DE112020002692B4 - Biegsamer lichtwellenleiter mit einer asymmetrischen optischen verlustleistungskurve und verbessertem grenzwert der optischen verlustleistung, verbindungssystem und verfahren - Google Patents

Biegsamer lichtwellenleiter mit einer asymmetrischen optischen verlustleistungskurve und verbessertem grenzwert der optischen verlustleistung, verbindungssystem und verfahren Download PDF

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Abstract

Optische Lichtwellenleiterstruktur mit Lichtwellenleiterdimensionen, die innerhalb eines Bereichs (103) von Fertigungstoleranzen liegen, wobei die optische Lichtwellenleiterstruktur aufweist:einen aus mehreren Segmenten bestehenden optischen Lichtwellenleiter (420), der aufweist:ein erstes Lichtwellenleitersegment (420A), das einen Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist;ein zweites Lichtwellenleitersegment (420B), das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es optische Daten durch einen Leitweg mit Biegungen weiterleitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment (420B) einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; undein drittes Lichtwellenleitersegment (420C), das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment (420B) gekoppelt ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist;wobei der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter (420) so gestaltet ist, dass er optische Daten gemäß einer asymmetrischen Verlustleistungskurve weiterleitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve (302) im Wesentlichen asymmetrisch ist;wobei die asymmetrische optische Verlustleistungskurve (302) folgende Darstellung aufweist:der Satz der Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A), der Satz der Begrenzungsparameter des zweiten Lichtwellenleitersegments (420B) und der Satz der Begrenzungsparameter des dritten Lichtwellenleitersegments (420C) auf einer ersten Achse; undeinen Wert der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A), dem Satz Begrenzungsparameter des zweiten Lichtwellenleitersegments (420B) und dem Satz Begrenzungsparameter des dritten Lichtwellenleitersegments (420C) auf einer zweiten Achse ergibt; undwobei der Satz Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A), der Satz Begrenzungsparameter des zweiten Lichtwellenleitersegments (420B) und der Satz Begrenzungsparameter des dritten Lichtwellenleitersegments (420C) so beschaffen sind, dass sie gemeinsam einen vorgegebenen ungünstigsten Grenzwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve (300) innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen bewirken.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Datenübertragungssysteme. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung Fertigungsverfahren und daraus resultierende Strukturen für einen biegsamen Lichtwellenleiter mit einer asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve und neuartigen Begrenzungsparametern, die so gewählt werden, dass der Grenzwert der optische Verlustleistung des biegsamen Lichtwellenleiters innerhalb der Fertigungstoleranzen liegt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Integrierte Schaltkreise (ICs) werden üblicherweise aus verschiedenen Schaltkreis-Konfigurationen von Einheiten auf der Grundlage von Halbleitern gebildet, die auf Halbleiter-Wafern gebildet sind. Einheiten auf der Grundlage von Halbleitern werden auf Halbleiter-Wafern durch Abscheiden vieler Arten dünner Materialschichten auf den Halbleiter-Wafern, durch Strukturieren der dünnen Materialschichten, durch Dotieren ausgewählter Bereiche der Halbleiter-Wafer usw. gebildet. Nach Abschluss der Fertigungsprozesse auf Einheitenebene und Verbindungsebene werden die HalbleiterEinheiten auf dem Wafer voneinander getrennt und die Fertigprodukte gekapselt.
  • Der Begriff „Verbindungsengpass“ beschreibt Einschränkungen, die nicht von der IC-Leistung, sondern von Einschränkungen auf der Verbindungsebene herrühren. Die Elektronen, die elektronische Daten übertragen, sind träge und wechselwirken untereinander und mit den durchflossenen IC-Kupferdrähten und begrenzen somit die Menge der Informationen, die durch elektronische IC-Komponenten übertragen werden können. Verbindungsengpässe werden gemildert und in vielen Fällen überwunden, indem ausgewählte elektronische E/A-Daten und metallische Verbindungen in ICs durch optische Daten auf der Grundlage von Photonen, Lichtwellenleiter-Übertragungsleitungen und optische Koppler ersetzt werden. Im Gegensatz zu den Elektronen, die elektronische Daten transportieren, bewegen sich die Photonen, die optische Daten transportieren, störungsfrei mit Lichtgeschwindigkeit, sodass gleichzeitig viele einzelne Informationseinheiten übertragen werden können.
  • Ein IC mit elektrooptischen Komponenten, der optische Daten empfangen und verarbeiten kann, ist im Allgemeinen als photonischer IC bekannt. An einem photonischen IC empfangene optische E/A-Daten werden zu nachgelagerten optoelektronischen Zielkomponenten sowie Ausgangs-Lichtwellenleitern weitergeleitet. Photonische ICs können unter Verwendung von Prozessen ähnlich den zuvor beschriebenen Prozessen zur Fertigung elektronischer ICs hergestellt werden, wodurch es möglich ist, photonische ICs wirtschaftlich und in größeren Mengen herzustellen.
  • Im Allgemeinen kann es sich bei einem Lichtwellenleiter um eine beliebige Struktur handeln, die als „Lichtrohrleitung“ fungiert und Licht begrenzt und leitet. Lichtwellenleiter können als dielektrische Strukturen umgesetzt werden, die verschiedene Formen von Strahlung oder elektromagnetischen Wellen in einer Richtung entlang der Ausbreitungsachse eines Lichtwellenleiters übertragen. Lichtwellenleiter sind die Grundbausteine vieler optischer Systeme, darunter faseroptische Datenübertragungs-Verbindungen; Faser-Laser und -Verstärker für Hochleistungsanwendungen; und komplett optische photonische ICs.
  • In diesem Kontext ist bereits das Dokument US 2010 / 0 158 445 A1 bekannt, in dem beschrieben ist, dass eine flexible Wellenleiterstruktur aus einem dünnen Streifenkern, einer innerer Ummantelungsschicht und einer äußeren Ummantelungsschicht besteht. Dabei weist der Streifenkern einer erste und eine zweite Oberfläche auf; außerdem besteht er aus Metall.
  • Deshalb besteht ein Bedarf in der Technik, sich des oben erwähnten Problems anzunehmen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Lichtwellenleiterstruktur mit Dimensionen des Lichtwellenleiters bereit, die innerhalb eines Bereichs der Fertigungstoleranzen liegen, wobei die Lichtwellenleiterstruktur aufweist: einen aus mehreren Segmenten bestehenden Lichtwellenleiter, der aufweist: ein erstes Lichtwellenleitersegment, das einen ersten Satz Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; ein zweites Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass optische Daten durch einen Leitweg mit Biegungen geleitet werden, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment einen zweiten Satz Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; und ein drittes Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; wobei der aus mehreren Segmenten bestehende Lichtwellenleiter so gestaltet ist, dass er optische Daten gemäß einer asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve leitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve im Wesentlichen asymmetrisch ist; wobei die asymmetrische optische Verlustleistungskurve eine Darstellung ist: des Satzes erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, des Satzes zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und des Satzes dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer ersten Achse; und eines Wertes der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, dem Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und dem Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments ergibt; und wobei der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments so beschaffen sind, dass sie gemeinsam einen vorgegebenen höchstmöglichen Grenzwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen Verlustleistungskurve innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen bewirken.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine optische Lichtwellenleiterstruktur mit Dimensionen der Lichtwellenleiter bereit, die innerhalb eines Bereichs der Fertigungstoleranzen liegen, wobei die optische Lichtwellenleiterstruktur aufweist: einen aus mehreren Segmenten bestehenden optischen Lichtwellenleiter, der aufweist: ein erstes Lichtwellenleitersegment, das einen Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleiters aufweist; ein zweites Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es optische Daten durch einen Leitweg mit Biegungen leitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; und ein drittes Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; wobei der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter so gestaltet ist, dass er optische Daten entsprechend einer asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve leitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen Verlustleistungskurve im Wesentlichen asymmetrisch ist; wobei die asymmetrische optische Verlustleistungskurve eine Darstellung ist: des Satzes erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, des Satzes zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und des Satzes dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer ersten Achse; und eines Wertes der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, dem Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und dem Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer zweiten Achse ergibt; wobei der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegment und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments jeweils zumindest teilweise auf der Grundlage des Bereichs der Fertigungstoleranzen ermittelt werden; und wobei der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments so beschaffen sind, dass sie gemeinsam einen vorgegebenen höchstmöglichen Grenzwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen bewirken.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein optisches Verbindungssystem bereit, das aufweist: eine optische Faser, die zum Austauschen von Daten mit einer biegsamen Lichtwellenleiterstruktur verbunden ist; einen photonischen integrierten Schaltkreis, der zum Austauschen von Daten mit der biegsamen Lichtwellenleiterstruktur verbunden ist; wobei der biegsame Lichtwellenleiter einen aus mehreren Segmenten bestehenden Lichtwellenleiter aufweist, der: ein erstes Lichtwellenleitersegment, das einen Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; ein zweites Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und so beschaffen ist, dass es optische Daten durch einen Leitungsweg mit Biegungen leitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; und ein drittes Lichtwellenleitersegment aufweist, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; wobei der aus mehreren Segmenten bestehende Lichtwellenleiter so gestaltet ist, dass er optische Daten entsprechend einer asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve leitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve im Wesentlichen asymmetrisch ist; wobei die asymmetrische Verlustleistungskurve eine Darstellung ist: des Satzes erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, des Satzes zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und des Satzes dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer Achse; und eines Wertes der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, dem Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und dem Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer zweiten Achse ergibt; wobei der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments so beschaffen sind, dass sie gemeinsam einen höchstmöglichen Grenzwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen bewirken.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verwenden eines biegsamen Lichtwellenleiters mit Dimensionen des Lichtwellenleiters bereit, die innerhalb eines Bereichs der Fertigungstoleranzen liegen, wobei das Verfahren aufweist: Verwenden des biegsamen Lichtwellenleiters zum Einkoppeln optischer Signale in einer ersten Richtung von einer optischen Faser in eine photonische integrierte Schaltung; und Verwenden des biegsamen Lichtwellenleiters zum Einkoppeln optischer Signale in einer zweiten Richtung von der photonischen integrierten Schaltung in die optische Faser; wobei der biegsame Lichtwellenleiter einen aus mehreren Segmenten bestehenden optischen Lichtwellenleiter aufweist und dieser aufweist: ein erstes Lichtwellenleitersegment, das einen Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; ein zweites Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es optische Daten durch einen Leitungsweg mit Biegungen leitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; und ein drittes Lichtwellenleitersegment aufweist, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; wobei der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter so gestaltet ist, dass er optische Daten entsprechend einer asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve leitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen Verlustleistungskurve im Wesentlichen asymmetrisch ist; wobei die asymmetrische optische Verlustleistungskurve eine Darstellung ist: des Satzes erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, des Satzes zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und des Satzes dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer ersten Achse; und eines Wertes der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, dem Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und dem Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer zweiten Achse ergibt; und wobei der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments so beschaffen sind, dass sie gemeinsam einen höchstmöglichen vorgegebenen Grenzwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen bewirken.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein optisches Verbindungssystem bereit, das aufweist: eine optische Faser, die zum Austauschen von Daten mit einer biegsamen Lichtwellenleiterstruktur gekoppelt ist; eine photonische integrierte Schaltung, die zum Austauschen von Daten mit der optischen Lichtwellenleiterstruktur gekoppelt ist; wobei der biegsame Lichtwellenleiter einen optischen Lichtwellenleiter der Erfindung aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verwenden eines biegsamen Lichtwellenleiters mit Dimensionen des Lichtwellenleiters bereit, die innerhalb eines Bereichs der Fertigungstoleranzen liegen, wobei das Verfahren aufweist: Verwenden des biegsamen Lichtwellenleiters zum Einkoppeln optischer Signale in einer ersten Richtung von einer optischen Faser in eine photonische integrierte Schaltung; und Verwenden des biegsamen Lichtwellenleiters zum Einkoppeln optischer Signale in einer zweiten Richtung von der photonischen integrierten Schaltung in die optische Faser; wobei der biegsame Lichtwellenleiter einen optischen Lichtwellenleiter der Erfindung aufweist.
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine optische Lichtwellenleiterstruktur mit Dimensionen des Lichtwellenleiters, die innerhalb eines Bereichs der Fertigungstoleranzen liegen. Ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel der optischen Lichtwellenleiterstruktur umfasst einen aus mehreren Segmenten bestehenden optischen Lichtwellenleiter mit einem ersten Lichtwellenleitersegment, das einen Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments umfasst; ein zweites Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es optische Daten durch einen Leitungsweg mit Biegungen leitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments hat; und ein drittes Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments hat. Der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter ist so gestaltet, dass er optische Daten entsprechend einer asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve begrenzt und leitet, die in Bezug auf einen Extremwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve im Wesentlichen asymmetrisch ist. Die asymmetrische optische Verlustleistungskurve ist eine Darstellung des Satzes erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, des Satzes zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und des Satzes dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer ersten Achse; und eines Wertes der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, dem Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und dem Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer zweiten Achse ergibt. Der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments sind so beschaffen, dass sie gemeinsam einen höchstmöglichen vorgegebenen Grenzwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen gewährleisten.
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine optische Lichtwellenleiterstruktur mit Dimensionen des Lichtwellenleiters, die innerhalb eines Bereichs der Fertigungstoleranzen liegen. Ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel der optischen Lichtwellenleiterstruktur umfasst einen aus mehreren Segmenten bestehenden optischen Lichtwellenleiter mit einem ersten Lichtwellenleitersegment, das einen Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments umfasst; mit einem zweiten Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es optische Daten durch einen Leitungsweg mit Biegungen leitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments hat; und mit einem dritten Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments hat. Der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter ist so gestaltet, dass er optische Daten entsprechend einer asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve begrenzt und leitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen Verlustleistungskurve im Wesentlichen asymmetrisch ist. Die asymmetrische Verlustleistungskurve ist eine Darstellung des Satzes erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, des Satzes zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und des Satzes dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer ersten Achse; und eines Wertes der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, dem Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und dem Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer zweiten Achse ergibt. Der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments werden jeweils zumindest teilweise auf der Grundlage der Fertigungstoleranzen ermittelt. Der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments sind ferner so beschaffen, dass sie gemeinsam einen höchstmöglichen vorgegebenen Extremwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen Verlustleistungskurve innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen bewirken.
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein optisches Verbindungssystem. Ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel des optischen Verbindungssystems umfasst eine optische Faser, die zum Austauschen von Daten mit einer biegsamen Lichtwellenleiterstruktur gekoppelt ist, und eine photonische integrierte Schaltung, die mit der biegsamen Lichtwellenleiterstruktur gekoppelt ist, die einen aus mehreren Segmenten bestehenden optischen Lichtwellenleiter enthält, der ein erstes Lichtwellenleitersegment mit einem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments; ein zweites Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es optische Daten durch einen Leitungsweg mit Biegungen leitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments hat; und ein drittes Lichtwellenleitersegment umfasst, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments hat. Der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter ist so gestaltet, dass er optische Daten entsprechend einer asymmetrischen Verlustleistungskurve leitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der optischen Verlustleistungskurve im Wesentlichen asymmetrisch ist. Die asymmetrische Verlustleistungskurve ist eine Darstellung des Satzes erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, des Satzes zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und des Satzes dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer ersten Achse; und eines Wertes der optischen Verlustleistung, die sich aus dem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, dem Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und dem Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer zweiten Achse ergibt. Der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments sind so beschaffen, dass sie gemeinsam einen höchstmöglichen Grenzwertwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen bewirken.
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Verfahren zum Verwenden eines biegsamen Lichtwellenleiter mit Dimensionen des Lichtwellenleiters, die innerhalb eines Bereichs der Fertigungstoleranzen liegen. Ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel des Verfahrens umfasst ein Verwenden des biegsamen Lichtwellenleiters zum Einkoppeln optischer Signale in einer ersten Richtung von einer optischen Faser in eine photonische integrierte Schaltung; und ein Verwenden des biegsamen Lichtwellenleiters zum Einkoppeln optischer Signale in einer zweiten Richtung von der photonischen integrierten Schaltung in die optische Faser. Der biegsame Lichtwellenleiter enthält einen aus mehreren Segmenten bestehenden optischen Lichtwellenleiter, der ein erstes Lichtwellenleitersegment mit einem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments; ein zweites Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es optische Daten durch einen Leitungsweg mit Biegungen leitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments hat; und ein drittes Lichtwellenleitersegment umfasst, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments hat. Der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter ist so beschaffen, dass er optische Daten entsprechend einer asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve leitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve im Wesentlichen asymmetrisch ist. Die asymmetrische Verlustleistungskurve ist eine Darstellung des Satzes erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, des Satzes zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und des Satzes dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer ersten Achse; und eines Wertes der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, dem Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und dem Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf einer zweiten Achse ergibt. Der Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments, der Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments und der Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments sind so beschaffen, dass sie gemeinsam einen höchstmöglichen vorgegebenen Grenzwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen Verlustleistungskurve innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen gewährleisten.
  • Durch die hierin beschriebenen Techniken werden weitere Merkmale und Vorteile verwirklicht. Auch andere Ausführungsformen und Aspekte werden hierin ausführlich beschrieben. Zum besseren Verständnis wird auf die Beschreibung und die Zeichnungen verwiesen.
  • Figurenliste
  • Der als vorliegende Erfindung angesehene Gegenstand wird in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung ausführlich dargelegt und ausdrücklich beansprucht. Die obigen sowie andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich, wobei:
    • 1A eine Darstellung zeigt, die einen bekannten Lösungsansatz für eine Lichtwellenleitergestaltung nach dem Stand der Technik veranschaulicht;
    • 1B eine Darstellung und ein Schaubild zeigt, die eine Entdeckung gemäß Aspekten der Erfindung veranschaulichen;
    • 2 Diagramme der optischen Verluste und ein Schaubild zeigt, die genauer eine Entdeckung gemäß Aspekten der Erfindung veranschaulichen;
    • 3A Darstellungen der optischen Verluste zeigt, in denen Ergebnisse des in 1B gezeigten bekannten Lösungsansatzes für eine Lichtwellenleitergestaltung mit Ergebnissen eines neuartigen Lösungsansatzes für eine Lichtwellenleitergestaltung gemäß Aspekten der Erfindung verglichen werden;
    • 3B Diagramme der optischen Verluste zeigt, in denen Ergebnisse des in 1B gezeigten bekannten Lösungsansatzes für eine Lichtwellenleitergestaltung mit Ergebnissen des neuartigen Lösungsansatzes für eine Lichtwellenleitergestaltung gemäß Aspekten der Erfindung verglichen werden;
    • 4A eine Draufsicht eines optischen Verbindungssystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt;
    • 4B eine Seitenansicht des in 4A gezeigten optischen Verbindungssystems zeigt;
    • 5A ein computergestütztes System zur optischen Simulation und Gestaltung (OSD) zeigt, das zum Umsetzen von Aspekten der Erfindung geeignet ist;
    • 5B weitere Einzelheiten zeigt, wie ein Computersystem des in 5A gezeigten (OSD-) Systems realisiert werden kann;
    • 6 ein Verfahren zum Ermitteln der Begrenzungsparameter des in den 4A, 4B und 8 gezeigten FP-WG unter Verwendung einer neuartigen Lichtwellenleitergestaltung gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt;
    • 7 ein kombiniertes Diagramm der optischen Verluste zeigt, das Aspekte des in 6 gezeigten Verfahrens veranschaulicht;
    • 8 eine Querschnittsansicht des in den 4A und 4B gezeigten FP-WG entlang der in 4A gezeigten Schnittlinien A-A, B-B oder C-C zeigt;
    • 9 eine Tabelle zeigt, die die Begrenzungsparameter und Bereiche der Begrenzungsparameter der in 8 gezeigten Querschnittsansicht des FP-WG entlang der in 4A gezeigten Schnittlinie A-A zeigt, wobei die Begrenzungsparameter und die Bereiche der Begrenzungsparameter gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren ermittelt werden;
    • 10 eine Tabelle zeigt, die die Begrenzungsparameter und Bereiche der Begrenzungsparameter der in 8 gezeigten Querschnittsansicht des FP-WG entlang der 4A gezeigten Schnittlinie B-B zeigt, wobei die Begrenzungsparameter und die Bereiche der Begrenzungsparameter gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren ermittelt werden; und
    • 11 eine Tabelle zeigt, die die Begrenzungsparameter und Bereiche der Begrenzungsparameter der in 8 gezeigten Querschnittsansicht des FP-WG entlang der in 4A gezeigten Schnittlinie C-C zeigt, wobei die Begrenzungsparameter und die Bereiche der Begrenzungsparameter gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren ermittelt werden.
  • Die hierin gezeigten Schaubilder dienen der Veranschaulichung. Es kann viele Varianten des Schaubildes oder der darin beschriebenen Arbeitsschritte geben, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die Schritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, oder es können Schritte hinzugefügt, weggelassen oder verändert werden. Ferner wird durch den Begriff „verbunden“ und dessen Varianten beschrieben, dass zwischen zwei Elementen ein Datenübertragungsweg besteht, was aber keine direkte Verbindung zwischen den Elementen ohne dazwischengeschaltete Elemente/Verbindungen nahelegt. Alle diese Varianten werden als Bestandteil der Beschreibung angesehen.
  • In den beiliegenden Figuren und der folgenden detaillierten Beschreibung der beschriebenen Ausführungsformen sind die verschiedenen in den Figuren veranschaulichten Elemente mit zwei- oder dreistelligen Bezugsnummern versehen. Mit geringfügigen Ausnahmen entsprechen die eine oder die mehreren am weitesten links stehenden Ziffern jeder Bezugsnummer der Figur, in der dieses Element zuerst veranschaulicht wird.
  • DETAILLLIERTE BESCHREIBUNG
  • Von vornherein ist klar, dass diese Beschreibung zwar eine detaillierte Beschreibung einer bestimmten Architektur von biegsamen Lichtwellenleitern enthält, die Umsetzung der hier dargelegten Lehren jedoch nicht unbedingt auf eine bestimmte Architektur von biegsamen Lichtwellenleitern beschränkt ist. Vielmehr sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer beliebigen Architektur von biegsamen Lichtwellenleitern umsetzbar, die bereits bekannt sind oder später entwickelt werden, solange die Architektur von biegsamen Lichtwellenleiter die hierin beschriebenen neuartigen Arbeitsschritte zur Fertigung von Lichtwellenleitern, die entstehenden Lichtwellenleiterstrukturen und Anwendungsverfahren einbeziehen kann.
  • Der Kürze halber werden herkömmliche Techniken zur Herstellung von Halbleitereinheiten und integrierten Schaltkreisen (IC) hierin nicht unbedingt ausführlich beschrieben. Darüber hinaus können die verschiedenen hierin beschriebenen Aufgaben und Prozessschritte in eine umfangreichere Prozedur oder einen umfangreicheren Prozess mit zusätzlichen hierin nicht ausführlich beschriebenen Schritten oder Funktionalitäten einbezogen werden. Insbesondere sind viele Schritte bei der Herstellung von Halbleitereinheiten und auf Halbleitern beruhende ICs allgemein bekannt, und deshalb werden der Kürze halber viele herkömmliche Schritte hierin nur kurz erwähnt oder ganz weggelassen, ohne die allgemein bekannten Prozessdetails bereitzustellen.
  • Im Folgenden wird ein Überblick über Technologien gegeben, die wie oben beschrieben für Aspekte der Erfindung von Bedeutung sind und mit deren Hilfe Verbindungsengpässe gemindert und in vielen Fällen überwunden werden, indem ausgewählte elektrische Datenübertragungs- und metallische Verbindungen durch optische Datenübertragungs- und auf Optik beruhende Strukturen ersetzt werden, um die optischen Daten zu nachgelagerten photonischen und optoelektronischen Zielkomponenten zu übertragen. Optische Verluste, die in Dezibel (dB) gemessen werden können, stellen einen begrenzenden Faktor für die wirksame und leistungsfähige Einrichtung optischer Datenübertragungssysteme und nachfolgender optischer Leitsysteme dar.
  • 1A zeigt eine Darstellung 100A des optischen Verlustes, die sich aus einem bekannten Lösungsansatz für einen Lichtwellenleiterentwurf ergibt, mit dem die Begrenzungsparameter von Lichtwellenleitern auf eine Weise ausgewählt und definiert werden, mit der ein höchstmöglicher Spitzenwert der optischen Verlustleistung des zu entwickelnden Lichtwellenleiters innerhalb des Fensters 103A der Fertigungstoleranzen des Lichtwellenleiters erreicht wird. Zur leichteren Benennung wird dieser allgemeine Typ des Lichtwellenleiterentwurfs hierin als Lösungsansatz für einen Lichtwellenleiterentwurf mit „höchstmöglichem Spitzenwert der optischen Verlustleistung“ (maximize peak optical-loss performance, MPOLP) bezeichnet. In der Darstellung 100A des optischen Verlusts sind auf der y-Achse die optische Verlustleistung des zu entwickelnden Lichtwellenleiters und auf der x-Achse der Wert der optischen Begrenzung innerhalb des zu entwerfenden Lichtwellenleiters auf der Grundlage verschiedener Begrenzungsparameter des Lichtwellenleiters aufgetragen. Allgemein stellt ein kleinerer Wert der optischen Verlustleistung einen relativ größeren optischen Verlust dar, und ein größerer Wert der optischen Verlustleistung stellt einen relativ geringeren optischen Verlust dar. Die Fähigkeit eines optischen Lichtwellenleiters, optische Signale zu leiten und zu begrenzen, kann anhand einer Vielfalt so genannter „Begrenzungsparameter“ eingestuft werden, zu denen jedes Merkmal/jeder Parameter des Lichtwellenleiters gehört, der die Fähigkeit des Lichtwellenleiters zum Leiten und Begrenzen optischer Signale beeinflusst, darunter zum Beispiel die Geometrie des Lichtwellenleiters (z.B. planar, scheibenförmig/streifenförmig, Faser-Lichtwellenleiter usw.), Brechzahl, Brechzahlverlauf (z.B. stufenförmig, Gradient usw.), Leitmechanismus (z.B. Totalreflexion, Anti-guiding, photonische Bandlücke usw.), Material (z.B. Glas, Polymer, Halbleiter usw.) und dergleichen mehr. Verteilungen des elektromagnetischen Feldes, die im zeitlichen Mittel beim Weiterleiten unverändert bleiben, sind als Moden bekannt. Moden kann eine bestimmte Lichtpolarisation eigen sein, bei der es sich im Allgemeinen um eine vorherrschende Ausrichtung des elektrischen Feldes des Lichts handelt. Bei der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung kann mitunter die Verwendung so genannter Einmoden-Lichtwellenleiter bevorzugt sein, bei denen es sich um Lichtwellenleiter handelt, die nur eine Mode jeder Polarisationsrichtung weiterleiten können. Lichtwellenleiter, die weitere Moden weiterleiten, werden als Mehrmoden-Lichtwellenleiter bezeichnet.
  • Bei dem in 1A gezeigten Lösungsansatz des MPOLP-Lichtwellenleiterentwurfs werden die Toleranzgrenzen für die definierten Begrenzungsparameter berechnet, nachdem diese für einen höchstmöglichen Spitzenwert der optischen Verlustleistung definiert wurden. Dementsprechend können Lösungsansätze des MPOLP-Lichtwellenleiterentwurfs zwar einen möglichst hohen Spitzenwert der optischen Verlustleistung erreichen, jedoch ist der resultierende Lichtwellenleiterentwurf von deutlichen Einbußen der Fertigungstoleranzen (der Grenzwert der optischen Verlustleistung ist in 1A gezeigt) innerhalb des Fensters 103A der Fertigungstoleranzen betroffen.
  • Von der Form der optischen Verlustleistungskurve 102A wird allgemein erwartet, dass sie symmetrisch um einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der optischen Verlustkurve 102A herum verläuft. Das trifft in Bezug auf die Funktion der Begrenzungsparameter, aber auch in Bezug auf die Funktion anderer Parameter nicht immer zu, beispielsweise auf die Justierung der Komponenten oder die Resonanzfrequenzen des Resonators. Zwar ist die symmetrische Form der optischen Verlustleistungskurve 102A für viele Strukturen korrekt, jedoch beruhen Aspekte der Erfindung (die hierin im Folgenden ausführlich beschrieben werden) auf einer nicht offensichtlichen Erkenntnis und nutzen diese, dass die symmetrische Form der optischen Verlustleistungskurve 102A nicht korrekt ist, wenn es sich bei dem zu entwerfenden Lichtwellenleiter um einen Lichtwellenleiter mit schwacher Begrenzung handelt, bei dem zumindest einige der Begrenzungsparameter des Lichtwellenleiters mit schwacher Begrenzung eine stark nichtlineare Beziehung zu dem Begrenzungswert des Lichtwellenleiters haben. Ein Beispiel eines solchen Lichtwellenleiters mit schwacher Begrenzung ist ein im Querschnitt von 1B gezeigter biegsamer Polymer-Lichtwellenleiter (FP-WG) 120.
  • 1B zeigt eine Darstellung 100B des optischen Verlusts und die Querschnittsansicht des FP-WG 120. Die Darstellung 100B des optischen Verlusts veranschaulicht die oben beschriebene Erkenntnis gemäß Aspekten der Erfindung, dass die optische Verlustkurve 102B und deren zugehöriger Grenzwert der optischen Verlustleistung innerhalb des Fensters 103B der Fertigungstoleranzen des FP-WG 120 asymmetrisch sind. In 1B ist gezeigt, dass der FP-WG 120 einen Kern 122 und einen Mantel 124 mit einem unteren Mantelbereich 1124A und einem oberen Mantelbereich 124B enthält. Als Beispiele für Parameter des FP-WG-Entwurfs, die die Begrenzung des Lichtwellenleiters auf nichtlineare Weise beeinflussen, kommen die Höhe und die Breite des Lichtwellenleiterkerns 122, die Brechzahldifferenz zwischen dem Kern 122 und dem Mantel 124 und die Brechzahldifferenz zwischen dem unteren Mantel 124A und dem oberen Mantel 124B infrage. Genauer gesagt, größere Unterschiede zwischen der Werten der Breite/Höhe/Brechungsindizes im FP-WG 120 bewirken eine stärkere Begrenzung, Asymmetrie der Brechzahldifferenz zwischen dem unteren Mantelbereich 124A und dem oberen Mantelbereich 124B hingegen führt zu schwächerer Begrenzung.
  • Ähnlich wie bei der in 1A gezeigten symmetrischen optischen Verlustkurve 102A wurde der Lösungsansatz des MPOLP-Lichtwellenleiterentwurfs zum Definieren der Begrenzungsparameter des Lichtwellenleiters verwendet, die der in 1B zugehörigen asymmetrischen optischen Verlustkurve 102B in 1B zugehörig sind. Wenn der Lösungsansatz des MPOLP-Entwurfs in einer optischen Struktur mit ausgeprägt asymmetrischer optischer Verlustleistung als Funktion der Entwurfsparameter der Struktur verwendet wird, ist der resultierende FP-WG-Entwurf von relativ großen Toleranzeinbußen (in 1B gezeigter Grenzwert der optischen Verlustleistung) innerhalb des erwarteten Fensters der Fertigungstoleranzen 103B betroffen.
  • 2 zeigt Optimierungsdiagramme 104A bis 104D und eine Querschnittsansicht des FP-WG 120, die sämtlich veranschaulichen, dass die sich aus der Anwendung des Lösungsansatzes des MPOLP-Entwurfs auf den FP-WG 120 mit schwacher Begrenzung ergebende Einbuße der Fertigungstoleranzen weitreichend ist. Allgemein können die Punkte auf der optischen Verlustkurve 102B den Optimierungsdiagrammen 104A bis 104D entnommen werden. Genauer gesagt, der Lösungsansatz des MPOLP-Entwurfs wurde angewendet, um die Kernbreite zu finden, bei der eine bestmögliche Übertragung zwischen einer optischen Faser und einem FP-WG (z.B. dem FP-WG 120) erreicht wird. Dies wurde für einen Satz von Kernhöhe und Brechzahldifferenzen durchgeführt. Jeder Punkt der Diagramme 104A bis 104D zeigt den optischen Verlust bei einem solchen Übergang, wenn verschiedene Fertigungstoleranzen zugrunde gelegt werden. Dies gilt für den kompletten Satz von Kernhöhe, Brechzahldifferenz und für den MPOLP erhaltener Breite. Die Diagramme 104D bis 140D können mithilfe bekannter optischer Simulations-Software (z.B. des in 5A gezeigten Optiksimulators 514) erzeugt werden, die durch bekannte mathematische Steuerungs-Software (z.B. das in 5A gezeigte mathematische Berechnungs- und Steuerungs-Modul 512) gesteuert wird, um die erwartete optische Verlustleistung gegen ein ausgewähltes Kriterium für verschiedene Werte einzelner Begrenzungsparameter an verschiedenen Stellen in dem Fenster 103B der Fertigungstoleranzen (siehe 1B) aufzutragen. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel dient als Kriterium das Erreichen eines höchstmöglichen Spitzenwerts der optischen Verlustleistung und als Begrenzungsparameter die Brechzahldifferenz des Kerns 122 des FP-WG 120. Somit zeigt jedes Diagramm 104A bis 104D die Auswirkung der verschiedenen Werte der Brechzahldifferenz des Kerns auf den Spitzenwert der optischen Verlustleistung. Ein Punkt auf der rechten Seite der optischen Verlustkurve 102B könnte dem Diagramm 104A und Punkte auf der linken Seite der optischen Verlustkurve 102B könnten den Diagrammen 104B bis 104D entnommen sein. Somit zeigen die Diagramme 104A bis 104D Beispiele für den Grenzfall des optischen Verlusts beim Koppeln einer optischen Faser mit dem FP-WG 120, wenn der FP-WG 120 mit schwacher Begrenzung zum Erreichen eines möglichst hohen Spitzenwertes der optischen Verlustleistung der optischen Verlustleistungskurve 102B ausgelegt ist.
  • Im Rahmen einer Übersicht von Aspekten der Erfindung betreffen nunmehr Ausführungsformen der Erfindung die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik, indem ein biegsamer Lichtwellenleiter mit schwacher Begrenzung mit Begrenzungsparametern bereitgestellt wird, der so gestaltet und angeordnet wurde, dass ein höchstmöglicher Grenzwert der optischen Verlustleistung des biegsamen Lichtwellenleiters mit schwacher Begrenzung innerhalb des Fensters der Fertigungstoleranzen des Lichtwellenleiters erreicht wird. Gemäß Aspekten der Erfindung beachten und berücksichtigen die Begrenzungsparameter des biegsamen Lichtwellenleiters mit schwacher Begrenzung die Auswirkung der Asymmetrie, die die Begrenzungsparameter des Lichtwellenleiters mit schwacher Begrenzung auf die optische Verlustleistung und den Grenzwert der optischen Verlustleistung haben, insofern, als die Begrenzungsparameter des biegsamen Lichtwellenleiters mit schwacher Begrenzung die Auswirkung der ausgewählten und definierten Begrenzungsparameter auf den Spitzenwert der optischen Verlustleistung des biegsamen Lichtwellenleiters mit schwacher Begrenzung nicht berücksichtigen und keinen Höchstwert anstreben. Gemäß einigen Aspekten der Erfindung werden die Begrenzungsparameter des biegsamen Lichtwellenleiters mit schwacher Begrenzung zumindest teilweise auf der Grundlage der Fertigungstoleranzen des biegsamen Lichtwellenleiters und zumindest teilweise auf der Grundlage der größtmöglichen Verringerung der Auswirkung definiert, die die Fertigungstoleranzen auf den Grenzwert der optischen Verlustleistung des biegsamen Lichtwellenleiters haben. Daher sind biegsame Lichtwellenleiter mit Begrenzungsparametern gemäß Aspekten der Erfindung insofern widerstandsfähig gegen Änderungen der Fertigungstoleranzen, als die neuartigen Begrenzungsparameter den biegsamen Lichtwellenleiter weniger anfällig für Änderungen des Grenzwerts der optischen Verlustleistung des biegsamen Lichtwellenleiters über eine Bandbreite von Fertigungstoleranzen hinweg machen.
  • Gemäß einigen Aspekten der Erfindung sind die Begrenzungsparameter des neuartigen Lichtwellenleiters so gewählt, dass der biegsame Lichtwellenleiter mit schwacher Begrenzung unter Verwendung bekannter schichtbildender planarer Fertigungstechniken hergestellt werden kann. Genauer gesagt, Aspekte der Erfindung erlegen ausgewählten Begrenzungsparametern des biegsamen Lichtwellenleiters Fertigungsbedingungen auf, damit der biegsame Lichtwellenleiter unter Verwendung bekannter schichtbildender planarer Fertigungstechniken hergestellt werden kann. Zum Beispiel werden gemäß einigen Aspekten der Erfindung bekannte schichtbildende planare Fertigungsschritte zum Herstellen des biegsamen Lichtwellenleiters verwendet, und diese schichtbildenden planaren Fertigungsschritte setzen voraus, dass der biegsame Lichtwellenleiter eine im Wesentlichen gleichmäßige Höhe, eine gleichmäßige Mantelbrechzahl und eine gleichmäßige Kernbrechzahl über die Länge des biegsamen Lichtwellenleiters hinweg hat. Daher werden gemäß Aspekten der Erfindung die Höhe, die Mantelbrechzahl und die Kernbrechzahl des biegsamen Lichtwellenleiters so definiert, dass ein höchstmöglicher Grenzwert der optischen Verlustleistung des biegsamen Lichtwellenleiter erreicht wird und gleichzeitig über die Länge des biegsamen Lichtwellenleiter hinweg im Wesentlichen gleichmäßig bleibt, um die schichtbildende planare Fertigung des biegsamen Lichtwellenleiters zu ermöglichen. Außerdem können gemäß Aspekten der Erfindung die den Begrenzungsparametern des biegsamen Lichtwellenleiters auferlegten Fertigungsbedingungen Fertigungsfähigkeiten einschließen, die die Begrenzungsparameter des biegsamen Lichtwellenleiters auf eine vorgegebene Mindest-Merkmalgröße begrenzen, die zum Beispiel die Mindestbreite des biegsamen Lichtwellenleiters festlegen. Daher wird gemäß einigen Aspekten der Erfindung die Breite des biegsamen Lichtwellenleiters so definiert, dass der Grenzwert der optischen Verlustleistung des biegsamen Lichtwellenleiters einen Höchstwert erreicht und gleichzeitig eine Mindestbreite eingehalten wird, die durch die Vorgaben seitens der Mindest-Merkmalgröße der betreffenden zum Bilden des biegsamen Lichtwellenleiters verwendeten schichtbildenden planaren Fertigungsprozesse vorgegeben sind.
  • Gemäß einigen Aspekten der Erfindung handelt es sich bei einem biegsamen Lichtwellenleiter mit schwacher Begrenzung mit neuartigen Begrenzungsparametern des biegsamen Lichtwellenleiters um einen aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiter, wobei jedes Lichtwellenleitersegment neuartige Segment-Begrenzungsparameter hat, die „global“ zu einem höchstmöglichen Grenzwert der optischen Verlustleistung aller Segmente des biegsamen Lichtwellenleiters innerhalb des Fensters der Fertigungstoleranz des Lichtwellenleiters führen und gleichzeitig die jedem einzelnen Lichtwellenleitersegment eigenen optischen Verlusteigenschaften berücksichtigen. Zum Beispiel enthält der aus mehreren Segmenten bestehende Lichtwellenleiter gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ein erstes Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit einer optischen Faser verbunden ist; ein zweites Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es Biegungen zum Weiterführen des zweiten Lichtwellenleitersegments entlang eines vorgegebenen Weges enthält; und ein drittes Lichtwellenleitersegment, das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es zum Austauschen von Daten mit einem photonischen IC gekoppelt ist. In dem ersten Lichtwellenleitersegment umfassen die dem ersten Lichtwellenleitersegment eigenen optischen Verlusteigenschaften optische Verlusteigenschaften, die dem Koppeln einer relativ großen (z.B. ungefähr 10 µm breiten) optischen Faser-Mode mit dem ersten Lichtwellenleitersegment zugehörig sind. In dem zweiten Lichtwellenleitersegment enthalten die dem zweiten Lichtwellenleitersegment eigenen optischen Verlusteigenschaften optische Verlusteigenschaften, die Biegungen in dem zweiten Lichtwellenleitersegment zugehörig, die sich aus dem Weiterleiten des zweiten Lichtwellenleitersegments entlang eines vorgegebenen Weges ergeben. In dem dritten Lichtwellenleitersegment enthalten die dem dritten Lichtwellenleitersegment eigenen optischen Verlusteigenschaften optische Verlusteigenschaften, die dem Koppeln des dritten Lichtwellenleitersegments mit dem photonischen IC zugehörig sind.
  • Gemäß Aspekten der Erfindung berücksichtigt jeder Satz neuartiger Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments die Auswirkung des Satzes neuartiger Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf den Spitzenwert der optischen Verlustleistung des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters und strebt keinen Höchstwert an. Gemäß einigen Aspekten der Erfindung wird jeder Satz neuartiger Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments zumindest teilweise auf der Grundlage von Fertigungstoleranzen des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters und zumindest teilweise auf der Grundlage eines Verringerns der Auswirkung der Fertigungstoleranzen auf den Grenzwert der optischen Verlustleistung des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters definiert. Daher sind aus mehreren Segmenten bestehende biegsame Lichtwellenleiter mit den neuartigen Begrenzungsparametern des Lichtwellenleitersegments gemäß Aspekten der Erfindung insofern widerstandsfähig gegen Änderungen der Fertigungstoleranzen, als die Sätze von Begrenzungsparametern des Lichtwellenleiters den aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiter weniger anfällig für Änderungen des Grenzwertes der optischen Verlustleistung des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters über eine Bandbreite von Fertigungstoleranzen des Lichtwellenleiters hinweg machen.
  • Gemäß einigen Aspekten der Erfindung sind die Sätze neuartiger Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments ferner so beschaffen, dass sie die Herstellung des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters unter Verwendung bekannter schichtbildender planarer Fertigungstechniken ermöglichen. Genauer gesagt, Aspekte der Erfindung erlegen ausgewählten Sätzen von Begrenzungsparametern des Lichtwellenleitersegments Fertigungsbedingungen auf, damit der aus mehreren Segmenten bestehende biegsame Lichtwellenleiter unter Verwendung bekannter schichtbildender planarer Fertigungstechniken hergestellt werden kann. Gemäß einigen Aspekten der Erfindung erfordern die schichtbildenden planaren Fertigungsschritte zum Beispiel, dass der aus mehreren Segmenten bestehende biegsame Lichtwellenleiter eine im Wesentlichen gleichmäßige Höhe, eine gleichmäßige Mantelbrechzahl und eine gleichmäßige Kernbrechzahl über die Länge des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters hinweg hat. Gemäß einigen Aspekten der Erfindung werden daher die Höhe, die Mantelbrechzahl und die Kernbrechzahl des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiter so definiert, dass der Grenzwert der optischen Verlustleistung jedes Segment des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters einen Höchstwert erreicht und gleichzeitig über die Länge des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters hinweg im Wesentlichen gleichmäßig bleibt, um die Fähigkeit zum Verwenden schichtbildender planarer Fertigungstechniken zum Bilden des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters zu verbessern. Außerdem können gemäß Aspekten der Erfindung die den Sätzen von Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auferlegten Bedingungen auch Fertigungsfähigkeiten einschließen, die die Sätze der Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments auf vorgegebene Merkmalgrößen begrenzen, die zum Beispiel auf die Mindestbreite des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters festgelegt werden können. Gemäß einigen Aspekten der Erfindung wird die Breite jedes Segments des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters so definiert, das ein möglichst hoher Grenzwert der optischen Verlustleistung erreicht und gleichzeitig eine Mindestbreite beibehalten wird, die durch die Vorgaben für die Mindest-Merkmalgröße durch die betreffenden schichtbildenden planaren Fertigungsprozesse zum Bilden des aus mehreren Segmenten bestehenden biegsamen Lichtwellenleiters vorgegeben ist.
  • In Verbindung mit einer detaillierteren Beschreibung von Aspekten der Erfindung zeigt 3A die (auch in 1B gezeigte) Darstellung 100B der optischen Verlustleistung zusammen mit einer Darstellung 300 der optischen Verlustleistung zum Vergleichen der Ergebnisse des (durch die Darstellung 100B des optischen Verlustes dargestellten) Lösungsansatzes für die Gestaltung des MPOLP-Lichtwellenleiters mit den Ergebnissen eines (durch die Darstellung 300 des optischen Verlustes dargestellten) neuartigen Lösungsansatzes für die Gestaltung des Lichtwellenleiters gemäß Aspekten der Erfindung. Bei der zu entwerfenden Struktur, die der Darstellung 300 des optischen Verlustes zugehörig ist, handelt es sich um einen (in den 4A und 4B gezeigten) FP-WG 420. Der neuartige Lösungsansatz für den Entwurf eines Lichtwellenleiters, der der Darstellung 300 des optischen Verlustes zugehörig ist, beruht auf einer Erkenntnis gemäß Aspekten der Erfindung und nutzt diese, dass die optische Verlustleistungskurve 302 des FP-WG 420 innerhalb des Fensters 303 der Fertigungstoleranzen und insbesondere in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der optischen Verlustleistungskurve 302 asymmetrisch ist. Gemäß Aspekten der Erfindung definiert der neuartige Lösungsansatz für den Entwurf des Lichtwellenleiters die Begrenzungsparameter (in den 9, 10 und 11 gezeigte Tabellen 900, 1000, 1100) des FP-WG 420 zumindest teilweise auf der Grundlage der Fertigungstoleranzen des FP-WG 420. Gemäß Aspekten der Erfindung definiert der neuartige Lösungsansatz des Entwurfs des Lichtwellenleiters ferner die Begrenzungsparameter des FP-WG 420, um einen möglichst hohen Grenzfall der optischen Verlustleistung (oder einen „besten“ Grenzwert des optischen Verlustes) des FP-WG 420 innerhalb des Fensters 303 der Fertigungstoleranzen bereitzustellen. Demzufolge stellt der Grenzwert der optischen Verlustleistung für die optische Verlustkurve 302 eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Grenzfall der optischen Verlustleistungskurve für die optische Verlustkurve 102B dar. Zur einfacheren Bezeichnung wird der neuartige Lösungsansatz für den Entwurf des Lichtwellenleiters gemäß Aspekten der Erfindung hierin als Lösungsansatz für den Entwurf des Lichtwellenleiters mit „höchstmöglichem Grenzwert der optischen Verlustleistung“ (MWC-OLP) bezeichnet. Zur einfacheren Bezeichnung werden die neuartigen Begrenzungsparameter für den Lichtwellenleiter, die sich aus dem Lösungsansatz des MWC-OLP-Entwurfs gemäß Aspekten der Erfindung ergeben, hierin als Begrenzungsparameter des MWC-OLP-Lichtwellenleiters bezeichnet.
  • 3B zeigt Optimierungskurven 104D, 304, mit denen Ergebnisse des in den 1B und 3A gezeigten bekannten Lösungsansatzes für den Entwurf des MPOLP-Lichtwellenleiters mit Ergebnissen des neuartigen Lösungsansatzes für den Entwurf des MWC-OLP-Lichtwellenleiters gemäß Aspekten der Erfindung verglichen werden, wobei es sich bei der zu entwickelnden Struktur um den FP-WG 420 mit der für Abschnitt 412 gezeigten Leistung (gezeigt in den 4A und 4B) handelt, wobei der neuartige Lösungsansatz für den Entwurf des MWC-OLP-Lichtwellenleiters die MWC-OLP-Begrenzungsparameter des FP-WG 420 zumindest teilweise auf der Grundlage von Fertigungstoleranzen des FP-WG 420 definiert und wobei der neuartige Lösungsansatz des MWC-OLP-Lichtwellenleiters ferner die MWC-OLP-Begrenzungsparameter definiert, um gemeinsam einen höchstmöglichen Grenzwert der optischen Verlustleistung (oder einen „besten“ Wert des optischen Verlusts) der (in 3A gezeigten) optischen Verlustkurve 302 innerhalb des Fensters 303 der Fertigungstoleranzen des FP-WG 420 bereitzustellen. Für die Optimierungsdarstellung 104D beträgt der optische Verlust ungefähr 5 dB (ein im Allgemeinen geringer optischer Verlust) bei einer Kern-Brechzahldifferenz von ungefähr 1% und einer Kernhöhe von ungefähr 2,5 µm. Für die Optimierungsdarstellung 304 beträgt der optische Verlust ungefähr 1,6 dB (eine im Allgemeinen ausgezeichnete optische Verlustleistung) bei einer Kern-Brechzahldifferenz von ungefähr 1% und einer Kernhöhe von ungefähr 2,5 µm.
  • Nunmehr werden unter Bezugnahme auf die 4A bis 11 Beispiele dafür beschrieben, wie der Lösungsansatz für den Entwurf des MWC-OLP-Lichtwellenleiters verwendet wird, den FP-WG 420 mit MWC-OLP-Begrenzungsparametern zu bilden. 4A zeigt eine Draufsicht eines optischen Verbindungssystems 400 gemäß Ausführungsformen der Erfindung und 4B zeigt eine Seitenansicht des in 4A gezeigten optischen Verbindungssystems 400. Im Einzelnen Bezug nehmend auf die in 4A gezeigte Draufsicht enthält das optische Verbindungssystem 400 eine optische Faser 410, einen Faserkoppler 412, den FP-WG 420, einen Chipkoppler 442 und einen photonischen integrierten Chip 440, die wie gezeigt konfiguriert und angeordnet sind. Der FP-WG 420 enthält einen Faserkoppler-Bereich 412 an einem Ende des FP-WG- 420 und einen Chipkoppler-Bereich 442 an einem entgegengesetzten Ende des FP-WG 420. Die optische Faser 410 ist zum Austauschen von Daten durch den Faserkoppler-Bereich 412 mit dem FP-WG 420 verbunden, und der FP-WG 420 ist zum Austauschen von Daten durch den Chipkoppler-Bereich 442 mit dem photonischen integrierten Chip 440 verbunden. Der FP-WG 420 enthält einen Kern 422 und einen Mantel 424. Gemäß Aspekten der Erfindung bestehen sowohl der FP-WG 420 als auch der Kern 422 und der Mantel jeweils aus mehreren Segmenten. Der aus mehreren Segmenten bestehende FP-WG 420 enthält ein FP-WG-Segment 420A (das den Faserkoppler-Bereich 412 enthält), ein Übergangssegment 420D, ein FP-WG-Segment 420B, ein Übergangssegment 420E und ein FP-WG-Segment 420C (das den Chipkoppler-Bereich 442 enthält). Das Übergangssegment 420D überführt den aus mehreren Segmenten bestehenden FP-WG 420 vom FP-WG-Segment 420A zum FP-WG-Segment 420B. Zum Bilden des Übergangssegments 420D kann jede geeignete bekannte Technik verwendet werden. Desgleichen überführt das Übergangssegment 420E den aus mehreren Segmenten bestehenden FP-WG 420 vom FP-WG-Segment 420B zum FP-WG-Segment 420C. Zum Bilden des Übergangssegments 420E kann jede geeignete bekannte Technik verwendet werden. Das FP-WG-Segment 420A enthält ein Kernsegment 422A und ein Mantelsegment 424A. Das FP-WG-Segment 420B enthält ein Kernsegment 422B und ein Mantelsegment 424B. Das FP-WG-Segment 420C enthält ein Kernsegment 422C und ein Mantelsegment 424C. Die Schnittlinie A-A durch das FP-WG-Segment 420A stellt eine Querschnittsansicht des FP-WG-Segments 420A dar. Die Schnittlinie B-B durch das FP-WG-Segment 420B stellt eine Querschnittsansicht des FP-WG-Segments 420B dar. Die Schnittlinie C-C durch das FP-WG-Segment 420C stellt eine Querschnittsansicht des FP-WG-Segments 420C dar. Die Querschnittsansichten der Schnittlinie A-A, der Schnittlinie B-B und der Schnittlinie C-C sind gemeinsam durch die typische Querschnittsansicht des in 8 gezeigten FP-WG 420 gezeigt (siehe nachfolgende Beschreibung).
  • Die eine oder die mehreren optischen Fasern 410 der veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung können zum Beispiel aus dotiertem Siliciumdioxid-Glas und/oder aus Polymermaterial gebildet werden. Die optische Faser 410 kann zylindrisch geformt sein und ist so beschaffen, dass sie optische Einmoden-Signale leitet. Bei den veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung hat der (nicht gezeigte) Mantel der optischen Faser 410 einen Durchmesser zwischen annähernd 40 bis 130 Mikrometer (µm) oder 80, 90 oder 125 µm. Der (nicht gezeigte) Kern der optischen Faser 410 hat einen Durchmesser zwischen 2 und 15 µm oder zwischen 8 und 11 µm. Die optische Faser wird unter Verwendung mehrerer beliebiger bekannter Strukturen, die zum Befestigen der optischen Faser 410 gestaltet und angeordnet sind, und durch den Faserkoppler-Bereich 412 des FP-WG 420 (genauer gesagt, des FP-WG-Segment 422A) in einer optisch ausgerichteten Kopplungsanordnung in der Nähe des optischen Faserkoppler-Bereichs 412 gehalten. Der Faserkoppler-Bereich 412 ist gemäß Aspekten der Erfindung so gestaltet, dass er eine Mode ähnlich der Mode der optischen Faser 410 enthält, um verlustarme Übergänge von der optischen Faser 410 zu dem optischen Faserkoppler 412 des FP-WG 420 (genauer gesagt, dem FP-WG-Segment 422A) bereitzustellen.
  • Der FP-WG 420 ist zur einfacheren Veranschaulichung und Erläuterung in vereinfachter Form gezeigt. Der FP-WG 420 kann einen (nicht gezeigten) biegsamen Substratabschnitt enthalten. Der biegsame Substratabschnitt kann zum Beispiel ein Polyimid, Polysilan, Polynorbornen, Polyethylen, Epoxidharz, Acrylharz oder ein fluoriertes Derivat eines Harzmaterials enthalten. Der biegsame Substratabschnitt kann für Wellenlängen zwischen annähernd 350 und 400 nm im Wesentlichen transparent sein. Der biegsame Substratabschnitt kann annähernd 15 bis 1.000 µm dick, 0,1 bis 50 mm breit und 0,1 bis 500 mm lang sein. Der biegsame Substratabschnitt kann auch den Mantel 424 des FP-WG 420 definieren.
  • Der Kern 422 des FP-WG 420 kann unter Verwendung von Rotationsabscheidung und fotolithografischer Verfahren gebildet werden. Der Kern 422 ist für die optischen Signale im Wesentlichen transparent, kann aus einem Polymermaterial gebildet werden und ist von dem einen oder den mehreren Mantelabschnitten 424 umgeben, die im Folgenden näher beschrieben werden. Der Mantelabschnitt 424 ist für die optischen Signale im Wesentlichen transparent. Der Wellenlängenbereich der durch das optische Kopplungssystem 400 übertragenen optischen Signale kann zum Beispiel zwischen 950 und 1650 Nanometern (nm) oder in einem 100 oder 65 nm breiten Wellenlängenspektrum zwischen 950 und 1650 Nanometern (nm) liegen. Bei dem FP-WG 420 handelt es sich um einen Einmoden-Lichtwellenleiter, und der Kern 422 ist aus einem im Wesentlichen transparenten Material wie beispielsweise einem Polymermaterial mit einem Übertragungsverlust von weniger als 10 dB/cm oder weniger als annähernd 2 dB/cm für den Wellenlängenbereich der optischen Signale (350 bis 2500 nm oder 800 bis 1650 nm oder in einem 60 nm breiten Wellenlängenspektrum zwischen 950 und 1650 Nanometern (nm) gebildet).
  • Bei den veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung funktionieren der Faserkoppler-Bereich 412 des FP-WG-Segments 420A als wirksamer Koppler für optische Fasern, das Segment 420D als erster optischer Moden-Umsetzerabschnitt, das FP-WG-Segment 420B als Weiterleitungsabschnitt, das Segment 420E als zweiter optischer Moden-Umsetzerabschnitt und das FP-WG-Segment 420C als adiabatischer Koppler zu dem photonischen integrierten Chip 440. Bei den veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung ist das FP-WG-Segment 422A so angeordnet, dass eine passende Modenangleichung für eine Stumpfkopplung mit der optischen Faser 410 bereitgestellt wird, während das FP-WB-Segment 422C so angeordnet ist, dass eine adiabatische Kopplung mit dem photonischen integrierten Chip 440 bereitgestellt wird.
  • 5A zeigt eine computergestütztes optisches Simulations- und Entwurfs-(OSD-) System, das zum Implementieren eines Lösungsansatzes für den Entwurf des MWC-OLP-Lichtwellenleiters eingerichtet ist. Das OSD-System 500 enthält ein mathematisches Berechnungs- und Steuer- (MCC-) Modul (oder einen Algorithmus) 512, der zum Austauschen von Daten mit einem optischen Simulator 514 verbunden ist. Der optische Simulator 514 kann durch einen bekannten handelsüblichen Algorithmus realisiert werden, der auf dem Computersystem 510 ausgeführt wird. Der optische Simulator 514 ist so beschaffen, dass er die erwartete optische Leistung eines Lichtwellenleiters auf der Grundlage der Parameter des Lichtwellenleiter-Entwurfs simuliert. Das MCC-Modul 512 kann durch einen handelsüblichen Algorithmus realisiert werden, der auf dem Computersystem 510 ausgeführt wird. Ein Beispiel eines bekannten geeigneten Softwareprogramms zum Realisieren des MCC-Moduls 512 ist ein Softwareprogramm, das handelsüblich unter der Bezeichnung MATLAB® von MathWorks® oder unter der Bezeichnung fimmPROP® von Photon Design® erhältlich ist. Das MCC-Modul 512 kann zum Steuern des Simulators 514 zum Ausführen mehrerer Simulationen verwendet werden, um die verschiedenen Optimierungs-Diagramme 104A, 104B, 104C, 104D, 304 (siehe die 2 und 3B) und das kombinierte Verlustoptimierungs-Diagramm 700 (siehe 7) zu entwickeln, die zum Optimieren des Grenzwertes der optischen Verlustleistung auf der Grundlage einer Kombination von Parametern/Einschränkungen/Toleranzen 502 verwendet werden. Die in dem MCC-Modul 512 verwendeten Optimierungs-Routinen nehmen keine Kenntnis von dem zu lösenden Problem und können unter Verwendung von Routinekenntnissen in dem betreffenden Arbeitsgebiet programmiert werden, um zu definieren, was unter der Bezeichnung „Zielfunktion“, „Fehlerfunktion“ oder „Gütezahl“ bekannt ist, die genau der Eigenschaft entspricht, die durch Optimierungs-Algorithmen des MCC-Moduls 512 optimiert wird. Gemäß Aspekten der Erfindung zeigt die Gütezahl den Grenzwert der optischen Verlustleistung innerhalb des Fensters der Fertigungstoleranzen des Lichtwellenleiters an.
  • 5B zeigt zusätzliche Einzelheiten, wie das Computersystem 510 des in 5A gezeigten computergestützten OSD-Systems 500 ein Computersystem 510A sein kann, das zum Umsetzen beliebiger computergestützter Komponenten der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann. Das Computersystem 510A umfasst eine beispielhafte Datenverarbeitungseinheit („Computer“) 520, die zum Ausführen verschiedener Aspekte der hierin beschriebenen auf Inhalten beruhenden semantischen Überwachungsoperationen gemäß Aspekten der Erfindung eingerichtet ist. Zusätzlich zum Computer 520 umfasst das beispielhafte Computersystem 510A ein Netzwerk 534, das den Computer 520 mit weiteren (nicht gezeigten) Systemen verbindet und ein oder mehrere Weitverkehrsnetze (WAN) und/oder lokale Netzwerke (LAN) wie das Internet, ein oder mehrere Intranets und/oder drahtlose Datenübermittlungs-Netzwerke umfassen kann. Der Computer 520 und das übrige System stehen über das Netzwerk 514 in Datenverbindung miteinander, z.B., um Daten untereinander auszutauschen.
  • Der beispielhafte Computer 520 enthält Prozessorkerne 522, einen Hauptspeicher („Speicher“) 528 und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe-Komponenten 530, die über einen Bus 532 Daten untereinander austauschen. Die Prozessorkerne 522 enthalten Cachespeicher („Cache“) 524 und Steuereinheiten 526. Der Cachespeicher 524 kann mehrere (nicht gezeigte) Cachespeicherebenen enthalten, die entweder auf dem Chip des Prozessors 522 oder anderweitig untergebracht sind. Der Speicher 528 kann verschiedene darin gespeicherte Daten enthalten, z.B. Anweisungen, Software, Routinen usw., die z.B. durch die Steuereinheiten 526 in den Cachespeicher 524 oder von diesem übertragen werden können, um durch den Prozessor 522 ausgeführt zu werden. Die eine oder mehreren Eingabe/Ausgabe-Komponenten 530 können eine oder mehrere Komponenten umfassen, die lokale oder ferngesteuerte Eingabe/Ausgabe-Operationen in den Computer 520 oder aus diesem ermöglichen, beispielsweise einen Bildschirm, eine Tastatur, einen Modem, einen Netzwerk-Adapter (nicht gezeigt) usw.
  • 6 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens 600, das unter Verwendung des (in 5A gezeigten) OSD-Systems 500 umgesetzt werden kann, um die Begrenzungsparameter des (in den 4A und 4B gezeigten) aus mehreren Segmenten bestehenden FP-WG 420 unter Verwendung des (durch die in 3A gezeigte optische Verlustdarstellung 300 und die in 3A gezeigte asymmetrische optische Verlustleistungskurve 302 dargestellten) neuartigen Lösungsansatzes für den Entwurf des MWC-OLP-Lichtwellenleiters gemäß Ausführungsformen der Erfindung „global“ zu ermitteln, wobei der neuartige Lösungsansatz für den Entwurf des MWC-OLP-Lichtwellenleiters die Begrenzungsparameter des FP-WG 420 zumindest teilweise auf der Grundlage der Fertigungstoleranzen des FP-WG 420 definiert und wobei der neuartige Lösungsansatz für den Entwurf des MWC-OLP-Lichtwellenleiters ferner die Begrenzungsparameter definiert, um gemeinsam einen „höchstmöglichen” Grenzwert der optischen Verlustleistung (oder einen „besten“ Grenzwert der optischen Verlustleistung) des FP-WG 420 innerhalb der Fertigungstoleranzen bereitzustellen. Es folgt eine Übersicht über das Verfahren 600, bei dem jedes Lichtwellenleitersegment 420A, 420B, 420C des FP-WG 420 so gestaltet ist, dass es „gemeinsame“ Anforderungen, die für alle Lichtwellenleitersegmente 420A, 420B und 420C gelten, sowie „spezifische“ Anforderungen einschließt, die für spezifische Merkmale oder Anforderungen des betreffenden Lichtwellenleitersegments gelten (oder darauf beruhen). Zum Beispiel hat der Faserkoppler-Bereich 412 des FP-WG-Segments 420A die spezifische Anforderung der Anpassung an die Energieverteilung (oder Mode) der optischen Faser 410. Das FP-WG-Segment 420B hingegen erfordert keine Anpassung an die Energieverteilung (oder Mode) der optischen Faser 410, sondern hat stattdessen die spezifische Anforderung an starke optische Übertragungseigenschaften, um die im ganzen Verlauf der Weiterleitungswege des FP-WG-Segments 420B vorhandenen scharfen Biegungen zu bewältigen. Das FP-WG-Segment 420C erfordert keine Anpassung an die Energieverteilung der optischen Faser 410 und braucht keine Biegungen zu bewältigen, sondern hat stattdessen die spezifische Anforderung bezüglich der Notwendigkeit einer wirksamen und leistungsfähigen Übertragung optischer Energie zu dem photonischen Chip 440. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung haben alle Lichtwellenleitersegmente 420A, 420B und 420C die gemeinsame Anforderung, gegenüber Änderungen der Lichtwellenleiter-Parameter widerstandsfähig zu sein, die sich aus den Fertigungstoleranzen des FP-WG 420 ergeben. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung haben alle Lichtwellenleitersegmente 420A, 420B und 420C die gemeinsame Anforderung, Parametervorgaben zu haben, die schichtbildende planare Fertigungsschritte ermöglichen, die zum Beispiel erfordern können, dass die Höhen über den gesamten FP-WG 420 hinweg im Wesentlichen gleich bleiben müssen, während sich die Breite über den gesamten FP-WG 420 hinwg ändern kann. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung haben alle Lichtwellenleitersegmente 420A, 420B und 420C die gemeinsame Anforderung, einen höchstmöglichen Grenzwert der optischen Verlustleistung des FP-WG 420 zu erreichen.
  • Das Verfahren 600 verwendet das (in 5A gezeigte) OSD-System 500, um Anfangssätze von Begrenzungsparametern zu erzeugen, die die spezifischen Anforderungen jedes Lichtwellenleitersegments 420A, 420B, 420C berücksichtigen. Die Anfangssätze der Begrenzungsparameter definieren jedoch Lichtwellenleiter-Querschnitte A, B, C, die für ein Lichtwellenleitersegment, nicht aber für ein anderes zutreffend sein können. Zum Beispiel können die Anfangssätze der Begrenzungsparameter Lichtwellenleiter-Querschnitte A und C definieren, die für das FP-WG-Segment 420A zutreffend, für das FP-WG-Segment 420C jedoch nicht sehr wirksam sind. Demgemäß verwendet das Verfahren 600 das OSD-System 500 dazu, eine „globale“ Optimierung über die Lichtwellenleitersegmente 420A, 420B und 420C hinweg durchzuführen, indem die optische Verlustleistung aus den Anfangssätzen der Begrenzungsparameter kombiniert wird und „kombinierte Verlustoptimierungs-"Diagramme (z.B. die in 7 gezeigten Diagramme) erzeugt werden, die die Anfangssätze der Begrenzungsparameter über eine große Parameterspanne hinweg abbilden. Das Verfahren ist so gestaltet, dass es verschiedene Ursachen für optische Verluste berücksichtigt, darunter, aber nicht darauf beschränkt, optische Übertragungsverluste, die in Dezibel pro Einheit der Übertragungslänge gemessen werden und auf die Absorption des Lichtwellenleitermaterials und Fehlstellen in der Strukturierung des Kerns und des Mantels des Lichtwellenleiters; auf Biegungsverluste, das heißt, Strahlung des geleiteten Lichrs in Biegungen des Lichtwellenleiters; und Übergangsverluste, das heißt, durch Änderungen des Querschnitts des Lichtwellenleiterkerns oder -mantels ausgelöste Verluste (z.B. scharfe Änderungen und sanfte Änderungen wie beispielsweise adiabatische Verengungen des Lichtwellenleiters) zurückzuführen sind. Übergangsverluste können eine maßgebliche Quelle für optische Verluste darstellen, wenn sich Änderungen der Geschwindigkeit und Größe optischer Moden in Weiterleitungs-Komponenten bemerkbar machen, beispielsweise beim Übergang von großen optischen Faser-Moden (z.B. ungefähr 10 Mikrometer) zu kleinen Lichtwellenleiter-Moden auf dem Chip (z.B. ungefähr ½ Mikrometer). Das Verfahren 600 verwendet das OSC-System 500 zum Bewerten der kombinierten Verlustoptimierungs-Diagramme zum Ermitteln derjenigen Begrenzungsparameter, die für alle Lichtwellenleitersegmente 420A, 420B und 420C einwandfrei funktionieren. Zum Beispiel werden für eine Mantelhöhe und eine Brechzahldifferenz, die für die Anfangssätze der Begrenzungsparameter festgelegt wurden, die kombinierten Verlustoptimierungs-Diagramme erzeugt und zum Ermitteln des Bereichs der Breiten verwendet, die zu einer höchstmöglichen optischen Verlustleistung für die FP-WG-Segmente 420A, 420B und 420C innerhalb einer Spanne der Fertigungstoleranzen des FP-WG 420 führen. Genauer gesagt, das Verfahren 600 optimiert die Breite für jeden Satz der untersuchten kombinierten Begrenzungsparameter, um an jedem Punkt der Begrenzungsparameterspanne einen repräsentativen optischen Gesamtverlustwert zu erreichen.
  • Im Rahmen einer ausführlicheren Beschreibung des in 6 gezeigten Verfahrens 600 beginnt das Verfahren 600 in Block 602 durch Optimieren des (in 4A gezeigten) optischen Faserkoppler-Bereichs 412 in Bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegen die (in 3 gezeigten) Fertigungstoleranzen 303, indem die in den Blöcken 620, 622, 624, 626 gezeigten Begrenzungsparameter, die Fertigungsbedingungen und die Fertigungstoleranzen berücksichtigt werden. Block 602 wird für ein Feld von Annahmen über die Brechzahldifferenz und die Breite des Faserkoppler-Bereichs 412 ausgeführt. Da bei vielen schichtbildenden Fertigungsprozessen für Lichtwellenleiter die Mindestbreite des Lichtwellenleiters eine Vorgabe darstellt, sind Ausführungsformen so ausgelegt, dass sie eine Breite vorgeben und in Bezug auf die Höhe optimieren, sodass für verschiedene Fertigungsschritte Klarheit in Bezug auf den Entwurf besteht und ein Feld möglicher Begrenzungsparameter des Querschnitts A vorgegeben ist. Block 604 geht von dem in Block 602 erzeugten Feld der Brechzahldifferenzen und der Lichtwellenleiterhöhen aus und findet den Rand der Einmoden-Bedingung durch Auffüllen der Fertigungstoleranzen, wobei die zusätzlichen Anforderungen an die Begrenzungsparameter in Block 628 berücksichtigt werden. Dadurch kommt ein Diagramm der Lichtwellenleiterbreiten beim Querschnitt B für die Annahmen bezüglich Brechzahl und Höhe zustande. In Block 606 werden die Biegungsverluste für jeden Querschnitt B des in Block 602 erzeugten Diagramms berechnet, um den optischen Verlust zu berücksichtigen, der sich aus den Biegungen ergibt, die zum Weiterleiten in dem Lichtwellenleitersegment 420B des FP-WG erforderlich sind. In Block 608 wird ausgehend von dem Diagramm der Brechzahldifferenzen und Lichtwellenleiterhöhen durch Auffüllen der Fertigungstoleranzen die Lichtwellenleiterhöhe, die dem Begrenzungsrand für die vierte Mode entspricht (d.h., das Ergebnis ist ein nahezu Mehrmoden-Lichtwellenleiter, indem nicht zwei, sondern eine weitere Mode zusätzlich zu den beiden Moden des Einmoden-Betriebs zugelassen wird), und durch Berücksichtigen der zusätzlichen Begrenzungsparameter von Block 630 gefunden. Somit wird in Block 608 ein entsprechendes Diagramm für den Querschnitt C vorgegeben. In Block 610 werden die Grenzwerte der optischen Verluste bei verschiedenen plötzlichen Lichtwellenleiter-Übergängen für das Diagramm der Querschnitte C berechnet (Streuung an Manteländerungen nahe dem Chip-Rand und dem Beginn der Verengung auf dem Chip). In Block 612 werden die Grenzwerte für die adiabatischen Kreuzungsverluste für das Diagramm der Querschnitte C berechnet. In Block 614 werden alle Verluste (Faserkoppler-Verluste (Querschnitt A), Biegungsverluste (Querschnitt B), Streuverluste von Mantelübergängen (Querschnitt C), adiabatische Kreuzungsverluste (Querschnitt C) und Übertragungsverluste (alle Querschnitte) addiert, um ein Diagramm des kombinierten Gesamtverlusts zu erzeugen, wofür ein Beispiel in Form des (in 7 gezeigten) Optimierungsdiagramms der kombinierten optimierten Verluste für einen beispielhaften Teilsatz gezeigt ist. Genauer gesagt, das Optimierungsdiagramm des kombinierten Gesamtverlusts ist ein 3D-Graph, der den Grenzwert des Verlustes entlang der vertikalen y-Achse zusammen mit einer Funktion der Brechzahldifferenz auf der x-Achse zeigt. Die verschiedenen Kurven des Diagramms 700 stellen die wirksamen Höhe des Lichtwellenleiters 420 dar. Die verschiedenen Entwürfe sind durch die Auswahl der Faserkoppler-Breite definiert, die wiederum die durchgehende Lichtwellenleiter-Länge liefert. Auch die Auswirkung der Auswahl eines strikten Einmoden-Querschnitts oder eines nahezu Mehrmoden-Querschnitts 420C wird gezeigt. Im Übrigen wird der Entwurf von Überlegungen zur Modenbegrenzung bestimmt.
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht des in den 4A und 4B gezeigten FP-WG 420 entlang der in 4A gezeigten Schnittlinien A-A, B-B oder C-C. Der FP-WG 420 enthält einen Kern 422, einen unteren Mantel 425 und einen oberen Mantel 426, die wie gezeigt gestaltet und angeordnet ist. Gemäß Aspekten der Erfindung wurde ein Lösungsansatz für den Entwurf des MWC-OLP-Lichtwellenleiters (siehe z.B. das in 6 gezeigte Verfahren 600) verwendet, um die Begrenzungsparameter h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 auszuwählen, um einen höchstmöglichen Grenzwert der optischen Verlustleistung des FP-WG 420 innerhalb des Fensters der Fertigungstoleranzen des Lichtwellenleiters zu erreichen. Gemäß Aspekten der Erfindung erfassen und berücksichtigen die Begrenzungsparameter h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 den Einfluss der Asymmetrie, den die Begrenzungsparameter h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 auf die optische Verlustleistung und den Grenzwert der optischen Verlustleistung insofern haben, als die Begrenzungsparameter h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 nicht anstreben, den Einfluss, den die ausgewählten und definierten Begrenzungsparameter h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 auf den Spitzenwert der optischen Verlustleistung des FP-WG 420 haben, möglichst zu verstärken, und diesen nicht berücksichtigen. Gemäß einigen Aspekten der Erfindung werden die Begrenzungsparameter h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 zumindest teilweise auf der Grundlage der Fertigungstoleranzen des FP-WG 420 und zumindest teilweise auf der Grundlage der möglichst starken Verringerung der Wirkung definiert, die die Fertigungstoleranzen auf den Grenzwert der optischen Verlustleistung des FP-WG 420 haben. Daher ist der FP-WG 420 mit den Begrenzungsparametern h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 gemäß Aspekten der Erfindung gegen Änderungen der Fertigungstoleranzen insofern widerstandsfähig, als die neuartigen Begrenzungsparameter h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 den FP-WG 420 weniger anfällig für Änderungen des Grenzwerts der optischen Verlustleistung des FP-WG 420 über einen Bereich der Fertigungstoleranzen des Lichtwellenleiters hinweg machen.
  • Die neuartigen Begrenzungsparameter h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 für den biegsamen Lichtwellenleiter werden ferner so gestaltet, dass der FP-WG 420 unter Verwendung bekannter schichtbildender planarer Fertigungstechniken hergestellt werden kann. Genauer gesagt, bekannte schichtbildende planare Fertigungsschritte geben vor, dass der FP-WG 420 eine im Wesentlichen gleichmäßige Höhe (h1 plus h2), eine Mantelbrechzahl (n1, n2) und eine Kernbrechzahl (n3) über die gesamte Länge des FP-WG 420 haben muss. Daher werden gemäß Aspekten der Erfindung die Höhe, die Mantelbrechzahl und die Kernbrechzahl des FP-WG 420 so definiert, dass ein höchstmöglicher Grenzwert der optischen Verlustleistung des biegsamen Lichtwellenleiters erreicht wird und dass sie gleichzeitig auch über die gesamte Länge des FP-WG 420 hinweg im Wesentlichen gleichmäßig bleiben, um die schichtbildenden Fertigungsschritte zu ermöglichen. Außerdem können gemäß Aspekten der Erfindung die den Begrenzungsparametern h1, n1, h2, n2, h3, w3, θ3, n3 auferlegten Fertigungsbedingungen Fertigungsfähigkeiten umfassen, die die gewählte Mindestbreite des FP-WG 420 begrenzen. Daher wird die Breite w3 des Kerns 422 gemäß Aspekten der Erfindung so definiert, dass ein höchstmöglicher Grenzwert der optischen Verlustleistung des FP-WG 420 erreicht und gleichzeitig auch eine Mindestbreite w3 beibehalten wird, die infolge der Vorgaben der Mindestmerkmalgröße der betreffenden schichtbildenden planaren Fertigungsprozesse vorgegeben wird, die zum Bilden des FP-WG 420 verwendet werden.
  • 9 zeigt eine Tabelle 900, die Begrenzungsparameter und Bereiche von Begrenzungsparametern der in 8 gezeigten Querschnittsansicht des FP-WG 420 entlang der Schnittlinie A-A des in 4A gezeigten FP-WG 420 zeigt, wobei die Begrenzungsparameter und Bereiche von Begrenzungsparametern gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren 600 ermittelt werden.
  • 10 zeigt eine Tabelle 1000, die Begrenzungsparameter und Bereiche von Begrenzungsparametern der in 8 gezeigten Querschnittsansicht des FP-WG 420 entlang der Schnittlinie B-B des in 4A gezeigten FP-WG 420 zeigt, wobei die Begrenzungsparameter und die Bereiche von Begrenzungsparametern gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren 600 ermittelt werden.
  • 11 zeigt eine Tabelle 1100, die Begrenzungsparameter und Bereiche von Begrenzungsparametern der in 8 gezeigten Querschnittsansicht des FP-WG 420 entlang der Schnittlinie C-C des in 4A gezeigten FP-WG 420 zeigt, wobei die Begrenzungsparameter und Bereiche von Begrenzungsparametern gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren ermittelt werden.
  • Hierin werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Es können alternative Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen. In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen werden verschiedene Verbindungen und Lagebeziehungen (z.B. oberhalb, unterhalb, benachbart usw.) zwischen Elementen dargelegt. Sofern nicht anders angegeben, können diese Verbindungen und/oder Lagebeziehungen direkt oder indirekt sein, und die vorliegende Erfindung soll in dieser Hinsicht nicht einschränkend sein. Demgemäß kann sich eine Verbindung von Einheiten entweder auf eine direkte oder eine direkte Verbindung beziehen, und eine Lagebeziehung zwischen Einheiten kann entweder eine direkte oder eine indirekte Lagebeziehung sein. Darüber hinaus können die verschiedenen hierin beschriebenen Aufgaben und Prozessschritte in eine umfangreichere Prozedur einbezogen werden, die weitere hierin nicht ausführlich beschriebene Schritte oder Funktionalitäten umfasst.
  • Die hierin verwendeten Begriffe dienen nur zum Beschreiben einzelner Ausführungsformen sollen keine Einschränkung darstellen. Die hierin verwendeten Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ sollen gleichermaßen auch die Mehrzahlformen umfassen, sofern aus dem Zusammenhang nicht anderes hervorgeht. Ferner ist klar, dass die Begriffe „weist auf“, „aufweisend“, „umfasst“, „umfassend“, „hat“, „habend“, „enthält“ oder „habend“ oder beliebige Varianten derselben eine nicht exklusive Einbeziehung erfassen sollen. Zum Beispiel sind eine Zusammensetzung, eine Mischung, ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen aufweisen, nicht unbedingt nur auf diese Elemente beschränkt, sondern können auch andere Elemente umfassen, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder zu einer solchen Zusammensetzung, Mischung, Prozess, Verfahren, Artikel oder Vorrichtung zugehörig sind.
  • Außerdem wird der Begriff „beispielhaft“ hierin im Sinne „als Beispiel, Fall oder Veranschaulichung“ gebraucht. Jede hierin als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder jeder Entwurf sollte nicht unbedingt als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Entwürfen bevorzugt oder vorteilhaft verstanden werden. Die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehr“ sind so zu verstehen, dass sie eine ganze Zahl größer als oder gleich eins, d.h. eins, zwei, drei, vier usw., enthalten. Der Begriff „eine Mehrzahl“ ist so zu verstehen, dass er eine beliebige ganze Zahl größer als oder gleich zwei, d.h. zwei, drei, vier, fünf usw., enthält. Der Begriff „Verbindung“ kann sowohl eine indirekte „Verbindung“ als auch eine direkte „Verbindung“ umfassen.
  • Die Begriffe „ungefähr“, „im Wesentlichen“, „annähernd“ und deren Varianten sollen die Fehlergröße von Messungen der betreffenden Menge einschließen, die für die zum Zeitpunkt der Patentanmeldung verfügbare Messtechnik charakteristisch ist. Zum Beispiel kann der Begriff „ungefähr“ einen Bereich von ± 8% oder 5% oder 2% eines bestimmten Wertes umfassen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann es sich um ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt handeln. Das Computerprogrammprodukt kann ein durch einen Computer lesbares Speichermedium (oder -medien) mit durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen darauf umfassen, um einen Prozessor zu veranlassen, Aspekte der vorliegenden Erfindung auszuführen.
  • Bei dem durch einen Computer lesbaren Speichermedium kann es sich um eine physische Einheit handeln, die Anweisungen zur Verwendung durch ein System zur Ausführung von Anweisungen behalten und speichern kann. Bei dem durch einen Computer lesbaren Speichermedium kann es sich zum Beispiel um eine elektronische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit, eine optische Speichereinheit, eine elektromagnetische Speichereinheit, eine Halbleiterspeichereinheit oder jede geeignete Kombination daraus handeln, ohne auf diese beschränkt zu sein. Zu einer nicht erschöpfenden Liste spezifischerer Beispiele des durch einen Computer lesbaren Speichermediums gehören die Folgenden: eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM bzw. Flash-Speicher), ein statischer Direktzugriffsspeicher (SRAM), ein tragbarer Kompaktspeicherplatte-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine DVD (digital versatile disc), ein Speicher-Stick, eine Diskette, eine mechanisch kodierte Einheit wie zum Beispiel Lochkarten oder erhabene Strukturen in einer Rille, auf denen Anweisungen gespeichert sind, und jede geeignete Kombination daraus. Ein durch einen Computer lesbares Speichermedium soll in der Verwendung hierin nicht als flüchtige Signale an sich aufgefasst werden, wie zum Beispiel Funkwellen oder andere sich frei ausbreitende elektromagnetische Wellen, elektromagnetische Wellen, die sich durch einen Wellenleiter oder ein anderes Übertragungsmedium ausbreiten (z.B. ein Lichtwellenleiterkabel durchlaufende Lichtimpulse) oder durch einen Draht übertragene elektrische Signale.
  • Hierin beschriebene, durch einen Computer lesbare Programmanweisungen können von einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium auf jeweilige Datenverarbeitungs/Verarbeitungs-Einheiten oder über ein Netzwerk wie zum Beispiel das Internet, ein lokales Netzwerk, ein Weitverkehrsnetz und/oder ein drahtloses Netzwerk auf einen externen Computer oder eine externe Speichereinheit heruntergeladen werden. Das Netzwerk kann Kupferübertragungskabel, Lichtwellenübertragungsleiter, drahtlose Übertragung, Leitwegrechner, Firewalls, Vermittlungseinheiten, Gateway-Computer und/oder Edge-Server aufweisen. Eine Netzwerkadapterkarte oder Netzwerkschnittstelle in jeder Datenverarbeitungs/Verarbeitungs-Einheit empfängt durch einen Computer lesbare Programmanweisungen aus dem Netzwerk und leitet die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen zur Speicherung in einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium innerhalb der entsprechenden Datenverarbeitungs/Verarbeitungs-Einheit weiter.
  • Bei durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen zum Ausführen von Arbeitsschritten der vorliegenden Erfindung kann es sich um Assembler-Anweisungen, ISA-Anweisungen (Instruction-Set-Architecture), Maschinenanweisungen, maschinenabhängige Anweisungen, Mikrocode, Firmware-Anweisungen, zustandssetzende Daten oder entweder Quellcode oder Objektcode handeln, die in einer beliebigen Kombination aus einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben werden, darunter objektorientierte Programmiersprachen wie Smalltalk, C++ o.ä. sowie herkömmliche prozedurale Programmiersprachen wie die Programmiersprache „C“ oder ähnliche Programmiersprachen. Die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als eigenständiges Software-Paket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem fernen Computer oder vollständig auf dem fernen Computer oder Server ausgeführt werden. In letzterem Fall kann der entfernt angeordnete Computer mit dem Computer des Benutzers durch eine beliebige Art Netzwerk verbunden sein, darunter ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN), oder die Verbindung kann mit einem externen Computer hergestellt werden (zum Beispiel über das Internet unter Verwendung eines Internet-Dienstanbieters). In einigen Ausführungsformen können elektronische Schaltungen, darunter zum Beispiel programmierbare Logikschaltungen, vor Ort programmierbare Gatter-Anordnungen (FPGA, field programmable gate arrays) oder programmierbare Logikanordnungen (PLA, programmable logic arrays) die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen ausführen, indem sie Zustandsinformationen der durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen nutzen, um die elektronischen Schaltungen zu personalisieren, um Aspekte der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung sind hierin unter Bezugnahme auf Ablaufpläne und/oder Blockschaltbilder bzw. Schaubilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Block der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder sowie Kombinationen von Blöcken in den Ablaufplänen und/oder den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern mittels durch einen Computer lesbare Programmanweisungen ausgeführt werden können.
  • Diese durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, eines Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine zu erzeugen, so dass die über den Prozessor des Computers bzw. der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführten Anweisungen ein Mittel zur Umsetzung der in dem Block bzw. den Blöcken der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder festgelegten Funktionen/Schritte erzeugen. Diese durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium gespeichert sein, das einen Computer, eine programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder andere Einheiten so steuern kann, dass sie auf eine bestimmte Art funktionieren, so dass das durch einen Computer lesbare Speichermedium, auf dem Anweisungen gespeichert sind, ein Herstellungsprodukt aufweist, darunter Anweisungen, welche Aspekte der/des in dem Block bzw. den Blöcken des Ablaufplans und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder angegebenen Funktion/Schritts umsetzen.
  • Die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine andere Einheit geladen werden, um das Ausführen einer Reihe von Prozessschritten auf dem Computer bzw. der anderen programmierbaren Vorrichtung oder anderen Einheit zu verursachen, um einen auf einem Computer ausgeführten Prozess zu erzeugen, so dass die auf dem Computer, einer anderen programmierbaren Vorrichtung oder einer anderen Einheit ausgeführten Anweisungen die in dem Block bzw. den Blöcken der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder festgelegten Funktionen/Schritte umsetzen.
  • Die Ablaufpläne und die Blockschaltbilder bzw. Schaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Ausführungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in den Ablaufplänen oder Blockschaltbildern bzw. Schaubildern ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, die eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Ausführung der bestimmten logischen Funktion(en) aufweisen. In einigen alternativen Ausführungen können die in dem Block angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren gezeigt stattfinden. Zwei nacheinander gezeigte Blöcke können zum Beispiel in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal je nach entsprechender Funktionalität in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist ferner anzumerken, dass jeder Block der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder und/oder der Ablaufpläne sowie Kombinationen aus Blöcken in den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern und/oder den Ablaufplänen durch spezielle auf Hardware beruhende Systeme umgesetzt werden können, welche die festgelegten Funktionen oder Schritte durchführen, oder Kombinationen aus Spezial-Hardware und Computeranweisungen ausführen.
  • Die hierin verwendeten Begriffe dienen lediglich der Beschreibung einzelner Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Im vorliegenden Fall sollen die Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ gleichermaßen auch die Mehrzahlformen umfassen, sofern nicht aus dem Zusammenhang eindeutig anderes hervorgeht. Ferner ist klar, dass die Begriffe „weist auf“ und/oder „aufweisend“ bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten bezeichnen, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzukommen einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen ausschließen.
  • Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Aktionen und Entsprechungen aller Mittel oder Schritte zuzüglich Funktionselemente in den folgenden Ansprüchen sollen jegliche Struktur, jegliches Material oder jegliche Aktion zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen ausdrücklich beanspruchten Elementen umfassen. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt worden, erhebt jedoch nicht den Anspruch der Vollständigkeit oder Einschränkung auf die Erfindung in der beschriebenen Form. Dem Fachmann dürften viele Modifikationen und Varianten offensichtlich sein, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und deren praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern und anderen Fachleuten das Verständnis für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu ermöglichen, die für die vorgesehene Verwendung geeignet sind.
  • Es dürfte klar sein, dass ein Fachmann heute und in Zukunft verschiedene Verbesserungen und Erweiterungen vornehmen kann, die in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche fallen.

Claims (13)

  1. Optische Lichtwellenleiterstruktur mit Lichtwellenleiterdimensionen, die innerhalb eines Bereichs (103) von Fertigungstoleranzen liegen, wobei die optische Lichtwellenleiterstruktur aufweist: einen aus mehreren Segmenten bestehenden optischen Lichtwellenleiter (420), der aufweist: ein erstes Lichtwellenleitersegment (420A), das einen Satz erster Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; ein zweites Lichtwellenleitersegment (420B), das zum Austauschen von Daten mit dem ersten Lichtwellenleitersegment verbunden und so gestaltet ist, dass es optische Daten durch einen Leitweg mit Biegungen weiterleitet, wobei das zweite Lichtwellenleitersegment (420B) einen Satz zweiter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; und ein drittes Lichtwellenleitersegment (420C), das zum Austauschen von Daten mit dem zweiten Lichtwellenleitersegment (420B) gekoppelt ist und einen Satz dritter Begrenzungsparameter des Lichtwellenleitersegments aufweist; wobei der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter (420) so gestaltet ist, dass er optische Daten gemäß einer asymmetrischen Verlustleistungskurve weiterleitet, die in Bezug auf einen Spitzenwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve (302) im Wesentlichen asymmetrisch ist; wobei die asymmetrische optische Verlustleistungskurve (302) folgende Darstellung aufweist: der Satz der Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A), der Satz der Begrenzungsparameter des zweiten Lichtwellenleitersegments (420B) und der Satz der Begrenzungsparameter des dritten Lichtwellenleitersegments (420C) auf einer ersten Achse; und einen Wert der optischen Verlustleistung, der sich aus dem Satz Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A), dem Satz Begrenzungsparameter des zweiten Lichtwellenleitersegments (420B) und dem Satz Begrenzungsparameter des dritten Lichtwellenleitersegments (420C) auf einer zweiten Achse ergibt; und wobei der Satz Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A), der Satz Begrenzungsparameter des zweiten Lichtwellenleitersegments (420B) und der Satz Begrenzungsparameter des dritten Lichtwellenleitersegments (420C) so beschaffen sind, dass sie gemeinsam einen vorgegebenen ungünstigsten Grenzwert der optischen Verlustleistung der asymmetrischen optischen Verlustleistungskurve (300) innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranzen bewirken.
  2. Struktur nach Anspruch 1, wobei der aus mehreren Segmenten bestehende optische Lichtwellenleiter (120, 420) ferner einen aus mehreren Segmenten bestehenden Kern und einen aus mehreren Segmenten bestehenden Mantel (424) aufweist.
  3. Struktur nach Anspruch 2, wobei: das erste Lichtwellenleitersegment (420A) ein erstes Kernsegment (422A) des aus mehreren Segmenten bestehenden Kerns (422) aufweist; das zweite Lichtwellenleitersegment (420B) ein zweites Kernsegment (422B) des aus mehreren Segmenten bestehenden Kerns (422) aufweist; der Satz Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A) einen Bereich erster Kernsegmentbreiten-Abmessungen aufweist; der Satz Begrenzungsparameter des zweiten Lichtwellenleitersegments (420B) einen Bereich zweiter Kernsegmentbreiten-Abmessungen aufweist; und der Satz Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A) gleich dem Satz Begrenzungsparameter des zweiten Lichtwellenleitersegments (420B) ist, mit der Ausnahme, dass der Bereich zweiter Kernsegmentbreiten-Abmessungen von dem Bereich erster Kernsegmentbreiten-Abmessungen verschieden ist.
  4. Struktur nach Anspruch 3, wobei: der Bereich erster Kernsegmentbreiten-Dimensionen von ungefähr 1,75 Mikrometer bis ungefähr 2,25 Mikrometer reicht; und der Bereich zweiter Kernsegmentbreiten-Dimensionen von ungefähr 4,0 Mikrometer bis ungefähr 5,1 Mikrometer reicht.
  5. Struktur nach Anspruch 3, wobei: der Bereich erster Kernsegmentbreiten-Dimensionen von ungefähr 1,75 Mikrometer bis ungefähr 2,25 Mikrometer reicht; und der Bereich zweiter Kernsegmentbreiten-Dimensionen von ungefähr 4,2 Mikrometer bis ungefähr 5,1 Mikrometer reicht.
  6. Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei: das erste Lichtwellenleitersegment (420A) aufweist: ein erstes Kernsegment (422A) des aus mehreren Segmenten bestehenden Kerns (420); und ein erstes Mantelsegment (424A) des aus mehreren Segmenten bestehenden Mantels (424); das dritte Lichtwellenleitersegment (420C) aufweist: ein drittes Kernsegment (422C) des aus mehreren Segmenten bestehenden Kerns (422); und ein drittes Mantelsegment (424C) des aus mehreren Segmenten bestehenden Mantels (424); das erste Mantelsegment (424A) einen ersten oberen Mantelsegmentbereich und einen ersten unteren Mantelsegmentbereich aufweist; und das dritte Mantelsegment (424C) einen dritten oberen Mantelsegmentbereich und einen dritten unteren Mantelsegmentbereich aufweist.
  7. Struktur nach Anspruch 6, wobei: der Satz Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A) einen Bereich erster Kernsegmentbreiten-Abmessungen und einen Brechzahlbereich des ersten oberen Mantelsegmentbereichs umfasst; der Satz Begrenzungsparameter des dritten Lichtwellenleitersegments (420C) einen Bereich dritter Kernsegmentbreiten-Abmessungen und einen Brechzahlbereich des dritten oberen Mantelsegmentbereichs aufweist; und der Satz Begrenzungsparameter des ersten Lichtwellenleitersegments (420A) gleich dem Satz Begrenzungsparameter des dritten Lichtwellenleitersegments (420C) ist, mit der Ausnahme, dass: der Bereich dritter Kernsegmentbreiten-Abmessungen von dem Bereich erster Kernsegmentbreiten-Abmessungen verschieden ist; und der Brechzahlbereich des dritten Mantelsegmentbereichs (424C) von dem Brechzahlbereich des ersten Mantelsegmentbereichs (424A) verschieden ist.
  8. Struktur nach Anspruch 7, wobei: der Bereich erster Kernsegmentbreiten-Abmessungen von ungefähr 1,75 Mikrometer bis ungefähr 2,25 Mikrometer reicht; der Bereich dritter Kernsegmentbreiten-Abmessungen von ungefähr 5,7 Mikrometer bis ungefähr 8,4 Mikrometer reicht; der Brechzahlbereich des ersten oberen Mantelsegmentbereichs von einer niedrigsten Brechzahl des ersten unteren Mantelbereichs mit ± 0,0006 bis zu einer höchsten Brechzahl des ersten unteren Mantelbereichs mit ± 0,0006 reicht; und der Brechzahlbereich des dritten oberen Mantelsegmentbereichs von der niedrigsten Brechzahl des ersten unteren Mantelbereichs minus 0,001 bis zu der mit einem Faktor von ungefähr 1,008 multiplizierten höchsten Brechzahl des ersten unteren Mantelbereichs reicht.
  9. Struktur nach Anspruch 8, wobei: die Mindestbrechzahl des ersten unteren Mantelbereichs ungefähr 1,49 beträgt; und die Höchstbrechzahl des ersten unteren Mantelbereichs ungefähr 1,54 beträgt.
  10. Struktur nach Anspruch 7, wobei: der Bereich der ersten Kernsegmentbreiten-Abmessungen von ungefähr 1,75 Mikrometer bis ungefähr 2,25 Mikrometer reicht; der Bereich der dritten Kernsegmentbreiten-Abmessungen von ungefähr 6,6 Mikrometer bis ungefähr 7,9 Mikrometer reicht; der Brechzahlbereich des ersten Mantelsegmentbereichs von einer Mindestbrechzahl des ersten unteren Mantelbereichs ± 0,0006 bis zu einer Höchstbrechzahl des ersten unteren Mantelbereichs ± 0,0006 reicht; und der Brechzahlbereich des dritten oberen Mantelsegmentbereichs von der Mindestbrechzahl des ersten unteren Mantelbereichs minus 0,001 bis zu der mit dem Faktor von ungefähr 1,012 multiplizierten Höchstbrechzahl des ersten unteren Mantelbereichs reicht.
  11. Struktur nach Anspruch 10, wobei: die Mindestbrechzahl des ersten unteren Mantelbereichs einen Wert von ungefähr 1,50 aufweist; und die Höchstbrechzahl des ersten unteren Mantelbereichs einen Wert von ungefähr 1,52 aufweist.
  12. Optisches Verbindungssystem, aufweisend: eine optische Faser (410), die zum Austauschen von Daten mit einer biegsamen Lichtwellenleiterstruktur gekoppelt ist; einen photonischen integrierten Schaltkreis (440), der zum Austauschen von Daten mit der optischen Lichtwellenleiterstruktur gekoppelt ist; wobei der biegsame Lichtwellenleiter (420) einen optischen Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
  13. Verfahren zum Verwenden eines biegsamen Lichtwellenleiters mit Lichtwellenleiterdimensionen, die innerhalb eines Bereichs der Fertigungstoleranzen liegen, wobei das Verfahren aufweist: Verwenden des biegsamen Lichtwellenleiters (420) zum Einkoppeln optischer Signale in einer Richtung von einer optischen Faser (410) in einen photonischen integrierten Schaltkreis (440); und Verwenden des biegsamen Lichtwellenleiters (420) zum Einkoppeln optischer Signale in einer zweiten Richtung von dem photonischen integrierten Schaltkreis (440) in die optische Faser (410); wobei der biegsame Lichtwellenleiter (420) einen optischen Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
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