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Hybrider Wellenleiterkoppler und Verfahren zu dessen Herstellung Die
Erfindung betrifft einen hybriden Wellenleiterkoppler in einem integriert-optischen
Aufbau mit Wellenleiterstrukturen mit einem ersten optischen Wellenleiter, dessen
Lichtwellen nach einer statischen oder dynamischen Beeinflussung in einen zweiten
optischen Wellenleiter eingekoppelt werden.
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Bei der optischen Nachrichtenübertragung ist es rstwendig, die spektralen
oder die Polarisationseigenschaften der in optischen Wellenleitern geführten Lichtwellen
zu beeinflussen oder diese zu modulieren. Dabei lassen sich optische Sender, Zwischenverstärker
oder Empfänger aus Gründen der Platzersparnis oder der Erhöhung ihrer Handlichkeit
in optischen Schaltkreisen integriert aufbauen. Eine mit einem Dünnschichtfilter
aufgebaute Wellenleiterstruktur ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
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vorgeschlagen worden. Das Dünnschichtfilter ist dort
in Form eines Vielfachschichtensystems mit unterschiedlich brechenden Schichten
zwischen den Enden von zwei wellenleitenden Schichten auf einem Substrat angeordnet.
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In einem solchen Aufbau läßt sich das Filter jedoch nicht austauschen.
Außerdem können auf diese Art makroskopische Vorrichtungen zur Wellenbeeinflussung
nicht in die Wellenleiterstruktur eingebaut werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine hybride Wellenleiterkopplung mit
einer Anordnung zu schaffen, welche einen austauschbaren Einbau auch von makroskopischen
Vorrichtungen zur Strahlbeeinflussung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wellenleiterkoppler
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß an je einem Ende der beiden optischen
Wellenleiter auf je einem Träger ein optisches Bauelement zur Strahlformung angeordnet
ist und zwischen diesen optischen Bauelementen in einem in seiner Größe variablen
Raum eine Vorrichtung zur statischen oder dynamischen Beeinflussung eingesetzt ist
Diese Anordnung ermöglicht es 9 in einem integriert-optischen Aufbau mit Wellenleiterstrukturen
weniger stark miniaturisierte optische Bauelemente zur Strahlbeeinflussung oder
Modulation mit geringen Justieraufwendungen einzubauen. Die in dem ersten Wellenleiter
ankommende Lichtwelle wird in eine frei sich ausbreitende Welle umgewandelt und
nach ihrer Strahlbeeinflussung in den zweiten Wellenleiter wieder eingekoppelt.
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Als optisches Bauelement zur Strahliormung werden insbesondere solche
mit holographischen Interferenzstrukturen verwendet. Durch diese wird erreicht,
daß ein aus dem ersten Wellenleiter austretender divergenter Lichtstrahl in eine
vorgegebene
Richtung, z.B. als Paralelstrahlenbündel weitergeleitet wird und dieses nach dem
Durchlaufen des anschließenden Bauelementes mit der holographischen Gitterstruktur
auf den zweiten Wellenleiter hingelenkt wird.
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An Stelle des optischen Bauelementes mit holographischen Interferenzstrukturen
können vorteilhafterweise Computer-Hologramme verwendet werden, welche eine zur
Strahlbeeinflussung notwendige eventuell unregelmäßlge Strahl- oder Wellenform erzeugen.
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Eine im allgemeinen regelmäßige Form des Strahls bzw. der Welle läßt
sich auch durch den Einsatz von weniger aufwendigen Zonenlinsen erhalten.
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Diese optischen Bauelemente sind auf rEgern befestigt, welche mit
den benachbarten Wellenleitern einstellbar fest verbunden sind.
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Falls diese Träger als Prismen ausgebildet werden, lassen sich auf
den einander zugewandten Oberflächen der Prismen, welche parallel zueinander und
z.B. senkrecht zur optischen Achse der zwischen den Trägern verlaufenden Lichtwellen
angenrdnet sind, ein die Strahlung beeinflussendes Vielfachschichtensystem oder
ein andersartiges Polarisations- oder spektralselektives Filter oder dgl. aufbringen.
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Ein solcher hybrider Wellenleiterkoppler mit holographischen Interfe:cenzstrukturen
als optische Bauelemente läßt sich insbesondere dadurch herstellen, daß'die beiden
Wellenleiter, sowie variabel dazu die optischen Bauelemente und deren lräger auf
einem Substrat aufgebracht werden, daß das dem ersten Wellenleiter benachbarte optische
Bauelement durch eine kohärente Objektwelle über den ersten Wellenleiter und durch
eine von dem dem zweiten Wellenleiter benachbarten optischen
Bauelement
herangeführte oder aus der entgegengesetzten Richtung dazu herangeführte kohärente
Referenzwelle belichtet wird und daß nach dem Einfügen der Vorrichtung zur statischen
oder dynamischen Beeinflussung der Lichtwellen in den Raum zwischen den Trägern
das dem zweiten Wellenleiter benachbarte optische Bauelement durch eine kohärente
Objektwelle über den zweiten Wellenleiter und durch eine von dem dem ersten Wellenleiter
benachbarten optischen Bauelement herangeführteoder aus der entgeg¢ngesetzten Richtung
dazu herangeführte kohärente Referenzwelle belichtet wird.
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Einzelheiten werden in einem Ausführungsbeispiel der nachfolgenden
Figurenbeschreibung näher erläutert.
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In der Figur ist ein Substrat 1, z.B. aus Glas, mit einer Rinne 2
dargestellt, welches notfalls aus drei Teilen 3, 3' und 4 besteht, die gegeneinander
verschiebbar sein können.
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Auf die Rinne 2 und auf eine Aufteilung des Substrates 1 in mehrere
verschiebbare Einzelteile kann verzichtet werden, wenn dle obengenannte Vorrichtung
zur statischen oder dynamischen Beeinflussung der Lichtwellen im Mittelteil des
Wellenleiterkopplers hinreichend kleine Abmessungen aufweist oder keine umfangreiche
Justierung erforderlich ist. Auf den Substratteilen 3 und 3' ist je ein Wellenleiter
5 bzw. 6 angeordnet, von welchen mindestens der eine den Endteil einer Wellenleiterstruktur
bildet. Das aus dem Wellenleiter 5 ausgekoppelte Licht gelangt auf ein optisches
Bauelement 7s welches eine holographische Interferenzstruktur enthalt, oder welches
ein Computer-Hologramm oder eine Zonenlinse ist. Der aus dem Wellenleiter 5 ausgekoppelte
Lichtstrahl wird auf einen Großteil der Oberfläche des optischen Bauelementes 7
aufgeweitet und hier derart umgeformt, daß ein z.B. paralleles Lichtstrahlenbündel
mit ebenen Wellenfronten in der Richtung 8 entsteht. Das parallele Lichtstrahlenbündel
durchläuft
ein an das optische Bauelement 7 anschließendes Prisma
9, an dessen Lichtaustrittsfläche 10 z.B. ein Polarisator oder ein Filter 11 aufgebracht
ist. Das Prisma 9 dient sowohl für den Polarisator oder das B ter 11 als auch für
das optische Bauelement 7 als Träger.
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Durch eine nicht gezeichnete mechanische Vorrichtung kann das Prisma
9 zusammen mit dem optischen Bauelement 7 in eine vorgegebene Lage zum Wellenleiter
5 gebracht werden, derart, daß z.B. eine möglichst große Fläche des optischen Bauelementes
7 von der aus dem Wellenleiter 5 austretenden-Lichtwelle getroffen wird. Auf dem
Substratteil 4 im Raum zwischen dem Prisma 9 und dem weiteren Prisma 15 kann ein
elektrooptischer Kristall 19 zur dynamischen Beeinflussung der Lichtwelle oder ein
optisches Element zur statischen Beeinflussung derart in nicht eingezeichnete verstellbare
Haltevorrichtungen eingesetzt werden, daß die Vorrichtung vollständig von dem ebenen
Lichtwellenbündel durchlaufen wird und moduliert werden kann.
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Der elektrooptische Kristall 19 ist so aus einem Kristallblock herausgeschnitten
und relativ zu der den Kristall 19 durchlaufenden Lichtwelle orientiert, daß diese
beim Anlegen geeigneter Spannungen an die Elektroden 19a und 19b moduliert wird.
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Die Vorrichtung zur dynamischen oder auch statischen Beeinflussung
des Lichtstrahls kann auch voluminös sein, da sich die drei Teile 3, 3' und 4 des
Substrates 1 beliebig gegeneinander verschieben oder auch verdrehen und verkippen
~a£«3en.
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Nach der Beeinflussung des Lichtstrahls trifft dieser auf die Oberfläche
eines weiteren optischen Elementes 14, das auf dem Prisma 15 aufgebracht ist, auf
dessen Basisfläche wieder ein optisches Bauelement 16 der obengenannten Art angeordnet
ist. Auch dieses Prisma 15 ist über eine nicht gezeichnete Vorrichtung in seiner
Lage gegenüber dem Wellenleiter 6 variabel einstellbar. Nach Durchlaufen des Lichtstrahls
durch
das Prims 15 und das optische Bauelement 16 wird dieser zu
dem Wellenleiter 6 hingelenkt und in diesen möglichst verlustfrei eingekoppelt.
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An Stelle der schichtförmig gezeichneten Wellenleiter 5 und 6 können
hier auch Lichtleitfasern vorliegen.
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An Hand der Figur wird im folgenden der Herstellungsprozeß des hybriden
Wellenleiterkopplers beschrieben.
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Zunächst werden auf das Substrat 1 die Träger 9 bzw. 15 mit ihren
optischen Bauelementen 7 bzw. 16 als photoempfindliche Schichten, auf welchen beispielsweise
holographische Interferenzstrukturen aufgebracht werden sollen, in einem solchen
Abstand von den Enden der Wellenleiter 5 bzw. 6 angeordnet, daß durch die Aperturwinkel
des Lichtes aus den Wellenleitern 5 bzw. 6 eine möglichst große Fläche der photoempfindlichen
Schicht belichtet wird. Anschließend wird eine holographische Interferenzstruktur
in dem optischen Bauelement 7 dadurch erzeugt, daß eine kohärente Objektwelle über
den Wellenleiter 5 und durch eine aus der Richtung des Trägers 15 herangeführte
oder aus der entgegengesetzten Richtung herangeführte Referenzwelle die photoempfindliche
Schicht belichtet und anschließend entwickelt wird Nach dem Einsetzen des Elementes
19 in den4Radm,zwischen den Trägern 9 bzw. 15 wird das ebenfalls eine photoempfindliche
Schicht enthaltende Bauelement 16 durch eine kohärente Objektwelle über den Wellenleiter
6 und durch eine aus der Richtung des Trägers 9 herangeführte oder aus der entgegengesetzten
Richtung herangeführte kohärente Referenswelle belichtet und anschliessend entwickelt.
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Auf diese Weise entstehen zwei einfache Hologramme 7 bzw. 16, welche
den Anforderungen an die geforderte Strahl- oder Wellenform im Raum zwischen. den
Trägern 9 bzw0 15 genügt.