DE60133670T2

DE60133670T2 - Konverter zur Veränderung der optischen Modengrösse mit vertikaler und horizontaler Modenformung

Info

Publication number: DE60133670T2
Application number: DE60133670T
Authority: DE
Inventors: Hui Scarborough LUO; Mindaugas F. Blacksburg DUATARTAS; Dan A. Blacksburg STEINBERG
Original assignee: Shipley Co Inc; Shipley Co LLC
Current assignee: Shipley Co Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2021-12-15
Also published as: US6987919B2; WO2002095453A3; EP1356327A4; EP1356327B1; US20040017976A1; DE60133670D1; EP1356327A2; AU2001297983A1; WO2002095453A2

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US Patentanmeldung Seriennummer 60/255,868, eingereicht am 14. Dezember 2000, mit dem Titel „Optical Waveguide Termination With Vertical and Horizontal Mode Shaping" und der vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennummer 60/287,032, eingereicht am 30. April 2001, mit dem Titel „Optical Waveguide Termination With Vertical and Horizontal Mode Shaping".
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen optische integrierte Schaltungen (OIC) und insbesondere eine Struktur zum Koppeln von optischen Wellenleitern bzw. Lichtwellenleitern.
Hintergrund der Erfindung
Die optische Nachrichtentechnik entwickelt sich zur auserwählten Technik zur Daten- und Sprachkommunikation bzw. -übertragung. OICs werden häufig am Punkt der Übertragung, des Empfangs und der Verstärkung verwendet. Optische Fasern bzw. Lichtleitfasern können mit der OIC gekoppelt werden, um die optische Verbindung der OIC mit anderen Komponenten eines optischen Kommunikationssystems zu ermöglichen. Typischerweise werden Planarwellenleiter verwendet, um Licht effizient zu und von aktiven und passiven Einrichtungen der OIC zu koppeln. Die Planarwellenleiter bestehen häufig aus Materialien mit hohem Brechungsindex, um eine gewünschte Integration und Miniaturisierung der OIC zu vereinfachen. Eine Kopplung zwischen der OIC und dem optischen Kommunikationssystem wird häufig dadurch erreicht, dass Lichtleitfasern des Systems mit Planarwellenleitern der OIC gekoppelt werden.
Während die häufig bei diesen Schaltungen verwendeten Planarwellenleiter zweifellos nützlich für die Integration und Miniaturisierung von OICs sind, koppeln sie nicht effizient direkt mit Lichtleitfasern. Hierzu sind Planarlichtwellenleiter und Lichtleitfaserwellenleiter, die bei optischen Hochgeschwindigkeits- und Langstreckenübertragungssystemen verwendet werden, häufig so entworfen, dass sie eine einzelne Mode tragen. Anders ausgedrückt sind die Wellenleiter so entworfen, dass die Wellengleichung eine diskrete Lösung hat, obwohl sie eine unendliche Zahl fortlaufender Lösungen (Fortpflanzungskonstanten) haben könnte. Die diskrete Lösung ist diejenige einer gebundenen bzw. beschränkten Mode, während die fortlaufenden Lösungen diejenigen von Strahlungsmoden sind.
Da jeder Wellenleiter eine andere diskrete (Eigenwert-)Lösung für seine gebundene bzw. beschränkte Mode hat, kann man davon ausgehen, dass zwei unterschiedliche Wellenleiter, beispielsweise eine Lichtleitfaser und ein Planarwellenleiter, im Allgemeinen nicht die gleiche Lösung für eine einzelne gebundene bzw. beschränkte Mode haben werden. Um somit die Effizienz der optischen Kopplung zu verbessern, ist es erforderlich, eine Wellenleiterübergangsregion zwischen dem Planarwellenleiter der OIC und der Lichtleitfaser zu haben. Dieser Übergangsbereich ermöglicht idealerweise eine adiabatische Komprimierung oder Expansion der Mode, so dass eine effiziente Kopplung der Mode von einer Art von Wellenleiter mit einer anderen durchgeführt werden kann.
Wie erwähnt unterstützen bzw. tragen Lichtleitfasern typischerweise Modengrößen (räumliche Verteilung des Magnetfelds), die sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung viel größer sind als Moden, die durch Wellenleiterstrukturen mit höherem Index getragen bzw. unterstützt werden, beispielsweise Planarwellenleiter. Daher ist es eine Herausforderung, einen Wellenleiterübergangsbereich bereitzustellen, der eine adiabatische Expansion der Mode ermöglicht, so dass sie durch die Lichtleitfaser getragen bzw. unterstützt wird. Zudem ist es nützlich, die adiabatische Expansion der Mode sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung zu erzielen.
Die Herstellung von Wellenleitern zum Bewirken bzw. Beeinflussen der adiabatischen Expansion der Mode in vertikaler Richtung unter Verwendung herkömmlicher Herstellungsverfahren hat sich als schwierig erwiesen. Daher ist eine Verjüngung der Dicke des Wellenleiters zum Bewirken der adiabatischen Expansion der Mode in vertikaler Richtung durch herkömmliche Verfahren äußerst schwierig.
Daher ist eine Struktur erforderlich, die eine effiziente Kopplung zwischen Wellenleitern bewirkt, die unterschiedliche charakteristische Modengrößen aufweisen, welche die Nachteile des oben beschriebenen Stands der Technik überwindet.
Das japanische Dokument JP-06-174982 offenbart eine optische Kopplungsvorrichtung, die einen ersten und einen zweiten Kern mit sich verjüngender Form umfasst. Der zweite Kern ist auf bzw. an dem ersten Kern angeordnet und ist kürzer als der erste Kern.
In R. S. Fan und R. B. Hooker: „Tapered Polymer Single-mode Waveguides for Mode Transformation", J. Lightwave Technol., Ausgabe 17, Nr. 3, März 1999, Seite 466–474 ist eine sich verjüngende Wellenleiterstruktur zur Modentransformation offenbart. Die Struktur besteht aus zwei wellenleitenden Schichten. Die untere Leitungs- bzw. Führungsschicht kann eine seitliche Verjüngung enthalten. Eine zweite Schicht hat ihre Leitungs- bzw. Führungsregion direkt über der unteren Führungsschicht und enthält eine seitliche Verjüngung, die sich nach oben von einer Nullbreite verjüngt.
R. N. Thurston et al.: „Two-dimensional control of mode size in optical channel waveguides by lateral channel tapering", Opt. Lett., Ausgabe 16, Nr. 5 (März 1991), Seite 306–308 offenbart eine doppelt gerippte Struktur zum Steuern bzw. Kontrollieren der Modengröße bei optischen Kanalwellenleitern. Die Breiten jeder Rippe sind simultan verjüngt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen ist wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken und nicht zur Beschränkung exemplarische Ausführungsformen genannt, die spezifische Details offenbaren, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Desweiteren können Beschreibungen von gut bekannten Vorrichtungen, Verfahren und Materialien ausgelassen werden, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht unverständlich zu machen.
1(a) ist eine Draufsicht eines nicht erfindungsgemäßen Wellenleiters.
1(b) ist eine perspektivische Ansicht des in 1(a) gezeigten Wellenleiters.
1(c) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1(c)-1(c) von 1(a) eines Wellenleiters.
2(a) ist eine perspektivische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Wellenleiters, der mit einer Lichtleitfaser gekoppelt ist.
2(b) ist eine Draufsicht eines Wellenleiters.
3(a)–3(f) sind graphische Darstellungen der elektrischen Feldverteilung von optischen Moden an unterschiedlichen Regionen eines nicht erfindungsgemäßen Wellenleiters.
4(a)–4(d) sind Draufsichten von Führungsschichten von Wellenleitern.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines illustrativen, nicht erfindungsgemäßen Wellenleiters.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines illustrativen, nicht erfindungsgemäßen Wellenleiters.
Definierte Begriffe

1. Wie hierin verwendet kann der Betriff „auf bzw. an" direkt auf bzw. an bedeuten, oder dass mehrere Schichten dazwischen sind.
2. Wie hierin verwendet kann der Betriff „einzelnes Material" Materialien einschließen, die eine im Wesentlichen einheitliche Stöchiometrie haben. Diese Materialien können dotiert sein oder nicht. Beispielhafte Materialien sind, ohne auf Silizium beschränkt zu sein, SiO_xN_y, SiO_x, Si₃N₄ und InP. Desweiteren schließt der Begriff einzelnes Material, wie er hierin verwendet wird, Nanokompositmaterialien, organische Glasmaterialien ein.
3. Wie hierin verwendet kann der Begriff „Halbieren" ein Teilen in zwei gleiche Teile bedeuten. Alternativ kann der Begriff „Halbieren" ein Teilen in zwei ungleiche Teile bedeuten.

Detaillierte Beschreibung
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken und nicht zur Beschränkung exemplarische Ausführungsformen genannt, die spezifische Details offenbaren, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Beschreibungen von gut bekannten Vorrichtungen, Verfahren und Materialien können ausgelassen werden, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht unverständlich zu machen.
Kurz gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen optischen Wellenleiter bzw. Lichtwellenleiter, der eine adiabatische Modenexpansion/-komprimierung fördert, wodurch eine optische Kopplung zwischen einem ersten Wellenleiter, der eine erste optische Mode trägt, und einen zweiten Wellenleiter ermöglicht wird, der eine zweite optische Mode trägt. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform trägt der Wellenleiter eine erste optische Mode in einer ersten Region und eine zweite optische Mode in einer zweiten Region. Der Wellenleiter enthält eine Einmaterialleitungs- bzw. -führungsschicht, die einen unteren Abschnitt mit einer ersten Verjüngung und einen oberen Abschnitt mit einer zweiten Verjüngung aufweist. Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine optische Vorrichtung offenbart, die einen Wellenleiter mit einer Einmaterialleitungs- bzw. -führungsschicht enthält. Die Einmaterialführungsschicht weist einen unteren Abschnitt, der sich von einer ersten Breite zu einer zweiten Breite verjüngt, und einen oberen Abschnitt auf, der sich von der ersten Breite zu einem Punkt verjüngt. Das einzelne Material kann auf einer Beanspruchungskompensationsschicht angeordnet sein, die zur Reduzierung beanspruchungsbedingter Polarisationsmodendispersion und temperaturbedingter Polarisationsmodendispersion verwendet wird. Diese Beanspruchungskompensationsschicht beeinflusst die optischen Charakteristika eines Wellenleiters nicht wesentlich.
Der Wellenleiter gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann ein integraler Teil einer OIC sein, der während der Herstellung der OIC gebildet wird. Der Wellenleiter koppelt zur Veranschaulichung einen Planarwellenleiter der OIC mit einer optischen Faser bzw. Lichtleitfaser eines optischen Kommunikationssystems. Natürlich können mehrere Wellenleiter verwendet werden, um mehrere Lichtleitfasern an verschiedenen Stellen der OIC zu koppeln.
1(a) und 1(b) zeigen einen nicht erfindungsgemäßen Wellenleiter 100. Eine Leitungs- bzw. Führungsschicht 101 ist auf einer unteren Mantelschicht 102 angeordnet. Die Führungsschicht 101 ist illustrativ ein einziges Material. Eine obere Mantelschicht (nicht gezeigt) bedeckt die Führungsschicht 101. Die Brechungsindizes der oberen und der unteren Führungsschicht können gleich oder nicht gleich sein. In allen Fällen sind die Brechungsindizes der oberen und der unteren Führungsschicht geringer als der Brechungsindex (n_g) der Führungsschicht 101. Der Wellenleiter 100 enthält eine erste Region 103 und eine zweite Region 104. Die Führungsschicht 101 enthält ferner einen oberen Abschnitt 105 und einen unteren Abschnitt 106. Der obere Abschnitt 105 verjüngt sich bei einem Winkel θ₂ relativ zu dem Rand bzw. Kante 107 der Führungsschicht 101. Der untere Abschnitt 106 verjüngt sich bei einem Winkel θ₁ relativ zu dem Rand bzw. Kante 107 der Führungsschicht 101.
Eine Reduzierung der Dicke und Breite der Führungsschicht 101 bewirkt im Wesentlichen eine adiabatische Expansion/Komprimierung einer optischen Mode, die den Wellenleiter durchläuft. (Wie es einem Durchschnittsfachmann offensichtlich wäre, tritt eine adiabatische Expansion einer Mode auf, wenn sich die Mode in der +z-Richtung bewegt; während gemäß dem Reziprozitätsprinzip in der Optik eine adiabatische Komprimierung auftritt, wenn sich die Mode in der –z-Richtung bewegt.) Der effektive Brechungsindex wird in dem Maße verringert, wie sich die Breite der Führungsschicht 101 entlang einer ersten Verjüngung 108 von einer Breite w₁ auf eine effektive Nullbreite an einem Endpunkt 109 verringert. Zudem verringert sich die Führungsschicht 101 entlang der zweiten Verjüngung 111 von einer Breite w₁ auf eine Breite w₂, einer endlichen Breite, an einer Endfläche 110. Wiederum nimmt der effektive Brechungsindex in dem Maße ab, wie die Breite der Führungsschicht 101 abnimmt. Auf Grund der Reduzierung des effektiven Brechungsindex weitet sich der horizontale Abschnitt der optischen Mode auf (ist weniger in der Führungsschicht 101 gebunden bzw. beschränkt), wenn die Mode den Wellenleiter in der +z-Richtung durchläuft. Die Herstellung der ersten Verjüngung 108 und der zweiten Verjüngung 111 der Führungsschicht 101 kann mittels gut bekannter Verfahren erfolgen, wie es unten weiter detailliert beschrieben wird.
Natürlich ist es auch nützlich, den vertikalen Abschnitt der optischen Mode adiabatisch aufzuweiten/zu komprimieren. Damit der vertikale Abschnitt der optischen Mode eine im Wesentlichen adiabatische Expansion/Komprimierung erfährt, wird die Dicke der Führungsschicht verringert.
In 1(c) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linien 1(c)-1(c) von 1(a) gezeigt. Bei dieser Ansicht verringert sich die Dicke der Führungsschicht 101 in der +–z-Richtung von einer Dicke t₁ auf eine Dicke t₂, wie es gezeigt ist. Eine obere Mantelschicht (nicht gezeigt) kann die Führungsschicht 101 bedecken. Während das einzelne Material, das für die Führungsschicht 101 verwendet wird, einen Brechungsindex n_g hat, wird der effektive Brechungsindex verringert, wenn die Dicke der Führungsschicht 101 von einer Dicke t₁ auf eine Dicke t₂ verringert wird. Dementsprechend weitet sich der vertikale Abschnitt einer optischen Mode, welche die Führungsschicht 101 in der +z-Richtung durchläuft, auf, da er weniger auf die Führungsschicht 101 beschränkt bzw. an diese gebunden ist. Schließlich hat gemäß 1(a) und 1(b) die Endfläche 110 der Führungsschicht 101 eine Breite w₂, eine Dicke t₂ und einen Brechungsindex, die eine optische Mode ergeben, die gut an diejenige einer Lichtleitfaser angepasst ist. Dementsprechend ist die einzelne optische Mode, die durch den Wellenleiter 100 an der Endfläche 110 getragen ist, auch eine Mode, die durch eine Lichtleitfaser getragen ist. Somit ergibt sich eine gute optische Kopplung zwischen der Führungsschicht 101 des Wellenleiters 100 und der Führungsschicht 101 einer Lichtleitfaser (nicht gezeigt).
Der Wellenleiter 100 gemäß exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann so hergestellt werden, dass der obere Abschnitt und der untere Abschnitt der Führungsschicht 101 symmetrisch um eine Ebene sind, welche die Führungsschicht 101 der Länge nach teilt. Alternativ kann der Wellenleiter 100 gemäß exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so hergestellt werden, dass der obere Abschnitt, oder der obere Abschnitt und der untere Abschnitt, der Führungsschicht 101 symmetrisch um eine Achse sind, die den Wellenleiter 100 halbiert. Diese und andere exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den unten beschriebenen Beispielen beschrieben.
Beispiel I
In 2(a) ist eine perspektivische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Wellenleiters 200 gezeigt. Eine untere Mantelschicht 202 ist auf einem Substrat 201 angeordnet. Eine Leitungs- bzw. Führungsschicht 203 ist auf der unteren Mantelschicht 202 angeordnet. Der Wellenleiter 200 weist eine erste Region 204 und eine zweite Region 205 auf. Die Führungsschicht 203 enthält einen unteren Abschnitt 206 und einen oberen Abschnitt 207. Eine optische Mode ist von einer Endfläche 209 zu bzw. mit einer Lichtleitfaser 208 gekoppelt. Zum Zwecke einer einfacheren Erörterung ist eine obere Mantelschicht nicht in 2(a) gezeigt. Diese obere Mantelschicht würde die Führungsschicht 203 bedecken. Die obere Mantelschicht, die Führungsschicht 203 und die untere Mantelschicht 202 bilden einen Wellenleiter 200 gemäß einer illustrativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die obere Mantelschicht kann den gleichen Brechungsindex wie die untere Mantelschicht 202 haben. Alternativ kann die obere Mantelschicht einen höheren (oder niedrigeren) Brechungsindex als die untere Mantelschicht 202 haben.
Die Führungsschicht 203 hat einen Brechungsindex n_g, der größer ist als der Brechungsindex sowohl der oberen Mantelschicht als auch der unteren Mantelschicht 202. Schließlich sind der obere Abschnitt 207 und der untere Abschnitt 206 symmetrisch um eine Achse 210, welche die Führungsschicht 200 halbiert (unten gezeigt).
Wie oben erwähnt kann es wünschenswert sein, die Lichtleitfaser 208 mit einer OIC (nicht gezeigt) zu koppeln. Diese Kopplung kann dadurch erreicht werden, dass die Lichtleitfaser mit einem Planarwellenleiter (nicht gezeigt) der OIC gekoppelt wird. Der Planarwellenleiter trägt jedoch eine erste optische Mode und die Lichtleitfaser 208 trägt eine zweite optische Mode. Somit wird die erste optische Mode des Planarwellenleiters nicht effizient durch die Lichtleitfaser getragen und ein erheblicher Teil der Energie der ersten optischen Mode des Planarwellenleiters könnte zu Strahlungsmoden in der Lichtleitfaser 208 transformiert werden.
Der Wellenleiter 200 kann zwischen dem Planarwellenleiter der OIC und der Lichtleitfaser 208 angeordnet sein, um eine effiziente Kopplung zwischen diesen zu erleichtern. Wie es oben detailliert beschrieben ist, ist die erste optische Mode des Planarwellenleiters hierzu physisch bzw. physikalisch mehr auf die Führungsschicht des Planarwellenleiters beschränkt bzw. an diese gebunden als es die zweite optische Mode in der Führungsschicht der Lichtleitfaser ist. Dementsprechend ist der Wellenleiter 200 dabei nützlich, die Energie der ersten optischen Mode des Planarwellenleiters durch eine im Wesentlichen adiabatische Expansion der Mode in die Lichtleitfaser 208 zu übertragen. Anders ausgedrückt ist die Lösung der Wellengleichung für den Planarwellenleiter eine erste optische Mode. Wenn die getragene Mode des Planarwellenleiters den Wellenleiter 200 durchläuft, erfährt sie eine Transformation zu einer zweiten optischen Mode, die durch einen zylindrischen Lichtwellenleiter (Lichtleitfaser 208) getragen ist.
Vorteilhafterweise ist die Transformation der Mode, die durch den Planarwellenleiter getragen ist, zu einer Mode, die durch den Wellenleiter 200 getragen ist, und schließlich zu einer Mode, die durch die Lichtleitfaser 208 getragen ist, eine im Wesentlichen adiabatische Transformation. Somit sind Übergangsverluste von dem Planarwellenleiter zu der Lichtleitfaser 208 minimal. Zur Veranschaulichung betragen Übergangsverluste ca. 0,1% oder weniger. Desweiteren bewirkt die zweite Region 205 des Wellenleiters 200 sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Transformation der Mode. Schließlich ist die obige Erörterung auf die adiabatische Expansion einer Mode in dem Wellenleiter 230 gerichtet. Natürlich würde gemäß dem Reziprozitätsprinzip in der Optik eine Mode, sich von der Lichtleitfaser 208 (–z-Richtung) zu einem Planarwellenleiter bewegt, eine adiabatische Komprimierung durch identische Physik erfahren.
2(b) zeigt eine Draufsicht des Wellenleiters 200 von 2(a). Die Führungsschicht 203 des Wellenleiters 200 enthält eine erste Region 204, die mit einem anderen Wellenleiter gekoppelt ist (oder ein Teil von diesem ist), wie beispielsweise einem Planarwellenleiter (nicht gezeigt). Die zweite Region 205 ist die Region, in der die Transformation der Mode, die in dem Planarwellenleiter getragen ist, zu einer Mode erfolgt, die durch einen anderen Wellenleiter (z. B. Lichtleitfaser 208) getragen ist. Diese zweite Region 205 enthält einen unteren Abschnitt 206 und einen oberen Abschnitt 207. Beim Erreichen der Endfläche 209 ist die einzelne gebundene bzw. beschränkte Mode eine, die durch die Lichtleitfaser 208 getragen ist. Dementsprechend geht ein erheblicher Anteil der Energie der Mode nicht an Strahlungsmoden in der Lichtleitfaser verloren. Zusammengefasst resultiert die Struktur von 2(a) und 2(b) in einer effizienten Kopplung sowohl des horizontalen Abschnitts als auch des vertikalen Abschnitts der optischen Mode. Die Struktur kann leicht durch standardmäßige Halbleiterherstellungsverfahren hergestellt werden.
Wenn sich die Führungsschicht 203 verjüngt, ist, wie es in 2(b) gezeigt ist, der untere Abschnitt 206 bei einem ersten Winkel θ₁ relativ zu dem Rand bzw. Kante des Wellenleiters 203, und der obere Abschnitt 207 ist bei einem zweiten Winkel θ₂ ebenfalls relativ zu dem Rand bzw. Kante des Wellenleiters 203. Zur Veranschaulichung liegen die Winkel in dem Bereich von ca. 0° bis ca. 0,5°. Manchmal wird es bevorzugt, dass die Winkel in dem Bereich von größer als 0° bis ca. 0,5° liegen. Einem Durchschnittsfachmann ist ersichtlich, dass je größer der Winkel der Verjüngung, desto kürzer die Länge der Verjüngung. Im Gegensatz dazu ist die Länge der Verjüngung desto größer je kleiner der Verjüngungswinkel ist. Wie es hierin detaillierter beschrieben wird kann eine größere Verjüngungslänge mehr Chipbereich erfordern, was zwar aus Integrationssicht nachteilig sein kann, aber in einer adiabatischeren Transformation (Expansion/Komprimierung) der Mode resultieren kann. Schließlich kann dies Übergangsverluste und Strahlungsmoden in der zweiten Region 205 des Wellenleiters bzw. der Lichtleitfaser 208 verringern. Letztlich ist es interessant zu erwähnen, dass der Winkel θ₁ und der Winkel θ₂ nicht zwangsläufig gleich sind. Zur Veranschaulichung ist der Winkel θ₂ größer als der Winkel θ₁.
Die Länge der Verjüngung des unteren Abschnitts 206 (in 2(b) als L₂ gezeigt) liegt in der Größenordnung von ca. 100 μm bis ca. 1500 μm. 2(b) ist natürlich nicht maßstabgetreu gezeichnet, da die Breite des Wellenleiters (als w_g gezeigt) hunderte Male geringer ist als die Länge L₂ des Verjüngungsabschnitts (z. B. 1–10 Mikrometer breit). Die Länge der Verjüngung des oberen Abschnitts 207 des Wellenleiters (bei L₁ gezeigt) liegt in der Größenordnung von ca. 100 μm bis ca. 1500 μm. Wie oben beschrieben resultieren kleinere Verjüngungswinkel bei längeren Verjüngungslängen (L₁) und können folglich mehr Chipfläche erfordern, was bei hochintegrierten Strukturen weniger wünschenswert sein kann. Die Länge der Verjüngung (L₁) gibt jedoch auch die Effizienz der Modenformung vor. Zu diesem Zweck können längere Verjüngungen eine effiziente Modenformung liefern, da die Modentransformation adiabatischer ist.
In 2(a) und 2(b) sind der obere Abschnitt 207 und der untere Abschnitt 206 der Führungsschicht 203 im Wesentlichen symmetrisch um eine Achse 210, welche die Führungsschicht 203 halbiert. Somit ist der erste Winkel θ₁ des unteren Abschnitts auf beiden Seiten der Achse 210 gleich. Gleichermaßen ist der zweite Winkel θ₂ des oberen Abschnitts auf beiden Seiten der Achse 210 gleich. Bei der vorliegenden Ausführungsform, bei welcher der obere Abschnitt 207 und der untere Abschnitt 206 symmetrisch um die Achse 210 sind, sind die Längen L₁ und L₂ auf beiden Seiten der Achse 210 gleich.
Wie unten beschrieben verringert schließlich die Verjüngung des Wellenleiters die Breite (w_g) der Führungsschicht 203, was eine im Wesentlichen adiabatische Expansion/Komprimierung des horizontalen Abschnitts der Mode ermöglicht. An der Endfläche 209 ist die Breite auf eine Breite w_g reduziert, wie es gezeigt ist. Zur Veranschaulichung liegt diese Breite w_g in dem Bereich von ca. 0,5 μm bis ca. 2,0 μm. Während dies zeigt, dass die Führungsschicht 203 bei dieser Breite eher abrupt endet. Wie in 1(a) und 1(b) ist es möglich, die Führungsschicht 203 bei der verringerten Breite w_g für eine endliche Länge fortzuführen, was bzw. die schließlich bei einer Endfläche endet.
Die Herstellung des Wellenleiters 200 kann mittels relativ standardmäßiger Halbleiterherstellungsverfahrenstechnik erfolgen. Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, dass die Führungsschicht 203 aus einer einzigen Schicht hergestellt sein kann, zur Veranschaulichung aus einer einzigen Schicht aus einem einzigen Material. Zur Herstellung der in 1 veranschaulichten Vorrichtung wird ein geeignetes Material auf dem Substrat 201 abgeschieden. Dieses Material ist zur Veranschaulichung monolithisch und wird in einem einzigen Abscheidungsschritt abgeschieden. Danach wird ein herkömmlicher Photolithographieschritt durchgeführt und ein herkömmliches Ätzen, beispielsweise ein reaktives Ionenätzverfahren (RIE-Verfahren) kann durchgeführt werden, um den Wellenleiter 203 zu formen bzw. zu bilden und um den unteren Abschnitt 206 zu definieren. Der obere Abschnitt 207 kann durch eine zweite herkömmliche Photolithographie-/Ätzsequenz hergestellt werden.
Alternativ kann ein monolithisches Material auf der Schicht 202 abgeschieden werden und in dem Abscheidungsschritt kann die Verjüngung in dem unteren Abschnitt 206 der zweiten Region 205 gebildet werden. Nach dem Abscheidungsschritt kann die Führungsschicht 203 teilweise geätzt werden, um die Verjüngung in dem oberen Abschnitt 207 zu bilden. Der obere Abschnitt 207 kann durch standardmäßige Trocken- oder Nassätzverfahren geätzt werden, sowohl isotrop als auch anisotrop. Während die bisher beschriebene Ausführungsform darauf gerichtet ist, dass die Führungsschicht 203 aus einer einzigen Schicht gebildet ist, ist klar, dass dieser Wellenleiter ebenfalls aus mehreren Schichten eines einzigen Material gebildet sein kann. Hierzu kann die Führungsschicht 203 aus einer unteren Schicht, die den unteren Abschnitt 206 enthält, und einer oberen Schicht (nicht gezeigt) bestehen, die den oberen Abschnitt 207 enthält. Bei dem Verfahren, bei dem zwei aufeinanderfolgende Schichten abgeschieden werden, wird die obere Schicht danach durch ein standardmäßiges Verfahren geätzt, um die Verjüngung in dem oberen Abschnitt 207 der zweiten Region 205 der Führungsschicht 203 zu bilden.
Zu Veranschaulichungszwecken und nicht zur Beschränkung ist die untere Mantelschicht bei der illustrativen Ausführungsform Siliziumdioxid (SiO₂) mit einem Brechungsindex in der Größenordnung von ca. 1,46. Die Führungsschicht ist zur Veranschaulichung Siliziumoxinitrid (SiO_xN_y) und die oberen Mantelschicht (nicht gezeigt) ist ebenfalls SiO₂. Bei diesem veranschaulichenden Beispiel von Materialien hat die Führungsschicht 203 in der ersten Region 204 eine Dicke (gezeigt bei t₁ in 2(a)) in der Größenordnung von ca. 2,0 μm bis ca. 4,0 μm. Wie aus 2(a) ersichtlich verringert sich die Dicke der Führungsschicht 203 von t₁ auf t₂. Wie desweiteren aus 2(a) ersichtlich ist, hat die Führungsschicht 203 bei dem Abschnitt bzw. Sektion 210 eine Dicke t₁, welche die Summe der Dicke t₃ des oberen Abschnitts 207 und der Dicke t₂ des unteren Abschnitts 206 ist. Bei dem Abschnitt bzw. Sektion 211 verringert sich die Dicke der Führungsschicht 203 auf t₂, was die Dicke des unteren Abschnitts 206 ist.
Während die Verjüngung (Reduzierung der Breite w_g) des oberen Abschnitts 207 und des unteren Abschnitts 206 in der adiabatischen Expansion des horizontalen Abschnitts der gebundenen bzw. beschränkten Mode resultiert, resultiert die Reduzierung der Dicke von t₁ auf t₂ in der adiabatischen Expansion des vertikalen Abschnitts der gebundenen bzw. beschränkten Mode. Wie oben beschrieben resultiert die Reduzierung der Dicke der Führungsschicht 203 in einer Reduzierung des effektiven Brechungsindex (n_eff) für den vertikalen Abschnitt der Mode. Somit ist die Mode weniger vertikal in der Führungsschicht 203 gebunden bzw. beschränkt und wird nach und nach aufgeweitet, wenn sie den Wellenleiter 200 in der +–z-Richtung durchläuft. An der Endfläche 209 wird die Mode effektiv auf die Führungsschichtcharakteristika der Lichtleitfaser 208 abgestimmt. Der untere Abschnitt 206 hat eine illustrative Dicke (t₂) in dem Bereich von ca. 1,0 μm bis ca. 2,0 μm. Schließlich hat der obere Abschnitt 207 illustrativ eine Dicke (t₃) in dem Bereich von ca. 1,0 μm bis ca. 2,0 μm.
3(a) und 3(b) zeigen die elektrische Feldverteilung der beschränkten bzw. gebundenen Mode in dem ersten Abschnitt 204 des Wellenleiters 200 entlang der x- Achse an einem Punkt z₀ bzw. entlang der y-Achse an einem Punkt z₀. Anders ausgedrückt zeigt 3(a) den horizontalen Abschnitt des elektrischen Felds der gebundenen bzw. beschränkten Mode in der ersten Region 204, während 3(b) den vertikalen Abschnitt des elektrischen Felds der Mode zeigt. Wie es ersichtlich ist, ist die Modenenergie besonders in der ersten Region 204 des Wellenleiters 200 beschränkt bzw. gebunden. Charakteristischerweise ist dies eine Energieverteilung einer getragenen Eigenmode eines Planarwellenleiters (nicht gezeigt), der fertig mit der ersten Region 204 des Wellenleiters 200 gekoppelt ist, der praktisch die gleichen physischen bzw. physikalischen Charakteristika wie der Planarwellenleiter hat.
3(c) und 3(d) zeigen das elektrische Feld der gebundenen bzw. beschränkten Mode in der zweiten Region 205 des Wellenleiters 200, insbesondere nahe dem Punkt 212. Genauer gesagt zeigen 3(c) und 3(d) den horizontalen bzw. den vertikalen Abschnitt der elektrischen Feldverteilung der gebundenen bzw. beschränkten Mode in der zweiten Region 205 des Wellenleiters 200. Wie ersichtlich ist, ist die getragene Mode in diesem Abschnitt des Wellenleiters 200 leicht aufgeweitet (weniger auf die Führungsschicht 203 beschränkt bzw. gebunden) verglichen mit der getragenen Mode in dem ersten Abschnitt 204.
3(e) bzw. 3(f) zeigen den horizontalen bzw. den vertikalen Abschnitt der elektrischen Feldverteilung der gebundenen bzw. beschränkten Mode bei etwa der Endfläche 209 der zweiten Region 205 des Wellenleiters 200. An diesem Punkt ist die elektrische Feldverteilung der gebundenen bzw. beschränkten Mode sowohl in der horizontalen Richtung (3(e)) als auch der vertikalen Richtung (3(f)) erheblich größer. Die adiabatische Transformation der Mode von der relativ gebundenen bzw. beschränkten Mode der ersten Region 204 zu der relativ aufgeweiteten Mode an der Endfläche 209 ist relativ adiabatisch und resultiert in Übergangsverlusten, die im Wesentlichen zu vernachlässigen sind.
Eine erneute Betrachtung von 3(a)–3(e) zeigt die adiabatische Aufweitung der gebundenen bzw. beschränkten Mode, welche die Führungsschicht 203 in der +z-Richtung durchläuft. Wie oben angegeben resultiert die Verjüngung des unteren Abschnitts 206 und des oberen Abschnitts 207 in einer Reduzierung der Breite w_g der Führungsschicht 203. Dies resultiert in einer Reduzierung des effektiven Brechungsindex (n_eff) für den horizontalen Abschnitt der Mode. Somit ist der horizontale Abschnitt der Mode weniger an die Führungsschicht 203 gebunden. Dementsprechend wird die Mode aufgeweitet, wenn sie den Wellenleiter 200 durchläuft. Zusätzlich resultiert die Reduzierung der Dicke der Führungsschicht 203 von t₁ auf t₂ in einer Reduzierung des effektiven Brechungsindex (n_eff) für den vertikalen Abschnitt der Mode. Somit ist die Mode weniger in der Führungsschicht 203 gebunden bzw. beschränkt. Die in 3(d) und 3(e) dargestellte Mode wird durch eine Lichtleitfaser getragen bzw. gestützt.
Beispiel II
Wie oben beschrieben waren der obere Abschnitt und der untere Abschnitt der Führungsschicht in Beispiel I im Wesentlichen symmetrisch um eine Achse, welche die Führungsschicht halbiert. Bei den illustrativen Wellenleitern von Beispiel II kann der obere Abschnitt der Führungsschicht asymmetrisch um eine Achse sein, welche die Führungsschicht halbiert. Der untere Abschnitt kann symmetrisch um die Achse sein, welche die Führungsschicht halbiert. Alternativ können sowohl der obere Abschnitt als auch der untere Abschnitt asymmetrisch um eine Achse sein, welche die Führungsschicht halbiert. Die Asymmetrie entweder des oberen Abschnitts der Führungsschicht alleine oder des oberen und des unteren Abschnitts der Führungsschicht um eine Achse, welche die Führungsschicht halbiert, kann aus Sicht der Fertigung und Herstellung vorteilhaft sein.
Bei den hierin beschriebenen illustrativen Wellenleitern bietet die Asymmetrie der Verjüngung entweder des oberen Abschnitts oder des oberen Abschnitts und des unteren Abschnitts der Führungsschicht mehr Toleranz während der Herstellung. Aus diesem Grund sind Maskenpositionierungstoleranzen höher, wenn asymmetrische Verjüngungen hergestellt werden. Es ist interessant zu beachten, dass standardmäßige Maskierungs- und Ätzschritte, die in Verbindung mit den illustrativen Wellenleitern in Beispiel I beschrieben werden, bei der Herstellung von Wellenleitern der illustrativen Ausführungsformen des vorliegenden Beispiels verwendet werden können. Wie es in Verbindung mit den illustrativen Wellenleitern von Beispiel I beschrieben ist, erleichtern Wellenleiter gemäß der illustrativen Ausführungsform zudem eine effiziente Kopplung zwischen zwei Wellenleitern, indem sie eine optische Mode adiabatisch aufweiten/komprimieren. Ferner koppeln Wellenleiter in Beispiel II illustrativ Lichtleitfasern eines optischen Kommunikationssystems mit Planarwellenleitern einer OIC.
In 4(a) ist eine Draufsicht einer Leitungs- bzw. Führungsschicht 401 eines Wellenleiters gezeigt. Wiederum können eine untere Mantelschicht (nicht gezeigt) und eine obere Mantelschicht (nicht gezeigt) unter oder über der Führungsschicht 401 angeordnet sein, wodurch eine Wellenleiter gebildet wird bzw. ist. Die obere und die untere Mantelschicht sind im Wesentlichen gleich wie oben vollständig beschrieben. Ein unterer Abschnitt 402 der Führungsschicht 401 hat einen ersten unteren Verjüngungsabschnitt 403 und einen zweiten unteren Verjüngungsabschnitt 404. Der erste untere Verjüngungsabschnitt 403 ist durch einen Winkel θ₃ und eine Länge 405 definiert. Die Länge 405 des ersten unteren Verjüngungsabschnitts 403 wird leicht durch Herabfallenlassen einer Senkrechten zu dem Endpunkt der ersten Verjüngung 403 bestimmt. Der zweite untere Verjüngungsabschnitt 404 ist durch einen Winkel θ₄, eine Länge 406 definiert, die wiederum durch Herabfallenlassen einer Senkrechten zu dem Endpunkt bestimmt wird. Ein oberer Abschnitt 407 der Führungsschicht 401 ist auf dem unteren Abschnitt 402 angeordnet. Der obere Abschnitt 407 hat einen ersten oberen Verjüngungsabschnitt 408, der durch einen Winkel θ₁ und eine Länge 410 definiert ist, die durch Herabfallenlassen einer Senkrechten von dem Endpunkt des ersten oberen Verjüngungsabschnitts 408 gefunden bzw. bestimmt werden kann. Gleichermaßen ist ein zweiter oberer Verjüngungsabschnitt 409 der Führungsschicht 401 durch einen Winkel θ₂ und eine Länge 411 definiert, die durch Herabfallenlassen einer Senkrechten von dem Endpunkt der Verjüngung zu der Kante bzw. Rand der Führungsschicht gefunden bzw. bestimmt werden kann, wie es gezeigt ist. Die Führungsschicht 401 hat eine illustrative Breite w_g, die an der Endfläche 410 zu einer Breite w_g abnimmt. Der Abschnitt bzw. Sektion 411 der Führungsschicht 401 hat eine konstante Breite w_g. Der Abschnitt bzw. Sektion 412 ist illustrativ und die Endfläche, die eine verringerte Breite w_g hat, kann an dem Ende des unteren Punkts 402 angeordnet sein.
In 4(a) halbiert eine Achse 413 die Führungsschicht 401. Der obere Abschnitt 407 ist asymmetrisch um die Achse 413. Im Gegensatz dazu ist der untere Abschnitt 402 im Wesentlichen symmetrisch um die Achse 413. Bei der illustrativen Ausführungsform von 4(a) sind die Winkel θ₁ und θ₃ ungleich und die Verjüngungslängen 410 und 411 der Verjüngungen 408 bzw. 409 sind ebenfalls ungleich. Jedoch sind bei der illustrativen Ausführungsform von 4(a) die Winkel θ₃ und θ₄ im Wesentlichen identisch. Die Längen 405 und 406 des ersten bzw. zweiten unteren Verjüngungsabschnitts 403 und 404 sind ebenfalls im Wesentlichen identisch. Vorteilhafterweise werden die Beschränkungen für Maskenpositionstoleranzen bei dem Bilden des oberen Abschnitts 407 der Führungsschicht 401 vermindert verglichen mit den oben beschriebenen Ausführungsformen, in denen der obere Abschnitt symmetrisch um eine Achse ist, welche die Führungsschicht 407 halbiert.
Es ist leicht zu erkennen, dass eine Vielzahl von Strukturen für die Führungsschicht 401 realisiert werden kann, indem der Winkel θ₃ des ersten oberen Verjüngungsabschnitts 403 und die Länge 405 des ersten unteren Verjüngungsabschnitts 403 verändert werden, indem der Winkel θ₄ des zweiten unteren Verjüngungsabschnitts 404 und die Länge 406 des zweiten unteren Verjüngungsabschnitts 404 verändert werden, indem der Winkel θ₁ des ersten oberen Verjüngungsabschnitts 408 und die Länge 410 des ersten oberen Verjüngungsabschnitts 408 verändert werden und indem der Winkel θ₂ des zweiten oberen Verjüngungsabschnitts 409 und die Länge 411 des zweiten oberen Verjüngungsabschnitts 409 verändert werden. Die Ergebnisse können sein, dass der obere Abschnitt asymmetrisch um die Achse 413 ist, während der untere Abschnitt 402 symmetrisch um die Achse 413 ist. Alternativ können sowohl der obere Abschnitt 407 als auch der untere Abschnitt 402 der Führungsschicht 401 asymmetrisch um die Achse 400 sein. Einige illustrative Strukturen werden unten beschrieben. Diese sind natürlich nur beispielhaft und beschränken die vorliegende Erfindung in keinster Weise.
In 4(b) ist der untere Abschnitt 402 der Führungsschicht 401 im Wesentlichen symmetrisch um die Achse 413. Das heißt der Winkel θ₃ ist im Wesentlichen identisch zu dem Winkel θ₄ und die Länge 405 ist im Wesentlichen gleich der Länge 406. Der Winkel θ₂ und die Länge 411 sind jedoch im Wesentlichen Null. Somit gibt es keine zweite Verjüngung des oberen Abschnitts 407. Der obere Abschnitt 407 ist im Wesentlichen durch den Winkel θ₁ und die Länge 410 definiert. Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass eine Maske, die zum Definieren des oberen Abschnitts 407 verwendet wird, nur halbselbstjustierend bzw. -ausrichtend sein muss. Das heißt sie muss nur den untere Abschnitt 402 schneiden, da die Verjüngung des oberen Abschnitts 407 einseitig ist und an einem Punkt an der Kante bzw. Rand des unteren Abschnitts 402 endet. Dieses Fehlen einer zweiten Verjüngung resultiert in einem geringeren Bedarf an Genauigkeit bei der Maskenjustierung bzw. -ausrichtung.
In 4(c) enthält die Führungsschicht 401 den unteren Abschnitt 402 und den oberen Abschnitt 407. Bei dieser illustrativen Ausführungsform sind die Winkel θ₁ und θ₄ im Wesentlichen Null. Der obere Abschnitt 407 enthält den zweiten oberen Verjüngungsabschnitt 409 mit einer Verjüngungslänge 411. Der untere Abschnitt 402 hat eine erste Verjüngung 403 mit einer Verjüngungslänge 405. Sowohl der obere Abschnitt 407 als auch der untere Abschnitt 402 sind asymmetrisch um die Achse 413, welche die Führungsschicht 401 halbiert.
In 4(d) sind sowohl der untere Abschnitt 402 als auch der obere Abschnitt 407 der Führungsschicht 401 asymmetrisch um eine Achse 413, welche die Führungsschicht 401 halbiert. Wiederum können die Winkel θ₁ und θ₂ zusammen mit den Längen 410 und 411 verwendet werden, um die Verjüngung des oberen Abschnitts 407 zu definieren. Gleichermaßen können der Winkel θ₃ und die Länge 405 verwendet werden, um die Verjüngung des unteren Abschnitts 402 der Führungsschicht 401 zu definieren.
Wie es aus einer erneuten Betrachtung von Beispiel II leicht ersichtlich ist, kann die Führungsschicht aus einer Vielzahl von Strukturen sein.
Beispiel III
In dem vorliegenden Beispiel werden andere illustrative Beispiele beschrieben. Diese illustrativen Beispiele können die Prinzipien der Asymmetrie der Führungsschicht wie oben beschrieben einbeziehen. Zudem können viele der in Verbindung mit Beispiel I und II beschriebenen Herstellungsverfahren verwendet werden.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht gemäß einem weiteren illustrativen Beispiel. Ein Wellenleiter 500 enthält eine untere Mantelschicht 502. Die untere Mantelschicht 502 kann auf einem Substrat angeordnet sein. Eine Leitungs- bzw. Führungsschicht 503 ist auf einer Führungsschicht 502 angeordnet. Eine obere Mantelschicht (nicht gezeigt) kann auf der Führungsschicht 503 angeordnet sein. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel ist der Bodenabschnitt 507 der Führungsschicht 503 eine diffundierte Führungsschicht. Bei der speziellen in 5 gezeigten Ausführungsform ist der untere Abschnitt 507 illustrativ ein Ti:LiNbO₃-Wellenleiter. Der obere Abschnitt 506 des Wellenleiters 503 ist ein Material mit einem Brechungsindex, der im Wesentlichen gleich demjenigen des unteren Abschnitts 507 (dem diffundierten Wellenleiter) ist. Vorteilhafterweise ist das in 5 gezeigte Beispiel nützlich, da die diffundierten Führungsschichten häufig breiter (entlang der x-Achse) als tief (entlang der y-Achse) sind. Die zweite Region 505 des oberen Abschnitts 506 ist auf eine Weise ähnlich derjenigen verjüngt, die in den vorherigen Beispielen gezeigt ist, beispielsweise in 1. Der obere Abschnitt 506 der zweiten Region 505 ist dabei nützlich, sowohl eine vertikale als auch horizontale Modentransformation bereitzustellen.
In 6 ist ein weiteres illustratives Beispiel gezeigt. Bei diesem illustrativen Beispiel hat ein Wellenleiter 600 eine zweite Region 605, die veranschaulichenderweise drei Schichten enthält. Dies ist natürlich rein illustrativ und es sind mehrere Schichten möglich. Das Substrat 601 hat eine untere Mantelschicht 602, die daran angeordnet ist. Die Leitungs- bzw. Führungsschicht 603 hat eine erste Region 604 und eine zweite Region 605. Die zweite Region 605 hat einen unteren Abschnitt 606 und einen Zwischenabschnitt 607 und einen oberen Abschnitt 610. Eine obere Mantelschicht 611 (nicht gezeigt) kann über der Führungsschicht 603 angeordnet sein. Wiederum koppelt ein Wellenleiter mit der Endfläche 608 und der Wellenleiter ist veranschaulichenderweise eine Lichtleitfaser (nicht gezeigt). Bei dem in 6 gezeigten illustrativen Beispiel ist die zweite Region 605 symmetrisch um eine Achse 609, die den unteren Abschnitt 606 halbiert. Die Herstellungssequenz und -materialien sind im Wesentlich gleich bei der in 6 gezeigten Ausführungsform. Natürlich müsste ein dritter Photolithographie-/Ätzschritt bei dem Beispiel durchgeführt werden, bei dem eine Materialschicht abgeschieden wird, um die Führungsschicht 603 zu bilden. Natürlich können mehrere Abscheidungen des gleichen Material auf eine Weise durchgeführt werden, die mit derjenigen übereinstimmt, die in Verbindung mit 1 beschrieben ist. Danach würde eine Sequenz bzw. Folge von Photolithographie- und Ätzschritten durchgeführt, um den unteren Abschnitt 606, den Zwischenabschnitt 607 und den oberen Abschnitt 610 der zweiten Region 605 zu realisieren.
Bei den vorhergehenden Beispielen wurden Wellenleiter beschrieben, die mit Verjüngungen hergestellt sind, die in der horizontalen Breite variieren, das heißt Breitenänderungen in der Richtung der Ebene des Substrats, auf dem der Wellenleiter hergestellt wird. Das ist ein Vorteil der Erfindung, da, während Wellenleiter mit vertikaler Verjüngung ebenfalls als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, dies viel schwieriger herzustellen sind.
Zwar wurde die Erfindung detailliert in Verbindung mit einer Erörterung von illustrativen Beispielen und einer exemplarischen Ausführungsform beschrieben, aber es ist klar, dass verschiedene Modifikationen der Erfindung für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ersichtlich sind, der in den Genuss der vorliegenden Offenbarung gekommen ist. Die Erfindung ist nur durch den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche beschränkt.

Claims

Optische Vorrichtung (400) zum Transformieren einer Wellenleitermode von einer ersten Modenform zu einer zweiten Modenform, wobei die Vorrichtung umfasst: – einen Single-Mode- bzw. Einmodenwellenleiter, der eine Führungsschicht (401) umfasst, die ein einziges Material umfasst, wobei die Führungsschicht (401) konfiguriert ist, eine einzelne optische Mode an einem ersten Ende der Führungsschicht (401) zu tragen, und konfiguriert ist, eine einzelne optische Mode an einem entgegengesetzten, zweiten Ende der Führungsschicht (401) zu tragen, – wobei die Führungsschicht (401) eine erste Breite (W_g) an dem ersten Ende der Führungsschicht und eine relativ geringere zweite Breite (W_g) an dem zweiten Ende der Führungsschicht (401), um einen horizontalen Abschnitt der Wellenleitermode von einer geringeren Breite an dem ersten Ende zu einer größeren Breite an dem zweiten Ende zu transformieren, und – und eine erste Dicke an dem ersten Ende der Führungsschicht (401) und eine relativ geringere zweite Dicke an dem zweiten Ende der Führungsschicht (401) aufweist, um einen vertikalen Abschnitt der Wellenleitermode von einer geringeren Höhe an dem ersten Ende zu einer größeren Höhe an dem zweiten Ende zu transformieren, – wobei die Führungsschicht (401) einen unteren Führungsabschnitt (402), der das einzige Material umfasst, der die zweite Dicke aufweist und eine erste Verjüngung (403) in der Breite aufweist, und – einen oberen Führungsabschnitt (407) an dem unteren Führungsabschnitt (402) umfasst, wobei der obere Führungsabschnitt (407) das einzige Material umfasst und eine zweite Verjüngung (409) in der Breite aufweist, – wobei die erste und zweite Verjüngung (403; 409) in der gleichen Richtung sind, – wobei die Breite des unteren und oberen Führungsabschnitts (402; 407) an dem ersten Ende der Führungsschicht (401) die gleiche ist, und – der obere Führungsabschnitt (407) eine Länge aufweist, die geringer ist als eine Länge des unteren Führungsabschnitts (402), – wobei sich die erste Verjüngung (403) horizontal von der ersten Breite zu der zweiten Breite verjüngt, und – wobei sich die zweite Verjüngung (409) horizontal von der ersten Breite zu einer Nullbreite verjüngt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verjüngung (409) asymmetrisch um eine vertikale Ebene ist, die den unteren Führungsabschnitt (402) an dem zweiten Ende der Führungsschicht (401) halbiert.
Optische Vorrichtung (400) nach Anspruch 1, wobei die Einmaterial-Führungsschicht eine Silizium-, Siliziumoxinitrid-, Siliziumdioxid-, Siliziumnitrid- oder Indiumphosphidschicht ist.
Optische Vorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die erste Verjüngung (403) in der Breite bei einem ersten Winkel relativ zu einem Seitenrand bzw. Seitenkante der Führungsschicht (401) ist und die zweite Verjüngung (409) in der Breite bei einem zweiten Winkel relativ zu dem Seitenrand bzw. Seitenkante der Führungsschicht (401) ist.
Optische Vorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Führungsschicht (401) einen Zwischenführungsabschnitt umfasst, der eine dritte Verjüngung in der Breite umfasst, wobei der Zwischenführungsabschnitt zwischen dem unteren Führungsabschnitt und dem oberen Führungsabschnitt angeordnet ist.
Optische Vorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die erste Verjüngung (403) des unteren Führungsabschnitts (402) im Wesentlichen aus einer horizontalen Verjüngung besteht und wobei die zweite Verjüngung (409) des oberen Führungsabschnitts (407) im Wesentlichen aus einer horizontalen Verjüngung besteht.