DE19839692A1 - Wellenleiter-Konzentrator - Google Patents

Wellenleiter-Konzentrator

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DE19839692A1
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Norbert Fabricius
Jan Ingenhoff
Xavier Orignac
Dieter Baierl
Wolfgang Fos
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Abstract

Wellenleiter-Konzentrator, bei dem im konzentrierten Bereich (K) jeweils benachbarte Wellenleiter (21, 22) verschiedene Propagationskonstanten aufweisen. Vorzugsweise ist die Maskenbreite der durch Ionenaustausch erzeugten Wellenleiter paarweise verschieden. Vorgesehen für Demultiplexer kompakter Bauform mit gegenübergestelltem Beugungsgitter (4).

Description

Wellenleiter-Konzentratoren sind integriert optische Bauteile, bei denen die Wellenleiter auf einer Seite des Chips sehr eng zusammengeführt werden, auf Abstände um die 20 µm. Bei diesen Abständen kann Licht von einem Wellenleiter auf die benachbarten Wellenleiter überkoppeln. Das wird nicht gewünscht, da sich dadurch der Cross-Talk deutlich verschlechtern kann. Vergrößert man die Abstände der Wellenleiter, so entspannt sich die Situation. Dies ist allerdings nicht immer möglich. So kann beispielsweise bei zwei identischen Wellenleitern die gesamte Energie abhängig von der Koppellänge in den zweiten Wellenleiter transferiert werden.
Es ist bekannt, daß Wellenleiter, die unterschiedliche Moden mit voneinander verschiedenen Propagationskonstanten führen, ein von identischen Wellenleitern verschiedenes Koppelverhalten zeigen: Aufgrund der unterschiedlichen Propagationskonstanten kann es nicht zu einem resonanten Überkoppeln wie im Falle identischer Wellenleiter kommen.
Die wichtigen Merkmale sind: Der Leistungsübertrag überschreitet einen bestimmten Grenzwert nicht, und die Überkoppellänge ist gegenüber dem Fall identischer Wellenleiter verkürzt.
Durch Ionenaustausch in Glas mit Masken hergestellte integriert optische Bauteile sind z. B. aus US 5,526,453 bekannt. Integriert optische Multiplexer und Demultiplexer sind normalerweise mit Verzweigern aufgebaut.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Wellenleiter-Konzentratoren ohne signifikante Überkopplung.
Die Lösung gelingt mit einem Wellenleiter-Konzentrator nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen zeigen die Unteransprüche 2 bis 9.
Weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Demultiplexers mit großer Zweigzahl N (größer als etwa 10) und homogenem Verzweigungsverhältnis. Diese Aufgabe löst der Demultiplexer nach Anspruch 10 durch Nutzung eines Wellenleiter-Konzentrators nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche.
Es gelingt damit, für einen Demultiplexer - oder auch ein Gitterspektrometer - einen Aufbau zur Verfügung zu stellen, der kleinste Abmessungen mit größtmöglicher spektraler Bandbreite bei hoher Trennschärfe der Ausgangskanäle verbindet.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Demultiplexers mit Konzentrator;
Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Unterdrückung der Überkopplung zwischen benachbarten Wellenleitern.
Der schematische Aufbau des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 zeigt einen Demultiplexer, bestehend aus einem integriert optischen Wellenleiterchip 1 mit vergrabenen Wellenleitern 10 und 21 bis 25, die durch Jonenaustausch mit Maske in Glas hergestellt sind. Eine Linse 3 und ein Gitter 4 sind demonstrativ separat dargestellt, können aber bevorzugt in miniaturisierter Form als Mikrooptik mit auf dem Chip integriert sein.
Über den Eingangswellenleiter 10 eingekoppeltes Licht wird über die Linse 3 auf das Reflex-Beugungs-Gitter 4 gelenkt. Dieses bewirkt im rückgestreuten Licht eine Spektralzerlegung. Die Linse 3 bildet das Spektrum auf der Eintrittskante E des Wellenleiterchips 1 scharf ab.
Da die Wellenleiter 21 bis 25 im konzentriertem Bereich K einen Abstand von - im Beispiel - nur 17 µm aufweisen, kann z. B. ein Spektrum mit 24 Detektorkanälen auf nur ca. 400 µm Breite aufgenommen werden. Die ganze Anordnung mit dem Gitter 4 kann daher extrem miniaturisiert werden.
Ohne besondere Maßnahmen würde die spektrale Zerlegung des Demultiplexers jedoch durch Überkopplung zwischen benachbarten Wellenleitern ganz unüberschaubar gestört. Dagegen hilft die erfindungsgemäße Maßnahme der ungleichen Ausführung der Wellenleiter. Beispielsweise sind abwechselnd dünne (21, 23, 25) und dicke (22, 24) Wellenleiter angeordnet.
Dazu eignet sich eine Maske mit 1.8 µm Öffnungsbreite für die dicken mit 1.2 µm Öffnungsbreite für die dünnen Wellenleiter, bei 17 µm Minenabstand. Die Vergrabungstiefe der Wellenleiter wird eher geringer als üblich gehalten. Hiermit wird jetzt, wie Fig. 2 zeigt, ein Überkoppeln wirksam verhindert. Die verschiedenen Propagationskonstanten bewirken ein Dephasing der in benachbarten Wellenleitern laufenden Wellen, wodurch resonarlte Kopplung unterbunden wird.
In Fig. 2 ist die Feldstärke E als Funktion des Laufweges Z und des Abstands X (vgl. jeweils Fig. 1) für zwei benachbarte Wellenleiter 21, 22 mit erfindungsgemäß verschiedener Propagationskonstante angegeben. Man sieht, daß auf dem zweiten Wellenleiter 22 nur unbedeutende Oszillationen erfolgen und die Intensität im ersten Wellenleiter 21 im wesentlichen erhalten bleibt.
Die Überleitung zum Anschlußende A mit gewöhnlichem Abstand der Wellenleiter 21 bis 25 von ca. 250 µm geschieht in einem Übergangsbereich Ü mit S-Kurven, die nach Spline-Funtionen mit stetiger Krümmung gebildet sind. Damit wird die Dämpfung bezüglich Übergangsverlusten minimiert.
Vor dem Anschlußende A sind Taper T angebracht, mit denen gleiche Dicke aller Wellenleiter 21 bis 25 erreicht wird.
Auch am Einkoppelende E können Taper vorgesehen werden, um an der Einkoppelstelle gleiche Modenanpassung zu gewährleisten.

Claims (10)

1. Wellenleiter-Konzentrator bei dem im konzentrierten Bereich (K) jeweils benachbarte Wellenleiter (21, 22) verschiedene Propagationskonstanten aufweisen.
2. Wellenleiter-Konzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter abwechselnd zwei verschiedene Propagationskonstanten aufweisen.
3. Wellenleiter-Konzentrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter durch Ionenaustausch in Glas gebildet sind, und daß die Propagationskonstanten durch eine signifikante Breite der Wellenleiter unterschieden sind.
4. Wellenleiter-Konzentrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die signifikante Breite die Breite der Öffnung der Maske ist, mit der die Herstellung durch Jonenaustausch geschieht.
5. Wellenleiter-Konzentrator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite benachbarter Maskenöffnungen 1,3 bis 2, vorzugsweise 1,5 beträgt.
6. Wellenleiter-Konzentrator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Maskenöffnungen 0,5 bis 2,5 µm beträgt.
7. Wellenleiter-Konzentrator nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabstand benachbarter Wellenleiter im konzentrierten Bereich unter 25 µm, vorzugsweise bei 15 bis 20 µm, liegt.
8. Wellenleiter-Konzentrator nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß dem konzentrierten Bereich (K) ein Übergangsbereich (U) vorgesetzt ist, und daß im Übergangsbereich (U) die Wellenleiter (21, 22) nach Spline-Funktionen stetig gekrümmt sind.
9. Wellenleiter-Konzentrator nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß Taper (T) zur Anpassung der Propagationskonstanten bzw. Maskenbreite angeordnet sind.
10. Demultiplexer mit einem Wellenleiter-Konzentrator (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1-9 und einem darauf gerichteten Beugungsgitter (4).
DE1998139692 1998-09-01 1998-09-01 Wellenleiter-Konzentrator Withdrawn DE19839692A1 (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63244003A (ja) * 1987-03-31 1988-10-11 Shimadzu Corp 合分波器
DE4331611A1 (de) * 1993-09-17 1995-03-23 Iot Integrierte Optik Gmbh Integriert optischer 2 x 2 Koppler

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63244003A (ja) * 1987-03-31 1988-10-11 Shimadzu Corp 合分波器
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