DE4327638A1

DE4327638A1 - Vorrichtung zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen elektrischen und optischen Signalen

Info

Publication number: DE4327638A1
Application number: DE4327638A
Authority: DE
Inventors: Anders Gustav Djupsjoebacka
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1992-08-17
Filing date: 1993-08-17
Publication date: 1994-02-24
Also published as: FR2694819B1; GB2269909A; GB2269909B; GB9317069D0; US5619607A; CA2104181A1; SE9202355L; SE9202355D0; FR2694819A1; SE500991C2; JPH06242477A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ge schwindigkeitsanpassung zwischen optischen und elektrischen Signalen in einer Wellenleiterstruktur mit einer ersten Wel lenleitereinrichtung für optische Signale und einer zweiten Wellenleitereinrichtung für elektrische Signale.

Basierend auf den Wellenleiterstrukturen (Wanderwellenstruk turen) gibt es bei elektrooptischen Vorrichtungen ein Problem derart, daß die Bandbreite beschränkt ist durch ein sogenann tes Auseinanderlaufen, d. h. ein elektrisches Signal und ein optisches Signal breiten sich mit unterschiedlichen Geschwin digkeiten oder Gruppengeschwindigkeiten aus. In dem Fall eines Modulators breiten sich daher das modulierende und das modu lierte Signal mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus.

Beispielsweise ist es bei schnellen digitalen Lichtwellenlei tersystemen, insbesondere bei Bitgeschwindigkeiten von mehr als 2,5 GBit/s, wichtig, das Auseinanderlaufen zu beschränken. Zum Erreichen dieser hohen Bitgeschwindigkeiten mit optischen Signalen sind schnelle optische Modulatoren erforderlich, wo bei entweder schnelle Direkt-Modulationslaser oder schnelle elektrooptische Modulatoren benutzt werden können. Die Laser sind billiger, sind aber eine qualitativ schlechtere Lösung als die elektrooptischen Modulatoren, und bei sehr hohen Bit geschwindigkeiten, nämlich mehr als etwa 10 GBit/s, ist es heute notwendig, elektrooptische Modulatoren zu verwenden.

Auch bei analogen Lichtwellenleitersystemen, die beispielswei se eine Bandbreite von einigen GHz haben können, ist interes sant, das Auseinanderlaufen reduzieren zu können, das bei der artigen Systemen vor allem eine Verzerrung verursacht.

Zusätzlich zu Wellenleiterverlusten ist ein Auseinanderlaufen ein Beschränkungsfaktor für eine große Gruppe von Wellenlei termodulatoren. Während Wellenleiterverluste ein physikali sches Phänomen sind, das vor allem durch die Dimensionierung und den spezifischen elektrischen Widerstand des Wellenleiters bestimmt ist, wo die Verluste durch hohe Fabrikationsanforde rungen und eine hohe Anforderung bezüglich der Oberfläche und der Körpereigenschaften der Elektrode (Eliminierung von Wel lenleiterverlusten bedeutet prinzipiell, daß supraleitende Elektroden benutzt werden) reduziert werden können, kann ein Auseinanderlaufen als ein Konstruktionsproblem angesehen wer den. Beispielsweise bedeutet ein Auseinanderlaufen für LiNbO₃-Modulatoren, daß die Gruppengeschwindigkeit des modulie renden elektrischen Signals niedriger als die Gruppengeschwin digkeit des modulierten optischen Signals ist.

Eine Anzahl von Lösungen ist zum Reduzieren oder Minimieren des Auseinanderlaufens oder zum Anpassen der Geschwindigkeit zwischen optischen und elektrischen Signalen vorgeschlagen worden. Dadurch kann der sogenannte V/GHz-Quotient verringert werden. Es sind auch Lösungen zum Minimieren des V/GHz- Quotienten vorgeschlagen worden. Unter anderem ist ein Ausein anderlaufen zum Erhöhen der Bandbreite benutzt worden, und darüber hinaus ist das elektrische und das optische Feldbild zum Reduzieren der Umschaltspannung aneinander angepaßt worden.

Die EP-A-0 152 996 beschreibt eine Vorrichtung zum Anpassen der Geschwindigkeit zwischen einem optischen und einem elek trischen Signal mit einer dicken und geätzten Pufferschicht, die in der Ausbreitungsrichtung unveränderlich ist. Dadurch wird eine bestimmte Geschwindigkeitsanpassung und eine erhöhte Bandbreite erreicht, aber dies erfolgt insbesondere auf Kosten einer zu hohen Speisespannung.

In der US-A-4 468 086 ist eine Geschwindigkeitsanpassung zwi schen einem elektrischen und einem optischen Signal dadurch simuliert, daß der elektrische Signalpfad derart ausgebildet ist, daß eine Wechselwirkung zwischen den zwei Wellen entlang ausgewählter Bereiche des Ausbreitungspfads des elektrischen Signals auftritt; die Anpassung ist durch eine Phasenverzöge rung simuliert. Insbesondere ist der elektrische Pfad von dem optischen Pfad an einheitlich beabstandeten Intervallen wegge bogen, um Flächen zu schaffen, wo keine Wechselwirkung auf tritt. Dadurch werden optische Wellen durch den elektroopti schen Effekt moduliert.

Gemäß der US-A-4 448 479 soll der Auseinanderlauf-Effekt durch Aussetzen des elektrooptischen induzierten TE-TM-Kopplungs koeffizienten einer Phasenverschiebung von 180° bei einheit lich beabstandeten Intervallen minimiert werden. Auch in die sem Fall ist eine derartige Geschwindigkeitsanpassung simu liert, und zwar in diesem Fall durch eine Phasenumkehrung. Sowohl in der US-A-4 468 086 als auch in der US-A-4 448 479 kann die Geschwindigkeitsanpassung benutzt werden, um die Struktur "resonant" zu machen und dadurch kann die Bandbreite erhöht werden, aber zur gleichen Zeit wird mit großer Wahr scheinlichkeit die Phasenantwort des Modulators zerstört bzw. gelöscht werden, wodurch sie nicht für eine digitale Kommuni kation benutzt werden kann.

Insbesondere bei LiNbO₃-Modulatoren, im wesentlichen im allge meinen bei einem Verringern des Auseinanderlaufens, wird ein Teil des modulierenden (elektrischen) Signals in LiNbO₃ geführt und kann sich in einem unterschiedlichen bzw. anderen Material ausbreiten, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante hat, und auf diese Weise wird die Gruppengeschwindigkeit des elek trischen Signals erhöht. LiNbO₃ hat in verschiedenen Richtungen die Dielektrizitätskonstanten von 28 bzw. 43 (das Material ist anisotrop); bei bestimmten Modellen wird das Material jedoch als isotrop behandelt, und dann wird der geometrische Mittel wert von 34,7 benutzt. Die quadratische Wurzel der Dielektri zitätskonstante muß mit dem Brechungsindex von LiNbO₃ vergli chen werden, der etwa 2,2 ist; somit ist die Differenz der Gruppenlaufzeit zwischen dem elektrischen und dem optischen Signal groß. Für koplanare Wellenleiter ist die Gruppenge schwindigkeit des elektrischen Signals nicht kleiner als c/4,2 und eine Anzahl von Vorrichtungen ist bekannt, deren Gruppen geschwindigkeit durch Verwenden dicker Elektroden, dicker Puf ferschichten und mit einer geätzten Pufferschicht aus bei spielsweise SiO₂ erhöht wird. Weitere Vorrichtungen bestehen aus einem "parallelen" Wellenleiter aus SiO₂ oder Luft als Di elektrikum, wobei der "parallele" Wellenleiter auch aus seiner eigenen Grundebene bestehen kann. Im allgemeinen ist bei be kannten Lösungen zum Erhalten einer erhöhten Bandbreite eine bemerkenswert erhöhte Speisespannung erforderlich.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich tung zum Anpassen der Geschwindigkeit optischer und elektri scher Signale zu schaffen, wie es eingangs angegeben ist, um dadurch ein Auseinanderlaufen zu erniedrigen oder zu minimieren und die Bandbreite zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, daß die Vorrichtung keine hohen Spannungen not wendig machen sollte und darüber hinaus leicht und billig her zustellen ist. Es ist auch beabsichtigt, den sogenannten V/GHz-Quotienten reduzieren zu können. Die Erfindung hat wei terhin als Aufgabe, einen Modulator zu schaffen, der auf einer Wellenleiterstruktur mit erhöhter Bandbreite basiert, und der insbesondere bei schnellen digitalen Lichtwellenleitersystemen verwendet werden kann. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Er findung, einen Modulator zu schaffen, der bei analogen Licht wellenleitersystemen anwendbar ist.

Eine Vorrichtung, durch die all diese sowie andere Aufgaben gelöst werden, ist durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gegeben. Im Anspruch 16 ist ein Modulator angegeben. Die Ansprüche 17 und 18 geben die Verwendung der Vorrichtung in schnellen digitalen Lichtwellen leitersystemen bzw. in analogen Lichtwellenleitersystemen an.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind durch die Merkmale der Unteransprüche gegeben.

Gemäß der Erfindung besitzt die Wellenleiterstruktur weiterhin einen Querschnitt, der sich in der Ausbreitungsrichtung än dert. Insbesondere besteht die erste Wellenleitereinrichtung aus wenigstens einem optischen Wellenleiter und insbesondere besteht die zweite Wellenleitereinrichtung aus wenigstens zwei Elektroden, von denen eine eine Signalelektrode bildet. Die Wellenleiterstruktur besteht weiterhin aus wenigstens einer Pufferschicht, die derart angeordnet ist, daß sich das elek trische Feld von der Elektrode in wenigstens eine der Puffer schichten wie auch zu dem (den) optischen Leiter(n) erstreckt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Wel lenleiterstruktur aus einem Substrat, vorzugsweise LiNbO₃. In dem Fall von LiNbO₃ bedeutet die Geschwindigkeitsanpassung vor zugsweise, daß die Geschwindigkeit der Mikrowelle erhöht werden sollte, d. h. die Gruppengeschwindigkeit des elektri schen Signals sollte zum Erhöhen der Bandbreite erhöht werden. Als Alternative zu LiNbO₃ ist es möglich, beispielsweise LiTaO₃, KNbO₃, KTP zu verwenden, aber es sind auch andere elek trooptische Materialien möglich. Bei früher bekannten Vorrich tungen zum Erhöhen der Gruppengeschwindigkeit haben die Struk turen einen Querschnitt gehabt, der in der Ausbreitungsrich tung invariant gewesen ist. Gemäß der Erfindung ist es mög lich, zwei oder mehrere unterschiedliche Querschnitte zu ver wenden, die sich in der Ausbreitungsrichtung periodisch oder aperiodisch oder auf eine zufällige bzw. willkürliche Weise ändern. Eine periodische Querschnittsänderung kann aus einem periodischen Gitter bestehen, wobei insbesondere die Gitter konstante bemerkenswert kleiner als die Wellenlänge des elek trischen Signals ist. Die Querschnittsänderung kann durch we nigstens ein erstes und ein zweites Material oder ein Medium erreicht werden, die unterschiedliche Dielektrizitätskonstan ten haben. Insbesondere können die Querschnittsänderungen durch Ersetzen eines Materials in der Pufferschicht durch ein anderes Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstan te erreicht werden, oder durch Entfernen von Material von der Pufferschicht. Somit können sich die unterschiedlichen Ab schnitte mit unterschiedlichem Querschnitt durch Entfernen durch Ätzen der Pufferschicht in dem Wellenleiterspalt und unter der Signalelektrode unterscheiden. Dadurch wird die Ka pazität pro Längeneinheit des elektrischen Wellenleiters redu ziert, wodurch die Gruppengeschwindigkeit des elektrischen Signals erhöht wird. Gemäß einem bestimmten Ausführungsbei spiel kann die Elektrodenstruktur koplanar sein und/oder aus doppelten Grundebenen bestehen.

Vorzugsweise müssen dafür, daß die sich ausbreitende elektri sche Welle einen Wellenleiter als "invariant" in der Ausbrei tungsrichtung ansieht, jene Abschnitte mit einem ersten bzw. einem zweiten Querschnitt viel kleiner als die Wellenlänge-der höchsten Frequenz sein, die in der Vorrichtung, insbesondere dem Modulator (die Frequenz des modulierenden Signals), be nutzt werden soll. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen git terartigen Aufbau, wobei die Gitterkonstante niedriger als 1/20 der Wellenlänge ist.

Natürlich kann genausogut eine Anzahl von unterschiedlichen Querschnitten anstelle eines periodischen Aufbaus oder eines periodischen Gitters benutzt werden, und derselbe Effekt kann durch zufällig geätzte Hohlräume oder ähnliches erreicht wer den. Weiterhin sollte eines der Materialien eine Dielektrizi tätskonstante haben, die niedriger als jene der anderen ist, und insbesondere wenn Puffermaterial entfernt wird, sollte diese durch ein anderes Material ersetzt werden, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante hat, wobei das zweite Ma terial gemäß einem bestimmten Ausführungsbeispiel Luft sein kann.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrich tung ein Modulator.

Die Vorrichtung kann vorteilhaft bei schnellen digitalen Lichtwellenleitersystemen oder bei analogen Lichtwellenleitersystemen mit einer Bandbreite von einigen GHz benutzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung weiter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsseiten auf eine darstellende und keineswegs beschränkende Weise beschrieben werden, wobei

Fig. 1 eine von oben gesehene Wellenleiterstruktur mit ei ner periodischen Veränderung bei zwei unterschiedli chen Abschnitten schematisch darstellt;

Fig. 1a eine Querschnittsansicht entlang der Linie Ia-Ia der Fig. 1 ist, die einen ersten Abschnitt darstellt;

Fig. 1b eine Querschnittsansicht entlang der Linie Ib-Ib der Fig. 1 ist, die einen zweiten Abschnitt darstellt;

Fig. 2 eine Wellenleiterstruktur mit einer periodischen Veränderung und mit drei unterschiedlichen Abschnit ten schematisch darstellt;

Fig. 2a eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIa-IIa der Fig. 2 ist, die einen ersten Abschnitt darstellt;

Fig. 2b eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIb-IIb der Fig. 2 ist, die einen zweiten Abschnitt darstellt;

Fig. 2c eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIc-IIc der Fig. 2 ist, die einen dritten Abschnitt darstellt;

Fig. 3 eine Wellenleiterstruktur mit einer willkürlichen Veränderung von verschiedenen Abschnitten schema tisch darstellt.

In Fig. 1 ist ein Vorrichtung 10 in Form eines Modulators ge zeigt, bestehend aus einer Pufferschicht 2, die auf einem Sub strat 1 angeordnet ist, zwei optischen Wellenleitern 7, zwei Erdungselektroden 5 und einer Signalelektrode 6, die zwischen den zwei Erdungselektroden 5 angeordnet ist. Bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat ein sogenanntes LiNbO₃ -Substrat. Zum Erhöhen der Gruppengeschwindigkeit des elektrischen Signals zum Anpassen der Geschwindigkeit des op tischen und des elektrischen Signals zeigt die Wellenleiter struktur einen sich in der Ausbreitungsrichtung ändernden Querschnitt, wobei sich bei dem in dieser Figur gezeigten Aus führungsbeispiel zwei unterschiedliche Querschnitte in der Ausbreitungsrichtung entsprechend einem Abschnitt A und einem Abschnitt B abwechseln. Jene Querschnitte sind deutlicher in Fig. 1a, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie Ia-Ia der Fig. 1 ist, und der Fig. 1b, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie Ib-Ib der Fig. 1 ist, gezeigt. Bei dem ge zeigten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich zwei Abschnitte darin voneinander, daß bei einem von ihnen die Pufferschicht 2 von dem Wellenleiterspalt und unter der Signalelektrode 6 ent fernt ist; insbesondere kann das von der Pufferschicht 2 ent fernte Material abgeätzt worden sein. Dadurch ist die Kapazi tät pro Längeneinheit des elektrischen Wellenleiters redu ziert, was dazu führt, daß sich die Gruppengeschwindigkeit des elektrischen Signals erhöht. In Fig. 1 sind unterschiedliche Abschnitte mit 1A und 1B bezeichnet, um deutlicher zu machen, wie sie sich ändern. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das elektrische Feld von den Elektroden zu den Pufferschichten 2 wie auch in die optischen Wellenleiter 7, 7, und es ist wesentlich, daß die Pufferschicht 2 entfernt ist oder auf eine Weise geändert ist, die in der Ausbreitungsrich tung veränderlich ist, was jedoch auf eine Vielzahl unter schiedlicher Arten erreicht werden kann. Es ist nicht notwen dig, daß die Pufferschicht 2 derart entfernt oder geätzt wird, daß sie beispielsweise nicht außerhalb der Erdungselektroden 5, 5 vorsteht, aber dies ist gezeigt, da es einem einfachen und praktischen Ausführungsbeispiel entspricht. Darüber hinaus wird der Effekt reduziert, wenn das Material in der Puffer schicht 2 unter der Signalelektrode gelassen wird, so daß sich die Struktur unter dieser in der Ausbreitungsrichtung nicht verändert. Zum Veranlassen, daß die sich ausbreitende elektri sche Welle den Wellenleiter in der Ausbreitungsrichtung als "invariant" ansieht, sollten insbesondere die Längen der Ab schnitte A und B bemerkenswert kleiner als die Wellenlänge der höchsten Frequenz sein, von der beabsichtigt ist, daß sie in dem Modulator, beispielsweise für das modulierende Signal, benutzt wird. Dadurch wird ein gitterartiger Aufbau erhalten, wobei die Gitterkonstante kleiner als 1/20 der Wellenlänge sein soll. In den Fig. 1a und 1b sind die Querschnitte des Abschnitts 1A und des Abschnitts 1B deutlicher gezeigt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Puffer schichten aus SiO₂, aber es sind auch andere Materialien wie beispielsweise SiO, eine Kombination von SiO-SiO₂, Si oder ITO möglich. Geeignete Werte der Dicken der Elektroden 5, 6 und der Pufferschicht 2 können um etwa 4-10 µm für die Elektro de(n) und beispielsweise 0,25 µm bis 1,0 µm für die Puffer schicht 2 sein, aber dies sind lediglich Beispiele von Dicken.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 dargestellt ist, besteht die Vorrichtung 20, die auch hier insbesondere in der Form eines Modulators gezeigt ist, ähnlich zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel aus zwei Erdungselek troden 5, einer Signalelektrode 6 und einem Substrat 1, insbe sondere LiNbO₃ oder irgendeinem anderen elektrooptischen Mate rial. Bei dieser Vorrichtung 20 sind jedoch zwei unterschied liche Pufferschichten 3, 4 verwendet. Bei dieser Vorrichtung 20 gibt es somit drei unterschiedliche Querschnitte A′, BV, C′, die in den Fig. 2a-2c deutlicher gezeigt sind, die Quer schnittsansichten entlang der Linien IIa-IIa, IIb-IIb und IIc- IIc der Fig. 2 zeigen. In Fig. 2 gibt es kein Pufferschichtma terial in dem in der Fig. mit C′ bezeichneten Abschnitt. Die unterschiedlichen Abschnitte A′, B′, C′ wechseln sich auf die in Fig. 2 gezeigten Weise ab. Es ist naturlich möglich, daß sich unterschiedliche Pufferschichten auf andere Weise abwech seln, wie es genausogut möglich ist, mehrere Schichten zu be nutzen, usw. Auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungs beispiel ist einer der Abschnitte (C′) der Pufferschicht in dem Wellenleiterspalt und unter der Signalelektrode 6, unter der die Feldstärke am höchsten ist, weggeätzt. Dadurch kann Material entweder von der Pufferschicht 3 oder der Puffer schicht 4 entfernt werden, doch in Fig. 2c ist nur ein einzi ges Beispiel dargestellt, bei dem nämlich das übrige Material durch die Pufferschicht 3 ausgebildet ist; es ist auch mög lich, eine weitere Schicht zu haben, von der Material durch Ätzen entfernt werden könnte.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Wellenleiterstruktur 30 kein periodisches Gitter, sondern hier sind statt dessen willkürlich Höhlungen oder Hohlräume 9 durch Ätzen in der Pufferschicht 8 geschaffen. Die Hohlräume 9 oder die Höhlungen können sich bezüglich der Ausbildung und der Form verändern. Bei diesem Ausführungsbeispiel wie auch bei den anderen muß das von der Pufferschicht 2, 3, 4, 8 entfernte Material nicht durch Luft ersetzt werden, sondern kann unter der Bedingung, daß dieses Material eine Dielektrizitätskon stante hat, die kleiner als die des Materials in der Puffer schicht ist, durch irgendein anderes Material ersetzt werden.

Bei allen Ausführungsbeispielen kann die Elektrodenstruktur unterschiedlich sein und es ist z. B. nicht notwendig, daß sie Doppel-Grundebenen haben. Weiterhin ist es möglich, eine Elek trodenstruktur zu benutzen, die nicht koplanar ist, was jedoch ein sehr gutes Ergebnis insbesondere bei einem Substrat aus LiNbO₃ ergibt. Es sind auch Alternativen möglich, wo z. B. zwei Signalelektroden und zwei Grund- bzw. Erdungsebenen be nutzt werden, nämlich sogenannte DCPW (Doppel-Koplanar- Wellenleiter) etc. Es ist weiterhin nicht notwendig, ein pe riodisches Gitter in der Fläche anzuordnen, wo die Elektrode ihr elektrisches Feld hat, auch wenn dies vorteilhaft ist, und aus einer Anzahl von praktischen Gründen ist es angenehm, eine Gitterstruktur zu verwenden.

Gemäß einem mathematischen Modell, das auf quasi-stationären TEM-Moden (für den elektrischen Mode nur für isotrope Materia lien) basiert, kann eine Anzahl von Parametern berechnet wer den, wie beispielsweise:

Der Index 1 bzw. 2 betrifft den Abschnitt A bzw. B, c ist die Lichtgeschwindigkeit, n stellt den Berechnungsindex dar. Da die Mikrowellenverluste durch Wellenleiterverluste dominiert wer den, werden diese durch eine Änderung des Dielektrikums um den Wellenleiter nicht beeinflußt, während ein und derselbe Ver lustparameter für die gesamte Struktur erhalten wird. Gemäß dem Modell erreicht dieser etwa 200 dB/m bei 10 GHz.

Die Kapazität pro Längeneinheit des Abschnitts A und B und die Kapazität C einer 50-Ohm-angepaßten Gitterelektrode kann durch eine TEM-Analyse berechnet werden.

Daraus werden die Teilentfernungen L₁ und L₂ wie auch andere Parameter der Gitterelektrode erhalten.

Die Bandbreite wird dann aus der Antwortkurve R (f) erhalten, die Umschaltspannung wird aus der Formel für V_π und der V/GHz- Quotient als V_π /Bandbreite erhalten.

Im folgenden sind in Tabellenform Werte des sogenannten V/GHz -Quotienten für sogenannte CPW-Elektroden durch Verwenden von drei unterschiedlichen Dicken der Pufferschicht dargestellt, nämlich 0,25 µm, 0,5 µm und 1,0 µm, und einer Elektrodendicke von 4,0 µm.

Diese Werte sind jedoch lediglich ein Beispiel von Ausführungsbeispielen.

Tabelle I entspricht einer Pufferschichtdicke von 0,25 µm;
Tabelle II entspricht einer Pufferschichtdicke von 0,5 µm; wohingegen;
Tabelle III einer Pufferschichtdicke von 1,0 µm entspricht.

In allen Fällen beträgt die Elektrodendicke etwa 4,0 µm.

Wie es aus den Tabellen zu ersehen ist, ist der V/GHz-Quotient in allen Fällen erniedrigt.

Somit kann die Bandbreite bei integrierten optischen Modulato ren wie auch anderen elektrooptischen Vorrichtungen durch eine Vorrichtung erhöht werden, wie sie durch die Erfindung be schrieben ist. Auch wenn die Speisespannung pro Längeneinheit etwas anwächst, wird der Gewinn bei der Bandbreite bemerkens wert größer als der von der erhöhten Speisespannung erhaltene Verlust. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der V/GHz- Quotient bei einer Dicke der Pufferschicht von etwa 1 µm um etwa 25% reduziert werden. Material über der Pufferschicht kann beispielsweise durch Abätzen entfernt werden, und wenn es ein Gitter betrifft, kann gemäß einem bevorzugten Ausführungs beispiel die Gitterkonstante eines Gitters etwa 300 µm betra gen, was leicht zu erreichen ist, da es eine Frage über ein Ätzen einer Höhlung oder eines Hohlraums von etwa 1 µm ist.

Die Erfindung soll natürlich nicht auf die gezeigten Ausfüh rungsbeispiele beschränkt sein, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche frei abgeändert werden. Pufferma terial kann natürlich auf unterschiedliche Weisen entfernt oder ersetzt werden und die Veränderung des Querschnitts kann periodisch oder willkürlich sein, verschiedene Anzahlen von Pufferschichten einer Anzahl von Materialien können benutzt werden, und unterschiedliche Dicken können für die Puffer schichten wie auch für die Elektroden ausgewählt werden, etc. Natürlich muß die Vorrichtung nicht als Modulator ausgebildet sein, sondern es sind auch eine Anzahl anderer Vorrichtungen verschiedener Art möglich.

Claims

1. Vorrichtung zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen op tischen und elektrischen Signalen in einer Wellenleiter struktur (10; 20; 30), die aus einer ersten Wellenleiter einrichtung für optische Signale und einer zweiten Wellen leitereinrichtung für elektrische Signale besteht, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt (A, B; A′, B′, C′; 8, 9) der Wellen leiterstruktur in der Ausbreitungsrichtung dielektrisch ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wellenleitereinrichtung aus wenigstens einem optischen Wellenleiter (7) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die zweite Wellenleitereinrichtung wenigstens aus zwei Elektroden (5, 6) besteht, von denen wenigstens eine eine Signalelektrode (6) ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterstruktur aus wenigstens einer Pufferschicht (2; 3; 4; 8) besteht, die derart angeordnet ist, daß sich das elektrische Feld von den Elektroden in wenigstens eine der Pufferschichten (2; 3; 4; 8) wie auch in den (die) optischen Wellenleiter (7, 7) erstreckt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterstruktur aus einem Substrat (1), vorzugsweise aus LiNbO₃, besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise wenigstens eine der Puf ferschichten (2; 3; 4; 8) aus SiO₂ besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die erste Wellenleitereinrich tung aus zwei optischen Wellenleitern (7, 7) besteht.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung perio disch (A, B; A′, B′, C′) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung aus einem periodischen Gitter besteht, wobei die Gitterkonstante bemerkenswert kleiner als die Wellenlänge des elektrischen Signals ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Querschnittsänderung periodisch oder willkürlich (8, 9) ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die dielektrische Querschnitts änderung durch wenigstens ein erstes und ein zweites Mate rial oder Medien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskon stanten erhalten wird.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung durch Ersetzen von Material in der Pufferschicht durch ein ande res Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskon stante oder durch Entfernen von Material aus der Puffer schicht erhalten wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung durch Entfernen von Material durch Ätzen von der Pufferschicht (2; 3; 4; 8) in dem Wel lenleiterspalt und unter der Signalelektrode (6) erhalten wird.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstruktur koplanar ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstruktur aus Doppel-Grundebenen (5, 5) besteht.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß sie einen Modulator bildet, wobei das elektrische Signal ein modulierendes Signal und das optische Signal ein moduliertes Signal bildet.

17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in schnellen digitalen Lichtwellenleitersystemen.

18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einem analogen Lichtwellenleitersystem.