DE3804330A1

DE3804330A1 - Planarer wellenleiterkruemmer

Info

Publication number: DE3804330A1
Application number: DE19883804330
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Prof Dr Ing Unger; Shun-Ping Dipl Ing Chen
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1988-02-12
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1989-08-24

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen planaren Wellenleiterkrümmer, bestehend aus mindestens einem gekrümmten asymmetrischen planaren Wellenleiterabschnitt.

Von M. Geshiro und S. Shinnosuke wurde bereits in der Veröffentlichung "A method for diminishing total transmission losses in curved dielectric optical waveguides", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 29, MTT-29, No. 11, Nov. 1981, S. 1182-1187 vorgeschlagen, den gekrümmten Wellenleiterabschnitt asymmetrisch zu gestalten, um somit die Strahlungsverluste in dem gekrümmten Wellenleiterabschnitt und die durch den Übergang des gekrümmten Wellenleiterabschnitts auf einen geraden Wellenleiter verursachten Verluste zu verringern. Um die Übertragungsverluste um ein sehr hohes Maß zu reduzieren, sind hier Asymmetrien des Wellenleiterkrümmers erforderlich, die praktisch kaum realisiert werden können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen planaren Wellenleiterkrümmer der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Übertragungsverluste möglichst weitgehend reduziert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die entsprechend der Erfindung gleichzeitige Anwendung der Asymmetrie des gekrümmten Wellenleiterabschnitts und des lateralen Versatzes zwischen dem gekrümmten asymmetrischen Wellenleiterabschnitt und den sich daran anschließenden Wellenleitern führt zu einer erheblichen Verringerung der gesamten Übertragungsverluste im Wellenleiterkrümmer. Dabei ist eine nur mäßige, in der Praxis problemlos realisierbare Asymmetrie des Wellenleiterkrümmers erforderlich.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen einfach gebogenen und

Fig. 2 zeigt einen doppelt gebogenen Wellenleiterkrümmer.

Planare Wellenleiter finden z.B. Anwendung in integrierten optischen Schaltungskreisen. Um eine hohe Packungsdichte solcher integrierter Schaltkreise zu erreichen, sind gekrümmte Wellenleiterverläufe unumgänglich. Wellenleiterkrümmer bringen aber vor allem bei kleinen Krümmungsradien Übertragungsverluste mit sich. Diese Übertragungsverluste resultieren zum einen aus den Strahlungsverlusten im Krümmungsbereich und zum anderen aus den Übergangsverlusten, die an den Verbindungsstellen zwischen gekrümmten Wellenleiterabschnitten und geradlinig verlaufenden Wellenleitern entstehen.

In der Fig. 1 ist ein Wellenleiterkrümmer dargestellt, bestehend aus einem gekrümmten Wellenleiterabschnitt K 1, an dessen beiden Enden geradlinige Wellenleiter L 1 und L 2 angekoppelt sind. Der gekrümmte Wellenleiterabschnitt K 1 und die geradlinigen Wellenleiterabschnitte L 1 und L 2 sind hier z.B. als Streifenleiter ausgeführt. Mit R ist der mittlere Krümmungsradius und mit R der Bogenwinkel des gekrümmten Wellenleiterabschnitts K 1 bezeichnet.

Die geradlinigen Wellenleiter L 1 und L 2 haben eine Brechzahl n ₂ und das an beiden Seiten daran angrenzende Medium weist die Brechzahl n ₁ auf, wobei n ₂<n ₁ gilt. Während die geradlinigen Wellenleiter L 1, L 2 also symmetrisch sind, ist der gekrümmte Wellenleiterabschnitt K 1 asymmetrisch ausgebildet, dadurch daß die zu beiden Seiten angrenzenden Medien verschiedene Brechzahlen n ₁, n ₃ aufweisen. Und zwar ist die Brechzahl n ₁ des an die Grenzfläche mit dem kleineren Krümmungsradius angrenzenden Mediums größer als die Brechzahl n ₃ des an die Grenzfläche mit dem größeren Krümmungsradius angrenzenden Mediums. Außerdem ist ein lateraler Versatz d zwischen dem gekrümmten Wellenleiterabschnitt K 1 und den an ihn angekoppelten Wellenleitern L 1, L 2 vorgesehen. Die Asymmetrie des gekrümmten Wellenleiterabschnitts K 1, welche durch einen Parameter a=(n ₁ ²-n ₃ ²)/(n ₂ ²-n ₁ ²) ausgedrückt wird, und der laterale Versatz d gewährleisten zusammen bei entsprechender Wahl ihrer Werte, daß die Gesamtübertragungsverluste des Wellenleiterkrümmers sehr gering bzw. die übertragene Leistung nur minimal gedämpft wird.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen einfachen Wellenleiterkrümmer, bestehend aus einem gekrümmten asymmetrischen Wellenleiterabschnitt K 1. Der Fig. 2 ist ein S-förmiger Wellenleiterkrümmer zu entnehmen, der mit zwei entgegengesetzt gekrümmten asymmetrischen Wellenleiterabschnitten K 1 und K 2 realisiert ist. Zwischen den beiden den gleichen Krümmungsradius aufweisenden asymmetrischen Wellenleiterabschnitte K 1 und K 2 ist ein gegenseitiger lateraler Versatz 2 d vorzusehen, der doppelt so groß ist wie der Versatz d gegenüber den angrenzenden geradlinigen symmetrischen Wellenleitern L 1 und L 2.

Wählt man bei einem einfach gekrümmten Wellenleiterkrümmer gemäß Fig. 1 die Brechzahlen n ₁=3,32, n ₂=3,37, die Wellenleiterbreite w=0,82 λ (λ = Wellenlänge des sich im Wellenleiterkrümmer ausbreitenden Feldes), den Krümmungsradius R=60 λ und den Bogenwinkel R= π/4, so stellen sich für einen Asymmetrieparamter a=1,197 und einen Versatz d=0,10 λ minimale Übertragungsverluste ein. Aus dem Asymmetrieparameter a läßt sich bei vorgegebenen Brechzahlen n ₁ und n ₂ die Brechzahl n ₃ bestimmen. Bei einem doppelt gebogenen Wellenleiterkrümmer gemäß Fig. 2 ergeben sich bei den gleichen genannten Werten n ₁, n ₂, w, R und R für a=1,242 und d=0,10 λ minimale Übertragungsverluste.

Geht man in einem anderen Beispiel von folgenden Werten aus n ₁=3,39, n ₂=3,46, w=0,7 λ , R=40 λ und R= π/4, so sind bei einem einfachen Wellenleiterkrümmer für a=1,091 und d=0,06 λ und bei einem S-förmigen Wellenleiterkrümmer für a=1,197 und d=0,06 λ die Übertragungsverluste minimal. Als praktisch zweckmäßig erweist es sich, Wellenleiterkrümmer aus Rippenleitern aufzubauen. Bei diesen Rippenleitern wird die geforderte Asymmetrie dadurch erreicht, daß der Leiterquerschnitt asymmetrisch gestaltet wird. Und zwar wird eine Querschnittsreduzierung des Rippenleiters zu der Seite mit dem größeren Krümmungsradius hin vorgenommen. Man schafft dadurch eine effektive Brechzahlverteilung, die der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen asymmetrischen Brechzahlverteilung entspricht.

Die vorangehend beschriebenen Wellenleiterkrümmer können im optischen Wellenlängenbereich aber auch für Millimeter- und Mikrowellen eingesetzt werden.

Claims

1. Planarer Wellenleiterkrümmer, bestehend aus mindestens einem gekrümmten asymmetrischen planaren Wellenleiterabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des gekrümmten asymmetrischen Wellenleiterabschnitts (K 1, K 2) angekoppelte planarer Wellenleiter (L 1, L 2) gegenüber dem gekrümmten Wellenleiterabschnitt (K 1, K 2) lateral versetzt sind, wobei der laterale Versatz zwischen dem gekrümmten Wellenleiterabschnitt (K 1, K 2) und dem jeweiligen daran angekoppelten Wellenleiter (L 1, L 2) und die Asymmetrie des gekrümmten Wellenleiterabschnitts (K 1, K 2) so bemessen sind, daß die Übertragungsverluste minimal sind.

2. Planarer Wellenleiterkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte asymmetrische Wellenleiterabschnitt (K 1, K 2) und die daran angekoppelten Wellenleiter (L 1, L 2) Streifenleiter sind.

3. Planarer Wellenleiterkrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das an die am stärksten gekrümmte Grenzfläche des als Streifenleiter ausgebildeten gekrümmten Wellenleiterabschnitts (K 1, K 2) angrenzende Medium einen größeren Brechungsindex aufweist als das an die Grenzfläche mit dem größeren Krümmungsradium angrenzende Medium.

4. Planarer Wellenleiterkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte asymmetrische Wellenleiterabschnitt (K 1, K 2) und die daran angekoppelten Wellenleiter (L 1, L 2) Rippenleiter sind.

5. Planarer Wellenleiterkrümmer nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als Rippenleiter ausgebildete gekrümmte Wellenleiterabschnitt (K 1, K 2) an der Seite mit dem größeren Krümmungsradius dünner ist als an der anderen Seite mit dem kleineren Krümmungsradius.

6. Planarer Wellenleiterkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der laterale Versatz zwischen zwei aneinander gereihten gekrümmte asymmetrische Wellenleiterabschnitte (K 1, K 2) doppelt so groß ist wie der laterale Versatz zwischen einem gekrümmten asymmetrischen Wellenleiterabschnitt (K 1, K 2) und einem daran angefügten geradlinigen Wellenleiter (L 1, L 2) .