DE2433214A1

DE2433214A1 - Koppelvorrichtung fuer rechteckwellenleiter

Info

Publication number: DE2433214A1
Application number: DE19742433214
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Auracher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-07-10
Filing date: 1974-07-10
Publication date: 1976-01-29
Also published as: FR2278086A1; GB1509800A; NL7507029A; FR2278086B1; IT1039426B; JPS5132343A; BE831219A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den '..".. '.■'· Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

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Koppelvorrichtung für Rechteckwellenleiter

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung für Rechteckwellenleiter, insbesondere in optischen Übertragungssystemen, wobei die zu koppelnden Wellenleiter mit einer Koppelstruktur versehen sind«

In optischen Übertragungssystemen können ähnlich wie in der elektronischen Übertragungstechnik Hybrid-Bauelemente verwendet werden. Dazu werden einzelne Bauelemente, wie Modulatoren, Wellenleiterschalter, Filter usw. auf verschiedenen Substraten in Planartechnologie mit rechteckigen Wellenleitern hergestellt. Dabei entsteht dann das Problem, die einzelnen Bauteile zu koppeln.

Es ist bekannt, solche zu koppelnden Hybrid-Bauelemente mit Koppelstrukturen zu versehen, die beispielsweise ein dünner Film von niedrigem oder hohem Brechungsindex oder eine periodische Struktur sein können. Eine Schwierigkeit bei Verwendung dieser Koppelstrukturen liegt nun noch darin, daß die einzelnen Bauelemente so justiert werden müssen, daß keine Verluste an zu übertragenden optischen Signalen von einer Koppelstruktur zur anderen Koppelstruktur auftreten»

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es₅ eine Koppelvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der keine VorJustierung der zu koppelnden Wellenleiter mehr erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemä3 vorgeschlagen, VPA 9/710/4002 UH/Kow -2-

daß die Wellenleiter durch eine flexible mantellose Glasfaser mit rechteckigem Querschnitt verbunden werden, die auf den Koppelstrukturen fest -aufgebracht ist.

Vorzugsweise ist die mantellose Glasfaser mit oder ohne eine Immersionsflüssigkeit auf den Koppelstrukturen aufgepreßt, auf geklemmt oder auf gekleb t-.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Glasfaser so bemessen ist, daß nur die gleichen Moden,' wie im Rechteckwellenleiter, in ihr ausbreitungsfähig sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielsweise beschrieben. In den Figuren 1 bis 8 sind verschiedene Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Koppelvorrichtungen dargestellt.

Das Prinzip der erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung ist in Figur 1 in Seitenansicht und in Figur 2 in Draufsicht gezeigt. Dabei sind mit 1 und 2 zwei Substrate bezeichnet, auf denen jeweils ein Rechteckwellenleiter 3 und 4 angeordnet sind. Diese zu koppelnden Rechteckwellenleiter tragen jeweils eine Koppelstruktur 5, 6, beispielsweise aus einer dünnen Schicht mit einem Brechungsindex n,., n' . Die Brechungsindices der Substrate 1 und 2 sind mit n, und n¹, bezeichnet, diejenigen der Rechteckwellenleiter mit n~, n'p und diejenigen der Koppelstrukturen 5, 6 mit η , η' . Auf diese Koppel strukturen wird nun eine mantellose Glasfaser mit rechteckigem Querschnitt 7 mit oder ohne Verwendung einer ImmersiOnsflüssigkeit aufgepreßt, aufgeklemmt oder aufgedrückt, wobei der Brechungsindex der Glasfaser mit n₀ bezeichnet ist. Aufgrund der Flexibilität der mantellosen Glasfaser 7 ist keine genaue Vorjustierung der beiden zu koppelnden Bauelemente mehr erforderlich. Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung mit einer niedrig brechenden Schicht als Koppelstruktur und Figur 4 das

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dazugehörige typische Brechungsindexprofil. Die Koppelung erfolgt entweder durch Oberflächenwellen oder Leckwellen über die Koppelschicht 5 der Dicke d und der Länge L mit dem Brechungsindex n.. Diese Methode ist ähnlich dem Prismenkoppler für optische Dünnfilmwellenleiter. Der Brechungsindex n. ist so zu wählen, daß für den zu koppelnden Mode im Wellenleiter 3 entweder an der Grenzfläche zwischen dem Wellenleiter 3 und der Koppelstruktur 5 oder zwischen der mantellosen Glasfaser 7 und der Koppelstruktur 5 (Koppelung durch Leckwellen) oder an beiden Grenzflächen (Koppelung .durch Oberflächenwellen) Totalreflexion entsteht,, Die Dicke d der Koppelstruktur 5 muß im letzteren Fall etwa d - j seinj,

wobei mit A die Vakuumwellenlänge des Lichtes bezeichnet ist.

In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Koppelvorrichtung mit einem hochbrechenden Film als Koppelstruktur dargestellt und in Figur 6 das dazugehörige typische Brechungsindexprofil. Die Koppelung erfolgt auch hier durch Leckwellen über einen Film 5 mit einem Brechungsindex n. - η , η,-,ο Die Dicke der Kopp el struktur 5 ist in diesem Fall unkritisch,,

Die Figuren 7 und 8 zeigen zwei zu koppelnde Wellenleiter 3 und 4,. die jeweils auf einem Substrat 1 und 2 angebracht sind mittels einer periodischen Koppelstruktur 5 und 6, deren Periodizität mit ./!bezeichnet ist» Die periodische Struktur kann dabei durch eine periodische Dickenänderung oder durch eine periodische Änderung des Brechungsindex des Koppelfilms erzeugt werden. Die im Falle der Koppelstruktur mit periodischer Dickenänderung auftretenden periodischen Lücken können mit einem transparenten Medium von geeignetem Brechungsindex ausgefüllt sein. Die periodische Koppelstruktur beugt das Licht in eine oder mehrere Beugungsordnungen. Wenn eine Beugungsordnung in der mantellosen Glasfaser 7 ausbreitungsfähig ist, wird diese BeugungsOrdnung resonant in die Faser eingekoppelt. In Figur 8 ist ein Vorwärtskoppler bei entsprechender Wahl des Brechungs-

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index gezeigt, der die folgende Bedingung erfüllt:

wobei mit β die Ausbreitungskonstante des Lichtes in der Koppelstruktur 6 bezeichnet ist und K = 2 TT/ ^ _Q ist. In Figur 7 dagegen ist ein Vorwärtskoppler dargestellt.

Die erfindungsgemäße Anordnung einer Koppe!struktur mit einer mantellosen Glasfaser hat den Vorteil, daß die zu koppelnden Bauelemente nicht genau zueinander justiert werden müssen, da die Glasfaser 7 flexibel ist. Außerdem können die Koppellänge und die Koppelstärke durch die üblichen geringen Toleranzen der Planartechnologie genau definiert werden. Ein guter optischer Kontakt zwischen der Glasfaser und der Koppelstrukturen kann durch Anpressen der Glasfaser an die Koppelstrukturen und/oder Kleben oder Anklemmen unter Verwendung oder ohne Verwendung einer Immersionsflüssigkeit erzielt werden. Der Brechungsindex des Klebers bzw. der Immersionsflüssigkeit muß geeignet gewählt werden. Eine weitere Beeinflussung des Koppelungsgrades kann durch Herstellen der Koppelstruktur mit keilförmiger Dickenänderung mittels einer geeigneten Klemmvorrichtung erzielt werden. Die periodische Struktur dagegen kann durch übliche holografische Methoden in einem Fotolack, durch Ätzen oder auch durch Ritzen oder Einpressen der Struktur mit einem Stempel in einen, beispielsweise thermoplastischen, Film hergestellt werden. Eine periodische Änderung des Brechungsindex kann auch durch Belichten einer geeigneten lichtempfindlichen Schicht mit holografischen Methoden oder durch Ionenimplantation durch eine Maske, oder durch Eindiffundieren eines geeigneten Materials, oder durch Erhitzen des mit einer geeigneten Maske versehenen Films in einer geeigneten Atmosphäre oder im Vakuum erzielt werden.

3 Patentansprüche
8 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Koppelvorrichtung für Rechteckwellenleiter, insbesondere in optischen Übertragungssystemen, wobei die zu koppelnden Wellenleiter mit einer Koppelstruktur versehen sind, gekennzeichnet durch eine flexible, mantellose Glasfaser mit rechteckigem Querschnitt, die auf den Koppelstrukturen fest aufgebracht ist und diese verbindet.
2. Koppelvorrichtung nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet , daß die mantellose Glasfaser auf .den Koppelstrukturen mit oder ohne Immersionsflüssigkeit aufgepreßt, aufgeklemmt oder aufgeklebt ist.
3. Koppelvorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Glasfaser so bemessen ist, daß nur die gleichen Moden wie im Rechteckwellenleiter in ihr ausbreitungsfähig sind.
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