DE60122267T2

DE60122267T2 - Photonische Vorrichtungen zur optischen und optoelektronischen Informationsverarbeitung

Info

Publication number: DE60122267T2
Application number: DE60122267T
Authority: DE
Inventors: Samuel. D. Clarks Summit Conzone; Alexander. J. Moscow Marker III; Joseph. S. Clarks Summit Hayden
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2021-11-02
Also published as: DE60122267D1; EP1211528A2; EP1211528A3; EP1211528B1; ATE336731T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein photonische Bauelemente und spezieller photonische Bauelemente, wie sie in der optischen und optoelektronischen Datenverarbeitung genutzt werden und wie sie zum Übertragen und Speichern von optischen Signalen genutzt werden.
Mit steigenden Datendichten und ständig steigenden Übertragungsraten für datentragende Signale kommt optischen und optoelektronischen Bauelementen, d. h. Bauelementen, die mit Photonen Wechselwirken, starkes Interesse zu. In vielen Fällen mussten und müssen für unterschiedliche Anwendungen jedoch unterschiedliche Materialien verwendet werden. Oft ist es schwierig, diese unterschiedlichen Materialien zu verbinden, ohne eine Reflexion und Absorption einzutragen oder ohne Streulichtzentren zu erzeugen. Aus diesen schädlichen Effekten resultieren nicht nur Dämpfungen, sondern auch eine Reduktion der Bitfehlerrate oder ein reduziertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis für die datentragenden optischen Signale. Darüber hinaus kann es passieren, falls Streulicht in ein verstärkendes System zurückgekoppelt wird, dass basierend auf den Verstärkungscharakteristika dieses Systems störende Rauschsignale mit schädlichen Intensitäten erzeugt werden, welche oft die Verstärkungseigenschaften für andere Signale mindern.
Die US 5,846,638 offenbart ein Verfahren zum Ausbilden defektfreier, dauerhafter Verbindungen ohne die Verwendung von Klebstoffen, sowie Bauelemente, die durch dieses Verfahren ausgebildet werden. Der Prozess, wie er darin offenbart ist, ermöglicht es, ähnliche oder unähnliche kristalline, glasartige oder dichte polykristalline keramische, metallische oder organisch-polymere Komponenten zunächst durch optische Kontaktierung zu verbinden und dann mit Wärme zu behandeln, um die Verbindung zu stabilisieren. Die Wärmebehandlung kann bei einer ausreichend niedrigen Temperatur ausgeführt werden, um eine Interdiffusion zwischen Spezien zu verhindern, sodass sichergestellt wird, dass die Bindung nicht übermäßigen mechanischen Spannungen unterliegt und dass die Materialien keine Phasenänderungen durchlaufen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme zu mindern und photonische Bauelemente zur Verfügung zu stellen, die für eine Mehrzahl von Anwendungen angepasst sind, und zwar basierend auf bevorzugten Kombinationen von Materialien, die charakteristische Vorteile aufweisen, ohne dass unerwünschtes Übersprechen oder andere Effekte eingetragen werden, die einen negativen Einfluss auf die Qualität der optischen Signale haben.
Diese Aufgabe wird in einer überraschend einfachen Weise mit einem photonischen Bauelement gelöst, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Ein Bondingbereich stellt einen Bereich dar, in welchem zwei Oberflächen miteinander verbunden werden, d. h. wo zumindest mechanische Kräfte bis zu einem gewissen Grade von einer Oberfläche auf die andere Oberfläche übertragen werden, ohne dass die Oberflächen voneinander getrennt werden.
Ein Niedertemperatur-Bondingverfahren zum Verbinden zweier zusammenpassender Glasstücke mit Hilfe einer wässrigen Natriumsilikatlösung ist außerdem aus der WO 97/43117 bekannt.
Zum Erzeugen eines Bondingbereichs für photonische Bauelemente sind dem Fachmann eine Mehrzahl von unterschiedlichen, zumindest teilweise transparenten Klebstoffen, Epoxidharzen, Zementen, Acrylaten und dergleichen bekannt, die zu diesem Zweck in bekannter Weise einfach anzuwenden sind.
Ein Niedertemperatur-Bondingbereich ist gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Bereich definiert, in welchem eine Oberfläche zumindest eines ersten Materials oder Artikels mit einer Oberfläche eines zweiten Materials oder Artikels verbunden oder gebondet ist, und zwar mit Hilfe eines Niedertemperatur-Bondingprozesses oder -Verfahrens wie beispielsweise Prozessen und Verfahren, die detaillierter in der US-Patentanmeldung "Low Temperature Joining of Phosphate Glass" definiert sind, welche am 01. November 1999 eingereicht worden ist, mit der Nr. 09/430,885 . Das Verbinden weiterer Materialien, d. h. das Verbinden und Bonden solcher Materialien wie Oxidgläser, SiO₂-Gläser, insbesondere dotierter SiO₂-Gläser, mehrfach beschichteter Gläser, Fluoridgläser, Chalkogenidgläser, das Verbinden von Kristallen, insbesondere von LiNbO₃-Kristallen, Halbleitern, insbesondere solchen Halbleitern wie GaAs, InP, GaAsP, GaAlAs, Si, und das Verbinden gemischter Kombinationen der vorstehend erwähnten Materialien ist detaillierter in "Low Temperature Joining of Phosphate Glass" beschrieben, eingereicht beim Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung, wobei es sich um eine Teilfortsetzungsanmeldung (CIP-Anmeldung) der vorstehend zitierten US-Anmeldung "Low Temperature Joining of Phosphate Glass", eingereicht am 01. November 1999, Nr. 09/430,885 , handelt.
Das Verbinden zweier Wellenleitermaterialien durch herkömmliche Verfahren ist zeitaufwendig und daher teuer. Gemäß einem üblichen Verarbeitungsverfahren entsprechend dem Stand der Technik mussten in einem ersten Schritt die beiden zu verbindenden Bauelemente einem Wellenleiter-Strukturierungsprozess unterzogen werden. Erst in einem zweiten Schritt wurden die beiden Bauelemente verbunden. Daher musste die Ausrichtung der beiden Wellenleiterstrukturen bis dato mit einer sehr hohen Genauigkeit erfolgen. Darüber hinaus besteht ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Verfahrens darin, dass jedes Bauelement separat verbunden werden musste.
Der Niedertemperatur-Bondingprozess, wie er vorliegend genutzt wird, ermöglicht jedoch eine kosteneffiziente Massenproduktion: Die Substrate werden in großen Blöcken verbunden und werden später in einzelne Teile getrennt. Die Wellenleiter werden danach in den bereits verbundenen Substraten realisiert. Daher ist eine Ausrichtung der Wellenleiter in einem photonischen Bauelement entsprechend der Erfindung nicht notwendig.
Ein noch weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Niedertemperatur-Bondingprozesses liegt in einer verbesserten Zuverlässigkeit und Lebensdauer der gebondeten Bauelemente im Vergleich zu beispielsweise Epoxidverbindungen.
Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Photon und Licht im Wesentlichen für die gleichen physikalisch zugrunde liegenden Effekte der Erzeugung, des Transports und der Absorption von elektromagnetischer Energie genutzt, ein eher photonischer Charakter zeigt sich im Allgemeinen jedoch, und dann wird der Begriff Photon genutzt, wenn sehr geringe Intensitäten diskutiert werden oder wenn Absorptions- oder Erzeugungs- oder Emissionseffekte stattfinden, wogegen Licht als ein eher geeigneter Ausdruck für große Mengen an Photonen erscheint, bei welchen Intensitätsschwankungen von geringerem Interesse sind oder wenn Interferenz, Beugung und Brechung vorherrschende Effekte darstellen.
Basierend auf den vorstehend zitierten Verbindungsprozessen und -verfahren sind in dem Niedertemperatur-Bondingbereich die erste Fläche und die zweite Fläche mechanisch und optisch mit sehr geringen Dämpfungen verbunden und es werden im Wesentlichen keine Streulichtzentren oder Reflexionen in den Ausbreitungspfad der Photonen, welcher diesen Niedertemperatur-Bondingbereich kreuzt, eingetragen.
Entsprechend dem weitgefassten Hauptinhalt der Erfindung umfasst die Wechselwirkung mit Photonen einen oder mehrere Wechselwirkungstypen aus einer Gruppe von Wechselwirkungen, welche die Übertragung von Photonen, Reflexion von Photonen, Führen von Photonen, Absorption von Photonen, Erzeugung von Photonen, Emission von Photonen, Beugung von Photonen, Brechung von Photonen, Überlagerung von Photonen und Erzeugung von Photoneninterferenz umfasst.
Basierend auf der breiten Anwendbarkeit der Niedertemperatur-Bondingprozesse und -verfahren können viele unterschiedliche Materialien miteinander verbunden werden, um optimale Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungen zu erzielen. Folglich weist für viele Anwendungen das erste Material zumindest einen Abschnitt auf, in dem sich der Brechungsindex von einem Brechungsindex zumindest eines Abschnitts des zweiten Materials unterscheidet.
Wenn das photonische Bauelement einen Wellenleiter umfasst, der in einem Oberflächenbereich des ersten Materials definiert ist, und der Wellenleiter durch das zweite Material abgedeckt wird, kann entsprechend der Erfindung eine im Wesentlichen unbeschränkte Vielzahl von zweidimensionalen Wellenleiterstrukturen erzielt werden und mit Hilfe einer solchen Struktur können unterschiedliche optische Bauelemente verbunden werden. Folglich wird ein im Wesentlichen zweidimensionaler optischer Chip definiert, wenn es geeignet ist, auf zweidimensionale Wellenleiterstrukturen zurückzugreifen, um aktive und/oder passive optische Komponenten zu verbinden.
Basierend auf einem Prozess, der detaillierter beschrieben ist in "Three-dimensional microscopic modifications in glasses by a femtosecond laser", SPIE-Konferenz zu Laseranwendungen in der Mikroelektronik und optoelektronischen Fertigung IV, San Jose, Kalifornien, Januar 1999, SPIE Bd. 3618, S. 307 bis 317, werden Wellenleiter in Bereichen des Bulkmaterials definiert, das dafür ausgelegt ist, wie vorstehend angegeben, zwei dimensionale Wellenleiterstrukturen zu verbinden. Es ist deutlich, dass somit ein im Wesentlichen dreidimensionaler optischer Chip definiert wird, wobei Wellenleiter aktive und/oder passive optische Komponenten verbinden.
Wenn darüber hinaus eine zweidimensionale Wellenleiterstruktur an ihrer Oberfläche mit aktiven und passiven optischen Elementen verbunden wird, wird eine optische Schaltung für Oberflächenmontage realisiert und es sind in breitem Maße Montage- und Zusammenfügungsverfahren anwendbar, wie sie aus der Elektronik- und Halbleiterindustrie bekannt sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform stellt das photonische Bauelement einen Sender dar, und der erste Abschnitt umfasst eine Lichtquelle und der zweite Abschnitt umfasst einen Strahlteiler zum Aufspalten eines Ausbreitungspfades für Photonen, die von der Lichtquelle emittiert werden, in eine Mehrzahl von Ausbreitungspfade. Vorteilhafterweise ist ein Modulator mit dem Strahlteiler verbunden, um eine Phase der über den Modulator übertragenen Photonen derart zu modulieren, dass eine Amplituden- oder Intensitätsmodulation und eine zusätzliche Modulation der optischen Phase des Signals erreicht werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt das photonische Bauelement einen Verstärker dar, und der erste Abschnitt umfasst einen wellenlängenabhängigen Strahlteiler, der unterschiedliche Wellenlängen auf unterschiedliche Ausbreitungspfade aufteilt, und der zweite Abschnitt umfasst ein verstärkendes Material für zumindest eine der Wellenlängen, die einem der Ausbreitungspfade des wellenlängenabhängigen Strahlteilers zugeordnet ist.
Es wird ein Ultrabreitbandverstärker bereitgestellt, der eine extrem breite spektrale Verstärkung aufweist, wenn der wellenlängenabhängige Strahlteiler Licht in eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wellenlängen aufteilt und jede der unterschiedlichen Wellenlängen einem unterschiedlichen Ausbreitungspfad zugeordnet wird und der zweite Abschnitt eine Mehrzahl von Abschnitten umfasst, die ein Verstärkungsmaterial umfassen, das zumindest einer der Wellenlängen zugeordnet ist. Vorzugsweise enthält jeder der Abschnitte, die ein verstärkendes Material umfassen, einen Dotierstoff, welcher ein Seltenerdelement darstellt, das in seiner Verstärkungscharakteristik auf die zugeordnete Wellenlänge angepasst ist, zum Verstärken von Licht der zugeordneten Wellenlänge.
Bei einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt der Strahlteiler ein Arrayed-Waveguide-Grating (AWG) dar und spaltet Licht in Übertragungsbänder auf, die im Wesentlichen bei 1,3 μm; 1,4 μm und 1,5 μm zentriert sind, wobei das Übertragungsband bei 1,3 μm einem praseodymdotierten Chalkogenidglas zugeordnet ist und die zugeordnete Diodenlaser-Lichtquelle Pumplicht-Wellenlängen aufweist, die bei etwa 1020 nm zentriert sind, das Übertragungsband bei 1,4 μm einem Tm-dotierten Fluoridglas zugeordnet ist und die zugehörige Diodenlaser-Lichtquelle Pumplicht-Wellenlängen zentriert um etwa 800 nm aufweist und das Übertragungsband bei 1,5 μm einem mit Erbium dotierten Phosphatglas zugeordnet ist und die zugehörige Diodenlaser-Lichtquelle Pumplicht-Wellenlängen zentriert um etwa 980 nm aufweist.
Bei einer weiteren alternativen, bevorzugten Ausführungsform stellt das photonische Bauelement einen Verstärker dar, der eine Mehrzahl von Verstärkungsabschnitten aufweist, die verstärkendes Material umfassen und in einer Lichtausbreitungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und dabei umfasst der erste Abschnitt einen ersten Verstärkungsabschnitt und der zweite Abschnitt umfasst einen zweiten Verstärkungsabschnitt. Es ist deutlich, dass auch bei dieser Ausführungsform die mehreren Verstärkungsabschnitte eine spektrale Gesamtverstärkung mit einer erhöhten Verstärkung über ein ausgedehntes Wellenlängenintervall hin definieren, und zwar mit einer verbesserten Abflachung der Verstärkung im Vergleich zu einem der Verstärkungsabschnitte.
Bei einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt das photonische Bauelement einen Empfänger dar, der erste Abschnitt umfasst einen Photodetektor und der zweite Abschnitt umfasst zumindest einen Wellenleiter zum Leiten von Photonen zu dem Photodetektor.
Wenn der zweite Abschnitt ein lichtverstärkendes Material zur Verstärkung von Photonen umfasst, die sich in dem Wellenleiter ausbreiten, können auch Signale mit geringer Intensität mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis erfasst werden. Vorteilhafterweise umfasst das verstärkende Material einen Seltenerd-Dotierstoff, der durch eine Lichtquelle optisch gepumpt wird.
Bei einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt das photonische Bauelement einen optischen Abzweigmultiplexer dar und der erste Abschnitt umfasst einen Demultiplexer zum Entmultiplexen von Licht auf eine Mehrzahl von Ausbreitungswegen und der zweite Abschnitt umfasst ein optisches Schaltmittel zum Umschalten zwischen Licht von dem Multiplexer und eingekoppeltem Licht, wobei der zweite Abschnitt mit einem Multiplexerabschnitt zum Multiplexen von Licht von einer Mehrzahl von Ausbreitungswegen auf einen einzigen Ausbreitungsweg verbunden ist.
Vorteilshafterweise umfasst das Schaltmittel Mach-Zehnder-Interferometer für eine im Wesentlichen absorptionsfreie Umschaltung der Ausbreitungsrichtung der Photonen auf Grundlage einer Änderung der optischen Weglänge in zumindest einem der Arme des Mach-Zehnder-Interferometers.
Sehr haltbare und zuverlässige photonische Bauelemente werden bereitgestellt, wenn die Änderung der optischen Weglänge des zumindest einen Arms des Mach-Zehnder-Interferometers thermooptisch eingebracht wird. Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen wird die Änderung der optischen Weglänge des zumindest einen Arms des Mach-Zehnder-Interferometers elektrooptisch eingebracht.
Bei einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das photonische Bauelement zumindest einen ersten Wellenleiter in dem ersten Abschnitt auf, der ein Material mit einem Brechungsindex n₁ mit einem positiven Temperaturkoeffizienten ∂n₁/∂T umfasst, und dabei umfasst zumindest ein zweiter Wellenleiter in dem zweiten Abschnitt ein Material mit einem Brechungsindex n₂ mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ∂n₂/∂T, wobei der erste und der zweite Wellenleiter optisch miteinander verbunden sind, wobei eine vorgegebene Temperaturabhängigkeit des gesamten oder effektiven Brechungsindex erzielt werden kann. Bei einer am stärksten bevorzugten Ausführungsform ist ein Temperaturkoeffizient für einen gesamten oder effektiven Brechungsindex, den ein Photon erfährt, das sich durch den ersten und den zweiten Wellenleiter hindurch ausbreitet, im Wesentlichen temperaturunabhängig.
Bei einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt das photonische Bauelement einen Multiplexer/Demultiplexer dar, der eine Mehrzahl erster Wellenleiter, eine Mehrzahl zweiter Wellenleiter und eine Mehrzahl dritter Wellenleiter umfasst und einen im Wesentlichen temperaturunabhängigen Brechungsindex aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend detaillierter und basierend auf bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, und es wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, in welchen:
1 ein bevorzugtes Prozessschema für einen Niedertemperatur-Bondingprozess zur Vorbereitung und Herstellung der erfindungsgemäßen photonischen Bauelemente zeigt;
2 eine erste, nicht durch die Ansprüche abgedeckte Ausführungsform eines photonischen Bauelements zeigt, das eine zweidimensionale Wellenleiterstruktur darstellt, welche die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht;
3 eine zweite Ausführungsform eines photonischen Bauelements zeigt, das eine dreidimensionale Wellenleiterstruktur darstellt;
4 unterschiedliche Querschnitte einer dreidimensionalen Wellenleiterstruktur zeigt, wie sie in 3 angegeben ist;
5 eine dritte Ausführungsform eines photonischen Bauelements zeigt, das einen Sender darstellt, der eine Multiwellenlängen-Lichtquelle basierend auf einem mit einer Laserdiode gepumpten Glas, einen Modulator und einen optischen Verstärker umfasst;
6 zeigt eine vierte Ausführungsform eines photonischen Bauelements, das einen Ultrabreitbandverstärker darstellt;
7 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines photonischen Bauelements, das einen Hybridbreitbandverstärker mit abgeflachter Verstärkung darstellt;
8 zeigt spektrale Verstärkungskennlinien für einen Hybridverstärker mit abgeflachtem Verstärkungsprofil, wie er in 6 dargestellt ist;
9 zeigt eine sechste Ausführungsform eines photonischen Bauelements, das einen Empfänger darstellt, kaskadiert mit abstimmbaren optischen Einzelkanalverstärkern;
10 zeigt eine siebente Ausführungsform eines photonischen Bauelements, das einen optischen Abzweigmultiplexer darstellt;
11 zeigt eine achte Ausführungsform eines photonischen Bauelements, das ein Arrayed-Waveguide-Grating (AWG) mit einer kompensierten Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex darstellt;
12a zeigt Änderungen des Temperaturkoeffizienten des absoluten Brechungsindex in Abhängigkeit von der Temperatur für unterschiedliche Gläser bei einer Wellenlänge von ungefähr 435,8 nm;
12b zeigt Änderungen des Temperaturkoeffizienten des absoluten Brechungsindex in Abhängigkeit von der Wellenlänge für unterschiedliche Gläser bei einer Temperatur von 20 °C;
13a zeigt Änderungen des Temperaturkoeffizienten des absoluten Brechungsindex in Abhängigkeit von der Temperatur und den Wellenlängen für ein spezifisches transparentes Material;
13b zeigt Änderungen des Temperaturkoeffizienten des absoluten Brechungsindex in Abhängigkeit von der Temperatur und den Wellenlängen für ein weiteres spezifisches transparentes Material.
Der Deutlichkeit halber und zum besseren Verständnis der Erfindung stellen die hier beigefügten Zeichnungen lediglich schematische Darstellungen der bevorzugten Ausführungsformen und bestimmter Charakteristika derselben dar, sind jedoch nicht maßstabsgerecht gezeichnet.
1 stellt den Niedertemperatur-Bondingprozess dar, wie er beispielsweise zur Herstellung von photonischen Bauelementen genutzt wird. In einem ersten Schritt werden polierte Oberflächen zweier unterschiedlicher Glasblöcke a und b mit einer speziell angepassten Lösung miteinander verbunden.
In einem zweiten Schritt werden die verbundenen Blöcke a, b einem aufgebrachten erhöhten Druck und einer Niedertemperatur-Aushärtung ausgesetzt.
In Schritt drei werden die Blöcke a, b in einzelne Substrate geschnitten.
Schritt vier stellt die Realisierung von Wellenleitern dar. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird wissen, wie Wellenleiter in unterschiedlichen Wirtsmaterialien herzustellen sind, beispielsweise durch Ionendiffusion, Innenaustausch oder photoinduzierte Änderung des Brechungsindex, Belichtung mit Ultraviolett(UV)-Licht, Belichtung mit einem Femtosekundenlaser und Interferenzverfahren.
Es wird nun Bezug auf 2 genommen, welche ein photonisches Bauelement 1 zeigt, das die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht, wobei es eine zweidimensionale Wellenleiterstruktur darstellt und eine Basis für zweidimensionale optische Leitungen als integrierte optische zweidimensionale Strukturen bietet.
In einem optischen Substrat 2 mit einer im Wesentlichen ebenen Oberseite 3 ist in einer dem Fachmann bekannten Weise ein Wellenleiter 4 definiert. Das optische Substrat 2 besteht aus einem Oxidglas, vorzugsweise einem SiO₂-Glas oder einem dotierten SiO₂-Glas. Für spezielle Anwendungen besteht das optische Substrat 2 alternativ aus einem oder umfasst ein Silikatglas oder andere Oxidgläser, ein Fluoridglas, ein Chalkogenidglas oder besteht aus einem Kristall, insbesondere einem LiNbO₃-Kristall, falls eine elektrooptische Modulation oder ein elektrooptisches Schalten beabsichtigt sind. Das optische Substrat 2 umfasst ein Halbleitermaterial, insbesondere Halbleiter wie GaAs, InP, GaAsP, GaAlAs, Si und Kombinationen dieser, falls spezielle Übertragungs- und Brechungseigenschaften oder eine photonische Wechselwirkung wie bei Lichtquellen und Photodetektoren erforderlich ist oder für bestimmte Anwendungen vorteilhaft ist, wie nachstehend detaillierter anhand von bevorzugten Ausführungsformen erklärt wird.
Der Wellenleiter 4 wird in dem optischen Substrat mit Hilfe allgemein bekannter Wellenleiter-Ausbildungsverfahren wie Ionendiffusion, UV-Belichtung oder Ionendiffusionsverfahren definiert, bei denen vorzugsweise zweidimensionale Maskengestaltungen genutzt werden.
Das optische Substrat 2 und der Wellenleiter 4 definieren einen ersten Abschnitt, der ein Material umfasst, welches dafür ausgelegt ist, mit Photonen wechselzuwirken, und zwar mit einer lichtleitenden Wechselwirkung im Hinblick auf die Ausbreitung der Photonen entlang des Wellenleiters 4.
Das optische Substrat 2 ist durch ein weiteres Material abgedeckt, welches einen zweiten Abschnitt 5 definiert, wobei das weitere Material ebenfalls dafür ausgelegt ist, mit Photonen wechselzuwirken. Im Falle einer Wellenleiterstruktur stellt der zweite Abschnitt 5 aus 1 vorzugsweise ein Bulkmaterial dar, das ungefähr den gleichen Brechungsindex wie das Material in dem Abschnitt 2 aufweist und eine obere Ummantelung für Lichtleitzwecke an der Position des Wellenleiters 4 bereitstellt.
Allgemein ausgedrückt umfasst eine Wechselwirkung mit Photonen jedenfalls jede Wechselwirkung von Licht mit Material oder von Licht mit Licht in einem Material oder in elektrischen oder magnetischen Feldern oder eine Temperatur in einem Material sowie Licht, das sich in diesem Material ausbreitet oder in diesem erzeugt oder absorbiert wird. Eine Wechselwirkung mit Photonen umfasst speziell einen oder mehrere Wechselwirkungstypen aus der Gruppe von Wechselwirkungen, bestehend aus Übertragung von Photonen, Reflexion von Photonen, Absorption von Photonen, Erzeugung von Photonen, Emission von Photonen, Wellenlängenumwandlung von Photonen, Führen von Photonen, Beugung von Photonen, Brechung von Photonen, Überlagerung von Photonen und Erzeugen einer Photoneninterferenz, lineare, elliptische und zirkulare Polarisation von Photonen.
Bei dem Bauelement aus 2 liegen die Oberseite 3 des optischen Substrats 2 und die Unterseite 6 des oberen Abschnitts 5 aneinander an und definieren in engem Kontakt befindliche Oberflächenbereiche. Zumindest ein Teil der Oberflächenbereiche, der die Oberseite des Wellenleiters 4 darstellt, befindet sich in engem Kontakt und ist durch einen Niedertemperatur-Bondingprozess verbunden und definiert folglich einen Niedertemperatur-Bondingbereich.
Alternativ sind die Oberseite 3 des optischen Substrats 2 oder die Unterseite 6 des zweiten Abschnitts 5 oder beide Oberflächen beschichtet oder strukturiert, falls dies für Lichtleitzwecke erforderlich oder beabsichtigt ist.
Eine Beschichtung mit einem hohen Reflexionsvermögen unterstützt das Führen von Photonen in dem Wellenleiter 4. Eine Antireflexbeschichtung auf der Unterseite 6 unterstützt das Eindringen von Photonen in den zweiten Abschnitt 5, wobei diese zumindest in einen Grenzbereich an der durch die Oberflächen 3 und 6 definierten Grenzfläche eindringen, wobei die Photonen dann ein evaneszentes Feld erzeugen, das zur Wechselwirkung mit dem Material des zweiten Abschnitts 5 angepasst ist.
Eine Beschichtung kann außerdem verwendet werden, um die mechanische Festigkeit der Niedertemperaturverbindung zu erhöhen oder um zusätzliche Spezies in die Grenzfläche oder den Grenzbereich einzubringen, wie z. B. laseraktive Substanzen wie Seltenerd-Dotierstoffe für Verstärkungszwecke.
Bei einem solchen alternativen Fall stellt der zweite Abschnitt einen Oberflächenbereich zwischen einem ersten Abschnitt des optischen Substrats 2 und einem dritten Abschnitt dar, der dann den zweiten Abschnitt abdeckt, ähnlich wie es für den zweiten Abschnitt 5 aus 2 gezeigt ist.
Wenn in den Oberflächen 5 oder 6 ein Bragg-Gitter erzeugt wird, treten Photonen, die sich in dem Wellenleiter 4 ausbreiten, aus dem Wellenleiter 4 in einem definierten Winkel aus, wobei der Winkel im Wesentlichen durch ein Raster des Bragg-Gitters definiert wird.
Zusätzlich wird eine Lichtverstärkung erzielt, wenn ein mit einer seltenen Erde dotiertes Glas genutzt wird, insbesondere wenn ein mit einem Seltenerdelement wie beispielsweise Er, Yb, Tm, Nd, Pr dotiertes Chalkogenid-, Fluorid- oder Phosphatglas als das Material in dem ersten Abschnitt, d. h. das optische Substrat 2, oder in dem zweiten Abschnitt 5 genutzt wird. In letzterem Fall werden, wenn Pumplicht mit einer Wellenlänge, die an einen speziellen Dotierstoff angepasst ist, in Richtung des Pfeils A aus 2 eingeführt wird, die Photonen, die sich in dem Wellenleiter 4 ausbreiten, ein evaneszentes Feld haben, das sich in den zweiten Abschnitt 5 hinein erstreckt, und werden durch das Material des zweiten Abschnitts 5 verstärkt.
Das in 2 dargestellte Bauelement ist nicht auf rechteckige Abmessungen beschränkt, da das optische Substrat 2 und der Wellenleiter 4 ein sich seitlich erstreckendes Substrat definieren könnten, in welchem zweidimensional optische Leitungen angeordnet sind, und der zweite Abschnitt 5 könnte einen lokal eingeschränkten Verstärker zur Verstärkung des sich in dem Wellenleiter 4 ausbreitenden Lichts darstellen.
Es soll nun auf 3 Bezug genommen werden, welche eine zweite Ausführungsform eines photonischen Bauelements zeigt, die eine dreidimensionale Wellenleiterstruktur 7 darstellt, die auch als dreidimensionales oder 3D-Modul bezeichnet wird, und dafür ausgelegt ist, für eine dreidimensionale Integration photonischer Bauelemente genutzt zu werden.
Zum besseren Verständnis wird außerdem Bezug auf 4 genommen, in welcher Seitenansichten 1s, 2s, 3s und Vorderansichten 1v, 2v, 3v unterschiedlicher Würfel der dreidimensionalen Wellenleiterstruktur 7 gezeigt sind.
Wie in 3 gezeigt ist, ist eine optische Faser 8, beispielsweise durch Niedertemperaturbonden, mit einem Würfel 9 verbunden, welcher an einer Seitenfläche an einem Würfel 10 anliegt, welche einen Niedertemperatur-Bondingbereich zwischen den Würfeln 9, 10 definiert.
Außerdem liegen die Würfel 11, 12, 13, 14 an ebenen Oberflächenbereichen wie in 3 gezeigt aneinander an und definieren Niedertemperatur-Bondingbereiche wie vorstehend beschrieben.
Mit Hilfe eines Verfahrens zum Einbringen von Wellenleiterstrukturen in Bulkmaterial, das detaillierter beschrieben ist in "Three-dimensional microscopic modifications in glasses by a femtosecond laser", SPIE-Konferenz zu Laseranwendungen in der Mikroelektronik und optoelektronischen Fertigung IV, San Jose, Kalifornien, Januar 1999, SPIE Bd. 3618, S. 307 bis 317, sind in dem Bulkmaterial der Würfel 9 bzw. 10 Wellenleiter 15 und 16 definiert.
Alternativ wird ein zweidimensionales Modul genutzt, wie es in 2 gezeigt ist, und es werden Verbindungen an den Stirnflächen 17, 18 hergestellt, an denen der Wellenleiter 4 frei zugänglich ist.
In dem Würfel 10 ist ein Wellenteiler definiert, welcher den Wellenleiter 16 in vier Zweige 19, 20, 21, 22 aufteilt, wie aus der Seitenansicht 1s des Würfels 10 und aus der Vorderansicht 1v zu ersehen ist. Die Vorderansicht 1v stellt eine Ansicht in Richtung des Pfeils B aus 3 dar, wie sie von der Grenzfläche zwischen den Würfeln 10 und 13 aus zu sehen ist.
Der Zweig 21 erstreckt sich nach links, in Richtung des Würfels 11, und in dem Würfel 13, von welchem eine Seitenansicht in 2s dargestellt ist und eine Vorderansicht, wie von der Grenzfläche der Würfel 13, 14 aus betrachtet, in 2v gezeigt ist, sind weitere Wellenleiterverbindungen hergestellt.
Wenn eine scharfe Biegung eingebracht werden muss, wie beispielsweise in der Ansicht 2s angegeben ist, werden lokale Bragg-Gitter genutzt, die durch eine zweidimensionale Strukturierung einer Oberseite eines optischen Substrats 2 wie in 2 gezeigt eingebracht werden könnten, wobei das Substrat dann durch einen zweiten Abschnitt 5 abgedeckt wäre, um einen Würfel 13 bereitzustellen. Verbindungen in dem Bulkmaterial des zweiten Abschnitts 5 werden dann als Wellenleiter eingebracht, die sich in dem Bulkmaterial in einer Richtung entgegengesetzt dem Pfeil A aus 2 erstrecken.
Die schwarzen Punkte in den 3 und 4 bestimmen sichtbare Kontaktbereiche, an welchen lichtleitende Strukturen Niedertemperatur-Bondingbereiche kreuzen.
Der Zweig 21 des Würfels 13 ist mit einem Wellenleiter 27 verbunden, welcher sich weiter nach links erstreckt, schräg zu einer linken Oberfläche des Würfels 13, und ein Wellenleiter 28 ist mit dem Zweig 22 verbunden, um eine optische Verbindung zu den Wellenleitern 31 bzw. 32 bereitzustellen.
Wie in 3 gezeigt ist, sind die Wellenleiter 31, 32 zum Zwecke der weiteren Kommunikation mit optischen Fasern 29, 30 verbunden.
In dem Würfel 14 definiert nur der Wellenleiter 20 eine Verbindung zu einer optischen Faser, wie auch anhand der Seitenansicht 3s zu sehen ist.
Diese zweite Ausführungsform ist jedoch nicht auf kubische Ausdehnungen der Modulelemente beschränkt, stattdessen sind im Wesentlichen beliebige rechteckige Ausdehnungen und Formen für diese Elemente anwendbar, solange die notwendigen Grenzflächenbereiche zwischen diesen Elementen definiert sind.
Bei einer dritten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, stellt das photonische Bauelement einen Sender dar, und der erste Abschnitt 34 umfasst eine Lichtquelle 35 und der zweite Abschnitt 36 umfasst einen Strahlteiler 37 zum Aufteilen eines Ausbreitungspfades 38 für die von der Lichtquelle 35 emittierten Photonen in eine Mehrzahl von Ausbreitungspfade 39, 40, 41.
Bei einer am stärksten bevorzugten Ausführungsform stellt die Lichtquelle 35 eine Laserdioden-Lichtquelle dar, welche an einem Niedertemperatur-Bondingbereich 42 mit dem Strahlteiler 37 verbunden ist.
Zur zusätzlichen Verstärkung der in der Lichtquelle 35 erzeugten Photonen umfasst der Strahlteiler 37 ein Material, das dafür ausgelegt ist, Licht von der Laserdioden-Lichtquelle zu verstärken, wobei das Material bei einer bevorzugten Ausführungsform ein aktives Phosphatlaserglas ist.
Wie in 5 gezeigt ist, ist ein verteilter Bragg-Reflektor (DBR – Distributed Bragg Reflector) 43 mit jedem Zweig 39, 40, 41 des Strahlteilers 37 verbunden und kann damit eine externe Kavität für die Laserdioden-Lichtquelle 35 definieren. Der verteilte Bragg-Reflektor 43 weist für jeden Zweig 39, 40, 41 des Strahlteilers 37 ein unterschiedliches Raster auf, wobei er in jedem Zweig 39, 40, 41 unterschiedliche Resonanzkavitäten für die Laserdioden-Lichtquelle 35 und somit unterschiedliche Wellenlängen λ1, λ2, λ3 in unterschiedlichen Zweigen definiert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der verteilte Bragg-Reflektor 43 aus einem passiven Glassubstrat.
Wie im mittleren Teil der 5 gezeigt ist, ist ein elektrooptischer LiNbO₃-Modulator 44 mit zumindest einem und bei dieser Ausführungsform mit jedem Zweig 39, 40, 41 des Strahlteilers 37 verbunden, um eine optische Phase der Photonen in einem jeweiligen Zweig 39, 40, 41 zu modulieren. Mit Hilfe elektrischer Spannungen, die an Elektrodenpaare 45, 46, 47 angelegt werden, wird eine elektrooptische Änderung des Brechungsindex des LiNbO₃-Modulators 44 eingebracht, wobei eine Phase der sich durch den Modulator 44 hindurch ausbreitenden Photonen moduliert wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird eine Polarisation der sich durch den Modulator 44 hindurch ausbreitenden Photonen moduliert, wenn von der Laserdioden-Lichtquelle 35 linear polarisiertes Licht erzeugt wird und in den Modulator 44 eingespeist wird und nur eine transversale Komponente des Vektors des elektrischen Feldes des linear polarisierten Lichts in ihrer optischen Phase moduliert wird.
Ein Kombinator 48, der vorzugsweise aus SiO₂-Glas besteht, ist mit dem Modulator 44 verbunden, um die Ausbreitungspfade 39, 40, 41 zu zusammenzuführen und einen kombinierten Ausbreitungspfad 49 bereitzustellen.
Wie im rechten Teil der 5 gezeigt ist, ist ein optischer Verstärker 50 mit dem kombinierten Ausbreitungspfad 49 des Kombinators 48 verbunden, um das sich durch den Kombinator 44 hindurch ausbreitende Licht zu verstärken.
Der optische Verstärker 50 besteht im Wesentlichen aus einem mit Erbium dotierten Glassubstrat 51, welches durch eine Laserdioden-Lichtquelle 52 optisch gepumpt wird, vorzugsweise mit einer Pumplicht-Wellenlänge von 980 oder 1480 nm.
Das verstärkte Licht wird auf eine optische Faser 53 geführt, die mit dem sich in dem Substrat 51 erstreckenden optischen Pfad 49 durch einen Niedertemperatur-Bondingbereich 54 verbunden ist.
Die Erfindung ist für den Fall eines Senders jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Allgemeiner ausgedrückt könnte die Lichtquelle 35 eine lichtemittierende Diode oder ein Diodenarray wie auch ein Laserdiodenarray darstellen, die in eine Mehrzahl von Strahlteilern einspeisen. Insbesondere stellen so genannte vertikal emittierende Laser (VCSELs – Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) oder Arrays von vertikal emittierenden Lasern (VCSELs) bevorzugte Lichtquellen dar, da die Emissionskennlinien der emittierten Photonen gut an eine Verbindung mit externen Wellenleitern angepasst sind. Es können jedoch auch Laserquellen auf Glasbasis verwendet werden.
Außerdem kann anstatt einer hochgradig komplizierten Gestaltung, wie sie aus der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform zu ersehen ist, der zweite Abschnitt bei einer vereinfachten Ausführungsform lediglich Strukturen umfassen, die einen Ausbreitungspfad für die emittierten Photonen definieren, wie z. B. Wellenleiter, optische Fasern oder Strahlteiler.
Bragg-Reflektoren, verteilte Bragg-Reflektoren, abstimmbare Bragg-Reflektoren und wellenlängenabhängige Absorber können verwendet werden, um eine spektrale Verstärkung der Lichtquelle 35 für spezielle Zwecke anzupassen oder zu korrigieren.
Es wird nun auf 6 Bezug genommen, welche eine vierte Ausführungsform eines photonischen Bauelements zeigt, das einen Ultrabreitbandverstärker darstellt. Die optischen Signale werden über eine optische Faser 55 in den Ultrabreitbandverstärker eingespeist, wobei die Faser, beispielsweise durch das Niedertemperatur-Bondingverfahren, mit einem wellenlängenabhängigen Strahlteiler verbunden ist, welcher optische Ausbreitungspfade in drei Pfade aufspaltet, einen ersten Pfad 56 für ein Wellenlängenband, das um ungefähr 1,3 μm herum zentriert ist, einen zweiten Ausbreitungspfad 57, bei dem das optische Wellenlängenband um ungefähr 1,4 μm herum zentriert ist, und einen dritten Ausbreitungspfad, der ein um ungefähr 1,5 μm herum zentriertes Wellenlängenband aufweist.
Der wellenlängenabhängige Strahlteiler 59 ist mit einer optischen Verstärkeranordnung verbunden, die drei einzelne, unabhängige optische Verstärker 60, 61, 62 umfasst.
Die Verstärker 60, 61, 62 sind über einen Niedertemperatur-Bondingbereich 63 mit dem wellenlängenabhängigen Strahlteiler 59 verbunden. Die Ausbreitungspfade, die sich durch den wellenlängenabhängigen Strahlteiler 59 hindurch erstrecken, welcher vorzugsweise eine Wellenlängenmultiplex-Arrayed-Waveguide-Grating-Struktur (WDM-AWG) darstellt, erstrecken sich durch die optischen Verstärker 60, 61 und 62 hindurch und sind in einem optischen Kombinator 64 zu einem kombinierten Ausbreitungspfad 65 zusammengeführt, welcher mit einer externen Faser 66 verbunden ist.
Der optische Kombinator 64 stellt vorzugsweise eine Wellenleiterstruktur dar, die in einem Silikatglaskörper 67 ausgeführt ist.
Wenn ein Photon in den wellenlängenabhängigen Strahlteiler 59 eintritt, breitet es sich entlang eines Ausbreitungspfades aus, der dessen Wellenlänge zugeordnet ist, und das Photon wird zu einem optischen Verstärker 60, 61, 62, welcher der jeweiligen Wellenlänge zugeordnet ist, und durch diesen hindurch geführt. Unterschiedliche Materialien in den optischen Verstärkern 60, 61, 62 sind jeweils unterschiedlichen Wellenlängen der optischen Signale zugeordnet.
Der Verstärker 60 umfasst ein mit Praseodym dotiertes Chalkogenidglas und zeigt exzellente Verstärkungseigenschaften in einem um 1,3 μm herum zentrierten Wellenlängenband, wenn das Glas mit Hilfe einer Lichtquelle 68 optisch gepumpt wird, die eine Pumplichtwellenlänge von ungefähr 1020 nm emittiert.
Der optische Verstärker 61 ist einem Wellenlängenband zugeordnet, das um 1,4 μm herum zentriert ist, und umfasst Tm-dotiertes Fluoridglas, welches durch eine Lichtquelle 69 optisch gepumpt wird, die eine Pumplichtwellenlänge von 800 nm emittiert.
Der optische Verstärker 62 verstärkt Licht in einem Wellenlängenband, das um 1,5 μm herum zentriert ist, und umfasst ein mit Erbium dotiertes Phosphatglas, das mit einer Pumplichtquelle 70 mit einer Pumplichtwellenlänge von etwa 980 nm optisch gepumpt wird.
Bei einer am meisten bevorzugten Ausführungsform stellen die Pumplichtquellen Laserdioden-Lichtquellen dar, die ebenfalls über einen Niedertemperatur-Bondingbereich mit dem aktiven optischen Material des optischen Verstärkers 60, 61, 62 verbunden sind.
Entsprechend dieser Ausführungsform wird eine deutliche Erweiterung der spektralen Verstärkung erzielt, und durch die Erfindung werden im Wesentlichen alle relevanten optischen Bänder, wie sie bei der optischen Übertragung und optischen Datenverarbeitung genutzt werden, abgedeckt.
Außerdem bezieht sich diese Ausführungsform nicht nur auf drei optische Verstärker, da ein Fachmann auf dem Gebiet wissen wird, wie mehrere weitere Verstärker parallel hinzuzufügen sind, indem ein Arrayed-Waveguide-Grating genutzt wird, das eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wellenlängenbändern bereitstellt, und indem ein optischer Kombinator genutzt wird, um eine Mehrzahl von optischen Ausbreitungspfaden, die sich durch eine Mehrzahl von optischen Verstärkern hindurch erstrecken, zusammenzuführen.
In einer fünften Ausführungsform eines photonischen Bauelements, die detaillierter in 7 gezeigt ist, ist ein weiterer optischer Verstärker dargestellt, der eine spektrale Verstärkung mit erweiterter Breite und ein abgeflachtes spektrales Verstärkungsprofil wie in 8 gezeigt aufweist.
In 6 ist eine optische Verstärkungsanordnung gezeigt, welche Verstärker umfasst, die parallel verbunden sind. Bei der fünften Ausführungsform des photonischen Bauelements sind Verstärker 71, 72 mit Hilfe eines Niedertemperatur-Bondingbereichs 73 in Reihe verbunden.
Der optische Verstärker 71 definiert einen ersten Abschnitt des photonischen Bauelements, welcher aktives Material umfasst, wie beispielsweise mit Erbium dotiertes Siliziumdioxid, und der optische Verstärker 72 definiert einen zweiten Abschnitt des photonischen Bauelements und umfasst ein aktives Material wie z. B. mit Erbium dotiertes Bleisilikat.
Wenn ein optisches Signal mit Hilfe einer Faser 74 in den Hybridverstärker eingespeist wird, wobei die Faser mit dem Hybridverstärker über einen Niedertemperatur-Bondingbereich an der Austrittsfläche der Faser verbunden ist, tritt Licht entlang eines Ausbreitungspfades 76 in den ersten Verstärker 71 ein und wird entsprechend einer spektralen Verstärkungsbreite verstärkt, die in 8 gezeigt ist und als Kurve (a) für ein Quarzglas (SiO₂) dargestellt ist. Beim weiteren Lauf entlang des Ausbreitungspfades 76 wird das Licht in dem Verstärker 72 weiter verstärkt, und zwar entsprechend einer spektralen Verstärkungskurve, die in 8 gezeigt ist und durch die Kurve (c) dargestellt ist, wodurch sich eine Gesamtverstärkung ergibt, die in 8 als Kurve (b) gezeigt ist.
Es ist offensichtlich, dass die Kurve (b) im Vergleich zu den Kurven (a) und (c) eine breitere spektrale Verstärkung zeigt, die außerdem abgeflacht ist.
Zum Zwecke einer optimierten Signalverarbeitung wird die Intensität der optischen Pumplichtquellen 77, 78 basierend auf Signalen reguliert, die von Photodetektoren 79 bzw. 80 empfangen werden.
Im Falle schwacher optischer Signale wird basierend auf einer erhöhten Intensität der Pumplichtquellen 77 und 78 eine erhöhte Verstärkung bereitgestellt. Somit tritt aus dem in 7 gezeigten Hybridverstärker ein verstärktes optisches Signal entlang eines Ausbreitungspfades 76 aus, der einen Niedertemperatur-Bondingbereich 81 kreuzt, und tritt in eine optische Faser 82 ein.
Auch diese Ausführungsform ist nicht auf die Anzahl von zwei Verstärkern beschränkt, und für andere Zwecke können mehrere weitere Verstärker genutzt werden.
Insbesondere wird ein Fachmann auf dem Gebiet die Grundprinzipien der in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen nutzen können, um optische Verstärker in einer Kombination aus parallelen und seriellen Anordnungen zusammenzusetzen.
Es wird nun Bezug auf 9 genommen, die eine sechste Ausführungsform eines photonischen Bauelements zeigt, das einen Empfänger, kaskadiert mit optischen Verstärkern, darstellt. Ein erster Abschnitt dieses photonischen Bauelements umfasst eine Mehrzahl von Photodioden 83, 84, 85, welche mit Hilfe eines Niedertemperatur-Bondingbereichs mit optischen Verstärkern 86, 87 bzw. 88 verbunden sind.
Licht, das in die in 9 gezeigte Empfängeranordnung entlang einer optischen Faser 89 eintritt, tritt nach dem Kreuzen eines Niedertemperatur-Bondingbereichs 91 in ein Arrayed-Waveguide-Grating 90 ein.
Das Arrayed-Waveguide-Grating 90 stellt einen wellenlängenabhängigen Strahlteiler dar, der optische Signale in eine Mehrzahl von Wellenlängenbändern aufspaltet, die sich entlang getrennter Ausbreitungspfade 92, 93, 94 ausbreiten.
Jedem Ausbreitungspfad sind jeweilige Photodioden 95, 96, 100 zugeordnet, welche die Intensität eines optischen Signals erfassen, das sich entlang dieser Pfade ausbreitet. Entsprechend den von den Photodioden 95, 96, 100 erfassten Intensitäten pumpen die Laserdioden-Pumplaser 97, 98, 99 die optischen Verstärker 86, 87, 88, und zwar vorzugsweise mit einer Pumplicht-Wellenlänge von 980 nm für den Fall des mit Erbium dotieren Phosphatglases, wobei die Intensität des Pumplichts von der Intensität der optischen Signale abhängt, wie für den Fall des optischen Hybridverstärkers beschrieben worden ist.
Infolge des Lichtverstärkungsprozesses zeigen die Photodioden 83, 84, 85 ein besseres Leistungsverhalten, insbesondere was ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis betrifft.
Auch diese Ausführungsform ist nicht auf eine Anzahl von drei Photodioden beschränkt, und ein Fachmann auf dem Gebiet weiß, wie mehrere weitere zusätzliche Photodioden und optische Verstärker anzuordnen sind.
Es wird nun Bezug auf 10 genommen, in der eine siebente Ausführungsform eines photonischen Bauelements gezeigt ist, wobei das Bauelement einen optischen Abzweigmultiplexer darstellt.
In einem ersten Abschnitt umfasst dieses photonische Bauelement einen Demultiplexer, in welchen optische Signale entlang einer optischen Faser 102 eingespeist werden. Im Allgemeinen werden die Signale von der optischen Faser 102 durch ein Arrayed-Waveguide-Grating 101 spektral auf unterschiedliche Ausbreitungspfade 103, 104, 105, 106 aufgeteilt, welche jeweils mit einem Eingangsport eines Mach-Zehnder-Interferometerelements 107, 108, 109 bzw. 110 verbunden sind.
Einzukoppelnde Signale werden entlang von Signalpfaden 111, 112, 113, 114, die sich in einem zweidimensionalen optischen Substrat erstrecken oder sich zumindest teilweise durch optische Fasern hindurch ausbreiten, auf einen zweiten Eingangsport der Mach-Zehnder-Interferometer 107, 108, 109, 110 geführt.
Ein analog den Interferometern 107, 108, 109, 110 aufgebautes Mach-Zehnder-Interferometer ist detaillierter in der oberen rechten Ecke der 10 gezeigt. Dieses Interferometer besteht aus zwei passiven Glasbereichen 115, 116 und einem thermooptischen Glasbereich, welcher mittels der genannten Niedertemperatur-Bondingverfahren und -prozesse mit den passiven Glasbereichen verbunden ist. In dem thermooptischen Glas trägt ein aufheizbarer Teil eines Wellenleiters zumindest eines Zweiges 118, 119 des Mach-Zehnder-Interferometers eine optische Ausbreitungsverzögerung ein, welche eine destruktive oder eine konstruktive Interferenz der durch das Mach-Zehnder-Interferometer hindurch übertragenen Signale an den Ausgängen 120, 121 bewirkt.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird in zumindest einem der Arme des Mach-Zehnder-Interferometers eine Ausbreitungsverzögerung mit Hilfe eines elektrooptischen Kristalls eingetragen, wobei der Kristall den thermooptischen Glasbereich 117 ersetzt.
Basierend auf dieser Schaltfunktionalität werden Signale, die ausgekoppelt werden sollen, von den Ausgängen der Mach-Zehnder-Interferometer 107, 108, 109, 110 auf Ausbreitungspfade 122, 123, 124, 125 umgeschaltet.
Diese auszukoppelnden Signale werden in einer Verstärkungseinheit analog der Verstärkungsanordnung des Ultrabreitbandverstärkers aus 6, der die optischen Verstärker 60, 61 und 62 umfasst, oder analog den optischen Verstärkern 86, 87, 88 des in 9 gezeigten Empfängers verstärkt.
Die optischen Signale, die aus einem jeweiligen zweiten Ausgang der Mach-Zehnder-Interferometer 107, 108, 109, 110 entlang der Ausbreitungspfade 126, 127, 128, 129 austreten, werden durch einen Kombinator 130 zusammengeführt und in einen optischen Verstärker 131 eingespeist.
Der Kombinator 130 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Arrayed-Waveguide-Grating, oder er stellt einen Kombinator dar, wie er in 6 als Silkatglaskombinator 64 des beschriebenen Ultrabreitbandverstärkers gezeigt ist.
Der optische Verstärker 131 ist mit einer optischen Faser 132 verbunden, auf welche die verstärkten und gemultiplexten optischen Signale geführt werden.
Ein optischer Multiplexer, wie er in 10 gezeigt ist, schaltet zwischen zwei Signalausbreitungspfaden 103, 104, 105, 106 und 111, 112, 113 bzw. 114 um, es wird jedoch auch eine Umschaltung zwischen mehr als zwei Signalpfaden erreicht, wenn mehrere Mach-Zehnder-Interferometer seriell verbunden werden, wie für einen Fachmann auf dem Gebiet naheliegend ist.
Außerdem ist die Erfindung nicht auf eine Anzahl von vier Mach-Zehnder-Interferometern beschränkt, die parallel verbunden sind, da eine große Anzahl von parallelen und seriellen Mach-Zehnder-Interferometern auf integrierten optischen Substraten bereitgestellt werden könnten, deren Verbindungen derart gestaltet sind, dass sie Anforderungen einer breiten Vielfalt von unterschiedlichen Schaltanwendungen bedienen.
Es wird nun Bezug auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines photonischen Bauelements genommen, wie sie in 11 dargestellt ist, in welcher schematisch ein Arrayed-Waveguide-Grating gezeigt ist.
Wenn ein optisches Signal in dieses Arrayed-Waveguide-Grating entlang einer optischen Faser 133 eingespeist wird, die mit einem ersten Koppler 134 verbunden ist, breiten sich mehrere unterschiedliche Wellenlängenbänder, die bei λ1, λ2, λ3, λ4 zentriert sind, entlang einer Mehrzahl von Wellenleitern aus, die schematisch alle mit dem Bezugszeichen 135 bezeichnet sind. Diese Wellenleiter 135 sind Teil eines optischen Substrats, das einen ersten Abschnitt dieses photonischen Bauelements definiert und einen ersten Brechungsindex n₁ mit einem positiven Temperaturkoeffizienten ∂n₁/∂T aufweist.
In einem zweiten Abschnitt des Arrayed-Waveguide-Grating erstreckt sich eine zweite Mehrzahl von Wellenleitern 136 in einem Material, das einen Brechungsindex n₂ und einen negativen Temperaturkoeffizienten ∂n₂/∂T aufweist. In einem dritten Abschnitt des Arrayed-Waveguide-Grating ist eine dritte Mehrzahl von Wellenleitern 137 in einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten ∂n₃/∂T und einem Brechungsindex n₃ definiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Materialien des ersten Abschnitts, in welchen die Wellenleiter 135 eingebettet sind, und des dritten Abschnitts, welcher die Wellenleiter 137 umfasst, identisch.
In den 12a, 13a und 13b sind unterschiedliche Temperaturkoeffizienten ∂n/∂T für unterschiedliche Materialien und in Abhängigkeit von der Temperatur gezeigt. 12b zeigt typische Wellenlängenabhängigkeiten unterschiedlicher Temperaturkoeffizienten ∂n/∂T für unterschiedliche Materialien.
Aus 12a ist leicht zu ersehen, dass sich bei einer Kombination von Gläsern wie beispielsweise N-PK52 oder N-FK51 mit Gläsern SF6, H-LASF40, F2, N-LAKB oder N-BK7 ein kompensierender Effekt insofern zeigt, als sich eine Gesamtänderung des Brechungsindex, den ein Photon erfährt, das sich durch ein solches Material mit einem positiven und danach durch ein solches Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ausbreitet, im Vergleich zu einer Änderung des Brechungsindex eines Materials, das nur einen positiven oder nur einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, vermindert.
Bei einer am meisten bevorzugten Ausführungsform wird eine Länge der Wellenleiter 135, 136 und 137 derart gewählt, dass sich eine vollständige Temperaturkompensation ergibt, d. h. dass ein Gesamt-Temperaturkoeffizient für eine vorgegebene Temperatur oder einen vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen null ist.
Infolge des Temperaturkompensationseffekts sind die optischen Ausgangssignale, wie sie von dem Koppler 138 in die optischen Ausgangsfasern 139, 140, 141, 142 eingespeist werden, thermisch extrem stabil.
Aufgrund der qualitativ hochwertigen Bondinggrenzflächen 143 und 144, welche Niedertemperatur-Bondingbereiche definieren, werden die Ausgangssignale, die in Wellenlängenbänder getrennt und bei λ1, λ2, λ3, λ4 zentriert sind, nicht durch schädliche Effekte überlagert.
Erfindungsgemäß ist diese temperaturkompensierende Funktionalität nicht auf Arrayed-Waveguide-Gratings beschränkt, sondern könnte in beliebige optische oder photonische Bauelemente mit Wellenleitern eingebracht werden, die in zwei Gruppen geteilt werden können, wovon die eine Gruppe Wellenleiter mit einem positiven Temperatur koeffizienten und die andere Gruppe Wellenleiter mit einem negativen Temperaturkoeffizienten umfasst.
Es ist offensichtlich, dass in der vorliegenden Beschreibung nicht alle Niedertemperatur-Verbindungen detailliert diskutiert worden sind, eine weitere Angabe dazu findet sich jedoch in den Zeichnungen an Grenzflächenbereichen zwischen zwei Elementen. An diesen Stellen weist ein fettgedruckter Abschnitt der Zeichnung auf einen weiteren Niedertemperatur-Bondingbereich hin, selbst wenn dieser in der Beschreibung nicht eingehender erwähnt worden ist.

1: erste Ausführungsform des photonischen Bauelements
2: optisches Substrat, das den ersten Abschnitt definiert
3: Oberseite des optischen Substrats 2
4: Wellenleiter
5: zweiter Abschnitt
6: Unterseite des zweiten Abschnitts 5
7: dreidimensionale Wellenleiterstruktur
8: optische Faser
9: Würfel
10: Würfel
11: Würfel
12: Würfel
13: Würfel
14: Würfel
15: Wellenleiter
16: Wellenleiter
17: Stirnfläche
18: Stirnfläche
19: Zweig des Wellenleiter-Strahlteilers
20: Zweig des Wellenleiter-Strahlteilers
21: Zweig des Wellenleiter-Strahlteilers
22: Zweig des Wellenleiter-Strahlteilers
23: Biegung im Wellenleiter
24: Biegung im Wellenleiter
25: Verbindung zu Wellenleiter
26: Verbindung zu Wellenleiter
27: Wellenleiter
28: Wellenleiter
29: optische Faser
30: optische Faser
31: Wellenleiter
32: Wellenleiter
33: optische Faser
34: erster Abschnitt der vierten Ausführungsform
35: Lichtquelle
36: zweiter Abschnitt der vierten Ausführungsform
37: Strahlteiler
38: Ausbreitungspfad
39: Ausbreitungspfad
40: Ausbreitungspfad
41: Ausbreitungspfad
42: Niedertemperatur-Bondingbereich
43: Bragg-Gitter
44: Modulator
45: Elektrodenpaar
46: Elektrodenpaar
47: Elektrodenpaar
48: Kombinator
49: kombinierter Ausbreitungspfad
50: optischer Verstärker
51: dotiertes Glassubstrat
52: Pumplaser-Lichtquelle
53: optische Faser
54: Niedertemperatur-Bondingbereich
55: optische Faser
56: Ausbreitungspfad
57: Ausbreitungspfad
58: Ausbreitungspfad
59: wellenlängenabhängiger Strahlteiler
60: optischer Verstärker
61: optischer Verstärker
62: optischer Verstärker
63: Niedertemperatur-Bondingbereich
64: Kombinator
65: kombinierter Ausbreitungspfad
66: optische Faser
67: Silikatglaskörper
68: Lichtquelle
69: Lichtquelle
70: Lichtquelle
71: optischer Verstärker
72: optischer Verstärker
73: Niedertemperatur-Bondingbereich
74: optische Faser
75: Niedertemperatur-Bondingbereich
76: optischer Ausbreitungspfad
77: Pumplichtquelle
78: Pumplichtquelle
79: Photodetektor
80: Photodetektor
81: Niedertemperatur-Bondingbereich
82: optische Faser
83: Photodiode
84: Photodiode
85: Photodiode
86: optischer Verstärker
87: optischer Verstärker
88: optischer Verstärker
89: optische Faser
90: Arrayed Waveguide Grating (AWG)
91: Niedertemperatur-Bondingbereich
92: optischer Ausbreitungspfad
93: optischer Ausbreitungspfad
94: optischer Ausbreitungspfad
95: Photodiode
96: Photodiode
97: Laserdioden-Lichtquelle
98: Laserdioden-Lichtquelle
99: Laserdioden-Lichtquelle
100: Photodiode
101: Arrayed Waveguide Grating (AWG)
102: optische Faser
103: Ausbreitungspfad
104: Ausbreitungspfad
105: Ausbreitungspfad
106: Ausbreitungspfad
107: Mach-Zehnder-Interferometer
108: Mach-Zehnder-Interferometer
109: Mach-Zehnder-Interferometer
110: Mach-Zehnder-Interferometer
111: Ausbreitungspfad
112: Ausbreitungspfad
113: Ausbreitungspfad
114: Ausbreitungspfad
115: passives Glas des Mach-Zehnder-Interferometers
116: passives Glas des Mach-Zehnder-Interferometers
117: thermooptisches Glas oder elektrooptisches Material
118: Zweig des Mach-Zehnder-Interferometers
119: Zweig des Mach-Zehnder-Interferometers
120: Ausgang des Mach-Zehnder-Interferometers
121: Ausgang des Mach-Zehnder-Interferometers
122: Ausbreitungspfad für Auskoppelsignal
123: Ausbreitungspfad für Auskoppelsignal
124: Ausbreitungspfad für Auskoppelsignal
125: Ausbreitungspfad für Auskoppelsignal
126: Ausbreitungspfad zu Kombinator
127: Ausbreitungspfad zu Kombinator
128: Ausbreitungspfad zu Kombinator
129: Ausbreitungspfad zu Kombinator
130: Kombinator
131: optischer Verstärker
132: optische Faser
133: optische Faser
134: Koppler/Strahlteiler
135: erste Anordnung von Wellenleitern in erstem Abschnitt
136: zweite Anordnung von Wellenleitern in zweitem Abschnitt
137: dritte Anordnung von Wellenleitern in drittem Abschnitt
138: Koppler/Kombinator
139: optische Faser
140: optische Faser
141: optische Faser
142: optische Faser
143: Niedertemperatur-Bondingbereich
144: Niedertemperatur-Bondingbereich

Claims

Photonische Vorrichtung, umfassend: einen ersten Abschnitt, der ein Material umfasst, das dafür ausgelegt ist, mit Photonen zu interagieren, einen zweiten Abschnitt, der ein Material umfasst, das dafür ausgelegt ist, mit Photonen zu interagieren, wobei ein Bereich des ersten Abschnitts und ein Bereich des zweiten Abschnitts aneinander anstoßen, dadurch gekennzeichnet, dass polierte Oberflächen (3, 6) zumindest eines Teils des ersten Bereichs und eines Teils des zweiten Bereichs mit einem Niedertemperatur-Bondingprozess mit einer speziell angepassten Lösung zusammengefügt werden und einem aufgebrachten erhöhten Druck sowie einer Niedertemperatur-Aushärtung ausgesetzt werden; wobei a) zumindest der Teil des Bereichs aus dem ersten Material und der Teil des Bereichs aus dem zweiten Material einen Bondingbereich definieren, wobei das erste Material zumindest einen Abschnitt aufweist, in dem sich der Brechungsindex von einem Brechungsindex zumindest eines Abschnitts des zweiten Materials unterscheidet, und wobei die photonische Vorrichtung einen Wellenleiter (27, 28, 31, 32) darstellt, der in einem Substratbereich aus dem ersten Material vergraben ist und sich schräg zu einer Oberfläche des ersten Materials erstreckt; oder wobei b) ein im Wesentlichen dreidimensionaler optischer Chip mit Wellenleitern ausgebildet ist, welche aktive und passive optische Bauelemente verbinden; oder wobei c) die photonische Vorrichtung einen Sender darstellt und der erste Abschnitt eine Lichtquelle (35, 68, 69, 70, 77, 78) umfasst und der zweite Abschnitt einen Strahlteiler (37) zum Aufspalten eines Ausbreitungsweges der von der Lichtquelle emittierten Photonen auf eine Mehrzahl von Ausbreitungswegen umfasst, wobei ein Modulator (44) mit zumindest einem Zweig des Strahlteiler (37) verbunden ist, um ein Element aus der Gruppe, bestehend aus einer Phase der Photonen, einer Intensität der Photonen und einer Polarisation der Photonen, zu modulieren, wobei die Photonen durch den Modulator (44) laufen; oder wobei d) die photonische Vorrichtung einen Verstärker (60, 61, 62) darstellt und der erste Abschnitt einen wellenlängenabhängigen Strahlteiler (59) umfasst, der Bänder mit unterschiedlichen Wellenlängen in unterschiedliche Ausbreitungswege aufspaltet, und der zweite Abschnitt ein für zumindest eines der Wellenlängenbänder, die einem der Ausbreitungswege des wellenlängenabhängigen Strahlteilers zugeordnet sind, verstärkendes Material umfasst; oder wobei e) die photonische Vorrichtung einen Verstärker (50, 60–62, 71, 72) darstellt, der eine Mehrzahl von Verstärkungsabschnitten aufweist, die verstärkendes Material umfassen und in einer Lichtausbreitungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und wobei der erste Abschnitt einen ersten Verstärkungsabschnitt umfasst und der zweite Abschnitt einen zweiten Verstärkungsabschnitt umfasst; oder wobei f) die photonische Vorrichtung einen Empfänger darstellt und der erste Abschnitt einen Photodetektor umfasst und der zweite Abschnitt zumindest einen Wellenleiter (4, 15, 16, 135, 136, 137) zum Führen von Photonen zu dem Photodetektor umfasst; oder wobei g) die photonische Vorrichtung einen optischen Abzweigmultiplexer darstellt und der erste Abschnitt einen Demultiplexer zum Entmultiplexen von Licht auf eine Mehrzahl von Ausbreitungswegen umfasst und der zweite Abschnitt optische Schaltmittel zum Umschalten zwischen Licht von dem Multiplexer und eingekoppeltem Licht umfasst, wobei der zweite Abschnitt mit einem Multiplexerabschnitt zum Multiplexen von Licht von einer Mehrzahl von Ausbreitungswegen auf einen einzigen Ausbreitungsweg verbunden ist; oder wobei h) die photonische Vorrichtung zumindest einen ersten Wellenleiter (135) in dem ersten Abschnitt aufweist, welcher ein Material mit einem Brechungsindex n₁ mit einem positiven Temperaturkoeffizienten ∂n₁/∂T umfasst, und wobei zumindest ein zweiter Wellenleiter (136) in dem zweiten Abschnitt ein Material mit einem Brechungsindex n₂ mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ∂n₂/∂T umfasst, wobei der erste und der zweite Wellenleiter optisch miteinander verbunden sind.
Photonische Vorrichtung gemäß einer der Alternativen a) bis e) oder g) bis h) aus Anspruch 1, bei welcher der Wellenleiter (27, 28, 31, 32) in dem ersten Material mit einem sich in dem zweiten Material erstreckenden Wellenleiter (27, 28, 31, 32) verbunden ist.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative c) oder d) aus Anspruch 1, bei welcher der Strahlteiler ein Material umfasst, das dafür ausgelegt ist, Licht von der Lichtquelle zu verstärken.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das Material ein aktives Phosphatlaserglas ist.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative c) oder d) aus Anspruch 1, bei welcher ein verteilter Bragg-Reflektor (43) mit zumindest einem Zweig des Strahlteilers (37) verbunden ist.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative c) aus Anspruch 1, bei welcher ein_, Kombinator (48) mit dem Modulator (44) verbunden ist, um die Ausbreitungswege (38–41) der Photonen zusammenzuführen und einen kombinierten Ausbreitungsweg (49) für die Photonen bereitzustellen.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher ein optischer Verstärker (50) mit dem Kombinator (48) verbunden ist, um Licht zu verstärken, das durch den Kombinator (48) gelaufen ist.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative d) aus Anspruch 1, bei welcher der wellenlängenabhängige Strahlteiler (59) Licht in eine Mehrzahl von Bändern mit unterschiedlichen Wellenlängen aufspaltet, wobei jedes der Bänder mit unterschiedlicher Wellenlänge einem anderen Ausbreitungsweg zugeordnet ist, und wobei der zweite Abschnitt eine Mehrzahl von Abschnitten umfasst, die ein verstärkendes Material umfassen, das zumindest einem der zugeordneten Wellenlängenbänder zugeordnet ist.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher jeder der Abschnitte, die ein verstärkendes Material umfassen, einen Dotierstoff enthält, der ein Seltenerdelement darstellt, das in seinen Verstärkungseigenschaften für das zugeordnete Wellenlängenband ausgelegt ist, um Licht des zugeordneten Wellenlängenbandes zu verstärken.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher jeder der Abschnitte, die ein verstärkendes Material umfassen, optisch mit einer Diodenlaser-Lichtquelle (68, 69, 70) gepumpt wird, die auf eine Absorptionscharakteristik des das verstärkende Material umfassenden Abschnitts ausgelegt ist.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der Strahlteiler (59) ein Arrayed-Waveguide-Grating (90, 101) darstellt und Licht in Übertragungsbänder aufspaltet, die im Wesentlichen bei 1,3 μm, 1,4 μm und 1,5 μm zentriert sind, wobei das Übertragungsband bei 1,3 μm einem praseodymdotierten Chalkogenidglas zugeordnet ist und die zugeordnete Diodenlaser-Lichtquelle Pumplichtwellenlängen aufweist, die bei etwa 1020 nm zentriert sind, das Übertragungsband bei 1,4 μm einem Tm-dotierten Fluoridglas zugeordnet ist und die zugeordnete Diodenlaser-Lichtquelle Pumplichtwellenlängen aufweist, die bei etwa 800 nm zentriert sind, und das Übertragungsband bei 1,5 μm einem erbiumdotierten Phosphatglas zugeordnet ist und die zugehörige Diodenlaser-Lichtquelle Pumplichtwellenlängen aufweist, die bei etwa 980 nm zentriert sind.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative e) aus Anspruch 1, bei welcher ein Kombinator (64) die Ausbreitungswege zusammenführt, die sich durch die Mehrzahl von Abschnitten erstrecken, welche verstärkendes Material umfassen, und mit einem Wellenleiter zum Übertragen des verstärkten Lichts verbunden ist.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative d) oder e) aus Anspruch 1, bei welcher jedes der verstärkenden Materialien einen Dotierstoff enthält, der ein Seltenerdelement darstellt, das in seinen Verstärkungseigenschaften für ein zugeordnetes Wellenlängenband zum Verstärken von Licht des zugeordneten Wellenlängenbandes ausgelegt ist.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher jeder der Abschnitte, die ein verstärkendes Material enthalten, optisch mit einer Diodenlaser-Lichtquelle (97, 98, 99) gepumpt wird, die für eine Absorptionscharakteristik des verstärkenden Materials ausgelegt ist.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative e) aus Anspruch 1, bei welcher die mehreren Verstärkungsabschnitte eine Gesamtverstärkung bestimmen, die über ein ausgedehntes Wellenlängenintervall eine erhöhte Verstärkung im Vergleich zu einem der Verstärkungsabschnitte ausmacht.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative f) aus Anspruch 1, bei welcher der Photodetektor eine Photodiode (83, 84, 85, 95, 96, 100) darstellt.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative c), f) oder g) aus Anspruch 1, bei welcher der zweite Abschnitt ein lichtverstärkendes Material zur Verstärkung von durch den Wellenleiter (4, 15, 16, 135, 136, 137) laufenden Photonen umfasst.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher das verstärkende Material einen Seltenerd-Dotierstoff umfasst, der mittels einer Lichtquelle optisch gepumpt wird.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die optische Pumplichtquelle ein Laserdioden-Pumplaser (97, 98, 99) ist.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative e) aus Anspruch 1, bei welcher ein Wellenleiterabschnitt mit dem verstärkenden Material verbunden ist und wobei eine Photodiode mit einem Wellenleiter des Wellenleiterabschnitts verbunden ist, um eine Pumplichtintensität einer Laserdioden-Pumplichtquelle, die dem verstärkenden Material zugeordnet ist, zu steuern.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative g) aus Anspruch 1, wobei die photonische Vorrichtung einen optischen Abzweigmultiplexer darstellt und der zweite Abschnitt eine Mehrzahl von Eintrittsports für einzukoppelndes Licht sowie eine Mehrzahl von Austrittsports für auszukoppelndes Licht umfasst, wobei das auszukoppelnde Licht mit Hilfe der optischen Schaltmittel zu den Austrittsports geschaltet wird.
Photonische Vorrichtung gemäß der Alternative g) aus Anspruch 1, bei welcher die Schaltmittel Interferometer vom Mach-Zehnder-Typ (107, 108, 109, 110) umfassen, und zwar für eine im Wesentlichen absorptionsfreie Umschaltung der Ausbreitungsrichtung der Photonen auf Grundlage einer Änderung der optischen Weglänge in zumindest einem der Arme des Mach-Zehnder- Interferometers (107, 108, 109, 110).
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher die Änderung der optischen Weglänge des zumindest einen Arms des Mach-Zehnder-Interferometers (107, 108, 109, 110) thermooptisch eingebracht wird.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher die Änderung der optischen Weglänge des zumindest einen Arms des Mach-Zehnder-Interferometers (107, 108, 109, 110) elektrooptisch eingebracht wird.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher das ausgekoppelte Licht durch einen optischen Verstärker (60, 61, 62, 71, 72) verstärkt wird und das entmultiplexte Licht durch einen optischen Verstärker (60, 61, 62, 71, 72) verstärkt wird.
Photonische Vorrichtung gemäß Alternative h) aus Anspruch 1, bei welcher ein Gesamttemperaturkoeffizient für einen effektiven Brechungsindex, den ein Photon erfährt, das sich durch den ersten (135) und den zweiten Wellenleiter (136) hindurch ausbreitet, im Wesentlichen temperaturunabhängig ist.
Photonische Vorrichtung gemäß Alternative h) aus Anspruch 1, welche einen dritten Abschnitt aufweist, der ein Material mit einem Brechungsindex n₃ mit einem positiven Temperaturkoeffizienten ∂n₃/∂T umfasst, wobei ein dritter Wellenleiter (137) in dem dritten Abschnitt optisch mit dem zweiten Wellenleiter (136) verbunden ist.
Photonische Vorrichtung nach Anspruch 27, bei welcher ein Gesamttemperaturkoeffizient für einen effektiven Brechungsindex, den ein Photon erfährt, das sich durch den ersten, zweiten und dritten Wellenleiter (137) hindurch ausbreitet, im Wesentlichen temperaturunabhängig ist.
Photonische Vorrichtung gemäß Alternative h) aus Anspruch 1, bei welcher die photonische Vorrichtung einen Multiplexer/Demultiplexer darstellt, der eine Mehrzahl erster Wellenleiter (135), eine Mehrzahl zweiter Wellenleiter (136) und eine Mehrzahl dritter Wellenleiter (137) umfasst.