DE2443038A1 - Elektrooptischer schalter und modulator - Google Patents

Elektrooptischer schalter und modulator

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den -Γ. "Vr':? Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
74/7161
Elektrooptischer Schalter und Modulator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrooptischen Schalter und Modulator für sich kreuzende oder verzweigende optische Wellenleiter, die auf einem dielektrischen Substrat mit einer oder zwei darüberliegenden und/oder darunterliegenden dielektrischen Isolatorschichten angeordnet sind und wobei die Wellenleiter ira Bereich des Schalt- oder Modulationspunktes aus elektrooptischem Material bestehen.
In optischen Übertragungssystemen werden, ähnlich wie in der elektronischen Übertragungstechnik, Bauelemente wie Modulatoren und Wellenleiterschalter verwendet, um zwischen sich kreuzenden oder verzweigenden optischen Wellenleitern die elektromagnetische Energie umzuschalten oder entsprechend einem Steuersignal auszutauschen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrooptischen Schalter und Modulator für sich kreuzende oder verzweigende optische Wellenleiter anzugeben, mit dem die elektromagnetische Energie mit besonders hohem Wirkungsgrad umgeschaltet oder mit besonders hohem Modulationswirkungsgrad ausgetauscht werden kann, so daß kürzere Koppelstrecken und mithin ein höherer Integrationsgrad für Strukturen der* integrierten Optik gegenüber bekannten Schalter- und Modulatoranordnungen erzielt wird.
Ausgehend von einem elektrooptischen Schalter und Modulator der eingangs näher beschriebenen Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß im Bereich des Kreuzungspunktes der Wellenleiter auf der oder den Isolatorschichten Elektroden-
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strukturen mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern derart angeordnet sind, daß sich die Elektrodenfinger senkrecht zur Winkelhalbierenden der sich imter einem Winkel Oi- kreuzenden Wellenleiter erstrecken und/oder daß außerhalb des Kreuzungspunktes der Wellenleiter diese Elektrodenstrukturen derart angeordnet sind, daß sich die Elektrodenfinger senkrecht zum Wellenleiter erstrecken.
Bei Verwendung zweier oder mehrerer Elektrodenstrukturen können die Elektrodenfinger entweder äuquidistant sein oder unterschiedliche, getrennt schaltbare Periodizität aufweisen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen im Bereich der Elektrodenstrukturen auch die dielektrischen Isolatorschichten aus elektrooptischen Material.
Gegenüber den bekannten Schalter- und Modulatoranordnungen, die den Effekt der Lichtbeugung an Gitterstrukturen ausnutzen und mit denen die Eingriffe in die Führungseigenschaften der Wellenleiter nur schwach sind, kann mit dem erfindungsgemäßan Schalter und Modulator nicht nur eine stärkere Beeinflussung der Führungseigenschaften der Wellenleiter erzielt werden, sondern auch eine Verringerung der Anforderungen an die Genauigkeit der Technologie.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielsweise erläutert; es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine Anordnung mit einer Elektrodenstruktur,
Figur 2 einen Schnitt durch eine Anordnung mit zwei Elektrodenstrukturen ,
Figur 3 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Schalter und Modulator,
Figur 4 eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Schaltern und Modulatoren,
Figur 5 einen Verzweigungspunkt mit drei Schaltern und Modulatoren und
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Figur 6 einen Verzweigungspunkt mit zwei Schaltern und Modulatoren.
In Figur 1 ist mit 1 ein dielektrisches Substrat mit dem Brechungsindex η bezeichnet, auf der sich kreuzende oder
verzweigende Wellenleiter 2 aufgebracht sind. Die Wellenleiter bestehen im Bereich des Schalt- oder Modulationspunktes aus elektrooptischem Material mit einer darüberliegenden dielektrischen Isolatorschicht 3. Auf der dielektrischen Isolatorschicht 3 ist eine Elektrodenstruktur 4 mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern angeordnet.
Bei dem Schnitt nach Figur 2 ist mit 2 wieder der Wellenleiter bezeichnet, mit einer darüberUegenden dielektrischen Isolatorschicht 3 und einer darunterliegenden dielektrischen Isolatorschicht 5.
Figur 3 zeigt eine Draufsie ht auf den elektrooptischen Schalter und Modulator nach Figur 1. Die Wellenleiter 2 kreuzen sich unter einem Winkel d- und die Elektrodenfinger der Elektrodenstruktur 4 sind derart angeordnet, daß sie senkrecht zur Winkelhalbierenden der sich unter dem Winkel Ot kreuzenden Wellenleiter liegen. Bei Anlegen von Spannungen an die Elektrodenfinger entsteht eine Brechungsindexvariation im elektrooptischen Material der Wellenleiter 2, die eine Umlenkung der elektromagnetischen Strahlung von einem Wellenleiter in den anderen mit steuerbarem Reflexionsgrad und Transmissionsgrad zuläßt. Mit dieser Anordnung lassen sich also optische Wellenleiterschalter und -modulatoren realisieren.
Zur Führung der Welle wird in bekannter V/eise der Brechungsindex η des Substrates ebenso wie der Brechungsindex der
Isolatorschicht oder Isolatorschichten 3> 5 kleiner als der Brechungsindex der Schicht des Wellenleiters gewählt. Bei einer
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Anordnung mit entweder nur oberhalb oder nur unterhalb des Wellenleiters angeordneten Fingern, wie es in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist, wird der longitudinale elektrooptisch^ Effekt ausgenutzt. Bei der in Figur 2 dargestellten Anordnung, bei der eine Fingeranordnung oberhalb und eine andere Fingeranordnung unterhalb des Wellenleiters 2 angeordnet ist, wird eine Beeinflussung des Brechungsindex im Wellenleiter entweder über den longitudinalen oder auch den transversalen elektrooptischen Effekt bei geeigneter Materialwahl möglich.
Figur 4 zeigt zwei sich kreuzende Wellenleiter 2, bei denen im Bereich des Kreuzungspunktes analog zur Figur 3 eine Elektrodenstruktur 4 mit Elektrodenfingern derart angeordnet ist, daß sich die Elektrodenfinger senkrecht zur Winkelhalbierenden des Winkels oi erstrecken. Zusätzlich ist vor und hinter dem Kreuzungspunkt auf jedem Wellenleiter je eine analoge Elektrodenstruktur angeordnet, wobei sich hier die Elektrodenfinger senkrecht zum Wellenleiter erstrecken.
Bei mehreren Kreuzungspunkten und Verzweigungen, z.B. in einer Matrix zur optischen Vermittlungstechnik, kann die gesamte Wellenleitermatrix aus elektrooptischen! Material aufgebaut sein. Derartige Wellenleiterstrukturen können z.B. durch Ätzen elektrooptischer Schichten, durch Ionenimplantation, durch Diffusion und ähnliche Methoden aufgebaut werden. Figur 5 zeigt eine Anordnung mit einem Verzweigung.spunkt, wobei in jeder Verzweigung si eitung der wegführenden Wellenleiter 21, 22, 23 jeweils ein erfindungsgemäßer· elektrooptischer Schalter und Modulator angeordnet ist. Hierbei sind die Elektrodenfinger der Elektrodenstrukturen 4 senkrecht zu den wegführenden Wellenleitern angeordnet .
An allen Ein- und Ausgängen zu den Kreuzungspunkten lassen sich die auf den gleichen Schalt- und Modulationsprinzipien beruhenden Sperrschalter oder Modulatoren anbringen, die in Verbindung mit
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dem Zentralschalter oder Modulator im Kreuzungspunkt "betrieben
werden können. Eine Verteilung von Strahlung in verschiedene
Wellenleiter, die.unter den Winkeln ^1 bis CL n von einem Wellenleiter 2 über einen Knotenpunkt gespeist werden, kann auch allein durch die Schalter in den wegführenden Leitungen 21, 22, 23 herbeigeführt werden.
Figur 6 zeigt eine andere Anordnung, wobei ein Verzweigungspunkt mit einem zuführenden Wellenleiter 2 und zwei wegführenden Wellenleitern 24, 25 dargestellt ist. 'Im Verzweigungspunkt sind hierbei zwei Elektrodenstrukturen oberhalb und unterhalb des Verzweigungspunktes spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet.
Die Fingerstrukturen können äquidistant sein oder in verschiedenen Teilbereichen unterschiedliche, getrennt schaltbare Periodizität besitzen, was z.B. dadurch realisiert wird, daß die obenliegende bipolare Fingerstruktur eine andere Periodizität aufweist als die untenliegende. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, unterschiedliche Wellenlängen zu schalten; des gleichen läßt sich
durch unterschiedliche Richtungen der Elektrodenfinger auf der
Oberseite und der Unterseite die Strahlung unabhängig in verschiedene Wellenleiter lenken.
Bei einer anderen Ausführungsform können auch die dielektrischen Isolatorschichten 3 aus elektrooptischem Material bestehen, das
z.B. durch spezielle Kristallschnitte und/oder Kristallwahl oder in isotropen elektrooptischen Materialien einen die im Wellenleiter entstehende Periodizität verstärkenden Effekt verursacht.
4 Patentansprüche
6 Figuren
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Claims (4)

  1. Patentansprüche
    fi J Elektrooptischer Schalter und Modulator für sich kreuzende oder verzweigende optische Wellenleiter, die auf einem dielektrischen Substrat mit einer oder zwei darüberliegenden und/oder darunterliegenden dielektrischen Isolatorschichten angeordnet sind und wobei die Wellenleiter im Bereich des Schalt- oder Modulationspunktes aus elektrooptischen! Material bestehen, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereich des Kreuzungspunktes der Wellenleiter auf der oder den Isolatorschichten Elektrodenstrukturen mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern derart angeordnet sind, daß sich die Elektrodenfinger senkrecht zur Winkelhalbierenden der sich unter einem Winkel ml. kreuzenden Wellenleiter erstrecken und/oder daß außerhalb des Kreuzungspunktes der Wellenleiter diese Elßktrodenstrukturen derart angeordnet sind, daß sich ■ die Elektrodenfinger senkrecht zum Wellenleiter erstrecken.
  2. 2. Schalter und Modulator nach Anspruch 1, dadurch g e k e η ζ eic h η e t , daß bei Verwendung zweier oder mehrerer Elektrodenstrukturen die Elektrodenfinger äquidistant sind.
  3. 3. Schalter und Modulator nach Anspruch 1, dadurch g e k e η zeichnet , daß bei Verwendung zweier oder mehrerer Elektrodenstrukturen die Elektrodenfinger unterschiedliche, getrennt schaltbare Periodizität aufweisen.
  4. 4. Schalter und Modulator nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereich der Elektrodenstrukturen auch die dielektrischen Isolatorschichten aus elektrooptischem Material bestehen.
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