DE60127146T2

DE60127146T2 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE60127146T2
Application number: DE60127146T
Authority: DE
Inventors: Osamu Nagoya-shi Mitomi; Takenori Nagoya-shi Ichigi; Masatsugu Nagoya-shi Oshima; Jun Nagoya-shi Okumura; Masataka c/o NGK Insulators Nagoya-shi Yamashita
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: EP1319973A4; JPWO2002023264A1; EP1319973A1; WO2002023264A1; US20020159706A1; EP1319973B1; US7184631B2; DE60127146D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, die Teil eines photonischen Netzwerks ist, das beispielsweise das Wellenlängen-Multiplex- (WDM-) Verfahren einsetzt.
STAND DER TECHNIK
Mit der Entwicklung des photonischen Netzwerks und der optischen Schalttechnologie werden optische Vorrichtungen, beispielsweise ein optischer Schalter unter Einsatz eines optischen Wellenleiters, Lichtwellenleitervorrichtungen, wie z.B. als Optikmodulatoren, tendenziell oft eingesetzt.
Es gibt beispielsweise zwei Typen von optischen Schaltern – einen ersten Typ, der einen Richtkoppler oder einen Mach-Zender-Interferenzwellenleite nutzt und einen zweiten Typ, der einen Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter nutzt.
Der optische Schalter des ersten Typs funktioniert analog, wobei beispielsweise die Intensität des Ausgangslichts von dem Schalter schrittweise fast bis Null reduziert wird, wenn die für den Schaltvorgang angelegte Spannung ansteigt, und die Intensität dann wieder ansteigt, wenn die Spannung danach weiter ansteigt. Der optische Schalter des zweiten Typs funktioniert im Allgemeinen hingegen digital und führt die Ein-Aus-Funktion durch das Anlegen einer Spannung mit einem bestimmten Wert aus.
Der optische Schalter des ersten Typs erfüllt eine Ein-Aus-Funktion durch die Änderung der Phase der Lichtwellen, die sich in einem Wellenleiter fortpflanzen. Da der optische Schalter des ersten Typs deshalb den Schaltvorgang beispielsweise nur durch eine leichte Veränderung des Brechungsindex eines Wellenleiters mit einem elektro-optischen Effekt erfüllen kann, weist der optische Schalter des ersten Typs den Vorteil auf, eine relativ geringe Betriebsspannung und eine vergleichsweise hohe Betriebseffizienz aufzuweisen.
Der optische Schalter des ersten Typs hat jedoch den Nachteil, dass er eine relativ große Größe erfordert. Um die Ein-Aus-Funktion zu erfüllen, ist es erforderlich, die Betriebsspannung des optischen Schalters des ersten Typs auf einen geeigneten Wert gemäß den Schalteigenschaften des Schalters einzustellen. In der Folge weist ein Stromkreis zur Steuerung des optischen Schalters eine komplexe Konstruktion auf, insbesondere wenn die Vorrichtung eine Vielzahl von Schaltungselementen, wie z.B. eine Koppelmatrix, aufweist, ist es erforderlich, die Spannung für jeden Schalter fein anzupassen.
Der optische Schalter des zweiten Typs weist hingegen den Vorteil einer vergleichsweise geringen Größe auf. Da es ausreicht, eine Spannung anzulegen, die nicht geringer ist als ein bestimmter Wert, um den Schaltvorgang durchzuführen, hat der optische Schalter des zweiten Typs den Vorteil, dass er keinen Stromkreis zur Steuerung benötigt und im Vergleich mit dem optischen Schalter des ersten Typs leicht zu steuern ist.
1A zeigt eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung des zweiten Typs, 1B ist ein Diagramm, das den bei I-I vorgenommenen Querschnitt von 1A zeigt, und 1C ist ein Diagramm, das den von einer gestrichelten Linie umgebenen Teil in 1A zeigt. Diese optische Vorrichtung umfasst eine Kernschicht 1 mit einem Kreuzwellenleiter, eine Ummantelungsschicht 2, eine Elektrode 3, die auf dem Kreuzwellenleiter angeordnet ist und ein Substrat 4, wobei die Ummantelungsschicht 2 auf dem Substrat 4 ausgebildet ist.
Diese optische Vorrichtung nutzt beim Schaltvorgang das Totalreflexionsphänomen von Licht. Das bedeutet, dass der Brechungsindex eines Wellenleiters unmittelbar unterhalb der Elektrode 3, wenn eine bestimmte Spannung an die Elektrode 3 angelegt oder Strom in die Elektrode 3 gespeist wird, durch einen elektro-optischen (EO) Effekt oder einen thermo-optischen (TO) Effekt des Materials, aus dem der Wellenleiter besteht, verändert wird.
Aufgrund dieses Vorgangs verläuft ein Eingangslicht P0 gerade durch den Wellenleiter und wird ein Ausgangslicht P1 oder wird durch die Oberfläche unmittelbar unterhalb der Elektrode 3 totalreflektiert, um ein Ausgangslicht P2 zu werden.
Um im Fall einer optischen Vorrichtung des zweiten Typs jedoch die Veränderung des Brechungsindex zu erzeugen, die erforderlich ist, um die Totalreflexion hervorzurufen, ist es erforderlich, die Betriebsspannung des optischen Schalters des zweiten Typs höher zu wählen als bei der optischen Vorrichtung des ersten Typs.
Da es in diesem Fall möglich ist, das Ausmaß der Veränderung des Brechungsindex, das erforderlich ist, um die Totalreflexion hervorzurufen, gering zu halten, indem der Verzweigungswinkel des Kreuzwellenleiters θ entsprechend definiert wird, kann die Effizienz des Schaltvorgangs verbessert werden. Da jedoch gilt, dass die optische Vorrichtung umso größer ist, je geringer der Verzweigungswinkel θ ist, besteht jedoch der Nachteil, dass die Dämpfung und Kreuzkopplung deutlich ansteigen.
Um etwas dagegen zu tun, wird ein Verfahren, wie in Electronics Letters Band 25, Nr. 11, 730–731 (1989) beschrieben, eingesetzt, bei dem die Kreuzkopplung unterdrückt wird, indem die Kernschicht eines Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters breiter gestaltet wird als die Kernschichten eines Eingangslichtwellenleiters und eines Ausgangslichtwellenleiters.
In diesem Fall weist der Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter eine vergleichsweise große Querschnittsfläche auf, wodurch der Lichteinschlusseffekt in dem Wellenleiter bemerkenswert ausgeprägt ist und so ein sogenannter Multimodewellenleiter gebildet wird, in dem die Fortpflanzung in einer Vielzahl von Moden erfolgt.
Zu diesem Zweck wird aufgrund einer kleinen Variation in Bezug auf die Form und das Materials des Wellenleiters eines Produkts ein Eingangslicht in einer Grundmode von dem Eingangslichtwellenleiter durch die Fortpflanzung durch diesen Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter in ein Licht in einer Mode höherer Ordnung umgewandelt.
Die Strahlungsdämpfung oder der Kreuzkopplungsverlust des optischen Ausgangswellenleiters durch eine solche Umwandlung steigt, und somit kann die optische Vorrichtung eine bemerkenswert hohe Dämpfung aufweisen.
Außerdem besteht, wenn der Brechungsindex des Wellenleiters durch den thermooptischen Effekt verändert wird, ein Verhältnis zwischen dem Ausmaß der Veränderung des Brechungsindex und der Temperaturverteilung, so dass die Elektrode 3 die höchste Temperatur aufweist. Weil die Totalreflexionsoberfläche des Lichts, die durch die Veränderung des Brechungsindex des Wellenleiters gebildet wird, dieselbe Form wie die Temperaturverteilung aufweist und zu der Oberfläche der Ummantelungsschicht 2 nicht rechtwinklig, sondern schräg angeordnet ist, wird ein Teil des durch die Totalreflexionsoberfläche reflektierten Lichts aus dem Wellenleiter abgestrahlt, wodurch der Verlust steigt. Ein Teil des Lichts kann auch an den Ausgangslichtwellenleiter, der dem Eingangslichtwellenleiter gegenüberliegt, gekoppelt werden, und die Kreuzkopplung kann beeinträchtigt werden.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die optische Dämpfung und die Kreuzkopplung zu senken sowie die Betriebseffizienz zu steigern.
In dem Artikel "Reduction of crosstalk and losses of intersecting waveguide" von K. Aretz et al., Electronics Letters, Band 25, Nr. 11, 730–731 (25. Mai 1989) werden die experimentellen Ergebnisse in Bezug auf Kreuzkopplung und Dämpfungen von einander schneidenden Ti:LiNbO₃-Wellenleitern angeführt. Die Wellenleiter sind im Kreuzungsbereich verjüngt, um eine geringe Kreuzkopplung zu erzielen.
JP-A-63-025631 offenbart einen Lichtwellenleiterschalter, in dem zwei Lichtwellenleiter einander schneiden. Jeder Wellenleiter besteht aus einem Kern mit hohem Brechungsindex und einem Kern mit einem geringen Brechungsindex.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine optische Vorrichtung wie in Anspruch 1 beschrieben und ein Verfahren wie in Anspruch 12 beschrieben bereitgestellt.
In dem Eingangslichtwellenleiter, dem Ausgangslichtwellenleiter und dem Verbindungswellenleiter werden der Koppelverlust mit dem optischen Element oder dem Lichtwellenleiter, der mit dem Eingangslichtwellenleiter verbunden werden soll, und der Strahlungsverlust in dem Verbindungswellenleiter in Übereinstimmung mit der Reduktion der Strahlfleckgröße eines Lichts aufgrund der Steigerung des optischen Einschlusses reduziert.
In einem Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter werden die Lichtbrechung und demnach die Dämpfung und die Kreuzkopplung reduziert, wenn die Strahlfleckgröße des Lichts ansteigt.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzt, größer ist als die des Lichts, das sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder den Verbindungswellenleiter fortpflanzt, und dadurch der Lichteinschluss ausgeprägt und die Lichtbrechung gering ist, werden die Dämpfung und die Kreuzkopplung der optischen Vorrichtung reduziert. In Hinblick auf die Betriebseffizienz wird der Verzweigungswinkel vorzugsweise klein gestaltet, jedoch ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Betriebseffizienz der optischen Vorrichtung zu verbessern, da es möglich ist, einen relativ kleinen Verzweigungswinkel zu erzielen, ohne die Dämpfung und die Kreuzkopplung durch eine relativ große Strahlfleckgröße des sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzenden Lichts zu beeinflussen.
In dieser Beschreibung bezeichnet Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter einen Verzweigungswellenleiter oder einen Kreuzwellenleiter.
Um Dämpfung und Kreuzkopplung zu reduzieren, beträgt die Strahlfleckgröße des sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzenden Lichts vorzugsweise nicht weniger als 5 μm, und die Strahlfleckgröße des sich durch einen Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder den Verbindungswellenleiter fortpflanzenden Lichts vorzugsweise weniger als 5 μm.
Wenn die Strahlfleckgröße des sich durch einen Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzenden Lichts in der vorliegenden Erfindung nicht weniger als 5 μm beträgt, ist es möglich, dass der Lichteinschluss in dem Eingangslichtwellenleiter, dem Verzweigungs-/Kreuzlichtwellenleier oder dem Verbindungswellenleiter ausgeprägt und die Beugung des Lichts in dem Verzweigungs-/Kreuzlichtwellenleiter gering gestaltet wird, wodurch die Dämpfung und die Kreuzkopplung der optischen Vorrichtung unabhängig von der Strahlfleckgröße des sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder den Verbindungswellenleiter fortpflanzenden Lichts gesenkt werden.
Um die Auswirkung einer merklichen Kreuzkopplungsreduktion zu erzielen, beträgt das Verhältnis von Breite zu Dicke des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters vorzugsweise nicht weniger als 10/4.
Vorzugsweise betragen die Breite und die Dicke des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters jeweils nicht weniger als 10 μm bzw. nicht mehr als 4 μm und noch bevorzugter beträgt der Verzweigungs-/Kreuzwinkel des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters 3 bis 6 Grad. Der Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter besteht beispielsweise aus einem Einmodenwellenleiter.
Vorzugsweise weist der Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter einen verjüngten Wellenleiter auf. Da es möglich ist, die Strahlfleckgröße zwischen den Wellenleitern, die verschiedene Strahlfleckgrößen aufweisen, dadurch schrittweise zu verändern, kann die Dämpfung reduziert werden.
Vorzugsweise ist es möglich, die Dämpfung zwischen dem Eingangslichtwellenleiter und der optischen Vorrichtung, wie z.B. einem linearen Lichtstromkreis (PLC) und einer optischen Halbleitervorrichtung, oder einem Lichtwellenleiter, wie z.B. einer optischen Faser, dadurch zu reduzieren, dass die Strahlfleckgröße des Lichteingangssignals in den Eingangslichtwellenleiter im Wesentlichen der Strahlfleckgröße des Lichts entspricht, das aus dem optischen Element oder dem Lichtwellenleiter, dem mit dem Eingangslichtwellenleiter verbunden werden soll, austritt.
Wenn die Strahlfleckgröße des Lichts, das aus dem Ausgangslichtwellenleiter austritt im Wesentlichen der Strahlfleckgröße des Lichteingangssignals in das optische Element oder den Lichtwellenleiter, der mit dem optischen Ausgangslichtwellenleiter verbunden werden soll, entspricht, ist es möglich, die Dämpfung zwischen dem optischen Ausgangslichtwellenleiter und der optischen Vorrichtung oder dem Lichtwellenleiter zu reduzieren.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann außerdem ein Mittel für das Überschalten der Fortpflanzungsrichtung des Lichteingangssignals in den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter umfassen, wobei das Mittel in diesem Fall zumindest eine Elektrode für die Veränderung des Brechungsindex des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters beispielsweise durch das Anlegen einer bestimmten Spannung oder das Speisen mit einem bestimmten Strom umfasst.
Vorzugsweise umfasst die optische Vorrichtung Folgendes:
eine Kernschicht, in der der Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter ausgebildet ist;
eine erste Ummantelungsschicht mit einem spezifischen Brechungsindex, wobei die Kernschicht auf einem Teil der Oberfläche der ersten Ummantelungsschicht ausgebildet ist;
eine zweite Ummantelungsschicht mit einem anderen Brechungsindex als die erste Ummantelungsschicht, wobei die Kernschicht zwischen der ersten Ummantelungsschicht und der zweiten Ummantelungsschicht bereitgestellt ist; und
zumindest eine Elektrode für die Änderung des Brechungsindex des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters durch das Anlegen einer bestimmten Spannung oder das Speisen mit einem bestimmten Strom.
Da die zweite Ummantelungsschicht einen anderen Brechungsindex als die erste Ummantelungsschicht aufweist, kann die Totalreflexionsoberfläche im Wesentlichen rechtwinklig auf die Oberfläche der zweiten Ummantelungsschicht stehen. In der Folge wird die Dämpfung gesenkt, da das durch die Totalreflexionsoberfläche reflektierte Licht im Wesentlichen nicht aus einem Wellenleiter austritt. Die Minderung der Kreuzkopplung ist ebenfalls eine Folge der Kopplung eines Teils des Lichts in den Ausgangslichtwellenleiter, der dem Eingangslichtwellenleiter gegenüber liegt.
In Hinblick auf die Senkung der Dämpfung ist die erste Ummantelungsschicht vorzugsweise zwischen 4 μm und 40 μm, und noch bevorzugter zwischen 4 μm und 15 μm, dick.
Eine Kernschicht mit einem Einmodenlichtwellenleiter weist keinen merklich ausgeprägten Lichteinschlusseffekt auf, da die Querschnittsfläche der Kernschicht vergleichsweise klein ist, und wird im Allgemeinen als flache Kernschicht bezeichnet.
Die Kernschicht kann einen Einmodeneingangslichtwellenleiter, einen Einmodenverzweigungs-/kreuzwellenleiter und einen Einmodenausgangslichtwellenleiter aufweisen,
die Elektrode kann eine rechteckige Elektrode sein, die nahe des Einmodenverzweigungs-/kreuzwellenleiters angeordnet ist,
das Verhältnis der Breite der Elektrode zu der des Wellenleiters kann nicht weniger als 0,2 und/oder nicht mehr als 3 betragen, so dass die optische Vorrichtung die Funktion erfüllt, Licht zu schalten, so dass es von dem Einmodenverzweigungs-/kreuzwellenleiter durch die erste Ummantelungsschicht hindurchtritt und sich wiederum durch den Einmodenverzweigungs-/kreuzwellenleiter fortpflanzt.
In diesem Fall ist es möglicht, auch wenn das Verhältnis der Breite der Elektrode zu der des Lichtwellenleiters relativ groß ist, eine im Wesentlichen geringe Zusatzdämpfung und eine relativ große Extinktionsrate des Schaltens zu erhalten, da der optische Einschluss nicht bemerkenswert ausgeprägt ist. Das Verhältnis der Breite der Elektrode zu der des Lichtwellenleiters wird durch das Verhältnis zwischen der Temperatur der Elektrode und der Antriebsleistung bestimmt.
Die erste Ummantelungsschicht und die zweite Ummantelungsschicht bestehen beispielsweise beide aus einem Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, und der Brechungsindex der ersten Ummantelungsschicht ist geringer als der der zweiten Ummantelungsschicht.
Alternativ dazu bestehen die erste und die zweite Ummantelungsschicht beide aus einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, und der Brechungsindex der ersten Ummantelungsschicht ist höher als der der zweiten Ummantelungsschicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine graphische Darstellung eines herkömmlichen optischen Schalters.
2 ist eine graphische Darstellung, welche eine optische Vorrichtung zeigt, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist.
3 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen dem Verzweigungswinkel θ und der Dämpfung des Kreuzwellenleiters zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen dem Verzweigungswinkel θ und der Kreuzkopplung des Kreuzwellenleiters zeigt.
5 ist eine graphische Darstellung, welche das Prinzip der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Größe des Wellenleiters und der Dämpfung mit der optischen Faser zeigt.
7 ist eine graphische Darstellung, welche eine Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Breite einer Kernschicht mit einer Dicke von 1 μm oder 2 μm und der Kreuzkopplung der zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Breite einer Kernschicht mit einer Dicke von 2 μm oder 4 μm und der Kreuzkopplung der zweiten Ausführungsform zeigt.
10 ist eine graphische Darstellung, welche die Verteilung der Lichtintensität in dem Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter der in 7 dargestellten Ausführungsform der optischen Vorrichtung zeigt.
11 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen dem Verzweigungswinkel θ und der Kreuzkopplung in dem Kreuzwellenleiter zeigt, wenn die Dicke der Kernschicht 4 μm beträgt.
12 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen dem Verzweigungswinkel θ und der Kreuzkopplung in dem Kreuzwellenleiter zeigt, wenn die Dicke der Kernschicht 3 μm beträgt.
13 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen dem Verzweigungswinkel θ und der Kreuzkopplung in dem Kreuzwellenleiter zeigt, wenn die Dicke der Kernschicht 2 μm beträgt.
14 ist eine graphische Darstellung einer optischen Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist.
15 ist eine graphische Darstellung einer optischen Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist.
16 ist eine graphische Darstellung einer Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine graphische Darstellung einer Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine graphische Darstellung, welche die Temperaturverteilung einer optischen Vorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
19 ist eine graphische Darstellung, welche die Temperaturverteilung einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung mit einem Brechungsindexunterschied von 0,05% zeigt.
20 ist eine graphische Darstellung, welche die Temperaturverteilung einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung mit einem Brechungsindexunterschied von 0,10% zeigt.
21 ist eine graphische Darstellung, welche die Temperaturverteilung einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung mit einem Brechungsindexunterschied von 0,20% zeigt.
22 ist eine graphische Darstellung einer Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine graphische Darstellung einer optischen Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist.
24 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Dicke der ersten Ummantelungsschicht und der Dämpfung zeigt.
25 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Dicke der ersten Ummantelungsschicht und dem Leistungsverbrauch zeigt.
26 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen der Breite der Elektrode und der des Lichtwellenleiters in einer optischen Vorrichtung nach dem Stand der Technik.
27 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen der Breite der Elektrode und der des Lichtwellenleiters in einer optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
28 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verhältnisses der Breite der Elektrode zu der des Lichtwellenleiters, der Temperatur der Elektrode und der Antriebsleistung der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. In den untenstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die optische Vorrichtung erläutert, die einen flachen Kern als Kernschicht nutzt, jedoch ist die optische Vorrichtung nicht darauf beschränkt, solange es nicht speziell beschrieben wird.
2A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, und 2B zeigt einen bei II-II in 2A vorgenommenen Querschnitt. Die Beschreibung dieser Vorrichtung wird aufgrund von technischen Informationen angeführt.
Diese optische Vorrichtung, die als ein optischer 1 × 2 – Schalter ausgebildet ist, umfasst eine Kernschicht 11, eine Ummantelungsschicht 12 und eine Elektrode 13, die auf einem Kreuzwellenleiter und einem Substrat 14 angeordnet sind, wobei die Ummantelungsschicht 12 auf dem Substrat 14 ausgebildet ist.
Die Kernschicht 11 weist Eingangslichtwellenleiter 21a und 21b, einen Kreuzwellenleiter 22, Ausgangslichtwellenleiter 23a und 23b, Verbindungswellenleiter 24a und 24b, die jeweils den Eingangslichtwellenleiter 21a und den Eingangslichtwellenleiter 21b mit dem Kreuzwellenleiter 22 verbinden, und Verbindungswellenleiter 25a und 25b auf, die jeweils den Ausgangslichtwellenleiter 23a und den Ausgangslichtwellenleiter 23b mit dem Kreuzwellenleiter 22 verbinden. Die Verbindungswellenleiter 24a, 24b, 25a und 25b weisen jeweils gekrümmte Wellenleiter 26a, 26b, 27a und 27b und verjüngte Wellenleiter 28a, 28b, 29a und 29b auf. Diese Eingangslichtwellenleiter 21a und 21b, Kreuzwellenleiter 22, Ausgangslichtwellenleiter 23a und 23b und Verbindungswellenleiter 24a, 24b, 25a und 25b sind alle Einmodenlichtwellenleiter.
In dieser Vorrichtung ist die Breite des Kreuzwellenleiters 22 geringer als die der Eingangslichtwellenleiter 21a und 21b, der Ausgangslichtwellenleiter 23a und 23b und der gekrümmten Wellenleiter 26a, 26b, 27a und 27b. Die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Kreuzwellenleiter 22 fortpflanzt, ist größer als die des Lichts, das sich durch die Eingangslichtwellenleiter 21a und 21b, die Ausgangslichtwellenleiter 23a und 23b oder die Verbindungswellenleiter 24a, 24b, 25a und 25b fortpflanzt.
3 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Verzweigungswinkel θ des Kreuzwellenleiters und der Dämpfung zeigt, und 4 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Verzweigungswinkel θ des Kreuzwellenleiters und der Kreuzkopplung zeigt. In 3 und 4 werden die Verhältnisse dargestellt, wenn die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Kreuzwellenleiter fortpflanzt, auf 5 μm, 7,5 μm, 10 μm, 12,5 μm und 15 μm eingestellt wird, und es wird angenommen, dass das sich fortpflanzende Licht kreisförmig ist.
Um die Berechnung zu vereinfachen, erfolgt die Analyse unter der Annahme, dass die Intensitätsverteilung der Lichtwellen, die sich durch den Kreuzwellenleiter fortpflanzen, einer Gaußschen Normalverteilung entspricht. Die Lichtwellen in dem Eingangslichtwellenleiter und dem Ausgangslichtwellenleiter, die jeweils einen normalen fakultativen Einschlusseffekt aufweisen, weisen die Form der Gaußschen Normalverteilung auf.
Im Schaltzustand, wenn das Licht in den Eingangslichtwellenleiter 21a eingeleitet wird und aus dem Ausgangslichtwellenleiter 23b austritt und wenn die optische Leistung des Lichteingangssignals durch P10 und die des Lichtausgangssignals aus dem Ausgangslichtwellenleiter 23b durch P11 und die des Lichtausgangssignals aus dem Ausgangslichtwellenleiter 23a durch P12 dargestellt wird, wird die Dämpfung durch P11/P10 und die Kreuzkopplung durch P12/P10 dargestellt.
Da das Lichteingangssignal in den Kreuzwellenleiter 22 sich aufgrund des Einflusses der Brechung fortpflanzt und ausbreitet, treten Dämpfung und Kreuzkopplung des Lichts im Prinzip an der Ausgangsseite des Kreuzwellenleiters 22 auf. Deshalb ist der Kreuzwellenleiter 22 in Längsrichtung in 2A umso größer, je kleiner der Verzweigungswinkel θ ist, und in der Folge nehmen Dämpfung und Kreuzkopplung zu.
Im Fall des Einmodenlichtwellenleiters geht der Strahlungsverlust des Lichts bei dem gekrümmten Wellenleiter zurück, da die Strahlfleckgröße des Lichts aufgrund des ausgeprägten optischen Einschlusses abnimmt. Im Fall eines herkömmlichen optischen Schalters ist es möglich, die Dämpfung und den Strahlungsverlust bei dem gekrümmten Wellenleiter durch eine optische Faser zu reduzieren, die mit dem Schalter zu verbinden ist.
In dem herkömmlichen optischen Schalter werden die Größe und das Material des Wellenleiters zur Reduktion der Dämpfung und des Strahlungsverlusts so ausgewählt, dass die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Wellenleiter des optischen Schalters fortpflanzt, etwa 5 μm beträgt, damit es im Wesentlichen der Strahlfleckgröße des Lichts entspricht, das sich durch die optische Einmodenfaser fortpflanzt, oder weniger als 5 μm beträgt, indem der optische Einschluss stärker gestaltet wird.
Wie aus 3 und 4 hervorgeht, ist ein Verzweigungswinkel θ von nicht weniger als 8° erforderlich, um die Dämpfung auf 1 dB oder weniger zu reduzieren und eine Kreuzkopplung von 50 dB oder mehr zu erhalten. Wenn der Verzweigungswinkel θ konstant ist, nimmt die Reduktion der Dämpfung und die Verbesserung der Kreuzkopplung bei ansteigender Strahlfleckgröße zu. Wenn die Dämpfung und die Kreuzkopplung jeweils konstant sind, nimmt bei ansteigender Strahlfleckgröße außerdem der Verzweigungswinkel θ zu, da die Brechung des Lichts bei dem Kreuzwellenleiter bei ansteigender Strahlfleckgröße reduziert wird.
In der Vorrichtung aus 2 ist es möglich, die Dämpfung und die Kreuzkopplung ohne eine Steigerung der Größe der optischen Vorrichtung zu reduzieren, indem die Strahlfleckgröße des Lichts, dass ich durch den Kreuzwellenleiter 22 fortpflanzt, größer ist als die des Lichts, das sich durch die Eingangslichtwellenleiter 21a und 21b, die Ausgangslichtwellenleiter 23a und 23b oder die Verbindungswellenleiter 24a, 24b, 25a und 25b fortpflanzt, wodurch in der Folge die Betriebseffizienz der optischen Vorrichtung verbessert werden kann.
5 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung. Diese zeigt die Reflexionsbedingungen für die Totalreflexion von Licht an der Grenzfläche 33 zwischen einem Medium 31 mit dem Brechungsindex n1 und einem Medium 32 mit dem Brechungsindex n2 (n1 ≥ n2). Wenn der Reflexionswinkel als θc dargestellt wird, wird folgende Beziehung erfüllt. cosθc = n2/n1 (1)
Wenn der Wert des Brechungsindex n1 im Wesentlichen dem des Brechungsindex n2 entspricht, tritt das Licht durch die Grenzfläche 33 hindurch. Wenn der Wert des Brechungsindex n1 oder n2 verändert wird, wird das Licht hingegen an der Grenzfläche 33 totalreflektiert, und ein Schaltvorgang wird durchgeführt. Hier wird das Ausmaß der Veränderung des Brechungsindex θnc, das erforderlich ist, um eine Totalreflexion bei dem Kreuzwellenleiter zu erzielen, durch den folgenden Ausdruck dargestellt: θnc = (n1 – n2)/n2 (2)
In diesem Fall sieht das Verhältnis zwischen dem Ausmaß der Veränderung des Brechungsindex θnc, das für den Schaltvorgang erforderlich ist, und dem Reflexionswinkel θc, bei dem die Totalreflexion erfolgt, wie untenstehend in Tabelle 1 dargestellt aus. In Tabelle 1 ist ΔT eine ungefähre Schätzung des Ausmaßes der Temperaturveränderung, das erforderlich ist, um beim Einsatz von Polymer als Material für den Wellenleiter und unter Berücksichtigung eines TO-Effekts des Polymers das Ausmaß der Veränderung des Brechungsindex θnc zu erzielen (–1 × 10^–4/°C ≤ θnc ≤ –2 × 10^–4/°C).
Tabelle 1
Je größer demnach der Verzweigungswinkel θ ist, desto größer ist das Ausmaß der Veränderung des Brechungsindex Δnc, das für die Totalreflexion, also den Schaltvorgang, erforderlich ist, wodurch die Betriebstemperatur ansteigt. Deshalb ist in Hinblick auf die Betriebseffizienz der Verzweigungswinkel θ vorzugsweise so klein wie möglich.
Wie aus 3 und 4 bekannt ist, kann die Effizienz für den Schaltvorgang, wenn die Dämpfung und die Kreuzkopplung jeweils konstant sind, im Vergleich mit dem Stand der Technik drastisch verbessert werden, da es möglich ist, den Verzweigungswinkel θ vergleichsweise klein zu gestalten, indem die Strahlfleckgröße des Lichts bei dem Kreuzwellenleiter vergleichsweise groß eingestellt wird.
6A ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Wellenleitergröße und der Dämpfung mit der optischen Faser zeigt, wenn die Dicke der Kernschicht in dem Wellenleiter 6 μm beträgt, und 6B ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Wellenleitergröße und der Dämpfung mit der optischen Faser zeigt, wenn die Dicke der Kernschicht in dem Wellenleiter 2 μm beträgt.
Diese Diagramme werden durch die Berechung des Verhältnisses zwischen der Dicke T und der Breite W der Kernschicht erhalten, und die Dämpfung mit der optischen Faser wird durch mittels einer konstanten Grenzflächenanalyse unter Einsatz eines Verfahrens der finiten Elemente bestimmt.
In diesem Fall wird angenommen, dass ein Material, dessen Brechungsindex n etwa 1,5 beträgt, wie z.B. Quarz, Glas oder Polymer, als Material für den Wellenleiter eingesetzt wird, wobei der Brechungsindexunterschied Δn zwischen der Kernschicht und der Ummantelungsschicht 0,5% und die Wellenlänge des Lichts, das sich durch den Wellenleiter fortpflanzt, 1,55 μm beträgt. Wenn der Brechungsindex der Kernschicht nc ist und der Brechungsindex der Ummantelungsschicht ns ist, weist der Brechungsindexunterschied Δn folgende Beziehung auf: Δn = (nc – ns)/ns
Das Symbol wf in 6A und 6B steht für die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch die optische Faser fortpflanzt. Be einer herkömmlichen optischen Faser gilt wf = 5 μm.
Bei einem Einmodenwellenleiter wird, unter der Vorraussetzung, dass die Dicke T konstant ist, der optische Einschluss geschwächt und demnach nimmt die Strahlfleckgröße mit zurückgehender Dicke ab. Wenn die Dämpfung gering ist, wird die Strahlfleckgröße wf im Wesentlichen durch die Wellenleitergröße selbst umgesetzt.
Das Licht, das sich durch den Wellenleiter mit der Breite W und der Dicke T, die sich voneinander unterscheiden, fortpflanzt, weist im Wesentlichen eine einer Ellipse ähnliche Form auf. Angenommen, dass die Strahlfleckgröße in Längsrichtung wx und in Vertikalrichtung wy ist, wird eine wirksame Strahlfleckgröße durch (wx × wy)^1/2 dargestellt.
Wie aus 6A und 6B hervorgeht, kann die Strahlfleckgröße wf, wenn der Brechungsindexunterschied Δn 0,5% beträgt und die Dicke T konstant ist, durch eine Veränderung der Breite W auf eine angemessene Größe eingestellt werden. Um die Strahlfleckgröße beispielsweise auf 5 μm einzustellen, beträgt die Breite W 7 μm, wenn die Dicke T 6 μm beträgt, und 8–10 μm, wenn die Dicke T 2 μm beträgt. Um die Strahlfleckgröße auf 10 μm einzustellen, beträgt die Breite W 2 μm, wenn die Dicke T 6 μm beträgt, und 4–4,5 μm, wenn die Dicke T 2 μm beträgt. Deshalb kann die Strahlfleckgröße wf auf eine gewünschte Größe eingestellt werden, indem das Material für den Wellenleiter, der Brechungsindexunterschied Δn, die Dicke T oder die Breite W angemessen ausgewählt werden.
Ähnlich wie bei der Vorrichtung in 2 werden zwischen den Wellenleitern mit verschiedener Strahlfleckgröße die verjüngten Wellenleiter 28a, 28b, 29a und 29b mit allmählich variierender Breite oder Dicke ausgebildet, und die Kegellänge dieser verjüngten Wellenleiter wird beispielsweise in einem Maß von mehreren 10 μm bis zu mehreren 100 μm festgelegt, wodurch die Dämpfung zwischen den Wellenleitern reduziert werden kann.
Es ist ebenfalls möglich, die Strahlfleckgröße nach Wunsch festzulegen, indem der Kreuzwellenleiter dieselbe Größe wie die Wellenleiter in anderen Bereichen aufweist und sich die Brechungsindexunterschiede in den jeweiligen Bereichen voneinander unterscheiden. In diesem Fall variieren die Brechungsindexunterschiede zwischen den verjüngten Wellenleitern 28a, 28b, 29a und 29b allmählich.
Ein Verfahren zur Steigerung der Strahlfleckgröße wurde ein Verfahren beschrieben, bei dem die Dicke der Kernschicht konstant gehalten und die Breite der Kernschicht eng gestaltet wird, jedoch ist es möglich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem die Kernschicht im Wesentlichen dünn und im Wesentlichen breit ist, oder ein Verfahren, bei dem eine Wellenleiterstruktur hergestellt wird, die eine Vielzahl an Wellenleiterschichten umfasst. Diese Wellenleiter können unter Einsatz einer herkömmlichen photolithographischen Technik, einer Filmbildungstechnik, einer epitaxialen selektiven Wachstumstechnik und dergleichen hergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Dämpfung und die Kreuzkopplung in der optischen Vorrichtung zu reduzieren und die Betriebseffizienz der optischen Vorrichtung zu steigern, indem die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Kreuzwellenleiter fortpflanzt, größer eingestellt wird als die des Lichts, das sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder den Verbindungswellenleiter fortpflanzt.
Wenn die Strahlfleckgröße des Lichteingangssignals in den Eingangslichtwellenleiter im Wesentlichen der Strahlfleckgröße des Lichtausgangssignals aus dem optischen Element oder dem Lichtwellenleiter entspricht, das/der mit dem Eingangslichtwellenleiter zu verbinden ist, ist es möglich, die Dämpfung zwischen dem Eingangslichtwellenleiter und einem solchen optischen Element, wie z.B. einem linearen Lichtstromkreis (PLC) oder einer optischen Halbleitervorrichtung, oder einem Lichtwellenleiter, wie z.B. einer optischen Faser, zu reduzieren.
Außerdem ist es möglich, die gesamte Dämpfung der optischen Vorrichtung gering zu halten, da ein beliebiger anderer Wellenleiter als ein Kreuzwellenleiter ausgebildet wird, so dass der Strahlungsverlust dadurch gering ist, dass der optische Einschluss stark ist, wodurch die Strahlfleckgröße des Lichts klein ist.
7 ist eine graphische Darstellung, die eine Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese optische Vorrichtung umfasst Eingangslichtwellenleiter 171a und 171b und Ausgangslichtwellenleiter 172a und 172b, wobei diese jeweils eine Breite W1 und eine Dicke T1 aufweisen, gekrümmte Wellenleiter 173a, 173b, 174a und 174b, die jeweils eine Breite W2 und eine Dicke T2 aufweisen, und einen Kreuzwellenleiter 175 als Kernschicht, der eine Breite W3 und eine Dicke T3 aufweist. In diesem Fall gelten die Beziehungen "W3 ≥ W1" und "T1 ≥ T3".
Verjüngte Wellenleiter 176, 177, 178 und 179, die zwischen den gekrümmten Wellenleitern 173a, 173b, 174a und 174b und dem Kreuzwellenleiter 175 angeordnet sind, weisen verjüngte Anteile 176a, 177a, 178a und 179a auf, die sich von den gekrümmten Wellenleitern 173a, 173b, 174a und 174b erstrecken, sowie verjüngte Anteile 176b, 177b, 178b und 179b, die sich von dem Kreuzwellenleiter 175 erstrecken.
Die Strahlfleckgröße des Lichts wird mit einer geringen Dämpfung durch jeden dieser verjüngten Anteile 176a, 177a, 178a und 179a sowie durch jeden der verjüngten Anteile 176b, 177b, 178b und 179b umgewandelt. Wenn gilt, dass "W3 ≥ W1" und "T1 ≥ T3", ist es ebenfalls möglich, diese Welleleiter aus einer einzigen Kernschicht zu bilden, indem die seitliche Breite und deren Schichtdicke in eine verjüngte Form gebracht werden.
In dieser Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die Dämpfung und Kreuzkopplung in der optischen Vorrichtung zu reduzieren und die Betriebseffizienz der Vorrichtung zu verbessern, indem die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Kreuzwellenleiter fortpflanzt, größer einzustellen als die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder den Verbindungswellenleiter fortpflanzt.
8 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Breite einer Kernschicht mit einer Dicke von 1 μm oder 2 μm und der Kreuzkopplung dieser Ausführungsform zeigt, und 9 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Breite einer Kernschicht mit einer Dicke von 2 μm oder 4 μm und der Kreuzkopplung dieser Ausführungsform zeigt. In 8 beträgt der Verzweigungswinkel θ 4° und der Brechungsindexunterschied zwischen der Kernschicht und der Ummantelungsschicht 0,5%, und in 9 beträgt der Verzweigungswinkel θ 4° und der Brechungsindexunterschied zwischen der Kernschicht und der Ummantelungsschicht 0,3%.
Wie aus 8 und 9 hervorgeht, ist die Kreuzkopplungseigenschaft umso ausgeprägter, je breiter die Kernschicht ist, und eine gute Kreuzkopplungseigenschaft kann nicht erzielt werden, wenn die Breite der Kernschicht nicht mehr als 10 μm wie in einer herkömmlichen optischen Vorrichtung beträgt. Je breiter die Kernschicht ist, desto ausgeprägter ist die Kreuzkopplungseigenschaft, jedoch gelangt der Wellenleiter, wenn die Kernschicht breiter als ein bestimmter Wert ist, in den Multimodenzustand und die Dämpfung wird verstärkt.
Wie aus 8 und 9 hervorgeht, ist die Kreuzkopplungseigenschaft umso ausgeprägter, je dünner die Kernschicht bei konstanter Breite ist. In dieser Ausführungsform, weist der Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter eine Einmodenwellenleiter-Struktur auf.
Außerdem ist es bei dieser Ausführungsform möglich, im Vergleich mit einer herkömmlichen Wellenleiterstruktur eine bemerkenswert ausgezeichnete Kreuzkopplungsreduktionswirkung zu erzielen, indem der Struktur eine optische Einschlusswirkung in dem Wellenleiter verliehen wird, wobei dieser eine viel dünnere Kernschicht als die herkömmliche Wellenleiterstruktur aufweist. Ein Prinzip für das Erzielen dieser Wirkung wird untenstehend beschrieben.
10 zeigt die Verteilung der Intensität von Lichtwellen, die sich durch einen Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzen, in einem Abschnitt des Wellenleiters. Die Intensitätsverteilung in Längsrichtung (x-Richtung) der Kernschicht c weist fast die Form einer Gaußschen Normalverteilung auf.
Die Intensitätsverteilung in vertikaler Richtung (y-Richtung) der Kernschicht c hingegen weist die Form einer exponentialen Verteilung auf, die sich von dem herkömmlichen Wellenleiter unterscheidet. Das liegt daran, dass die Strahlfleckgröße der Lichtwellen in vertikaler Richtung im Wesentlichen größer ist als die Dicke T der Kernschicht c, da die optische Einschlusswirkung in dem Wellenleiter in vertikaler Richtung gering ist.
Im Fall eines Wellenleiters mit einer normalen optischen Einschlusswirkung oder eines Wellenleiters mit einer vergleichsweise ausgeprägten Einschlusswirkung, wie z.B. eines herkömmlichen Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters, weist die Verteilung der Lichtwellenintensität sowohl in vertikaler Richtung als auch in Längsrichtung fast die Form einer Gaußschen Normalverteilung auf. In der Folge weist diese Ausführungsform im Vergleich mit den Kreuzkopplungseigenschaften eines Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters, durch den sich Lichtwellen mit einer Gaußschen Normalverteilung fortpflanzen (4), eine Eigenschaft auf, die sich von der in 4 dargestellten unterscheidet.
11 bis 13 zeigen das Verhältnis zwischen der Kreuzkopplung und dem Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ, wenn in der vorliegenden Erfindung die Dicke der Kernschicht c auf 4 μm, 3 μm und 2 μm eingestellt wird und der Brechungsindexunterschied zwischen der Kernschicht und der Ummantelungsschicht 0,2% beträgt.
11 zeigt eine Kurve für den Fall, in dem ein Wellenleiter mit einer relativ hohen optischen Einschlusswirkung dadurch gebildet wird, dass die Kernschicht c eine relativ große Dicke T aufweist. Wie in 11 dargestellt, ist die Kreuzkopplungseigenschaft, wie in der Kurve in 4 dargestellt, umso ausgeprägter, je größer der Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ und die Breite W der Kernschicht c sind. Jedoch unterscheidet sich 11 dadurch von 4, dass die Verbesserungswirkung in Bezug auf die Kreuzkopplung nicht bemerkenswert ist, auch wenn der Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ relativ groß ist.
Wenn die Dicke T der Kernschicht c geringer gestaltet wird, wie in 13 dargestellt, ist die Kreuzkopplung umso größer, je größer der Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ in dieser Ausführungsform in einem Bereich von 3° bis 6° ist. Wenn der Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ jedoch größer als 6° ist, ist die Kreuzkopplungseigenschaft eher schlechter.
In diesem Fall weisen die sich durch die Kernschicht fortpflanzenden Lichtwellen eine Intensitätsverteilung in der Form der exponentiellen Verteilung wie in 10 dargestellt auf, da die optische Einschlusswirkung in vertikaler Richtung vergleichsweise gering ist. Solche Lichtwellen in der Form der exponentiellen Verteilung weisen im zentralen Teil (Kernteil) des Lichtwellenleiters eine im Wesentlichen kleine Strahlfleckgröße auf, denn sie weisen Eigenschaften auf, die dadurch erhalten werden, dass die Lichtwellen, die in Bezug auf den optischen Einschluss effektiv intensiv sind, über Lichtwellen angeordnet werden, die eine vergleichsweise größere Strahlfleckgröße im äußeren Teil (Ummantelungsteil) des Lichtwellenleiters aufweisen.
Deshalb pflanzt sich eine Komponente mit einer effektiv großen Strahlfleckgröße in dem Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter in der Fortpflanzungsrichtung der Lichtwellen aufgrund einer Brechungswirkung als Verbreiterung in einem vergleichsweise großen Winkel fort. Wenn der Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ im Wesentlichen diesem Ausbreitungswinkel entspricht, neigt das gebrochene Licht dazu, sich an den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter zu koppeln und bewirkt eine Verschlechterung der Kreuzkopplung.
In dieser Ausführungsform liegt der optimale Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ mit einer guten Kreuzkopplung deshalb in einem Bereich von relativ kleinen Winkeln. Der op timale Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ hängt von dem Material, dem Brechungsindexunterschied und der Struktur des Lichtwellenleiters ab. Wenn der Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ größer als 8° ist, neigt die Kreuzkopplungseigenschaft dazu, verbessert zu werden, da der Verzweigungs-/Kreuzwinkel θ auf ähnliche Weise ansteigt wie bei der Konstruktion des Lichtwellenleiters, in der sich die Lichtwellen in Form einer Gaußschen Normalverteilung fortpflanzen.
8 und 9 haben jeweils die Fälle gezeigt, in denen der Brechungsindexunterschied zwischen der Kernschicht und der Ummantelungsschicht 0,5% bzw. 0,3% betragen, jedoch kann, wenn der Brechungsindex der Kernschicht sich von dem der Ummantelungsschicht unterscheidet, eine Wirkung der vorliegenden Erfindung erzielt werden, indem die Breite und die Dicke der Kernschicht entsprechend dem Brechungsindexunterschied zwischen den beiden Schichten eingestellt werden.
14A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, und 14B zeigt den Abschnitt III-III aus 14A. Diese Vorrichtung weist eine 2 × 2 – Schalterform auf, indem die Elektrode 42 unmittelbar oberhalb des Kreuzungsteils des Kreuzwellenleiters 41 angeordnet wird. Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen solchen optischen Schalter der 2 × 2 – Schalterform angewandt werden.
15 ist eine graphische Darstellung einer optischen Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist. Diese weist eine 2 × 2 – Schalterform mit einem Kreuzwellenleiter 51 und vier Elektroden 44a, 44b, 44c und 44d auf, und die vorliegende Erfindung kann auch auf diese Vorrichtung angewandt werden.
16 ist eine graphische Darstellung, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung zeigt. Diese bildet einen Matrixschalter und umfasst Kernschichten 51 mit Lichtwellenleitern, eine Ummantelungsschicht 52, optische Fasern 53, die mit der Eingangs- und der Ausgangsseite verbunden sind, Kreuzwellenleiter 54 und optische Schaltelemente 55.
Eine Kreuzwellenleiterstruktur des oben genannten optischen Schaltteils kann als Kreuzwellenleiter 54 eingesetzt werden, und der Schalter des ersten Typs und der Schalter des zweiten Typs können beliebig als optisches Schaltelement 55 eingesetzt werden. In diesem Fall ist es möglich, eine optische Schaltmatrix umzusetzen, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung findet.
Wenngleich der Fall, bei dem ein Einmodenlichtwellenleiter als Lichtwellenleiter eingesetzt wird, hierin bereits zuvor beschrieben wurde, wobei ein Wellenleiter mit geringer Länge oder ein durch eine Hochpräzisionswellenleiterverarbeitungstechnik hergestellter Wellenleiter eingesetzt wurden, ist es möglich, die vorliegende Erfindung anzuwenden, da ein geringer Modenumwandlungsverlust erzielt werden kann, auch wenn ein Multimodenlichtwellenleiter als Teil der optischen Vorrichtung eingesetzt wird. Außerdem kann die vorliegende Erfindung in Fällen angewandt werden, in denen die Multimodenlichtwellenleiter als vollständige Lichtwellenleiter eingesetzt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können auf alle optischen Vorrichtungen, wie z.B. Halbleiterlichtwellenleitervorrichtungen, die einen durch Träger in einem Halbleiter hervorgerufenen Plasmaeffekt, einen Mehrfachquantenquellenstruktureffekt und dergleichen nutzen, und eine ferroelektrische Lichtwellenleitervorrichtung aus Lithiumniobat oder dergleichen, die einen EO-Effekt nutzt, angewandt werden, und sie werden jeweils aus einer optischen Vorrichtung gebildet, wobei die aus Glas, Polymer oder ähnlichen Stoffen, die einen TO-Effekt nutzen, am geeignetsten sind.
17 ist eine graphische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung. Diese zeigt einen Querschnitt des zentralen Teils eines Kreuzwellenleiters, und umfasst eine Kernschicht 101 mit dem Brechungsindex n, die einen Lichtwellenleiter aufweist, eine erste Ummantelungsschicht 102 mit dem Brechungsindex ns1 und einer Dicke ts1, eine zweite Ummantelungsschicht mit dem Brechungsindex ns2 und der Dicke ts2, eine Elektrode 104 für die Veränderung des Brechungsindex des Kreuzwellenleiters durch Anlegen einer bestimmten Spannung oder Speisen mit einem bestimmten Strom sowie ein Substrat 105.
In dieser Ausführungsform sind die Kernschicht 101, die Ummantelungsschicht 102 und die Ummantelungsschicht 103 jeweils aus einem Polymermaterial, wie z.B. Polyimid, mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ausgebildet, und das Verhältnis der Brechungsindizes sieht wie folgt aus: nc > ns2 > ns1.
18 ist eine graphische Darstellung der effektiven Temperaturverteilung in der Nähe eines Kreuzwellenleiters einer herkömmlichen optischen Vorrichtung, in der die erste Ummantelungsschicht denselben Brechungsindex aufweist wie die zweite Ummantelungsschicht, und 19 bis 21 sind graphische Darstellungen der effektiven Temperaturverteilung in der Nähe eines Kreuzwellenleiters einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, in der sich der Brechungsindex der ersten Ummantelungsschicht von dem der zweiten Ummantelungsschicht unterscheidet. Diese Temperaturverteilungen stehen für Werte, die mittels des Verfahrens der finiten Elemente berechnet wurden, und die numerischen Bereiche in den Abbildungen stehen jeweils für durch die Temperatur der Elektroden 113, 123, 133 und 143 normierte Werte, wobei die Temperatur eines Substrats, das in den Abbildungen nicht angeführt wird, als Bezugswert herangezogen wurde. Die Dicke der ersten Ummantelungsschichten 111, 121, 131 und 141 betragen jeweils 30 μm, und die Dicke der zweiten Ummantelungsschichten 112, 122, 132 und 142 betragen jeweils 10 μm. Die ersten Ummantelungsschichten 111, 121, 131 und 141, die zweiten Ummantelungsschichten 112, 122, 132 und 142 und die Kernschichten 114, 124, 134 und 144 bestehen jeweils aus einem Polyimidmaterial.
Das Polyimidmaterial weist einen TO-Effekt auf, wobei der Brechungsindex mit steigender Temperatur abnimmt. Diese Temperaturverteilungen entsprechen deshalb den räumlichen Verteilungen der Brechungsindexveränderungsteile bezogen auf den TO-Effekt und zeigen, dass der Brechungsindex mit steigender Temperatur abnimmt.
Wie aus 18 hervorgeht kommt eine Isotherme der Temperaturverteilung näher bei der Elektrode 113 einem rechtwinkligen Zustand in Bezug auf die x-Achse näher und die Temperatur steigt ebenfalls. Wenn der Kreuzwellenleiter, genauer gesagt der Kernteil 114, der Elektrode 113 nahe ist, verursacht die Elektrode 113 jedoch einen Absorptionsverlust des Lichts. Unter Reduktion dieses Einflusses und in Anbetracht der Rechtwinkligkeit einer Hochtemperaturlinie und einer Isotherme in Bezug auf die x-Achse sowie der erforderlichen Schaltgeschwindigkeit, werden die Position der Kernschicht 114 sowie die Summe der Dicke der ersten Kernschicht 111 und der zweiten Kernschicht 112 bestimmt.
In diesem Fall wird das Zentrum der Kernschicht 114 vorzugsweise in einer Position angeordnet, die etwa 10 μm tiefer liegt als die Oberfläche der zweiten Ummantelungsschicht 112 und etwa 10 bis 20 μm in x-Achsenrichtung von einem Ende der Elektrode 113 entfernt ist. Jedoch besteht der Nachteil, dass ein Teil des reflektierten Lichts aufgrund der Tatsache abgestrahlt wird, dass die Isotherme der Temperaturverteilung in Richtung einer y-z-Achsen-Ebene geneigt ist, genauer gesagt, in Richtung einer Ebene die in der Nähe der Kernschicht 114 im rechten Winkel auf die s-Achse steht, und die Totalreflexionsoberfläche des Lichteingangssignals in den Kreuzwellenleiter von der auf die x-Achse im rechten Winkel stehenden Ebene abgeneigt ist.
In 19 bis 21 weisen die ersten Ummantelungsschichten 121, 131 und 141 einen niedrigeren Brechungsindex als die zweiten Ummantelungsschichten 122, 132 und 142 auf. In 19 beträgt der Brechungsindexunterschied zwischen den ersten Ummantelungsschichten 121, 131 und 141 und den zweiten Ummantelungsschichten 122, 132 und 142 0,05%, in 20 0,1% und in 21 0,2%.
In 19 bis 21 ist die tatsächliche Temperaturverteilung der ersten Ummantelungsschichten 121, 131 und 141 und der zweiten Ummantelungsschichten 122, 132 und 142 ähnlich wie in 15, wenn jedoch in Betracht gezogen wird, dass das Polyimid einen TO-Effekt mit einem negativen Temperaturkoeffizienten von etwa –1 × 10^–4/°C aufweist, werden die Ergebnisse der ersten Ummantelungsschichten 121, 131 und 141 in Bezug auf die Temperatur um 1°C pro 0,01% Brechungsindexunterschied zwischen den ersten Ummantelungsschichten 121, 131 und 141 und den zweiten Ummantelungsschichten 122, 132 und 142 erhöht.
Wenn die Temperatur der Elektroden 123, 133 und 143 beispielsweise um 100°C erhöht wird, sind die ersten Ummantelungsschichten 121, 131 und 141 in Bezug auf die normierte Temperatur pro 0,01% Brechungsindexunterschied um 0,01 größer. 16 bis 18 zeigen das Ergebnis der Berechnung einer effektiven Temperaturverteilung unter Berücksichtigung dieses Effekts. Das bedeutet, dass die Temperaturverteilung (Isotherme) in der Nähe der Kernschicht im Wesentlichen im rechten Winkel auf die x-Achse steht, wenn der Brechungsindexunterschied auf etwa 0,05% bis 0,1% eingestellt wird.
Unter Anwendung dieses Prinzips können die durch die Totalreflexion des Lichts verursachte Dämpfung und Kreuzkopplung unter Berücksichtigung des Einflusses des TO-Effekts oder EO-Effekts des Wellenleitermaterials und der Position einer Kernschicht sowie durch die angemessene Einstellung der Dicke und des Brechungsindexunterschieds der Ummantelungsschicht reduziert werden. Wenn beispielsweise ein Polymermaterial als Wellenleitermaterial genutzt wird, kann die Größenordnung des Brechungsindex durch eine angemessene Kombination der Inhaltsstoffe und dergleichen eingestellt werden, die Dicke kann durch eine Anpassung der Viskosität eines nicht gehärteten Polymermaterials oder der Rotationsgeschwindigkeit einer Schleuder angepasst werden, und diese Wellenleiterstrukturen können unter Einsatz einer herkömmlichen photolithographischen Technik oder einer Filmbildungstechnik umgesetzt werden.
22 ist eine graphische Darstellung einer Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese zeigt einen Querschnitt des zentralen Teils eines Kreuzwellenleiters und umfasst eine Kernschicht 151 mit dem Brechungsindex nc, die einen Lichtwellenleiter aufweist, eine erste Ummantelungsschicht mit dem Brechungsindex ns11 und der Dicke ts11, eine zweite Ummantelungsschicht 153 mit dem Brechungsindex ns12 und der Dicke ts12, eine dritte Ummantelungsschicht mit dem Brechungsindex ns13 und der Dicke ts13, eine Elektrode 155 für die Änderung des Brechungsindex des Kreuzwellenleiters durch das Anlegen einer bestimmten Spannung oder das Speisen mit einem bestimmten Strom und ein Substrat 156.
In dieser Ausführungsform bestehen die Kernschicht 151, die Ummantelungsschicht 152, Ummantelungsschicht 153 und die Ummantelungsschicht 154 jeweils aus einem Polymermaterial, wie z.B. Polyimid, mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, und das Verhältnis der Brechungsindizes sieht wie folgt aus: nc > ns12 > ns11 > ns13.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Fall angewandt werden, der auf diese Weise eine weitere dritte Ummantelungsschicht 154 umfasst. Zwei oder mehrere Ummantelungsschichten können zwischen der zweiten Ummantelungsschicht und dem Substrat angeordnet werden.
23A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, und 23B zeigt einen bei IV-IV in 23A vorgenommenen Querschnitt. In dieser Vorrichtung sind zwei Elektroden 162 und 163 über dem Verzweigungswellenleiter 161 angeordnet.
Wenngleich der Fall des Einsatzes von Polyimidmaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten hierin bereits zuvor beschrieben wurde, um den TO-Effekt zu erzielen, ist es ebenfalls möglich, die Kernschicht und die Ummantelungsschicht unter Einsatz eines Materials mit einem positiven Temperaturkoeffizienten auszubilden. Wenn LiNbO₃, PLZT, optisches Glas und dergleichen als solche Materialien in der in 16 dargestellten Ausführungsform eingesetzt werden, müssen die Brechungsindizes folgendes Verhältnis zueinander aufweisen: ns2 < ns1und in der in 22 dargestellten Ausführungsform folgendes Verhältnis zueinander aufweisen: ns12 < ns11 < ns13.
Wenn der EO-Effekt genutzt wird, reicht es aus, einen Strominjektionseffekt (Plasmaeffekt) eines Halbleiters für die Intensitätsverteilung des durch eine zwischen der Elektrode und dem Substrat angelegten Spannung gebildeten elektrischen Felds anzuwenden und den Brechungsindex und die Dicke der Ummantelungsschicht einzustellen, und das Prinzip der vorliegenden Erfindung kann auch für ein beliebiges optisches Material angewandt werden.
Nun wird das Verhältnis zwischen der Dicke und der Dämpfung der ersten Ummantelungsschicht (beispielsweise einer Ummantelungsschicht 102 in 7) unter Bezugnahme auf 24 und 25 beschrieben.
Wie in 24 dargestellt, nimmt die Dämpfung ab, wenn die Dicke der ersten Ummantelungsschicht geringer als 15 μm ist. Wenn die Dicke der ersten Ummantelungsschicht jedoch geringer als 4 μm ist, kann das Licht aus der ersten Ummantelungsschicht austreten, wodurch es zu einer Beeinträchtigung der Fortpflanzungsdämpfung kommt. In der Folge beträgt die Dicke der ersten Ummantelungsschicht vorzugsweise nicht weniger als 4 μm.
Wenn die Dicke der ersten Ummantelungsschicht hingegen nicht weniger als 15 μm beträgt, ist die Dämpfung im Wesentlichen gesättigt und es kann keine wesentliche Reduktion der Dämpfung erzielt werden. Wie in 25 dargestellt, ist bei einer Dicke der ersten Ummantelungsschicht von mehr als 40 μm die Anstiegsrate in Bezug auf die Leistungsversorgung beachtlich. In der Folge beträgt die Dicke der ersten Ummantelungsschicht vorzugsweise nicht mehr als 40 μm und noch bevorzugter nicht mehr als 15 μm.
Im Fall einer optischen 2 × 2 – Vorrichtung (ein optischer Schalter mit 2 Eingängen und 2 Ausgängen) wird das Verhältnis der Breite der Elektrode zu dem des Lichtwellenleiters in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 26 bis 28 im Vergleich mit einer herkömmlichen optischen Vorrichtung beschrieben.
Da eine herkömmliche optische 2 × 2 -Vorrichtung einen Wellenleiter einsetzt, dessen Kernschicht eine vergleichsweise große Querschnittsfläche und der eine bemerkenswert ausgeprägten optischen Einschlusseffekt aufweist, ist es erforderlich, dass die Elektrode 272, die im zentralen Teil in der Nähe des Verzweigungswellenleiters angeordnet ist, eine vergleichsweise geringe Breite t aufweist, genauer gesagt das Verhältnis (t/d) der Breite t der Elektrode 272 zu der Breite d des Lichtwellenleiters in 26, um die Zusatzdämpfung so gering wie möglich zu halten. Wenn die Breite t jedoch gering ist, ist es schwierig, die Elektrode 272 mit dem Verzweigungswelienleiter 271 abzustimmen, und wenn ein elektrischer Stromfluss durch die Elektrode 272 erzeugt wird, ist es wahrscheinlich, dass dieser das Brechen des Drahtes verursacht.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Breite t der Elektrode 274, die in der Nähe des Verzweigungswellenleiters 273 in 27 angeordnet ist, genauer gesagt das Verhältnis (t/d) der Breite t zu der Breite d des Wellenleiters durch den Einsatz eines Einmodenlichtwellenleiters mit einer vergleichsweise geringen Querschnittsfläche des Kerns und einem nicht sehr ausgeprägten optischen Einschluss vergleichsweise groß, wodurch ein optischer Schaltvorgang so erfolgt, dass das Licht durch die erste Ummantelungsschicht 275 von dem Verzweigungslichtwellenleiter 273 aus hindurchtritt und sich wie durch einen Pfeil angezeigt wieder durch den Verzweigungswellenleiter 273 fortpflanzt.
28 zeigt das Verhältnis zwischen der Dämpfung beim Schaltvorgang (Reflexionsverlust) und einem Standardwert t/d der Elektrodenbreite in optischen 2 × 2 – Vorrichtungen nach dem Stand der Technik und gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Form des Kerns (T/d, T: Kerndicke) wird hier als Parameter herangezogen. Bezogen auf 28 kann festgestellt werden, dass, wenn t/d in der optischen Vorrich tung, die einen herkömmlichen Lichtwellenleiter mit ausgeprägtem optischen Einschluss nutzt, die Dämpfung gering ist, jedoch steigt diese merklich an, wenn t/d ansteigt. Bei diesem Phänomen funktionieren die Endteile 272-1 und 272-2 der Elektrode bei dem Schaltvorgang als Totalreflexionsoberflächen für das durch den Wellenleiter geleitete Licht, und wenn t/d ansteigt, tritt das reflektierte Licht in die Ummantelung ein und verursacht eine deutliche Dämpfung.
Wenn t/d bei einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hingegen klein ist, kommt es beim Schaltvorgang zu einer leichten Zusatzdämpfung. Diese wird durch die Dämpfung verursacht, zu der es bei dem Verzweigungs-/Kreuzteil kommt, da ein Einmodenwellenleiter mit schwachem Einschluss eingesetzt wird. Es ist jedoch möglich, zu verhindern, dass die Dämpfung beim Anstieg von t/d ebenfalls leicht ansteigt. Das liegt daran, dass aufgrund der Anordnung der dritten Ummantelungsschicht 154 mit einem relativ kleinen Brechungsindex in der vorliegenden Erfindung, wie in 22 dargestellt, das reflektierte Licht, das in den Ummantelungsbereich 275 austritt, wieder in den Verzweigungswellenleiter 273 gekoppelt wird und dadurch der Anstieg der Dämpfung verhindert wird. Wenn t/d nicht weniger als 0,2 beträgt, kann der Reflexionsverlust deshalb im Vergleich mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik deutlich reduziert werden.
Wenn die Breite t der Elektrode 274 größer ist als ein Wert in einem bestimmten Bereich, besteht das Problem, dass der Leistungsverbrauch der Elektrode ansteigt. Wenn die Breite eines als Kernschicht fungierenden Bereichs ansteigt und das Licht die Ausgangsseite des Wellenleiters erreicht, treten abklingende Wellen bei dem als Kernschicht fungierenden Bereich an der Ausgangsseite des Wellenleiters aus und die Extinktionsrate geht zurück. Der optimale Bereich für die Breite t der Elektrode 274 hängt demnach von der Dicke der Ummantelungsschicht und der Breite d der Kernschicht ab, wobei die maximale Extinktionsrate dadurch erzielt wird, dass die Breite t nicht mehr als 3-mal größer ist als die Breite d der Kernschicht 271.
Wenngleich die vorliegende Erfindung obenstehend unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist anzumerken, dass diese nur zur Veranschaulichung angeführt wurden und verschiedene Veränderungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auch auf eine optische Vorrichtung, die einen einzigen Eingangswellenleiter, nicht weniger als drei Ausgangswellenleiter und einen Verzweigungswellenleiter zu deren Verbindung ausweist, auf eine optische Vorrichtung, die nicht weniger als drei Eingangswellenleiter, einen einzigen Ausgangswellenleiter und einen Verzweigungswellenleiter zu deren Verbindung, auf eine angewandt werden, auf eine optische Vorrichtung mit nicht weniger als zwei Eingangswellenleitern, nicht weniger als drei Ausgangswellenleitern und einem Kreuzwellenleiter zu deren Verbindung oder auf eine optische Vorrichtung mit nicht weniger als drei Eingangswellenleitern, nicht weniger als zwei Ausgangswellenleitern und einem Kreuzwellenleiter zu deren Verbindung angewandt werden.
In den oben genannten Ausführungsformen wurde eine optische Vorrichtung, die mit einem optischen Schalter bereitgestellt wird, beschrieben, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine optische Vorrichtung ohne optischen Schalter angewandt werden.
Bei der Vorrichtung aus 2 wurde der Fall beschrieben, bei dem die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzt, größer ist als die des Lichts, das sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder den Verbindungswellenleiter fortpflanzt, wenn die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzt, jedoch nicht weniger als 5 μm beträgt, ist es möglich, unabhängig von der Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder den Verbindungswellenleiter fortpflanzt, eine geringe Dämpfung des Eingangslichtwellenleiters, des Ausgangslichtwellenleiters oder des Verbindungswellenleiters und eine geringe Brechung des Lichts am Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter zu erzielen, und demnach ist es möglich, die Dämpfung und die Kreuzkopplung in der optischen Vorrichtung zu reduzieren. Eine solche optische Vorrichtung kann hergestellt werden, indem beispielsweise das Lichteingangssignal durch eine Linse oder einen strahlfleckvergrößernden Wellenleiter in dem optischen Schalter in 1 an den Ausgangslichtwellenleiter gekoppelt wird. In diesem Fall beträgt die Strahlfleckgröße des Lichts, das sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter, den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter und den Verbindungswellenleiter fortpflanzt, beispielsweise nicht weniger als 5 μm.

Claims

Optische Vorrichtung, Folgendes umfassend: einen Eingangslichtwellenleiter (171a, 171b), einen Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter (175), einen Ausgangslichtwellenleiter (172a, 172), und Verbindungswellenleiter (173a, 173b, 174a, 174b) zum jeweiligen Verbinden des Eingangslichtwellenleiters und des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters sowie zum Verbinden des Ausgangswellenleiters und des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters miteinander, wobei die Breite des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Breite des Eingangslichtwellenleiters und des Ausgangslichtwellenleiters ist, wobei die optische Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Strahlfleckgröße des sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzenden Lichts größer als die Strahlfleckgröße des sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder die Verbindungslichtwellenleiter fortpflanzenden Lichts ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters auf einen Wert eingestellt ist, der geringer als die Dicke des Eingangslichtwellenleiters und des Ausgangslichtwellenleiters ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin ein jeder aus dem Eingangslichtwellenleiter, dem Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter und dem Ausgangslichtwellenleiter einen Kern mit einem Einzelbrechungsindex nc aufweist und gegebenenfalls die Vorrichtung als optischer Schalter zum Überschalten der Fortpflanzungsrichtung des Lichteingangssignals in den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter unter Einsatz zumindest einer Elektrode wirken kann, um den Brechungsindex des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters durch Anlegen einer bestimmten Spannung oder durch Speisen mit einem bestimmten Strom zu ändern.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optische Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Strahlfleckgröße des sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzenden Lichts nicht weniger als 5 μm beträgt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optische Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Strahlfleckgröße des sich durch den Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter fortpflanzenden Lichts nicht weniger als 5 μm beträgt und die Strahlfleckgröße des sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder die Verbindungswellenleiter fortpflanzenden Lichts weniger als 5 μm beträgt.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Verhältnis zwischen Breite und Dicke des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters nicht weniger als 10:4 beträgt.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Breite und die Dicke des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters nicht weniger als 10 μm bzw. nicht mehr als 4 μm beträgt.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Kreuz-/Verzweigungswinkel des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters 3 bis 6 Grad beträgt.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin der Verzweigungs-/Kreuzlichtwellenleiter aus einem Einmodenlichtwellenleiter besteht.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin der Verbindungslichtwellenleiter einen sich verjüngenden Lichtwellenleiter aufweist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner Mittel zum Umschalten der Fortpflanzungsrichtung des Lichteingangssignals in den Verzweigungs-/Kreuzlichtwellenleiter umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 10, worin die Mittel zumindest eine Elektrode zum Ändern des Brechungsindexes des Verzweigungs-/Kreuzlichtwellenleiters durch Anlegen einer bestimmten Spannung oder durch Versorgen mit einem bestimmten Strom aufweisen.
Verfahren zum Betreiben einer optischen Vorrichtung, wobei die optische Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Eingangslichtwellenleiter (171a, 171b), einen Verzweigungs-/Kreuzwellenleiter (175), einen Ausgangslichtwellenleiter (172a, 172), und Verbindungswellenleiter (173a, 173b, 174a, 174b) zum jeweiligen Verbinden des Eingangslichtwellenleiters und des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters sowie zum Verbinden des Ausgangswellensleiters und des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters miteinander, wobei die Breite des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Breite des Eingangslichtwellenleiters und des Ausgangslichtwellenleiters ist, und wobei das Verfahren das Sich-Fortpflanzen-Lassen von Licht durch die Vorrichtung umfasst, wobei die Strahlfleckgröße des sich durch den Verzweigungs- /Kreuzwellenleiter fortpflanzenden Lichts größer als die Strahlfleckgröße des sich durch den Eingangslichtwellenleiter, den Ausgangslichtwellenleiter oder die Verbindungslichtwellenleiter fortpflanzenden Lichts ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Verzweigungs-/Kreuzwellenleiters auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als die Dicke des Eingangslichtwellenleiters und des Ausgangslichtwellenleiters ist.
Verfahren nach Anspruch 12, worin die Strahlfleckgröße des Lichteingangssignals in den Eingangslichtwellenleiter im Wesentlichen gleich der Strahlfleckgröße des Lichtausgangssignals aus einem mit dem Eingangslichtwellenleiter verbundenen optischen Element oder Lichtwellenleiter ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, worin die Strahlfleckgröße des Lichtausgangssignals aus dem Ausgangslichtellenleiter im Wesentlichen gleich der Strahlfleckgröße des Lichteingangssignals in ein optisches Element oder einen Lichtwellenleiter ist, die mit dem Ausgangslichtwellenleiter verbunden sind.