DE2452489A1 - Nichtreziprokes bauelement fuer die integrierte optik - Google Patents

Nichtreziprokes bauelement fuer die integrierte optik

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DE2452489A1 DE19742452489 DE2452489A DE2452489A1 DE 2452489 A1 DE2452489 A1 DE 2452489A1 DE 19742452489 DE19742452489 DE 19742452489 DE 2452489 A DE2452489 A DE 2452489A DE 2452489 A1 DE2452489 A1 DE 2452489A1
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
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    • G02F1/0955—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den -SiMCV. 197 4 Berlin und München Witteisbacherplatz 2
74/7223
Nichtreziprokes Bauelement für die integrierte Optik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein nichtreziprokes Bauelement für die integrierte Optik, insbesondere für die Richtungsleitung, Richtungskopplung und/oder Modulation geführter Wellen.
Aus der Mikrowellentechnik sind nichtreziproke Bauelemente bekannt, wie z.B. ein Ferrit-Phasenschieber, der aus einem Hohlleiter für die (vor- und rücklaufende) Welle besteht, der mit einem vormagnetisierten Ferritkörper versehen ist. Die nichtreziproken Eigenschaften des Ferrits bewirken, daß die Ausbreitungskonstanten (die Phasenverschiebungen) für die vor- bzw. rücklaufende elektromagnetische Welle unterschiedlich sind. Auch in der optischen Übertragungstechnik sind ebenso wie in der Mikro\*ellentechnik nichtreziproke Bauelemente notwendig. Insbesondere sind bei einer optischen Übertragungsstrecke, die optische Verstärker (Laser) enthält, Richtungsleitungen erforderlich, um die Verstärkung reflektierter optischer Signale und somit auch das Anschwingen der optischen Verstärker zu verhindern. Aus den beiden Literaturstellen "Journal of Appl. Phys.» 43, 1972, S. 186 und »IEEB-MTT-21» 1973, S. 769, sind integriert optische Ausführungen solcher Bauelemente bekannt, die jedoch noch den Nachteil aufweisen, daß sie eine Phasenanpassung zwischen einem gyrotropen und einem anisotropen Material über mehrere mm Länge erfordern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein nichtreziprokea Bauelement für die integrierte Optik anzugeben, mit isotropen, gyr©magnetischen Filmen, bei denen keine Phasenanpassung an optisch anisotrope Materialien erforderlich ist·
VPA 9/710/4110 UH/Ka* -2-
δΟ9*ΐ9/Ο731 ■ .- "
Zur Lösimg dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das eigentliche nichtreziproke Bauelement aus einem Substrat mit dem Brechungsindex n1 und einer auf das Substrat aufgebrachten transparenten magnetooptischen (ferro- oder paramagnetischen) Schicht mit dem Brechungsindex n^>- n. besteht und ein statisches Magnetfeld' H senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und parallel zur Schichtebene angelegt wird.
Vorteilhafterweise sind auf den Wellenleitern zwei 3dB-Koppler angeordnet, während das Magnetfeld steuerbar ist.
Im folgenden■wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Es zeigen%
Figur 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Bauelementes, Figur 2 eine Draufsicht und
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform.
In den Figuren ist mit 1 ein Substrat mit einem Brechungsindex n1 bezeichnet, das als Mantel für die dielektrischen Oberflächenwellenleiter wirkt. Mit 2 ist ein reziproker Wellenleiter bezeichnet, mit 3 eine dünne Zwischenschicht und mit 4 ein magnetooptischer Wellenleiter«
Dieser magnetooptischer Wellenleiter 4 hat die Eigenschaft ΰ daß vor- bzw. rücklaufende TM-Wellen unterschiedlich© Ausbreitungskonstanten haben. Das erfindungsgemäße Bauelement bestellt aus einem solchen magnetooptischen Wellenleiter 4, der über zwei 3dB-Koppler 6 und 7 über einen- bestimmten Abstand mit einem ' zweiten reziproken Wellenleiter 2 gekoppelt ist. Koppelt man nun Lichtenergie in den reziproken Wellenleiter 2 eilig, so wird die Energie durch den ersten- 3dB-Koppl@r 6 auf beide" Wellenleiter 2 und 4 gleiciißiäßig verteilt „ Durch richtige WaIsI der Dimensionen, der Brecnuagsindises vma der Länge der Wellenleiter .zwischen den S&Ö-Kopplerp tesm ressi ®sreiokmn9 daß nach dem zweiten 3dB-Koppler ? die- gesamte. Energie im ersten Czweiten)
VPA 9/710/4110 ·■ .^OStI 9/0731
Wellenleiter geführt wird.
Im Bereich der 3dB-Koppler 6, 7 ist eine Phasenanpassung der beiden gekoppelten Wellenleiter nötig. Es ist daher zweckmäßig, die gekoppelten Wellenleiter in diesem Bereich aus dem gleichen Material herzustellen. Die genaue Begrenzung der Koppellänge kann dann z.B. dadurch erreicht werden, daß man die Ausbreitungskonstanten außerhalb des Kopplers durch Aufbringen oder Weglassen einer Deckschicht unterschiedlich macht. Der Übergang von einem dieser Wellenleiter auf den magnetooptischen Wellenleiter kann z.B. durch einen Taper, wie in Figur 3 skizziert, vorgenommen werden.
Wählt man nun die Länge des magnetooptischen Wellenleiters zwischen den 3dB-Kopplern und die Stärke des Magnetfeldes H so, daß die Phasenverschiebung im magnetooptischen Wellenleiter der rücklauf enden TM-Welle um 180° von der der ,vorwärtslaufenden Welle verschieden ist, so ist die Energieverteilung der rUckwärtslaufenden Welle am Ende des Bauelementes entgegengesetzt der der.vorwärtslaufenden Welle, d.h. nach Durchlaufen der Richtungsleitung wird in der Rückwärtsrichtung die gesamte Energie im zweiten (ersten) Wellenleiter geführt. Wird das Magnetfeld H steuerbar vorgesehen, so kann dieses Bauelement auch als (nichtreziproker) Modulator (Schalter) verwendet werden.
Die beiden gekoppelten Wellenleiter können auch nebeneinander anstatt übereinander angeordnet sein. Bei den übereinander angeordneten Wellenleitern wird die Koppelstärke am besten durch eine dünne Zwischenschicht 3 mit n, -c n2, n, bestimmt, bei den nebeneinander liegenden Wellenleitern durch den Abstand zwischen den beiden Wellenleitern. Ebenso ist es möglich, die zwei Wellenleiter mittels eines dritten Wellenleiters geeigneter Länge zu koppeln, wodurch die Anforderungen an die Phasenanpassung stark herabgesetzt werden können. Eine solche Anordnung
YPA 9/710/4110 βΟββ19/Ο731 "*"
ist in Figur 3 gezeigt.
Es erscheint auch zweckmäßig, das Substrat oder den nichtreziproken Wellenleiter aus elektrooptischem Material herzustellen, um mittels eines über metallische Elektroden an dieses Materia 1 angelegten elektrischen Feldes den Phasenunterschied zwischen den beiden Wellenleitern feinabstimmen zu können.
3 Patentansprüche
3 Fairen
VPA 9/710/4110 -5-
609819/0731

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    ( 1J Nichtreziprokes Bauelement für die integrierte Optik, insbesondere für die Richtungsleitung, Richtungskopplung und/oder Modulation geführter Wellen, gekennzeichnet durch ein Substrat (1) mit einem Brechungsindex n., eine auf dem Substrat aufgebrachte magnetooptische Schicht (4) mit einem Brechungsindex η. > η. und einem angelegten Magnetfeld, das senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen und in der Schichtebene, verläuft.
  2. 2. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf den Wellenleitern zwei 3dB-Koppler angeordnet sind.
  3. 3. Bauelement nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch · g e k e η η zeichnet , daß es in einem steuerbaren Magnetfeld angeordnet ist.
    VPA 9/710/4110
    609 819/0731
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