DE60223735T2

DE60223735T2 - Interferometer und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60223735T2
Application number: DE60223735T
Authority: DE
Inventors: Takashi Musashino-shi Goh; Makoto Musashino-shi Abe; Yasuyuki Musashino-shi INOUE; Masayuki Musashino-shi Okuno; Takashi Musashino-shi Saida
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2022-01-26
Also published as: EP1936322B1; US6823094B2; EP1806557A3; EP1227297A2; US20020126933A1; EP1227297A3; EP1936322A3; DE60223735D1; EP1227297B1; EP1806557A2; EP1936322A2; EP1806557A8; JP2002221630A; JP3703013B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Interferometer und dessen Herstellungsverfahren, was auf dem optischen Kommunikationsgebiet verwendete ebene optische Wellenleitungsschaltungen dazu befähigt, die optischen Weglängen (Phasen) unabhängig in der transversal elektrischen (TE) Polarisationsmode und der transversal magnetischen (TM) Polarisationsmode einzustellen.
Auf einem Substrat ausgebildete optische Schaltungen, die Einzelmodewellenleiter verwenden, sind gekennzeichnet durch eine hohe Integration und eine Massenproduktivität, und sind daher für den Aufbau von ökonomischen optischen Netzwerkknoten essentiell. Insbesondere weisen optische Schaltungen unter Verwendung von Quarzglas-basierten Wellenleitern mit SiO₂ als Hauptbestandteil vorteilhafte Eigenschaften wie etwa geringe Verluste, eine Überlegenheit bei der Affinität für Quarzglas-basierte optische Fasern und Langzeitstabilität auf. Somit werden eine große Vielzahl von durch Wellenleitergitteranordnungen versinnbildlichte optische Bestandteile in die praktische Verwendung umgesetzt, und auf kommerzielle Systeme angewendet.
Diese optischen Bestandteile werden durch Kombinieren einer Glasschichtabscheidungstechnik wie etwa Flammenhydrolyseabscheidung (FHD) und chemische Gasphasenabscheidung (CVD) mit einer Mikrofabrikationstechnik wie etwa dem reaktiven Ionenätzen (RIE) hergestellt. Im Einzelnen wird eine Glasschicht auf einem Substrat wie etwa einem Siliziumwafer zur Ausbildung eines unteren Mantels abgeschieden, gefolgt durch die Abscheidung einer Kernschicht mit einem größeren Brechungsindex als dem der Mantelschicht. Dann wird durch die Mikrofabrikationstechnik zur Ausbildung einer optischen Schaltung ein Kernmuster ausgebildet, gefolgt durch die Abscheidung einer Glassschicht zur Ausbildung einer oberen Mantelschicht, wodurch eine aus eingebetteten Wellenleitern zusammengesetzte optische Schaltung hergestellt wird.
Üblicherweise führt das FHD-Verfahren einen Ausheilvorgang unter einer hohen Temperatur zur Konsolidierung einer Glasschicht aus, und das CVD-Verfahren führt ebenso einen Ausheilvorgang durch, um die Transparenz der Glasschicht zu erhöhen. Der Hochtemperaturvorgang verursacht eine thermische Verspannung in der die Wellenleiter bildende Glasschicht, was zu einer Wellenleiterdoppelbrechung (B-Wert) führt, bei der der effektive Brechungsindex des Wellenleiters in Abhängigkeit vom Polarisationszustand variiert, wodurch eine optische Polarisationsabhängigkeit bei den Schaltungseigenschaften hervorgerufen wird. Da zudem die Wellenleiterdoppelbrechung sich leicht über eine Waferoberfläche aufgrund von Herstellungsfehlern verändert, ist es nötig, die Wellenleiterdoppelbrechung lokal für jede optische Schaltung abzustimmen, um befriedigende optische Schaltungseigenschaften zu erzielen.
Als eine bekannte Abstimmungstechnik für lokale Wellenleiterdoppelbrechung wird ein Verfahren vorgeschlagen, das eine aus einer amorphen Siliziumdünnschicht bestehende Verspannungsaufbringungsschicht verwendet (vergleiche Druckschrift JP-A-1-77002 (1989) . Dabei wird ein Phänomen offenbart, dass eine amorphe Siliziumdünnschicht, die auf einem Wellenleiter angeordnet wird, eine starke Zugverspannung im Wellenleiter verursacht, wodurch der effektive Brechungsindex des Wellenleiters durch den photoelastischen Effekt des Glases variiert wird. Eine Variation des Profils der amorphen Siliziumdünnschicht ermöglicht die Steuerung der Verspannungsverteilung, d. h. der Wellenleiterdoppelbrechung. Da im Übrigen die amorphe Siliziumdünnschicht durch einen Argonlaser oder dergleichen entfernt werden kann, ermöglicht eine Feinabstimmung der Länge der amorphen Siliziumdünnschicht gemäß den optischen Schaltungseigenschaften eine Einstellung des effektiven Brechungsindex des Wellenleiters einschließlich der Wellenleiterdoppelbrechung.
Die Technik unter Verwendung der amorphen Verspannungsaufbringenden Siliziumschicht wird noch wirksamer auf ein Bestandteilelement eines Polarisationsstrahlteilers (PBS) angewendet (vergleiche beispielsweise „Birefringence control of silica waveguides an Si and its application to a polarizationbeam splitter/switch", Journal of Lightwave Technology, Band 12, Nr. 4, April 1994).
Der PBS umfasst ein Mach-Zehnder-Interferometer (MZI), das zwei optische 3 dB-Koppler (optische 50%-Koppler) beinhaltet, die aus Quarzglas-basierten Wellenleitern und zwei auf einem Substrat (auf Siliziumsubstrat) ausgebildeten Wellenleiterarmen bestehen, und auf dem drei Arten von amorphen Verspannungsaufbringenden Siliziumschichten mit verschiedener Breite angeordnet sind.
Eine der drei Arten der amorphen Verspannungsaufbringenden Siliziumschichten mit unterschiedlicher Breite ist 50 μm breit, und ist zur prinzipiellen Steuerung der Wellenleiterdoppelbrechung bereitgestellt. Die verbleibenden zwei Arten sind 90 μm und 100 μm breit, und sind grundsätzlich zum unabhängigen Steuern des effektiven Brechungsindex der Wellenleiterpolarisation bereitgestellt. Die Länge der amorphen Verspannungsaufbringenden Siliziumschicht wird durch Entfernen eines Teils durch einen Argonlaser abgestimmt, so dass die optische Weglängendifferenz zwischen zwei Wellenleiterzweigen für die transversal magnetische Polarisationsmode Null und für die transversal elektrische Polarisationsmode λ/2 wird, wobei λ die Wellenlänge bezeichnet. Somit wird gemäß einem bekannten Interferenzprinzip die transversal magnetische Polarisationsmode des in den Eingangsanschluss eindringenden Lichts zum diagonalen Anschluss geleitet, wohingegen die transversal elektrische Polarisationsmode zum gegenüberliegenden Anschluss geleitet wird. Somit wirkt das MZI als ein PBS.
Die Abstimmungstechnik für die Wellenleiterdoppelbrechung unter Verwendung der amorphen Verspannungsaufbringenden Siliziumschicht weist jedoch das Problem auf, dass es die Vorrichtungskonfiguration verkompliziert und deren Kosten erhöht, weil die Endabstimmung unter Verwendung eines Lasers vorgenommen wird, und die Notwendigkeit zur Ausrichtung der Position der Laserbestrahlung mit einer Genauigkeit von einigen 10 μm besteht.
Andererseits wird ein Abstimmungsverfahren mit lokaler Wärme (vergleiche beispielsweise die Druckschrift JP-A-3267902 (1991) ), als Verfahren zum Abstimmen des effektiven Brechungsindex eines Wellenleiters in die Praxis umgesetzt. Diese Technik ändert den effektiven Brechungsindex des Wellenleiters permanent durch Ausheilen des Wellenleiters bei einer recht hohen Leistung unter Verwendung von auf dem Wellenleiter strukturierten Dünnschichtheizelementen, wodurch die optische Weglänge (Phase) der optischen Schaltung abgestimmt wird. Da die Dünnschichtheizelemente durch eine Mikrofabrikationstechnik unter Verwendung einer Photomaske ausgebildet werden, genügt es, Strom durch die Dünnschichtheizelemente fließen zu lassen, ohne die hochgenaue Ausrichtung beim Ausheilvorgang zu benötigen. Somit wird der Abstimmvorgang durch eine eher einfache Ausrüstung ausgeführt, was deren Automatisierung eher leicht möglich macht. Dieses Verfahren ist jedoch als Verfahren zum Steuern der Wellenleiterdoppelbrechung unzureichend, weil das Prinzip der effektiven Brechungsindexänderung und die Steuerung der Polarisationsabhängigkeit noch immer aufgeklärt werden müssen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung gingen einer intensiven Forschung nach, um herauszufinden, dass das Prinzip des vorstehend beschriebenen Abstimmungsverfahrens mit lokaler Wärme ist, dass es hauptsächlich die Qualität des Mantels zwischen den Heizelementen und dem Kern durch die lokale Ausheilung (Erwärmung) verändert, und insbesondere den Mantel unmittelbar unter den Heizelementen (mit anderen Worten die Glasqualität nahe der oberen Oberfläche des Mantels), wodurch eine auf den Wellenleiter aufzubringende Verspannung verursacht wird. Dann wurde experimentell gezeigt, dass die Polarisationsabhängigkeit im Wesentlichen durch Ändern der Verspannungsverteilung durch Einstellen der Breite w des lokalen Ausheilbereichs (Erwärmungsbereichs) steuerbar war. Im Einzelnen wurde herausgefunden, dass wenn die Breite des lokalen Ausheilbereiches 1,4 bis 2,6 Mal den Abstand d von der oberen Oberfläche des oberen Mantels zum Kernzentrum war, d. h. in einem Bereich von ±30% w_o, wobei w_o das Doppelte des Abstandes d bezeichnet, änderte sich der effektive Brechungsindex nahezu polarisationsunabhängig, und dass eine lokale Ausheilbereichbreite w_o die transversal magnetische Polarisationsmode dominanter in der Brechungsindexänderung ausbildete, wohingegen ein lokaler Ausheilungsbereich schmaler als w_o die transversale elektrische Polarisationsmode dominanter ausbildete.
Somit ermöglicht ein Ausbilden der Breite des lokalen Ausheilbereiches breiter oder schmaler als w_o, des Doppelten des Abstandes von der oberen Oberfläche des oberen Mantels zum Kernzentrum, die permanente effektive Brechungsindexsteuerung des optischen Wellenleiters unter Beibehaltung der Polarisationsabhängigkeit. Insbesondere ermöglicht das lokale Ausheilen unter Verwendung der zumindest zwei Arten von Breiten ein Erzielen der permanenten effektiven Brechungsindexsteuerung, d. h. der Doppelbrechungsindexsteuerung unter Sicherstellung der vollständigen Unabhängigkeit zwischen der transversal elektrischen Polarisationsmode und der transversal magnetischen Polarisationsmode.
Da die Polarisationsabhängigkeit vom effektiven Brechungsindex durch die durch den lokalen Ausheilvorgang verursachte Verspannungsverteilung bestimmt wird, ermöglicht die Verwendung von zumindest zwei Arten von lokalen Ausheilvorgängen mit unterschiedlicher Verspannungsverteilung prinzipiell eine permanente effektive Brechungsindexsteuerung oder Doppelbrechungsindexsteuerung unter Sicherstellung der vollständigen Unabhängigkeit zwischen der transversal elektrischen Polarisationsmode und der transversal magnetischen Polarisationsmode. Folglich kann eine ähnliche Wirkung unter Verwendung der Differenz beispielsweise beim Abstand zwischen dem lokalen Ausheilbereich und dem Wellenleiterzentrum oder bei der Struktur wie etwa der Geometrie des lokalen Ausheilbereichs zusätzlich zu der Breite des lokalen Ausheilbereiches erzeugt werden. Zudem kann die Verspannungsgeometrie durch Ausbilden eines Grabens durch Entfernen eines Teils des Mantels nach dem lokalen Ausheilbereich und durch Ändern von dessen Position, Tiefe usw. verändert werden.
Da die Abstimmung der optischen Weglänge durch die lokale Ausheilung lediglich zum Zwecke der Feineinstellung geschieht, ist es bevorzugt, im Voraus eine optische Schaltung mit fixierter Verzögerung bereitzustellen, und den Abstimmvorgang in der Endstufe auszuführen, wenn eine Verzögerungsdifferenz (optische Weglängendifferenz) beim Schaltungsentwurf erforderlich ist, um die Eigenschaften zu verbessern.
Obwohl für die Ausheileinrichtung ein Verfahren unter Verwendung des Dünnschichtheizelementes in Anbetracht der Vorrichtungskosten vorzuziehen ist, ist dies nicht wesentlich. Jegliche Einrichtung, die den lokalen Ausheilvorgang für den Mantel durchführen kann, ist anwendbar. Beispielsweise kann eine lokale Ausheil-(Erwärmungs-)Einrichtung wie etwa ein CO₂-Laser verwendet werden.
Zusammenfassend basiert die vorliegende Erfindung auf den nachstehend beschriebenen Ergebnissen. Im Einzelnen kann der lokale Ausheilvorgang permanent den Brechungsindex des aus einem Kern und einem Mantel bestehenden optischen Wellenleiters ändern, weil er eine auf den Kern anzuwendende Verspannung aufgrund der Änderungen in der Qualität in den erwärmten Abschnitten verursachen kann. Daher kann eine Änderung der Breite des durch Ausheilen (Erwärmen) zu transformierenden Bereiches oder seines Abstandes oder seiner Position bezüglich des Wellenleiters den Brechungsindex der transversal elektrischen Polarisationsmode größer oder kleiner oder gleich der in der transversal magnetischen Polarisationsmode ausbilden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ergebnissen sind das erfindungsgemäße Interferometer und sein Herstellungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex oder die optische Weglänge durch Ausheilen des Wellenleiters mit zumindest zwei Arten von Ausheilbereichen mit Wirkung auf die Polarisation eingestellt wird.
Beispielsweise ermöglicht die Verwendung einer Kombination aus einem ersten Ausheilbereich, der den Brechungsindex der transversal elektrischen Polarisationsmode dominanter als den der transversal magnetischen Polarisationsmode ändert, und einem zweiten Ausheilbereich, der den Brechungsindex der transversal elektrischen Polarisationsmode und den der transversal magnetischen Polarisationsmode gleich ändert, die Einstellung der Phasendifferenz der transversal elektrischen Polarisationsmode auf λ/2 und derjenigen der transversal magnetischen Polarisationsmode auf Null in einem einzelnen Interferometer, in dem die optische Weglängendifferenz zwischen der transversal elektrischen Polarisationsmode und der transversal magnetischen Polarisationsmode durch den ersten Ausheilbereich auf einen gewünschten Wert (beispielsweise λ/2) etabliert wird, und in dem sodann die optische Weglängendifferenz der zwei Polarisationsmoden um dasselbe Ausmaß verschoben werden.
Auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Ergebnisse ist die Erfindung in den Patentansprüchen definiert.
Bezüglich der Struktur der Ausheilbereiche gilt dabei: die Ausheilbereiche können in ihrer Breite verschieden sein; zumindest einer der Ausheilbereiche kann eine Breite größer gleich dem 2,6-fachen des Abstandes d vom Kernzentrum zur oberen Oberfläche des Mantels aufweisen, oder zumindest einer der Ausheilbereiche kann eine Breite kleiner gleich dem 1,4-fachen des Abstandes vom Kernzentrum zu der oberen Oberfläche des Mantels aufweisen; die Ausheilbereiche können in ihren Abständen vom optischen Wellenleiter zu den Ausheilbereichen verschieden sein; die Ausheilbereiche können in Gegenwart oder Abwesenheit eines in den Ausheilbereichen in Richtung des optischen Wellenleiters ausgebildeten Schlitzes oder bezüglich der Schlitzbreite verschieden sein; die Ausheilbereiche können bezüglich der Gegenwart oder Abwesenheit eines durch teilweises Entfernen eines Mantels um den optischen Wellenleiter ausgebildeten Grabens oder in ihrem Abstand von dem optischen Wellenleiter zu Gräben oder in der Tiefe der Gräben verschieden sein; das Interferometer kann ferner eine fixierte Verzögerungseinrichtungsbereitstellung einer von einem Polarisationszustand abhängigen Verzögerung aufweisen; und das Interferometer kann zumindest einen optischen Koppler und eine mit dem optischen Koppler verbundene Vielzahl von optischen Wellenleitern aufweisen.
Das Interferometer kann zwei optische 2 × 2-Koppler und zwei die optischen Koppler verbindende optische Wellenleiter aufweisen, wobei die optische Weglängendifferenz (Verzögerungsdifferenz) zwischen den zwei optischen Wellenleitern durch lokales Ausheilen (Erwärmen) derart abgestimmt werden kann, dass sie einem ungeraden Vielfachen von λ/2 für eine transversale elektrische Polarisationsmode und einem geraden Vielfachen von λ/2 für eine transversal magnetische Polarisationsmode entspricht, oder dass sie die einem geraden Vielfachen von λ/2 für die transversal elektrische Polarisationsmode und einem ungeraden Vielfachen von λ/2 für die transversal magnetische Polarisationsmode entspricht; zumindest einer der beiden die zwei optischen 2 × 2-Koppler verbindenden optischen Wellenleiter kann eine polarisationsabhängige fixierte Verzögerungseinrichtung aufweisen; und die lokalen Ausheilbereiche können aus einem auf dem optischen Wellenleiter ausgebildeten Dünnschichtheizelement bestehen.
Bei einem Interferometer, bei dem die unabhängige effektive Brechungsindexsteuerung für die transversal elektrische Polarisationsmode und für die transversal magnetische Polarisationsmode nicht nötig ist, und gewünschte optische Eigenschaften durch eine polarisationsunabhängige Abstimmung erzielt werden, wird gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein Interferometer unter Verwendung eines optischen Wellenleiters bereitgestellt, der durch Einbetten eines Kerns mit einem größeren Brechungsindex als dem eines Mantels in dem Mantel auf einem Substrat ausgebildet ist, wobei das Interferometer umfasst: eine Art eines Ausheilbereiches, der eine Breite vom 1,4-fachen bis zum 2,6-fachen des Abstandes vom optischen Wellenleiterkernzentrum zu einer oberen Oberfläche des Mantels in der Nachbarschaft des optischen Wellenleiters aufweist, wobei die optische Weglänge des optischen Wellenleiters durch Ändern eines effektiven Brechungsindex des optischen Wellenleiters durch Anwenden eines Ausheilvorgangs auf den Ausheilbereich gestimmt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für ein Interferometer bereitgestellt, wobei lokale Ausheilbereiche auf den optischen Wellenleiter ausgebildete Dünnschichtheizelemente verwenden.
Gemäß vorstehender Beschreibung kann das erfindungsgemäße Interferometer den Doppelbrechungsindex durch Ändern der Schichtqualität des Mantels durch lokales Ausheilen einstellen, um die Verspannungsänderung durch das Verändern zu verursachen.
Zudem kann das Interferometer zumindest zwei Arten von lokalen Ausheilbereichen mit einer eine Verspannungsverteilung induzierenden Struktur beinhalten. Folglich weist es zumindest zwei unabhängige Abstimmungsparameter mit unterschiedlicher Polarisationsabhängigkeit der permanenten effektiven Brechungsindexänderungen auf. Folglich kann es eine vollständig unabhängige Doppelbrechungsindexabstimmung für die transversal elektrische Polarisationsmode und für die transversal magnetische Polarisationsmode durchführen.
Wenn die Breite des lokalen Ausheil-(Erwärmungs-)Bereichs das 1,4-fache bis 2,6-fache des Abstandes von der oberen Oberfläche des oberen Mantels zum Kernzentrum beträgt, ist die Änderung im effektiven Brechungsindex annähernd unabhängig vom Polarisationszustand. Folglich kann die eine Art von lokalem Ausheilbereich die optische Weglänge (Phase) auf eine polarisationsunabhängige Weise einstellen.
Insbesondere vermeidet die Verwendung der Dünnschichtheizelemente bei dem lokalen Ausheilvorgang die Notwendigkeit für eine hochgenaue Ausrichtung der Bestrahlungsposition beim lokalen Ausheilen. Somit genügt die einfache Zufuhr von Strom an ein vorbestimmtes Dünnschichtheizelement zum Erzielen der Abstimmung, wodurch die Abstimmung unter Verwendung einer recht einfachen Vorrichtung ermöglicht wird, was beim Umsetzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in die Praxis sehr vorteilhaft ist.
Darüber hinaus ermöglicht ein Anwenden der Erfindung auf verschiedene Interferometerbauarten wie etwa einen Polarisationsstrahlteiler eine Einstellung der optischen Interferenzweglänge für jede Polarisationsmode, wodurch das Erzielen von hohen optischen Eigenschaften ohne die Phasensteuerung unter Verwendung des thermooptischen Effektes ermöglicht wird. Somit ist die vorliegende Erfindung bezüglich der Energieersparnis des Interferometers sehr vorteilhaft.
1A zeigt eine Draufsicht eines bekannten Polarisationsstrahlteilers (PBS);
1B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IB-IB aus 1A von dem bekannten Polarisationsstrahlteiler (PBS);
1C zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IC-IC aus 1A von dem bekannten Polarisationsstrahlteiler (PBS);
2A zeigt eine Draufsicht einer Grundkonfiguration des erfindungsgemäßen Interferometers;
2B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IIB-IIB aus 2A von der Grundkonfiguration des erfindungsgemäßen Interferometers;
3 zeigt ein Eigenschaftsdiagramm zur Darstellung der permanenten Brechungsindexänderungen durch lokale Ausheilung;
4A zeigt eine Draufsicht eines Polarisationsstrahlteilers (PBS) als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IVB-IVB aus 4A des Polarisationsstrahlteilers (PBS) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4C zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IVC-IVC aus 4A des Polarisationsstrahlteilers (PBS) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5A zeigt Eigenschaftsdiagramme zur Darstellung der optischen Weglängendifferenzen des PBS vor der Abstimmung;
5B zeigt Eigenschaftsdiagramme zur Darstellung der optischen Weglängendifferenzen des PBS nach der Doppelbrechungsabstimmung;
5C zeigt Eigenschaftsdiagramme zur Darstellung der optischen Weglängendifferenzen des PBS nach der Doppelbrechungsabstimmung und der effektiven Doppelbrechungsabstimmung;
6A zeigt eine Draufsicht eines Polarisationsstrahlteilers (PBS) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIB-VIB aus 6A des Polarisationsstrahlteilers (PBS) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6C zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIC-VIC aus 6A des Polarisationsstrahlteilers (PBS) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7A zeigt eine Draufsicht eines Polarisationsstrahlteilers (PBS) als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIIB-VIIB aus 7A des Polarisationsstrahlteilers (PBS) gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8A zeigt eine Draufsicht eines Mach-Zehnder Interferometers als ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8B zeigt eine Draufsicht eines Michelson-Interferometers als ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8C zeigt eine Draufsicht eines Fabry-Perot-Interferometers als ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8D zeigt eine Draufsicht eines Ringresonanzfilters als ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9A zeigt eine Draufsicht einer Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
9B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IXB-IXB aus 9A der Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
9C zeigt eine Schnittansicht entlang der Line IXC-IXC aus 9A der Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
10A zeigt eine Draufsicht einer Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
10B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XB-XB aus 10A der Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
11A zeigt eine Draufsicht einer Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
11B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XIB-XIB aus 11A der Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
12A zeigt eine Draufsicht einer Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
12B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XIIB-XIIB aus 12A der Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
13A zeigt eine Draufsicht einer Variation der Grundkonfiguration, die nicht erfindungsgemäß ist;
13B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XIIIB-XIIIB aus 13A der Variation der Grundkonfiguration, die nicht gemäß der Erfindung ist;
13C zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XIIIC-XIIIC aus 13A der Variation der Grundkonfiguration gemäß der Erfindung;
14A zeigt eine Draufsicht eines polarisationsunabhängigen optischen Schalters, der nicht erfindungsgemäß ist; und
14B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XIVB-XIVB aus 14A des polarisationsunabhängigen optischen Schalters, der nicht erfindungsgemäß ist.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Die 2A und 2B zeigen Ansichten einer Grundstruktur eines erfindungsgemäßen Interferometers. Das als ein Teil der Wellenleiterzweige zur Etablierung der optischen Weglängendifferenz ausgebildete Interferometer umfasst zwei Arten von lokalen Ausheil-(Erwärmungs-)Bereichen mit unterschiedlichen Breiten gemäß 2A. In den 2A und 2B bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Siliziumsubstrat, das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Wellenleiterkern, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Mantel, die Bezugszeichen 4A und 4B bezeichnen jeweils ein lokales Ausheildünnschichtheizelement und das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Zufuhrelektrode und eine Elektrodenkontaktfläche.
Es sei angenommen, dass bei den 2A und 2B die Brechungsindexänderungen durch das lokale Ausheilen durch das Heizelement mit einer Breite w δ_TE und δ_TM für die jeweiligen Polarisationsmoden betragen, dass die Brechungsindexänderung bei der durchschnittlichen Polarisation δ_a (= (δ_TE + δ_TM)/2) beträgt, und dass die Polarisationsabhängigkeitsdifferenz zwischen den Brechungsindexänderungen δ_p (= δ_TE – δ_TM) beträgt. Da hierbei die Brechungsindexabhängigkeitsdifferenz δ_p annähernd proportional zu der durchschnittlichen Brechungsindexänderung δ_a gemäß der Darstellung in 3 ist, kann sie durch δ_p = C(w)·δ_a ausgedrückt werden. Dabei bezeichnet C(w) eine Proportionalitätskonstante, die von der Breite des lokalen Ausheilbereichs gemäß 3 abhängt. Die Polarisationsunabhängigkeit C beträgt 0 (C = 0), wenn w = w_o ist; sie beträgt weniger als Null (C < 0), wenn w > 0 ist, wobei die transversal magnetische Polarisationsmode dominant ist; und ist sie ist größer als Null (C > 0), wenn w < w_o ist, wobei die transversal magnetische Polarisationsmode dominant ist. Dabei beträgt w_o das Doppelte des Abstandes d von der oberen Oberfläche des oberen Mantels zum Kernzentrum. Bei dem Wellenleiter mit zwei Arten von lokalen Ausheilbereichen mit den Breiten w₁ und w₂ gemäß 2A werden die durchschnittliche Gesamtbrechungsindexänderung δ_A und die polarisationsabhängige Gesamtbrechungsindexdifferenz δ_P wie folgt ausgedrückt: δA = δa1 + δa2 (1a) δp = δp1 + δp2 = C (w1)·δa1 + C(w2)·δa2 (1b)
Somit ist die Determinante der Gleichung ≠ Null, wenn C(w₁) ≠ C(w₂) ist. Folglich werden δ_a1 und δ_a2, die gegebene δ_A und δ_P erfüllen, einheitlich bestimmt. Daher können die durchschnittliche Brechungsindexänderung δ_A und die polarisationsabhängige Brechungsindexdifferenz δ_P vollständig unabhängig gesteuert werden, wodurch die transversal elektrische Polarisationsmode und die transversal magnetische Polarisationsmode vollständig unabhängig gesteuert werden können.
Wenn die Breite des lokalen Ausheilbereichs im Bereich vom 1,4 bis 2,6-fachen des Abstandes von der oberen Oberfläche des oberen Mantels zum Kernzentrum liegt, was nahezu gleich w_o (±30%) ist, d. h. etwa das Doppelte des Abstandes, ist die Änderung im effektiven Brechungsindex nahezu unabhängig vom Polarisationszustand. Folglich reicht nur ein lokaler Ausheilbereich aus, um die optische Weglänge (Phase) auf eine polarisationsunabhängige Weise abzustimmen.
Da bei dem lokalen Ausheilvorgang die Brechungsindexänderung üblicherweise einen positiven Wert annimmt, gibt es die Einschränkung, dass δ_a1 und δ_a2 positiv sind. Da jedoch die optische Weglängendifferenz des Interferometers ein relativer Wert ist, sind negative Werte durch Erhöhen der optischen Weglänge des anderen Weges erlaubt.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Dabei gilt für die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele die Annahme, dass auf einem Siliziumsubstrat ausgebildete quarzglasbasierte optische Einzelmodenwellenleiter verwendet werden, weil die quarzglasbasierten Wellenleiter überlegene Eigenschaften wie etwa geringe Verluste, eine Langzeitstabilität und eine gute Affinität für Kommunikationsquarzglasfasern aufweisen, wie eingangs der Beschreibung angeführt ist. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Erfindung auf alle Materialien anwendbar ist, welche eine Verspannungssteuerung des Mantels durch lokales Ausheilen erlauben. Sie können beispielsweise mit anderen Materialien wie etwa einem Quarzsubstrat oder einem Saphirsubstrat als Substratmaterial oder mit einem Kompositglas, einem Polymermaterial oder Lithiumniobat als optischer Wellenleiter kombiniert werden.
Bei der nachstehenden Beschreibung sind dieselben Funktionen wie gemäß den 2A und 2B durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, um eine unnötige Beschreibungswiederholung zu unterlassen.
[Ausführungsbeispiel 1: PBS1]
Die 4A–4C zeigen die Konfiguration eines Polarisationsstrahlteilers (PBS) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, der als Interferometer verwendet wird. Dabei zeigt 4A eine Draufsicht, 4B eine Schnittansicht entlang der Linie IVB-IVB aus 4A, und 4C eine Schnittansicht entlang der Linie IVC-IVC aus 4A. In den 4A–4C bezeichnet das Bezugszeichen 8 einen Verspannungslösegraben (polarisationsabhängige λ/2-Verzögerungseinrichtung), die Bezugszeichen 41a und 41b bezeichnen jeweils ein Dünnschichtheizelement zum lokalen Ausheilen (w ≈ w_o), die Bezugszeichen 42a und 42b bezeichnen jeweils ein Dünnschichtheizelement zum lokalen Ausheilen (w > w_o), und die Bezugszeichen 43a und 43b bezeichnen jeweils ein Dünnschichtheizelement zum lokalen Ausheilen (w < w_o).
Der PBS umfasst auf einem MZI, der aus zwei optischen 50%-Kopplern (3 dB) 7 und 7 zusammengesetzt ist, zwei die beiden Koppler verknüpfende Wellenleiterzweige 2a und 2b sowie die Eingangs-/Ausgangs-Anschlüsse mit den Kopplern verbindende Eingangs-/Ausgangswellenleiter, die polarisationsabhängige λ/2-Verzögerungseinrichtung 8 zum Versehen des MZI mit der optischen Weglängenänderung von etwa λ/2 (λ bezeichnet eine Wellenlänge) in Abhängigkeit vom Polarisationszustand der transversal elektrischen Polarisationsmode und der transversal magnetischen Polarisationsmode; und die Dünnschichtheizelemente 41a, 41b, 42a, 42b, 43a und 43b, die auf beiden Seiten der Wellenleiterzweige angebracht sind, und die als die lokalen Ausheil-(Erwärmungs-)Einrichtungen mit drei Arten von Breiten arbeiten.
Der PBS gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet Richtungskoppler, die durch Anordnen der beiden Wellenleiter in einer engen Anordnung von etwa einigen wenigen Mikrometern als die 3 dB-Koppler 7 und 7 ausgebildet sind. Der Grund hierfür ist, dass die Richtungskoppler einen geringeren Einfügeverlust als andere Bestandteile aufweisen. Die 3 dB-Koppler sind jedoch noch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Es ist beispielsweise möglich, Multimodeninterferenzkoppler (MMI) unter Verwendung von Multimodenwellenleitern oder durch kaskadenartige Verbindung dieser Koppler ausgebildete wellenlängenunempfindliche Koppler (WINC) zu verwenden.
Der PBS gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet eine Struktur, welche die Verspannungslösegräben 8 auf beiden Seiten von einem der Wellenleiterzweige als die polarisationsunabhängige λ/2-Verzögerungseinrichtung bereitstellt (vergleiche Druckschrift JP-A-63-182608 (1988) ). Der Grund hierfür ist, dass die Struktur unter Verwendung der Verspannungslösegräben 8 einen geringen Einfügeverlust aufweist. Die polarisationsabhängige λ/2-Verzögerungseinrichtung ist jedoch nicht auf diese Struktur beschränkt. Andere Konfigurationen sind ebenso erlaubt wie etwa das Einfügen eines Halbwellenplättchens in einen der Wellenleiterzweige, wobei die Hauptachse 0 Grad oder 90 Grad mit dem Zweig bildet. Obwohl die Verspannungslösegräben 8 am oberen Wellenleiterzweig (auf den Seiten des Wellenleiterkerns 2A) bei dem vorliegenden PBS zur Etablierung der polarisationsabhängigen λ/2-Verzögerungsdifferenz ausgebildet sind, können sie zusätzlich auf dem unteren Wellenleiterzweig (auf den Seiten des Wellenleiterkerns 2B) oder auf beiden Seiten mit verschieden langen Gräben auf der oberen und unteren Seite zur Implementierung der polarisationsabhängigen λ/2-Verzögerungsdifferenz ausgebildet werden, da die Verzögerungsdifferenz relativ ist.
Da zudem die optische Weglänge jedes Wellenleiterzweigs als Linienintegral des effektiven Brechungsindex auf dem Wellenleiter bestimmt ist, können die polarisationsabhängige λ/2-Verzögerungseinrichtung 8 und die lokalen Ausheileinrichtungen 41a, 41b, 42a, 42b, 43a und 43b mit den drei Arten von Breiten in beliebiger Reihenfolge auf den Wellenleiterzweigen angeordnet sein.
Der PBS gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde auf einem 1 mm dicken Siliziumsubstrat 1 mit einem Durchmesser von vier Zoll unter Verwendung einer bekannten Technik ausgebildet. Die Quarzglas-basierten Wellenleiter wurden durch eine Kombination aus der reaktiven Ionenätztechnik mit der Abscheidetechnik einer Quarzglas-basierten Glasschicht ausgebildet, die auf der Flammenhydrolysereaktionsabscheidetechnik basiert, welche die Hydrolysereaktion der Materialgase wie etwa SiCl₄ oder GeCl₄ verwendet, und die lokalen Ausheil-(Erwärmungs-)Dünnschichtheizelemente 41a, 41b, 42a, 42b, 43a und 43b wurden durch Vakuumabscheidung und Ätzen gefolgt von einer Ausbildung der Verspannungslösegräben 8 durch reaktives Ionenätzen ausgebildet. Der Querschnitt der Kerne betrug 6 μm × 6 μm. Die Kerne 2a und 2b sind durch den Mantel 3 von etwa 40 μm Dicke umgeben, und das Kernzentrum ist in einem Abstand von 15 μm von der oberen Oberfläche des Mantels angeordnet. Die relative Brechungsindexdifferenz zwischen den Kernen 2a und 2b und dem Mantel 3 lag bei 0,75%.
Die Zweiglänge der beiden Wellenleiterzweige lag bei etwa 20 mm bei einer Zweiglängendifferenz von Null, und der Zweigabstand war 1 mm. Jede der Verspannungslösegräben 8 war etwa 1,9 mm in Wellenleiterrichtung lang und 50 μm breit. Der Abstand vom Wellenleiterzentrum zu jedem Verspannungslösegraben 8 betrug 25 μm. Die drei Arten der Dünnschichtheizelemente umfassten eine Breite von 15 μm (< w_o) (43a, 43b), 30 μm (≈ w_o) (41a, 41b) und 60 μm (> w_o) (42a, 42b) mit einer Länge von 5 mm, wobei w_o etwa das Doppelte des Abstandes von der oberen Oberfläche des oberen Mantels zum Kernzentrum bezeichnet.
Der Wafer wurde unterteilt und auf ein Keramiksubstrat fixiert. Die Eingangs-/Ausgangs-Anschlüsse 11a, 11b, 12a und 12b wurden jeweils mit einer einzelnen Modenfaser verbunden, und die Dünnschichtheizelemente 41a, 41b, 42a, 42b, 43a und 43b wurden jeweils mit einer Zufuhrzuleitung über die Zufuhrelektrodenkontaktfläche 5 verbunden, wodurch das PBS-Modul komplettiert wurde.
Die durch den vorstehend beschriebenen Ablauf hergestellte optische Schaltung weist eine starke Druckverspannung in Richtung innerhalb der Oberfläche aufgrund der Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat und dem Quarzglas-basierten Glas auf. Folglich weisen die Wellenleiter eine Wellenleiterdoppelbrechung von 4 × 10^–4 auf, wobei die transversal magnetische Polarisationsmode einen leicht höheren Brechungsindex als die transversal elektrische Polarisationsmode aufweist. Da andererseits die Verspannung durch die Verspannungslösegräben 8 gelöst wird, beträgt die Wellenleiterdoppelbrechung an diesem Abschnitt etwa Null. Daher verursacht die Gegenwart und Abwesenheit der 1,9 mm langen Verspannungslösegräben 8 in den beiden Wellenleiterzweigen eine Polarisationsabhängigkeit von etwa λ/2 bei der optischen Weglängendifferenz. Folglich bildet die vorliegende Schaltung bei der transversal elektrischen Polarisationsmode das MZI mit einer optischen Weglängendifferenz von etwa Null, und bei der transversal magnetischen Polarisationsmode das MZI mit einer optischen Weglängendifferenz von etwa λ/2. Somit wird gemäß dem gut bekannten Interferenzprinzip von dem in den Eingangsanschluss (11b) eingeführten Licht das Licht in der transversal elektrischen Polarisationsmode zum diagonalen Anschluss (12a) geleitet, und das Licht in der transversal magnetischen Polarisationsmode zum gegenüberliegenden Anschluss (12b) geleitet.
Der Ausdruck „etwa" wird bei der nachstehenden Beschreibung verwendet, weil die hergestellte optische Schaltung einen gewissen Herstellungsfehler aufweist und daher die entworfene optische Weglängendifferenz üblicherweise leicht abweicht. Somit ist es zum Erzielen eines befriedigenden Löschungsverhältnisses sehr wichtig, den Fehler genau zu korrigieren. Das Korrekturverfahren, welches Gegenstand der Erfindung ist, ist nachstehend näher beschrieben.
5A zeigt die Eigenschaften des vorliegenden PBS. Die Eigenschaften wurden unter Verwendung der Dünnschichtheizelemente mit einer Breite von 30 μm als thermooptische Phasenverschiebungseinrichtungen gemessen. Die horizontale Achse stellt dabei die dem Dünnschichtheizelement zugeführte Ansteuerungsleistung dar. In 5A repräsentiert die rechte Seite den Fall, bei dem das obere Dünnschichtheizelement 41a versorgt wurde, wohingegen die linke Seite den Fall repräsentiert, bei dem das untere Dünnschichtheizelement 41b versorgt wurde. Wenn gemäß der Darstellung in dieser Figur die Ansteuerungsleistung Null ist, leckt das Licht in der transversal elektrischen Polarisationsmode in den gegenüberliegenden Anschluss 12b (Direktpfad), und das Licht in der transversal magnetischen Polarisationsmode leckt in den diagonalen Anschluss 12a (Querpfad), was lediglich zu einem unzureichenden Löschungsverhältnis führt. Zudem ergibt sich aus den Ansteuerungseigenschaften, dass zum Erzielen eines ausreichenden Löschungsverhältnisses der effektive Brechungsindex des oberen Zweiges erhöht werden muss, um seine optische Weglänge bei der transversal elektrischen Polarisationsmode in einem gewissen Ausmaß zu verlängern, und der effektive Brechungsindex des unteren Zweiges muss zu einem gewissen Ausmaß erhöht werden, um seine optische Weglänge in der transversal magnetischen Polarisationsmode zu verlängern.
Gemäß der Darstellung aus 3 ermöglicht das lokale Ausheilen durch die Dünnschichtheizelemente mit verschiedenen Breiten eine Steuerung des effektiven Brechungsindex. Im Einzelnen kann das Dünnschichtheizelement mit einer Breite von 30 μm eine Polarisationsunabhängigkeit (C ≈ 0 bei der Gleichung (1b)) erzielen; das Dünnschichtheizelement mit einer Breite von 15 μm kann einen effektiven Brechungsindex mit einer etwa 25%igen Dominanz (C ≈ 0,25 bei Gleichung (1b)) der transversal elektrische Polarisationsmode erhöhen; und das Dünnschichtheizelement mit einer Breite von 60 μm kann dem effektiven Brechungsindex mit einer etwa 25%igen Dominanz (C ≈ –0,25 bei Gleichung (1b)) der transversal magnetischen Polarisationsmode erhöhen.
Diese Abstimmung wurde in zwei Schritten ausgeführt: (1) abstimmende Differenz ΔL_p (= ΔL_TE – ΔL_TM) auf λ/2, wobei ΔL_TE die optische Weglängendifferenz (= oberer Zweig – unterer Zweig) zwischen den Wellenleiterzweigen in der transversal elektrischen Polarisationsmode und ΔL_TM die optische Weglängendifferenz zwischen den zwei Zweigen in der transversal magnetischen Polarisationsmode bezeichnet; und (2) Abstimmen auf ΔL_TE = 0 (und somit ΔL_TM = –λ/2).
Am Ende der Herstellung der Schaltung, deren Eigenschaften in 5A dargestellt sind, beträgt ΔL_p etwa 0,8·λ/2. Gemäß vorstehender Beschreibung erhöhen die lokale Ausheilung unter Verwendung des 15 μm breiten Dünnschichtheizelementes 43a des oberen Zweiges oder das 60 μm breite Dünnschichtheizelement 42b des unteren Zweiges beide ΔL_p. Die optische Weglängendifferenzen ΔL_TE und ΔL_TM bei beiden Polarisationen erhöhen sich, wenn das Dünnschichtheizelement 43a des oberen Arms verwendet wird, und verringern sich, wenn das Dünnschichtheizelement 42b des unteren Zweiges verwendet wird. In Anbetracht dessen wurde die Abstimmung unter Verwendung von beiden Dünnschichtheizelementen 43a und 42b durchgeführt, so dass ΔL_TE und ΔL_TM nicht stark in eine Richtung während der Abstimmung von ΔL_p abweichen. Genauer wurde das Dünnschichtheizelement 43a mit einer Leistung von 7,5 W versorgt, und das Dünnschichtheizelement 42b wurde mit einer Leistung von 10 W versorgt, welche beide für ein paar Sekunden mehrmals zugeführt wurden. Somit wurde der lokale Ausheilvorgang unter Beobachtung der Änderungen bei ΔL_TE und ΔL_TM bei jedem Schritt ausgeführt. Folglich waren der lokale Ausheilvorgang, der bei dem Dünnschichtheizelement 43a insgesamt für 20 Sekunden angewendet wurde, und der bei dem Dünnschichtheizelement 42b insgesamt für 100 Sekunden angewendet wurde, in der Lage, die permanenten Phaseneigenschaften des PBS bei ΔL_p = λ/2 zu etablieren, wie es in 5B dargestellt ist.
Obwohl ΔL_p auf λ/2 eingestellt wurde, betrug ΔL_TE 0,07·λ/2. Demzufolge wurde der lokale Ausheilvorgang unter Verwendung des 30 μm breiten Dünnschichtheizelementes 41b des unteren Zweiges zum Abstimmen von ΔL_TE auf Null ausgeführt. Da gemäß vorstehender Beschreibung der lokale Ausheilvorgang unter Verwendung des 30 μm breiten Dünnschichtheizelementes den Brechungsindex in einer annähernd polarisationsunabhängigen Weise erhöhen kann, kann die Abstimmung von ΔL_TE unter Beibehaltung von ΔL_p = λ/2 implementiert werden. Genauer wurde der lokale Ausheilvorgang durch Versorgen des Dünnschichtheizelementes 41b mit einer Leistung von 6 W für zehn Sekunden durchgeführt. Folglich wurden die Phaseneigenschaften des PBS gemäß der Darstellung aus 5C erhalten. Somit wurde ∆L_TE = 0 (d. h. ∆L_TM = –λ/2) unter Beibehaltung der Beziehung ΔL_p = λ/2 erzielt.
Folglich wurden die nachstehend beschriebenen befriedigenden Bedingungen selbst bei einer Ansteuerungsleistung von Null etabliert: der Einfügeverlust betrug etwa 1 dB; und das Polarisationslöschungsverhältnis lag bei etwa 30 dB sowohl bei der transversal elektrischen Polarisationsmode als auch bei der transversal magnetischen Polarisationsmode.
Obwohl bei diesem Abstimmvorgang der lokale Ausheilvorgang durch Unterteilen der Ausheilzeit und durch Steuern der Gesamtausheilzeit gemäß den Änderungen bei ΔL_TE und ΔL_TM zur Genauigkeit ausgeführt wurde, kann der Ausheilvorgang auf einmal durchgeführt werden, wenn ein gewisser Fehler akzeptiert wird.
Obwohl der Abstimmvorgang durch zwei verschiedene Schritte (1) und (2) ausgeführt wurde, wobei der Erstere die polarisationsabhängigen Phasendifferenzen abstimmt, und der Letztere die Phasendifferenz auf eine polarisationsunabhängige Weise abstimmt, könnte zudem eine leichte Abweichung bei ΔL_p bei einigen Proben nach Schritt (2) verbleiben. In einem derartigen Fall kann der Abstimmvorgang von Schritt (1) wiederholt werden.
Obwohl der Abstimmvorgang die beiden Schritte (1) und (2) ausführt, wobei der Erstere die polarisationsabhängigen Phasendifferenzen abstimmt, und der Letztere die Phasendifferenz auf eine polarisationsunabhängige Weise abstimmt, ist es beispielsweise möglich, nur Schritt (1) unter Weglassen von Schritt (2) gefolgt von einer Abstimmung unter Verwendung einer thermooptischen Phasenverschiebung durchzuführen, da der Letztere unter Verwendung des thermooptischen Effekts erzielt werden kann. Da hierbei jedoch die thermooptische Phasenverschiebungseinrichtung kontinuierlich mit der Ansteuerungsleistung versorgt werden muss, ist eine Abstimmung unter Verwendung der beiden Schritte (1) und (2) unter dem Gesichtspunkt der Energieersparnis bevorzugt.
Der Abstimmvorgang verwendet nicht die Dünnschichtheizelemente 43b und 42a. Der Grund hierfür ist, dass die Polarisationsabhängigkeitsdifferenz ΔL_p(o) bei der optischen Weglängendifferenz im Anfangszustand geringer als die letztendlich eingestellte Polarisationsabhängigkeitsdifferenz ΔL_p _(f) war (welche hierbei gleich λ/2 war). Daher ermöglicht ein Entwerfen der polarisationsabhängigen ΔL_p-Verzögerungseinrichtung 8 derart, dass der Zusammenhang ΔL_p(o) < ΔL_p(f) immer gilt, in Anbetracht des Herstellungsfehlers ein Weglassen der Dünnschichtheizelemente 43b und 42a, wodurch die Schaltungsgröße reduziert wird. Demgegenüber ermöglicht ein derartiger Entwurf, dass der Zusammenhang ΔL_p(o) > ΔL_p(f) ist, dass die Dünnschichtheizelemente 43a und 42b weggelassen werden können.
Zudem kann ΔL_p durch die lokale Ausheilung unter Verwendung des 15 μm breiten Dünnschichtheizelementes 43a des oberen Zweiges oder des 60 μm breiten Dünnschichtheizelementes 42b des unteren Zweiges erhöht werden. Ferner können die optischen Weglängendifferenzen ΔL_TE und ΔL_TM der individuellen Polarisation durch lokale Ausheilung unter Verwendung des Dünnschichtheizelementes 43a erhöht werden, und unter Verwendung des Dünnschichtheizelementes 42b verringert werden. Folglich ermöglicht ein Aufteilen des Ausmaßes an lokalem Ausheilen zwischen dem oberen Zweig und dem unteren Zweig ein Abstimmen von ΔL_p auf λ/2 und ΔL_TE auf Null. Somit können hierbei die Dünnschichtheizelemente 41a und 41b weggelassen werden, wodurch die Schaltungsgröße weiter reduziert werden kann. Dies ist nachstehend bei Ausführungsbeispiel 2 näher beschrieben.
Obwohl bei dem PBS nach Ausführungsbeispiel 1 die optische Weglängendifferenz zwischen den Wellenleiterzweigen bei der transversal elektrischen Polarisationsmode auf Null eingestellt wurde, und bei der transversal magnetischen Polarisationsmode auf λ/2 eingestellt wurde, ist dies nicht wesentlich. Grundsätzlich kann die optische Weglängendifferenz zwischen den Wellenleiterzweigen auf ein geradzahliges Vielfaches von λ/2 bei der transversal elektrischen Polarisationsmode und bei der optischen Weglängendifferenz in der transversal elektrischen Polarisationsmode plus oder minus einem ungeradzahligen Vielfachen von λ/2 in der transversal magnetischen Polarisationsmode eingestellt werden, um einen Betrieb des PBS zu ermöglichen. Da jedoch eine steigende optische Weglängendifferenz in dem MZI allgemein die Wellenlängenabhängigkeit erhöht, beschränkt dies das Wellenlängenband, das ein ausreichendes Löschungsverhältnis bereitstellen kann. Folglich ist es vorzuziehen, dass die optische Weglängendifferenz klein ist.
[Ausführungsbeispiel 2: PBS2]
Die 6A–6C zeigen eine Konfiguration eines Polarisationsstrahlteilers (PBS) bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches als Interferometer verwendet wird. 6A zeigt eine Draufsicht, 6B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIB-VIB aus 6A, und 6C zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIC-VIC aus 6A. Obwohl die Konfiguration ähnlich zu der des PBS gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, unterscheidet es sich dahingehend, dass die Anzahl und Arten der Dünnschichtheizelemente reduziert sind. Im Einzelnen umfasst das nur zwei Arten von Dünnschichtheizelementen, ein 15 μm (< w₀) breites Dünnschichtheizelement 43 und ein 60 μm (> w₀) breites Dünnsichtheizelement 42, die jeweils einem der Zweige als lokale Ausheil-(Erwärmungs-)Einrichtung zugewiesen sind. Zudem sind die Verspannungslösegräben 8 als polarisationsabhängige λ/2-Verzögerungseinrichtung leicht kürzer bei 1,7 mm entworfen, so dass die Polarisationsabhängigkeitsdifferenz ΔL_p der optischen Weglängendifferenz zwischen den Wellenleiterzweigen immer kleiner als λ/2 wird (d. h. L_p(o) < ΔL_p(f).
Die optische Schaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist durch dasselbe Herstellungsverfahren wie das erste Ausführungsbeispiel in ein Modul ausgebildet.
Ein Abschätzen der Eigenschaften unter Verwendung der Dünnschichtheizelemente 43 und 42 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel liefert die Werte ΔL_TE(o) = –0,1·λ/2, ΔL_TM(o) = –0,8·λ/2 und ΔL_p(o) = 0,7·λ/2. Folglich sind die für die individuelle Polarisation benötigten Abstimmungsausmaße δL_TE (= ΔL_TE(f) – ΔL_TE(o)) = 0,1·λ/2, und δL_TM (= ΔL_TM(f) – ΔL_TM(o)) = –0,2·λ/2. Daher sind das Abstimmungsausmaß für die Polarisationsabhängigkeitsdifferenz und das Abstimmungsausmaß für die optische Weglänge der Polarisationsunabhängigkeit δL_p = 0,3·λ/2 bzw. δL_a = –0,05·λ/2.
Da die beiden Dünnschichtheizelemente 43 und 42 eine Länge 1 = 5 mm aufweisen, sind das Änderungsausmaß δL_p der Polarisationsabhängigkeitsdifferenz und das optische Weglängenänderungsausmaß δLa der Polarisationsunabhängigkeit durch den lokalen Ausheilvorgang durch die nachstehend aufgeführten Gleichungen gegeben: δLa = 1·(δa1 – δa2) (2a) δLp = 1·(δp1 – δp2) = 1·(C1·δa1 – C2·δa2) (2b),wobei δ_a1 und δ_a2 die Brechungsindexänderungen der Polarisationsunabhängigkeit und δ_a1 und δ_a2 die Polarisationsabhängigkeitsdifferenzen der Brechungsindexänderungen aufgrund des lokalen Ausheilvorgangs durch die Dünnschichtheizelemente 43 und 42 bezeichnen. Da gemäß vorstehender Beschreibung C₁ = 0,25 bei dem 15 μm breiten Dünnschichtheizelement 43 und C₂ = –0,25 bei dem 60 μm breiten Dünnschichtheizelement 42 ist, liefert das gleichzeitige Lösen der Gleichungen δ_a1 = 8,9 × 10^–5 und δ_a2 = 9,7 × 10^–5.
Zur Implementierung der Brechungsindexänderungen wurde das Dünnschichtheizelement 43 mit einer Leistung von 7,5 W für 28 Sekunden versorgt, und das Dünnschichtheizelement 42 wurde mit einer Leistung von 12 w für 67 Sekunden versorgt, um den lokalen Ausheilvorgang zu erzielen. Folglich wurden L_TE = 0 und ΔL_TM = –λ/2 permanent etabliert. Somit wurden die nachstehend beschriebenen befriedigenden Bedingungen selbst bei einer Ansteuerungsleistung von Null etabliert: Der Einfügeverlust betrug etwa 1 dB; und das Polarisationslöschungsverhältnis war etwa 30 dB sowohl bei der transversal elektrischen Polarisationsmode als auch bei der transversal magnetischen Polarisationsmode.
[Ausführungsbeispiel 3: PBS3]
Die 7A und 7B zeigen eine Konfiguration von einem Polarisationsstrahlteiler (PBS), der als Interferometer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel verwendet wird. 7A zeigt eine Draufsicht; und 7B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIIB-VIIB aus 7A. Die Konfiguration ist ähnlich zu dem PBS gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, außer dass sie nicht die polarisationsabhängige λ/2-Verzögerungseinrichtung aufweist, sondern eine Vielzahl von Dünnschichtheizelementen 43a–43d mit derselben Struktur sowie von Dünnschichtheizelemente 42a–42d mit derselben Struktur als lokaler Ausheil-(Erwärmungs-)Einrichtungen aufweist. Zudem umfasst das PBS eine optische Weglängendifferenz von λ/2 mit einem leicht länger ausgebildeten oberen Wellenleiter, um die Erwärmungsleistungsmengen auszugleichen, wie nachstehend beschrieben ist. Die Gesamtlänge der Dünnschichtheizelemente, d. h. die Gesamtlänge der lokalen Ausheilbereiche ist gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel in Anbetracht des bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorliegenden Abstimmausmaßes um 20 mm erhöht. Zudem ist der Abstand zwischen den Wellenleiterzweigen auf 250 μm eingestellt.
Der PBS gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist durch dasselbe Herstellungsverfahren wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in ein Modul ausgebildet.
Das Messen der Eigenschaften unter Verwendung der Dünnschichtheizelemente 43a und 42a wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ergab die Werte ΔL_TE(o) = λ/2, ΔL_TM(o) = λ/2 und ΔL_p(o) = 0. Der PBS gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst vier Dünnschichtheizelemente für jeden Wellenleiterzweig mit einer Gesamtlänge von 1 = 20 mm. Folglich ergab die Berechnung wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die gewünschten Brechungsindexänderungen von δ_a1 = 9,7 × 10^–5 und δ_a2 = 5,8 × 10^–5.
Zum Hervorbringen der Brechungsindexänderung wurde der lokale Ausheilvorgang ausgeführt, indem die 15 μm (< w_o) langen Dünnschichtheizelemente 43a–43d mit einer Leistung von 7,5 W für 50 Sekunden und die 60 μm (> w₀) langen Dünnschichtheizelemente 42a–42d mit einer Leistung von 10 W für 100 Sekunden sequentiell versorgt wurden. Folglich wurden L_TE = 0 und ΔL_TM = –λ/2 permanent etabliert. Somit wurden die nachstehend angeführten befriedigenden Bedingungen selbst bei einer Ansteuerungsleistung von 0 etabliert: der Einfügeverlust lag bei etwa einem dB; und das Polarisationslöschungsverhältnis lag sowohl bei der transversal elektrischen Polarisationsmode als auch bei der transversal magnetischen Polarisationsmode bei etwa 30 dB.
Bei einer Erwärmung durch dieselbe Leistung weist der lokale Ausheilvorgang unter Verwendung eines schmaleren Heizelementes üblicherweise eine größere Erwärmungsdichte pro Einheitsfläche als lokaler Ausheilvorgang unter Verwendung eines breiteren Heizelementes auf, wodurch eine größere Brechungsindexänderung verursacht wird, wie es in 3 dargestellt ist. In Anbetracht dessen etabliert der PBS gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine optische Weglängendifferenz von λ/2 in dem MZI, so dass die Brechungsindexänderung δ_a2 durch die 60 μm breiten Dünnschichtheizelemente 42a–42d schmaler als die Brechungsindexänderung δ_a1 durch die 15 μm breiten Dünnschichtheizelemente 43a–43d wurden, wodurch die Erwärmungsleistungsmengen ausgeglichen wurden.
Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der lokale Ausheilvorgang für die vier Dünnschichtheizelemente 43a–43d und die vier Dünnschichtheizelemente 42a–42d separat durchgeführt wurde, ist dies nicht wesentlich. Er kann simultan ausgeführt werden. Alternativ kann zumindest einer von zwei Sätzen, wobei ein Satz aus den vier Dünnschichtheizelementen 43a–43d des oberen Wellenleiterzweigs steht, und der andere Satz aus den vier Dünnschichtheizelementen 42a–42d des unteren Wellenleiterzweigs besteht, zu einer 20 mm langen Art von Dünnschichtheizelement ausgebildet werden, ohne in vier Heizelemente aufgeteilt zu sein. Da hierbei jedoch das Dünnschichtheizelement des unteren Wellenleiterzweigs insbesondere eine Leistung von nicht weniger als 40 W erfordert, wird ein leistungsstarkes Kühlsystem für das Substrat nötig.
Obwohl zudem der PBS gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dünnschichtheizelemente mit einer Gesamtlänge von 20 mm in vier gleiche Teile unterteilt, ist dies nicht wesentlich. Sie können beispielsweise in ungleiche Teile wie etwa 15 mm und 5 mm unterteilt sein, so dass das 15 mm lange Heizelement zur Grobabstimmung und das 5 mm lange Heizelement zur Feinabstimmung verwendet werden.
[Ausführungsbeispiele 4–7: Anwendungen auf andere Interferometer]
Die 8A–8D zeigen Ausführungsbeispiele als Anwendungen auf verschiedene Interferometer.
8A zeigt ein Beispiel eines Mach-Zehnder-Interferometers (Übertragungsinterferometer), das eine gewünschte optische Weglängendifferenz zwischen den Wellenleiterzweigen zwischen den Kopplern aufweist.
8B zeigt ein Beispiel eines Michelson-Interferometers (Reflektionsinterferometer), das Reflektoren 9 am Ende der von dem Koppler verzweigten optischen Wege aufweist, und das eine gewünschte optische Weglängendifferenz zwischen der optischen Umlaufweglängendifferenz zwischen dem Koppler und dem Reflektor 9 umfasst.
8C zeigt ein Beispiel eines Fabry-Perot-Interferometers (Umlaufinterferometer), das den Wellenleiter mit einer gewünschten optischen Umlaufweglänge (Resonanzlänge) versieht, und Halbspiegel 10 mit einem Reflektionsvermögen von etwa 99% aufweist. Die Bezugszeichen 11 und 12 bezeichnen jeweils einen Eingangs-/Ausgangs-Anschluss.
8D zeigt ein Beispiel eines Ringresonanzfilters, dass eine gewünschte optische Weglänge (Resonanzlänge) durch eine Ringschaltung 2c implementiert.
Alle vorstehend beschriebenen Interferometer und Filter implementieren eine gewünschte Wellenlängen-(Frequenz-)Übertragungscharakteristik durch Etablieren der optischen Weglängendifferenz oder Resonanzlänge bei einer gewünschten Länge ΔL (= effektiver Brechungsindex × Wellenlängendifferenz). Da jedoch der effektive Brechungsindex des Wellenleiters leicht höher bei der transversal magnetischen Polarisationsmode als bei der transversal elektrischen Polarisationsmode ist, wie es vorstehend bei Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist, sind die optische Weglängendifferenz und die Resonanzlänge bei der transversal magnetischen Polarisationsmode länger als bei der transversal elektrischen Polarisationsmode.
Diese Interferometer sind dadurch gekennzeichnet, dass sie nahezu dieselbe Wellenlängencharakteristik in der Nachbarschaft der Zielwellenlänge λ selbst bei einer optischen Weglängendifferenz oder Resonanzlänge von ΔL₁ = ΔL oder ΔL₂ = ΔL + m·λ zeigen, wobei m eine ganze Zahl bezeichnet. Falls demzufolge die optische Weglängendifferenz zwischen der transversal magnetischen Polarisationsmode und der transversal elektrischen Polarisationsmode auf m·λ eingestellt werden kann, wird die Polarisationsabhängigkeit der Wellenlängenübertragungscharakteristik augenscheinlich eliminiert. Somit genügt es, die optische Weglängendifferenz zwischen der transversal magnetischen Polarisationsmode und der transversal elektrischen Polarisationsmode auf m·λ durch das Verfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele einzustellen, und ΔL bei der transversal elektrischen Polarisationsmode (oder der transversal magnetischen Polarisationsmode) auf einen gewünschten Wert einzustellen. Dabei ist der Wert m vorzugsweise so nah bei Null wie möglich eingestellt, weil der Wellenlängenbereich, der nahezu dieselbe Charakteristik zeigt, bei jeder Polarisation für steigende Werte von |m| schmaler wird.
In der Praxis wurden gewünschte Eigenschaften erzielt, bei denen die Polarisationsabhängigkeit der Wellenlängenübertragungscharakteristik augenscheinlich durch die Einstellung in diesen Interferometern eliminiert wurde.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die vorliegende Erfindung auf recht einfache optische Schaltungen angewendet worden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Schaltungen beschränkt. Es ist beispielsweise offensichtlich, dass die Erfindung auf einen Filter in Gitterbauart mit einer Vielzahl von kaskadenartig verbundenen Mach-Zehnder Interferometern sowie auf eine Wellenleitergitteranordnung als eines von vielen Strahleninterferometern anwendbar ist. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden die Differenz bei der Breite der lokalen Ausheilbereiche als eine Einrichtung zum Implementieren der zwei oder mehr Arten von lokalen Ausheilvorgängen mit unterschiedlicher Verspannungsverteilung. Ein Verfahren zum Hervorbringen der unterschiedlichen Verspannungsabschnitte ist jedoch nicht auf dieses Verfahren beschränkt.
Die transversal elektrische Polarisationsmode und die transversal magnetische Polarisationsmode können beispielsweise unabhängig durch teilweise Variation der Tiefe des oberen Mantels auf D1 und D2 unter Beibehaltung der Breite w auf einen festen Wert gemäß den Figuren 9A–9C gesteuert werden. Der Grund hierfür ist, dass die Polarisationscharakteristik nicht nur durch die Breite w des lokalen Ausheil-(Erwärmungs-)Bereichs bestimmt ist, sondern auch durch den Abstand d von der oberen Oberfläche des oberen Mantels zum Kernzentrum. Die unabhängige Steuerung wurde durch eine tatsächlich hergestellte Vorrichtung bestätigt. In den 9A–9C bezeichnet das Bezugszeichen 21 ein Loch zum Abstimmen der Tiefe des Mantels.
Alternativ können die transversal elektrische Polarisationsmode und die transversal magnetische Polarisationsmode wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen durch die nachstehend beschriebenen Verfahren unabhängig gesteuert werden, weil sie die Polarisationsabhängigkeit bei der effektiven Brechungsindexänderung hervorbringen. Eine erste Struktur ist wie in den 10A und 10B gezeigt, wobei der lokale Ausheilbereich von der Position unmittelbar über dem Wellenleiter verschoben ist (das Dünnschichtheizelement 4a ist unmittelbar über dem Wellenleiter angeordnet, und das Dünnschichtheizelement 4b ist gegenüber dem Wellenleiter durch ein Ausmaß s verschoben). Eine zweite Struktur ist wie in den 11a und 11b gezeigt, wobei die lokalen Ausheilbereiche mit Schlitzen unterschiedlicher Breiten g₁ und g₂ versehen sind. Eine dritte Struktur ist wie in den 12A und 12B gezeigt, wobei die lokalen Ausheilbereiche in eine Vielzahl von Streifen mit unterschiedlicher Dichte unterteilt sind (wobei das Dünnschichtheizelement 4a eine geringe Dichte und das Dünnschichtheizelement 4a eine hohe Dichte aufweisen). Eine nicht erfindungsgemäße vierte Struktur ist wie in den 13A–13C gezeigt, wobei Grabenstrukturen (Verspannungsverteilungsabstimmungsgräben 22a und 22b) durch Entfernen des Mantels aus der Umgebung der lokalen Ausheilbereiche unter Variation von Position und Tiefe der Gräben bereitgestellt sind (wobei die Position CW₁ des Verspannungsverteilungsabstimmungsgrabens 22a nahe bei dem Dünnschichtheizelement 4a ist, und die Position CW₂ des Verspannungsverteilungsabstimmungsgrabens 22b von dem Dünnschichtheizelement 4b entfernt liegt).
Obwohl die auf den Mantel ausgebildeten Dünnschichtheizelemente als lokale Ausheil-(Erwärmungs-)Einrichtung verwendet werden, ist dies nicht wesentlich. Beispielsweise kann ein Verfahren zum lokalen Ausheilen (Erwärmen) des Mantels durch Bestrahlen eines CO₂-Laserstrahls dieselbe Wirkung erzielen.
[Ausführungsbeispiel 8 – nicht erfindungsgemäß: polarisationsunabhängige optische Schalter]
Die 14A und 14B zeigen einen als ein Interferometer verwendeten optischen Schalter, der die Notwendigkeit zur unabhängigen Steuerung des effektiven Brechungsindex für die transversal elektrische Polarisationsmode und die transversal magnetische Polarisationsmode erübrigen kann, und der gewünschte optische Eigenschaften durch Abstimmung auf polarisationsunabhängige Weise erzielen kann. 14A zeigt eine Draufsicht und 14B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XIVB-XIVB aus 14A. Obwohl die Konfiguration des optischen Schalters ähnlich zu dem PBS gemäß dem nicht erfindungsgemäßen dritten Ausführungsbeispiel ist, unterscheidet es sich durch das Aufweisen von zwei Dünnschichtheizelementen 44a und 44b mit derselben Struktur als lokale Ausheileinrichtungen.
Die Dünnschichtheizelemente 44a und 44b, von denen jedes 30 μm breit (≈ W₀: etwa das Doppelte des Abstandes von der oberen Oberfläche des oberen Mantels zum Kernzentrum) und 5 mm lang ist, sind jeweils auf einem der beiden Wellenleiterzweige angeordnet, die um 200 μm beabstandet sind, und eine Zweiglänge von jeweils etwa 15 mm aufweisen.
Der optische Schalter gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist durch dasselbe Verfahren wie das bei dem ersten Ausführungsbeispiel in ein Modul ausgebildet. Die Eingangs-/Ausgangs-Anschlüsse 11a, 11b, 12a und 12b sind jeweils mit einer Einzelmodenfaser verbunden, und die Dünnschichtheizelemente 44a und 44b sind jeweils mit Zufuhrleitungen über Zufuhrelektroden und Elektrodenkontaktflächen 5 verbunden.
Da die optische Weglängendifferenz zwischen den Wellenleiterzweigen bei sowohl der transversal elektrischen Polarisationsmode als auch der transversal magnetischen Polarisationsmode in dem optischen Schalter auf Null entworfen ist, wird das in den Eingangsanschluss, den Eingangs-/Ausgangs-Anschluss 11b, eingeleitete Licht zum diagonalen Anschluss geleitet, dem Eingangs-/Ausgangs-Anschluss 12a (AUS-Zustand).
Wenn die Wellenleiterzweige mit einer λ/2-Phasendifferenz durch den thermooptischen Effekt versehen sind, der durch die Zufuhr eines Stroms an die Dünnschichtheizelemente 44a und 44b verursacht wird, wird das in den Eingangsanschluss, den Eingangs-/Ausgangs-Anschluss 11b, eingeleitete Licht zum gegenüberliegenden Anschluss geleitet, den Eingangs-/Ausgangs-Anschluss 12b, wodurch ein Betrieb als Schalter vorliegt (AN-Zustand).
Eine tatsächliche Messung der optischen Weglängenabweichung unter Verwendung der Dünnschichtheizelemente 44a und 44b als thermooptische Phasenverschiebungseinrichtungen zeigt, dass die optische Weglängendifferenz ΔL_(o) = –0,1·λ/2 ist. Daher beträgt die durch die 5 mm langen lokalen Ausheilbereiche erforderliche Brechungsindexänderung 1,6 × 10^–5.
Zum Erzielen der Brechungsindexänderung wurde der lokale Ausheilvorgang durch mehrmaliges Versorgen des Dünnschichtheizelementes 44b mit der Leistung von 6 W durchgeführt, jeweils für ein paar Sekunden, wobei die Änderungen für ΔL jedes Mal beobachtet wurden.
Folglich ermöglichte ein Versorgen mit der Leistung für insgesamt 14 Sekunden eine permanente Etablierung der Bedingung ΔL = 0 sowohl bei der transversal elektrischen Polarisationsmode als auch bei der transversal magnetischen Polarisationsmode. Somit wurden befriedigende Eigenschaften mit einem Einfügeverlust von etwa 1 dB und einem Polarisationslöschungsverhältnis von etwa 30 dB erzielt, ohne die Vorspannungsleistung im AUS-Zustand bei jedem Polarisationszustand einer Feineinstellung zu unterziehen.
Obwohl bei diesem Abstimmvorgang ein lokaler Ausheilvorgang durch Unterteilen der Ausheilzeit und durch Steuern der Gesamtausheil-(Erwärmungs-)Zeit gemäß den Änderungen bei ΔL zur Genauigkeit ausgeführt wurden, kann der Ausheilvorgang auf einmal durchgeführt werden, wenn ein gewisser Fehler akzeptiert wird.
Obwohl zudem die auf dem Mantel ausgebildeten Dünnschichtheizelemente als lokale Ausheil-(Erwärmungs-)Einrichtung verwendet werden, ist dies nicht wesentlich. Beispielsweise kann ein Verfahren zum lokalen Ausheilen (Erwärmen) des Mantels durch Bestrahlen eines CO₂-Laserstrahls einen ähnlichen Effekt erzielen.
Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben, und es ist nunmehr dem Fachmann aus Vorstehendem ersichtlich, dass Änderungen und Abwandlungen erfolgen können, ohne von der Erfindung in ihren breiteren Ausgestaltungen abzuweichen, und den beigefügten Patentansprüchen liegt daher die Absicht zugrunde, alle derartigen Änderungen und Abwandlungen abzudecken, die in den Erfindungsbereich fallen.

Claims

Interferometer mit einem optischen Wellenleiter, der durch Einbetten eines Kerns mit einem größeren Brechungsindex als der eines Mantels in den Mantel auf einem Substrat ausgebildet ist, das Interferometer ist dabei gekennzeichnet durch: zumindest zwei Arten von strukturell unterschiedlichen getemperten Bereichen, die auf dem optischen Wellenleiter bereitgestellt sind; wobei der optische Wellenleiter eine optische Weglänge aufweist, die durch einen auf die getemperten Bereiche angewendeten Tempervorgang abgestimmt ist, um einen effektiven Brechungsindex des optischen Wellenleiters permanent zu ändern; wobei die Arten der getemperten Bereiche derart angeordnet sind, dass ein erster Bereich eine Brechungsindexänderung mit einer ersten Polarisationsabhängigkeit bereitstellt, bei der der effektive Brechungsindex für die transversal magnetische Polarisationsmode größer als der für die transversal elektrische Polarisationsmode ist, und der zweite Bereich eine Brechungsindexänderung mit einer zweiten Polarisationsabhängigkeit bereitstellt, bei der der effektive Brechungsindex für die transversal elektrische Mode größer als der für die transversal magnetische Polarisationsmode ist, dabei ist die Polarisationsabhängigkeit durch den auf jeden getemperten Bereich angewendeten Tempervorgang bereitgestellt.
Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getemperten Bereiche unterschiedliche Breiten aufweisen.
Interferometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die getemperten Bereiche unterschiedliche Abstände von dem optischen Wellenleiter aufweisen.
Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die getemperten Bereiche angewendete Tempervorgang durch jeweilige Dünnschichtheizelemente angewendet wird, die benachbart zu dem optischen Wellenleiter angeordnet sind.
Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner gekennzeichnet durch eine fixierte Verzögerungseinrichtung zur Bereitstellung einer von einem Polarisationszustand abhängigen Verzögerung.
Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferometer zumindest einen optischen Koppler und eine Vielzahl von mit dem optischen Koppler verbundenen optischen Wellenleitern aufweist.
Interferometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferometer zwei optische 2 × 2 -Koppler und zwei die optischen Koppler verbindende optische Wellenleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Wellenleiter eine optische Weglängendifferenz (Verzögerungsdifferenz) aufweisen, die durch den auf die Temperbereiche angewendeten Tempervorgang derart abgestimmt ist, dass die optische Weglängendifferenz ein ungerades Vielfaches von λ/2 für eine transversal elektrische Polarisationsmode und ein gerades Vielfaches von λ/2 für eine transversal magnetische Polarisationsmode ist, wobei λ eine Wellenlänge bezeichnet, oder dass sie ein gerades Vielfaches von λ/2 für die transversal elektrische Polarisationsmode und ein ungerades Vielfaches von λ/2 für die transversal magnetische Polarisationsmode ist.
Interferometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der die zwei optischen 2 × 2-Koppler verbindenden optischen Wellenleiter eine polarisationsabhängige fixierte Verzögerungseinrichtung aufweist.
Interferometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der getemperten Bereiche eine Breite größer oder gleich dem 2,6-fachen eines Abstands von einem Kernzentrum zu einer oberen Oberfläche des Mantels aufweist, oder zumindest eines der Dünnschichtheizelemente eine Breite kleiner oder gleich dem 1,4-fachen des Abstands von dem Kernzentrum zu der oberen Oberfläche des Mantels aufweist.
Herstellungsverfahren für ein Interferometer, gekennzeichnet durch die Schritte: Ausbilden eines optischen Wellenleiters mit einem Kern, der einen größeren Brechungsindex als der eines Mantels aufweist, und der in den Mantel auf einem Substrat eingebettet ist; Abstimmen einer optischen Weglänge des optischen Wellenleiters durch permanentes Ändern eines effektiven Brechungsindex des optischen Wellenleiters durch lokales Tempern von zumindest zwei Arten von strukturell unterschiedlichen Bereichen auf dem optischen Wellenleiter zum Ausbilden von zumindest zwei Arten von getemperten Bereichen; wobei das auf die Arten von getemperten Bereichen angewendete Tempern eine Brechungsindexänderung mit einer ersten Polarisationsabhängigkeit, bei der in einem ersten Bereich der effektive Brechungsindex für die transversal magnetische Polarisationsmode größer als der für die transversal elektrische Polarisationsmode ist, sowie eine Brechungsindexänderung bereitstellt, bei der in einem zweiten Bereich der effektive Brechungsindex für die transversal elektrische Polarisationsmode größer als der für die transversal magnetische Polarisationsmode ist, dabei stellt das auf jeden getemperten Bereich angewendete Tempern die Polarisationsabhängigkeit bereit.