DE2842520A1

DE2842520A1 - Optischer wellenleiter mit einem aufgesetzten prisma

Info

Publication number: DE2842520A1
Application number: DE19782842520
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Baues
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-04-10

Description

Optischer Wellenleiter mit einem aufgesetzten Prisma
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Wellenleiter mit einem aufgesetzten Prisma zum Ein- oder Auskoppeln von Licht.
Optische Wellenleiter der eingangs genannten Art sind bekannt (siehe Appl. Optics, 10 (1971) S. 2395 - 2413).
Der Brechungsindex des Prismas muß dabei größer als der effektive Brechungsindex der anzulegenden Wellenleitermoden sein. Die Einkopplung von Licht ist dann besonders wirkungsvoll möglich, wenn zwischen Wellenleiter und Prisma kein Luftspalt auftritt (siehe IEEE QE-9 (1973) S. 1000 - 1006) oder ein Luftspalt durch eine Imersionsflüssigkeit vermieden wird. Der Brechungsindex der Imersionsflüssigkeit muß dabei kleiner als der des Prismas und größer als der des Wellenleiters sein. Fur elektrooptische Wellenleiter, z.B. aus Lithium-Tantalat (LiTaO3)- oder Lithium-Niobat (LiNbO3)-Substraten mit Brechungsindizes bei 2,2 gibt es Jedoch keine Imersionsflüssigkeit, deren Brechungsindex groß genug wäre. Die besten Lichteinkoppelergebnisse werden erzielt, wenn zur Vermeidung des Luftspaltes die Prismen durch Aufsprengen, d.h. durch molekulare Adhäsionskräfte mit den Wellenleitern direkt verbunden werden, wobei das Ablösen eines Prismas vom Wellenleiter, z.B. infolge eindringender Luftfeuchtigkeit, mit einem Lack, der die Verbindungsteile abdichtet, vermieden wird. Die durch das Aufsprengen hergestellte Verbindung zwischen Wellenleiter und Prisma erweist sich als sehr dauerhaft.
Die Lichtleistung, die in einen Wellenleiter eingespeist und wieder ausgekoppelt wird, ist um so größer, je weniger der Brechungsindex des Prismas über dem des Wellenleiters liegt (siehe IEEE QE-9 (1973) S. 1000 -1006).
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wellenleiter der eingangs genannten Art anzugeben, in welchen mehr Lichtleistung als bisher in den Wellenleiter einkoppelbar ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Wellenleiter und Prisma aus dem gleichen anisotropen Kristallmaterial bestehen, daß aber die Kristallachsen des Wellenleiters und die des aufgesetzten Prismas verschieden orientiert sind.
Durch diese Maßnahme können besonders geringe Brechungsindexsprünge zwischen Prisma und Wellenleiter erzielt werden, wodurch eine hohe Lichtleistung in den Wellenleiter einspeisbar ist.
Bevorzugterweise ist das Kristallmaterial Lithium-Niobat, Lithium-Tantalat, BaNaNbO5015, NdAl3 (B03 )4 oder SrxBa1~xNb203, wobei x = 0, x = 1 oder x eine beliebige Zahl zwischen 0 und 1 sein kann.
Bevorzugterweise ist der Wellenleiter selbst mit mindestens einem Fremdstoff dotiert.
In einem solchen Fall ist eine bevorzugte Ausfuhrungsform so ausgebildet, daß das Kristallmaterial Lithium-Niobat ist und daß der Wellenleiter mit Titan dotiert ist.
Eine besonders vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsform ist so ausgebildet, daß zwei einander entsprechende Kristallachsen der Kristallachsenkreuze des Prismas und des Wellenleiters gleichgerichtet sind und daß die beiden Kristallachsenkreuze um 900 gegeneinander verdreht sind.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform schließt die Lichteintrittsfläche des Prismas mit der auf den Wellenleiter aufgesetzten Fläche des Prismas einen Winkel zwischen 600 und 890 ein. Ein besonders gUnstiger Winkel in diesem Bereich liegt bei 750.
Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen optischen Wellenleiter mit aufgesetztem Prisma, Figur 2 zwei verschieden orientierte Kristallachsenkreuze und Figur 3 ebenfalls zwei verschieden orientierte Kristallachsenkreuze , welche aber jetzt anders orientiert sind als die Kreuze nach Figur 2.
In Figur 1 ist mit 1 ein Lithium-Niobat Wellenleiter bezeichnet, der mit Titan dotiert ist. Dieser Wellenleiter ist quaderförmig ausgebildet und es ist nur eine Seitenfläche dieses Quaders zu sehen. Auf diesen Wellenleiter 1 ist ein Prisma 2 aufgesprengt, welches aus Lithium-Niobat besteht. Die Lichteintrittsfläche 21 des Prismas 2 schließt mit der auf dem Wellenleiter 1 aufgesetzten Fläche 22 einen Winkel nC= 750 ein.
Dies ist ein besonders günstiger Winkel für das hier angegebene Ausführungsbeispiel. Es können auch andere Winkelwerte genommen werden, jedoch sollten sie zwischen 600 und 890 liegen.
Wählt man die Orientierung des Kristallachsenkreuzes des Prismas relativ zu dem des Wellenleiters 1, so wie es in der Figur 2 dargestellt ist, so können TE-Moden angeregt werden, aber keine TM-Moden. Nach Figur 2 sind die Xj-Achse des Prismas sowie des Wellenleiters gleichgerichtet. Die X3-Achse des Prismas ist in der Zeichenebene nach oben gerichtet, während entsprechendes für die X2-Achse des Wellenleiters gilt. In diesem Fall hat Lithium-Niobat bei der Wellenlänge h = 531 nm den ordentlichen Brechungsindex n0 = n1, = n2, =2,3285, der über dem außerordentlichen Brechungsindex ne = n3 = 2,2319 liegt.
Daher können TE-Moden angeregt werden, aber keine TM-Moden, für die der Brechungsindex des Prismas kleiner als der des Wellenleiters ist.
Wenn die Kristallachsen für Prisma und Wellenleiter demgegenüber wie in der Figur 3 gewählt werden, wo jetzt beim Prisma die X2-Achse in der Papierebene nach oben zeigt, während entsprechendes beim Wellenleiter für die X3-Achse gilt, kehren sich die Verhältnisse um, d.h. es können jetzt TM-,aber keine TE-Moden angeregt werden. Die Lichtleistung, die bei diesem Verfahren in die Moden eines Wellenleiters eingespeist und über ein zweites gleiches Prisma wieder ausgekoppelt werden kann, ist etwa fünf- bis zehnmal größer als bei Rutilprismen. Es sind daher bequeme Messungen möglich.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mit Titan dotierte Lithium-Niobat-Wellenleiter 20 mm lang, 6 mm breit und 2 mm dick, das Prisma ist auf die 6 mm breite Fläche aufgesetzt.
7 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

PatentansrUche: 1. Optischer Wellenleiter mit einem aufgesetzten Prisma zum Ein- oder Auskoppeln von Licht, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß Wellenleiter und Prisma aus dem gleichen anisotropen Eristallmaterial bestehen, daß aber das Eristallachsenkreuz des Wellenleiters anders otientiert ist als das des aufgesetzten Prismas.
2. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß das Kristailmaterial Lithiumniobat, Lithiumtantalat, BaNaNbO5015, NdA13(B03)4 oder Sr3a1Nb2O3 zu Nb2O3 ist, wobei x = O, x = 1 oder x eine beliebige Zahl zwischen Q und 1 sein kann.
3. Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Wellenleiter selbst mit mindestens einem Fremdstoff dotiert ist.
4. Wellenleiter nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Eristallmaterial Lithiumniobat ist und daß der Wellenleiter mit Titan dotiert ist.
5. Wellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei einander entsprechende Kristallachsen der Kristallachsenkreuze des Prismas und des Wellenleiters gleichgerichtet sind und daß die beiden Kristallachsenkreuze um 900 gegeneinander verdreht sind.
6. Wellenleiter nach einem der vorhergehenden AnsprUche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichteintrittsfläche des Prismas mit der auf den Wellenleiter aufgesetzten Fläche des Prismas einen Winkel zwischen 600 und 890 einschließt.
7. Wellenleiter nach Anspruch 6, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß der Winkel zwischen der Lichteintrittsfläche und der aufgesetzten Fläche des Prismas 750 beträgt.