DE2434443A1

DE2434443A1 - Koppelvorrichtung von in dielektrischen wellenleitern gefuehrten lichtwellen

Info

Publication number: DE2434443A1
Application number: DE2434443A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Baues; Hans Dr Rer Nat Mahlein; Achim Dipl Phys Reichelt; Gerhard Dipl Ing Winzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-07-17
Filing date: 1974-07-17
Publication date: 1976-01-29
Also published as: FR2279124B1; US4003629A; GB1510002A; DE2434443C2; FR2279124A1

Description

SIEMEHS AKTIENGESEILSCHAFT München, Berlin πηά München Witteisbacherplatz

VPA 74/7108

Koppelvorrichtung von in dielektrischen Wellenleitern geführten Lichtwellen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kopplung von lichtwellen aus einem ersten in einen zweiten Wellenleiter j welche beide in integrierter Technik auf einem Substrat angeordnet sind.

in· Solche Koppelvorrichtungen sind s.B, in einend "The Bell System Technical Journal» Vol. 48, ITr. 7, 1969, Seite 2066 abgedruckten Aufsatz von Miller beschrieben. Dort sind auf einem Substrat zwei Wellenleiter angeordnet, welche auf einer vorgegebenen Strecke parallel und eng.benachbart nebeneinander verlaufen. Die Felder der in dem ersten Wellenleiter geführten lichtwelleii erstrecken sich bis in das Gebiet des zweiten Wellenleiters, in dem sie weitergeführt werden.

Bei dieser Vorrichtung ist eine Steuerung der Kopplung der Mchtwellen zwischen den beiden Wellenleitern nicht möglich»

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur steuerbaren Kopplung von Lichtwellen zwischen zwei Wellenleitern anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindüngsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Wellenleiter mit den Brechungsindices n^Cdie Lichtwellen heranführend) baw. Ji₀^n₁ (die Lichtwellen

VPA 9 / 710/4033 Wß/Hth

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C. ~

aufnehmend) auf dem Substrat gekreuzt übereinander angeordnet sind, im Kreuzungsbereich durch je eine dielekrische Isolatorschicht isoliert von einem gitterförmigen Elektrodenpaar umgeben sind und daß der eine oder beide Wellenleiter aus elektrooptischen Kristallmaterialien bestehen, deren optische Achsen derart ausgerichtet sind, daß beim Anlegen einer Spannung an das Elektz^odenpaar in den elektrische Felder aufweisenden Bereichen der Wellenleiter die Differenz (η. - n^) der Brechungsindizes 0 oder negativ ist.

Im folgenden wird zunächst die Funktion dieser Koppelvorrichtung erläutert:

Im feldfreien Zustand weisen beide Wellenleiter höhere Brechungsindizes auf,-als die an diese angrenzenden dielektrischeülsolatorschichten. Außerdem gilt in diesem Fall - wie eingangs erwähnt - η-,^ΐΐρ. Eine in dem ersten Wellenleiter auf den Kreusungsbereich zwischen den beiden Wellenleitern zulaufenden Mclrfcwelle wird im ersten Wellenleiter über die Kreuzung weitergeführt. Eine Einkopplung in den zweiten YiTellenleiter findet nicht statt.

Wird nun an das Elektrodenpaar eine elektrische Spannung angelegt, so entsteht in den vom elektrischen Feld durchdrungenen Bereichen des Wellenleiters, der aus einem elektrooptischen Kristall besteht, ein elektrooptischer Effekt. Dieser bewirkt eine Änderung des Brechungindex des elektrooptischen Kristalls. Durch Yorgabe des Kristallmaterials und der Größe des elektrischen .Feldes kann erreicht werden, daß der Brechungsindex n-, des ersten Wellenleiters nun gleich oder kleiner als der'Brechungsindex ii_? des zweiten Wellenleiters wird, wobei aber n., und n^ weiterhin größer als der Brechungsindex der dielektrischen Isolator schicht en bleiben. Dann wird die im ersten Wellenleiter auf die Kreuzung zulaufende Üchtwelle hier durch Beugung am Gitter und durch Leckwellenleitung in den zweiten Wellenleiter überkoppelt.

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Durch die gitterförmige Ausbildung der die beiden Wellenleiter umgebenden Elektrodenordnungen wird eine Kumulationswirkung der Kopplung erreicht.

Vorteilhafterweise können aus fertigungstechnischen Gründen beide Wellenleiter aus dem gleichen elektrooptischen Kristallmaterial aufgebaut sein. In diesem Falle werden durch aus der Kristallographie bekannte Maßnahmen die optischen Achsen der die beiden Wellenleiter bildenden Kristalle auf dem Substrat derart angeordnet, daß für die sich in ihnen ausbreitenden Lichtwellen im feldfreien Zustand Brechungsindizes n->np und beim Vorliegen eines elektrischen Feldes Brechungsindizes ηγ^ν,.^ vor- . finden.

Es kann insbesondere sowohl der transversale als auch der '* longitudinale elektrooptisch^ Effekt ausgenutzt werden. Die Elektrodenanordnung ..wird dazu so gewählt, daß das entstehende elektrische Feld senkrecht bzw. parallel zur Ausbreitungsrichtung der im ersten Wellenleiter verlaufenden Iiichtwelle liegt.

Es ist von Vorteil, wenn als Substrat ein Halbleiter gewählt wirdj in welchem nach bekannten Maßnahmen eine der beiden Elektrοdenanordnungcn erzeugt wird. Dadurch wird die Koppelvorrichtung noch kompakter,

Die Koppelvorrichtung erlaubt nicht nur eine steuerbare Überkopplung der in dem ersten Wellenleiter herange- . führten Lichtwellen, sonder darüber hinaus auch deren - Modulation.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der Figurenbeschreibung näher erläuterti-

Die Figuren 1 und 2 zeigen in Querschnitt bzw. in Draufsicht eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung.

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Auf einem Substrat 1 ist eine streifenförmige Elektrodenanordnung 2 aufgebracht, welche liter eine Anschlußklemme mit einer Spannungsquelle verbunden werden kann. Diese Elektrodenanordnung 2 ist durch eine dielektrische Isolationsschicht 4 von einem ersten Wellenleiter 5 isoliert« Darüber ist gekreuzt ein weiterer Wellenleiter 6 angeordnet, auf dem wieder durch eine dielektrische Isolationsschicht 7 isoliert eine zweite streifenförmige Elektrodenanordnung aufgebracht ist, welche über die Anschlußklemme 9 mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle verbunden werden kann. Die beiden gitterförmigen Elektrodenanordnungen 2 und 8 sind miteinander zur Deckung gebracht.

Die beiden Wellenleiter 5 und 6 bestehen beide aus Kaliumdihydrogenphosphat und sind so aus diesem elektrooptischen Material herausgeschnitten und mit ihren optischen Achsen so zueinander orientiert, daß im feldfreien Raum der Brechungsindex n- des Wellenleiters 5 für eine in diesem Wellenleiter auf die Kreuzung gemäß, dem Pfeil 10 zulaufende Lichtwelle größer ist als der Brechungsindex n^ des Wellenleiters 6. Die in Richtung 10 ankommende lichtwelle wird im Wellenleiter 5 in der Richtung 11 weitergeführt. Wird nun eine Spannung .an die Klemmen 3 und 9 angelegt, so ändern sicli zwischen den Elektrodenstreifen der Elektrodenanordnungen 2 und 8 die Brechungsindizes der beiden Wellenleiter 5 tmd 6 derart, daß der Brechungsindex n.. nunmehr kleiner als der Brechungsindex Hn wird. Dadurch kommt es im Kreuzungsgebiet zu Beugung und Leckwellenleitung, welche bewirkf^ daß die in der Richtung 10 herangeführte Lichtwelle in die Richtung 12 und 13 in den Wellenleiter 6 ein- gekoppelt wird. Bei Anlegen einer modulierten Spannung an die Klemmen 3 und 9 sind die in den Richtungen 11, 12 und 13 weitergeführten Lichtwellen moduliert.

An den vier Enden der Lichtwellenleiter 5 und 6 sind nicht eingezeichnete weiterfuhrende Wellenleiter angekoppelt.

2 Figuren

4 Patentansprüche

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Claims

-S-

Patentanspruch e

Vorrichtung zur Kopplung von lichtwellen aus einem ersten in einen zweiten Wellenleiter, welche "beide in integrierter Technik auf einem Substrat aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Wellenleiter mit den Brechungsindizes n* bzw, n_?< n. auf dem Substrat gekreuzt übereinander angeordnet sind, im Kreuzungsbereich durch je eine dielektrische Isolationsschicht isoliert von einem gitterförmigen Elektrodenpaar umgeben sind und daß der eine oder die beiden Wellenleiter aus elektrooptischen Kristallmaterialien bestehen, deren optische Achsen derart ausgerichtet sind, daß beim Anlegen einer Spannung an das Elektrodenpaar in den elektrische Felder aufweisenden Bereichen der Y/ellenleiter die Differenz (n,, - n^) der Brechungsindizes null oder negativ wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Wellenleiter aus dem gleichen elektrooptischen Kristallmaterial bestehen und daß deren optische Achsen derart auf dem Substrat angeordnet sind, daß die Kristalle für die sich in ihnen ausbreitenden Lichtwellen im feldfreien Zustand n^>n_? und im felddurchfluteten Zustand η^S* zip
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die durch die Elektrodenanordnung erzeugten elektrischen Felder senkrecht oder parallel zur Ausbreitungsrichtung der Lichtv/ellen in den Wellenleitern vorliegen.
4. Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat ein Halbleiter ist, in welchem die eineElektrodenanordnung angeordnet ist.

I e e r s e i t e