DE2443038C2

DE2443038C2 - Elektrooptischer Schalter und Modulator für sich kreuzende oder verzweigende optische Wellenleiter

Info

Publication number: DE2443038C2
Application number: DE2443038A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 8033 Krailling Baues; Hans Dr. Mahlein; Achim Dipl.-Phys. Reichelt; Gerhard Dipl.-Ing. 8000 München Winzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-09
Filing date: 1974-09-09
Publication date: 1984-01-12
Also published as: JPS5194977A; GB1511554A; DE2443038A1; US4008947A; JPS6160419B2; NL7510295A; BE833228A; FR2284133B1; IT1042256B; FR2284133A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrooptischen Schalter und Modulator für sich kreuzende oder verzweigende optische Wellenleiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein elektrooptischer Schalter und Modulator der genannten Art ist aus der US-PS 38 04 489 bekannt. Die Elektrodenfinger der Elektrodenstruktur dieses Modulators erstrecken sich zwischen den Wellenleitern senkrecht zu der Ebene, die von den sich verzweigenden Wellenleitern aufgespannt ist.

Aus der US-PS 37 36 045 ist ein Modulator bekannt, bei dem auf der Oberfläche eines auf einem dielektrisehen Substrat angeordneten optischen Wellenleiters aus elektrooptischen! Material Elektrodenstrukturen mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern angeordnet sind. Diese Elektrodenstrukturen dienen zur Erzeugung einer Gitterstruktur im Wellenleiter, die von einer im Wellenleiter geführten, einfallenden Welle unter einem solchen Winkel getroffen wird, daß die Bragg-Bedingung erfüllt ist. Insbesondere bedeutet dies, daß die Elektrodenfinger parallel zur Winkelhalbierenden zwischen der ungebeugt durch das Gitter gegangenen Welle und der abgebeugten Welle verlaufen müssen.

Aus der US-PS 37 95 433 ist eine Elektrodenstruktur mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern bekannt, die ebenfalls auf einer Oberfläche eines auf einem dielektrischen Substrat angeordneten optischen Wellenleiters aus elektrooptischem Material aufgebracht ist. Die Elektrodenfinger dieser Struktur verlaufen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der in dem Wellenleiter

geführten Strahlung und dienen zum wahlweisen Zurückreflektieren der in diesem Wellenleiter geführten Strahlung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrooptischen Schalter und Modulator der eingangs genannten Art mit hohem Wirkungsgrad anzugeben, der mit geringen Anforderungen an die Genauigkeit der Technologie herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Schalter und Modulator müssen die Elektrodenstrukturen nicht zwischen den sich kreuzenden oder verzweigenden Wellenleitern ausgebildet werden, sondern können vorteilhafterweise auf oder über diesen Wellenleitern angeordnet sein.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schalters und Modulators gehen aus den Unteransprüchen 2 und 3 hervor.

Mit einem erfindungsgemäßen Schalter und Modulator kann die elektromagnetische Energie mit besonders hohem Wirkungsgrad umgeschaltet oder mit besonders hohem Modulationswirkungsgrad ausgetauscht werden, so daß kurze Koppelstrecken und mithin ein hoher Integrationsgrad für Strukturen der integrierten Optik erzeugt werden.

Bei Verwendung zweier oder mehrerer Elektrodenstrukturen können die Elektrodenfinger entweder äquidistant sein oder unterschiedliche, getrennt schaltbare Periodizität aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielsweise erläutert. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Anordnung mit einer Elektrodenstruktur,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Anordnung mit zwei Elektrodenstrukturen,

Fig.3 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters und Modulators,

F i g. 4 eine Draufsicht auf eine modifizierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters und Modulators nach F i g. 3, und

Fig.5 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters und Modulators.

In F i g. 1 ist mit 1 ein dielektrisches Substrat mit dem Brechungsindex n_s 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 Fig. 2 ist mit 2 wieder der Wellenleiter bezeichnet, mit einer darüberliegenden dielektrischen Isolatorschicht 3 und einer darunterliegenden dielektrischen Isolatorschicht 5.

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf den elektrooptischen Schalter und Modulator nach Fig. 1. Die Wellenleiter 2 kreuzen sich unter einem Winkel <x und die Elektrodenfinger der Elektrodenstruktur 4 sind derart angeordnet, daß sie senkrecht zur Winkelhalbierenden der sich unter dem Winkel λ 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 Weise der Brechungsindex n_s des Substrates ebenso wie der Brechungsindex der Isolatorschicht oder Isolatorschichten 3,5 kleiner als der Brechungsindex der Schicht des Wellenleiters gewählt Bei einer Anordnung mit entweder nur oberhalb oder nur unterhalb des Wellenleiters angeordneten Fingern, wie es in den F i g. 1 und 3 dargestellt ist wird der longitudinale elektrooptische Effekt ausgenutzt Bei der in Fig.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.

F i g. 4 zeigt zwei sich kreuzende Wellenleiter 2, bei denen im Bereich des Kreuzungspunktes analog zur F i g. 3 eine Elektrodenstruktur 4 mit Elektrodenfingern derart angeordnet ist daß sich die Elektrodenfinger senkrecht zur Winkelhalbierenden des Winkels λ erstrecken. Zusätzlich ist vor und hinter dem Kreuzungspunkt auf jedem Wellenleiter je eine analoge Elektrodenstruktur angeordnet wobei sich hier die Elektrodenfinger senkrecht zum Wellenleiter erstrekken.

Bei mehreren Kreuzungspunkten und Verzweigungen, z. B. in einer Matrix zur optischen Vermittlungs technik, 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.

Fig.5 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

in Elektrodenstrukturen oberhalb und unterhalb des Verzweigungspunktes spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet

Die Fingerstrukturen können äquidistant sein oder in verschiedenen Teilbereichen unterschiedliche, getrennt schalibare Periodizität besitzen, was z. B. dadurch realisiert wird, daß die obenliegehde 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 elektrooptischen! Material bestehen, das z. B. durch spezielle Kristallschnitte und/oder Kristallwahl oder - in isotropen elektrooptischen Materialien einen die im Wellenleiter entstehende Periodizität verstärkenden Effekt verur-

jo sacht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrooptischen Schalter und Modulator für sich kreuzende oder verzweigende optische Wellenleiter, die auf einem dielektrischen Substrat angeordnet sind, wobei die Wellenleiter im Bereich der Kreuzung oder Verzweigung aus elektrooptischen! Material bestehen, und wobei im Bereich der Kreuzung oder Verzweigung der Wellenleiter Elektrodenstrukturen mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern derart angeordnet sind, daß sich die Elektrodenfinger senkrecht zur Winkelhalbierenden der sich unter einem Winkel kreuzenden oder verzweigenden Wellenleiter erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Elektrodenfinger in einer Ebene erstrecken, die zu den sich kreuzenden oder verzweigenden Wellenleitern parallel ist

2. Elektrooptischer Schalter und Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Bereichs der Kreuzung oder Verzweigung Elektrodenstrukturen mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern derart angeordnet sind, daß sich die Elektrodenfinger senkrecht zur Achse eines zugeordneten der sich kreuzenden oder verzweigenden Wellenleiter erstrecken.

3. Elektrooptischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich kreuzenden oder verzweigenden optischen Wellenleiter auf einem dielektrischen Substrat mit einer oder zwei darüberliegenden und/oder darunterliegenden dielektrischen Isolatorschichten und die Elektrodenstrukturen auf der oder den Isolatorschichten angeordnet sind.