DE19503930A1

DE19503930A1 - Verbindungsaufspalter aus Streifen-Wellenleitern und Verwendungen

Info

Publication number: DE19503930A1
Application number: DE19503930A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Rasch; Matthias Dr Rottschalk; Jens-Peter Ruske; Volker Dipl Ing Groeber
Original assignee: LDT GmbH and Co Laser Display Technologie KG
Current assignee: Schneider Laser Technologies AG
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1996-10-24
Also published as: DE19546668A1; KR100317655B1; KR970702506A; DE19503931A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbindungsaufspalter, der zur räumlichen Zusammenführung oder Aufspaltung von Licht verschiedener Wellenlängen oder verschiedener Wellenlängenbereiche aus einem vergleichsweise großen Wellenlängenbereich dient. Bei Bedarf dient dieser Breitband-Verbindungsaufspalter zum Schalten, Ablenken oder zur Modulation von Licht.

Die Erfindung betrifft weiterhin Verwendungen dieses Breitband- Verbindungsaufspalters.

Die für den Breitband-Verbindungsaufspalter verwendeten einmodigen Wellenleiter sind einmodige integriert-optische Breitband-Streifen-Wellenleiter bzw. Weißlicht- Streifen-Wellenleiter, die in der am gleichen Tag beim DPA eingereichten Patentanmeldung "Streifen-Wellenleiter und Verwendungen" beschrieben sind. Die Erfindung steht weiterhin im Zusammenhang mit der am gleichen Tag beim DPA eingereichten Patentanmeldung "Farbbilderzeugungssysteme".

In diesen Unterlagen bedeutet Licht sichtbare und unsichtbare (infrarotes und UV- Licht) elektromagnetische Strahlung, jedoch insbesondere diskrete Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche sichtbarer Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 760 nm. Streifen-Wellenleiter sind Wellenleiter, die auf dem Prinzip der Totalreflexion von Licht beruhen, hervorgerufen durch eine Brechzahlerhöhung im wellenleitenden Bereich bezogen auf das umgebende Medium.

Verbindungsaufspalter für eine Bandbreite kleiner 95 nm (Angabe gilt für sichtbares Licht) sind bekannt. Die Vereinigung von bekannten Wellenleitern erfolgt nach dem an sich bekannten Prinzip der Zweimoden-Interferenz durch:

- Nutzung eines Y-Verzweigers
- Nutzung eines integriert-optischen Schalt- oder Verteilerelements, wie X-Koppler, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler oder BOA (siehe W. Karthe, R. Müller, Integrierte Optik, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig Ki-G., Leipzig, 1991 und A. Neyer: "Integriert-Optische Komponenten für die Optische Nachrichtentechnik", Habilitationsschrift Univ. Dortmund 1990).

Die Effizienz der Verbindungsaufspaltung - bei gleichzeitiger Forderung nach effizienter Modulierbarkeit und/oder Schaltbarkeit - ist von der Einmodigkeit der Streifen-Wellenleiter, die die Ein- und Ausgänge des Verbindungsaufspalters bilden, abhängig. Falls diese Forderung nicht besteht, werden konventionelle vielmodige Streifenwellenleiter mit mehr als etwa 50 Moden zur effizienten Verbindungsaufspaltung verwendet.

Einmodigkeit ist bei bekannten Streifen-Wellenleitern für Wellenlängenbereiche mit einer Bandbreite größer etwa 130 nm (Angabe gilt für sichtbares Licht) nicht gegeben.

Verschiedene Wellenlängen des Lichts erfordern verschiedene Werte der charakteristischen Wellenleiterparameter, wie Brechzahl des Substrates, Brechzahl des Superstrates, Brechzahl oder ein- oder zweidimensionales Brechzahlprofil des Streifen-Wellenleiters, Querschnittsform (zum Beispiel Breite und Tiefe) und Lage des Streifen-Wellenleiters in oder auf dem Substrat. Dies erfordert im allgemeinen die Verwendung verschiedener Streifen-Wellenleiter für verschiedene Wellenlängen des geführten Lichts.

Im Falle der Verbindungsaufspaltung auf Grundlage bekannter Streifen-Wellenleiter, z. B. des Titan-eindiffundierten Streifen-Wellenleiters in LiNbO₃ (Fig. 20), verringert sich der nutzbare Wellenlängenbereich gegenüber dem des zugehörigen einmodigen Streifen-Wellenleiters um etwa 35 nm, da in Verbindungsaufspaltern auf der Basis der Zweimodeninterferenz, wie Y-Verzweiger, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler, X-Koppler oder BOA, das Anschwingen des dritten Modus in lateraler Richtung im Verbindungs- bzw. Aufspaltungsbereich vermieden werden muß. Dieses ist die Voraussetzung eines konstanten Lichtleistungsteilungsverhältnisses bei Aufspalterbetrieb im gesamten nutzbaren Wellenlängenbereich.

Zur effizienten Verbindungsaufspaltung von Licht eines Wellenlängenbereiches größer 95 nm ist also die Verwendung ein und desselben einmodigen Streifen-Wellenleiters notwendig, der alle Wellenlängen mit einer Bandbreite größer als etwa 130 nm (Angabe gilt für sichtbares Licht), technisch gesehen, effektiv überträgt.

Übertragung mit technisch ausreichender Effektivität heißt, daß der effektive Brechungsindex N_eff des im Streifen-Wellenleiter geführten Modus wenigstens 5×10^-5 über dem Brechungsindex des umgebenden Materials n_s liegen muß. Das ist eine notwendige Voraussetzung, damit niedrige Werte der Wellenleiterdämpfung im Bereich von 1dB/cm erreicht werden können. Technisch effektiv bedeutet weiterhin daß sich im gesamten einmodig führbaren Wellenlängenbereich die Wellenleiterdämpfung und die Effizienz einer Kopplung zwischen dem Streifen- Wellenleiter und einer Einmoden-Lichtleitfaser um nicht mehr als etwa 30% ändern sollen, da in der Regel Licht mit Hilfe von Einmoden-Lichtleitfasern in den Streifen- Wellenleiter eingekoppelt wird.

Mit den herkömmlichen Streifen-Wellenleitern ist es nicht möglich, z. B. rotes und blaues Licht in ein und demselben Streifen-Wellenleiter einmodig mit technisch ausreichender Effektivität zu führen.

Es ist bisher keine Anordnung bekannt, um Licht verschiedener Wellenlängen mit einer Bandbreite von größer etwa 95 nm (Angabe gilt für sichtbares Licht) in ein und derselben Wellenleiterstruktur sowohl einmodig zu führen, als auch bei Bedarf effizient getrennt oder zusammen zu modulieren, abzulenken, zu schalten und räumlich zusammenzuführen bzw. aufzuspalten.

Hierzu sind Anforderungen zu erfüllen, die in dieser Form zusammen mit bekannten Modulationsmechanismen, wie z. B. unter Ausnutzung des elektrooptischen Effekts, noch nicht realisiert wurden.

Bekannt ist nach der DE 43 27 103 A1 ein interferometrisch abstimmbares optisches Filter. Das optische Filter spaltet ein Eingangssignal in mehrere Wellenleiterzweige auf. In jedem Zweig werden die Amplitude und die Phase des Signals individuell gesteuert. Die Signale werden dann wieder in einem Wellenleiter rekombiniert. Das Filterelement dient als Demultiplexer für Wellenlängenmultiplexbetrieb in der Nachrichtentechnik bei Wellenlängen zwischen 800 nm und 1,6 µm mit vergleichsweise geringer Bandbreite.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lichtstrahlung eines breiten Wellenlängenspektrums oder mehrerer diskreter Wellenlängen mit einem großen Wellenlängenabstand räumlich zusammenzuführen oder aufzuspalten und im Bedarfsfall vor dem Zusammenführen oder beim Zusammenführen oder nach dem Zusammenführen zu modulieren, abzulenken und/oder zu schalten. Die Strahlung soll Licht mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche beinhalten, insbesondere alle Wellenlängen oder bestimmte Wellenlängenbereiche einer Bandbreite Δλ< 95 nm aus dem Spektrum des sichtbaren Lichts. Das bedeutet, daß Breitband-Streifen- Wellenleiter notwendig sind, die einen einmodig führbaren Wellenlängenbereich von mindestens 130 nm (Angabe gilt für sichtbares Licht) aufweisen.

Für den Verbindungsaufspalter sollen an sich bekannte Anwendungsgebiete so erschlossen werden, daß ein vergleichsweise einfacher Aufbau optischer Anordnungen möglich ist. Es soll die Möglichkeit geschaffen werden, integriert-optische Bauelemente herzustellen, die in der Lage sind, über einen breiten Wellenlängenbereich Licht einmodig zu übertragen, zu modulieren und/oder verbindungsaufzuspalten (räumlich aufzuspalten oder zu vereinigen).

Das Problem wird erfindungsgemäß durch einem Verbindungsaufspalter aus Streifen- Wellenleitern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 oder des Anspruchs 3 gelöst.

Die Ansprüche 4 und 5 charakterisieren optische Eigenschaften des Verbindungsaufspalters gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2. Die Unteransprüche 6 bis 19 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Hauptansprüche.

Verwendungen des Breitband-Verbindungsaufspalters erfolgen erfindungsgemäß nach den Merkmalen der Ansprüche 20, 21, 22, 26, 33 oder 34.

Die Unteransprüche 23 bis 25 sind Ausgestaltungen des Hauptanspruchs 22. Die Unteransprüche 27 bis 32 sind Ausgestaltungen des Hauptanspruchs 26. Der Unteranspruch 35 ist eine Ausgestaltung des Hauptanspruchs 34.

Gemäß der Erfindung werden mindestens zwei einmodige integriert-optische Breitband-Streifen-Wellenleiter (nachfolgend EOBSW genannt) so zusammengeführt, daß ein dritter EOBSW das räumlich zusammengeführte Licht weiterleitet. Der einzelne EOBSW ist gemäß dem Hauptpatent "Streifen-Wellenleiter und Verwendungen" aufgebaut.

Die Strahlung soll Licht mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche beinhalten, insbesondere alle Wellenlängen oder bestimmte Wellenlängenbereiche einer Bandbreite Δλ< 95 nm aus dem Spektrum des sichtbaren Lichts.

Vorzugsweise ist es möglich, blaues und rotes Licht mit, technisch gesehen, gleicher Effektivität verbindungsaufzuspalten.

Bei einer im Breitband-Verbindungsaufspalter übertragbaren Bandbreite der Strahlung, die dem Wellenlängenspektrum des sichtbaren Lichts entspricht, liegt ein Weißlicht- Verbindungsaufspalter vor.

Die Vereinigung der EOBSW erfolgt nach dem Prinzip der Zweimoden-lnterferenz durch eine entsprechende Dimensionierung der in der Koppelstelle räumlich zusammengeführten EOBSW in Form der:

- Nutzung eines Y-Verzweigers (Anspruch 1),
- Nutzung eines integriert-optischen Schalt- oder Verteilerelements, wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA (Anspruch 2) (W. Karthe, R. Müller, Integrierte Optik, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig k.-G., Leipzig, 1991).

Eine Vereinigung kann auch durch integriert-optische bzw. mikrooptische Reflektoren (Spiegel, Gitter, Prismen) erfolgen (Anspruch 3).

Im Bedarfsfall kann die Koppelstelle aktiv beeinflußt werden. Dazu ist die Koppelstelle als steuerbare Einheit zur Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung ausgebildet. Der Breitband-Verbindungsaufspalter beinhaltet bei Bedarf eine Modulationsvorrichtung zur Umwandlung eines zweckmäßigen, im allgemeinen elektrischen Eingangssignals in ein optisches Amplituden- oder Intensitätssignal, welche eine separate aktive Steuerung des Lichts zweier oder mehrerer Lichtquellen bzw. Wellenlängen bis zu sehr hohen Steuerfrequenzen (nach dem heutigen Stand der Technik bis in den GHz-Bereich) zuläßt.

Die Amplituden- bzw. Intensitätsmodulation des Lichts erfolgt nach einem der folgenden Prinzipien:

- elektrooptische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- akustooptische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- thermooptische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- magnetooptische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- opto-optische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- photothermische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien in Verbindung mit einer integriert optischen Interferometerstruktur,
- elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische oder photothermische cut-off-Modulation,
- cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- steuerbare Wellenleiterverstärkung,
- steuerbare Polarisationsdrehung in Verbindung mit einem polarisierenden Bauelement oder polarisierenden Wellenleiter,
- Wellenleiter-Modenwandlung,
- Elektroabsorptionsmodulation,
- Modulation unter Nutzung eines integriert-optischen Schalt- oder Verteilerelements, wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA,
- Modulation der Lichtquelle selbst oder
- Modulation durch Änderung der Koppeleffektivität Lichtquelle-Wellenleiter.

In der Koppelstelle erfolgt im passiven Fall eine räumliche Zusammenführung von Lichtanteilen und/oder eine Strahlablenkung und im aktiven Fall zusätzlich eine Modulation oder ein Schalten der Lichtanteile.

Der Breitband-Verbindungsaufspalter kann vorteilhaft so betrieben werden, daß Licht von Lichtquellen verschiedener Wellenlängen zeitlich nacheinander in den jeweiligen EOBSW eingekoppelt wird, in der Koppelstelle eine räumliche Zusammenführung der Lichtanteile erfolgt und im gemeinsamen EOBSW die zeitlich aufeinanderfolgenden Lichtanteile moduliert werden (Zeitmultiplexbetrieb).

Als Substratmaterialien kommen alle Materialien in Frage, in denen sich EOBSW mit oben genannten Anforderungen herstellen lassen und die eine Möglichkeit der Wandlung eines modulierten Eingangssignals in ein moduliertes optisches Amplituden bzw. Intensitätssignal aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters in Anordnungen, die eine gleichzeitige Führung von Licht mehrerer Wellenlängen innerhalb eines nutzbaren Wellenlängenbereiches von einigen 100 nm in einem EOBSW erfordern und bei denen eine Steuerungsmöglichkeit der Lichtamplitude oder der Intensität erforderlich ist; zum Zwecke der Farbmischung, der Meßtechnik, der Sensorik, der Photometrie und der Spektroskopie; z. B. unter Ausnutzung interferometrischer Verfahren, wodurch die Grundlage für eine neue multifunktionale mikrosystemtechnische Bauelementefamilie gegeben ist.

Die Anwendung von EOBSW in Verbindung mit den Modulationsmechanismen legt die Grundlage für neue integriert-optische Detektions- und Spektroskopieverfahren, z. B. auf interferometrischem Wege mit der Möglichkeit der gleichzeitigen oder aufeinanderfolgenden Verwendung mehrerer Wellenlängen aus einem breiten Wellenlängenbereich in einem EOBSW, wobei die Anwendung nicht auf den sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung beschränkt ist.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in der Möglichkeit, Geräte und zum Beispiel elektrooptische Module herzustellen, die mit Massenproduktionsverfahren herstellbar und in ihren Abmessungen miniaturisierbar sind.

Mit Hilfe der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, Lichtquellen, Verbindungsaufspaltung und/oder Verbindungszusammenführung, Ansteuerung und Detektion auf einem Träger zu integrieren.

Bei Analysemeßgeräten reichen kleinste Probenmengen zur Analyse aus. Die integriert-optische Realisierung der Meßanordnungen begünstigt bei Analysemeßgeräten einen miniaturisierten Aufbau.

Es können kleinste Probenmengen bei hoher Meßgenauigkeit verwendet werden, da das Meßfenster nur wenig breiter als der EOBSW sein muß und die Länge des Meßfensters im Millimeterbereich liegen kann.

Mit Hilfe der Meßanordnungen ist die Messung aller das Verhalten des geführten Lichts oder das Verhaltens des Wellenleiters selbst beeinflussender physikalischer, biologischer und chemischer Größen von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern möglich, beispielsweise als Änderung von Absorption, Brechzahl oder Streuung im EOBSW.

Dabei ist bei einer vorgegebenen Meßanordnung, die einen Breitband- Verbindungsaufspalter enthält, die freie Auswahl von Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen aus einem breiten Wellenlängenspektrum möglich.

Der erfindungsgemäße Breitband-Verbindungsaufspalter bietet folgende Vorteile:

- einmodige breitbandige Übertragung von Licht;
- im technischen Sinne effektive Modulierbarkeit und/oder Schaltbarkeit des Lichts bis in den GHz-Bereich (nach dem derzeitigen Stand der Technik);
- je nach Erfordernis ist die Auswahl einer wellenlängenabhängigen Modulationsanordnung oder einer wellenlängenunabhängigen Modulationsanordnung (z. B. Elektroabsorptionsmodulation, Modulation der Lichtquelle, Graukeil) möglich;
- niedrige elektrooptische Modulationsspannungen (einige Volt), im Vergleich zur volumenoptischen Pockels- oder Kerr-Zelle (einige 100 Volt), damit gute Kombinationsmöglichkeiten mit Verfahren, Strukturen und Bauelementen der Mikroelektronik;
- bei Einsatz von KTiOPO₄ (KTP) als Substratmaterial sind hohe optische Leistungsdichten ohne störende Phasenänderungen im EOBSW führbar (hohe Beständigkeit des Materials gegen lichtinduzierte Brechungsindexänderung).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipielle Anordnungen des Breitband-Verbindungsaufspalters

Fig. 2 Breitband-Verbindungsaufspalter mit Modulationseinrichtungen

Fig. 3 Breitband-Verbindungsaufspalter mit Mach-Zehnder-Interferometer- Modulatoren

Fig. 4 Breitband-Verbindungsaufspalter aus Parallelstreifenkopplern mit steuerbaren Lichtquellen

Fig. 5 Ausführungsformen des Breitband-Verbindungsaufspalters

Fig. 6 Breitband-Verbindungsaufspalter mit steuerbaren Einheiten zur Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung als 2×1-Matrix

Fig. 7 Breitband-Verbindungsaufspalter mit passiven Einheiten zur Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung und Modulatoren als 3×1-Matrix

Fig. 8 Breitband-Verbindungsaufspalter mit steuerbaren Einheiten zur Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung als m×n-Matrix

Fig. 9 Photometer-Anordnung mit separater Meßküvette

Fig. 10 Photometer-Anordnung mit Meßfenster

Fig. 11 Breitband-Verbindungsaufspalter für Zeitmultiplex-Betrieb

Fig. 12 Breitband-Verbindungsaufspalter mit Phasenmodulatoren in den Eingangszweigen

Fig. 13 Wellenlängensensor

Fig. 14 Wellenlängenselektiver Amplitudenmodulator

Fig. 15 Brechzahlsensor

Fig. 16 Breitband-Verbindungsaufspalter mit Frequenzumsetzern zur räumlichen Zusammenführung von Lichtanteilen

Fig. 17 Breitband-Verbindungsaufspalter zur Erzeugung von Lichtanteilen verschiedener Wellenlängen aus Licht einer Wellenlänge

Fig. 18 Sensor zur Messung von Längen- und Brechzahländerungen

Fig. 19 Darstellung der Struktur und des Brechzahlverlaufes in einem Ti:LiNbO₃- Streifen-Wellenleiter

Fig. 20 Bandbreite des Ti:LiNbO₃-Verbindungsaufspalters

Fig. 21 Darstellung der Struktur und des Brechzahlverlaufes in einem Rb:KTP- EOBSW

Fig. 22 Bandbreite des Rb: KTP-Verbindungsaufspalters

Fig. 23 Allgemeine Darstellung des technisch relevanten Wellenlängenbereichs für die effiziente Verbindungsaufspaltung.

Fig. 1 zeigt in ein Substratmaterial 1 eingebrachte einmodige integriert-optische Breitband-Streifen-Wellenleiter (nachfolgend EOBSW genannt) 2, 3 und 5. Die EOBSW 2 und 3 haben je einen Eingang E₁ und E₂. An ihren Ausgängen A₁ und A₂ sind sie in einer Koppelstelle 6 zusammengeführt und werden als vereinigter EOBSW 5 bis zu einem gemeinsamen Ausgang A_M geführt.

Gemäß Fig. 1a ist die Koppelstelle in der Y-Form gestaltet. Die Y-Form ist nicht zwingend. Es sind auch Einrichtungen zur Zweimodeninterferenz, wie Parallelstreifenkoppler gemäß Fig. 1b, Richtkoppler, BOA oder X-Koppler gemäß Fig. 1c, realisierbar.

Im Bedarfsfall kann die Koppelstelle 6 aktiv beeinflußt werden. Dazu ist die Koppelstelle 6 als eine steuerbare Einheit zur Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung 7 ausgebildet. Alle Streifen der EOBSW 2, 3 und 5 sind gleichartig und führen Licht über einen großen Wellenlängenbereich, größer als etwa 130 nm (Angabe gilt für sichtbares Licht), einmodig, um Licht mit einem Wellenlängenbereich größer als etwa 95 nm verbindungsaufspalten zu können.

Der erste EOBSW 2 wird an seinem Eingang E₁ mit Licht der Wellenlänge λ₁ oder des Wellenlängenbereichs Δλ₁ beaufschlagt. Der zweite EOBSW 3 wird an seinem Eingang E₂ mit Licht der Wellenlänge λ₂ oder des Wellenlängenbereichs Δλ₂ beaufschlagt. Am gemeinsamen Ausgang A_M des EOBSW 5 steht räumlich zusammengeführtes Licht zur Verfügung, das als Mischsignal M bezeichnet wird. Der Breitband-Verbindungsaufspalter kann auch in der entgegengesetzten Richtung betrieben werden, um ein Lichtsignal in Lichtanteile aufzuspalten, die im Bedarfsfall einzeln steuerbar sind.

Gemäß Fig. 1d erfolgt eine Vereinigung der EOBSW 2 und 3 durch integriert-optische Reflektoren R. Der EOBSW 2 wird über einen 90° Reflektor R₁ in den EOBSW 8 umgelenkt. An der Stelle, wo der EOBSW 3 und der EOBSW 8 aufeinandertreffen ist ein zweiter Reflektor R₂ angeordnet, der die Lichtanteile in den EOBSW 3 und 2 räumlich vereinigt (Koppelstelle 6) und im EOBSW 5 weiterleitet. Bei Bedarf können die Reflektoren R als steuerbare Reflektoren ausgebildet werden.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird Licht dreier Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge λ₁, λ₂ und λ₃, die als Spektrallampen ausgebildet sind, in je einen von drei EOBSW 2, 3 und 4 eingekoppelt, an den Koppelstellen 6 vereinigt und in dem EOBSW 8 bzw. dem EOBSW 5 räumlich zusammengeführt, weitergeleitet und am Ausgang A_M des EOBSW 5 als Mischsignal M zur Verfügung gestellt. Zur Steuerung der Lichtanteile in den einzelnen EOBSW ist das Licht jeder Lichtquelle selektiv modulierbar. Im Beispiel geschieht das durch die Signale S₁, S₂ und S₃, die steuerbaren Amplituden- bzw. Intensitätsmodulatoren AM₁, AM₂ und AM₃ zugeführt werden. Die steuerbaren Amplitudenmodulatoren bzw. Intensitätsmodulatoren AM₁, AM₂ und AM₃ sind an den einzelnen EOBSW 2, 3 und 4 angeordnet. In Abhängigkeit von den Steuersignalen entsteht aus den modulierten Intensitäten der einzelnen Wellenlängen ein Mischsignal M aus den sich räumlich überlagernden Lichtanteilen, deren jeweilige Intensität mittels der Amplitudenmodulatoren der Einzelwellenlängen einstellbar ist. Das Mischsignal M ist im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts als subjektiver Farbeindruck wahrnehmbar.

Durch die Möglichkeit der elektrooptischen Modulation bis in den GHz-Bereich (heutiger Stand der Technik) kann die Anordnung zur Erzeugung schnell veränderlicher Lichtintensitäten und durch die räumliche Zusammenführung von Licht zur schnell veränderlichen physiologischen Mischung von Farben im menschlichen Auge genutzt werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Breitband-Verbindungsaufspalters in einem KTiOPO₄ (KTP)-Substrat 1 mit Amplitudenmodulatoren bzw. Intensitätsmodulatoren, die als Mach-Zehnder-Interferometer-Modulatoren MZI₁, MZI₂ und MZI₃ ausgebildet sind.

Durch Anlegen von Steuerspannungen U₁, U₂ und U₃ an die Elektroden wird über den linearen elektrooptischen Effekt in dem elektrooptisch aktiven Material die Ausbreitungskonstante des Lichts in den beiden Zweigen eines Mach-Zehnder- Interferometers unterschiedlich geändert. An der Stelle der Zusammenführung im Mach-Zehnder-Interferometer kommt es zur konstruktiven oder destruktiven Interferenz je nach Phasenlage der Lichtanteile. Mit den Steuerspannungen wird also die Amplitude der Lichtanteile in den EOBSW 2, 3 und 4 geregelt (siehe auch Fig. 14).

Gemäß Fig. 4 besteht eine weitere Möglichkeit der Amplituden- bzw. Intensitätsmodulation in der Modulation der Lichtquellen L₁, L₂ und L₃ selbst, die mittels der Steuersignale S₁, S₂ und S₃, z. B. bei Laserdioden über den Diodenstrom, erfolgt. An den EOBSW sind weitere Amplitudenmodulatoren dann nicht zwingend notwendig. Der Breitband-Verbindungsaufspalter hat Koppelstellen 6, die hier als Parallelstreifenkoppler ausgebildet sind.

Fig. 5 stellt Breitband-Verbindungsaufspalter dar, deren Koppelstellen 6 oder 6′ mehr als zweifach aufspalten oder mehr als 2-fach zusammenführen. Die in den vorstehenden Figuren beschriebenen Lösungen sind auch auf Breitband- Verbindungsaufspalter anwendbar, deren Koppelstellen mehr als 2 Eingänge oder Ausgänge haben. Das Licht wird in Aufspaltungsrichtung nicht notwendigerweise zu gleichen Lichtanteilen aufgespalten.

Fig. 5a und Fig. 5b zeigen einen Breitband-Verbindungsaufspalter, bei dem in der Koppelstelle 6′ in Form eines Y-Aufspalters drei EOBSW 2′, 3′ und 4′ aufgespalten bzw. in der Koppelstelle 6 in Form eines Y-Aufspalters drei EOBSW 2, 3, 4, zusammengeführt werden.

Fig. 5c und Fig. 5d zeigen einen 3-fach-Breitband-Verbindungsaufspalter, dessen Koppelstelle mit Parallelstreifenkopplern aufgebaut ist, im Aufspalter- bzw. Verbinderbetrieb.

Fig. 5e und Fig. 5f zeigen einen 3-fach-Breitband-Verbindungsaufspalter, dessen Koppelstelle mit integriert-optischen Reflektoren aufgebaut ist, im Aufspalter- bzw. Verbinderbetrieb.

Prinzipiell ist es möglich, eine beliebige Zahl Wellenleiter in einer Koppelstelle 6 zu vereinigen oder aufzuspalten (Fig. 5g und Fig. 5h). Grenzen werden durch die technologische Beherrschbarkeit der Herstellungsprozesse und die konstruktive Ausbildung der Koppelstelle gesetzt. Im Aufspalterbetrieb des Breitband- Verbindungsaufspalters wird das Licht der Wellenlänge λ_O oder des Wellenlängenbereichs Δλ in jeden EOBSW aufgeteilt. In jedem EOBSW liegt kohärentes Licht vor, vorausgesetzt, das eingestrahlte Licht ist kohärent. Im Verbinderbetrieb werden die Lichtanteile gleicher oder unterschiedlicher Wellenlänge räumlich zusammengeführt. Dabei beeinflussen sich die Lichtanteile gegenseitig nicht.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen weitere integriert-optische Realisierungsvarianten des Breitband-Verbindungsaufspalters, bei denen die Koppelstellen 6 durch Wellenleiterkreuzungen erzeugt sind.

Die Kreuzungsstellen verhalten sich, je nach Bedarf, als völlig passive Kreuzungsstellen oder sie sind Koppelstellen 6 zur räumlichen Zusammenführung von Lichtanteilen oder sie sind als steuerbare Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung 7, d. h. als Elemente, die Licht schalten, modulieren oder ablenken und räumlich zusammenführen können, ausgebildet. Die steuerbaren Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung 7 arbeiten auf der Grundlage der Zweimodeninterferenz als X-Koppler, Richtkoppler oder BOA.

Fig. 6 zeigt die Kreuzung von zwei EOBSW 2 und 3 mit einem weiteren EOBSW 5 als 2×1-Matrix. Die Kreuzungen (Koppelstellen 6) sind als steuerbare Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung 7′ und 7′′ aufgebaut. Licht zweier Wellenlängen λ₁ und λ₂ wird in je einen der EOBSW 2 und 3 eingekoppelt. Die aktiven Koppelstellen wirken als selektive Lichttore, die das Licht im gemeinsamen EOBSW 5 in Richtung des Mischsignals M vollständig unbeeinflußt passieren lassen, jedoch die Lichtanteile λ₁ und λ₂ in den EOBSW 2 und 3 in Abhängigkeit von den angelegten Steuersignalen S₁ und S₂ elektrooptisch unterschiedlich intensiv in die Richtung des gemeinsamen EOBSW 5 um lenken, wobei die Lichtanteile im EOBSW 5 räumlich zusammengeführt werden und als Mischsignal M am Ausgang A_M zur Verfügung stehen. Die nicht vollständig umgelenkten Lichtanteile werden in den EOBSW 2 und 3 zu Blindausgängen B fortgeführt.

Jede steuerbare Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung 7′ und 7′′ ist so dimensioniert, daß sie für die jeweils ausgewählte Wellenlänge λ₁ oder λ₂ als Modulator wirkt und gleichzeitig den Lichtanteil ablenkt und räumlich mit dem anderen Lichtanteil vereinigt.

Die jeweils andere Wellenlänge wird von dem Modulator nicht oder nur gering beeinflußt.

Bei einer noch verbleibenden gegenseitigen Beeinflussung der steuerbaren Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung 7′ und 7′′ wird der Grad der gegenseitigen Beeinflussung durch eine aktive Regelung der Steuersignale und/oder der Lichtquellen ausgeglichen.

Diese Anordnung läßt sich vorteilhaft zeitmultiplex betreiben, so daß die Probleme bei der Entkopplung der steuerbaren Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung 7′ und 7′′ entfallen. Infolge der möglichen sehr hohen Ansteuerfrequenz ist das problemlos realisierbar.

Weiterhin ist ein dritter Lichtanteil mit der Wellenlänge λ₃ in einen Eingang E₃ des EOBSW 5 einkoppelbar. Dieser Lichtanteil ist mit den Lichtanteilen, die in den EOBSW 2 und 3 geführt werden, räumlich vereinigbar.

Fig. 7 zeigt eine weitere integriert-optische Realisierungsvariante des Breitband- Verbindungsaufspalters als 3×1 -Matrix. Die EOBSW 2, 3 und 4 kreuzen einen weiteren EOBSW 5. Die Kreuzungen sind passive Koppelstellen 6, die Lichtanteile im EOSBW 5 räumlich zusammenführen. Modulatoren AM₁, AM₂, und AM₃ sind an jedem der EOBSW 2, 3 und 4 angeordnet, um die Lichtanteile zu modulieren. Licht dreier Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ wird in je einen der EOBSW 2, 3 und 4 eingekoppelt. Die Koppelstellen 6 wirken als Lichtstrahlvereiniger und Lichtablenker. Das räumlich zusammengeführte Licht wird aus dem EOBSW 5 als Mischsignal M ausgekoppelt. An den EOBSW 2, 3 und 4 sind elektrooptische Modulatoren AM₁, AM₂ und AM₃ angeordnet, welche die Lichtanteile der Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ in Abhängigkeit von den angelegten Steuersignalen S₁, S₂ und S₃ unterschiedlich stark passieren lassen.

Weiterhin ist auch hier ein Lichtanteil mit der Wellenlänge λ₄ in einen Eingang E₄ des EOBSW 5 einkoppelbar. Dieser Lichtanteil ist mit den Lichtanteilen, die in den EOBSW 2, 3 und 4 geführt werden, räumlich vereinigbar.

Für den Fall der Verwendung von drei Lichtanteilen kann alternativ auf einen der EOBSW 2, 3, oder 4 mit den zugehörigen Modulatoren und Koppelstellen verzichtet werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere integriert-optische Realisierungsvariante des Breitband- Verbindungsaufspalters als 3×4-Matrix. Die Kreuzungen sind entweder Stellen, die Licht in den EOBSW völlig unbeeinflußt übertragen (passive Kreuzungsstelle) oder passive Koppelstellen 6 oder steuerbare Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung 7.

Licht dreier Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ wird in je einen der EOBSW 2, 3 und 4 eingekoppelt. Die EOBSW 2, 3 und 4 kreuzen die vier EOBSW 8′, 8′′, 8′′′ und 5. Zur Erläuterung der Funktion sind die Kreuzungspunkte in Form einer Matrix dargestellt. In den Kreuzungspunkten, die durch die Spalten-Zeilen 2-8′, 3-8′′ und 4- 8′′′ bestimmt sind, sind aktiv steuerbare Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung 7 angeordnet. Diese Einheiten dienen der Modulation der drei Lichtanteile.

In den Spalten-Zeilen 2-5, 3-5 und 4-5 sind passive Koppelstellen 6, die Lichtanteile räumlich vereinigen und/oder ablenken, angeordnet. Die Koppelstellen 6 werden hier nicht angesteuert. Sie dienen der räumlichen Zusammenführung der Lichtanteile zum Mischsignal M im gemeinsamen EOBSW 5. Die nicht benötigten Lichtanteile werden in die Blindausgänge B der EOBSW 2, 3, 4, 8′, 8′′ und 8′′′ geleitet.

Weiterhin sind auch hier weitere Lichtanteile in die Eingänge E₄, E₅ und E₆ der EOBSW 8′, 8′′ und 8′′′ einkoppelbar und steuerbar. Diese Lichtanteile sind mit den Lichtanteilen, die in den EOBSW 2, 3 und 4 geführt werden, räumlich vereinigbar.

Die Fig. 9 und 10 zeigen Anordnungen zur Bestimmung der Konzentration eines bestimmten Stoffes durch eine photometrische Messung. Die integriert-optische Realisierung der Meßanordnung ermöglicht eine Miniaturisierung der Probenmenge.

In Fig. 9 wird die Absorption eines in einer separaten Meßküvette 14 befindlichen Meßmediums 16 (Flüssigkeiten oder Gase) mit einem Photoempfänger 12 bestimmt. Bei Messungen in Reflexion (nicht dargestellt) kann das Meßmedium auch ein fester Körper sein.

Licht dreier verschiedener Wellenlängen wird in jeweils einen EOBSW 2, 3 und 4 eingekoppelt, räumlich zusammengeführt und durchstrahlt dann zwischen dem Ausgang A_M des gemeinsamen EOBSW 5 und dem Photoempfänger 12 eine Meßküvette 14, in der sich eine Meßflüssigkeit 16 befindet. Vorteilhafterweise ist zwischen der Meßküvette 14 und dem Wellenleiterausgang A_M zur Lichtauskopplung und Strahlformung eine Sammellinse (Auskoppelanordnung 11) angeordnet.

Die Messung kann nach einem der nachfolgend beschriebenen Verfahren durchgeführt werden:

a) Es erfolgt eine zeitmultiplexe Auskopplung der einzelnen Lichtanteile am Wellenleiterausgang A_M. Es erfolgt eine direkte Messung (ohne Filter) der Absorption der jeweiligen Wellenlänge.
Mit Hilfe der Modulatoren AM₁, AM₂ und AM₃ in jedem EOBSW 2, 3 und 4 können durch die Steuersignale S₁, S₂ und S₃ die Lichtanteile geschalten werden oder es erfolgt ein Schalten der Lichtquellen selbst.
Bei einer Messung der Fluoreszenz befinden sich jedoch vorteilhafterweise Filter Fi zwischen der Meßküvette 14 und dem Photoempfänger 12, um Anregungslicht und Meßlicht zu trennen.
b) Es erfolgt eine gleichzeitige Einkopplung aller Lichtanteile in die jeweiligen Eingänge der EOBSW und eine gleichzeitige Auskopplung der Lichtanteile am Ausgang des EOBSW A_M. Die Auswahl der Meßwellenlänge erfolgt durch Einschwenken eines Filters Fi zwischen Meßküvette 14 und Photoempfänger 12 (ohne Modulatoren).

Eine Amplitudenmodulation der Lichtanteile ist an sich bei allen Messungen vorteilhaft, da sich mit dynamischen Meßverfahren in der Regel höhere Meßgenauigkeiten erzielen lassen.

Die Zahl der verwendeten Wellenlängen ist nicht zwingend drei, sondern die Zahl kann je nach Verwendungszweck zwei oder mehr sein.

Gemäß Fig. 10 wird die absorbierende Wirkung von Meßmedien 16 (gasförmig, flüssig, fest) auf das evaneszente Feld der geführten Welle gemessen. Dazu enthält der gemeinsame EOBSW 5 ein Meßfenster 15.

Hierzu wird der abgedeckte gemeinsame EOBSW 5 mit einem definierten Meßfenster 15 versehen, auf das das Meßmedium 16 aufgebracht wird.

Die Lichtanteile λ₁, λ₂ und λ₃ werden durch die Amplitudenmodulatoren AM₁, AM₂ und AM₃ moduliert.

Durch die Absorption des Meßmediums selbst oder durch Änderung der Oberflächenstreuung kommt es zur Änderung der Wellenleiterdämpfung, die sich in einer Änderung des Photostroms I_ph äußert. Diese Variante nutzt aus, daß bei geführten Wellen ein Teil der elektrischen bzw. magnetischen Feldverteilung außerhalb des EOBSW selbst geführt wird (evaneszentes Feld). Diese Feldanteile sind also von außerhalb des EOBSW erreichbar. Wenn sich auf dem EOBSW ein absorbierendes Medium befindet, wird also das evaneszente Feld selbst, je nach Absorption, gedämpft oder die Oberflächenstreuung des EOBSW durch das Aufliegen eines nicht unbedingt absorbierenden Mediums verändert.

Beides hat zur Folge, daß sich die Wellenleiterdämpfung ändert, was mit dem Photoempfänger 12 meßbar ist. Die Oberfläche des Substrates, die mit dem Meßmedium in Berührung kommt, wird mit Ausnahme des Meßfensters 15 mit einer Pufferschicht (z. B. SiO₂) abgedeckt, damit das evaneszente Feld nur im Bereich des Meßfensters zugänglich ist. Außerdem wird so eine genau definierte Meßlänge (da die Gesamtabsorption von der Länge des Meßfensters abhängig ist) festgelegt.

Mit Hilfe der Meßanordnung sind die Messung von z. B. Absorption, Brechzahl oder Streuung die Bestimmung des Einflusses von physikalischen, biologischen und chemischen Größen von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern möglich, die eine Änderung im Verhalten des geführten Lichts oder des Wellenleiters selbst bewirken.

Eine weitere Realisierungsvariante besteht in der Beschichtung des Meßfensters 15 mit einer auf physikalische, chemische oder biologische äußere Einflüsse reagierende Substanz, die bei Einwirken eines äußeren Einflusses das Verhalten des geführten Lichts oder des EOBSW selbst beeinflußt.

Die integriert-optische Realisierung der Meßanordnung begünstigt einen miniaturisierten Aufbau. Es werden kleinste Probenmengen verwendet, da das Meßfenster nur wenig breiter als der Wellenleiter sein muß und die Länge im Millimeterbereich liegen kann.

Fig. 11 zeigt einen Breitband-Verbindungsaufspalter, der zeitmultiplex betrieben wird. An den Eingängen E₁ und E₂ liegen wechselseitig Signale konstanter Amplitude an und werden nach der räumlichen Vereinigung der Lichtanteile entsprechend des an dem Amplitudenmodulators AM₁ anliegenden Signales S in ihrer Amplitude moduliert. Diagramm a) zeigt den Amplitudenverlauf des zeitmultiplex anliegenden Signals der Wellenlängen λ₁ und λ₂.

Diagramm b) zeigt den Verlauf des Signals S zur Modulation der Lichtanteile.

Diagramm c) stellt den Verlauf der am Ausgang A_M zur Verfügung stehenden zusammengeführten Lichtanteile (Mischsignal M) dar.

Fig. 12 zeigt den erfindungsgemäßen Breitband-Verbindungsaufspalter, wobei mindestens ein EOBSW 2 und/oder 3 mit einer Elektrodenstruktur 10 zur Phasenmodulation versehen ist.

Die Elektroden 10 haben eine wirksame Elektrodenlänge L von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern und einen Elektrodenabstand d von einigen µm.

Die Möglichkeit der Modulierbarkeit des Lichts ist durch die Verwendung eines Substratmaterials erfüllt, das eine Möglichkeit zur Beeinflussung der Phase eines Eingangssignals zuläßt.

Im Beispiel wird als Substratmaterial KTP verwendet. Das Eingangssignal ist eine diskrete Wellenlänge λ oder ein Wellenlängenbereich Δλ.

Fig. 12a zeigt einen Breitband-Verbindungsaufspalter, dessen EOBSW 2 mit Elektroden 10 zur Phasenmodulation versehen ist.

Bei Beaufschlagung der Eingänge E₁ und E₂ mit der gleichen Wellenlänge λ₁ kommt es im Falle der Verwendung kohärenten Lichts in der Koppelstelle 6 je nach Phasenlage zur konstruktiven oder destruktiven Interferenz. Die wirksame Elektrodenlänge im Einzelwellenleiter 2 ist hier L.

Fig. 12b zeigt einen Breitband-Verbindungsaufspalter, dessen zwei EOBSW 2 und 3 jeweils mit Elektroden 10 zur Phasenmodulation versehen sind, die im Gegentakt arbeiten. Bei Beaufschlagung der Eingänge E₁ und E₂ mit der gleichen Wellenlänge λ₁ kommt es im Falle der Verwendung kohärenten Lichts in der Koppelstelle 6 je nach Phasenlage zur konstruktiven oder destruktiven Interferenz. Die wirksame Elektrodenlänge in jedem Einzelwellenleiter 2 bzw. 3 ist hier L/2. Bei Beaufschlagung der Eingang E₁ und E₂ mit λ₁ ist die gesamte wirksame Elektrodenlänge L, da im Beispiel die Elektroden L/2 lang sind, aber im Gegentakt arbeiten, wodurch sich die Längen addieren.

Die Phasenlage kann mit der Modulationsspannung U gesteuert werden. Durch die Verwendung von EOBSW ist die Funktion über ein breites Wellenlängenband sichergestellt.

Zur Bereitstellung des in der Koppelstelle 6 in Fig. 12a oder 12b erforderlichen interferenzfähigen Lichts kann ein Breitband-Verbindungsaufspalter in Aufspaltungsrichtung verwendet werden (Fig. 12c).

Licht einer Wellenlänge λ oder eines Wellenlängenbereichs Δλ wird einem Eingang E eines EOBSW 5′ zugeführt. Der EOBSW 5′ wird in der Koppelstelle 6′ in die EOBSW 2 und 3 aufgespalten. Jeder der EOBSW 2 und 3 führt dann interferenzfähiges Licht. Fig. 12c stellt somit einen Mach-Zehnder-Interferometer-Modulator aus EOBSW dar. Dieser Breitband-Modulator arbeitet wellenlängenselektiv.

Fig. 13 zeigt den Breitband-Verbindungsaufspalter aus Fig. 11c mit der Bereitstellung interferenzfähigen Lichts durch einen Breitband-Verbindungsaufspalter in Aufspaltungsrichtung. Es entsteht eine MZI-Struktur aus EOBSW, die aufgrund ihrer Breitbandigkeit als Wellenlängensensor verwendet wird.

Licht der zu bestimmenden Wellenlänge λ wird in den Eingang E des EOBSW 5′ eingekoppelt, an den sich die integriert-optische MZI-Struktur anschließt. Beide Zweige sind mit Phasenmodulatoren, die im Gegentakt arbeiten, versehen (Elektroden 10). Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit der Amplitudenmodulation des geführten Lichtanteils. Bei Änderung einer an die Elektroden 10 angelegten Spannung U ändert sich aufgrund des elektrooptischen Effektes die Phase des Lichts in den Interferometerzweigen und somit die Amplitude bzw. Intensität des ausgekoppelten Lichts am Ausgang A. Das modulierte Licht wird durch eine Meßeinrichtung 9 erfaßt.

Im Beispiel fällt das Licht auf einen Photoempfänger 12, mit dessen Hilfe die geführte Lichtleistung bestimmt wird. Die Meßeinrichtung besteht aus einer Auskoppelanordnung 11, die das modulierte Licht auf den Photoempfänger 12 bündelt.

Eine Anzeigeeinrichtung 13 zeigt die Lichtleistung, die mittels des Photoempfängers 12 gemessen wird, an.

Der Zusammenhang zwischen Modulationsspannung der Phase - im Falle eines elektrooptischen Modulators in Z-geschnittenem KTP, d. h. die Oberflächennormale des Substrats entspricht der kristallographischen Z-Achse, und TM-Licht, d. h. die Richtung des elektrischen Feldvektors des geführten linear polarisierten Lichts entspricht der kristallographischen Z-Achse - bestimmt sich durch:

U=-(ΔΦλd)/(πLn_z³r₃₃Γ) (1).

Einer Phasenverschiebung von π entspricht somit die Halbwellenspannung U_π gemäß
U_π=-(λd)/( Ln_z³r₃₃Γ) (2).

Legt man eine Rampenspannung (Fig. 13, linkes Diagramm) an die Elektroden, verändert sich der Photostrom entsprechend der geführte Leistung des Lichts am Modulatorausgang entsprechend (Fig. 13, rechtes Diagramm).

Hieraus läßt sich U_π (Spannung zwischen einem Minimum an geführter Leistung und einem benachbarten Maximum) bzw. ein Vielfaches von U_π bestimmen. Entsprechend (2) ist U_π von der Wellenlänge abhängig. Anhand einer bei Herstellung des Sensors bestimmten Kalibrierungskurve U_π = f(λ) läßt sich somit mittels der Messung der Halbwellenspannung die Wellenlänge des Lichts ermitteln.

Das Photoelement muß - hier im Zusammenhang mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Breitband-Verbindungsaufspalters - die Detektierbarkeit über den gesamten Wellenlängenbereich Δλ< 95 nm gewährleisten.

Die Lichtquelle darf kein breitbandiges Licht aussenden, denn die Linienbreite bestimmt mit die Auflösung der Meßanordnung, d. h., wenn die Auflösung voll ausgenutzt werden soll, muß die Linienbreite in oder unter der Größenordnung der Auflösung liegen.

Anstelle der Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur können auch integriert-optische Interferometerstrukturen, beispielsweise Michelson-Interferometer, verwendet werden.

Das Funktionsprinzip ist analog.

Fig. 14 zeigt ein breitbandiges optisches Filter, das aus einem Wellenlängenbereich Δλ_E einen Teil ausfiltert. Dies erfolgt aufgrund der Wellenlängenselektivität der im Beispiel verwendeten Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur. Der am Ausgang ausgekoppelte Wellenlängenbereich Δλ_A enthält den verbleibenden Teil des Wellenlängenbereichs Δλ_E ist der Wellenlängenbereich Δλ_E Weißlicht, entspricht der ausgekoppelte Wellenlängenbereich Δλ_A der Komplementärfarbe des ausgefilterten Lichtanteils.

Fig. 15 zeigt einen miniaturisierten Sensor zur Spektrale- Bestimmung von Brechzahlen, der breitbandig betreibbar ist. Licht verschiedener Wellenlängen wird mit Hilfe eines Breitband-Verbindungsaufspalters räumlich zusammengeführt und anschließend durch eine Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur geführt. Die Amplitude- bzw. Intensitätsmodulatoren AM_i dienen zur Auswahl der gewünschten Wellenlänge. Ein Arm des Mach-Zehnder-Interferometers MZI ist analog Fig. 10 mit einem Meßfenster 15 versehen, entsprechend dessen Länge ist der Betrag der Phasenverschiebung bei Aufbringen des Meßmediums bestimmt; der andere Zweig kann zur Erhöhung der Meßgenauigkeit und zur Richtungsbestimmung des Brechzahlunterschiedes zwischen dem Superstrat ohne bzw. mit Meßmediums 16 mit einem Phasenmodulator versehen werden.

Beim Aufbringen des Meßmediums 16 wird aufgrund der geänderten Brechzahl des Superstrates die Ausbreitungskonstante der geführten Welle geändert, das bewirkt eine Phasenänderung, die interferometrisch bestimmt werden kann. Das Interferometer wandelt die Phasenänderung in ein Amplitudensignal bzw. Intensitätssignal um. Aus den Brechzahlunterschieden kann auch auf Stoffe bzw. deren Konzentration geschlossen werden.

Die Anzahl der Eingänge ist durch die Anzahl der verschiedenen Wellenlängen fest angekoppelter Lichtquellen bestimmt. Bei Verwendung einer Lichtquelle, die Licht mehrerer Wellenlängen selektiv zur Verfügung stellen kann, ist nur ein Eingang nötig.

Fig. 16 und Fig. 17 zeigen Anordnungen mit EOBSW, die zur Erzeugung von Lichtanteilen verschiedener Wellenlängen und deren räumlicher Zusammenführung geeignet sind.

Falls als Lichtquellen Laserdioden verwendet werden müssen, ist die Bereitstellung des blauen und grünen Lichts zur Zeit noch nicht in dieser Form möglich. Zu diesem Zweck kann man das Prinzip der Erzeugung der zweiten Harmonischen anwenden, falls nichtlinear- optisch aktive Materialien verwendet werden (z. B. KTP). Zwischen Pumpwelle und zweiter Harmonischen muß Phasenanpassung erreicht werden. In KTP wird das Prinzip Quasi-Phase-Matching (QPM) verwendet.

Hierzu wird ein Stück des Wellenleiters segmentiert, um eine ferroelektrische Domänenumkehr zu bewirken. Auf diese Weise wird eine Phasenanpassung zwischen Pumplichtwelle und harmonischer Lichtwelle erreicht. Pumplicht genügender Leistung vermag dann Licht der halben Wellenlänge zu erzeugen, d. h. z. B. das Laserdiodenlicht der Wellenlänge 830 nm wird zu Licht der Wellenlänge 415 nm. Es lassen sich weitere höhere Harmonische erzeugen, z. B. Licht der Wellenlänge λ/4.

Eine weitere Variante zur Frequenzumsetzung ist die Summen- (Sum frequency generation (SFG)) bzw. Differenzfrequenzbildung. Beide Varianten lassen sich in KTP durchführen (z. B. M.L. Sundheimer, A. Villeneuve, G.I. Stegemann and J.D. Bierlein, "Simultaneous generation of red, green and blue light in a segmented KTP waveguide using a single source", Electronics letters, 9th June 1994, vol. 30, No. 12, pp. 975-976) Mittels beider Varianten kann z. B. infrarotes Licht in sichtbares Licht verschiedener diskreter Wellenlängen umgesetzt werden.

Gemäß Fig. 16 werden Elemente zur Frequenzumsetzung FU in je einen EOBSW 3 und 4 eingesetzt. Die Wellenlänge λ₂ wird zur Wellenlänge λ₄, die Wellenlänge λ₃ wird zur Wellenlänge λ₅ transformiert. Die Wellenlängen λ₁, λ₄ und λ₅ stehen am Mischsignalausgang A_M als räumlich zusammengeführtes Licht zur Verfügung.

Vom jeweiligen Verwendungszweck des Breitband-Verbindungsaufspalters hängt es ab, welche und wieviele EOBSW mit Elementen zur Frequenzumsetzung FU ausgerüstet werden.

Gemäß Fig. 17 gelangt Licht der Wellenlänge λX₀ in Breitband-Verbindungs aufspalter, die im Aufspalterbetrieb betrieben werden. Lichtanteile mit der Wellenlänge λ₀ gelangen in die EOBSW 2′, 3′ und 4′. In jedem der EOBSW 2′, 3′ und 4′ ist ein Element zur Frequenzumsetzung FU angeordnet.

Je ein Element zur Frequenzumsetzung FU erzeugt jeweils die Wellenlänge λ₁, λ₂ und λ₃. In Fig. 17a sind die Lichtanteile der Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ auskoppelbar. In Fig. 17b werden diese Lichtanteile in den folgenden Breitband- Verbindungsaufspaltern im Verbinderbetrieb räumlich zusammengeführt. Am Ausgang A_M steht räumlich zusammengeführtes Licht der Wellenlängen λ₁,λ₂ und λ₃ zur Verfügung.

Fig. 18 stellt integriert-optische Sensoren zur Messung von Längenänderungen und/oder Brechzahländerungen dar.

Die Sensoren werden mit einer integriert-optischen Michelson- Interferometer-Struktur realisiert, die EOBSW als Wellenleiter verwendet.

Die Fig. 18a verwendet zwei einzelne Y-Breitband-Verbindungsaufspalter. Die Fig. 18b verwendet einen Richtkoppler und die Fig. 18c verwendet einen X-Koppler oder einen BOA.

Das Funktionsprinzip des Sensors zur Messung von Längenänderungen ist in jedem der Beispiele gleich. Licht einer Wellenlänge λ₁ wird in den Eingang E des EOBSW 2′ eingekoppelt.

In der Koppelstelle 6′ (Fig. 18a) bzw. in der Koppelstelle 6 (Fig. 18b und 18c) wird das Licht in zwei Wellenleiterarme aufgeteilt und an den Detektornusgängen D₁ und D₂ ausgekoppelt. Dieses Licht wird mittels der Auskoppeloptik 11 auf zwei Spiegelgerichtet. Ein Spiegel Sp(f) ist ortsfest. Statt dieses Spiegels kann auch eine Wellenleiterendfläche verspiegelt werden oder ein integriert-optischer Reflektor im EOBSW vor dem Wellenleiterausgang angeordnet werden. Der zweite Spiegel Sp(b) ist am beweglichen Meßobjekt befestigt.

Die Lichtanteile werden mittels der Spiegel in die Wellenleiterausgänge D₁ und D₂ zurückreflektiert und werden auf ihrem zweiten Weg durch die Wellenleiterstruktur in der Koppelstelle 6′ (Fig. 18a), bzw. in der Koppelstelle 6 (Fig. 18b und 18c) zur Interferenz gebracht.

Das überlagerte Licht wird wieder aufgeteilt und ist am Ausgang A und am Eingang E auskoppelbar. Das aus dem Ausgang A auskoppelbare Licht wird auf einen Photoempfänger 12 gerichtet, in dem ein Photostrom I_ph erzeugt wird.

Wird nun die optische Weglänge im Auskoppelzweig zwischen D₂ und Sp(b) geändert, so ändert sich auch die Phasenlage zwischen den beiden reflektierten und wieder eingekoppelten Lichtanteilen und somit auch die Amplitude bzw. die Intensität des an dem Photoempfänger anliegenden Signals. Einer Positionsänderung von λ/2 des Spiegels Sp(b) in Strahlrichtung entspricht eine volle Durchmodulation des Photostromes I_ph.

Bei einer zusätzlichen, in den Fig. 18 a bis c vorgesehehen Verwendung eines Phasenmodulators in den Wellenleiterzweigen, der im Beispiel durch die an die EOBSW angelegten Elektrodenanordnung 10 realisiert ist, und/oder gleichzeitiger Einkopplung von Licht zweier Wellenlängen λ₁ und λ₂ im EOBSW 2′ und wellenlängenselektiver Messung wird eine Richtungserkennung der Phasenänderung ermöglicht.

Durch die Verwendung von EOBSW ist weiterhin eine Erhöhung des Auflösungsvermögens durch die Möglichkeit der Nutzung kürzerer Wellenlängen realisierbar. Bis jetzt ist kein Streifen-Wellenleiter bekannt, in dem Licht des Wellenlängenbereiches des blauen Lichts oder noch kürzerer Wellenlängen einmodig führbar und modulierbar ist.

Bei feststehendem Spiegel Sp(b) und Einbringen eines Meßmediums zwischen dem Spiegel Sp(b) und dem Detektorausgang D₂ liegt ein Sensor zur Bestimmung der Brechzahl des Meßmediums vor.

Die Charakteristika eines bekannten Titan-eindiffundierten Streifen-Wellenleiters und Verbindungsaufspalters in LiNbO₃ werden in der Fig. 19 und in der Fig. 20 veranschaulicht.

Demgegenüber werden die Charakteristika eines erfindungsgemäßen einmodigen integriert-optischen Breitband-Streifen-Wellenleiters (EOBSW) und Verbindungsaufspalters in Rubidium ↔ Kalium-ionenausgetauschten KTP in der Fig. 21 und in der Fig. 22 dargestellt.

In der Fig. 20 und in der Fig. 22 wurde die Darstellungsform des effektiven Brechungsindex als Funktion der Wellenlänge gewählt. Jedem Wellenleitermodus kann eine effektive Brechzahl N_eff zwischen n₂ und dem größeren Wert von n₁ bzw. n₃ zugeordnet werden. Der Wert von N_eff ist von der Wellenlänge, den Substrat- und Wellenleiterbrechzahlen bzw. -brechzahlprofilen und der Wel- lenleitergeometrie abhängig. Jeder Modus mit dem Index ik (i, k 0, ganzzahlig) wird somit im Diagramm mittels seiner effektiven Brechzahl als Linie N_ik dargestellt, wobei i die Ordnung der Tiefenmoden und k die Ordnung der Lateralmoden symbolisiert.

Ein Wellenleiter ist einmodig, wenn zu einer gegebenen Wellenlänge aus einem Wellenlängenbereich ein und nur ein effektiver Brechungsindex zuordenbar ist.

Für eine, technisch gesehen, ausreichende Führung des Lichts muß der effektive Brechungsindex des jeweiligen Modus mindestens 5 × 10^-5 über n₁ und/oder n₃ liegen. Die Bandbreite läßt sich somit direkt ablesen.

Die Fig. 19 und 20 erläutern zunächst die Verhältnisse am Beispiel eines Titan eindiffundierten Streifen-Wellenleiters.

Fig. 19 zeigt einen Streifen-Wellenleiter 17 in einem Substratmaterial 1. Zur Herstellung des herkömmlichen Streifen-Wellenleiters wird in Lithiumniobat (LiNbO₃) eine Titaneindiffusion durchgeführt (R. V. Schmidt, I.P. Kaminow, Appl. Phys. Lett. Vol. 25 (1974), No. 8, pp. 458-460). Dazu wird auf die Substratoberfläche ein Titanstreifen 18 aufgesputtert. Bei Temperaturen größer als 950°C diffundiert das Titan ein. In lateraler Richtung ist die Diffusionskonstante ca. doppelt so groß wie in Tiefenrichtung, deshalb verbreitert sich der Streifen stark. Das Brechzahlprofil erhält nach der Diffusionszeit t_d und bei der Ausgangsstreifenbreite w eine Form, die durch die nachfolgenden Formeln beschrieben wird.

Diese Streifen-Wellenleiter sind nicht in der Lage, Licht einer Bandbreite von mehreren 100 nm einmodig zu führen. Der Wellenleiter 17 ist als geometrisch wenig begrenzter Graben mit der Breite a und der Tiefe t ausgebildet.

Der Graben hat eine Brechzahlverteilung n_w = f(x, y), mit der Oberflächenbrechzahl n₂ = n_w (x′′′ = O, y′′′ = O), die gegenüber der Brechzahl n₁ des umgebenden Substratmaterials erhöht ist. Die Diagramme in Fig. 19 zeigen den qualitativen Verlauf der Brechzahl in x-Richtung und in y-Richtung. Typisch ist der stetige Übergang des Brechzahlverlaufes in der x-Richtung (dargestellt ist die Richtung x′′) und in der y-Richtung (dargestellt ist die Richtung y′′′).

Fig. 20 zeigt den Wellenlängenbereich (Bandbreite) effizienter Verbindungs aufspaltung eines Ti: LiNbO₃- Verbindungsaufspalters.

Die Kurven stellen den effektiven Brechungsindex für Z-polarisiertes Licht (N_eff,Z, Z- kristallographische Z-Achse) des Grundmodus N₀₀ und des ersten Modus N₀₁ in lateraler Richtung für die Breite a des Streifenwellenleiters selbst und des zweiten Modus N₀₂ in lateraler Richtung für die doppelte Breite (2a) des Streifenwellenleiters, d. h. entsprechend der vergrößerten Breite des wellenleitenden Bereichs am Verzweigungspunkt eines Y-Aufspalters, BOA oder X-Kopplers, dar. Als Diffusionsquelle dient ein w=3,0 µm breiter, 15 nm dicker gesputterter Titan-Streifen, der sich im Verzweigerbereich bis auf w=6,0 µm verbreitert. Die Diffusionstemperatur beträgt 1000°C, die Diffusionszeit 3 Stunden. Die Diffusionstemperatur beträgt 1000°C, die Diffusionszeit 3 Stunden. Das Verhältnis der Diffusionskonstanten der Titan-Ionen im LiNbO₃ beträgt
D_x/D_y=2.

Das Tiefenprofil berechnet sich nach
n_w=n₁+(n₂-n₁)*exp(-(y′′′)²/a_y²),
das laterale Brechzahlprofil berechnet sich nach
n_w= n₁ + (n₂ - n₁) * 0,5[erf( (2x′′′ +w)/2a_x) -erf( (2x′′′ -w) /2a_x)].

Hierbei ist a_x = 2(D_x t_d)^1/2
und entspricht der Breite a/2 in Fig. 19, weiterhin ist
a_y = 2(D_y t_d)^1/2
und entspricht der Tiefe t in Fig. 19 und beträgt 2 µm. Bei λ = 500 nm beträgt n₁ = 2,2492; n₂ - n₁ = 0,0080; die Dispersion des Substratindex n₁ ist kleiner Null.

Der Wert t_d ist die Diffusionszeit, erf die Fehlerfunktion (vgl. J. Ctyroky, M. Hofman, J. Janta, J. Schröfel, "3-D Analysis of LINbO₃; Ti Channel Waveguides and Directional Couplers", IEEE J. of Quantum Electron., Vol. QE-20 (1984), No. 4, pp. 400-409). Der beschriebene Streifen-Wellenleiter führt im Wellenlängenbereich von 490 nm bis 620 nm - im technisch effektiven Sinne - ausschließlich den Grundmodus, d. h. die Bandbreite des Wellenleiters beträgt Δλ_W = 130 nm.

Zur effizienten Verbindungsaufspaltung ist es erforderlich, das Anschwingen des zweiten Lateralmodus im gesamten verbreiterten Verbinder- bzw. Aufspalterbereich zu verhindern. Aus diesem Grund ist nur der Wellenlängenbereich zwischen dem Anschwingen des Grundmodus des Streifenwellenleiters der Breite a und dem Anschwingen des zweiten Lateralmodus im auf 2a verbreiterten Teil des Verbindungsaufspalters nutzbar. Somit verringert sich die Bandbreite des Verbindungsaufspalters um 35 nm auf Δλ_V = 95 nm. Die effektiven Brechzahlen wurden mit der Effektiven-Index-Methode (G.B. Hocker, WK. Burns "Mode dispersion in diffused channel waveguides by the effective index method", Appl. Optics, Vol. 16 (1977), No. 1, pp. 113-118) berechnet.

Fig. 21 zeigt den erfindungsgemäßen einmodigen integriert-optischen Breitband- Streifen-Wellenleiter (EOBSW) 2 in dem Substratmaterial 1, im Beispiel KTiOPO₄ (KTP) (M. Rottschalk, J.-P. Ruske, K. Hornig, A. Rasch, "Fabrication and Characterization of Singlemode Channel Waveguides and Modulators in KTiOPO₄ for the Short Visible Wavelength Region", SPIE 2213, International Symposium on Integrated Optics, (1994), pp. 152-163).

Das Substratmaterial 1 wird mit einer Maske versehen, die nur an der zukünftigen Wellenleiterposition einen Spalt frei läßt. Der Ionenaustausch erfolgt in einer Schmelze aus Rubidiumnitrat mit Anteilen von Bariumnitrat und Kaliumnitrat. Eine Diffusion erfolgt vorwiegend nur in der Tiefenrichtung, wobei sich nachfolgend beschriebenes Brechzahlprofil ausbildet. Lateral folgt daraus ein Stufenprofil der Brechzahl. Die Herstellbarkeit scharf begrenzter schmaler Strukturen ist gewährleistet, da die Übertragung von der Maske in den Wellenleiter infolge der nahezu fehlenden Seitendiffusion im Verhältnis 1 : 1 erfolgt.

Die Dispersion im Rb:KTP-Wellenleiter ist d(n₂ - n₁) dλ 0. Diese Dispersion begünstigt die Einmodigkeit des Wellenleiters in einem vergleichsweise breiten Wellenlängenbereich Δλ.

Dieser EOBSW 2 ist über einen Wellenlängenbereich von ca. 400 nm im Bereich des sichtbaren Lichts einmodig. Der EOBSW 2 ist als geometrisch scharf begrenzter Graben mit der Breite a und der Tiefe t ausgebildet. Der Graben hat eine Brechzahlverteilung n_w = f(x, y), mit der Oberflächenbrechzahl n₂ = n_w (-a x′′ O y = O), die gegenüber der Brechzahl n₁ des umgebenden Substratmaterials 1 erhöht ist.

Die Diagramme in Fig. 21 zeigen den qualitativen Verlauf der Brechzahl in x-Richtung und in y-Richtung. Typisch ist der scharfe Sprung des Brechzahlverlaufes in der x-Richtung (dargestellt ist die Richtung x′′) und der vergleichsweise starke Anstieg der Brechzahl von n₁ auf n₂ in der y-Richtung (dargestellt ist die Richtung y′).

Fig. 22 zeigt den Wellenlängenbereich effizienter Verbindungsaufspaltung (Bandbreite) eines Rb: KTP-Verbindungsaufspalters. Die Kurven stellen den effektiven Brechungsindex für Z-polarisiertes Licht (N_eff,Z, Z-kristallographische Z-Achse) des Grundmodus N₀₀ und des ersten Modus N₀₁ in lateraler Richtung für die Breite a des Streifenwellenleiters selbst und des zweiten Modus N₀₂ in lateraler Richtung für die doppelte Breite (2a) des Wellenleiters, d. h. entsprechend der vergrößerten Breite des wellenleitenden Bereichs am Verzweigungspunkt eines Y-Aufspalters, BOA oder X-Kopplers, dar. Bei λ = 500 nm beträgt n₁ = 1,9010; die Dispersion des Substratindex n₁ ist kleiner Null (beschrieben in L.P. Shi, Application of crystals of the KTiOPO₄-type in the field of integrated optics, Dissertation Univ. Köln (1992)).

Die effektiven Brechzahlen wurden mit der Effektiven-Index-Methode berechnet. Weiterhin gilt n₂ - n₁ = 0,0037 = const. für den gesamten Wellenlängenbereich. Für die Diffusionskonstanten gilt
D_x/D_y Φ 10^-3.

Das laterale Brechzahlprofil ist ein Stufenprofil (vgl. Fig. 21) mit der Breite a = 4,0 µm bzw. 2a=8,0 µm für die maximale Breite im Verzweigungsbereich.

Das Tiefenprofil errechnet sich nach
n_w=n₁ +(n₂-n₁) * erfc(-y′/t)
mit t = 4,0 pm, erfc = komplementäre Fehlerfunktion. Der im Beispiel beschriebene EOBSW führt im Bereich von 470 nm bis 870 nm, im technisch effizienten Sinne, ausschließlich den Grundmodus, d. h. die Bandbreite beträgt Δλ_W = 400 nm. Zur effizienten Verbindungsaufspaltung ist es erforderlich, das Anschwingen des zweiten Lateralmodus im verbreiterten Verbinder- bzw. Aufspalterbereich zu verhindern. Aus diesem Grund ist nur der Wellenlängenbereich zwischen dem Anschwingen des Grundmodus des Streifenwellenleiters der Breite a und dem Anschwingen des zweiten Lateralmodus im auf 2a verbreiterten Teil des Verbindungsaufspalters nutzbar. Somit verringert sich die Bandbreite des Verbindungsaufspalters um 15 nm auf Δλ_V=385nm.

Fig. 23 zeigt eine allgemeine Darstellung des technisch relevanten Wellenlängenbereiches für die einmodige Wellenleitung in einem EOBSW und effiziente Verbindungsaufspaltung in einem Verbindungsaufspalter, der aus mindestens drei EOBSW gebildet wird. Technisch relevant heißt im Zusammenhang mit dieser Figur, daß der effektive Brechungsindex N_eff mindestens 5×10^-5 über n_s liegen muß, wobei n_s den jeweils größeren Wert des Substratindex n₁ bzw. des Superstratindex n₃ bezeichnet, um eine hinreichend geringe Wellenleiterdämpfung, z. B. 1dB/cm zu gewährleisten. Zu jeder gegebenen Wellenlänge im Bereich Δλ_W ist dem Streifenwellenleiter ein und nur ein effektiver Brechungsindex, d. h. N₀₀, zuordenbar. Der Bereich der Einmodigkeit des Streifenwellenleiters, d. h. Δλ_W, gilt bis zum, technisch gesehen, effizienten Anschwingen des ersten Modus in lateraler Richtung N₀₁ oder des ersten Modus in Tiefenrichtung N₁₀. Zur effizienten Verbindungsaufspaltung ist es erforderlich, das Anschwingen des zweiten Lateralmodus N₀₂ im verbreiterten Verbinder- bzw. Aufspalterbereich, d. h. dem Bereich doppelter Wellenleiterbreite zu verhindern.

Hieraus ergibt sich als ein weiteres, die nutzbare Bandbreite einschränkendes Kriterium die spektrale Breite Δλ_V des Wellenlängenbereichs zwischen dem Anschwingen des Grundmodus N₀₀ des Streifenwellenleiters einfacher Breite und dem Anschwingen des zweiten Lateralmodus N₀₂ im verbreiterten Bereich doppelter Breite. Aus diesem Grund ist die Bandbreite der effizienten Verbindungsaufspaltung gleich dem kleineren Wert von Δλ_W und Δλ_V.

Bezugszeichenliste

1 Substrat
2 Wellenleiter (EOBSW)
3 Wellenleiter (EOBSW)
4 Wellenleiter (EOBSW)
5 gemeinsamer Wellenleiter
6 Koppelstelle
7 steuerbare Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung
8 Wellenleiter
9 Meßeinrichtung
10 Elektrode
11 Auskoppelanordnung
12 Photoempfänger
13 Anzeigeeinrichtung
14 Meßküvette
15 Meßfenster
16 Meßmedium
17 Ti:LiNbO₃-Streifen-Wellenleiter
18 Titanstreifen
L₁, L₂, L₃ Lichtquellen
MZI₁, MZI₂, MZI₃ Mach-Zehnder-Interferometer
AM₁, AM₂, AM₃ Amplitudenmodulator
AM₄
E₁,E₂,E₃ Eingänge
A₁,A₂,A₃ Ausgänge
S₁, S₂, S₃ Steuersignale
U₁, U₂, U₃ Steuerspannungen
R₁, R₂ integriert-optische Reflektoren
M Mischsignal
A_M Mischsignalausgang
U Elektrodenspannung
R Reflektor
I_ph Photostrom
Δϕ elektrooptisch erzeugte Phasenänderung
d Elektrodenabstand
L Elektrodengesamtlänge
n_z Brechzahl für z-polarisiertes Licht (TM)
r₃₃ Element des elektrooptischen Tensors r_ik für KTP, das die Vermittlung eines elektrischen Feldes in Z-Richtung mit der Brechzahl für z-polarisiertes Licht (TM) bewirkt
Γ Überlappungsfaktor zwischen dem elektrischen Feld der Elektroden und dem elektrischen Feld des TM-polarisierten Lichts
T Zeitintervall
t_M Meßzeit (Achse)
ST wellenlängenselektiver Strahlteiler
Sp(t) feststehender Spiegel
Sp(b) beweglicher Spiegel
D₁, D₂ Detektorausgang (Wellenleiterausgang)
D_x, D_y, D_z Diffusionskonstanten
N₀₀ effektiver Brechungsindex des Grundmodus
N₀₁ effektiver Brechungsindex des 1. Modus in lateraler Richtung
N₁₀ effektiver Brechungsindex des 1. Modus in Tiefenrichtung
N₀₂ effektiver Brechungsindex des 2. Modus in lateraler Richtung
N_eff effektiver Brechungsindex des Streifen-Wellenleitermodus
N_eff,Z effektiver Brechungsindex des Z-polarisierten Modus des Streifen-Wellenleiters
a_x Zwischenwert einer Länge in x-Richtung
a_y Zwischenwert einer Länge in y-Richtung
a Breite der Struktur
t Tiefe (Höhe) der Struktur
w Ausgangsbreite der Diffusion
t_d Diffusionszeit
x-y-z Koordinatensysteme
n_w Brechzahlverteilung im wellenleitenden Bereich n_w = f(x, y)
n₁ Brechzahl des Substrates
n₂ Brechzahl des wellenleitenden Bereiches an der Oberfläche
n₃ Brechzahl des Superstrates
n_s Brechzahl des Substrates falls n₁ < n₃ oder Brechzahl des Superstrates falls n₃ < n₁
(n₂ - n_s) /dλ Dispersion der für die Wellenleitung notwendigen Brechungsindexerhöhung
Z kristallographische Z-Achse (oder c-Achse), entspricht der y-Koordinate
λ₀ . . . ., λ₆ Wellenlängen
Δλ_W Bandbreite des Wellenleiters
Δλ_V Bandbreite des Verbindungsaufspalters
Δλ_E Bandbreite (Spektrum) des Lichts am Wellenleitereingang
Δλ_A Bandbreite (Spektrum) des Lichts am Wellenleiterausgang

Claims

1. Verbindungsaufspalter aus Streifen-Wellenleitern zur räumlichen Zusammenführung von Licht, insbesondere für Anwendungen in Spektrum des sichtbaren Lichts, bestehend aus mindestens drei Streifen-Wellenleitern, die auf einem Substrat (1) (als erhabene Struktur) oder in einem flächenhaft ausgedehnten Substrat (als Kanal oder Graben) auf- oder eingebracht sind, gekennzeichnet durch

- einmodige integriert-optische Breitband-Streifen-Wellenleiter (EOBSW) gemäß dem Hauptpatent"Streifen-Wellenleiter und Verwendungen", wobei
- mindestens zwei EOBSW (2, 3) je einen Eingang (E₁, E₂) haben, in die Licht einkoppelbar ist und
- die an ihren Ausgängen (A₁ und A₂) in einer Koppelstelle (6) zu einem gemeinsamen EOBSW (5) zusammengeführt sind und
- der gemeinsame EOBSW (5) einen gemeinsamen nutzbaren Lichtaustritt (A_M) für räumlich zusammengeführtes Licht hat (Fig. 1a, 1b, 2, 3, 4, 5b, 5d).

2. Verbindungsaufspalter aus Streifen-Wellenleitern zur räumlichen Zusammenführung von Licht, insbesondere für Anwendungen in Spektrum des Sichtbaren Lichts, bestehend aus mindestens drei Streifen-Wellenleitern, die auf einem Substrat (1) (als erhabene Struktur) oder in einem flächenhaft ausgedehnten Substrat (als Kanal oder Graben) auf- oder eingebracht sind, gekennzeichnet durch

- einmodige integriert-optische Breitband-Streifen-Wellenleiter (EOBSW) gemäß dem Hauptpatent "Streifen-Wellenleiter und Verwendungen", wobei
- mindestens ein EOBSW (2) von mindestens einem weiteren EOBSW (3) gekreuzt ist, und die mindestens eine Kreuzungsstelle a) völlig passiv ist oder
b) eine Koppelstelle (6) zur räumlichen Zusammenführung von Lichtanteilen ist oder
c) eine steuerbare Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung (7) ist, weiterhin
- in jeden EOBSW (2, 3) Licht einkoppelbar ist und
- der gemeinsame EOBSW (5) einen gemeinsamen nutzbaren Lichtaustritt (A_M) für räumlich zusammengeführtes Licht hat (Fig. 1c, 6, 7, 8).

3. Verbindungsaufspalter aus Streifen-Wellenleitern zur räumlichen Zusammenführung von Licht, insbesondere für Anwendungen in Spektrum des sichtbaren Lichts, bestehend aus mindestens drei Streifen-Wellenleitern, die auf einem Substrat (1) (als erhabene Struktur) oder in einem flächenhaft ausgedehnten Substrat (als Kanal oder Graben) auf- oder eingebracht sind, gekennzeichnet durch

- einmodige integriert-optische Breitband-Streifen-Wellenleiter (EOBSW) gemäß dem Hauptpatent "Streifen-Wellenleiter und Verwendungen", wobei
- mindestens zwei EOBSW (2, 3) je einen Eingang (E₁, E₂) haben, in den Licht einkoppelbar ist und
- der eine EOBSW (2) mit einem integriert-optischen Reflektor (R₁) in Richtung des weiteren EOBSW (3) umlenkbar ist,
- an der Kreuzungsstelle des EOBSW (3) mit dem umgelenkten EOBSW (8) ein weiterer integriert-optischer Reflektor (R₂) angeordnet ist, der die Koppelstelle (6) bildet, und
- der gemeinsame EOBSW (5) einen gemeinsamen nutzbaren Lichtaustritt (A_M) für räumlich zusammengeführtes Licht hat (Fig. 1d, 5f).

4. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem die geometrisch-stofflichen Parameter des Verbindungsaufspalters in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Wellenlängenbereich im UV-, sichtbaren oder IR-Gebiet so eingestellt sind, daß der zu übertragende Wellenlängenbereich in dem kleineren der durch das Diagramm gekennzeichneten Bereiche (Δλ_W) und (Δλ_V) liegt: und der ein breitbandiger, integriert-optischer Verbindungsaufspalter, bestehend aus mindestens drei einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifen-Wellenleitern (EOBSW), ist.

5. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, der aus Rb↔K ionenausgetauschtem KTiOPO₄ besteht, bei dem die geometrisch-stofflichen Parameter für sichtbares Licht so einstellbar sind, daß der zu übertragende Wellenlängenbereich in dem kleineren der durch das Diagramm gekennzeichneten Bereiche (Δλ_W) und (Δλ_V) liegt: und der ein breitbandiger, integriert-optischer Verbindungsaufspalter, bestehend aus mindestens drei einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifen-Wellenleitern (EOBSW), ist und der somit einen Weißlicht-Verbindungsaufspalter darstellt.

6. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, bei dem mindestens zwei EOBSW (2, 3, . . .) an jedem Eingang (E₁, E₂, . . .) mit je einer Lichtquelle (L₁, L₂, . . .) verbunden sind und jede Lichtquelle Licht einer verschiedenen Wellenlänge (λ₁, λ₂, . . .) oder voneinander verschiedener Wellenlängenbereiche (Δλ₁, Δλ₂, . . .) aussendet.

7. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, bei dem mindestens ein EOBSW (2, 3, . . ., 5) an dem Eingang (E₁, E₂, . . .) oder an seinem Ausgang (A_M) mit mindestens einer Lichtquelle (L₁, L₂, . . .) verbunden ist und die Lichtquelle Licht mindestens einer Wellenlänge (λ₁, λ₂, . . .) oder mindestens eines Wellenlängenbereiches (Δλ₁, Δλ₂, . . . ) in den mindestens einen EOBSW aussendet.

8. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, bei dem mindestens ein EOBSW (2, 3, 5) mit einer Modulationseinrichtung (AM) versehen ist, welche wellenlängenabhängig oder wellenlängenunabhängig die Phase, die Amplitude bzw. Intensität und/oder die Polarisationsrichtung der Lichtanteile moduliert.

9. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, bei dem

- mindestens eine der Lichtquellen (L) selbst in der Leistung modulierbar ist und/oder
- die Modulation durch Änderung der Koppeleffektivität zwischen Lichtquelle und EOBSW oder
- eine Modulation durch Lichtabschwächer (z. B. Graukeil) oder
- Phasenschieber (z. B. Pockelszelle) oder
- Polarisationsdreher in Verbindung mit einem polarisierenden Bauelement oder polarisierenden EOBSW erfolgbar ist.

10. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, bei dem die Koppelstelle (6), die durch die Vereinigung der Ausgänge (A₁, A₂) der EOBSW (2, 3) entsteht, eine steuerbare Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung (7) ist, mit der mindestens einer der Lichtanteile (λ₁, λ₂) auf den gemeinsamen EOBSW (5) aufschaltbar und/oder modulierbar ist (Fig. 1a, 1b, 1c, 1d).

11. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, bei dem Lichtanteile mindestens zweier Wellenlängen (λ₁, λ₂, . . . .) als Lichtimpulse zeitlich nacheinander in je einen EOBSW (2, 3, 4) einkoppelbar sind, in der Koppelstelle (6) räumlich zusammenführbar sind, weiterhin die räumlich zusammengeführten Lichtanteile im gemeinsamen EOBSW (5) durch eine Modulationseinrichtung (Amplitudenmodulator AM) im Impulstakt steuerbar sind (Zeitmultiplexbetrieb) (Fig. 11).

12. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 10 und Anspruch 11, bei dem die mindestens eine Koppelstelle (6) eine steuerbare Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung (7) ist, mit der die Lichtimpulse synchron modulierbar und in dem gemeinsamen EOBSW (5) zusammenführbar sind.

13. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 8 oder Anspruch 10, bei dem die Modulationseinrichtung (AM) und/oder die steuerbare Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung (7) auf einem der folgenden Prinzipien beruhend ist:

- Modulation durch elektrische Felder, d. h. elektrooptische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- Modulation durch Druckwellen, d. h. akustooptische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- Modulation durch Wärme, d. h. thermooptische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- Modulation durch Magnetfelder, d. h. magnetooptische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- Modulation durch Lichtstrahlung, d. h. opto-optische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- Modulation durch Wärmestrahlung, d. h. photothermische Modulation des Lichts mit Hilfe einer integriert-optischen Interferometerstruktur,
- Modulation durch elektrische Ladungsträger, d. h. Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien in Verbindung mit einer integriert-optischen Interferometerstruktur
- elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische oder photothermische cut-off-Modulation,
- cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- steuerbare Wellenleiterverstärkung,
- steuerbare Polarisationsdrehung in Verbindung mit einem polarisierenden Bauelement oder polarisierenden EOBSW,
- Wellenleiter-Modenwandlung,
- Elektroabsorptionsmodulation oder
- Modulation unter Nutzung eines integriert-optischen Schalt- oder Verteilerelements, wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA.

14. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, bei dem die Vereinigung und/oder Verzweigung der EOBSW nach mindestens einem der folgenden Prinzipien erfolgt:

- Nutzung eines Y-Verzweigers oder
- Nutzung eines integriert-optischen Schalt- und Verteilerelementes, wie X-Koppler oder Richtkoppler oder Parallelkoppler, oder
- Anordnungen zur Zweimodeninterferenz im Streifen-Wellenleiter (BOA) oder
- integriert-optische oder mikrooptische Reflektoren (Spiegel, Gitter, Prismen).

15. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, wobei bei mehr als einem EOBSW, die in einer Raumrichtung verlaufen, diese EOBSW parallel geführt sind und die Kreuzungsstellen (6) eine Matrix bilden.

16. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 15, bei dem die Matrix der Kreuzungsstellen nach folgendem Prinzip aufgebaut ist:

- Entsprechend der Anzahl m der Lichtanteile mit den Wellenlängen λ_i, mit i = 2 bis m, sind m EOBSW (2, 3, 4) parallel geführt und kreuzen einen weiteren EOBSW (8), wobei
- die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen (6) zur räumlichen Strahlvereinigung sind und bei Bedarf an jedem der m EOBSW (2, 3, 4) ein Amplitudenmodulator (AM) angeordnet ist (Fig. 7) oder
- die Kreuzungsstellen steuerbare Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung (7) darstellen (Fig. 6, Fig. 8).

17. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 15, bei dem die Matrix der Kreuzungsstellen K_ÿ nach folgendem Prinzip aufgebaut ist:

- Entsprechend der Anzahl m der Lichtanteile mit den Wellenlängen λ_i, mit i = 1 bis m, mit m 2, sind m EOBSW (2, 3, 4 ) zueinander parallel geführt und n weitere EOBSW (5, 8′, 8′′, 8′′′ ) kreuzen die m EOBSW und sind ebenfalls zueinander parallel geführt, wobei deren Anzahl n = m+1 ist, und
- die Kreuzungsstellen K_ÿ für i = j steuerbare Einheiten zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung (7) sind,
- die Kreuzungsstellen K_ÿ für i = 1 bis m und j = n =m+1 passive Koppelstellen (6) und
- die übrigen Kreuzungsstellen völlig passiv sind, weiterhin
- die j=1bisn-1EOBSW (8′, 8′′, 8′′′) Blindausgänge sind und
- der j = m Wellenleiter der gemeinsame EOBSW (5) für das räumlich zusammengeführte Licht ist (Fig. 8).

18. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 7, bei dem ein Betrieb in aufspaltender Richtung vorgesehen ist, indem der gemeinsame EOBSW (5′) mit einer Lichtquelle gekoppelt ist, die Licht der Wellenlänge λ₀ oder Licht eines spektralen Bereiches (Δλ) aussendet, der gemeinsame EOBSW (5′) in eine Koppelstelle (6′) mündet und von der Koppelstelle (6) mindestens zwei EOBSW (2, 3) ausgehen, in denen kohärentes Licht der Wellenlänge λ₀ oder des spektralen Bereiches (Δλ) führbar ist (Fig. 5a, 5c, 5e, 12c).

19. Verbindungsaufspalter nach Anspruch 4, bei dem in mindestens einem EOBSW (2, 3, 4) vor der Koppelstelle (6) zur räumlichen Lichtzusammenführung ein Frequenzumsetzer (FU) auf der Basis nichtlinearer optischer Effekte angeordnet ist (Fig. 16, 17).

20. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters als Anordnung zum räumlichen Zusammenführen von Licht mindestens zweier unterschiedlicher Wellenlängen (λ_i) oder Wellenlängenbereiche (Δλ_i) zur Erzeugung schnell veränderlicher spektraler Lichtzusammensetzungen, insbesondere zur Farbmischung, in einem nutzbaren Spektralbereich größer 95 nm, bei der die mindestens zwei Lichtanteile in je einen EOBSW eingekoppelt werden und aus einem gemeinsamen EOBSW (5) als räumlich zusammengeführtes Licht ausgekoppelt werden (Fig. 1 bis 17).

21. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters als Anordnung zum Aufspalten von Licht (λ_i, Δ_i) in mindestens zwei Lichtanteile in einem nutzbaren Spektralbereich größer 95 nm, bei der mindestens ein Lichtanteil in einen EOBSW (5′) eingekoppelt wird und aus mindestens zwei Wellenleitern Lichtanteile, die die gleiche spektrale Zusammensetzung und Phasenlage wie das eingekoppelte Licht haben, ausgekoppelt werden (Fig. 3, 12c, 13, 14b, 15,17).

22. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters als wellenlängenselektiver oder wellenlängenunabhängiger Breitband-Schalter oder Breitband-Modulator der Amplitude bzw. Intensität von Licht mindestens einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereiches zur Erzeugung schnell veränderlicher Lichtintensitäten und/oder spektaler Lichtzusammensetzungen in einem nutzbaren Spektralbereich größer 95 nm, bei dem Licht in mindestens einen EOBSW eingekoppelt wird und an einem gemeinsamen EOBSW (5) als räumlich zusammengeführtes moduliertes Licht ausgekoppelt wird (Fig. 2, 3, 4, 6, 7, 8, 14).

23. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 22 als welllenlängenselektiver Breitband-Schalter oder Breitband-Modulator, insbesondere als steuerbarer Farbfilter, der auf der Grundlage eines der nachfolgenden Prinzipien realisiert wird:

- elektrooptische Modulation
- akustooptische Modulation
- thermooptische Modulation,
- magnetooptische Modulation,
- opto-optische Modulation,
- photothermische Modulation,
- Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische oder photothermische cut-off-Modulation,
- cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträger in Halbleitermaterialien,
- steuerbare Wellenleiterverstärkung,
- steuerbare Polarisationsdrehung,
- Wellenleiter-Modenwandlung oder weiterhin
- Phasenschieber (z. B. Pockelszelle) oder
- Polarisationsdreher in Verbindung mit einem polarisierenden Bauelement oder polarisierenden Wellenleitern als externe Bauelemente.

24. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 22 in einer Anordnung als wellenlängenunabhängiger Breitband-Schalter oder Breitband Modulator, bei der die Modulation auf der Grundlage eines der nachfolgenden Prinzipien realisiert wird:

- Elektroabsorptionsmodulation,
- Änderung der Koppeleffektivität Lichtquelle - Wellenleiter,
- Modulation der Lichtquelle selbst oder weiterhin
- Lichtabschwächer (z. B. Graukeil) als externes Bauelement.

25. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 22 in einer Anordnung als Breitband-Interferometer-Anordnung, insbesondere als Breitband- Mach-Zehnder-Interferometer-Anordnung, bei der Licht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs in einen gemeinsamen EOBSW (5′) eingekoppelt und das Licht im EOBSW (5′) in einer Koppelstelle (6′) aufgespalten und in getrennten EOBSW (2 und 3) weitergeleitet wird, weiterhin das Licht in den EOBSW (2 und 3) in der Koppelstelle (6) räumlich zusammengeführt und am Ausgang (A_M) des gemeinsamen EOBSW (5) ausgekoppelt wird, wobei im Bereich der einzeln geführten EOBSW (2, 3) durch Elektroden (10) ein elektrisches Feld erzeugt wird, mit dem das Licht in mindestens einem EOBSW (2, 3) in der Phase und/oder Amplitude und/oder Polarisationsrichtung beeinflußt wird. (Fig. 3, 12, 13, 14, 15).

26. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters in einer Anordnung als Meßeinrichtung für physikalische, chemische und biologische Parameter, bei der

- ein Lichtanteil in einem EOBSW (2, 3) oder
- das räumlich zusammengeführte Licht (M) in einem gemeinsamen EOBSW (5) oder
- das am Ausgang (A_M) des EOBSW (5) zur Verfügung stehende räumlich zusammengeführte Licht (M) oder
- die Wellenleitung in einem der EOBSW (2, 3, 5)

durch einen Parameter beeinflußt werden und die räumlich zusammengeführten Lichtanteile (M) nach dem Ausgang (A_M) des gemeinsamen EOBSW (5) Licht photometrisch gemessen werden.

27. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 26 in einer Anordnung als Entfernungsdifferenzmesser, bei der mittels eines interferometrischen Verfahrens Verschiebungen eines Meßobjektes gemessen werden (Fig. 18).

28. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 26 in einer photometrischen Anordnung, bei der räumlich zusammengeführte Lichtanteile mindestes zweier Wellenlängen gleichzeitig oder zeitlich nacheinander mit einem Meßmedium korrespondieren und die Lichtstärkeänderungen aufgrund der Änderung von zum Beispiel Reflexion, Transmission oder Streuung bei jeder verwendeten Wellenlänge der Lichtanteile gemessen werden (Fig. 9, 10, 15).

29. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 26 in einer Anordnung als Wellenlängensensor, bei der Licht einer unbekannten Wellenlänge in den gemeinsamen EOBSW (5′) eingekoppelt und am Ausgang (A_M) des gemeinsamen EOBSW (5) die Lichtintensität gemessen wird, wobei der gemeinsame EOBSW (5′) so in zwei EOBSW (2 und 3) aufgespalten wird, daß eine integriert-optische Interferometer-Struktur vorliegt, und Elektroden in geeigneter Weise am EOBSW angebracht werden, und die Höhe der an die Elektroden angelegten Spannung, welche eine Änderung der Lichtleistung am Ausgang (A_M) vom Maximum auf ein benachbartes Minimum oder umgekehrt bewirkt, ein Maß für die Wellenlänge des Lichts ist (Fig. 13).

30. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 26 in einer Anordnung als Sensor, bei der die die EOBSW (2, 3, 5) tragende Substratoberfläche bis auf ein Meßfenster (15) abgedeckt ist, das Meßfenster (15) den EOBSW (5) überdeckt und

- das Meßmedium (16) über das Meßfenster (15) direkt in Kontakt mit dem EOBSW (5) gebracht wird oder
- auf der Oberfläche des Meßfensters (15) ein spezifisches sensitives Material aufgebracht ist, das in Kontakt mit dem Meßmedium (16) steht, und

am Ausgang des gemeinsamen EOBSW (5) Parameter des Lichts gemessen werden, die spezifische Eigenschaften des Probenmediums (16) charakterisieren (Fig. 10).

31. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 30, bei dem Licht mindestens zweier Wellenlängen (λ_i) in dem Breitband-Verbindungsaufspalter räumlich zusammengeführt wird und der gemeinsame EOBSW (5) nur in einem Meßfenster (15) freiliegt (Fig. 10).

32. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 30 in einer Anordnung als Brechzahlmesser, bei der Licht mindestens zweier Wellenlängen (λ_i) in dem Breitband-Verbindungsaufspalter räumlich zusammengeführt wird und dann das räumlich zusammengeführte Licht (M) einer Mach-Zehnder- Interferometer-Struktur (MZI) zugeführt wird, in deren einem Wellenleiterzweig Elektroden (10) zur Phasen- Modulation angeordnet sind und an deren anderem Wellenleiterzweig ein Meßfenster (15) angeordnet ist (Fig. 15).

33. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters als wellenlängenselektiver oder wellenlängenunabhängiger Breitband-Schalter oder Breitband-Modulator der Phasenlage und/oder der Polarisationsrichtung von Licht mindestens einer Wellenlänge (λ_i) oder eines Wellenlängenbereiches (Δλ_i) zur Erzeugung schnell veränderlicher Phasenlagen und/oder Polarisationsrichtungen, in einem nutzbaren Spektralbereich größer 95 nm, bei dem Licht in mindestens einen EOBSW (2, 3) eingekoppelt wird und an einem Ausgang (A_M) des gemeinsamen EOBSW (5) als räumlich zusammengeführtes moduliertes Licht (M) ausgekoppelt wird.

34. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters in einer Anordnung als Frequenzumsetzer, bei dem in mindestens einem EOBSW mindestens ein Element zur Frequenzumsetzung (FU) angeordnet wird, in dem die Wellenlänge des in den EOBSW (2, 3) eingekoppelten Lichtanteils verändert wird und am Ausgang des gemeinsamen EOBSW zusammengeführte Lichtanteile mit mindestens einer veränderten Wellenlänge anliegen (Fig. 16, 17).

35. Verwendung des Breitband-Verbindungsaufspalters nach Anspruch 34, bei der Licht einer Wellenlänge in einen gemeinsamen EOBSW (5′) eingekoppelt wird, der gemeinsame EOBSW (5′) in mindestens zwei EOBSW (2, 3) aufgespalten wird, in jedem Wellenleiterzweig ein Element zur Frequenzumsetzung (FU) angeordnet wird und die umgesetzten Lichtanteile räumlich zusammengeführt werden und am Ausgang (A_M) des gemeinsamen EOBSW (5) anliegen.