DE2511046C2 - Imaging system for a waveguide - Google Patents

Imaging system for a waveguide

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DE2511046C2 DE19752511046 DE2511046A DE2511046C2 DE 2511046 C2 DE2511046 C2 DE 2511046C2 DE 19752511046 DE19752511046 DE 19752511046 DE 2511046 A DE2511046 A DE 2511046A DE 2511046 C2 DE2511046 C2 DE 2511046C2
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LX = AhN11W*,,LX = AhN 11 W * ,,

genügen, in der A bei einfacher Abbildung eine ganze Zahl ist, nach Patent 24 45 150.1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bre- »° chungsindex η des Wellenleitermaterials in der zur Schichtebene senkrechten Dimension y einer allgemeinen Funktion η — η (y) folgt und daß der effektive Brechungsindex der Abbildungsbedingung über eine der Größe Wn entsprechende be- as grenzte Schichtbreite W2 gleich dem durch die Phasengeschwindigkeit νμ einer Mode, mit der die Abbildung erfolgen soll, gegebenen effektiven Brechungsindex JV„ = clVß dieser Mode gesetzt wird, wobei c die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum bedeutet.suffice, in which A is an integer for simple mapping, according to patent 24 45 150.1, characterized in that the refractive index η of the waveguide material in the dimension y perpendicular to the layer plane follows a general function η - η (y) and that the effective refractive index of the imaging condition over a limited layer width W 2 corresponding to the size W n is set equal to the effective refractive index JV "= clV ß of this mode given by the phase velocity ν μ of a mode with which the imaging is to take place, where c is the speed of light in free space.

2. Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter durch Implantation von Fremdstoffen in die Oberfläche eines Substrates über eine der Größe WeQ entsprechende Breite W1 oder durch Ausdiffusion von Ionen aus der Oberfläche gebildet ist und daß sich das Brechungsindexprofil in der Substratoberfläche außerhalb des auf die Breite W1 begrenzten Bereiches wesentlich von demjenigen des Wellenleiters unterscheidet.2. Imaging system according to claim 1, characterized in that the waveguide is formed by implantation of foreign substances into the surface of a substrate over a width W 1 corresponding to the size W eQ or by diffusion of ions from the surface and that the refractive index profile is in the substrate surface outside the area limited to the width W 1 differs significantly from that of the waveguide.

3. Abbildungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächenbereiche des Substrates zu beiden Seiten des streifenf örmigen Wellenleiters weggeätzt sind.3. Imaging system according to claim 1 or 2, characterized in that surface areas of the substrate on both sides of the strip-shaped Waveguide are etched away.

4. Abbildungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur Verringerung von Bildfehlern das Brechungsindexprofil im Substrat seitlich des auf die Breite W2 begrenzten Bereiches des Wellenleiters über eine im der Größenordnung einer Wellenlänge liegende Breite kontinuierlich ändert.4. Imaging system according to claim 2, characterized in that the refractive index profile in the substrate to the side of the region of the waveguide limited to the width W 2 changes continuously over a width of the order of magnitude of a wavelength to reduce image defects.

5. Abbildungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Apodisation an den seitlichen Rändern des Wellenleiters ein lichtabsorbierendes Material (A) in die Oberfläche des Substrates eindiffundiert ist.5. Imaging system according to claim 2, characterized in that a light-absorbing material (A) is diffused into the surface of the substrate for apodization at the lateral edges of the waveguide.

6. Abbildungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Leitungskreuzung an die beiden entgegengesetzten Stirnseiten des selbstabbildenden Wellenleiters (3) mit einem Abstand nebeneinander je zwei schmalere Streifenleiter (1, 2 bzw. 1', 20 angeschlossen sind, welche die einander kreuzenden Informationen zu- bzw. ab- 6j führen.6. Imaging system according to one of the preceding claims, characterized in that that to form a line crossing on the two opposite end faces of the self-imaging Waveguide (3) with a distance next to each other two narrower strip conductors (1, 2 or 1 ', 20 are connected, which add or remove the information that crosses one another to lead.

7. Abbildungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei sehir kleiner Breite Wz des selbstabbildenden Wellenleiters dessen Länge L der Beziehung7. Imaging system according to claim 6, characterized in that when the width W z of the self- imaging waveguide is very small, the length L of the relationship

I.-A, (a/2) IJV,-AT1 |-iI.-A, (a / 2) IJV, -AT 1 | -i

genügt, wobei JV0 und JV1 die effektiven Brechungsindizes von zwei über die Breite W2 des Wellenleiters noch existenzfähigen Moden sind. 8. Abbildungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, jeweils der Abbildungsbedingung genügenden Streifenleitern vorgesehen sind, deren Breite sich von ihrem einen Stirnende zu ihrem anderen Stirnende kontinuierlich vergrößert, und daß die äußeren Streifenleiter (S0) etwas breiter sind ah die inneren Streifenleiter ($)·is sufficient, where JV 0 and JV 1 are the effective refractive indices of two modes that are still viable over the width W 2 of the waveguide. 8. Imaging system according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of juxtaposed strip conductors each satisfying the imaging condition are provided, the width of which increases continuously from one end to its other end, and that the outer strip conductors (S 0 ) the inner strip conductors are somewhat wider ($)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abbildungssystem zur Abbildung eines Objektes mit einem schichtförmigen Wellenleiter mit reflektierenden Grenzflächen, wobei die Länge L der längs dei Achse des Wellenleiters gemessenen Entfernung des Objektes vom BUd und mindestens eine einer typischen Querabmessung des Wellenleiters entsprechende Größe Weq unter Berücksichtigung eines effektiven Brechungsindex JV„ und der Wellenlänge > wenigstens annähernd der AbbildungsbedingungThe invention relates to an imaging system for imaging an object with a layered waveguide with reflective interfaces, the length L being the distance of the object from the BUd measured along the axis of the waveguide and at least one variable W eq corresponding to a typical transverse dimension of the waveguide taking into account a effective refractive index JV "and the wavelength> at least approximately the imaging condition

genügen, in der Λ bei einfacher Abbildung eine ganze Zahl ist, nach Patent 24 45 150.1.suffice, in which Λ is an integer for a simple mapping, according to patent 24 45 150.1.

Das in dem Hauptpatent vorgeschlagene Abbildungssystem, bei dem ein schicht- oder streifenförmiger Wellenleiter mit über den Wellenleiterquerschnitt konstantem Brechungsindex verwendet wird, hat die Eigenschaft, daß er ein an seiner einen Stirnfläche befindliches Objekt auf der entgegengesetzten Stirnfläche je nach Ausbildung in gleicher oder geänderter Größe aufrecht oder umgekehrt scharf abbildet, wenn seine Abmessungen entsprechend dei Abbüdungsbedingung gewählt sind.The imaging system proposed in the main patent, in which a layer or strip-shaped Waveguide with a constant refractive index over the waveguide cross-section is used, has the property that it has an object located on its one end face on the opposite Depending on the design, the front face is upright or reversed in focus in the same or changed size, if its dimensions are chosen according to the development condition.

Ein solches Abbildungssystem ist vor allem aui dem Gebiet der integrierten Optik von Bedeutung. Ein wesentlicher Vorteil besteht z. B. darin, daß ein die Elemente der klassischen Optik, wie Linsen odei Spiegel, ersetzendes integrierbares Selbstabbildungssystem der vorgeschlagenen Art erheblich einfachei hergestellt werden kann, als bekannte Systeme (»Appl. Optics«, Vol. 10, S. 2077 oder US-PS 36 14 198), weil es geradlinige Berandungen haben und hinsichtlich der Schichtdicke und des Brechungsindex mit den das Licht zu- und abführenden Wellenleitern übereinstimmen Hnn. Ferner kann das vorgeschlagene Selbstabbildungssystem einfach den verschiedensten Anforderungen der integrierten Optik angepaßt werden, etwa zur Vergrößerung des Gesichtsfeldes, zur Herabsetzung von Abbildungsfehlern oder bei Kombination mit Lasern, Filtern usw.Such an imaging system is particularly important in the field of integrated optics. A major advantage is z. B. in the fact that the elements of classical optics, such as lenses odei Mirror, replacing integrable self-imaging system of the type proposed is considerably simple can be prepared as known systems ("Appl. Optics", Vol. 10, p. 2077 or US-PS 36 14 198), because they have straight edges and with regard to the layer thickness and the refractive index with the waveguides supplying and removing the light coincide Hnn. Furthermore, the proposed Self-imaging system simply the various requirements of the integrated optics be adapted, for example to enlarge the field of view, to reduce aberrations or in combination with lasers, filters, etc.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit, effektive Index Nu derjenigen Mode sein muß, mitAnother important advantage is the possibility of having effective index N u of those fashion must be

bei integrierter Anordnung komplizierter optischer der die Selbstabbildung erfolgen soll. Hierbei kannin the case of an integrated arrangement more complicated optical which the self-imaging is to take place. Here can

Systeme auf einem gemeinsamen Substrat eine ein- es sich im allgemeinen Fall um nur eine einzige derSystems on a common substrate - there is in the general case only one of the

fache, störungsfreie Kreuzung zwebr oder mehrerer Moden, in Sonderfällen aber unter Umständen auchmultiple, interference-free crossing between or several modes, but in special cases also under certain circumstances

Streifenleiter zu bilden, worauf weiter unten noch 5 um mehrere Moden handeln. Nur bei Benutzung derTo form strip conductors, whereupon 5 are several modes below. Only when using the

päher eingegangen werden wird. effektiven Indizes Νμ, die ja für ein gegebenes Index-will be entered sooner. effective indices Ν μ , which for a given index

Bei dem Hauptpatent (vgl. dort insbesondere profil n(y) bestimmte, diskrete Werte besitzen, wird Fig. 13) vorgeschlagenen Selbstabbildungssystem das im Hauptpatent beschriebene Prinzip des selbstkann ein Streifenleiter in Form einer diskreten abbildenden Wellenleiters anwendbar auf den allge-Schicht auf einen Substrat, z. B. durch Aufdampfen 10 meinen Schichtleiter, denn der gewöhnliche Bre- oder Kathodenzerstäubung hergestellt werden. Der chungsindex des Schichtleitermaterials ist beim allvorliegenden Erfindung liegt nun der Gedanke zu- gemeinen Schichtleiter nicht eindeutig angebbar,
gründe, daß die Vorteile des vorgeschlagenen Selbst- Ein anderer wesentlicher Punkt bei der Anwenabbildungssystems auch bei einer allgemeineren Art dung des im Hauptpatent beschriebenen Prinzips auf von optischen Wellenleitern realisierbar sind. Bei- 15 allgemeine Schichtleiter ist die technische Gestaltung spielsweise sind an sich bereits Schichtleiter bekannt, der »Wände«, welche die Breite W1 des Streifendie in einem geeigneten Substrat durch Ein- oder leiters definieren. Eine direkte mechanische (oder Ausdiffusion von Ionen hergestellt werden, oder anderweitige) Bearbeitung des Schichtleiters zur Reauch durch Beschüß der Oberfläche mit schnellen duktion seiner Breite auf den Wert W2 ist möglich, Ionen (Appl. Physics Letters 21 [1972], S. 72, 87 und ao ist aber nicht erforderlich. Vielmehr ist es aus-95, Appl. Physics Letters 22 [1973], S. 326). Bei vie- reichend, wenn der Schichtleiter so modifiziert wird, len der allgemeineren Schichtleiter hat das Bre- daß der effektive Brechungsindex Νμ der benutzten chungsindexprofil ein absolutes Maximum an der Schichtleiter-Mode außerhalb des Streifens der Oberfläche oder in unmittelbarer Nähe (einige WeI- Breite Wx einen anderen (gewöhnlich niedrigeren) lenlängen) derselben. Die Zone eines erhöhten as Wert hat als innerhalb des Streifens. Im Interesse Brechungsindex kann aber auch tiefer im Inneren eines hohen räumlichen Auflösungsvermögens des liegen (Appl. Physics Letters 21 [1972], S. 584). Fer- Streifenleiters sollten die N„-Werte innerhalb und ner braucht das Maximum im Indexprofil n(y) kein außerhalb des Streifens möglichst stark verschieden absolutes zu sein, es genügt vielmehr ein relatives sein, so daß in dem Streifenleiter eine große Zahl Maximum (J. Opt. Soc. Am. 65 [1975], S. 46). Es 30 geführter Moden existiert. Die Modifizierung des genügt sogar eine Zone verminderten Brechungs- Brechungsindex Νμ kann z. B. dadurch erfolgen, daß index, falls diese Zone nicht zu schmal und der außerhalb der Breite W2 eine oberflächliche Schicht Übergang auf den hohen Index des Substrates scharf des Schichtleiters z. B. durch Ätzen entfernt wird, ist (Appl. Physics 1 [1972], S. 55). Dabei ist es ausreichend, die Zone erhöhten Bre-
In the main patent (cf. in particular profile n (y) have certain, discrete values there, Fig. 13) proposed self-imaging system, the principle described in the main patent can be a strip conductor in the form of a discrete imaging waveguide applicable to the general layer on a substrate , e.g. B. by vapor deposition 10 my shift leader, because the usual Bre- or cathode sputtering can be produced. The index of the layer conductor material is, in the present invention, the idea of a common layer conductor cannot be clearly stated,
reasons that the advantages of the proposed self- Another essential point in the application imaging system can also be implemented in a more general manner of the principle described in the main patent on optical waveguides. An example of a general shift conductor is the technical design, shift conductors are already known per se, for example, the "walls" which define the width W 1 of the strip in a suitable substrate by means of introducers or conductors. A direct mechanical (or out-diffusion of ions are produced, or otherwise) processing of the layer conductor to reauch by bombarding the surface with rapid reduction of its width to the value W 2 is possible, ions (Appl. Physics Letters 21 [1972], p. 72 , 87 and ao is not required, rather it is from 95, Appl. Physics Letters 22 [1973], p. 326). If the layer conductor is modified in this way, the difference in the effective refractive index Ν μ of the refractive index profile used has an absolute maximum in the layer conductor mode outside of the strip of the surface or in the immediate vicinity (some white Width W x another (usually shorter) length) of the same. The zone has a higher value than within the strip. In the interest of the refractive index, however, it can also lie deeper inside a high spatial resolution of the (Appl. Physics Letters 21 [1972], p. 584). In the strip conductor, the N "values should be inside and ner the maximum in the index profile n (y) need not be as different as possible outside the strip, but rather a relative one, so that in the strip conductor a large number of maximums (J Opt. Soc. Am. 65 [1975], p. 46). There are 30 guided fashions. The modification of the even one zone reduced refractive index of refraction Ν μ can z. B. be done in that index, if this zone is not too narrow and the outside of the width W 2 a superficial layer transition to the high index of the substrate sharp of the layer conductor z. B. is removed by etching, is (Appl. Physics 1 [1972], p. 55). It is sufficient to keep the zone of increased

Aufgabe der Erfindung ist also, eine allgemeinere 35 chungsindex n(y) oder auch eine daran angrenzendeThe object of the invention is therefore to find a more general 35 chung index n (y) or also an adjacent one

Möglichkeit zur Realisierung von Selbstabbildungs- Zone von niedrigerem Brechungsindex wenigstensPossibility of realizing a self-imaging zone with at least a lower refractive index

systemen der vorgeschlagenen Art anzugeben, welche teilweise zu entfernen. Statt einer Materialabtragungsystems of the proposed type indicate which ones to partially remove. Instead of removing material

lediglich einen einfach herstellbaren Wellenleiter be- außerhalb der Breite W, kann auch die Bildung desonly a waveguide that is easy to manufacture outside the width W can also be used to form the

nötigen und sich insbesondere als Element der inte- Schichtleiters durch Diffusion oder Implantation mit-necessary and in particular as an element of the inte- layer conductor through diffusion or implantation with-

grierten Optik eignen. 40 tels einer geeigneten Maske von vornherein auf einengrated optics. 40 using a suitable mask from the start on one

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 ge- Streifen der Breite Wz beschränkt werden.This object is limited by the strip of width W z in claim 1.

kennzeichnete Abbildungssystem gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele dsr Erfindungmarked imaging system solved. Preferred embodiments of the invention

Wichtig für den hier interessierenden Zweck ist in sollen nun an Hand der Zeichnung näher erläutertImportant for the purpose of interest here is now explained in more detail with reference to the drawing

jedem Falle, daß der Schichtleiter ein homogenes, werden. Es zeigtin each case that the shift leader is a homogeneous one. It shows

zweidimensionales Ausbreitungsmedium für elektro- 45 Fig. 1 verschiedene Indexprofile eines optischentwo-dimensional propagation medium for electro- 45 Fig. 1 different index profiles of an optical

magnetische Wellen darstellt. Die Ausbreitung sollte Schichtleiters für das Selbstabbildungssystem,represents magnetic waves. The spread should be shift leader for the self-imaging system,

möglichst verlustfrei sein. Geringe Verluste durch Fig. 2 eine Leitungskreuzung für die integriertebe as loss-free as possible. Low losses due to Fig. 2 a line crossing for the integrated

Absorption oder Abstrahlung (bei den sogenannten Optik mit einem Abbildungssystem gemäß der Er-Absorption or radiation (in the so-called optics with an imaging system according to the

»leaky guides«) stören die Selbstabbildung jedoch findung,»Leaky guides«) interfere with self-mapping, however,

nicht. Die Ausbreitung erfolgt stets 5n gewissen 50 F i g. 3 verschiedene Streifenleiter mit der Mögräumlichen Schwingungsformen oder »Moden«, die lichkeit zur Verringerung von Bildfehlern,
durch Zahlen μ — 0,1, 2 ... bezeichnet werden kön- Fig. 4 Abbildungssysteme mit großem Gesichtsnen. Jede Mode hat eine bestimmte Phasengeschwin- feld und
not. The propagation always takes place 5n a certain 50 F i g. 3 different striplines with the possibility of spatial waveforms or "modes", the possibility of reducing image errors,
can be designated by numbers μ - 0,1, 2 ... Fig. 4 Imaging systems with large facial features. Each mode has a specific phase velocity and

digkeit v,„ deren Zahlenwert vom jeweils gegebenen Fig. 5 einen Streifenleiier mit Apodisationsver-speed v, "whose numerical value from the given FIG.

Indexprofil abhängt. Der »effektive Index« /VM einer 55 mögen.Index profile depends. The "effective index" / V M of a 55 like.

Mode ist dann definiert als Fig. la zeigt das Indexprofil eines StreifenleitersMode is then defined as FIG. La shows the index profile of a stripline

gemäß dem Hauptpatent, d. h. eines Wellenleiters mitaccording to the main patent, d. H. of a waveguide with

_ über seine Dicke Wy konstantem Brechungsindex nv _ constant refractive index n v over its thickness W y

Nμ — c/vM, der größg,. jst als derjenige des unter dem Wellen- N μ - c / v M , the largest ,. j st as that of the under the wave

60 leiter befindlichen Substrats und natürlich auch als 60 conductor located substrate and of course also as

wobei c die Lichtgeschwindigkeit in freiem Raum be- derjenige des Mediums über ihm (Luft),where c is the speed of light in free space being that of the medium above it (air),

deutet. Im Gegensatz hierzu kann beispielsweise durchindicates. In contrast, for example, by

Erfindungsgemäß kann aus einem Schichtleiter Ionenimplantation in die Oberfläche eines Substrats allgemeiner Art (n = n(y)) ein selbstabbildender oder durch Ausdiffusion auch ein Schichtleiter er-Streifenleiter einfach dadurch gewonnen werden, daß 65 zeugt werden, dessen Brechungsindex η = n(y) von aus der Schicht ein Streiten der Breite W, = Wtt einem absolutem Maximum an der Substratobergemäß der Abbildungsbedingung herausgeschnitten fläche (y = 0) mitzunehmender Tiefe (—y) nach der wird, wobei der einzusetzende Brechungsindex der in Fig. Ib dargestellten Kurve abnimmt. Es kannAccording to the invention, from a layer conductor ion implantation into the surface of a substrate of the general type (n = n (y)), a self-imaging or, through outdiffusion, also a layer conductor er strip conductor can be obtained simply by generating 65 whose refractive index η = n (y) from the layer a struggle of the width W, = W tt an absolute maximum at the substrate top according to the imaging condition cut out area (y = 0) with increasing depth (-y) after the, whereby the refractive index to be used of the curve shown in Fig. Ib decreases . It can

s 6s 6

auch ein absolutes Maximum des Brechungsindex er- Im Falle nur zweier existierender Moden mit den reicht werden, das vorzugsweise einige Wellenlängen effektiven Indizes N0 und Nx des Streifenleiters selbst oder tiefer unter der Oberfläche liegt, wie F i g. 1 c kann nun dann die Länge L durch die Beziehung bzw. Id zeigen. Gemäß Fig. Ie kann es auch genügen, zur Bildung eines relativen Maximums den 5 L = A (λ/2) IiV — N h: Brechungsindex unterhalb einer gewissen Tiefe ' ° herab- oder heraufzusetzen, wie aus Fi g. 4 e bzw. 4f ermitteln.also an absolute maximum of the refractive index. In the case of only two existing modes with which are sufficient, the indices N 0 and N x of the stripline itself, which are effective a few wavelengths, or lower below the surface, as shown in FIG. 1 c can then show the length L by the relationship or Id. According to FIG. 1e, it can also suffice to reduce or increase the 5 L = A (λ / 2) IiV - N h : refractive index below a certain depth to form a relative maximum, as shown in FIG. Determine 4 e or 4f.

ersichtlich ist. In jedem Fall ist es zweckmäßig, daß In Fig. 3 sind drei Ausführungsformen eines sich das Indexprofil n(v) im Wellenleiter deutlich . selbstabbildenden Streifenleiters dargestellt, bei welvon demjenigen außerhalb des Streifens unterschei- io chem die Möglichkeit besteht, seine Bildfehler zu det, wie schon erwähnt wurde. verringern und damit sein räumlich*» Auflösungsver-Ein einfaches Ausführungsbeispiel für ein optisches mögen zu erhöhen. Dazu wird der effektive Bre-Bauelement mit einem selbstabbildenden Streifen- chungssindex der Schicht, aus der der Streifenleiter leiter, das aus einem Schichtleiter mit allgemeinem gebildet ist, an den Rändern geringfügig verändert. Indexprofil hergestellt werden kann, ist die in Fig. 2 15 Bei dem Streifenleiter gemäß Fig. 3a und 3b erfolgt gezeigte Leitungskreuzung. Sie besteht im wesent- die Veränderung durch Anbringen schmaler Streifen liehen aus einem (im einfachsten Falle) rechteckigen eines Materials mit anderem Brechungsindex an den Stück eines Schichtleiters 3 solcher Abmessungen L Seitenkanten des Streifens, wie dies im Hauptpatent und W1, daß damit die eingangs definierte Abbil- vorgeschlagen wurde. Eine andere Möglichkeit bedungsbedingung mit ganzzahligem, ungeradem h und μ steht jedoch darin, gemäß Fig. 3b oder 3c die mit einem effektiven Index Νμ des Schichtleiters er- Dicke Wy bzw. das Indexprofil n(y) des Schichtleifüllt ist. An den einander gegenüberliegenden kurzen ters sin den Seitenkanten nicht abrupt zu ändern, Stirnflächen des Rechtecks sind je zwei schmalere sondern nur allmählich, und zwar über eine Strecke Streifenleiter 1, 2 bzw. 1', 2' zur Zu- und Abführung von größenordnungsmäßig einer Wellenlänge. Dies der optischen Information vorgesehen. Zweckmäßig as kann !besonders einfach geschehen, wenn der Streiwerden diese schmaleren Streifenleiter in einem Ar- fenleitier miteis Diffusion durch eine Maske hergebeitsgang mit dem rechteckfönmgen selbstabbilden- stellt wird. Die dabei unvermeidliche seitliche Diffuden StreifenleiterS hergestellt. Benachbarte schmale sion erzeugt nämlich von selbst einen allmählichen Streifenleiter sollen untereinander nicht koppeln. Übergang des effektiven Brechungsindex N von Anders als bei der sogenannten »bifurcation κ eines 30 seinem relativ hohen Wert innerhalb des Streifens Wellenleiters sollen diese schmaleren Streifen daher der Breite W1 auf einen niedrigeren Außenwert, deutlich voneinander getrennt sein bis heran an den Das Gesichtsfeld stimmt bei einem einzelnen Streirechteckigen Streifenleiter. fenleiter an sich mit dessen Breite W1 überein, deren Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun bei- Größe aber in vielen Fällen gemäß der Abbildungsspielsweise so, daß in den Streifenleitem 1 und 2 von 35 bedingung nur bei sehr großer Länge L des Streifenhinten links (in Fig.2) Licht ankommt Die Enden leiter« ausreichen würde. Wie in Fig.4a dargestellt dieser Streifenleiter bilden zusammen das Objekt, das und im Prinzip schon im Hauptpatent vorgeschlagen von dem rechteckförmigen Streifenleiter auf die ist, "wird zur Vergrößerung des Gesichtsfeldes eine rechte vordere Stirnfläche (F i g. 2) abgebildet wird. Vielzahl gleicher Streifenleiter nebeneinander auf Da hz als ungerade vorausgesetzt war, sind die Post- 40 oder in demselben Substrat angeordnet. Jeder der tionen der Bilder von den Streifenleitem 1 und 2 Streifen muß eine aufrechte Selbstabbildung vergegenüber der Objektebene vertauscht Die Licht- mitteln, was voraussetzt, daß der Abbildungsparaströme werden von den Streifenleitern 1' und 2' ab- meter h in der Abbildungsbedingung geradzahlig ist. geführt. Von Streu- und Absorptionsverlusten abge- Dann fügen sich die Einzelbilder am Ausgang des sehen, überträgt diese Anordnung alles ankommende 45 Streifens (x — L) in gleicher Weise zusammen, wie Licht von 1 nach 1' sowie von 2 nach 2'. Sie ist es dem Objekt am Eingang des Streifens (x = 0) daher äquivalent zu einem sogenannten »Null-db- entspricht. Die Streifen werden zweckmäßig aus Koppler« der Mikrowellentechnik und stellt im Er- einem ausgedehnten Schichtleiter hergestellt, z. B. gebnis eine Überkreuzung der Streifenleiter 1 und 2 durch Einätzen schmaler Rinnen zur möglichst volldar. Es ist klar, daß dieses Prinzip einer Überkreu- 50 ständigen Isolierung benachbarter Streifen, zung auch auf mehr als zwei Leitungen anwendbar Es ist klar, daß dieses Prinzip einer Gesichtsfeldist, wobei eine Umkehrung in der Reihenfolge der vergrößerung (in gewissen Grenzen) auch auf ver-Leitungen zu beachten ist Diese Leitungskreuzung größemde Streifenleiter anwendbar ist, wie it kann auch mit einer Vergrößerung oder Verkleine- Fig. 4b dargestellt ist Die Breite der Gesamtanord rung verbunden werden, indem der abbildende Strei- 55 nung nimmt also in x-Richtung stetig zu. Hierbei is fenleiter trapezförmig statt rechteckig ausgebildet insbesondere die Möglichkeit erwähnenswert, ein« wird. Ebnimg des Gesichtsfeldes dadurch zu erreichen, daf In vielen Fallen wird es erwünscht sein, die Bau- die äußeren Streifenleiter Sa in Fi g. 4b, die ja länge: länge der Leitungskreuzung so kurz wie möglich zu sind als die inneren Streifenleiter S1, in der z-Rich hatten. Dies erfordert gemäß der Abbildungsbedin- 60 tung geringfügig breiter werden als die inneren Strei gong, daß auch die Breite W1 des rechteckigen Strei- fenleiter S1, so daß sie gemäß der Abbildungsbedin fenleiters möglichst klein gewählt wird. Hierbei be- gung eine entsprechend größere Abbildungslänge be steht jedoch eine untere Grenze: Zur Überkreuzung sitzen.can be seen. In any case, it is expedient that in Fig. 3 three embodiments of the index profile n (v) in the waveguide are clear. self-imaging stripline, in which there is a possibility, different from the one outside the strip, to detect its image errors, as already mentioned. reduce and thus increase its spatial * »Resolutionver- A simple embodiment for an optical like. For this purpose, the effective BRE component with a self-mapping strip index of the layer from which the strip conductor, which is formed from a layer conductor with general, is slightly changed at the edges. Index profile can be produced is the line crossing shown in FIG. It consists essentially of the change by attaching narrow strips borrowed from a (in the simplest case) rectangular material with a different refractive index on the piece of a layer conductor 3 of such dimensions L side edges of the strip, as in the main patent and W 1 , that thus the initially defined image was proposed. Another possible condition with integer, odd h and μ is, according to FIG. 3b or 3c, which is filled with an effective index Ν μ of the layer conductor er thickness W y or the index profile n (y) of the layer loop. On the opposite short ters the side edges do not change abruptly, the end faces of the rectangle are each two narrower but only gradually, over a stretch of strip conductor 1, 2 or 1 ', 2' for supply and discharge of the order of a wavelength . This provided the optical information. Expediently, this can be done particularly easily if the strip is self-imaging these narrower strip conductors in an arsenic conductor with diffusion through a mask production passage with the rectangular shape. The unavoidable lateral diffusion of strip conductors is produced. Adjacent narrow sion automatically creates a gradual stripline should not couple with each other. Transition of the effective refractive index N of Unlike the so-called »bifurcation κ of a 30 its relatively high value within the waveguide strip, these narrower strips of width W 1 to a lower external value should be clearly separated from each other up to the field of view agrees a single square strip conductor. fenleiter per se with a width W 1 coincide, the The effect of this arrangement will now be examples size but in many cases according to the illustration of play so that the strip back condition in the Streifenleitem 1 and 2 of 35 only at very great length L to the left (in Fig.2) Light arrives The ends of the ladder «would suffice. As shown in FIG. 4a, these striplines together form the object which, in principle, is already proposed in the main patent by the rectangular stripline on which "a right front end face (FIG. 2) is imaged to enlarge the field of view same stripline next to each other on Da h z was assumed to be odd, the post 40 or are arranged in the same substrate that the imaging parastroids are guided by the strip conductors 1 'and 2' dm h in the imaging condition is even. From scattering and absorption losses then the individual images are added at the output of the see, this arrangement transmits all incoming strips ( x - L) in the same way as light from 1 to 1 'and from 2 to 2'. It is the object kt at the entrance of the strip (x = 0) is therefore equivalent to a so-called »zero-db- corresponds. The strips are expediently made from couplers from microwave technology and are made in the form of an extended layer conductor, e.g. B. result a crossing of the striplines 1 and 2 by etching narrow grooves to the full dar. It is clear that this principle of a constant isolation of adjacent strips can also be applied to more than two lines - Lines must be observed This line crossing of larger striplines can be used, as it can also be enlarged or reduced . Here, the window ladder is trapezoidal instead of rectangular, in particular the possibility of a “is worth mentioning. In many cases it will be desirable to use the outer strip conductors S a in FIG. 4b, the length: length of the line crossing to be as short as possible than the inner strip conductor S 1 , in the z-Rich. According to the mapping condition, this requires that the width W 1 of the rectangular strip conductor S 1 be slightly wider than the inner stripes, so that it is selected to be as small as possible in accordance with the mapping conditions. In this case, however, there is a lower limit when the image length is correspondingly greater: Sit to cross.

zweier Leitungen muß die Breite Wx mindestens so Bei der Ausfuhrungsform eines Streifenleiter groß sein, daß in der z-Richtung zwei Moden des 65 gemäß Fi g. 5 bewirkt ein an den Seiten des Streifenof two lines, the width W x must be at least so large that in the embodiment of a stripline two modes of the 65 according to FIG. 5 causes a on the sides of the strip

Streifenleiters existenzfähig sind. In diesem Grenzfall letters vorgesehenes absorbierendes Material A einStripline are viable. In this borderline case, absorbent material A is provided

sehr schmaler Streifenleiter gilt die angegebene Ab- Apodisation. Das absorbierende Material kann ζ. ΕFor very narrow striplines, the specified apodization applies. The absorbent material can ζ. Ε

bfldungsbedingung allerdings nur noch angenähert eine dünne Metallschicht sein, die auf die SeitenHowever, a thin metal layer on the sides can only be approximated

kanten aufgedampft ist (Fig. 5b). Alternativ kann auch gemäß F i g. 5 a ein sehr schmaler Streifen aus dem absorbierenden Material A verwendet werden, dessen Breite in z-Richtung größenordnungsmäßig /1/4 beträgt und der auf die Oberfläche des Streifenleiters in unmittelbarer Nähe der Seitenkanten aufgebracht ist. Eine weitere, bei einem integrierten Streifenleiter häufig ' u bevorzugende Möglichkeit, eine Apodisation der Streifenleiter-Abbildung herbeizuführen, besteht in der seitlichen Eindiffusion lichtabsorbierender Ionen (Schwermetalle) in die seitlichen Ränder des Streifenleiters.edges is vapor-deposited (Fig. 5b). Alternatively, according to FIG. 5 a, a very narrow strip made of the absorbent material A can be used, the width of which in the z-direction is on the order of / 1/4 and which is applied to the surface of the strip conductor in the immediate vicinity of the side edges. Another possibility, which is often preferred in the case of an integrated stripline, of bringing about apodization of the stripline image is the lateral diffusion of light-absorbing ions (heavy metals) into the lateral edges of the stripline.

Es versteht sich, daß sich auch viele andere Ausfihrungsbeispiele eines selbstabbildenden Wellenleiters der im Hauptpatent vorgeschlagenen Art (z. B. mit unregelmäßig geformten Stirnflächen) mit zur Bildvergrößerung stetig zunehmender Breite, mit schmalen Reflektoren an einer oder beiden Stirnflächen zur Bildung eines Lasers, oder mit je zwei an beiden Stirnflächen angeschlossenen Streifenleitern ao zur Bildung eines Wellenfilters oder Wellenkopplers) gemäß der vorliegenden Erfindung so ausführen lassen, daß sie unter Verwendung von selbstabbildenden Wellenleitern allgemeiner, beliebiger Au als Bauelemente der integrierten Optik geeignet sind.It goes without saying that there are also many other exemplary embodiments a self-imaging waveguide of the type proposed in the main patent (e.g. with irregularly shaped end faces) with continuously increasing width to enlarge the image, with narrow reflectors on one or both end faces to form a laser, or with two on each strip conductors connected to both end faces to form a wave filter or wave coupler) according to the present invention can be carried out using self-imaging Waveguides in general, any Au are suitable as components of integrated optics.

Ferner ist darauf hinzuweisen, d«ß der Abbildungsparametcr h nicht in allen Füllen nanzimhlig sein muß. Wenn man die Lunge L der Abbildungsbedingung mit einem gebrochenen Parameter h (z. H. 1/2, 3/2 usw.) wählt, so ergibt sich stalt einer einfachen Selbstabbildung eine in vielen praktischen Fällen erwünschte Mehrfachabbildung. Ein derail bemessener Wellenleiter kann insbesondere als Strahlenteiler oder Strahlcnkoppler dienen. Wie an anderer Stelle vorgeschlagen wurde (Patentanmeldung P 25 06 272.0), sollte in solchen Fällen der Abbildungsparanictcr h -■= plq gewühlt werden, wobei /> und q zueinander teilcrfremde ganze Zahlen sind und q die Anzahl der Abbildungen angibt.Furthermore, it should be noted, that "the ß Abbildungsparametcr not h in all filling nanzimhlig must be. If one selects the lung L of the imaging condition with a broken parameter h (e.g. 1/2, 3/2, etc.), then instead of a simple self-imaging, a multiple imaging, which is desirable in many practical cases, results. A waveguide of the same size can in particular serve as a beam splitter or beam coupler. As has been suggested elsewhere (patent application P 25 06 272.0), the mapping parameter h - ■ = plq should be selected in such cases, where /> and q are integers that are partially foreign to one another and q indicates the number of images.

Schließlich sei bemerkt, daß die Breite Wt des streifenförmigcn Wellenleiters nicht genau mit der Größe WeQ der Abbildungsbcdingung übereinstimmen muß. Insbesondere ist unter Umständen zu der Breite W1 noch die sogenannte Goos-HUhnchen-Eindringtiefe hinzuzurechnen, die aber sehr klein und häufig vernachlässigbar ist.Finally, it should be noted that the width W t of the strip-shaped waveguide does not have to correspond exactly to the size W eQ of the imaging conditions. In particular, under certain circumstances the so-called goos chicken penetration depth must be added to the width W 1, but this is very small and often negligible.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Abbildungssystem zur Abbildung eines Objektes mit einem schichtförmigen Wellenleiter mit reflektierenden Grenzflächen, wobei die Länge L der längs der Achse des Wellenleiters gemessenen Entfernung des Objektes vom Bild und mindestens eine einer typischen Querabmessung des Wellenleiters entsprechende Größe Wtq unter Berücksichtigung eines effektiven Brechungsindex Nj1 und der Wellenlänge λ wenigstens annähernd der Abbildungsbedingung1. Imaging system for imaging an object with a layered waveguide with reflective interfaces, the length L being the distance of the object from the image measured along the axis of the waveguide and at least one variable W tq corresponding to a typical transverse dimension of the waveguide taking into account an effective refractive index Nj 1 and the wavelength λ at least approximately the imaging condition
DE19752511046 1974-09-20 1975-03-13 Imaging system for a waveguide Expired DE2511046C2 (en)

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