DE60106513T2

DE60106513T2 - Optischer Filter mit verbesserter Unterdrückung des Übersprechens

Info

Publication number: DE60106513T2
Application number: DE60106513T
Authority: DE
Inventors: Juliam Bernard Donald Soole
Original assignee: Agere Systems Guardian Corp
Current assignee: Agere Systems LLC
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: DE60106513D1; EP1152270B1; US6529649B1; EP1152270A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft optische, integrierte Schaltkreise (OICs), die Wellenlängen-Multiplexing (WDM) verwenden, und betrifft insbesondere OICs mit wellenlängen-trennenden optischen Filtern mit verbesserter Unterdrückung des Übersprechens.
Hintergrund der Erfindung
Optische Filter sind wesentliche Bestandteile von Demultiplexern in optischen WDM Netzwerken. Bisherige Entwicklungen bei wellenlängen-trennenden optischen Filtern umfassen Filternetzwerke, die auf der Vielfach-Pfad-Interferometrie basieren. Diese Einrichtungen verwenden eine Vielzahl von im wesentlichen ungekoppelten Verbindungswellenleitern zwischen planaren Mehrfachmoden-Koppelungs-Regionen. Die Verbindungswellenleiter und verbundenen Koppelungsregionen sind auf einem OIC-Substrat gebildet.
Ein Ansatz verwendet eine phasengesteuerte Anordnung von Wellenleitern, die zwei fortpflanzungsfreie Regionen verbinden und an einem Wellenleiter-Array-Gitterfilter (AWG) enden. Diese Einrichtung ist in US-Patenten Nr. 5,002,350 und 5,136,671, eingereicht am 26. März 1991 und 04. August 1992, beschrieben.
Ein anderer Ansatz verwendet Mehrfachmoden-Inter ferenz-(MMI)-gekoppelte Regionen, die durch Führungen verbunden sind, um ein generalisiertes Mach-Zehnder-Interferometer zu bilden. Beispielsweise sei auf "Novel InP-based phased array wavelength demultiplexer using a generalized MMI-MZ configuration", C. Van Dam et al. Proceedings of the European Conference on Integrated Optics, Genoa, Italy, 2994, pp. 275–278 verwiesen.
Wenn die Anzahl der Kanäle in einem WDM-System zunimmt und/oder die Wellenlängenabstände zwischen den Kanälen reduziert werden, wird Übersprechen ein Hauptsystemproblem. Während phasengesteuerte Wellenleiterfilter-Arrays auch in Einrichtungen mit großen Kanälen (zum Beispiel 40-Kanal-WDM-Einrichtung) bemerkenswert wirkungsvoll sind, bleibt Übersprechen ein Problem.
Die Quellen des Übersprechens fallen üblicherweise in zwei Kategorien. Eine ist das Design der Einrichtung. Es gibt physikalische Grenzen betreffend die Größe der Kanaltrennung, die geometrisch für eine gegebene Wafer- (OIC)-Größe bestimmt werden können, so daß ein Kompromiß zwischen der Größe der Einrichtung und der Übersprechungstoleranz gegeben ist. Schwieriger anzusprechende Quellen des Übersprechens sind die, die auf Material und Herstellungsvariationen beruhen. Sie können abstrus und unvorhersagbar sein. Nichtsdestotrotz verfolgt ein aktueller Ansatz dieses Problem betreffend diese Linie, d.h., die Entwicklung neuer Designs und Verbesserung von Prozessen und Materialüberwachung. Zum Beispiel sei auf "The elimination of sidelobes in the arrayed waveguide WDM" von S. Day et al., presented at the Integrated Photonics Research Conference, 29. April - 02. Mai 1996, Boston, MA., erschienen 1996 in Technical Digest Series, Vol . 6, Optical Society of America, pp. 48 – 52, ISBN -55752-438-6 hingewiesen. Während diese Ansätze zu einigem Erfolg führten, werden trotz dem bessere Lösungen für das Übersprechenproblem in diesen Einrichtungen gesucht.
Der Leser wird auch auf EP-A-0978 740 und US-A-574 488 II verwiesen, die kaskadenförmig angeordnete Wellenleitergitter beschreiben.
Zusammenfassung der Erfindung
Ich habe einen OIC-Ansatz betreffend die Unterdrückung von Übersprechen entwickelt, der direkt das Problem durch Bereitstellen von Mitteln in jedem Ausgangskanal zum Filtern ungewünschter Wellenlängen betrifft. Die Erfindung umfaßt ein optisches, integriertes, Schaltkreis(OIC)-Demultiplexersystem wie in den Ansprüchen definiert, das einen ersten AWG-Demultiplexer verwendet. Die Struktur der Einrichtung umfaßt ein zweites Array von AWGs.
Die zweite Array-Funktion wirkt als ein Reinigungsfilter für den ersten Demultiplexer. Die AWGs in dem zweiten Array sind kleiner als die des ersten, aber können im wesentlichen identisch sein. Diese Ähnlichkeit zwischen den Filterstrukturen erlaubt es, die gleichen OICs zu verwenden, die während des Herstellens der beiden erzeugt werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist ein MMI-MZ-Array im Gleichlauf mit dem ersten Demultiplexer zum Reinigungsfiltern verbunden. In diesem Fall können ebenso bekannte Fertigungsschritte zur Herstellung der Einrichtung verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
1 ist eine schematische Darstellung einer Demultiplex-Einrichtung, die ein Wellenleiter-Array verwendet, das mit zwei planaren Verbindungsregionen verbunden ist;
2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Demultiplex-Einrichtung gemäß der Erfindung;
3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Demultiplex-Einrichtung gemäß der Erfindung; und
4–9 sind schematische Darstellungen der Fertigungsschritte, die zur Herstellung der Einrichtung der 2 und 3 geeignet sind.
Spezielle Beschreibung
Ein konventionelles array-förmiges Wellenleitergitterfilter ist in 1 gezeigt. Diese Aufsicht zeigt den inneren Abschnitt 11 eines planaren OIC, der ein Wellenleiter-Array 14 aufweist, das eine erste, 13, und zweite, 15, planare Verbindungsregion verbindet. Ein Einzeleingang 12 für ein Multiplex-Signal ist gezeigt. Zusätzliche Eingangsanschlüsse können vorgesehen sein, um eine Feinauswahl der Position des Eingangssignals zur Optimierung der Vorrichtungsleistung zu erlauben. Wo Mehrfach-Eingangsanschlüsse vorgesehen sind, wird nur einer der Eingangsanschlüsse für ein gegebenes Multiplex-Signal verwendet.
Das WDM-Eingangssignal ist in den Wellenleiter 12 an dem Eingangsende des OIC 11 angekoppelt. Die OIC-Schnittstellen, typischerweise optische Lichtwellenleiter-Anschlußkabel, die aus Gründen der Einfachheit in diesen Figuren nicht dargestellt sind, koppelt das Multiplex-Signal in den OIC an dem Eingangsende, und koppelt die getrennten Kanäle vom OIC-Ausgangsabschnitt auf eine Vielzahl von Lichtwellenleiterverbindungen zum Verteilen in dem optischen Netzwerk. Das WDM-Eingangssignal dringt an dem Koppler 13 ein und wird in Abschnitte verteilt, die mit den Gitterabschnitten 14 gekoppelt sind. Die Gitterabschnitte 14 umfassen ein Lichtwellenleiter-Array von verschiedenen linearen Längen. Die Länge jedes individuellen Wellenleiters in dem Array ändert sich monoton um einen im wesentlichen gleichen Wert quer über das Array. Diese Längendifferenzen in der Länge der Wellenleiter in dem Array führen zu einem wellenlängenabhängigen Verkippen der Wellenfront der Lichtwelle in dem Gitterabschnitt und verschiebt das Eingangswellenbild zu einer wellenlängenabhängigen Position. Wenn die Wellenlänge sich ändert, schwenkt das Bild der Eingangswelle quer und koppelt Licht in andere Ausgangswellenleiter, z.B. 16–21.
Die Konstruktion der Kopplerelemente folgt bekannter Praxis für Sternkoppler. Diese Einrichtungen sind bekannt, und geeignete Entwurfstechniken sind etabliert.
Die Anzahl der Gitterwellenleiter wird derart gewählt, daß sie die Fernfeldverteilung der Eingangswellenleiteranschlüsse des Kopplers 13 abdeckt. Die Anzahl der Gitterwellenleiter ist typischerweise signifikant größer, zum Beispiel 3N, als die Anzahl N der Ausgangskanäle in der Vorrichtung, um ein relativ klares Bild der Eingangswellen in der Kopplerfläche sicherzustellen. Die Gitterwellenleiter sind eng beabstandet an den Flächenschnittstellen, um Einfügungsverluste zu minimieren. Leistung in dem Raum zwischen den Wellenleiteranschlüssen geht verloren oder kann als optisches Rauschen als ein Resultat von Reflexion an der Fläche verteilt werden.
Am Ende des Gitterabschnitts 14 ist ein anderer Koppler 15, der als Spiegelbild des Kopplers 13 wirkt, und die Wellenfront in dem Koppler in sechs Multiplex-Signale 16–21 teilt. Weitere Details des Designs und der Wirkungsweise von Wellenleiter-Sternkoppler-Regio nen sind durch Yuan P. Li et al. in Chapter 8: Silicon Optical Bench Waveguide Technology, OPTICAL FIBER TELE-COMMUNICATIONS, Vol. IIIB, pp. 319 et seq. gegeben.
Wie oben beschrieben, kann die Vorrichtungsleistung durch andere Faktoren als Designgrenzen verschlechtert werden. Zum Beispiel verursachen Fluktuationen in dem Brechungsindex der Gitterwellenleiter zufällige Phasenfehler in dem Gitter und erhöhen das Übersprechen. Auf diese Weise kann die Präzision der Vorrichtungsgeometrie oft nicht wegen der Fertigungsvariationen realisiert werden. Die Lithographie begrenzt generell den Abstand zwischen Wellenleitern und kann genau überwacht werden. Jedoch können kleine Fehler in der absoluten Position der Wellenleiterelemente, die über eine relativ große Wafer-Oberfläche überwacht werden müssen, Übersprechungsprobleme verursachen. Diese Fehler wurden durch Bereitstellen von mehr als einem Eingangsanschluß, wie oben beschrieben, angesprochen, und ein Auswählen des Eingangsanschlusses, der am effektivsten die Ausgangs-Array-Anschlüsse zu den System-Wellenlängen anpaßt, ist erforderlich.
Trotz Fortschritten in bezug auf die Kontrolle von Übersprechen in AWG-typischen WDM-Demultiplexern übersteigt das Übersprechen in einigen Vorrichtungen, insbesondere bei denen, die in Systemen mit einer großen Anzahl von Kanälen verwendet werden, akzeptable Grenzen. Ein Beispiel wird durch die folgende Analyse demonstriert. Basierend auf Addition von zufälligen binären Übersprechungen auf die Signalleistung, kann der der erzeugte Leistungsabzug von der Übersprechungsleistung durch die Gleichung abgeleitet werden: P = – 10 log (1–e) Eq. 1wobei e die Übersprechungsleistung und P der ge messene Leistungsabzug in dB gemessen ist. Siehe hierzu Kapitel 5 von "Optical Networks" von R. Ramaswami und K.N. Sivarajan, Morgan Kaufmann (1998). Dies zeigt einen Leistungsabzug von 0,5dB für eine Übersprechungsleistung von – 10 dB und einen Leistungsabzug von 0,1 dB für eine Übersprechungsleistung von – 16,4 dB. In der Praxis wird ein inkohärentes Übersprechungsniveau von < – 12 dB häufig als ein Standard verwendet, um eine signifikante Systemverschlechterung zu verhindern. In verbesserten Systemen kann ein stringenter Wert verwendet werden.
Zum Beispiel in bezug auf ein Übersprechungsziel von – 12 dB, und erlauben einer zwischen 3 dB-System-Marke, wird gefunden, daß ein Demultiplex-Filter, durch den ein Kanal unter 32 in einem 32-Kanal-WDM-System durchläuft, ein Ausschlußniveau von wenigstens 29,9 dB für unerwünschtes Übersprechen bereitstellen muß. In einem 40-Kanal-System erreicht diese Ausschlußgrenze 90,3 dB, und 34 dB in einem 80-Kanal-System. Das Ausschlußerfordernis nimmt zu, auch wenn oder eine Leistungsdivergenz zwischen verschiedenen Kanälen gegeben sein könnte, wobei dies die Übersprechungsleistung in bezug zu der Leistung des Multiplex-Signals ansteigen lassen würde. Zum Beispiel, wenn die Leistungsdivergenz 7 dB ist, erfordert ein 40-Kanal-Demultiplexer einen Übersprechungsausschluß von 37,9 dB, und eine 80-Kanal-Einrichtung würde eine Aussschlußgrenze von 41 dB erfordern. Derartige Ausschlußwerte sind mit AWG-Vorrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannte Technologie verwenden, extrem schwer zu erreichen.
Ein typischer Systemansatz, um dieses erforderliche Niveau des Übersprechungsausschlusses zu erreichen, ist, den Eingang des Kanals an der Kanalstation nach Verteilung des Multiplex-Signals von dem WDM zu modifi zieren. Dies erscheint als eine einfache und zweckdienliche Lösung. Eine geeignete Implementierung stellt die Verwendung von diskreten Filterelementen dar, die massenoptische Einrichtungen sind, angeschlossen an jeden Eingang der Stationsvorrichtung. Die zusätzlichen Kosten für diese Einrichtung, eine für jeden WDM-Kanal, und der Zusammenbau dieser Einrichtung am Empfänger oder den ferngesteuerten Stationen, ist signifikant und für einige Anwendungen verhindert.
Die Strategie, die gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wurde, ist in 2 dargestellt. Hier trägt das OIC-Substrat den ersten AWG-Demultiplexer, gekennzeichnet im allgemeinen mit 32, und hier mit sechs Ausgangskanälen 33–38 zur Vereinfachung der Darstellung dargestellt. Es wird erkannt, daß dieser Abschnitt der OIC im wesentlichen in 1 gezeigt ist. Jeder der sechs Ausgangssignale des Demultiplexers 32 werden durch Wellenleiter 33–38 in ein zweites Array von AWG-Einrichtungen 41–46 geführt. Die Einrichtungen 41–46 sind ihrem Design-Konzept nach identisch zu der AWG-Einrichtung 32. Jede umfaßt einen Eingangskoppler, ein phasengesteuertes Wellenleiter-Array und einen Ausgangskoppler, wie gezeigt. Jedoch im Unterschied zu der Einrichtung 32 weist jede der Einrichtungen 41–46 einen Einzelausgang für jeden der Demultiplex-Bänder auf, und sind, wie gezeigt, im wesentlichen schmaler. Die Einrichtungen 41–46 wirken als Filter, um jedes der Demultiplex-Bänder zu reinigen und ein Übersprechen zu eliminieren. Die Leistung bei Übersprechen, die von diesem zweiten AWG-Array eliminiert wird, wird abgeschöpft.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung verwendet Mach-Zehnder-Felder als zweites Array. Diese Einrichtung umfaßt Mehrfachmoden-Regionen, die durch Wellenleiter verschiedener optischer Längen verbunden sind. In diesem Fall sind die Mehrfachmoden-Regionen Mehrfachmoden-Interferenz-Koppler, die ausgebildet sind, um Bilder des Eingangssignals an dem Eingang der verbindenden Führungen bereitzustellen. Wellenlängenfilternde Einrichtungen, die MMI-Koppler einer generalisierten Mach-Zehnder-Anordnung verwenden, sind in der bereits zitierten Veröffentlichung von C. Van Dam et al. beschrieben. Siehe ebenso "General self-imaging properties in N × M multimode interference couplers including phase relations," von M. Bachmann, P.S.A. Besse, und H. Melchior, Applied Optics, Vol. 33, pp 3905–3911, 1994; und "Design of phased array wavelength division multiplexers using multimode interference couplers, von M.R. Paiam und R.I. MacDonald, Applied Optics, Vol. 36, pp 5097–5108, 1997.
Die MMI-MZ stellen eine Übertragungsfunktion bereit, die periodisch zur Wellenlänge ist, jeden freien Spektralbereich wiederholend. Typischerweise ist die Impulsübertragung, in der Region der Größenordnung 1/N zu 1/2N des freien Spektralbereichs enthalten, wobei N die Anzahl der Arme (Wellenleiter) in der MMI-MZ-Einrichtung ist.
Eine Darstellung einer Demultiplex-Einrichtung gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist in 3 gezeigt. Das OIC-Substrat 31 umfaßt den ersten AWG-Multiplexerbereich 32, wie zuvor. Das zweite Kanalfilter-Array umfaßt MMI-MZ-Einrichtungen 63–68, die mit dem Ausgang des AWG-Demultiplexers auf eine Art und Weise verbunden sind, wie in 2 gezeigt. Die sechs Kanal - ausgänge, wo das Signal jeden Kanals auf Übersprechen hin gefiltert wird, erscheinen bei 71–76 des OIC.
Es sei erwähnt, daß die array-förmig angeordneten MMI-MZ-Filter 63–68 in der Anordnung gemäß 3 und die array-förmig angeordneten AWG-Filter 41–46 der 2 Durchlaßbereiche aufweisen, die im wesentlichen weiter als die Durchlaßbereiche des ersten Demultiplexers sind. Dies ist um sicherzustellen, daß der zweite Filter-Array können Leistungsverlust in den interessierenden Hauptbereich einführt. Es erlaubt ebenso kleine Fertigungsvariationen, die zu einer Verschiebung des Durchlaßbereiches weg von dem Signalband führen.
Typischerweise ist die Anzahl der Wellenleiterarme, die MMI-MZ-Koppler-Regionen verbinden, klein im Vergleich zu der Anzahl der Wellenleiter in dem Gitter-Array der AWG-Einrichtungen, die früher beschrieben wurden, und die Pfadlängendifferenzen sind nicht groß. Demgemäß ist das zweite Filter-Array der 1 kleiner gezeigt als das in 2, und die Größe des Gesamt-OIC kann vergleichsweise reduziert werden. Es wird daran erinnert, daß diese Figuren schematisch sind, wobei die aktuelle Größe der Elemente und die aktuelle Größe des OIC deutlich von denen der Darstellung abweichen kann.
Die MMI-MZ-OIC-Ausführungsform ist insbesondere nützlich, wenn die Systemerfordernisse derart sind, daß nur das unterste Niveau des Übersprechungsausschlusses von dem zweiten Filter-Array erforderlich ist. Dies ist aufgrund der Tatsache, daß die MMI-MZ-Arrays allgemein gesprochen weniger effizient beim Filtern ungewünschter Wellenlängen in einem Signal sind. Die geringe Filtereffizienz beruht zum Teil auf der typischerweise geringen Anzahl von Armen in einem phasengesteuerten Array-Abschnitt. So besteht der Kompromiß bei den Einrichtungen der 2 und 3 typischerweise zwischen Filter-Performance gegenüber Eirichtungsgröße.
Es wird ebenso erkannt, daß die OIC-Einrichtung der 3 und die OIC-Einrichtung nach 2 die gleichen Elemente eines Wellenleiter-Arrays teilen, wobei individuelle Wellenleiter in der Länge durch vorbestimmte Werte sich unterscheiden. Dieses Element ist in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Array gegenwärtig. Da diese Arrays eine relativ komplexe Gesamt-Geometrie aufweisen, sind sie Idealerweise geeignet für eine reine IC-Herstellungstechnik, wobei die Layout-Komplexität unter Verwendung von Standard-Lithographie-Werkzeugen einfach implementiert werden kann.
Herstellungstechniken optisch integrierter Schaltkreise, die für die Herstellung der oben beschriebenen Vorrichtung geeignet sind, folgen im wesentlichen bekannten Herstellungstechniken für integrierte Schaltkreise. Ein Beispiel einer Prozeßsequenz wird im Zusammenhang mit den 4–9 beschrieben, die Schritte der Fertigungssequenz darstellen.
Unter Bezugnahme auf 4, die im wesentlichen eine Ansicht vom Abschnitt 4 – 4 der 3 zeigt, und die hauptsächlich ausgewählt wurde, um die Herstellung von Wellenleiternetzwerken von OICs gemäß der Erfindung zu illustrieren, ist ein Silikonsubstrat 101 mit einer Oxidabdeckschicht 102 gezeigt, die auf der Oberfläche des Substrates gebildet ist. Die bevorzugte Herstellungstechnik für diese Vorrichtung basiert auf der Silicon Optical Bench (SOB)-Technologie. Silicium ist das bevorzugte Substrat für die hochentwickelte Siliciumtechnologie und die Verwendung von dotiertem SiO₂ ein bevorzugtes Wellenleitermaterial. Andere Materialien können verwendet werden, basierend auf Materialien wie InP, GaAs, Quarzglas et al oder auch Polymermaterialien.
Das Substrat 101 in 4 kann ein Abschnitt eines großen Wafers sein, der nach einem Wafer-Herstellungsprozeß vereinzelt wurde in einzelne oder viele Demultiplex-Vorrichtungen. Die aktuelle Größe des op tisch integrierten Schaltkreises für einen typischen AWG (erster Demultiplexer)/AWG (zweites Array) oder eine AWG/MMI-MZ-Vorrichtung können bis zu 50 mm2 für eine Einrichtung sein, die zum Demultiplexen von wenigen Kanälen verwendet wird oder zum Beispiel 50 cm² für eine Vorrichtung, die für viele Kanäle gebaut wurde. Große Vorrichtungen, wie die spätere, verbrauchen einen gesamten 5"-Wafer, und Packaging von Einzelvorrichtungen auf Wafer-Level ist ein Fertigungsansatz.
Die unterste Abdeckschicht, oder Basisschicht, 102 ist typischerweise undotiertes Silicium, aufgewachsen durch Oxidation oder Deposition mittels Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD). Andere Techniken zum Herstellen dicker SiO₂-Schichten, wie Flame Hydrolysis (FHD oder VAD) können auch verwendet werden. Die Dicke der untersten Schicht beträgt typischerweise 10 – 50 μm.
Die dicken SiO₂-Schichten sind typischerweise konsolodiert durch Annealing, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Mit sogenannten "Soot"-Techniken hergestellte Schichten, z.B. FHD, müssen konsolidiert werden. Schichten, die mit einer Elektronen-Strahl-Technik erzeugt werden, können nützlich sein, wenn sie aufgetragen sind.
Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Wellenleiterkernschicht 103 auf der untersten Abdeckschicht 102 aufgebracht. Die essentielle Eigenschaft der Kernschicht 103 ist ein Brechungsindex, der wesentlich höher ist als der der unteren Schicht. Typischerweise wir dies durch Dotieren der Kernschicht erreicht. Ein traditionelles Dotierungsmittel im CVD-Prozeß ist Phosphor, das eine Brechungsindexdifferenz Δ erzeugt zwischen dem dotierten Kern und der undotierten Schicht von 0,4–0,8%, was für die hier beschriebene Einrichtung geeignet ist. Alternativerweise können höhere Δ-Werte durch Ge-Datierung bereitgestellt werden, was erlaubt, Wellenleiter mit schmaleren Krümmungsradien ohne detrimentale Strahlungsverluste zu verwenden, was auf diese Weise Vorrichtungsstrukturen bereitstellt. Andere Depositionsprozesse und andere Dotierungsmittel und Dotierungskombinationen sind möglich. Die Dicke der Schicht 103 korrespondiert zu der Wellenleiter-Abmessung. Die Wellenleiter sind annäherungsweise quadratisch in Form, um im wesentlichen kreisförmige Fortpflanzungsmoden aufzunehmen. Die Weite und Dicke der Wellenleiter liegen typischerweise in dem Bereich von 2–10 μm.
Wie in 6 gezeigt, ist die Wellenleiterschicht 103 mit einer photolithographischen Maske mit Merkmal 104 abgedeckt, die zu den sechs Wellenleitern korrespondieren, die in 3 erscheinen. Die Maske ist vorzugsweise ein Drei-Stufen-Photolack. Alternativerweise kann eine Hartmaske, z.B. aus Chrom oder Silikon verwendet werden. Der Wafer wird dann unter Verwendung von Trockenätztechniken, vorzugsweise reaktives Ionen-Ätzen (RIE) geätzt, um die Wellenleiter wie in 7 gezeigt, abzugrenzen. Andere geeignete Ätztechniken wie Chemically Assisted Ion Beam Etching (CAIBE) oder Inducitvely Coupled Plasma Reactive Ion Etching (ICP-RIE) können verwendet werden. Trockenätzen wird bevorzugt, weil es relativ senkrechte Seitenwände für die Wellenleiter bildet. Die Photomaske wird entfernt und läßt die Struktur der 8, mit individuellen Wellenleitern gezeigt,
bei 105 zurück. Das leichte Überätzen, das in den Figuren gezeigt ist, stellt eine komplette optische Isolation zwischen den Wellenleitern sicher. Da die involvierten Abmessungen relativ groß sind, ist eine Kontrolle bis zum gewünschten Endpunkt erforderlich.
Bezugnehmend auf 9 sind die Wellenleiter 105 mit der oberen Abdeckschicht 107 überdeckt. Diese Schicht kann undotiertes Silicium sein, das gleiche wie bei der unteren Abdeckschicht 102. Jedoch ist es wichtig, die Zwischenräume zwischen den Wellenleitern komplett aufzufüllen. Um dies sicherzustellen, kann eine obere Schicht aus dotiertem Silicium verwendet werden, die bei einer moderaten Temperatur zurückfließt, um Lücken in der Struktur zu eliminieren. Die obere Abdeckschicht 107 kann eine Dicke in der Größenordnung von 5–50 μm aufweisen. Der bevorzugte Ansatz, um dicke SiO₂-Schichten herzustellen, ist, sie in mehr als einem Schritt abzuscheiden, mit Annealingschritten dazwischen.
Es ist offensichtlich, daß der erforderliche Herstellungsprozeß für den zweiten Filter-Array der Erfindung im wesentlichen identisch ist zu dem, der erforderlich ist, um die ersten Wellenlängen-Demultiplexer zu formen. Die einzige bedeutsame Modifikation im Fertigungsprozeß ist die Konfiguration des Maskensatzes, der in den Photolithographieschritten verwendet wird. Eine bedeutsame Verbesserung in der Vorrichtungsleistung ist mit einem Minimum an Prozeßmodifikation erreicht.
Eine Demultiplex-Vorrichtung gemäß der Erfindung wurde unter Verwendung von dotierten Silicium-Wellenleitern mit 0,9% Indexkontrast konstruiert. Der Demultiplexer wurde entworfen für ein 100-GHz-16-Kanal-WDM-System, das um eine nominale Wellenlänge von 1,55 μm arbeitet. Der erste Multiplexer AWG stellt annäherungsweise eine 35–40 dB-Übersprechungsunterdrückung bereit. Der zweite AWG, monolithisch integriert mit den ersten, stellt annäherungsweise 30–35 dB-Übersprechungsunterdrückung bereit. Die kombinierten Demultiplexer/Filter gemäß der Erfindung stellen eine verbesserte Übersprechungsunterdrückung von annäherungsweise 65–75 dB bereit. Der Durchlaßbereich des zweiten AWG-Filters war mehr als zweimal so groß wie die des ersten AWG-Multiplexers.
Zum Zweck der Definition ist hier und in den angefügten Ansprüchen beabsichtigt, daß der Begriff "Wellenleiter-Array" ein Array von 4–100 optischen Wellenleitern definiert, wobei jeder Wellenleiter im Array eine einzelne Länge aufweist, die sich von den anderen Wellenleitern in dem Array sich durch einen vorbestimmten Wert unterscheidet. Der Begriff "Einheitlich phasengesteuertes Wellenleiter-Array" wird benutzt, um ein Array von 4–100 optischen Wellenleitern zu definieren, die sich alle im wesentlichen parallel erstrecken, wobei jeder Wellenleiter in dem Array mit Längen in absteigender Ordnung um einen im wesentlichen konstanten Wert von dem des absteigenden Nachbarn abweicht.

Claims

Optisches, integriertes, Schaltkreis, im folgenden als OIC bezeichnet, Demultiplexer-System, umfassend: a. ein Substrat (11), b.ein OIC-Demultiplexer-System-Eingangs-Wellenleiter auf dem Substrat (12), c. einen Demultiplexer (14,32), der optisch mit dem OIC-Eingangs-Wellenleiter gekoppelt ist, wobei der Demultiplexer umfaßt: i. eine Eingangs-Mehrfachmoden-Region (13), ii. eine Ausgangs-Mehrfachmoden-Region (15), wobei die Ausgangs-Mehrfachmoden-Region eine Mehrzahl von N Ausgangs-Wellenleitern (33–38) aufweist, und iii. ein Wellenleiter-Array (14), das optisch die Eingangs-Mehrfachmoden-Region mit der Ausgangs-Mehrfachmoden-Region koppelt. d. eine Mehrzahl von N Wellenlängen-Filtern, wobei jeder der Mehrzahl N der Filter optisch mit einem der Mehrzahl N der Ausgangs-Wellenleiter gekoppelt ist, wobei jeder der Mehrzahl N der Filter umfaßt: iv. eine Eingangs-Mehrfachmoden-Region, v. eine Ausgangs-Mehrfachmoden-Region, vi. ein Wellenleiter-Array (41–46), das optisch die Eingangs-Mehrfachmoden-Region mit der Ausgangs-Mehrfachmoden-Region koppelt und e. einen Einzel-Ausgangs-Wellenleiter (51–56), der optisch mit der N Filter gekoppelt ist, wobei das OIC-Demultiplexer-System dadurch gekennzeichnet ist, daß die optischen Pfade: zwischen dem OIC-Demultiplexer-System-Eingangs-Wellenleiter und dem Demultiplexer, zwischen dem Demultiplexer und der Vielzahl N der Filter, und zwischen der Vielzahl N der Filter und dem Einzel-Demultiplexer-System-Ausgangs-Wellenleiter, der optisch mit jedem Filter verbunden ist, aus einem Einzel-Wellenleiter bestehen und der OIC ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter-Arrays der Filter einen Durchlaßbereich aufweisen, der weiter als der Durchlaßbereich des Wellenleiter-Arrays des Demultiplexers ist.
OIC nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl N der Filter Mehrfachmoden-Interferometer Mach-Zehnder-Filter sind.
OIC nach Anspruch 1, wobei das Substrat Silicium ist und der Wellenleiter SiO₂ enthält.
OIC nach Anspruch 1, wobei N größer als 10 ist.
OIC nach Anspruch 1, wobei der Eingangs-Wellenleiter ausgebildet ist, um ein wenigstens vier Kanäle umfassendes Eingangs-Signal zu übertragen, und Mittel zum Koppeln des Eingangs-Signals zu dem OIC-Eingangs-Wellenleiter vorgesehen sind.
OIC nach Anspruch 1, wobei der Einzelausgangs-Wellenleiter auf einen Einzelkanal überträgt.
OIC nach Anspruch 2, wobei jeder der Vielzahl N der Ausgangs-Wellenleiter abgehend vom Demultiplexer auf einen Einzelkanal überträgt.
OIC nach Anspruch 2, wobei der Eingangs-Wellenleiter ausgebildet ist, um ein wenigstens vier Kanäle aufweisendes Eingangs-Signal zu übertragen, und Mittel zum Verbinden des Eingangs-Signals des OIC-Eingangs-Wellenleiters vorgesehen sind.
OIC nach Anspruch 8, wobei der Einzelausgangs-Wellenleiter auf einen Einzelkanal überträgt.
OIC nach Anspruch 9, wobei jeder der Vielzahl N der Ausgangs-Wellenleiter abgehend vom Demultiplexer auf einen Einzelkanal überträgt.