DE19509447C2

DE19509447C2 - Optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE19509447C2
Application number: DE19509447A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Arai; Hisato Uetsuka
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2015-03-17
Also published as: US5499308A; JP3022181B2; JPH07306323A; DE19509447A1

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Wellenleiter-Multi plexer/Demultiplexer zum Multiplexen und Demultiplexen zweier Wellenlängenbänder von Licht unter Verwendung des Prinzips eines Mach-Zehnder-Interferometers, und spezieller betrifft sie einen optischen Wellenleiter-Multiplexer/Demul tiplexer, mit dem eine Einstellung über ein breites Wellen längenband erfolgen kann; schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Multiplexen und Demultiplexen.

Ein optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer vom Mach-Zehnder-Interferometertyp (nachfolgend als "optischer Multiplexer/Demultiplexer" bezeichnet) ist z. B. in einem Artikel mit dem Titel "Guided-Wave Optical WDM Circuit with Mach-Zehnder Interferometer configuration" von T. Kominato et al. in Journal of the Institute of Electronics, Informa tion and Communication Engineers of Japan, C-I, Vol. J73-C-1, Nr. 5, Seiten 354 bis 359, erschienen im Mai 1990, beschrieben. Diese Vorrichtung ist so aufgebaut, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Das heißt, daß dieser optische Mul tiplexer/Demultiplexer aus zwei Richtungskopplern 16, 17 mit einem Kopplungsverhältnis für die Lichtintensität mit dem Wert k(λ) und einem Phasenschiebebereich besteht, der aus zwei Einzelmode-Wellenleiterpfaden mit Wellenleiterpfadlän gen mit den Werten L bzw. L+ΔL besteht. Wenn Licht mit einer Wellenlänge λ₁ und Licht mit einer Wellenlänge λ₂ an einem Anschluß 20 an einem Ende eines Wellenleiterpfads 14 einge geben werden, wird Licht mit der Wellenlänge λ₁ an einem Anschluß 21 am anderen Ende des Wellenleiterpfads 14 ausge geben, und Licht mit der Wellenlänge λ₂ wird an einem An schluß 22 am anderen Ende eines Wellenleiterpfads 13 ausge geben.

Die Bedingung für den Phasenschiebebereich, wie sie erfor derlich ist, damit Licht mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂ ge- und demultiplext werden kann, ist durch die folgende Glei chung gegeben. Wenn angenommen ist, daß der Modenbrechungs index des Wellenleiterpfads n(λ) ist, die Differenz der optischen Pfadlänge unter Berücksichtigung des Modenbre chungsindex n(λ)ΔL ist und N eine beliebige ganze Zahl ist, gilt das Folgende:

n(λ)ΔL = (N±1/2)λ₁ = Nλ₂ (1)

Aus Gleichung (1) ist erkennbar, daß die Wellenlängen λ₁ und λ₂ nicht beliebig gewählt werden können, sondern daß sie in ihrer Kombinierbarkeit dahingehend beschränkt sind, daß die folgende Gleichung erfüllt sein muß:

{λ₁/n(λ₁)}/|λ₁/n(λ₁)-λ₂/n(λ₂)| = 2N (2)

In Gleichung (2) ist die Wellenlängenabhängigkeit des Moden brechungsindex des Wellenleiterpfads berücksichtigt.

Die Gleichung (2) kann wie folgt umgeschrieben werden, und die Durchlaßwellenlänge und die Sperrwellenlänge an jedem Anschluß können genau eingestellt werden, wenn ΔL durch die folgende Gleichung (3) bestimmt wird:

ΔL=(N±1/2)λ₁/n(λ₁) = Nλ₂/n(λ₂) (3)

Bei diesem optischen Multiplexer/Demultiplexer sei das Transmissionsvermögen von einem Anschluß 0 zu einem Anschluß 1 T_0-1, und das Transmissionsvermögen von einem Anschluß 0 zu einem Anschluß 2 sei T_0-2. Dann sind diese Transmission vermögen durch die folgenden Gleichungen gegeben:

T_0-1(λ)=exp(-2αL)[{(l-k(λ))-k(λ)·exp(-αΔL)}² +4k(λ)·(l-k(λ))·exp(-αΔL)·sin²(βΔL/2)] (4)

T_0-2(λ)=exp(-2αL)[{(k(λ)·(l-k(λ)))^1/2 -(k(λ)·(l-k(λ))^1/2·exp(-αΔL)}² +4k(λ)·(l-k(λ))·exp(-αΔL)·cos²(βΔL/2)] (5)

Dabei sind, wenn der Wellenleiterpfad der Bedingung genügt, daß exp(-αΔL) nahezu den Wert 1 hat, die Transmissionsvermö gen für den Anschluß 1 und Anschluß 2 für jede der Wellen längen λ₁ und λ₂ aus den Gleichungen (1) bis (5) ableitbar, und sie sind durch die folgenden Gleichungen gegeben:

T_0-1(λ₁)=exp(-2αΔL) (6)

T_0-1(λ₂)={l-2k(X₂)}²exp(-2αΔL) (7)

T_0-2(λ₂)=4k(λ₂){l-2k(λ₂)}(-2αΔL) (8)

T_0-2(λ₁)=0 (9)

Wenn k(λ) in den Gleichungen (6) bis (9) berücksichtigt wird, ist erkennbar, daß ein optischer Multiplexer/Demulti plexer mit geringen Einfügungsverlusten und einem Über sprechwert 0 dadurch erhalten werden kann, wenn das Kopp lungsverhältnis k(λ₂) für die Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₂ für das am Anschluß 2 auszugebende Licht ein gestellt wird.

Fig. 5 sind Kurvendiagramme, die Charakteristiken für einen optischen Multiplexer/Demultiplexer zeigen, der unter der Bedingung konstruiert wurde, daß die Wellenlänge λ₁ = 1,337 µm ist und die Wellenlänge λ₂ = 1,56 µm ist. Fig. 5A zeigt die Charakteristik für die Einfügungsverluste in der Wellenlänge für den Anschluß 1 mit dem Bezugszeichen 21, wenn Licht mit dem Bezugszeichen 20 eingegeben wird, und Fig. 5B zeigt die Charakteristik für die Einfügungsverluste über der Wellenlänge für den Anschluß 2 mit dem Bezugszei chen 22, wenn Licht am Anschluß 0 mit dem Bezugszeichen 20 eingegeben wird. Das Wellenlängen-Durchlaßband P, für das die Verluste kleiner als 0,1 dB am Anschluß 1 mit dem Be zugszeichen 21 sind, geht von der Wellenlänge 1,315 µm bis zur Wellenlänge 1,350 µm, was einer Bandbreite von 0,034 µm entspricht, was schmal ist. Andererseits erstreckt sich das Wellenlängen-Sperrband C, in dem die Verluste mehr als 20 dB betragen, am Anschluß 2 mit dem Bezugszeichen 22 mit der Wellenlänge 1,322 µm bis zur Wellenlänge 1,350 µm, was der Bandbreite 0,028 µm entspricht, was schmal ist. Geringe Einfügungsverluste und hohe Trennfähigkeit können dann realisiert werden, wenn ein Wellenlängenband verwendet wird, das durch die beiden obengenannten Wellenlängenbänder für ein die Wellenlänge λ₁ enthaltendes Wellenlängenband be grenzt ist. Da das Wellenlängen-Durchlaßband und das Wellen längen-Sperrband am Anschluß 1 und am Anschluß 2 komplemen tär sind, kann Licht im die Wellenlänge λ₁ enthaltenden Band und Licht im die Wellenlänge λ₂ enthaltenden Band mit gerin gen Einfügungsverlusten und geringem Übersprechen gemulti plext und demultiplext werden.

Bei der vorstehend genannten herkömmlichen Technologie sind die Wellenlängen λ₁ und λ₂ nicht beliebig wählbar, sondern sie sind auf diejenigen Kombinationen von Wellenlängen be schränkt, die die Gleichung (2) erfüllen. Zusätzlich besteht die Schwierigkeit, daß der Toleranzbereich für eine Wellen längenverschiebung aufgrund einer Wellenlängenabweichung der Lichtquelle eng ist, da die Breite des Wellenlängen-Durch laßbands und die Breite des Wellenlängen-Sperrbands eng sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Multiplexen und Demultiplexen von Licht mittels einer optischen Wellenleitereinrichtung zu schaffen, durch die ein breites Wellenlängenband frei gewählt werden kann.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich der Vorrichtung durch die Lehre von Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Lehre von Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.

Bei der Erfindung ist die Wellenlänge λ₃ mit einem Wellen längenband, das nahe bei der Wellenlänge λ₁ liegt, vorzugs weise eine solche Wellenlänge, daß die Differenz zwischen der Wellenlänge λ₁ und der Wellenlänge λ₃ kleiner als die Hälfte der Differenz zwischen der Wellenlänge λ₁ und der Wellenlänge λ₂ ist.

In der Vergangenheit wurden, wie oben angegeben, Richtungs koppler so aufgebaut, daß das Kopplungsverhältnis für die Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₂ mindestens 50% beträgt, und Licht in einem die Wellenlänge λ₁ enthaltenden Band sowie Licht in einem die Wellenlänge λ₂ enthaltenden Band werden unter Verwendung des optischen Multiplex/Demul tiplex-Effekts gemäß dem Prinzip eines Mach-Zehnder-Inter ferometers ge- und demultiplext.

Bei der vorliegenden Erfindung ist zum wesentlichen Erwei tern der Bandbreite mit der Wellenlänge λ₁ die Wellenlänge λ₃ in einem Wellenlängenband in der Nähe der Wellenlänge λ₁ neu zusätzlich zur Wellenlänge λ₁ und zur Wellenlänge λ₂ eingeführt. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau kann ein Richtungskoppler so aufgebaut werden, daß er die Funktion aufweist, daß das Kopplungsverhältnis der Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₃ in einem Wellenlängenband nahe bei der Wellenlänge λ₁ 0% oder 100% ist. Die Anschlüsse eines Richtungskopplers seien ein Anschluß 1, ein Anschluß 1, ein Anschluß 2, wie auf herkömmliche Weise. Licht mit der Wellenlänge λ₃, das am Anschluß 0 eingegeben wird, wird nur am Anschluß 1 ausgegeben, und zwar durch einen der optischen Pfade des Phasenschiebebereichs zwischen den zwei Richtungs kopplern. Das heißt, daß sich am Anschluß 1 ein die Wellen länge λ₃ enthaltendes Wellenlängen-Durchlaßband ausbildet und sich am Anschluß 2 ein die Wellenlänge λ₃ enthaltendes Wellenlängen-Sperrband ausbildet.

Da die herkömmliche Charakteristik für Licht mit der Wellen länge λ₁ und Licht mit der Wellenlänge λ₂ aufrechterhalten ist, führt dies zu einer Erweiterung des Wellenlängen-Durch laßbands und des Wellenlängen-Sperrbands vom Anschluß 0 zum Anschluß 1 in solcher Weise, daß die Wellenlänge λ₃ enthal ten ist.

Dadurch ist es möglich, Wellenlängen innerhalb eines breiten Bands frei auszuwählen, das die Wellenlänge λ₁ und die Wel lenlänge λ₃ enthält. Gleichzeitig kann der Toleranzbereich für eine Wellenlängenverschiebung erweitert werden.

Der Richtungskoppler wird dadurch aufgebaut, daß zwei Wel lenleiterpfade unter Einhaltung eines vorgegebenen Zwischen raums nahe und parallel zueinander über eine vorgegebene Länge angeordnet werden. Dadurch kann realisiert werden, daß das Kopplungsverhältnis für die Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₂ 50% beträgt und das Kopplungsverhältnis für die Intensität von Licht der Wellenlänge λ₃ in einem Wellen längenband nahe bei der Wellenlänge λ₁ 0% oder 100% ist, und zwar durch Auswählen des Zwischenraums zwischen den Wel lenleiterpfaden, die nahe beieinander verlaufen, und durch Auswählen der Länge, über die die Wellenleiterpfade parallel zueinander verlaufen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1A ist eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Multiplexers/Demultiple xers, und Fig. 1B ist ein Querschnitt durch diesen in einer Ebene entlang der Linie a-a′ in Fig. 1A.

Fig. 2 ist ein Kurvendiagramm, das die Charakteristik der Einfügungsverluste über der Wellenlänge für einen erfin dungsgemäßen optischen Multiplexer/Demultiplexer zeigt.

Fig. 3 ist eine Draufsicht, die Formen von Wellenleiterpfa den in erfindungsgemäßen optischen Multiplexern/Demultiple xern zeigt.

Fig. 4 ist eine Draufsicht, die einen herkömmlichen opti schen Mulitplexer/Demultiplexer zeigt.

Fig. 5 ist ein Kurvendiagramm, das die Charakteristik der Einfügungsverluste über der Wellenlänge für einen herkömm lichen optischen Multiplexer/Demultiplexer zeigt.

Fig. 1A und 1B sind eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht eines optischen Wellenleiter-Multiplexers/Demultiplexers vom Mach-Zehnder-Interferometertyp (nachfolgend als "optischer Multiplexer/Demultiplexer" bezeichnet) gemäß der Erfindung. Wie dort dargestellt, ist der optische Multiplexer/Demulti plexer mit zwei Wellenleiterpfaden (Kernen) 2, 3 aufgebaut, die auf einem Substrat 1 ausgebildet sind. Die Wellenleiter pfade 2, 3 sind dadurch hergestellt, daß Kerne 2a, 3a mit einem Mantel 4 abgedeckt sind, und Richtungskoppler 5, 6 und ein Phasenschiebebereich 9 sind dadurch ausgebildet, daß die zwei Wellenleiterpfade 5, 6 parallel zueinander und dicht beieinander oder mit einem runden Verlauf entlang ihres Wegs ausgebildet sind, z. B. dadurch, daß ein Wellenleiterpfad mit einem Biegeradius von 30 mm gebogen ist oder er ge streckt ist. Es existieren zwei Abschnitte, in denen die Wellenleiterpfade 5, 6 parallel und dicht beieinander ver laufen und die Richtungskoppler 5 bzw. 6 bilden. Zwischen den zwei Abschnitten bildet jeder der Wellenleiterpfade 2, 3 einen Einzelmode-Wellenleiterpfad und verläuft gerundet mit jeweils anderer Länge, um dadurch den Phasenschiebebereich 9 auszubilden. Das heißt, daß dann, wenn der optische Multi plexer/Demultiplexer gemäß Funktionen klassifiziert wird, eine Einteilung in drei Teile möglich ist, nämlich den Rich tungskoppler 5, den aus einem Arm 7 und einem Arm 8 mit ver schiedenen Längen bestehenden Phasenschiebebereich 9 sowie den Richtungskoppler 6. Der Endabschnitt des Wellenleiter pfads 3 auf der Seite des Richtungskopplers 5 ist der An schluß 0 mit dem Bezugszeichen 10, der Endabschnitt des Wel lenleiterpfads 3 auf der Seite des Richtungskoppler 6 ist der Anschluß 1 mit dem Bezugszeichen 11, und der Endab schnitt des Wellenleiterpfads 2 auf der Seite des Richtungs kopplers 6 ist der Anschluß 2 mit dem Bezugszeichen 12.

Die zwei Richtungskoppler 5 und 6 sind vom selben Typ, und die Länge LC und der Zwischenraum G im Abschnitt, in dem die Wellenleiterpfade 2, 3 parallel und nahe beieinander verlau fen, sind so eingestellt, daß das Kopplungsverhältnis für die Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₂ 50% ist und das Kopplungsverhältnis für die Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₃ 100% ist. Ferner ist im Phasenschiebebereich 9 die Differenz ΔL zwischen den optischen Pfadlängen des Arms 7 und des Arms 8 so eingestellt, daß dem Licht mit der Wellenlänge λ₁ eine Phasenverschiebung um eine halbe Wellen länge vermittelt wird, während Licht mit der Wellenlänge λ₂ nicht phasenverschoben ist.

In diesem Fall gelten λ₁ = 1,25 µm, λ₂ = 1,56 µm und λ₃ = 1,325 µm. Auf Grundlage dieser Werte werden die Eigenschaf ten und Proportionen des optischen Multiplexers/Demultiple xers so eingestellt, daß der Brechungsindex der Kerne 2a, 3a gegen das Substrat 1,458 ist, der Brechungsindex des Mantels 4 gegen die Kerne 2a, 3a 1,4624 ist, die Höhe der Kerne 2a, 3a 8 µm ist, wobei weiterhin die folgenden Werte gelten: Breite der Kerne 2a, 3a 8 µm, LC = 2,337 mm, G = 3,54 µm, ΔL = 2,158 µm.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels erläutert.

Herkömmliche Richtungskoppler wurden, wie oben beschrieben, so aufgebaut, daß das Kopplungsverhältnis der Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₂ von 1,56 µm 50% betrug, und Licht in einem die Wellenlänge λ₁ von 1,337 µm enthaltenden Band sowie Licht in einem die Wellenlänge λ₂ enthaltenden Band wurden dadurch ge- und demultiplext, daß der optische Multiplex/Demultiplex-Effekt gemäß dem Prinzip des Mach- Zehnder-Interferometers genutzt wurde.

Der Richtungskoppler dieses Ausführungsbeispiels der Erfin dung ist so aufgebaut, daß das Kopplungsverhältnis der In tensität von Licht mit der Wellenlänge λ₂ von 1,56 µm 50% ist und das Kopplungsverhältnis der Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₃ von 1,325 100% ist. Licht mit der Wel lenlänge λ₃, wie es am Anschluß 0 mit dem Bezugszeichen 10 eingegeben wird, wird nur am Anschluß 1 mit dem Bezugszei chen 11 ausgegeben, und zwar über einen der optischen Pfade des Phasenschiebebereichs zwischen den beiden Richtungskopp lern. Das heißt, daß ein die Wellenlänge λ₃ enthaltendes Wellenlängen-Durchlaßband am Anschluß 1 mit dem Bezugszei chen 11 ausgebildet ist und ein die Wellenlänge λ₃ enthal tendes Wellenlängen-Sperrband am Anschluß 2 mit dem Bezugs zeichen 12 ausgebildet ist.

Die herkömmliche Charakteristik ist für Licht mit der Wel lenlänge λ₁ und Licht mit der Wellenlänge λ₂ aufrechterhal ten. Jedoch ist die für die Wellenlänge λ₁ beim Ausführungs beispiel gewählte Wellenlänge kürzer als die herkömmliche Wellenlänge λ₁ Andererseits ist die Wellenlänge λ₃ beim Ausführungsbeispiel eine größere Wellenlänge als die her kömmliche Wellenlänge λ₁. Daraus ergibt sich, daß das Wellenlängen-Durchlaßband und das Wellenlängen-Sperrband zwischen dem Anschluß 0 und dem Anschluß 1 zu beiden Seiten des herkömmlichen Bands hin so erweitert sind, daß sie beim Ausführungsbeispiel die Wellenlängen λ₁ und λ₃ enthalten.

Fig. 2 ist ein Kurvendiagramm, das die Charakteristik eines erfindungsgemäßen optischen Multiplexers/Demultiplexers zeigt. Fig. 2A zeigt die Charakteristik für die Einfügungs verluste über der Wellenlänge für den Anschluß 1 mit dem Be zugszeichen 11, wenn Licht am Anschluß 0 mit dem Bezugszei chen 10 eingegeben wird, und Fig. 2B zeigt die Charakteristik für die Einfügungsverluste über der Wellenlänge für den An schluß 2 mit dem Bezugszeichen 12, wenn Licht am Anschluß 0 mit dem Bezugszeichen 10 eingegeben wird. Das Wellenlängen- Durchlaßband P, für das die Verluste am Anschluß 1 mit dem Bezugszeichen 11 kleiner als 0,1 dB sind, erstrecken sich von der Wellenlänge 1,216 µm bis zur Wellenlänge 1,363 µm, und die Bandbreite P beträgt 0,147 µm. Andererseits er streckt sich das Wellenlängen-Sperrband C, für das die Ver luste am Anschluß 2 mit dem Bezugszeichen 12 mehr als 20 dB betragen, von der Wellenlänge 1,225 µm bis zur Wellenlänge 1,352 µm, und die Bandbreite beträgt 0,127 µm. Wenn dies mit dem in Fig. 5 dargestellten herkömmlichen Ergebnis vergli chen wird, ist erkennbar, daß das Wellenlängen-Durchlaßband P und das Wellenlängen-Sperrband C wesentlich breiter sind.

Wie vorstehend beschrieben, ist durch die Erfindung sowohl das Wellenlängen-Durchlaßband P für einen der Anschlüsse als auch das Wellenlängen-Sperrband C für den anderen der An schlüsse wesentlich erweitert. Daher ist es dann, wenn die Erfindung z. B. auf einen optischen Multiplexer/Demultiple xer zum Multiplexen und Demultiplexen eines optischen Si gnals im Wellenlängenband von 1,3 µm und eines optischen Signals im Wellenlängenband von 1,5 µm, wie sie in weitem Umfang in der optischen Kommunikationstechnik verwendet wer den, angewandt wird, möglich, einen optischen Multiplexer/ Demultiplexer zu realisieren, der eine Abweichung der Wel lenlänge einer Laserschwingung mit der vorgesehenen Wellen länge von 1,3 µm dadurch tolerieren kann, daß das Wellenlän gen-Durchlaßband P und das Wellenlängen-Sperrband C im Wel lenlängenband von 1,3 µm erweitert sind. Ferner bestand beim Stand der Technik eine Beschränkung beim Auswählen der Wel lenlänge, jedoch kann bei der Erfindung die Wellenlänge in nerhalb eines breiten Bands frei gewählt werden. Durch Ein bauen eines erfindungsgemäßen optischen Wellenleiter-Multi plexers/Demultiplexers, wie er vorstehend beschrieben wurde, ist es möglich, eine ONU (optische Netzwerkeinheit) für optische Kommunikationszwecke aufzubauen.

Nachfolgend wird ein anderes Ausführungsbeispiel beschrie ben.

Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel ist der Richtungskopp ler so aufgebaut, daß das Kopplungsverhältnis für die Inten sität von Licht der Wellenlänge λ₃ 100% beträgt. Jedoch kann der Aufbau dergestalt sein, daß das Kopplungsverhältnis 0% beträgt. In diesem Fall gelten λ₁ = 1,25 µm, λ₂ = 1,56 µm und λ₃ = 1,325 µm. Auf Grundlage dieser Werte werden die Eigenschaften und Proportionen des optischen Multiple xers/Demultiplexers so eingestellt, daß der Brechungsindex der Kerne gegen das Substrat 1,458 beträgt, der Brechungs index des Mantels gegen die Kerne 1,4624 beträgt, die Höhe der Kerne 8 µm beträgt, die Breite der Kerne 8 µm beträgt, mit LC = 1,878 mm, G = 1,49 µm, ΔL = 2,158 µm. Die Werte von LC und ΔL unterscheiden sich von denen beim vorigen Ausfüh rungsbeispiel. Durch diesen Aufbau wird eine Charakteristik erhalten, die der von Fig. 2 nahezu gleich ist.

Wenn λ₁ = 1,25 µm, λ₂ = 1,56 mm und λ₃ = 1,325 µm gelten, sind die bevorzugten Bereiche für die Eigenschaften und Pro portionen des optischen Multiplexers/Demultiplexers derge stalt, daß der Brechungsindex der Kerne 1,462 bis 1,463 be trägt, der Brechungsindex des Mantels 1,457 bis 1,459 be trägt, die Höhe der Kerne 7 bis 9 µm beträgt, die Breite der Kerne 7 bis 9 µm beträgt, LC = 1,878 mm, der Zwischenraum G zwischen den nahe beieinander liegenden Wellenleiterpfaden 3 bis 4 µm ist und die Länge ΔL für die Parallelführung der Wellenleiterpfade 1,8 bis 2,8 mm beträgt. Der Richtungskopp ler ist auf solche Weise ausgebildet, daß die Wellenleiter pfade mit einem Biegeradius von 20 bis 50 mm an derjenigen Position gebogen sind, an der der Zwischenraum zwischen den Wellenleiterpfaden 3 bis 4 µm beträgt, damit sie sich zur Parallelführung aneinander annähern, und sie sind an einer Position gestreckt, an der die Wellenleiterpfade zueinander parallel laufen, und dann sind sie symmetrisch im Endab schnitt des geraden Bereichs allmählich voneinander weg ge bogen. Die bei der Erfindung neu eingeführte Wellenlänge λ₃ soll ein Wellenlängenband in der Nähe der Wellenlänge λ₁ ha ben. Das heißt, daß es bevorzugt ist, daß die Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ so eingestellt sind, daß die Differenz zwischen der Wellenlänge λ₁ und der Wellenlänge λ₃ kleiner als die Hälfte der Differenz zwischen der Wellenlänge λ₁ und der Wellenlänge λ₂ ist. Zum Beispiel ist es bevorzugt, daß die Wellenlänge λ₁ und die Wellenlänge λ₃ im Wellenlängenband für 1,3 µm enthalten sind und die Wellenlänge λ₂ im Wellen längenband für 1,55 µm enthalten ist. Es ist bevorzugter, daß die Wellenlänge λ₁ 1,23 bis 1,27 µm beträgt, die Wellen länge λ₂ 1,54 bis 1,58 µm beträgt und die Wellenlänge λ₃ 1,305 bis 1,345 µm beträgt.

Jede der Fig. 3A bis 3D zeigt einen anderen erfindungsgemä ßen optischen Multiplexer/Demultiplexer. Beim in Fig. 3A dargestellten optischen Multiplexer/Demultiplexer sind die Formen der Wellenleiterpfade 25, 26 dieselben wie beim vor stehend genannten Ausführungsbeispiel, jedoch weichen sie bei den anderen Figuren davon ab. Im Fall der Fig. 3B ist einer der Wellenleiterpfade, nämlich der Pfad 26, nahezu ge rade, jedoch ist der andere Wellenleiterpfad 25 gebogen. Der Wellenleiterpfad 25 nähert sich zum Ausbilden eines Rich tungskopplers 23 an einer Position dem Wellenleiterpfad 26, um zu diesem parallel zu verlaufen, und er weicht von ihm ab und läuft gerundet weiter, um einen Phasenschiebebereich 27 zu bilden, und dann nähert er sich erneut dem Wellenlei terpfad 26 an einer anderen Position, um dort zu diesem par allel zu verlaufen, um einen Richtungskoppler 24 auszubil den. Im Fall von Fig. 3C verläuft einer der Wellenleiter pfade, nämlich der Pfad 26, nahezu gerade zwischen dem Rich tungskoppler 23 und einem der Anschlüsse. Im Fall von Fig. 3D verläuft, zusätzlich zur Form gemäß Fig. 3C, der Wellen leiterpfad 25 zwischen dem Richtungskoppler 24 und dem ande ren Anschluß nahezu gerade. Wie vorstehend beschrieben, kön nen die Formen der Wellenleiterpfade beliebig ausgebildet werden, insoweit zwei Richtungskoppler und ein Phasenschie bebereich vorhanden sind.

Obwohl die Materialien, die einen optischen Multiplexer/De multiplexer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden, SiO₂ für das Substrat 1, SiO₂-TiO₂ für die Kerne sowie SiO₂-B₂O₅-P₂O₃ für den Mantel sind, ist es möglich, dielektrische Materialien wie Gläser der Siliziumdioxidgrup pe, Halbleitermaterialien oder organische Materialien zu verwenden. Hinsichtlich der Herstellung ist es möglich, wohlbekannte Herstelltechnologien (Photolithographie, reak tives Ionenätzen usw.) zu verwenden, wie sie auf dem Gebiet integrierter Halbleiterschaltungen verwendet werden.

Die Erfindung zeigt die folgenden hervorragenden Eigenschaf ten:

(1) Es ist möglich, einen optischen Multiplexer/Demultiple xer für jede beliebige Wellenlänge zu realisieren.
(2) Es ist möglich, eine Wellenlänge aus einem breiten Wel lenlängenband frei zu wählen.

Claims

1. Optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer mit Richtungskopplern (5, 6) zu beiden Seiten eines Phasen schiebebereichs (9), mit einer Differenz ΔL der optischen Pfadlänge zweier Wellenleiter (2, 3), für die folgendes gilt: ΔL=(N±1/2)λ₁/n(λ₁) = Nλ₂/n(λ₂),
mit n(λ₁) = Modenbrechungsindex bei der Wellenlänge λ₁;
n(λ₂) = Modenbrechungsindex bei der Wellenlänge λ₂;
N = beliebige ganze Zahl;wobei der Aufbau dergestalt ist, daß das Kopplungsverhältnis für die Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₂ auf min destens 50% eingestellt ist, wodurch Licht im die Wellen länge λ₁ enthaltenden Wellenlängenband und Licht im die Wel lenlänge λ₂ enthaltenden Wellenlängenband ge- und demulti plext wird; dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zwei Rich tungskoppler so aufgebaut ist, daß das Kopplungsverhältnis für die Intensität von Licht der Wellenlänge λ₂ mindestens 50% beträgt und das Kopplungsverhältnis der Intensität von Licht mit einer Wellenlänge λ₃ in einem Wellenlängenband dicht bei der Wellenlänge λ₁ 0% oder 100% ist, wodurch Licht im die Wellenlängen λ₁ und λ₃ enthaltenden Wellenlän genband sowie Licht im die Wellenlänge λ₂ enthaltenden Wel lenlängenband ge- und demultiplext wird.

2. Optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Wellenlei terpfade auf einem Substrat vorhanden sind und sie entlang einer jeweils vorgegebenen Länge (LC) an zwei Positionen dicht und parallel zueinander unter Einhaltung eines vorge gebenen Zwischenraums (G) angeordnet sind, um die Richtungs koppler (5, 6) zu bilden, wobei mindestens einer der Wellen leiterpfade zwischen den zwei Positionen auf einem Umweg ge führt ist, um den Richtungskoppler (9) auszubilden.

3. Optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ so eingestellt ist, daß die Differenz zwischen der Wellenlänge λ₁ und der Wellenlänge λ₃ kleiner ist als die Hälfte der Differenz zwischen der Wel lenlänge λ₁ und der Wellenlänge λ₂.

4. Optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Licht im Wellenlängenband um die Wellenlänge 1,3 µm und Licht im Wellenlängenband um die Wellenlänge 1,55 µm ge- und demultiplext werden.

5. Optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen λ₁ und λ₃ im Wellenlängenband um die Wellenlänge 1,3 µm enthal ten sind und die Wellenlänge λ₂ im Wellenlängenband um die Wellenlänge 1,55 µm enthalten ist.

6. Optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge λ₁ 1,23 bis 1,27 µm beträgt, die Wellenlänge λ₂ 1,54 bis 1,58 µm beträgt und die Wellenlänge λ₃ 1,305 bis 1,345 µm be trägt.

7. Optischer Wellenleiter-Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge λ₁ 1,23 bis 1,27 mm beträgt, die Wellenlänge λ₂ 1,54 bis 1,58 µm beträgt, die Wellenlänge λ₃ 1,305 bis 1,345 µm beträgt und der Brechungsindex der Wellenleiterker ne 1,46 bis 1,463 beträgt, der Brechungsindex der Mäntel 1,457 bis 1,495 beträgt, die Höhe eines Kerns 7 bis 9 µm beträgt, die Breite eines Kerns 7 bis 9 µm beträgt, der Zwischenraum zwischen den Wellenleiterpfaden im Richtungs koppler (5, 6) 3 bis 4,5 mm beträgt, die Länge des Parallel verlaufs 1,8 bis 2,8 mm beträgt und die Differenz der opti schen Pfadlänge 1,8 bis 2,8 µm beträgt.

8. Optisches Netzwerkeinheit-Modul, dadurch gekennzeich net, daß es einen optischen Wellenleiter-Multiplexer/Demul tiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält.

9. Verfahren zum Multiplexen und Demultiplexen von Licht in einem eine Wellenlänge λ₁ enthaltenden Wellenlängenband und Licht in einem eine Wellenlänge λ₂ enthaltenden Wellen längenband unter Verwendung eines optischen Wellenleiter- Multiplexers/Demultiplexers, in dem zwei Wellenleiterpfade auf einem Substrat ausgebildet sind, die unter Einhaltung eines vorgebenen Zwischenraums (G) parallel und dicht bei einander über eine vorgegebene Länge (LC) an zwei Positionen ausgebildet sind, um Richtungskoppler (5, 6) auszubilden, wobei mindestens einer der Wellenleiterpfade zwischen den zwei Positionen auf einem Umweg geführt ist, um einen Rich tungskoppler (9) auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsverhältnis der Intensität von Licht mit der Wellenlänge λ₂ 50% beträgt und das Kopplungsverhältnis der Intensität von Licht mit einer Wellenlänge λ₃ in einem sehr nahe bei der Wellenlänge λ₁ liegenden Wellenlängenband 0% oder 100% beträgt, wobei Licht im Wellenlängenband um 1,3 µm, das die Wellenlängen λ₁ und λ₃ enthält, und Licht im Wellenlängenband um 1,55 µm, das die Wellenlänge λ₂ enthält, ge- und demultiplext werden.