DE69106736T2

DE69106736T2 - Lichtwellenleiter-elektrooptische Vorrichtung, insbesondere für Polarisationsteiler.

Info

Publication number: DE69106736T2
Application number: DE69106736T
Authority: DE
Inventors: Christian Duchet
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Oclaro North America Inc
Priority date: 1990-02-12
Filing date: 1991-02-11
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2011-02-12
Also published as: FR2658314B1; ES2068526T3; EP0442792A1; DE69106736D1; FR2658314A1; EP0442792B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrooptische Vorrichtung mit Lichtleitern, die in integrierter Form auf einem kristallinen Substrat hergestellt werden kann. Ein solche Vorrichtung besitzt typischerweise drei optische Anschlüsse, die einen Eingang und zwei Ausgänge bilden. Eine an diesem Eingang ankommende Lichtschwingung gelangt zu dem einen oder dem anderen der Anschlüsse gemäß ihrer Polarisationsrichtung und den Werten der elektrischen Steuerspannungen, die an die im Substrat gebildeten Lichtleiter angelegt sind.
Die Vorrichtung kann so einen Polarisationsseparator für ein Eingangslicht bilden, das aus zwei Schwingungen mit aufeinander senkrecht stehenden Linearpolarisationen besteht. Bei konstant gehaltenen Steuerspannungen werden die beiden Schwingungen getrennt und jeweils an einen der Ausgänge geleitet.
Die Vorrichtung kann auch einen Schalter für ein Eingangslicht bilden, das nur eine der genannten Schwingungen aufweist. Dieses Licht wird zu dem einen oder dem anderen der beiden Ausgänge gemäß dem Wert der Steuerspannungen geleitet.
Bei Vorrichtungen dieser Art möchte man die notwendigen Steuerspannungen möglichst begrenzt halten.
Eine erste bekannte Vorrichtung zur Bildung eines solchen Schalters ist vorgeschlagen worden und von T. POHLMANN, A. NEYER, E. VOGES in dem Aufsatz mit dem Titel "Ti: LiNbO interferometric activated X - switch for high-speed application : IAX" in der Zeitschrift Electronics Letters, Band 24, Nr. 9, Seiten 530-531 vom 28. April 1988 veröffentlicht worden. Diese bekannte Vorrichtung weist Lichtleiter auf, die senkrecht zur kristallographischen Achse Z angeordnet sind, welche die einzige optische Achse des kristallinen Substrats bildet, auf dem die Lichtleiter ausgebildet sind. Die Verwendung dieser Vorrichtung als Polarisationsseparator würde die Anwendungen von hohen Steuerspannungen und von sehr strengen Herstellungsbedingungen erfordern, um einen X-Koppler unabhängig von der Polarisation zu erhalten.
Weiter ist eine zweite Schaltung zur Bildung eines Polarisationsseparators bekannt, die von Y. BOURBIN in dem Aufsatz mit dem Titel "Polarization splitter in integrated optics" beschrieben, der auf der "5th European conference on Integrated Optics ECIO 89" vom 24. bis 28. April 1989 in Paris vorgetragen wurde. Der Separator verwendet einen aktiven Richtungskoppler, dessen optische Anregung symmetrisch und bei dem die orthogonalen Polarisationen (Modus TE und TM) gleiche und einander entgegengesetzte Indexschwankungen sehen, die auf gleichen und entgegengesetzten elektrooptischen Koeffizienten beruhen. Die Verwendung eines aktiven Direktkopplers zwingt zu einer gegenseitigen Abstimmung der optischen Teile und des elektrischen Teils. Die Abmessungen des Kopplers (Länge, Abstand zwischen den Lichtleitern) bestimmen zwingend die Abmessungen der Elektroden (Länge, Abstand zwischen den Elektroden). Eine Verringerung der Steuerspannungen kann wie bei anderen Vorrichtungen durch eine Vergrößerung der Länge der Elektroden erzielt werden. Dann zwingt aber die Verwendung eines Richtungskopplers zu einer Vergrößerung des Abstandes zwischen den Elektroden, und diese Abstandsvergrößerung steht einer Verringerung der Steuerspannungen entgegen. Letztere können aber als Folge einer Vergrößerung der Länge nur in einem sehr geringen Maße herabgesetzt werden. Die Vergrößerung der Länge geht im übrigen auf Kosten des optischen Durchlaßbereichs, der mit zunehmender Länge abnimmt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es vor allem, in einfacher Weise eine elektrooptische Vorrichtung mit Lichtleitern zu schaffen, die mit begrenzten Steuerspannungen für verschiedene Polarisationszustände einer Eingangslichtwelle verwendet werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine Vorrichtung dieser Art, mit einer Phasenverschiebungsanordnung, die ihrerseits ein Paar von Lichtleitern aufweist, welche in einem kristallinen Substrat ausgebildet sind, um eine elektrooptische Phasenverschiebung um 90º zu bewirken, und auf die ein Koppler der halben Leistung folgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiterpaar aus Lichtleitern besteht, die parallel zur gemeinsamen optischen Achse Z des Substrats verlaufen, derart, daß zwei Lichtschwingungen mit zueinander senkrechten Polarisationen zwei elektrooptische Koeffizienten mit dem gleichen Absolutwert und entgegengesetzten Vorzeichen sehen.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten schematischen Figuren beschrieben, wie die vorliegende Erfindung praktisch ausgeführt werden kann, wobei natürlich klar ist, daß die erwähnten und dargestellten Elemente und Maßnahmen nur beispielshalber und ohne Beschränkungsabsicht zu gelten haben. Wenn ein Element in mehreren Figuren dargestellt ist, ist es mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des kristallinen Substrats, das die Lichtleiter einer ersten Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung trägt;
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser ersten Vorrichtung;
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch diese erste Vorrichtung;
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch diese zweite Vorrichtung;
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch eine dritte Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch eine vierte Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zunächst sollen anhand der Figuren 1 bis 3 allgemein verschiedene Maßnahmen mitgeteilt werden, die gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens bei bestimmten Anwendungen bevorzugt werden, und die bei den vier beispielshalber wiedergegebenen Vorrichtungen angewandt sind. Bestimmte dieser Maßnahmen sind den Vorrichtungen gemäß der Erfindung sowie der ersten, vorerwähnten bekannten Vorrichtung gemeinsam, während andere für die vorliegende Erfindung eigentümlich sind.
Gemäß den gemeinsamen Maßnahmen weist die Vorrichtung eine Phasenverschiebungsanordnung auf, die ihrerseits aufweist:
- einen ersten und einen zweiten Phasenverschiebungslichtleiter 4A, 4B. Es handelt sich um zwei Lichtleiter, die in einem kristallinen Substrat 6 ausgebildet sind. Letzteres besitzt drei kristallographische Achsen X, Y, Z und eine einzige optische Achse Z. Es löst Wechselwirkungen zwischen Licht, das sich im Substrat ausbreitet, und einem elektrischen Feld aus, das auch an das Substrat angelegt ist. Diese Wechselwirkungen sind durch elektrooptische Koeffizienten gekennzeichnet, die von der Richtung des angelegten elektrischen Feldes und von der Polarisationsrichtung des Lichtes relativ zu den kristallographischen Achsen des Substrats abhängen. Diese Lichtleiter besitzen einen ersten und zweiten Phasenverschiebungseingang 8A und 8B zum Empfangen zweier Lichtschwingungen. Letztere weisen Polarisationen gemäß einem gleichen elektrischen oder magnetischen Transversalmodus sowie gleicher Frequenz, Amplitude und Phase auf, derart, daß sie zwei Hälften einer gemeinsamen polarisierten Schwingung bilden. Diese Lichtleiter erstrecken sich parallel zueinander über eine gleiche Länge, um die erste und die zweite Schwingungshälfte bis zu einem ersten und zu einem zweiten jeweils entsprechenden Phasenverschiebungsausgang 10A bzw. 10B zu führen;
- Elektroden 12, 14, 16 zum Empfangen einer Steuerspannung und zum Anlegen zweier elektrischer Wechselwirkungsfelder, die parallel zu einer gemeinsamen, senkrecht zu den Lichtleitern gerichteten elektrooptischen Wechselwirkungsachse Y verlaufen und einander entgegengesetzt gerichtet sind; und
- einen elektrischen Generator 18 zum Liefern der Steuerspannung.
Der Wert dieser Steuerspannung wird unter Berücksichtigung der Länge der Phasenverschiebungslichtleiter und der elektrooptischen Koeffizienten des Substrats für die Polarisationsrichtung der empfangenen polarisierten Schwingung und für die genannte Wechselwirkungsrichtung gewählt. Der gewählte Wert ist ein Wert, der eine "elektrooptische" Phasenverschiebung um 90º zwischen der ersten und der zweiten Hälfte der Schwingungen an dem ersten bzw. dem zweiten Phasenverschiebungsausgang 10A bzw. 10B verursacht.
Die Vorrichtung weist weiter einen symmetrischen, passiven Koppler 20 eines bekannten Typs auf, der von der Polarisation unabhängig ist und seinerseits aufweist:
- einen ersten und einen zweiten Kopplungseingang, die aus dem ersten bzw. dem zweiten Phasenverschiebungsausgang 10A und 10B bestehen, aber auch davon verschieden sein können, vorausgesetzt, daß sie optisch an diese symmetrisch angeschlossen sind;
- einen ersten und einen zweiten Kopplungsausgang 22A bzw. 22B; und
- Lichtleiter 24A, 24B, die die beiden Eingänge 10A, 10B mit den beiden Ausgängen 22A, 22B des Kopplers verbinden und gegenseitig gekoppelt sind, derart, daß sie an jedem der beiden Kopplerausgänge mit halber Leistung das am ersten Kopplereingang und das am zweiten Kopplereingang empfangene Licht interferieren lassen. Dieser Koppler prägt einerseits an seinem ersten Ausgang 22A dem vom zweiten Eingang 10B kommenden Licht eine Kopplungsphasenverschiebung von 90º relativ zu demjenigen Licht auf, das vom ersten Eingang 10A herkommt. Er prägt andererseits dem vom ersten Eingang 10A kommenden Licht die gleiche Kopplungsphasenverschiebung relativ zu demjenigen Licht auf, das vom zweiten Eingang 10B herkommt.
Der so aufgebaute Koppler ist ein sogenannter "Richtkoppler". Er könnte allerdings auch ein anderer Typ sein, wie etwa ein sogenannter "X-Koppler".
Diese gemeinsamen Maßnahmen bewirken, daß sich die elektrooptischen Phasenverschiebungen und die Kopplung kompensieren und daß die beiden Schwingungshälften phasengleich auftreten und sich an einem der Kopplerausgänge 22A addieren. Dieser Ausgang bildet so einen offenen Ausgang der Vorrichtung für die polarisierte Schwingung. Diese gleichen Phasenverschiebungen addieren sich auch am anderen Kopplerausgang 22B und die beiden Hälften der Schwingung sind in Gegenphase und löschen sich gegenseitig aus. Dieser andere Ausgang bildet einen geschlossenen Ausgang der Vorrichtung für die gleiche polarisierte Schwingung.
Eine andere bevorzugte Maßnahme ist typisch für die vorliegende Erfindung.
Gemäß dieser Maßnahme erstrecken sich die Phasenverschiebungslichtleiter 4A, 4B parallel zur gemeinsamen optischen Achse Z des kristallinen Substrats, wobei die Wechselwirkungsrichtung Y senkrecht zu der optischen Achse gerichtet ist, so daß die elektrooptischen Koeffizienten r&sub2;&sub2;, r&sub1;&sub2; des Substrats für die parallel und senkrecht zur Wechselwirkungsachse gerichteten Polarisationen einen gleich großen Absolutwert und entgegengesetzte algebraische Vorzeichen aufweisen.
Diese besondere Maßnahme hat eine vorteilhafte Wirkung insbesondere in zwei Fällen. Im ersten Fall wird die Vorrichtung zur Bildung eines Schalters benutzt, der die polarisierte Schwingung zum einen oder zum anderen seiner zwei Ausgänge gemäß dem algebraischen Vorzeichen des Steuersignals leitet. In diesem Fall hat die Vorrichtung die Wirkung, daß der so aufgebaute Schalter sowohl und unter gleichen Bedingungen eine parallel zur Wechselwirkungsachse polarisierte Schwingung als auch eine senkrecht zu dieser Achse polarisierte Schwingung zu leiten vermag. Die einzige Betriebsänderung, die mit dieser Polarisationsänderung verbunden ist, besteht darin, daß die Rollen der beiden Ausgänge des Schalters umgekehrt sind. In einem zweiten Fall hat diese Maßnahme die Wirkung, daß die Vorrichtung leicht dazu benutzt werden kann, um einen Polarisationsseparator zu bilden. In diesem zweiten Fall behält das Steuersignal einen konstanten Wert und ein konstantes Vorzeichen, und die beiden polarisierten Schwingungen, die zwei senkrecht aufeinander stehende Polarisationen darstellen, werden zusammen an den Phasenverschiebungseingängen empfangen. Die beiden Schwingungen werden dann durch diese Vorrichtung getrennt, die sie zu je einem ihrer beiden Ausgängen leitet. Die beiden Schwingungen können zwei Komponenten einer gleichen Eingangswelle sein.
Gemäß weiteren gemeinsamen Maßnahmen sind die Phasenverschiebungslichtleiter 4A und 4B und der Koppler 20 in einer gleichen Oberfläche 7 des kristallinen Substrats 6 gebildet. Diese Oberfläche liegt parallel zur optischen Achse Z und zu einer weiteren kristallographischen Achse Y des Substrats. Die Wechselwirkungsachse Y liegt ebenfalls parallel zu einer kristallographischen Achse des Substrats.
Die Vorrichtung enthält weiter einen Leistungsteiler, der aus einem Y-förmigen Lichtleiterübergang 24 besteht, der in der Oberfläche 7 des kristallinen Substrats 6 gebildet ist, um einen Eingang 26 der Vorrichtung an zwei Phasenverschiebungseingänge 8A und 8B anzuschließen. Wenn an diesem Eingang der Vorrichtung eine Eingangswelle empfangen wird, wird sie in zwei Hälften geteilt, die die gleiche Leistung aufweisen und die an je einem der beiden Phasenverschiebungseingänge empfangen werden. Die Eingangswelle kann aus einer polarisierten Schwingung bestehen, beispielsweise um eine Umschaltung durchzuführen, wenn diese Welle eine passende Polarisation besitzt. Sie kann auch zwei Schwingungen enthalten, von denen sich die eine gemäß einem elektrischen Transversalmodus, und die andere gemäß einem magnetischen Transversalmodus ausbreitet, wobei die Schwingungen zwei polarisierte Schwingungen bilden und die Vorrichtung dann beispielweise zur Durchführung einer Polarisationstrennung vorgesehen ist.
In diesem letztgenannten Fall sowie gemäß einer weiteren für die vorliegende Erfindung typischen Maßnahme liefert der elektrische Generator 18 eine konstante Steuerspannung, damit die Vorrichtung die sich gemäß einem elektrischen Transversalmodus ausbreitende Schwingung zum Ausgang 22B der Vorrichtung und die sich gemäß einem magnetischen Transversalmodus ausbreitende Schwingung zum anderen Ausgang 22A lenkt.
Die so als integrierte Optik ausgebildete Vorrichtung ist funktionsmäßig einem Polarisationsseparatorwürfel identisch, der in der Volumenoptik verwendet wird, besitzt aber den Vorteil, Monomode-Lichtleiter zu verwenden, die leicht an Monomode-Lichtleitfasern anschließbar sind. Weiter kann die Vorrichtung anderen Vorrichtungen zugeordnet werden, die auf dem gleichen Substrat hergestellt sind, um andere Funktionen zu erfüllen und um eine komplexere integrierte optische Schaltung zu bilden.
Von den zahlreichen Anwendungen einer solchen Separatorvorrichtung soll der Polarisationsdiversityempfang genannt werden, der zur Herstellung kohärenter Verbindungen benutzt wird.
Nachfolgend werden insbesondere die beispielshalber wieder gegebenen Vorrichtungen beschrieben.
Das Substrat 6 besteht, wie üblich, aus LiNbO&sub3;, das die Herstellung von Lichtleitern guter Qualität durch Diffusion von beispielsweise Titan ermöglicht. Weiter gefaßt gehört das Material zu den Symmetrieklassen, bei denen die elektrooptischen Koeffizienten die Beziehung r&sub1;&sub2; = -r&sub2;&sub2; (oder die Beziehung r&sub2;&sub1; = -r&sub1;&sub1; erfüllen, und die einachsige optische Medien sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die optische Achse Z entlang der Fortpflanzungsrichtung des Lichtes ausgerichtet, welche diejenige der Phasenverschiebungslichtleiter 4A und 4B und der Kopplungslichtleiter 24A und 24B ist.
Im Fall der Vorrichtung der Figur 2 liegt die kristallographische Achse X senkrecht zur Oberfläche 7. Ein paralleles elektrisches Feld wird an die Phasenverschiebungslichtleiter mit Hilfe von Elektroden 12, 14, 16 angelegt, die zu beiden Seiten der Lichtleiter angeordnet sind. In diesem Fall sieht eine Polarisation, das heißt, eine polarisierte Schwingung, (TE-Modus = elektrischer Transversalmodus) den elektrooptischen Koeffizienten r&sub2;&sub2;, während die orthogonale Polarisation (TM-Modus = magnetischer Transversalmodus) den Koeffizienten r&sub1;&sub2; (= -r&sub2;&sub2;) sieht.
Die optische Schaltung enthält fünf Abschnitte, die ausgehend vom Eingang 26 der Vorrichtung aufeinanderfolgen:
- einen optischen Monomode-Eingangslichtleiter 24C;
- einen Leistungsteiler 24, der aus einem symmetrischen Y-Übergang besteht, welcher einen kleinen Winkel (beispielsweise 1º) zwischen seinen beiden Schenkeln 24A und 24B bildet, die sich an die Eingänge 8A und 8B anschließen;
- die elektrooptische Phasenverschiebungsanordnung 2, bestehend aus den beiden Phasenverschiebungslichtleitern 4A und 4B, die parallel zueinander verlaufen, gleich aufgebaut sind und gleiche Längen besitzen und die einen ausreichenden Zwischenabstand aufweisen, um jede gegenseitige optische Kopplung zu vermeiden;
- den Koppler 20, der ein symmetrischer, von der Polarisation unabhängiger 3 dB-Richtkoppler ist; und
- die beiden optischen Ausgänge 22A und 22B in einem dem Koppler 20 zugeordneten Endabschnitt 30.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise dieser Vorrichtung beschrieben:
Nach der Einspeisung durch eine Monomode-Lichtfaser 28 pflanzt sich kohärentes Licht, das eine Eingangswelle bildet, im Lichtleiter 24C fort. Es teilt sich im Teiler 24 in zwei gleiche Hälften. An einer Abszisse A, welche die der Phasenverschiebungseingänge 8A und 8B ist, sind die Lichtwellen in den Lichtleitern 4A und 4B phasengleich und besitzen die Amplitude 2-1/2 (bei einer Einheitsleistung am Eingang). Während ihrer Ausbreitung erfahren die Wellen eine Phasenverschiebung durch den elektrooptischen Effekt. An der Abszisse B, also derjenigen der Phasenverschiebungsausgänge 10A und 10B, sind die Wellen wie folgt verändert:
ai(B) = 2-1/2
bi(B) = 2-1/2 exp (-j Pi) i = TE oder TM R1
Der Index i zeigt an, daß es sich um die Modi TE oder TM handelt. Pi ist der durch den elektrooptischen Effekt verursachte Phasenunterschied zwischen den Wellen.
Mit dieser Ausrichtung des Materials und dieser Anordnung der Elektroden ergibt sich:
PTM = - PTE R2
denn:
PTE = kr&sub2;&sub2; (V/d)
PTM = kr&sub1;&sub2; (V/d) R3
wobei r&sub1;&sub2; = -r&sub2;&sub2; ist.
Die Größe k ist ein Faktor, der die Verteilung des optischen und des elektrischen Feldes sowie den Brechungsindex des Materials berücksichtigt. V ist die vom Generator 18 an die Elektroden angelegte Spannung, und d ist der Abstand zwischen den Elektroden (Figur 3).
Die Übertragungsmatrix des Richtkopplers 20 verbindet die komplexen Amplituden zwischen den Eingängen des Kopplers (Abszissen B) und seinen Ausgängen 22A und 22B (Abszissen C). Bei einem Koppler bestehend aus identischen und auf 3 dB eingestellten Lichtleitern (die Energie eines Eingangs ist gleichmäßig auf die beiden Ausgänge verteilt), lautet die Übertragungsmatrix wie folgt:
Dieser Ausdruck ist klassisch und steht in dem Aufsatz von M. KOGELNIK und R. SCHMIDT mit dem Titel "Switched directional couplers with alternating delta β", veröffentlicht im IEEE Journal of Quantum Electronics, Band QE 12, Nummer 7, Juli 1976.
Bei dieser Konfiguration dient der Koppler als "Phasenwähler". Bei einem Phasenunterschied der Wellen von 90º zwischen ihren Eingängen tritt die gesamte Lichtleistung der Eingangswelle an einem der Ausgänge aus. Bei einer Phasenverschiebung von - 90º zwischen den gleichen Eingängen tritt die gesamte Leistung am anderen Ausgang aus.
Durch Abstimmen der Spannung V in der Weise, daß die Phasenverschiebung beispielsweise PTE = 90º ist (sie wird also in Verbindung mit der Beziehung R2 zu: PTM = -90º), führen die Beziehungen R4 und R1 zu:
aTE(C) ² = 0 aTM(C) ² =1
bTE(C) ² = 1 bTM(C) ² = 0 R5
Die Vorrichtung verhält sich wie ein Polarisationsseparator:
Eine gemäß dem Modus TE polarisierte Schwingung tritt beispielsweise bei 22B aus, während eine gemäß dem Modus TM polarisierte Schwingung bei 22A austritt.
Die zweite Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, weist allgemein Elemente auf, die denen der ersten Vorrichtung gleichen und die mit den gleichen aber um 100 erhöhten Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Unterschiede sind folgende:
Die Oberfläche 107 des Substrats 6, die die Lichtleiter 104A, 104B, 124A und 124B trägt, verläuft senkrecht zur kristallographischen Achse Y dieses Substrats.
Die Ränder von zwei der Elektroden 112, 114 und 116 überdecken die Phasenverschiebungslichtleiter 104A und 104B derart, daß sie an sie ein senkrecht zu dieser Oberfläche verlaufende elektrisches Feld anlegen. Zwischen die Elektroden und die Lichtleiter ist eine optische Pufferschicht 132 eingefügt und wurde hierzu auf der gesamten Oberfläche aufgebracht.
Die dritte und die vierte Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist, weist Elemente auf, die denjenigen der oben beschriebenen zweiten Vorrichtung gleichen und die durch Bezugszeichen gekennzeichnet sind, die nochmals um 100 bzw. um 200 erhöht worden sind, das heißt, jeweils größer als 200 und 300 sind. Die Unterschiede sind folgende:
Bei der dritten Vorrichtung gemäß Figur 6 wurden die senkrechte Ausrichtung und die Intensität des elektrischen Feldes (relativ zur Oberfläche 207) im Bereich eines Phasenverschiebungslichtleiters 224 B, der von einer Elektrode 216 überdeckt wird, verbessert, indem eine zusätzliche seitliche Elektrode 217 vorgesehen ist, die das Gegenstück zur Elektrode 214 bildet.
Bei der in Figur 7 dargestellten vierten Vorrichtung wurden die senkrechte Ausrichtung die Intensität des elektrischen Feldes im Bereich des anderen Phasenverschiebungslichtleiters 324A, der von der Elektrode 314 überdeckt wird, durch eine zusätzliche seitliche Elektrode 313 verbessert, wobei dann eine seitliche Elektrode 315 für den Lichtleiter 324B zwischen der Elektrode 316, die diesen Lichtleiter bedeckt, und der Elektrode 313 vorgesehen ist.

Claims

1. Elektrooptische Vorrichtung mit Lichtleitern, die eine Phasenverschiebungsanordnung (2) aufweist, welche ihrerseits ein Paar von Lichtleitern (4A, 4B) aufweist, die in einem kristallinen Substrat (6) ausgebildet sind, um eine elektrooptische Phasenverschiebung um 90º zu bewirken, und auf die ein Koppler (20) der halben Leistung folgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiterpaar aus Lichtleitern (4A, 4B) besteht, die parallel zur gemeinsamen optischen Achse Z des Substrats (6) verlaufen, derart, daß zwei Lichtschwingungen mit zueinander senkrechten Polarisationen zwei elektrooptische Koeffizienten mit dem gleichen Absolutwert und entgegengesetzten Vorzeichen sehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:

- das Lichtleiterpaar, das einen ersten (4A) und zweiten (4B) Lichtleiter zur Phasenverschiebung enthält, bei denen es sich um zwei Lichtleiter handelt, die in dem kristallinen Substrat (6) ausgebildet sind, das drei kristallographische Achsen (X,Y,Z) und die genannte gemeinsame optische Achse (Z) aufweist und das Wechselwirkungen auslöst, die durch elektrooptische Koeffizienten gekennzeichnet sind, welche von der Richtung eines angelegten elektrischen Feldes und der Polarisationsrichtung eines Lichtes in dem Substrat abhängen, wobei die Lichtleiter einen ersten (8A) und einen zweiten (8B) Phasenverschiebungseingang zum Empfangen zweier Lichtschwingungen aufweisen, die Polarisationen gemäß einem gleichen elektrischen oder magnetischen Transversalmodus und mit gleichen Frequenzen, Amplituden und Phasen besitzen, derart, daß diese beiden Schwingungen eine erste und eine zweite Hälfte einer gleichen polarisierten Schwingung bilden, wobei die Lichtleiter sich parallel zueinander und über eine gleiche Länge erstrecken, um die erste und die zweite Hälfte der Schwingung bis zu einem ersten (10A) bzw. einem zweiten (10B) Phasenverschiebungsausgang zu leiten;

- Elektroden (12, 14, 16) zum Empfangen einer Steuerspannung, und zum Anlegen zweier elektrischer Wechselwirkungsfelder, die parallel zu einer gemeinsamen, senkrecht zu den Lichtleitern gerichteten elektrooptischen Wechselwirkungsachse (Y) verlaufen, und die einander entgegengesetzt gerichtet sind;

- und einen elektrischen Generator (18) zum Liefern der Steuerspannung, wobei der Wert dieser Spannung unter Berücksichtigung der Länge der Phasenverschiebungslichtleiter und der elektrooptischen Koeffizienten des Substrats für die Polarisationsrichtung der polarisierten Schwingung und für die Wechselwirkungsrichtung gewählt sind, derart, daß die elektrooptische Phasenverschiebung um 90º zwischen der ersten und der zweiten Hälfte der Schwingung am ersten (10A) bzw. am zweiten Phasenverschiebungsausgang (10B) verursacht wird;

- wobei der Koppler (20) mit halber Leistung symmetrisch und unabhängig von der Polarisation ist und selber aufweist:

- einen ersten und einen zweiten Kopplungseingang (10A, 10B), die an den ersten bzw. zweiten Phasenverschiebungsausgang angeschlossen sind;

- einen ersten (22A) und einen zweiten Kopplerausgang (22B); und

- Lichtleiter (24A, 24B), die die beiden Eingänge (10A, 10B) mit den beiden Ausgängen (22A, 22B) des Kopplers verbinden und wechselseitig gekoppelt sind, derart, daß sie an jedem der beiden Ausgänge des Kopplers mit halber Leistung das am ersten Kopplereingang und das am zweiten Kopplereingang empfangene Licht wechselseitig interferieren lassen, indem einerseits am ersten Kopplerausgang (22A) das vom zweiten Eingang (10B) kommende Licht einer Koppelphasenverschiebung um 90º relativ zu demjenigen Licht unterworfen wird, das vom ersten Eingang (10A) herkommt, und indem andererseits am zweiten Kopplerausgang (22B) das vom ersten Eingang (10A) kommende Licht der gleichen Koppelphasenverschiebung relativ zu demjenigen Licht unterworfen wird, das vom zweiten Eingang (10B) herkommt, wodurch sich die elektrooptischen Phasenverschiebungen und die Kopplungsphasenverschiebungen kompensieren, und die beiden Hälften der Schwingung phasengleich auftreten, um sich an einem der Kopplerausgänge (22A) zu addieren, derart, daß dieser Ausgang einen offenen Ausgang der Vorrichtung für die polarisierte Schwingung bildet, während sich die gleichen Phasenverschiebungen addieren und die beiden Hälften der Schwingung gegenphasig auftreten, um sich am anderen der Kopplerausgänge (22B) gegenseitig aufzuheben, derart, daß der andere Ausgang einen geschlossenen Ausgang der Vorrichtung für die gleiche polarisierte Schwingung bildet;

- wobei die Wechselwirkungsrichtung (Y) senkrecht zu der optischen Achse gerichtet und so beschaffen ist, daß die elektrooptischen Koeffizienten (r&sub2;&sub2;, r&sub1;&sub2;) des Substrats für die eine Polarisation, die parallel bzw. senkrecht zur Wechselwirkungsachse verläuft, einen gleich großen Absolutwert und entgegengesetzte algebraische Vorzeichen aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Phasenverschiebungslichtleiter (4A, 4B) und der Koppler (20) in einer gemeinsam Seite (7) des kristallinen Substrats (6) ausgebildet sind, welche parallel zur optischen Achse (Z) und zu einer anderen kristallographischen Achse (Y) des Substrats verläuft, wobei die Wechselwirkungsachse (Y) ebenfalls parallel zu einer kristallographischen Achse des Substrats verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die weiter einen Y-förmigen Lichtleiterübergang (24) aufweist, der auf der Seite (7) des kristallinen Substrats (6) ausgebildet ist, um einen Eingang (26) der Vorrichtung mit den beiden Phasenverschiebungseingängen (8A, 8B) zu verbinden und um eine Eingangswelle, die an diesem Eingang der Vorrichtung empfangen wird, in zwei Wellenhälften jeweils gleicher Leistung zu teilen, die an je einem der beiden Phasenverschiebungseingänge empfangen werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Generator (18) eine konstante Steuerspannung liefert, damit die Vorrichtung die Schwingung, die sich gemäß einem elektrischen Transversalmodus ausbreitet, zu dem einen (22B) der Ausgänge der Vorrichtung leitet, und die Schwingung, die sich gemäß einem magnetischen Transversalmodus ausbreitet, zu dem anderen Ausgang (22A) der Vorrichtung leitet, derart, daß die Vorrichtung einen Polarisationsseparator bildet.