DE60318161T2

DE60318161T2 - Optischer Modulator mit Richtkopplern

Info

Publication number: DE60318161T2
Application number: DE60318161T
Authority: DE
Inventors: Haruhisa Soda; Shigeru Nakagawa
Original assignee: Fibest Ltd
Current assignee: Fibest Ltd
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: DE60318161D1; US6973238B2; US20040081389A1; US20040047529A1; EP1406115B1; EP1406115A2; EP1406115A3; US6836573B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1) Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft optische Schalter oder optische Modulatoren und genauer einen optischen Ultrahochgeschwindigkeitsmodulator, der geeignet ist für Glasfaserübertragungssysteme.
2) Beschreibung des Stands der Technik
Für die Ausdehnung der Übertragungsentfernung bei einer Datenrate von mehreren Gb/s ist weit verbreitet ein Transmitterbauteil mit einem äußeren optischen Modulator aufgrund seiner Steuerbarkeit und seiner geringen Chirpeigenschaft für die Minimierung der Augenmusterverschlechterung, die verursacht wird durch die Dispersion der Faser. Ein optischer Halbleitermodulator ist geeignet wegen seiner möglicherweise kleinen Größe und seiner geringen Betriebsspannung. In einer früheren Erforschung, über die berichtet ist in einem Artikel von Prof. F. Koyama et al. mit dem Titel „Frequency Chirping in External Modulators", IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. LT-6, No. 1, Januar 1988, ist vorgeschlagen, dass ein optischer Richtkopplermodulator in der Lage sein könnte keinen Chirp und steuerbare Chirpeigenschaften zu bieten.
In einem Artikel von Dr. R. C. Alferness et al. mit dem Titel „High-Speed Traveling-Wave Directional Coupler Switch/Modulator for λ=1,32 μm (micrometer)", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-19, No. 9, September 1983, ist berichtet, dass ein einfacher, Ti:LiNbO3 verwendender Richtkopplermodulator betrieben wurde bei 7,2 GHz (Gigahertz). Wenn die Modulationsfrequenz auf mehrere GHz ansteigt, ist eine Wanderwellenelektrodenanordnung vorzuziehen, weil die Grenzfrequenz nicht beschränkt ist durch eine parasitäre RC-Zeitkonstante.
Ein Richtkopplermodulator vom umgekehrten Delta-Beta-Typ ist bekannt aus dem Artikel „4×4 Ga/As/AlGaAs Optical Matrix Switches with Uniform Device Characteristics Using Alternating Δβ Electrooptic Guided-Wave Directional Couplers", Komatsu et al, Journal of Lightwave Technology, 9 (1991) Juli, No. 7, New York, US, S. 871-878. Die Struktur eines derartigen früheren Richtkopplermodulators 2 vom umgekehrten Delta-Beta-Typ ist gezeigt in 1. Der Richtkopplermodulator 2 vom umgekehrten Delta-Beta-Typ enthält ein Wellenleiterpaar 10, 11, das untereinander parallele Elektroden 12, 13, 14, 15 besitzt in ausreichender Nähe für Delta-Beta geschaltete Richtkopplung. Für das Betreiben eines derartigen Bauteils werden benötigt zwei elektrische Modulationssignale aus Quellen 16, 17 mit unterschiedlichem Vorzeichen. Für ein L größer als die Kopplungslänge des Richtkopplers und kleiner als drei Mal die Kopplungslänge erhält man für bestimmte angelegte Spannungen Vc und Vb den kreuzförmigen Zustand und den balkenförmigen Zustand. Für den kreuzförmigen Zustand, wenn die Vorspannung Vc ist, wird das Eingangslicht (optische Strahlung) des oberen Wellenleiters 18 aufgeteilt auf einen oberen und einen unteren Wellenleiter 10 und 11, an deren Ende der erste Richtkoppler ist, der 50% der Eingangsleistung an jedes verteilt. Dann kommt durch die Wechselseitigkeit des Richtkopplermodulators vom umgekehrten Delta-Beta-Typ das Ausgangslicht (optische Strahlung) nur aus dem unteren Wellenleiter 19, an dessen Ende sich befindet der zweite Richtkoppler. Für den balkenförmigen Zustand, wenn die Vorspannung Vb ist, propagiert das Eingangslicht des oberen Wellenleiters 18 nur zum oberen Wellenleiter 20 am Ende des zweiten Richtkopplers wegen größerer Phasenungleichheiten. Dementsprechend kann man den kreuzförmigen Zustand und den balkenförmigen Zustand vollständig steuern durch Signalspannungen mit einer großen Herstellungstoleranz der Strukturparameter. Diese Schrift offenbart die Eigenschaften des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Dr. R. G. Waker et al. haben vorgeschlagen im Artikel „Low-voltage, 50 ohm, GaAs/AlGaAs Traveling-wave Modulator with bandwidth exceeding 25 GHz", Electronics Letters, 9. November 1989 vol. 25 No. 23 S. 1549-1550, einen elektrooptischen Mach-Zehnder-Wanderwellenmodulator für die Bereitstellung einer periodischen kapazitiven Aufladung einer getrennten planparallelen Übertragungsleitung. Eine derartige Ausführung ist abgebildet in 2, welche zeigt einen Richtkopplermodulator vom umgekehrten Delta-Beta-Typ nach dem Stand der Technik, der verwendet eine solche Wanderwellenelektrodenanordnung. Ein Modulationssignal wird bereitgestellt von einem Signalgeber 21 und endet an einer Last 22. Für das Anlegen von Signalen entgegengesetzten Vorzeichens an den ersten Richtkoppler 23 und den zweiten Richtkoppler 24 müssen die Wanderwellenelektroden 25, 26 gebogen und in der Mitte 5 gekreuzt sein (siehe 2). Es ist auch sehr wünschenswert den ersten und den zweiten Richtkoppler elektrisch zu isolieren für ein Erreichen effizienter Phasenungleichheiten. Jedoch ist es sehr schwer diese Struktur umzusetzen ohne Verminderung der Eigenschaften der Hochfrequenzwelle und der Lichtwellenleiterübertragung. Die Kreuzung der Wanderwellenelektroden erzeugt eine Reflektion der Hochfrequenzwelle und eine schwache Erdung.
Ein einfacher Richtkopplermodulator ist jedoch schwierig herzustellen, weil genau kontrolliert werden muss, dass die Chiplänge ein ungerades Vielfaches der Kopplungslänge ist für eine gute Extinktionsrate. Die US-Patentschrift 4.012.113 offenbart, dass ein Richtkopplermodulator vom umgekehrten Delta-Beta-Typ geeignet ist für die praktische Anwendung aufgrund der Reflektion von Hochfrequenzwellen und der schwachen Erdung.
Ein einfacher Richtkopplermodulator ist jedoch schwierig herzustellen, weil genau kontrolliert werden muss, dass die Chiplänge ein ungerades Vielfaches der Kopplungslänge ist für eine gute Extinktionsrate. Die US-Patentschrift 4.012.113 offenbart, dass ein Richtkopplermodulator vom umgekehrten Delta-Beta-Typ geeignet ist für die praktische Anwendung aufgrund einer großen Herstellungstoleranz. Der Richtkopplermodulator vom umgekehrten Delta-Beta-Typ benötigt zwei Sätze von Steuerelementen für das Erreichen einer Phasenungleichheit mit entgegengesetztem Vorzeichen. Es ist jedoch schwierig eine Elektrodenkonfiguration vom Wanderwellentyp herzustellen, die diese Struktur verwendet. Daher benötigt man einen optischen Modulator mit einer Wanderwellenelektrodenkonfiguration und einen Richtkoppler mit einer großen Herstellungstoleranz.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt bereit einen optischen Halbleitermodulator gemäß Anspruch 1. JP-61-240227 offenbart ein optisches Schalterbauteil, das eine Wellenleiterkreuzung verwendet.
Die anderen Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind speziell dargelegt in oder werden offensichtlich aus der detaillierten Beschreibung der Erfindung, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu betrachten ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Richtkopplermodulator vom umgekehrten Delta-Beta-Typ nach dem Stand der Technik.
2 zeigt einen Wanderwellen-Richtkopplermodulator vom umgekehrten Delta-Beta-Typ nach dem Stand der Technik;
3 zeigt einen Richtkopplermodulator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt eine Schnittzeichnung des Richtkopplermodulators gemäß der ersten Ausführungsform;
5 zeigt einen Richtkopplermodulator gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt eine Schnittzeichnung eines Richtkopplermodulators gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt eine Draufsicht eines Richtkopplermodulators gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt eine Schnittzeichnung eines Richtkopplermodulators gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt eine Schnittzeichnung eines Richtkopplermodulators gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt Richtkopplermodulator, der die Erfindung nicht enthält.
11 zeigt einen Richtkopplermodulator gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
12 zeigt einen Richtkopplermodulator gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
13 zeigt einen Richtkopplermodulator gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
14 zeigt einen Richtkopplermodulator gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
15 zeigt einen Modulator vom Richtkopplertyp gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
16 zeigt einen Modulator vom Richtkopplertyp und einen Richtkoppler gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung;
17 zeigt einen Graphen, auf dem aufgetragen ist Gleichspannung gegen Lichtemissionsausgangsverhältnis gemäß der elften Ausführungsform;
18 zeigt einen Modulator vom Richtkopplertyp gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung;
19 zeigt einen Modulator vom Richtkopplertyp, der die Erfindung nicht enthält;
20 zeigt eine Schnittzeichnung des Modulators vom Richtkopplertyp von 19;
21 zeigt eine Schnittzeichnung eines Modulators vom Richtkopplertyp, der die Erfindung nicht enthält;
22 zeigt einen Modulator vom Richtkopplertyp, der die Erfindung nicht enthält;
23 zeigt eine Schnittzeichnung des Modulators vom Richtkopplertyp von 22;
24 zeigt einen Modulator vom Richtkopplertyp, der die Erfindung nicht enthält;
25 zeigt eine Schnittzeichnung des Modulators vom Richtkopplertyp von 24.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
3 stellt dar einen Richtkopplermodulator 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 4 stellt dar eine Schnittzeichnung des Richtkopplermodulators 100 durch die Mitte des Bauteils, die beispielsweise entspricht der Position des Schnittes 3-3 von 3.
Der optische Modulator, der gebildet ist von Lichtwellenleitern 32, 33, umfasst einen Bereich, der definiert ist als erster Richtkoppler 27, einen Bereich, der definiert ist als Wellenleiterkreuzung 28, und einen Bereich, der definiert ist als zweiter Richtkoppler 29. Jeder Richtkoppler ist vom Delta-Beta-Typ und besitzt zwei Wellenleiter mit bestimmten gewünschten Kopplungslängen. Die beiden Lichtwellenleiter 32, 33 kreuzen sich in zentralen Abschnitten 43, 44, die entsprechen der Wellenleiterkreuzung 28 (siehe 3). Insbesondere ist verbunden der obere Ausgangskanal bei 45 des ersten Richtkopplers 27 mit dem unteren Eingangskanal bei 48 des zweiten Richtkopplers 29. Ähnlich ist verbunden der untere Ausgangskanal des ersten Richtkopplers 27 bei 49 mit dem oberen Eingangskanal bei 51 des zweiten Richtkopplers 29. In diesem zentralen Bereich arbeiten die beiden Wellenleiterabschnitte 43, 44 nicht als Richtkoppler. Die Wanderwellenelektroden 30, 31 sind nicht gebogen oder gekreuzt. Die beiden Wanderwellenelektroden 30, 31 sind direkt verbunden ohne Verlust. Der erste Richtkoppler 27 besitzt Elektroden 39 und 40, der zweite Richtkoppler 29 besitzt Elektroden 41 und 42.
Der optische gerichtete Modulator 100 der Erfindung kann steuern kreuzförmige und balkenförmige Zustände über ein Eingangsspannungssignal wie ein herkömmlicher Richtkopplermodulator vom Delta-Beta-Typ. Es werden nicht zwei Eingangssignale mit umgekehrter Polarität benötigt. Es sollte auch angemerkt werden, dass die Erfindung ermöglicht eine Eingangssignalsteuerung und eine Wanderwellenelektrodenanordnung.
Der optische gerichtete Modulator 100 arbeitet auf folgende Art und Weise. Mit der Übertragung wird ein elektrisches Feld angelegt an die Elektroden 39, 40, 41, 42 auf den Wellenleitern des Richtkopplers über einen Satz von Luftbrücken 63, 64, 163, 164 für das Erreichen eines Delta-Beta-Betriebsmodus. In diesem Zustand sind die Polaritäten des ersten und des zweiten Richtkopplermodulator gleich (was abweicht vom herkömmlichen Richtkopplermodulator vom umgekehrten Delta-Beta-Typ). Wenn die gesamte Länge des ersten und des zweiten Richtkopplers größer ist als die Kopplungslänge des Richtkopplers und kürzer als drei Mal die Kopplungslänge, kann man die Wegumschaltung wirksam erreichen. Bei der Vorspannung Vb für kleine Phasenungleichheiten wird das Eingangslicht des oberen Wellenleiters 34 aufgeteilt auf den oberen und den unteren Wellenleiter am Ende des ersten Richtkopplers mit jeweils 50% Eingangsleistung. Durch die Verwendung der Wellenleiterkreuzung 28 (siehe 3) kann man die Polaritäten der elektrischen Signale des ersten und des zweiten Richtkopplers gleich halten. Diese Erfindung entfernt Hochfrequenzsignalkreuzungen und verbessert die Hochfrequenzleistungsfähigkeit. Im bisherigen Modulator läuft das Ausgangslicht nur im oberen Wellenleiter 35 bei der Vorspannung Vb. Wenn andererseits die Vorspannung Vc ist, kehrt das Eingangslicht des oberen Wellenleiters 34 nur zurück zum oberen Wellenleiter am Ende des ersten Richtkopplers wegen einer größeren Phasenungleichheit. Nach der Ausbreitung des Lichts im gekreuzten Wellenleiter breitet sich das Licht im unteren Wellenleiter des zweiten Richtkopplers aus. Im zweiten Richtkoppler wird ebenso die Vorspannung Vc angewendet (siehe 3). Das Ausgangslicht am Ende des zweiten Richtkopplers kehrt dann zurück zum unteren Wellenleiter 36. Dementsprechend kann man kreuzförmige und balkenförmige Zustände vollständig steuern durch Signalspannungen mit einer großen Herstellungstoleranz der Strukturparameter.
Es ist vorzuziehen, dass die Länge der Elektroden 39, 40, 41, 42 (siehe 3) kürzer ist als die Wellenlänge des elektrischen Signals durch die Wanderwellenelektroden 30, 31, weil längere Elektroden die Wanderwelleneigenschaften ernsthaft beeinflussen und hohe Übertragungsverluste verursachen. 5 zeigt gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung einen Richtkopplermodulator 102 mit einer Struktur, die diese Probleme bewältigt. Die Elektroden sind aufgeteilt und elektrisch verbunden mit jedem Richtkoppler (wie in der Abbildung dargestellt) als ein Satz von dreifachen Abschnitten 43, 44 und 45, 46. Jeder Elektrodenabschnitt ist unabhängig verbunden mit einem äußeren Wanderwellenelektrodenstreifen 47, 48 über eine Luftbrücke 63, 64. Ein elektrisches Antriebssignal vom Signalgeber 49 wird angelegt an den Eingangskanal jeder der Wanderwellenelektroden 47, 48 und breitet sich dann aus zu den Elektroden 43, 44, 45, 46 über die entsprechende Wanderwellenelektrode 47, 48 und die Luftbrücke 63, 64. Das elektrische Signal wird unterbrochen durch einen Abschlusswiderstand 50.
Die räumliche Struktur der Lichtwellenleiter ist dieselbe wie in 3. Der erste Richtkoppler 51, der Wellenleiterkreuzungsbereich 52 und der zweite Richtkoppler 53 sind stufenförmig verbunden. Auf die Weise wird das einfallende Licht, das in den Eingangswellenleiter 54 gekoppelt wird, geschaltet in den Ausgangswellenleiter 55 oder 56 durch die Eingangssignalspannung.
Diese Anordnung führt zu einer elektrischen Übertragung mit geringen Verlusten, wobei der Modulator lang ist im Vergleich zur Wellenlänge des interessanten Signals. Ausgehend von einer ähnlichen Anordnung kann der Eingangswiderstand gehalten werden auf einem gewünschten Wert (typischerweise 50 Ohm) auch für einen längeren Modulator.
6 zeigt eine Schnittzeichnung eines Richtkopplermodulators 100 durch die Mitte des Bauteils, die beispielsweise entspricht der Position des Schnittes 5-5 von 7, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Anordnung verwendet der Lichtwellenleiter eine Rippenwellenleiterstruktur. Eine n-leitende Mantelschicht 57, eine eigenleitende Kernschicht 58 und eine p-leitende Mantelschicht 59, die als Elektrode dient, sind angeordnet auf einem Substrat 60. Die elektrischen Signale werden geleitet von den Wanderwellenelektroden 30, 31 über die Luftbrücken 63, 64 zur p-leitenden Mantelschicht. Die Luftbrückenstruktur ermöglicht die Minimierung der Betriebsspannung, indem man das elektrische Feld innerhalb des eigenleitenden Bereichs hält, und die n-leitende Schicht ist vorzugsweise erdfrei zu halten von beiden äußeren Elektroden für eine Gleichstromvorspannung. Die Elektrode ist getrennt von der n-leitenden Schicht und ist direkt gekoppelt mit der p-leitenden Schicht. Obwohl man eine isolierende Schicht verwenden könnte statt einer Luftbrücke, müsste die Dicke wesentlich größer sein als für das gewählte Halbleiterherstellungsverfahren geeignet ist. Aus diesem Grund ist die Luftbrückenstruktur bevorzugt. Die Lichtstrahlen, die abgebildet sind als Bereiche 65, sind begrenzt auf die eigenleitende Kernschicht 58 durch den höheren Brechungsindex in der Struktur der Schicht 58, aber sie können koppeln mit dem danebenliegenden Wellenleiter über die n-leitende Mantelschicht 57. Andererseits ist ein Mikrowellensignal der Wanderwellenelektroden 30, 31, das geleitet wird von den Luftbrücken 63, 64, gebündelt nur in der eigenleitenden Kernschicht 58 jedes Wellenleiters durch die PIN-Struktur. Damit erhöht und reduziert eine Überlagerung der optischen Intensität und der Mikrowellensignalintensität in der eigenleitenden Kernschicht die Betriebsspannung während der Anpassung der Kopplungslänge.
8 zeigt eine Änderung der Struktur von 6 in einer weiteren Ausführungsform ohne Rippenstruktur. Die rippenlose Struktur umfasst eine gemeinsame eigenleitende Kernschicht 58, die sich erstreckt über und an der gemeinsamen n-leitenden Mantelschicht 57. Eine Entfernung des Bereichs der eigenleitenden Kernschicht 58 zwischen den Brücken ist nicht notwendig. Außerdem erfolgt die optische Kopplung direkt in dieser Schicht. Es ist anzumerken, dass man die Kopplungsstärke zwischen den beiden Wellenleitern festlegen kann durch die Definition des Abstands zwischen den beiden Wellenleitern. Die optische Bündelung in der eigenleitenden Kernschicht 58 kann relativ groß bleiben.
9 stellt dar einen Querschnitt eines Richtkopplermodulators 106 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Der Lichtwellenleiter der fünften Ausführungsform besitzt eine Wellenleiterstruktur mit vergrabener Heterostruktur. Eine n-leitende Mantelschicht 66, eine eigenleitende Kernschicht 67 und eine p-leitende Mantelschicht 68 sind aufgedampft auf einem Substrat 60. Die Seitenbereiche der eigenleitenden Kernschicht sind vollständig vergraben durch eine halbisolierende Mantelschicht 70. Die elektrischen Signale werden geleitet von den Wanderwellenelektroden 71, 72 über die Luftbrücken 73, 74. Der Lichtstrahl, der abgebildet ist als Bereich 75, ist innerhalb der eigenleitenden Kernschicht 67 begrenzt durch den höheren Brechungsindex in der Struktur 67, und er kann koppeln mit dem danebenliegenden Wellenleiter über die halbisolierende vergrabene Mantelschicht 70. Andererseits ist ein Mikrowellensignal der Wanderwellenelektroden 71, 72, das geleitet wird von den Luftbrücken 73, 74, gebündelt nur in der eigenleitenden Kernschicht 67 jedes Wellenleiters durch die PIN-Struktur und die vergrabenen Schichten. Damit erhöht und reduziert eine Überlagerung der optischen Intensität und der Mikrowellensignalintensität in der eigenleitenden Kernschicht die Betriebsspannung während der Anpassung der Kopplungslänge durch eine Änderung des Abstands des Lichtwellenleiterpaars. Verglichen mit der Rippenwellenleiterstruktur ist die Wellenleiterstruktur mit vergrabener Heterostruktur komplizierter, weist optisch aber geringere Einspeisungsverluste auf durch enge Lichtbündelung.
10 stellt dar einen Richtkopplermodulator 108, der die Erfindung nicht ausführt. Der Richtkopplermodulator 108 umfasst einen herkömmlichen Richtkopplerbereich mit gekreuztem Zustand 76 statt eines gekreuzten Wellenleiters. Es ist bekannt, dass der Abstand des Wellenleiterabschnittspaars verringert ist im Vergleich zu den Wellenleitern in den Bereichen des ersten oder des zweiten Richtkopplers. Diese Struktur führt zu einer kürzeren Kopplungslänge und bietet einen kompakteren Modulator.
11 stellt dar einen Richtkopplermodulator 110 gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein 2×2 Multimode-Interferenz-Koppler (MMI-Koppler) 77 verwendet ist mit zwei Eingangskanälen 121, 122 und Ausgangskanälen 123, 124. Durch die Wahl einer Breite W und einer Länge L für den 2×2 MMI-Koppler 77 kann man erhalten gespiegelte Bilder an gegenüberliegenden Wellenleitern wie beschrieben ist von Dr. L. B. Soldano et al., „Optical Multi-Mode Interference Devices Based an Self-Imaging: Principles and Applications" Journal of Lightwave Technology, vol. 13, No. 4, S. 615-627, April 1995. Bei Verwendung der gleichen Schichtstruktur im Richtkopplerbereich kann man also einbauen eine einfache Wellenleiterkreuzung in einen Chip.
12 zeigt einen Richtkopplermodulator gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung.
Eine einfache X-förmige Wellenleiterkreuzung 80 und gebogene Wellenleiter 81, 82 werden verwendet im Kopplungsbereich. In dieser Struktur erhält man eine wellenlängenunabhängige Wellenleiterkreuzung durch den Einsatz einer relativ einfachen Struktur, da es nicht notwendig ist genau zu steuern die Strukturparameter der Wellenleiter, die benötigt werden für Richtkoppler und 2×2 MMI-Koppler.
13 zeigt eine perspektivische Darstellung (nicht maßstabsgetreu) eines Teils des Richtkopplermodulators 114 gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung. Wanderwellenübertragung wird maßgeblich beeinflusst durch die Wechselwirkung der Elektroden auf dem Lichtwellenleiter. Für die Aufrechterhaltung guter Wanderwellenübertragungseigenschaften kann man die Wechselwirkung der Elektroden beseitigen. Wenn die Isolierung nicht ausreicht, wird eine Rückwärtsübertragung leicht erzeugt und verschlechtert den elektrischen Reflexionsverlust. Daher sollten alle Elektroden elektrisch isoliert sein. Siehe 13. P-leitende Mantelschichten 83, 84 sind angeordnet unter den Elektroden 131, 132, 133, 134. Unerwünschtes p-leitendes Mantelschichtmaterial auf dem Wellenleiter zwischen den Elektroden ist entfernt. Dadurch ist der Strom zwischen den Elektroden gut unterdrückt. Die Wechselwirkung, die sonst durch einen derartigen Leckstrom entsteht, wird vermieden. Andererseits kann ein Lichtstrahl in den eigenleitenden Kernschichten 85, 86 und der n-leitenden Schicht 66 auf dem Substrat sich ausbreiten in diesem Bereich ohne große optische Verluste.
14 zeigt einen Richtkopplermodulator 116 gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung. Es ist notwendig bereitzustellen zwei Richtkoppler 87, 88 für den Betrieb als delta-beta-geschalteter Richtkoppler. In jedem Richtkoppler sollte die Größe der Brechungsänderung gleich sein und die Polarität umgekehrt. Die Änderung des elektrischen Felds der elektro-optischen eigenleitenden Kernschicht (nicht abgebildet) sollte gesteuert werden für das Erzielen der gewünschten Änderungen des Brechungsindex. Die Änderung des elektrischen Felds kann erzeugt werden durch die Elektroden 39, 40, 41, 42, die verbunden sind mit den äußeren Wanderwellenelektroden 89, 90. Der Richtkopplermodulator 116 basiert jedoch auf einer PIN-Halbleiterstruktur und besitzt eine Diodenkennlinie. Eine Vorspannungselektrode 91 ist aufgedampft auf einer N+Elektrodenschicht 92 und diese N+Elektrodenschicht 92 ist ebenfalls angeordnet unterhalb der Lichtwellenleiter. Daher bewirkt die Vorspannungselektrode 91, dass sich alle Wellenleiter befinden in einem negativen Vorspannungsbereich der Diodenkennlinie während der Modulationsbetriebsart. Es sollte angemerkt werden, dass die Spannung, die von der Vorspannungselektrode angelegt wird, die Hälfte des Hochfrequenzeingangssignals vom Signalgeber 93 ist bei einer negativen Vorspannungsbedingung.
15 zeigt einen Richtkopplermodulator 117 gemäß einer zehnten Ausführungsform. Der Richtkopplermodulator 117 umfasst einen Dämpfer 200 auf der Ausgangsseite der Struktur von 14. Der Dämpfer 200 enthält Lichtwellenleiter 201, 202, eine Elektrode 203, die aufgedampft ist auf einer p-leitenden Schicht (nicht abgebildet) des Wellenleiters 202, und eine N+Elektrodenschicht, die aufgedampft ist unter den Lichtwellenleitern 201, 202. Eine verstellbare Gleichspannungsquelle 205 legt an eine Spannung an die Elektroden 203. Die Länge des Lichtwellenleiters 202 ist beispielsweise ein gerades Vielfaches der Verbindungslänge (= π/(2κ)).
Wenn die Spannung zwischen der N+ Elektrode und der Elektrode 203 0 Volt beträgt, wird das Licht, das sich ausbreitet durch den Lichtwellenleiter 201, ausgegeben wie es ist. Wenn jedoch die Spannung einen anderen Wert als 0 Volt besitzt, wird ein Teil des Lichts, das sich ausbreitet durch den Lichtwellenleiter 201, ausgegeben über den Lichtwellenleiter 202. Mit anderen Worten, wenn die Spannung einen anderen Wert als 0 Volt besitzt, wird gedämpft das Licht, das ausgegeben wird vom Lichtwellenleiter 201. Der Dämpfungsgrad hängt ab von der an die Elektrode 203 angelegten Spannung. Die Spannung wird angelegt, sodass das Ausgangslicht des Lichtwellenleiters 201 entspricht den Anforderungen des optischen Kommunikationssystems (nicht abgebildet), das verbunden ist mit dem Wellenlängenleiter 201. Da die Elektrode 203 getrennt ist vom Lichtwellenleiter 201, verursacht sie keine schlechten Effekte der Elektrode 41. Der Richtkopplermodulator 117 besitzt also gute Modulationseigenschaften.
Die Länge des Lichtwellenleiters 202 kann ein ungerades Vielfaches der Verbindungslänge sein. Da man das Ausgangslicht steuern kann über die Spannung, muss die Länge des Lichtwellenleiters 202 sogar kein ganzzahliges Vielfaches der Verbindungslänge sein. Darüber hinaus kann das Licht ausgegeben werden über den Lichtwellenleiter 202 statt über den Lichtwellenleiter 201. Außerdem zeigt 15, dass die Elektrode 203 bereitgestellt ist auf der Oberseite, aber sie kann auch bereitgestellt sein auf der Unterseite. Zudem kann das Licht ausgegeben werden über einen Lichtwellenleiter 204, der darstellt die Verlängerung des Lichtwellenleiters 33, anstelle des Lichtwellenleiters 201. Ferner kann der Dämpfer 200 bereitgestellt sein auf der Eingangsseite der in 14 dargestellten Struktur. Entsprechend der in 14 dargestellten Struktur können Nutzer erhalten zwei Chirpparameter aus einem Ausgangskanal durch das einfache Ändern der Gleichspannung.
Der Modulator vom Richtkopplertyp wird dem Nutzer allgemein geliefert nach der Anpassung eines Lichtwellenleiters für die Lichtausgabe. Der Nutzer kann den Ausgangskanal daher nicht verändern. Eine elfte Ausführungsform bietet eine Struktur, bei der der Nutzer den Ausgangskanal nach Belieben ändern kann. 16 zeigt diese Struktur. Ein Modulator vom Richtkopplertyp 108A und der Richtkoppler 300A sind nebeneinander verbunden. Licht aus dem Lichtwellenleiter 35 (oder dem Lichtwellenleiter 36) kann nach Bedarf ausgegeben werden aus irgendeinem der Ausgangskanäle 321 und 322 durch die Anpassung der Spannung einer Gleichspannungsbedienstelle 350.
Der Richtkoppler 300A besitzt zwei Eingangs- und zwei Ausgangskanäle. Lichtwellenleiter 311 und 312 befinden sich im gekreuzten Zustand für die Bildung eines Bereichs im gekreuzten Zustand 330. Der Bereich im gekreuzten Zustand 330 besitzt die gleiche Anordnung wie der des Richtkopplers im gekreuzten Zustand 76 (siehe 10). Der Lichtwellenleiter 311 ist verbunden mit dem Lichtwellenleiter 35 für ein Leiten des Lichts (balkenförmiger Zustand). Der Lichtwellenleiter 312 ist verbunden mit dem Lichtwellenleiter 36 für ein Leiten des Lichts (gekreuzter Zustand). Eine Elektrode 340 ist verbunden mit dem Lichtwellenleiter 331 und eine Elektrode 342 ist verbunden mit dem Lichtwellenleiter 332. Die Gleichspannungsbedienstelle 350 legt an eine Spannung V (0 ≤ V ≤ Vm) an die Elektroden 340, 341. Der Nutzer kann die Spannung ändern, die angelegt ist von der Gleichspannungsbedienstelle 350 an die Elektroden 340, 341.
17 zeigt den Zusammenhang zwischen Lichtausgangsverhältnis der Ausgangskanäle 321 (Kurve P1), 322 (Kurve P2). Wenn die Gleichspannung Null ist, wird fast das gesamte Licht vom Lichtwellenleiter 35 ausgegeben über den Ausgangskanal 321. Bei steigender Gleichspannung V nimmt die Lichtausgabe am Ausgangskanal 321 ab und am Ausgangskanal 322 zu. Wenn die Gleichspannung Vh (= Vm/2) beträgt, wird die gleiche Lichtmenge ausgegeben an den Ausgangskanälen 321 und 322. Wenn die Gleichspannung Vm beträgt, wird fast das gesamte Licht ausgegeben über den Ausgangskanal 322. Daher kann der Nutzer durch Betätigen der Gleichspannungsbedienstelle 350 leicht den Ausgangskanal auswählen, an dem das Licht ausgegeben wird. Der Modulator vom Richtkopplertyp 108A kann irgendein beschriebener Modulator vom Richtkopplertyp sein.
Der Modulator vom Richtkopplertyp 108 kann gleichspannungsgesteuert sein für denselben Effekt wie bei der elften Ausführungsform. Diese Struktur ist erläutert als zwölfte Ausführungsform. 18 zeigt einen Modulator vom Richtkopplertyp 400 gemäß der zwölften Ausführungsform. In dieser Zeichnung entsprechen die Referenzzeichen den Referenzzeichen von 16. Eine Elektrode 401 ist verbunden mit einem Lichtwellen leiter 76a und eine Elektrode 402 ist verbunden mit einem Lichtwellenleiter 76b. Eine Gleichspannungsbedienstelle 410 legt an eine Gleichspannung an die Elektroden 401, 402. Nutzer können die Gleichspannung ändern.
Im Allgemeinen tritt auf im optischen Kanal 35 ein negativer Chirp (Frequenzschwankung), während im optischen Kanal 36 kein Chirp auftritt. Die zwölfte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass man einen Chirpparameter Alpha, der ausdrückt den negativen Chirp wie gewünscht (z.B. –0,1 bis –1,0) ändern kann durch Anlegen einer geeigneten Gleichspannung an die Elektroden 401, 402. Es sollte angemerkt werden, dass kein Chirp auftritt im optischen Kanal 36, sogar dann, wenn die Gleichspannung angelegt ist an die Elektroden 401, 402.
Bei der neunten Ausführungsform (siehe 14) ist erklärt ein Beispiel einer Anordnung für die Anwendung einer Gleichstromvorspannung. In anderen Ausführungsformen wird angelegt eine Gleichstromvorspannung für den gleichen Zweck wie bei der neunten Ausführungsform. Ein derartiges Beispiel einer Anordnung für die Anwendung einer Gleichstromvorspannung wird erklärt mit Bezug auf 19.
19 zeigt einen Modulator vom Richtkopplertyp 500, der die Erfindung nicht ausführt. 20 ist ein Längsschnitt entlang der Linie A-A' in 19.
Der Modulator vom Richtkopplertyp 500, der dargestellt ist in 19, umfasst einen ersten und einen zweiten Richtkoppler 501 und 503, die verwenden erste und zweite Abschnitte eines Lichtwellenleiterpaars 504 und 505, und einen Richtkoppler im gekreuzten Zustand 502, der darstellt einen Abschnitt der Lichtwellenleiter 504 und 505 zwischen dem ersten und dem zweiten Richtkoppler 501 und 503.
Der erste Richtkoppler 501 umfasst Lichtwellenleiter 504 und 505 und Steuerelektroden 508 und 509, die angeordnet sind entlang der Lichtwellenleiter 504 und 505 und anlegen ein elektrisches Feld an die entsprechenden eigenleitenden Kernschichten der Lichtwellenleiter 504 und 505 für eine Änderung des Brechungsindex in Bezug auf die TE-Welle.
Die Lichtwellenleiter 504 und 505 besitzen wie in anderen Ausführungsformen eine PIN-Struktur, in der die eigenleitende Kernschicht liegt zwischen der p-leitenden Schicht und der n-leitenden Schicht. Der Brechungsindex der eigenleitenden Kernschicht ist größer als der Brechungsindex der p- und der n-leitenden Mantelschichten.
Siehe 20. Der Modulator vom Richtkopplertyp 500 umfasst ein Substrat 530, das besteht aus einem halbisolierenden Kristall vom Typ Zinkblende wie InP, eine n-leitende Mantelschicht 531, die aufgedampft ist auf dem Substrat 530, Wanderwellenelektroden 506 und 507, eine eigenleitende Kernschicht 532 und eine Elektrode 516, die anlegt eine Gleichstromvorspannung und aufgedampft ist auf die n-leitende Mantelschicht 531, p-leitende Mantelschichten 533 und 534, die aufgedampft sind auf die eigenleitende Kernschicht 532, Steuerelektroden 512 und 513, die aufgedampft sind auf die p-leitenden Mantelschichten 533 beziehungsweise 534, und eine Luftbrücke 514, die elektrisch verbindet die Wanderwellenelektrode 506 und die Steuerelektrode 512.
Der Lichtwellenleiter 504 besitzt eine PIN-Struktur, die besteht aus der p-leitenden Mantelschicht 533, der eigenleitenden Kernschicht 532 und der n-leitenden Mantelschicht 531. Ebenso besitzt der Lichtwellenleiter 505 eine PIN-Struktur bestehend aus der g-leitenden Schicht 534, der eigenleitenden Kernschicht 532 und der n-leitenden Schicht 531.
Siehe erneut 19. Der zweite Richtkoppler 503 umfasst die Lichtwellenleiter 504 und 505 und Steuerelektroden 512 und 513, die angeordnet sind entlang der Lichtwellenleiter 504 und 505 und anlegen ein elektrisches Feld an die jeweilige eigenleitende Kernschicht der Lichtwellenleiter 504 beziehungsweise 505 für eine Änderung des Brechungsindex in Bezug auf die TE-Welle.
Der Richtkoppler im gekreuzten Zustand 502 umfasst ein Wellenleiterpaar, das angeordnet ist parallel und nah, sodass auftritt Richtkopplung im gekreuzten Zustand, wie im Richtkoppler im gekreuzten Zustand 76 (siehe 10).
Die Wanderwellenelektroden 506 und 507 sind parallel angeordnet mit den Lichtwellenleitern 504 und 505 zwischen ihnen. Die Wanderwellenelektrode 506 ist elektrisch verbunden mit den Steuerelektroden 508 und 512 über Luftbrücken 510 und 514.
Andererseits ist die Wanderwellenelektrode 507 elektrisch verbunden mit den Steuerelektroden 509 und 513 über Luftbrücken 511 und 515. Die Gleichstromvorspannung anlegende Elektrode 516 ist aufgedampft auf die n-leitende Mantelschicht 531 (siehe 20) und verbunden mit der Gleichstromvorspannungsversorgung 517.
Die Gleichstromvorspannungsversorgung 517 ist eine Spannungsversorgung für das Anlegen einer Gleichstromvorspannung an die n-leitende Mantelschicht 531, welche gemeinsam haben die Lichtwellenleiter 504 und 505, über die Gleichstromvorspannung anlegende Elektrode 516. Wie in der neunten Ausführungsform erklärt, ist die Gleichstromvorspannung eine Spannung für die Übertragung aller Lichtwellenleiter in einen Zustand mit negativem Ruhestrom (Sperrvorspannung), was die Diodizität ist, während der Modulation und sie ist eine Spannung, deren Wert beträgt die Hälfte des größten Werts eines Hochfrequenzausgangssignals eines Signalgebers 518.
Der Signalgeber 518 liefert ein Hochfrequenzausgangssignal an die Wanderwellenelektroden 506 und 507. Ein Abschlusswiderstand 519 ist verbunden mit den Wanderwellenelektroden 506 und 507.
Im Modulator von 20 ist erklärt ein Anordnungsbeispiel mit einer dicken Wanderwellenelektrode 506 und einer Wanderwellenelektrode 507, aber, wie in 21 gezeigt, man kann auch betrachten ein Anordnungsbeispiel mit dünnen Wanderwellenelektroden 545 und 546. Dieses Anordnungsbeispiel wird nun beschrieben.
Im Modulator vom Richtkopplertyp 500' von 21 sind bereitgestellt statt der n-leitenden Mantelschicht 531 und der Wanderwellenelektroden 506 und 507 n-leitende Mantelschichten 540 und 547, eigenleitende Kernschichten 541 und 542, p-leitende Mantelschichten 543 und 544 und Wanderwellenelektroden 545 und 546.
Die n-leitenden Mantelschichten 540 und 547 sind aufgedampft auf dem Substrat 530. Die eigenleitende Kernschicht 532 und die Gleichstromvorspannung anlegende Elektrode 516 sind aufgedampft auf der n-leitenden Mantelschicht 540.
Die eigenleitende Kernschicht 541, die p-leitende Schicht 543 und die Wanderwellenelektrode 545 sind aufgedampft auf der n-leitenden Mantelschicht 547. Die Wanderwellenelektrode 545 ist verbunden mit der Steuerelektrode 512 über die Luftbrücke 514.
Andererseits sind aufgedampft die eigenleitende Kernschicht 542, die p-leitende Mantelschicht 544 und die Wanderwellenelektrode 546 auf der n-leitenden Mantelschicht 540. Die Wanderwellenelektrode 546 ist ebenso verbunden mit der Steuerelektrode 513 über die Luftbrücke (nicht dargestellt). Der Signalgeber 518 und der Abschlusswiderstand 519 (siehe 19) sind verbunden mit den Wanderwellenelektroden 545 und 546.
Ein Anordnungsbeispiel für das Anlegen einer Gleichstromvorspannung ist erklärt mit Bezug 14, 19 und 21, aber die Anordnung kann auch sein wie gezeigt in 22 und 23
22 stellt dar einen Modulator vom Richtkopplertyp 600, der die Erfindung nicht ausführt. 23 ist ein Längsschnitt entlang der Linie B-B' in 22.
Der Modulator vom Richtkopplertyp 600 umfasst einen ersten und einen zweiten Richtkoppler 601 und 603, die verwenden einen ersten und einen zweiten Abschnitt eines Lichtwellenleiterpaars 604 und 605, einen Richtkoppler im gekreuzten Zustand 602, der darstellt einen Abschnitt der Lichtwellenleiter 604 und 605 zwischen dem ersten und dem zweiten Richtkoppler 601 und 603, und erste bis vierte Anschlusselektroden 606, 607, 616 und 617.
Der erste Richtkoppler 601 umfasst Lichtwellenleiter 604 und 605 und Steuerelektroden 608 und 609, die angeordnet sind entlang der Lichtwellenleiter 604 und 605 und anlegen ein elektrisches Feld an die jeweilige eigenleitende Kernschicht der Lichtwellenleiter 604 beziehungsweise 605 für eine Änderung des Brechungsindex in Bezug auf die TE-Welle.
Die Lichtwellenleiter 604 und 605 besitzen wie in anderen Ausführungsformen eine PIN-Struktur, in welcher die eigenleitende Kernschicht liegt zwischen der p-leitenden Schicht und der n-leitenden Schicht. Der Brechungsindex der eigenleitenden Kernschicht ist größer als der Brechungsindex der p-leitenden und der n-leitenden Mantelschichten.
Siehe 23. Der Modulator vom Richtkopplertyp 600 umfasst ein Substrat 630, das besteht aus einem halbisolierenden Kristall vom Typ Zinkblende wie InP, einer n-leitenden Mantelschicht 631, die aufgedampft ist auf dem Substrat 630, dritten und vierten Anschlusselektroden 616 und 617, einer eigenleitenden Kernschicht 632, die aufgedampft ist auf der n-leitenden Mantelschicht 631, und p-leitender Mantelschichten 634, 635, 636 und 637, die aufgedampft sind auf die eigenleitende Kernschicht 632.
Der Modulator vom Richtkopplertyp 600 umfasst weiterhin erste und zweite Anschlusselektroden 606 und 607, die jeweils aufgedampft sind auf den p-leitenden Mantelschichten 634 und 635, Steuerelektroden 608 und 609, die jeweils aufgedampft sind auf den p-leitenden Mantelschichten 636 und 637, und Luftbrücken 610 und 611, die elektrisch verbinden die erste Anschlusselektrode 606 mit der Steuerelektrode 608 und die zweite Anschlusselektrode 607 mit der Steuerelektrode 609.
Der Lichtwellenleiter 604 besitzt eine PIN-Struktur, die besteht aus der p-leitenden Mantelschicht 636, der eigenleitenden Kernschicht 632 und der n-leitenden Mantelschicht 631. Ebenso besitzt der Lichtwellenleiter 605 eine PIN-Struktur bestehend aus der g-leitenden Mantelschicht 637, der eigenleitenden Kernschicht 632 und der n-leitenden Mantelschicht 631.
Siehe erneut 22. Der zweite Richtkoppler 603 umfasst die Lichtwellenleiter 604 und 605 und Steuerelektroden 612 und 613, die angeordnet sind entlang der Lichtwellenleiter 604 und 605 und anlegen ein elektrisches Feld an die eigenleitenden Kernschichten der Lichtwellenleiter 604 und 605 für eine Änderung des Brechungsindex in Bezug auf die TE-Welle.
Der Richtkoppler im gekreuzten Zustand 602 umfasst ein Wellenleiterpaar, das angeordnet ist parallel und nah, sodass auftritt Richtkopplung im gekreuzten Zustand, wie im Richtkoppler im gekreuzten Zustand 76 (siehe 10).
Die erste und die zweite Anschlusselektrode 606 und 607 sind parallel angeordnet mit den Lichtwellenleitern 604 und 605 zwischen ihnen. Die erste Anschlusselektrode 606 ist elektrisch verbunden mit den Steuerelektroden 608 und 612 über Luftbrücken 610 und 614.
Andererseits ist die zweite Anschlusselektrode 607 elektrisch verbunden mit den Steuerelektroden 609 und 613 über Luftbrücken 611 und 615.
Die dritte und die vierte Anschlusselektroden 616 und 617 sind parallel angeordnet mit der ersten und der zweiten Anschlusselektrode zwischen ihnen. Die erste Anschlusselektrode 606 ist elektrisch verbunden mit den Steuerelektroden 608 und 612 über Luftbrücken 610 und 614. Die dritte und die vierte Anschlusselektrode 616 und 617 sind aufgedampft auf der n-leitenden Mantelschicht 632 (siehe 23), welche gemeinsam haben die Lichtwellenleiter 604 und 605.
Ein Signalgeber 618 und eine Gleichstromvorspannungsversorgung 619 sind verbunden mit der ersten und der dritten Anschlusselektrode 606 und 616. Ein Abschlusswiderstand 620 ist ebenfalls verbunden mit der ersten und der dritten Anschlusselektrode 606 und 616.
Ebenso sind verbunden ein Signalgeber 621 und eine Gleichstromvorspannungsversorgung 622 mit der zweiten und der vierten Anschlusselektrode 607 und 617. Ein Abschlusswiderstand 623 ist ebenfalls verbunden mit der zweiten und der vierten Anschlusselektrode 607 und 617.
Der Signalgeber 618 liefert ein Hochfrequenzausgangssignal an die erste und die dritte Anschlusselektrode 606 und 616. Die Gleichstromvorspannungsversorgung 619 legt an eine Gleichstromvorspannung an die erste und die dritte Anschlusselektrode 606 und 616.
Der Signalgeber 621 arbeitet unabhängig vom Signalgeber 618 und liefert ein Hochfrequenzausgangssignal an die zweite und die vierte Anschlusselektrode 607 und 617. Die Gleichstromvorspannungsversorgung 619 arbeitet unabhängig von der Gleichstromvorspannungsversorgung 619 und legt an eine Gleichstromvorspannung an die zweite und die vierte Anschlusselektrode 607 und 617.
Die Gleichstromvorspannung ist, wie beschrieben, eine Spannung für die Übertragung aller Lichtwellenleiter in einen Zustand mit negativem Ruhestrom (Sperrvorspannung), was die Diodizität ist, während der Modulation und sie ist eine Spannung, deren Wert beträgt die Hälfte des größten Werts des Hochfrequenzausgangssignals.
Im Modulator von 22 können die Hochfrequenzausgangssignale der Signalgeber 618 und 621 antriebsgesteuert sein, sodass sie besitzen die gleiche Amplitude und umgekehrte Phase (Phasendifferenz = 180 Grad). Wenn die Hochfrequenzausgangssignale antriebsgesteuert sind mit gleicher Amplitude und umgekehrter Phase, kann reduziert werden die Amplitude (Betriebsspannung) des Hochfrequenzausgangssignals (Signalgeber 618 und 621) auf die Hälfte, beispielsweise im Vergleich zum Hochfrequenzausgangssignal des Signalgebers 518, der gezeigt ist in 19. In diesem Beispiel können die dritte und die vierte Anschlusselektrode 616 und 617 geerdet sein.
Im Modulator von 22 ist erklärt ein Anordnungsbeispiel, bei dem angeordnet sind die dritte und die vierte Anschlusselektrode 616 und 617 außerhalb der ersten und der zweiten Anschlusselektrode 606 und 607, aber man kann auch die umgekehrte Anordnung wählen.
24 stellt dar einen anderen Modulator vom Richtkopplertyp 700, der die Erfindung nicht ausführt. 25 ist ein Längsschnitt entlang der Linie C-C' von 24. In diesen Zeichnungen entsprechen die Referenzzeichen den Referenzzeichen von 22 und 23.
Der Modulator vom Richtkopplertyp 700 umfasst einen ersten und einen zweiten Richtkoppler 701 und 703, die verwenden einen ersten und einen zweiten Abschnitt eines Lichtwellenleiterpaars 604' und 605', einen Richtkoppler im gekreuzten Zustand 702, der darstellt einen Abschnitt der Lichtwellenleiter 604' und 605' zwischen dem ersten und dem zweiten Richtkoppler 701 und 703, und erste bis vierte Anschlusselektroden 704, 705, 711 und 712.
Der erste Richtkoppler 701 umfasst Lichtwellenleiter 604' und 605' und Steuerelektroden 608 und 609, die angeordnet sind entlang der Lichtwellenleiter 604' und 605' und anlegen ein elektrisches Feld an die jeweilige eigenleitende Kernschicht der Lichtwellenleiter 604' beziehungsweise 605' für eine Änderung des Brechungsindex in Bezug auf die TE-Welle.
Die Lichtwellenleiter 604' und 605' besitzen wie in anderen Ausführungsformen eine PIN-Struktur, in welcher die eigenleitende Kernschicht liegt zwischen der p-leitenden Schicht und der n-leitenden Schicht. Der Brechungsindex der eigenleitenden Kernschicht ist größer als der Brechungsindex der p-leitenden und der n-leitenden Mantelschichten.
Siehe 25. Der Modulator vom Richtkopplertyp 700 umfasst ein Substrat 630, das besteht aus einem halbisolierenden Kristall vom Typ Zinkblende wie InP, einer n-leitende Mantelschicht 720 und ersten und zweiten Anschlusselektroden 704 und 705, die aufgedampft sind auf dem Substrat 630, und einer eigenleitenden Kernschicht 721 und dritten und vierten Anschlusselektroden 711 und 712, die aufgedampft sind auf der n-leitenden Mantelschicht 720.
Der Modulator vom Richtkopplertyp 700 umfasst weiterhin p-leitende Mantelschichten 722 und 723, die aufgedampft sind auf die eigenleitende Kernschicht 721, Steuerelektroden 608 und 609, die jeweils aufgedampft sind auf die p-leitenden Mantelschichten 722 und 723, und Luftbrücken 706 und 708, die elektrisch verbinden die erste Anschlusselektrode 704 mit der Steuerelektrode 608 und die zweite Anschlusselektrode 705 mit der Steuerelektrode 609.
Der Lichtwellenleiter 604' besitzt eine PIN-Struktur, die besteht aus der p-leitenden Mantelschicht 722, der eigenleitenden Kernschicht 721 und der n-leitenden Mantelschicht 720. Ebenso besitzt der Lichtwellenleiter 605' eine PIN-Struktur bestehend aus der g-leitenden Mantelschicht 723, der eigenleitenden Kernschicht 721 und der n-leitenden Mantelschicht 720.
Siehe erneut 24. Der zweite Richtkoppler 703 umfasst die Lichtwellenleiter 604' und 605' und Steuerelektroden 612 und 613, die angeordnet sind entlang der Lichtwellenleiter 604' und 605' und anlegen ein elektrisches Feld an die eigenleitenden Kernschichten der Lichtwellenleiter 604' und 605' für eine Änderung des Brechungsindex in Bezug auf die TE-Welle.
Der Richtkoppler im gekreuzten Zustand 702 umfasst ein Wellenleiterpaar, das angeordnet ist parallel und nah, sodass auftritt Richtkopplung im gekreuzten Zustand, wie im Richtkoppler im gekreuzten Zustand 76 (siehe 10).
Die erste und die zweite Anschlusselektrode 704 und 705 sind parallel angeordnet mit der dritten und der vierten Anschlusselektrode 711 und 712 und den Lichtwellenleitern 604' und 605' zwischen ihnen. Die erste Anschlusselektrode 704 ist elektrisch verbunden mit den Steuerelektroden 608 und 612 über Luftbrücken 706 und 709.
Andererseits ist die zweite Anschlusselektrode 705 elektrisch verbunden mit den Steuerelektroden 609 und 613 über Luftbrücken 708 und 710.
Die dritte und die vierte Anschlusselektrode 711 und 712 sind parallel angeordnet mit den Lichtwellenleitern 604' und 605' zwischen ihnen. Die dritte und die vierte Anschlusselektrode 711 und 712 sind aufgedampft auf der n-leitenden Mantelschicht 720 (siehe 25), welche gemeinsam haben die Lichtwellenleiter 604' und 605'.
Der Signalgeber 618 und die Gleichstromvorspannungsversorgung 619 sind verbunden mit der ersten und der dritten Anschlusselektrode 704 und 711. Der Abschlusswiderstand 620 ist ebenfalls verbunden mit der ersten und der dritten Anschlusselektrode 704 und 711.
Ebenso sind verbunden der Signalgeber 621 und die Gleichstromvorspannungsversorgung 622 mit der zweiten und der vierten Anschlusselektrode 705 und 712. Der Abschlusswiderstand 623 ist ebenfalls verbunden mit der zweiten und der vierten Anschlusselektrode 705 und 712.
Der Signalgeber 618 liefert ein Hochfrequenzausgangssignal an die erste und die dritte Anschlusselektrode 704 und 711. Die Gleichstromvorspannungsversorgung 619 legt an eine Gleichstromvorspannung an die erste und die dritte Anschlusselektrode 704 und 711.
Der Signalgeber 621 arbeitet unabhängig vom Signalgeber 618 und liefert ein Hochfrequenzausgangssignal an die zweite und die vierte Anschlusselektrode 705 und 712. Die Gleichstromvorspannungsversorgung 619 arbeitet unabhängig von der Gleichstromvorspannungsversorgung 619 und legt an eine Gleichstromvorspannung an die zweite und die vierte Anschlusselektrode 705 und 712.
Die Gleichstromvorspannung ist, wie beschrieben, eine Spannung für die Übertragung aller Lichtwellenleiter in einen Zustand mit negativem Ruhestrom (Sperrvorspannung), was die Diodizität ist, während der Modulation und sie ist eine Spannung, deren Wert beträgt die Hälfte des größten Werts des Hochfrequenzausgangssignals.
Im Modulator von 24 können die Hochfrequenzausgangssignale der Signalgeber 618 und 621 gesteuert sein, sodass sie besitzen die gleiche Amplitude und umgekehrte Phase (Phasendifferenz = 180 Grad). Ebenso können in diesem Modulator die dritte und die vierte Anschlusselektrode 711 und 712 geerdet sein.
Da der gekreuzte Lichtwellenleiter verbunden ist zwischen dem ersten und dem zweiten Richtkoppler, kann erfindungsgemäß gleich gemacht werden die Polarität der Spannungen, die angelegt werden an die Steuerelektroden im ersten und im zweiten Richtkoppler, wobei ermöglicht wird eine Anordnung der ersten und der zweiten nicht-gekreuzten Elektroden, in welcher sie sich nicht kreuzen. Als Ergebnis ist die Hochfrequenzleistungsfähigkeit verbessert, während die Herstellungstoleranzen der Strukturparameter vergrößert sind, für die Ermöglichung einer Hochfrequenzarbeitsweise, wobei ein Beitrag geleistet wird zur Beschleunigung des optischen Kommunikationssystems.
Wenn verwendet wird ein 2×2 Multimode-Interferenz-Koppler oder ein X-gekreuzter Wellenleiter als gekreuzter Wellenleiter, kann erfindungsgemäß gebildet sein der gekreuzte Lichtwellenleiter in derselben Schicht wie die Lichtwellenleiter davor und dahinter. Als Ergebnis wird die Herstellung einfach, da ein fester gekreuzter Weg nicht nötig ist.
Erfindungsgemäß sind angeordnet die erste und die zweite Chirpsteuerelektrode entlang des ersten und des zweiten Lichtwellenleiters im gekreuzten Bereich, sodass angelegt ist eine Chirpsteuerspannung an die erste und die zweite Steuerelektrode für die Steuerung des Chirps der Lichtausgabe aus dem ersten und dem zweiten Lichtwel lenleiter. Als Ergebnis kann der Chirp auch gesteuert werden, was den Komfort des Nutzers verbessert. Nutzer können erhalten zwei Chirpparameter von einem Ausgangskanal durch einfaches Ändern der Gleichspannung.
Da erfindungsgemäß die Lichtausgabe aus dem ersten und dem zweiten Lichtwellenleiter umschaltgesteuert ist auf den ersten Kanal oder den zweiten Kanal, ist das Umschalten der Kanäle einfach, was den Komfort des Nutzers verbessert.
Da erfindungsgemäß das Ausgangslicht aus dem ersten oder dem zweiten Lichtwellenleiter geleitet wird zum ersten oder zum zweiten Ausgangskanal durch eine Änderung der externen Spannung für eine Steuerung des Ausgangsverhältnisses zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangskanal, kann das Ausgangsverhältnis leicht geändert werden, was den Komfort des Nutzers verbessert.
Obwohl die Erfindung beschrieben ist mit Bezug auf eine besondere Ausführungsform für eine vollständige und klare Offenbarung, ist die Erfindung wie in den beiliegenden Ansprüchen festgelegt.

Claims

Optischer Halbleitermodulator (100; 102; 104; 106; 110; 112; 114; 116; 117), umfassend: einen ersten Lichtwellenleiter (32), der ausgebildet ist auf einem Halbleitersubstrat; einen zweiten Lichtwellenleiter (33), der ausgebildet ist auf dem Halbleitersubstrat; einen ersten optischen Richtkoppler (27) und einen zweiten optischen Richtkoppler (29), die gebildet sind vom ersten und zweiten Lichtwellenleiter; einen Wellenkopplungsbereich für den ersten Wellenleiter (32) und den zweiten Wellenleiter (33) zwischen den Richtkopplern (27, 29); ein Paar Wanderwellenelektroden (30, 31); und zwei Sätze von Luftbrückenstrukturen (63, 64; 163, 164); wobei jeder der Richtkoppler (27, 29) umfasst ein Elektrodenpaar (39, 40; 41, 42), welches über die Luftbrückenstrukturen (63, 64; 163, 164) verbunden ist mit den Wanderwellenelektroden (30, 31); gekennzeichnet dadurch, dass: der Wellenkopplungsbereich ausgebildet ist vom ersten und vom zweiten Lichtwellenleiter (32, 33) und enthält eine Lichtwellenleiterkreuzung (28); und die Wanderwellenelektroden (30, 31) keine Kreuzung aufweisen.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei die Lichtwellenleiter (32, 33) benachbarte Bereiche besitzen, die bestehen aus einer PIN-Struktur auf einer leitenden Halbleiterschicht, wobei die benachbarten Bereiche arbeiten als Richtkoppler, die gesteuert werden von einer Vorspannung, welche versorgt die Wellenleiterelektroden (39, 40, 41, 42), die bereitgestellt sind in Form der Wanderwellenelektroden (30, 31) für ein Umschalten der optischen Signale, die sich ausbreiten durch die Wellenleiter (32, 33), zueinander und wobei der erste Richtkoppler (27) in direkter Linie verbunden ist mit dem zweiten Richtkoppler (29) über den Wellenleiterkopplungsbereich.
Optischer Modulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wanderwellenelektroden (30, 31) tätig sind bei der Leitung von elektronischen Hochgeschwindigkeitssignalen von einem Signaleingabefeld (37) zu den Wellenleiterelektroden über die Luftbrückenstrukturen (63, 64; 163, 164).
Optischer Modulator nach Anspruch 2, wobei ein erstes Paar der Wellenleiterelektroden (43, 44) oder ein zweites Paar der Wellenleiterelektroden (45, 46) auf den Lichtwellenleitern (32, 33) aufgeteilt ist und angeordnet ist entlang der Längsachse, wobei jede der Wellenleiterelektroden (43, 44; 45, 46) einzeln verbunden ist über die Luftbrückenstrukturen (63, 64) mit den äußeren Wanderwellenelektroden (47, 48).
Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei der Lichtwellenleiter ein Rippenwellenleiter ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei der Wellenleiter eine rippenlose Wellenleiterstruktur verwendet.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei der Lichtwellenleiter ein vergrabener Heterostrukturwellenleiter ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei der Wellenkopplungsbereich ein 2×2 Multimode-Interferenz-Koppler ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei der Wellenkopplungsbereich ein gekreuzter Wellenleiter ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, weiter umfassend: eine Vorspannungselektrode, die angeordnet ist mindestens auf der leitenden Schicht auf dem Halbleitersubstrat.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei die Struktur des optischen Modulators Typ III-V Verbundwerkstoffe umfasst.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei die Struktur des optischen Modulators Typ IV Verbundwerkstoffe umfasst.