrie der Anordnung ist eine 60°-Biegung des Defektwellenleiters das Mittel der Wahl. Zusätzlich werden vor und hinter der 60°-Biegung kurze Abschnitte mit einer Ablenkung von 30° angebracht. Auf diese Weise wird das einfallende Licht 102 nacheinander um 30° (103), 60° (104), 90° (105) und schließlich um 120° (106) von der ursprünglichen Richtung abgelenkt. Um die Transmission des gebogenen Wellenleiters zusätzlich zu erhöhen, werden in den Defektwellenleiter 101 weitere zylindrische Defekte 107 entlang der Biegung eingefügt. Der Radius, die Position und/oder das Material, aus dem die Defekte bestehen, müssen derart gewählt werden, dass die Moden, die zu den kristallographischen Richtungen der Wellenleiterabschnitte gehören, optimal aufeinander abgestimmt sind. In diesem Beispiel wurden dazu Zylinder 107 mit einem verminderten Radius r₂ als Defekte verwendet und an Gitterpunkten innerhalb des Defektwellenleiters 101 platziert.
Die 11a und 11b zeigen Ergebnisse von FDTD-Simulationen dieser Biegung für die Polarisationen 1 und 2. Man beachte, dass die Kristallstruktur, wie oben beschrieben, nur für Polarisation 1 eine Bandlücke aufweist. Somit wird, wie in 11a zu sehen, nur die Polarisation 1 um die Biegung geführt. Diese wird durch das Aneinanderfügen kurzer Abschnitte von Defektwellenleitern, die untereinander kleine Winkel einschließen, realisiert. Zusätzlich werden die zu den Abschnitten gehörigen Moden angepasst, indem man weitere Defekte in die Abschnitte des Defektwellenleiters einfügt. Im Gegensatz zum eben Gesagten, propagiert Polarisation 2 gemäß 11b größtenteils geradeaus in das Volumen des Photonischen Kristalls hinein und wird so von Polarisation 1 getrennt.
12 gibt den zweiten Ansatz zur Optimierung eines gebogenen Wellenleiters wieder. Hier werden die reflektierenden Grenzflächen des Photonischen Kristalls als Spiegel 123 benutzt. Licht mit Frequenzen innerhalb der Bandlücke wird von ihm zurückgeworfen. Der Wellenleiter 121 im Photonischen Kristall 120 wird dabei durch drei fehlende Reihen von Gitterpunkten gebildet. Wie aus der Abbildung ersichtlich, trifft das einfallende Licht 122 unter einem Winkel von 60° auf solch einen Spiegel 123. Von diesem wird es in Richtung 124 in einen Wellenleiter reflektiert, der mit der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung 122 einen Winkel von 120° einschließt.
Die 13a und 13b zeigen Ergebnisse einer FDTD-Simulation dieser Art von Biegung. In 13a wird Licht der Polarisation 1 um die Biegung herumgeführt, während Licht der Polarisation 2 größtenteils geradeaus in den Photonischen Kristall hineinpropagiert. Dies ist in 13b zu sehen.
Die 14a und 14b zeigen die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung. 14a gibt den allgemeinen strukturellen Querschnitt des optischen Bauteils 140 wieder. Es ist in Form einer "air-bridge" Struktur umgesetzt, was bedeutet, dass sie aus einem freitragenden, ebenen Siliziumwellenleiter in Luft 142 besteht. Die Struktur kann aus einem konventionellen "Silicon on Insulator" – (SOI-) Substrat 141 hergestellt werden. Dabei wird die Siliziumdioxidschicht (SiO₂) 143 unter den Bereichen der obersten Siliziumschicht, die Photonische Kristallstrukturen 144 aufweist, selektiv weggeätzt.
Die Draufsicht in 14b zeigt eine schematische Skizze der Erfindung mit einem Eingangskoppler 20, mit einem Eingang 21, dem Polarisations-Demultiplexer 4, einem Ausgangskoppler 30 und zwei Ausgängen 10 bzw. 34 für die Polarisationen 1 bzw. 2. Die Anordnung beinhaltet einen Parabolspiegel 22 als Eingangskoppler, gefolgt von einem Bereich mit der Struktur eines Photonischen Kristalls 25, in dem Licht beider Polarisationen in einem Defektwellenleiter 26 lokalisiert wird. Das Licht wird darauf in den Photonischen Kristall 5 eingekoppelt, in welchem die eigentliche Trennung der beiden Polarisationen 1 und 2 stattfindet. Die Polarisation 1 ist im Defektwellenleiter 7 lokalisiert und wird um eine 120°-Biegung 8 zum Ausgang 10 für Polarisation 1 gelenkt. Die Biegung 8 gestaltet sich so, dass hohe Transmission für Polarisation 1 im gewünschten Frequenzbereich gegeben ist. Dem Photonischen Kristall 5 folgt ein weiterer Parabolspiegel 32, der das Licht der Polarisation 2 in einen weiteren Defektwellenleiter 33 innerhalb eines Photonischen Kristalls 35 fokussiert. Dieser führt zum zweiten Ausgang 34. Die obere Grenzfläche des Photonischen Kristalls 5, an der das Licht der Polarisation 2 austritt, ist gemäß 4a modifiziert.
Die Strukturen der Photonischen Kristalle sind so gestaltet, dass sie die gewünschten Bandstrukturen in einem Frequenzbereich um 193,4 THz aufweisen. Diese Frequenz entspricht einer Vakuumwellenlänge von 1,55 μm welche in der Telekommunikation allgemein Verwendung findet.
15 zeigt eine schematische Darstellung des Photonischen Kristalls 150, der in dieser Ausführung des Polarisationsteilers verwendet wird. Dieser besteht aus einem hexagonalen Gitter zylindrischer Luftlöcher 151 in Silizium. 15b gibt die Bandstruktur des Photonischen Kristalls 150 wieder. Die geführten Photonischen Zustände liegen unterhalb der sogenannten Lichtlinie, die durch die Dispersionsrelation des Materials (hier Luft) definiert ist, das den ebenen Wellenleiter umgibt. Es ist ersichtlich, dass die Bandstruktur eine Bandlücke für Polarisation 1 aufweist. Diese liegt im Frequenzbereich zwischen f = 182 THz und f = 210 Thz. Im selben Bereich existieren für Polarisation 2 erlaubte Zustände.
Der Defektwellenleiter im Polarisations-Demultiplexer 4 und die Biegung 9 kann gemäß obiger Beschreibung gestaltet werden. Wird der erste Ansatz aus 10 angewandt, zeigt der gebogene Defektwellenleiter endliche Transmission für Polarisation 1 zumindest im Frequenzbereich f = 190–200 THz.
16a zeigt die Geometrie des Photonischen Kristalls 160, der im Eingangs- und Ausgangskoppler 20, 30 enthalten ist. Es handelt sich dabei um eine sogenannte Honigwabenstruktur aus zylindrischen Luftlöchern 161 in einem Siliziumsubstrat, wie in Verbindung mit 5 beschrieben. 16b gibt die Bandstruktur des Photonischen Kristalls 160 wieder. Es ist ersichtlich, dass für beide Polarisationen im Frequenzbereich zwischen f = 178 und f = 200 THz eine vollständige Bandlücke auftritt. Diese Bandlücke schließt den Wert 193,4 THz ein, welcher zur Vakuumwellenlänge 1,55 μm gehört. Das Design der Defektwellenleiter in den Photonischen Kristallen der Ein- und Ausgangskoppler entspricht der Beschreibung in 5.

1: Polarisation 1
2: Polarisation 2
3: Einfallender Lichtstrahl
4: Polarisationsteiler
5: Photonischer Kristall
6: Zylindrische Säule
7: Defektwellenleiter
8: Biegung
9: Region freier Ausbreitung für Polarisation 2
10: Ausgang für Polarisation 1
20: Eingangskoppler
21: Eingangswellenleiter
22: Parabolspiegel
23: Einfallendes Licht
24: Brennpunkt des Parabolspiegels
25: Photonischer Kristall
26: Defektwellenleiter
30: Ausgangskoppler
31: Licht mit Polarisation 2
32: Parabolspiegel
33: Defektwellenleiter
34: Ausgang für Polarisation 2
35: Photonischer Kristall
36: Brennpunkt des Parabolspiegels
40: Längliche Aussparungen
41: Divergenter Strahl der Polarisation 2
42: Ursprünglicher Strahl der Polarisation 2
43: Paralleler Strahl der Polarisation 2 am Ausgang
50: Photonischer Kristall im ebenen Wellenleiter
51: Defektwellenleiter
52: Honigwabenstruktur
53: Reflektierende Wände
54: Defektsäulen
80: Photonischer Kristall im ebenen Wellenleiter
81: Defektwellenleiter
82: Hexagonales Gitter
83: Reflektierende Wände
84: Photonischer Kristall im ebenen Wellenleiter
85: Defektsäulen
100: Photonischer Kristall im ebenen Wellenleiter
101: Defektwellenleiter
102: Einfallendes Licht der Polarisation 1
103: Licht abgelenkt um 30 Grad
104: Licht abgelenkt um 60 Grad
105: Licht abgelenkt um 90 Grad
106: Licht abgelenkt um 120 Grad
107: Defektsäulen
120: Photonischer Kristall im ebenen Wellenleiter
121: Defektwellenleiter
122: Einfallendes Licht der Polarisation 1
123: Photonischer Kristall als Spiegel
124: Reflektiertes Licht
140: Querschnitt des Bauteils
141: SOI-Substrat
142: Luft
143: Siliziumdioxid
144: Photonischer Kristall
150: Photonischer Kristall mit hexagonalem Gitter
151: zylindrisches Luftloch
160: Photonischer Kristall mit Honigwabenstruktur
161: zylindrisches Luftloch

Claims

Integriertes optisches Bauteil mit der Funktion eines Polarisations-Demultiplexers (4), das ein einfallendes Lichtsignal in zwei Anteile aufspaltet, die eine erste und eine zweite, zur ersten orthogonale Polarisation (1, 2) aufweisen, ohne dass dabei einer der beiden Anteile verloren geht, mit einem photonischen Kristall (5) mit einer periodischen photonischen Kristallstruktur, die eine Bandlücke für Licht der ersten Polarisation (1) aufweist, während im selben Frequenzbereich keine Bandlücke für Licht der zweiten Polarisation (2) vorliegt, und einem Wellenleiter (7), gebildet durch Defekte in dem photonischen Kristall (5), wobei der Wellenleiter (7) zur Führung von Licht der ersten Polarisation (1) ausgebildet ist, indem er in einem Abschnitt für ausschließlich eine der zu trennenden Polarisationen (1, 2) geführte Moden aufweist, während dies für die andere Polarisation (2) nicht der Fall ist, und dass der Wellenleiter (7) in diesem Abschnitt eine Richtungsänderung aufweist, wodurch die beiden Polarisationen (1, 2) voneinander getrennt und einer weiteren Signalverarbeitung zugeführt werden können.
Integriertes optisches Bauteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Eingangskoppler (20) zum Empfang und zum Einkoppeln eines eingehenden Lichtsignals von einem Wellenleiter und mindestens einem Ausgangskoppler (30) zur Ausgabe und zum Auskoppeln von mindestens einem der polarisierten Signale in einen Wellenleiter.
Integriertes optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangskoppler (20) einen gekrümmten Spiegel (22), gefolgt von einem Defektwellenleiter (26) aufweist, wobei der Spiegel (22) derart ausgebildet ist, dass das Eingangssignal (23) in den Defektwellenleiter (26) fokussiert wird.
Integriertes optisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass, der Ausgangskoppler (30) einen gekrümmten Spiegel (32), gefolgt von einem Defektwellenleiter (33) aufweist, wobei der Spiegel (32) derart ausgebildet ist, dass das Ausgangssignal des Polarisations-Demultiplexers (4) in den Defektwellenleiter (33) fokussiert wird.
Integriertes, optisches Bauteil nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Spiegel (22; 32) im Ein- und/oder Ausgangskoppler (20, 30) die Form eines Parabel-Segments aufweist.
Integriertes optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Defektwellenleiter (7; 26; 33) zwei reflektierende Begrenzungsflächen umfassen, welche durch einen photonischen Kristall (5; 25; 35) gebildet werden, wobei die beiden zugehörigen photonischen Kristallbereiche in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.
Integriertes optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Defektwellenleitern (7; 26; 33) zusätzliche Punktdefekte entlang der reflektierenden Grenzflächen eingefügt sind.
Integriertes optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der photonische Kristall (5; 25; 35) eine hexagonale Struktur aufweist.
Integriertes optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der photonische Kristall (5; 25; 35) eine Honigwaben-Struktur aufweist.
Integriertes optisches Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der photonische Kristall (5) Modifikationen (40) aufweist, um das Ausgangs-Signal der zweiten Polarisation (2) zu parallelisieren.
Integriertes optisches Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Defektwellenleiter (7) im Polarisations-Demultiplexer (4) eine Biegung (8) aufweist, die sich aus kurzen Abschnitten von Defektwellenleitern zusammensetzt, die miteinander kleine Ablenkungswinkel einschließen und durch Defekte ergänzt sind, um die Moden dieser Abschnitte aneinander anzupassen.
Integriertes optisches Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Defektwellenleiter (7) im Polarisations-Demultiplexer (4) eine Biegung (8) enthält, die mit dem photonischen Kristall (5) als reflektierende Grenzfläche ausgestattet ist, welche als Spiegel dient, der Licht mit Frequenzen innerhalb der Bandlücke reflektiert.