DE69106785T2

DE69106785T2 - Verbindungen zwischen optischen Wellenleitern.

Info

Publication number: DE69106785T2
Application number: DE69106785T
Authority: DE
Inventors: Santanu Basu
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1991-06-11
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH0812305B2; EP0463460A1; EP0463460B1; JPH04233504A; DE69106785D1; US5039192A

Description

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Verbindungen zwischen optischen Wellenleitern, insbesondere betrifft die Erfindung Strukturen zur Kopplung von Lichtfrequenz-Signalen auf einen Wellenleiter oder zwischen zwei Wellenleitern.
US-A-3 656 832 beschreibt ein leistungsfähiges beugungsbegrenztes, Punkt oder Linie ausbildendes optisches System, welches nichtkorrigierte, mit Fehlern behaftete, aus einzelnen Elementen bestehende Linsen von im wesentlichen sphärischer, hemisphärischer oder zylindrischer Korm, geeignetem (Brechungs-)Index und passender Größe verwendet in Verbindung mit Strahlung oder Lichtwellen, die unter begrenzten Divergenzwinkeln auf die Linsenelemente auftreffen; aufgrund kleiner optischer Wegdifferenzen der austretenden Fokussierstrahlen ist ein überwiegender Beugungseffekt zu verzeichnen.
US-A-3 666 347 beschreibt eine Thallium- und Natrium-Kationen enthaltende Glaskugel, die in ein Bad aus einem geschmolzenen Salz taucht, das wenigstens eine Art von Metallkationen wie z.B. Kaliumkationen enthält, um einen Ionenaustausch durch die Glas- Salz-Kontakfläche derart zu bewirken, daß die Konzentration der Kationen, die die zu modifizierenden Oxide in dem Glas aufbauen, ausgehend vom Zentrum in Richtung Außenfläche der Glaskugel variieren, die hierdurch zu einer sphärischen Linse wird.
US-A-3 950 075 beschreibt eine Quelle optischer Schwingungsenergie für ein optisches Kommunikationssystem. Ein Ende eines aus optischen Wellenleitern bestehenden Faserbündels ist so angeordnet, daß es Licht aus einer Lichtquelle vom Lambert-Typ, wie z.B. einer Leuchtdiode (LED), empfangen kann. Eine zwischen Diode und Faserbündelstirnfläche angeordnete, sphärisch geformte Perle aus einem transparenten Material gewährleistet schließlich eine robuste und wenig aufwendige optische Vorrichtung, die darauf ausgelegt ist, das von der Diode ausgesandte Licht parallel auszurichten.
US-A-4 109 997 behandelt optische Schleifringe, welche es gestatten, daß Signale von einem rotierenden Körper ohne jeglichen körperlichen Kontakt auf einen nichtrotierenden Körper übertragen werden können. Dabei werden Glasfaserstränge verwendet, um Lichtsignale auf dem einen Körper auf gesonderte Glasfaserstränge auf dem anderen Körper zu leiten. Hierbei wird Licht von dem rotierenden Glasfaserstrang über einen schmalen Spalt auf den nichtrotierenden Glasfaserstrang projiziert. Andere Varianten verwenden Mehrfachkanäle, Wellenleiter, rotierende(?) Prismen sowie konzentrische Ringspiegel, um den Signaltransfer zu bewerkstelligen. Die optischen Gleitringe vermögen jedwedes Signal, welches in ein Lichtsignal überführt werden kann, zu übertragen.
US-A-4 257 672 beschreibt einen Optikkoppler, zur optischen Ankopplung einer Leuchtdiode an einen Glasfaserstrang, der einen transparenten, sphärisch ausgebildeten Kern in sich schließt. Der Brechungsindex des Kerns ist größer als der der sphärischen Schale. Auf der dem Koppler gegenüberliegenden Seite ist dabei eine Fläche zur Ankopplung des Glasfaserstrangs an den Optikkoppler ausgebildet, und es wird weiterhin ein Zylinder zur Montage des Optikkopplers in einem festgelegten Anstand von der Leuchtdiode und in einer Orientierung benutzt, welche eine Maximierung der in den Glasfaserstrang eintretenden Lichtmenge gewährleistet.
US-A-4 548 464 offenbart einen Frequenzanalysator, hergestellt nach einer Planar-Wellenleitertechnologie, der eine erste Trägerschicht aufweist, die mit einem Wellenleiter-Modulator zur Modulation des in den Wellenleiter einwandernden Lichts versehen ist, und der zum Zwecke einer Fouriertransformation des modulierten Lichts mit einer Linse verbunden ist. Das Material, aus dem die Linse besteht, unterscheidet sich von dem Material des den Modulator tragenden Substrats, bei der es sich vorzugsweise um eine stabförmige Gradientenlinse oder ein zweites Substrat handelt, das eine in die betreffende Fläche eingepreßte geodätische(?) Wellenleiterlinse aufweist.
US-A-4 097 117 beschreibt eine Struktur, bei welcher der optische Wirkungsgrad, mit der der koppelnde Anschnitt einer Glasfaseroptik mittels instabiler (flüchtiger) Kelder und durch ein die Phasenlage anpassendes Beugungsgitter auf der Oberfläche eines planaren optischen Wellenleiters auf diesen Wellenleiter gekoppelt werden kann, durch Verformung des koppelnden Teils derart, daß dieser ein negatives Abbild der wellenförmigen Oberfläche des Beugungsgitters darstellt, erhöht werden kann.
US-A-4 304 461 offenbart ein Verbindungsglied für Faseroptiken, das entsprechend den beiden jeweils zu verbindenden Glasfasersträngen ein Bauteil beinhaltet, das den eigentlichen Korpus des Verbindungsgliedes darstellt, und das an einem Ende mit einer Aussparung versehen ist, die genau die Position einer Kugellinse relativ zu einer den Glasfaserstrang aufnehmenden Bohrung (Öffnung) bestimmt, die sich durch den Korpus des Verbindungsgliedes erstreckt und im Zentrum der Aussparung endet, durch die die Achse des Glasfaserstrangs, der von der Bohrung aufgenommen wird und der vorzugsweise an die Oberfläche der Kugellinse gebunden ist, verläuft. Weiterhin sind Verbindungsmittel vorgesehen, um zwei der Korpusteile mit ihren entgegengesetzt angeordneten Kugellinsen in axialer Ausrichtung zu verbinden.
US-A-4 371 233 offenbart ein mit einer Linse ausgestattetes Verbindungsglied für Glasfaserstränge, das zur Verbindung entsprechender Glasfaserkabel, die der optischen Kommunikation dienen, verwendet wird. Das mit einer Linse versehene Verbintrngsglied für Glasfaserstränge ist so aufgebaut, daß die Verbindungsglieder für Glasfaserstränge in eine mit einer Linse ausgestattete Hülse eingeführt werden und diese Hülse ihrerseits in einen Adapter eingeführt wird. In der dort vorgestellten Erfindung ist die Linsenbrennweite zu 0,09 bis 0,27 mm gewählt, wobei die Linse an einem Punkt auf der optischen Achse des Glasfaserstranges positioniert wird, der von der Stirnfläche des Glasfaserstrangs ebenso weit entfernt ist, wie die Brennweite ausmacht.
US-A-4 712 854 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellenleiters. Dabei wird zunächst ultraviolettes Licht auf die Oberfläche eines transparenten Teilstücks eines solchen Materials aufgestrahlt, das der Fotopolymerisation zugänglich ist und dessen Brechungsindex sich durch das Auftreffen von ultraviolettem Licht so verändert, daß sich ein bestimmtes Profil des Brechungsindexes in Richtung Tiefe des Teilstücks aus dem betreffenden Polymerisationsmaterial ausbildet. Darauffolgend wird ultraviolettes Licht auf die Oberfläche des transparenten Teilstücks aus dem Fotopolymerisationsmaterial in Korm des Musters eines sich längsseitig erstreckenden Streifens aufgestrahlt, dessen Intensität in seinem zentralen Teil am geringsten ist und in Richtung auf seine Randbereiche zunimmt, so daß sich ein Brechungsindex-Profil in Richtung der Breite des Teilstücks aus dem Fotopolymerisationsmaterial ausbildet. Schließlich wird aus dem auf diese Weise bestrahlten Teilstück ein optischer Wellenleiter herausstrukturiert. Wahlweise können diese Profile auch parabolische Profile sein. Wiederum wahlweise kann die Strukturierung des fertigen optischen Wellenleiters auch so erfolgen, daß zwei solcher auf diese Weise behandelter und einander entsprechender Teilstücke aus dem Fotopolymerisationsmaterial mit ihren der Ultraviolettstrahlung ausgesetzten Seiten in gegenseitigen Kontakt gebracht und zusammenlaminiert werden.
US-A-4 796 969 beschreibt ein Verbindungsglied für Faseroptiken in Form eines Zweielemente-Relaissystems, das die numerischen Aperturen eines eintretenden Strahls auf die numerische Eingangsapertur der Ausgangsoptik transformiert und anpaßt, wo die numerischen Aperturen im allgemeinen unterschiedlich sein können. In einer vorzugsweisen Form besteht das Verbindungsglied aus einem Paar sphärischer, ballförmiger Körper, die mit ihren Außenflächen an einem Punkt entlang der sich durch die Mittelpunkte der sphärischen Körper erstreckenden optischen Achse miteinander in Kontakt stehen. Der Radius der jeweiligen sphärischen Körper und ihre Materialzusammensetzung sind so gewählt, daß sie, einer an dem anderen, dann mit angepaßten numerischen Aperturen auf bildübertragende Faserkabel o.ä. arbeiten, wenn jedes der Faserkabel mit dem jeweiligen einen der sphärischen Körper an einem Punkt entlang der optischen Achse, welcher dem Berührungspunkt der beiden sphärischen Körper gegenüberliegt, in optischem Kontakt steht.
T. Baer, "Continuous wave laser oscillation in a Nd-YAG sphere" (Dauerstrich-Laserschwingung in einem Nd-YAG-Kugelkörper), Optics Letters, Bd. 12 (6), Seiten 392 bis 394, 1987 beschreibt einen Farbstofflaser, dessen Ausgangsstrahl zum Pumpen in einen Kugellaser gekoppelt wird.
O. V. Malkhanov et al., "Filtering properties of a thin-film ring resonator" (Filtereigenschaften eines Dünnfilm-Resonators), 226 Optics and Spectroscopy, S. 251 bis 253, offenbart eine optische Filtereinrichtung, die aus einem Dünnfilm-Ringresonator besteht, der über einen optischen Kontakt mit zwei planaren Dünnfilm-Wellenleitern gekoppelt ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungsstruktur zur Einkopplung von Lichtsignalen auf einen planaren optischen Wellenleiter bereitzustellen. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindungsstruktur zur Kopplung von Lichtsignalen zwischen zwei optischen Wellenleitern bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Mittel zu Verbindungsstrukturen für optische planare Wellenleiter unter Verwendung eines transparenten Zylinders oder eines Kugelelements bereitzustellen. Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur gegenseitigen Verbindung für optische Wellenleiter unter Nutzung der Technik der Dämpfung der inneren Totalreflexion an den Kontaktpunkten zwischen einer Kugel oder einem Zylinder und einem planaren Wellenleiter zwecks Lichtkopplung sowie auch der Technik der inneren Totalreflexion zwecks Lichteingrenzung bereitzustellen.
Dies wird mittels der Erfindung wie beansprucht dadurch erreicht, daß das Kopplungselement eine innere Fortpflanzung ausschließlich entlang Pfaden, die auf Kreissehnen in dem Kopplungselement liegen, unterstützen kann, wobei diese Pfade durch innere Reflexionen an der Oberfläche des Kopplungselements definiert sind und es in dem Kopplungselement keinerlei Phasengrenzflächen gibt, die Ursache weiterer Reflexionen sein könnten.
Fig. 1 ist eine für die Beschreibung der Erfindung nützliche schematische Darstellung eines planaren Wellenleiters im Querschnitt.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines zur Einbindung von Licht mit einer Kugelfläche in Kontakt stehenden planaren Wellenleiters im Querschnitt.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung zweier körperlich getrennter, aber optisch verbundener planarer Wellenleiter, miteinander verbunden mittels eines kugelförmigen Lichtkopplers, im Querschnitt.
Es wird ein System zur gegenseitigen Verbindung für optische Wellenleiter offenbart, das entweder zur Einkopplung von Licht auf einen planaren Wellenleiter oder zur Kopplung von Licht zwischen zwei optischen Wellenleitern dient und einen transparenten Zylinder oder ein Kugelelement verwendet. Das grundlegende Prinzip, auf dem die Offenbarung beruht, besteht in der Dämpfung der inneren Totalreflexion an den Berührungspunkten zwischen einer Kugel oder einem Zylinder mit einem planaren Lichtwellenleiter zur Kopplung von Licht sowie der Eingrenzung des Lichts im Innern der Kugel oder des Zylinders mittels innerer Totalreflexion.
Planare Wellenleiter stellen wichtige Komponenten in integrierten optischen Systemen dar. In den meisten Applikationen ist es jedoch erforderlich, das betreffende Signal in den Wellenleiter hinein bzw. aus diesem herauszubringen. Der bekannte Stand der Technik schließt die Verwendung integrierter Spiegel und Gitter ein. Jedoch bedingen beide, Spiegel und Gitter, gesonderte Verfahrensstufen im Wellenleiter-Produktionsprozeß, und sind sie einmal hergestellt, so sind auch ihre örtlichen Positionen im Verhältnis zum Wellenleiter fixiert. Für Meßzwecke werden Prismenkoppler eingesetzt, um Licht entweder in einen Wellenleiter hinein oder aus einem solchen herauszukoppeln. Sie sind unhandlich, erfordern eine sehr präzise positionsmäßige Justierung und sind nicht für eine Kommunikation zwischen Wellenleitern geeignet. In der Erfindung wird die Symmetrie eines Kugelelements in einer Struktur für kompakte Wellenleiter-Koppler genutzt. Als eine Art Hintergrund zur Erfindung beschreibt der Artikel von T. Baer in den "Optics Letters" zum Stand der Technik das erstmalige Arbeiten eines von einem Farbstofflaser gepumpten kugelförmigen Nd-YAG-Lasers. Der Farbstofflaser-Strahl wurde hierbei auf zweierlei Wegen in die Kugel eingekoppelt. Nach der einen Methode traf der Strahl des Farbstofflasers tangential auf die Kugel, wobei der gebrochene Strahl im Innern der Kugel eine Position nahe dem kritischen Winkel einnahm. Entsprechend der anderen Verfahrensweise benutzte man ein Prisma, welches die Kugel in einem Punkt berührte, an dem die innere Totalreflexion gedämpft war, wobei das Licht in einem größeren als dem inneren kritischen Winkel in die Kugel eingeführt wurde.
In der einen Ausführungsform der Erfindung wird Licht mittels einer transparenten Kugel in einen Wellenleiter ein- sowie aus einem solchen ausgekoppelt. Diese Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 beschrieben.
Die Schwingungsmoden (Schwingungsformen) in einem dielektrischen Wellenleiter lassen sich durch Annahme einer Fortpflanzung durch den Wellenleiter in einer Gruppe diskreter Zickzack-Pfade, wie in Fig. 1 gezeigt, analysieren. Bezüglich Fig. 2 steht der Wellenleiter gemäß Fig. 1 an einem Punkt mit einer Kugel vom Brechungsindex ns in Kontakt, der höher ist, als der Brechungsindex nw des Wellenleiters. Für den Fall einer Wellenleitung gilt nw > na, wobei na den Brechungsindex des umgebenden Mediums, bei dem es sich normalerweise um Luft handelt, darstellt. Ist die Kugel optimiert, wird die innere Totalreflexion in dem Wellenleiter für einen bestimmten Schwingungsmodus über eine kleine Region nahe dem Kontaktpunkt gedämpft. Diese Region hat schätzungsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 20 um für eine Kugel mit einem Durchmesser von 5 mm. Auch eine Anzahl anderer Schwingungsmoden können bei unterschiedlichen Winkeln in die Kugel einkoppeln. Um den Kopplungswirkungsgrad zu erhöhen, kann ein den Brechungsindex anpassendes fließfähiges Medium zur Anwendung kommen. In einigen Anwendungsfällen kann auch eine Kugel verwendet werden, deren Brechungsindex solange der Beziehung na < ns < nw genügt, wie die innere Totalreflexion in der Nähe des Kontaktpunktes gedämpft ist.
In die Kugel eingespeistes Licht pflanzt sich entlang einer Kugelsehne fort und wird, sobald es die Kugelfläche erreicht, entweder nach innen total reflektiert oder es wird für einige Schwingungsmoden unter der Bedingung nc < ns < nw partiell reflektiert. Entlang den Kreissehnen pflanzt sich das Licht in einer Ebene fort und kann von weniger als einem Umlauf bis zu einer Vielzahl von Umläufen in der Kugel herum ausführen. Unterschiedliche Wellenleiter-Schwingungsmoden werden unter verschiedenen Winkeln eingekoppelt und durchlaufen unterschiedliche Pfade im Kugelinnern. Um Licht aus der Kugel auszukoppeln, kann eine ähnliche Einrichtung Verwendung finden, welche einen weiteren Wellenleiter beinhaltet, der dann mit der Kugel wie in Fig. 3 gezeigt in Kontakt steht. Der zweite Wellenleiter kann beispielsweise mit einem Laser, einem Detektor oder einem optischen Logik-Element verbunden sein. Wahlweise kann zur Auskopplung des Lichts auch ein Prisma verwendet werden. Eines der Kriterien für den Entwurf der Anordnung besteht in der Anzahl der Umläufe, die das eingespeiste Licht durchläuft, ehe es den Kontaktpunkt des herausführenden Kopplungsgliedes erreicht. Die für den Entwurf einer konkreten Ausführungsform des Kugelkopplers maßgeblichen Berechnungen sind nachfolgend angeführt. Mannigfaltige andere Ausführungsformen sollten dem Fachmann offenkundig sein.
Hinsichtlich der verwendeten Zeichen ist auf die Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen; die Berechnungen für den Entwurf einer symmetrischen Struktur, in der die Kugel zwei identische Wellenleiter miteinander koppelt, sind nachfolgend angeführt. λ bezeichnet hierbei die Wellenlänge im Vakuum und h die Dicke des Wellenleiters.
N = nwSin Θ&sub1;
b = (N² - nb²)/(nw² - nb²)
a = (nb² - na²)/(nw² - nb²)
Die Bedingung für transversale Resonanz liefert b als Funktion von V für einen bestimmten Wert. Allgemein ist für einen bestimmten Wellenleiter eine diskrete Anzahl von Fortpflanzungswinkeln erlaubt. Für einen Schwingungsmodus mit einem Fortpflanzungswinkel Θ&sub1; ist der Brechungswinkel in der Kugel gegeben durch
Θ&sub2; = Sin&supmin;¹ N/ns.
Für zwei Reflexionen an der Kugelfläche, und bevor der Strahl auf den Austrittskoppler auftrifft, gilt Θ&sub2; = 60º, für diesen speziellen Wert von Θ&sub2; kann Θ&sub1; berechnet werden, und die Dicke h des Wellenleiters kann so konzipiert werden, daß dieser spezielle Wert für Θ&sub1; gegeben ist.
Für einen frei gewählten Entwurf und eine antiparallele Auskopplung wie in Fig. 1 gezeigt, erfährt der Strahl im Innern der Kugel m Reflexionen, ehe er auf den Austrittskoppler trifft. m ist gegeben durch die Beziehung
m = (nπ + Θ&sub2;)/(π/2 - Θ&sub2;),
wo n die kleinste ganze Zahl bedeutet, für die m eine ganze Zahl wird. Ist der Winkel Θ&sub2; ein wenig von 60º verschieden, so ist es möglich, den Austritts-Wellenleiter von Fig. 3 um einen kleinen Betrag zu neigen, so daß der umlaufenden Strahl nach zwei Reflexionen an der Kugeloberfläche auf ihn trifft. Die Einführung einer kleinen Deformation an der Kugel und den Wellenleitern kann ebenso für eine bessere Kopplung sorgen.
Auch eine Ausführungsform der Erfindung, in der Licht mittels eines transparenten Zylinders in einen Wellenleiter hinein und aus diesem ausgekoppelt wird, erweist sich als nützlich. In den Fig. 2 und 3 kann der dargestellte Kreisquerschnitt auch als Querschnitt eines transparenten Zylinders angesehen werden.
Die Erläuterung der Arbeitsweise, die Berechnungen zu den jeweiligen Entwürfen und die für die Kugel-Ausführungsform gegebenen Gleichungen für N, b, a und V sind gleichermaßen auf die zylindrische Ausführungsform anwendbar.
In einer speziellen, auf der Benutzung eines Zylinders beruhenden Anwendung wird ein Rutil-Zylinder von 5 mm Durchmesser, der eine polierte, gerundete Oberfläche aufweist, mit einem 50 um breiten, aus einem Polymer bestehenden Wellenleiter von 5 um Tiefe in Kontakt gebracht. Der Wellenleiter wurde auf einem Silicium-Wafer hergestellt, der hierzu verwendete Polymer ist ein transparentes Epoxidharz. Der Wellenleiter ist so ausgewählt, daß er 5 bis 7 räumliche Schwingungsmoden unterstützt. Aus einem He-Ne-Laser von 632,8 nm wird Licht tangential in den Zylinder eingekoppelt. Dieses in den Zylinder eingekoppelte Licht zirkuliert im Innern des Zylinders, indem es an jedem Punkt nahezu unter dem Winkel der inneren Totalreflexion auf die Zylinderoberfläche trifft. Eine Einkopplung dieses zirkulierenden Lichtstrahls in den Wellenleiter tritt bei unterschiedlichen Werten für den zwischen dem auffallenden Laserstrahl und dem Wellenleiter eingeschlossenen Winkel α ein. Für einen definierten Polymer-Wellenleiter tritt Lichtkopplung ein bei 47º < α < 90º, mit einem Kopplungsmaximum nahe bei α = 72º. Der Winkel α kann auf Grund externer, geometrischer, einschränkender Bedingungen nicht über 90º vergrößert werden. Mit einem Polymer-Wellenleiter von 125 um wurde gefunden, daß die Winkeltoleranz in der vertikalen Ebene 0,017º beträgt. Für einen 0,58-um-Siliciumnitrid-Wellenleiter auf Silicium erstreckt sich der Bereich des in der Ebene liegenden Kopplungswinkels zwischen den Werten 64º und größer als 78º. Die Kopplung ist gegenüber einem zwischen Zylinder und Wellenleiter ausgeübten Druck nicht empfindlich.

Claims

1. Eine Verbindungsstruktur, die folgendes umfaßt:

wenigstens einen dielektrischen planaren Wellenleiter mit wenigstens zwei einander gegenüberliegenden parallelen Flächen, in dem sich Lichtsignalmoden durch innere Reflexion an den parallelen Flächen fortpflanzen können, woraus Zickzack-Pfade durch den Wellenleiter resultieren, wobei der Wellenleiter aus einem Material mit der Dicke h und einem Brechungsindex nw besteht,

ein Kopplungselement, um Lichtsignale in den ersten planaren optischen Wellenleiter ein- und aus diesem auszukoppeln, welches aus einem lichtdurchlässigen Material besteht, das über eine Fläche verfügt, die mit einer der parallelen Flächen des planaren Wellenleiters in Kontakt steht und dabei eine erste Kontaktregion ausbildet, wobei das Kopplungselement einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und von ihm ein Flächenabschnitt tangential zu der Kontaktregion des Wellenleiters verläuft, und daß das Kopplungselement aus einem Material mit dem Brechungsindex ns, in dem sich die Lichtsignalmoden fortpflanzen können, besteht;

wobei die Fortpflanzung der Lichtsignalmoden in dem Wellenleiter und in dem Kopplungselement durch das Vorhandensein der Kontaktregion dergestalt unterbrochen wird, daß die Lichtsignalmoden an der Kontaktregion in den Wellenleiter und in das Kopplungselement ein- und aus diesen austreten können,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Kopplungselement so aufgebaut ist, daß es eine Fortpflanzung in seinem Innern nur entlang von Kreissehnen- Pfaden unterstützt, die durch innere Totalreflexion an der Oberfläche des Kopplungselements definiert sind, wobei keine Phasengrenzflächen im Innern des Kopplungselements vorhanden sind, die die Pfade entlang der Kreissehnen unterbrechen und Ursache weiterer Reflexionen sein könnten.

2. Verbindungsstruktur gemäß Anspruch 1, wobei das Kopplungselement eine aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellte Kugel ist, wobei in die Kugel eingespeiste Lichtsignalmoden sich entlang von Kreissehnen entsprechenden Pfaden in der Kugel fortpflanzen und innen an der Kugeloberfläche reflektiert werden.

3. Verbindungsstruktur gemäß Anspruch 1, wobei das Kopplungselement ein aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellter Zylinder von kreisförmigem Querschnitt ist, in dem sich in den Zylinder eingespeiste Lichtsignalmoden entlang von Kreissehnen entsprechenden Pfaden in dem Zylinder fortpflanzen und innen an der Zylinderoberfläche reflektiert werden.

4. Verbindungsstruktur gemäß einem jeden der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei diese einen zweiten dielektrischen planaren Wellenleiter in sich schließt, der wenigstens zwei gegenüberliegende Flächen aufweist, durch die sich Lichtsignalmoden über innere Reflexionen an den Flächen des Wellenleiters in Korm von Zickzack-Pfaden durch den zweiten Wellenleiter fortpflanzen können, wobei weiterhin der zweite Wellenleiter mit dem ersten Wellenleiter identisch ist und eine Dicke von h sowie einen Brechungsindex von nw aufweist,

daß der zweite Wellenleiter eine in Kontakt mit der Oberfläche des lichtdurchlässigen Kopplungselements stehende Fläche aufweist, wodurch eine zweite definierte Kontaktregion ausgebildet wird, an der die inneren Reflexionen der Lichtfrequenzsignalmoden sich in den zweiten Wellenleiter fortpflanzen können, wobei sie in dem Kopplungselement an der zweiten definierten Kontaktregion dergestalt unterbrochen werden, daß die Lichtsignalmoden an der zweiten definierten Kontaktregion in das Medium des zweiten Wellenleiters und das Kopplungselement ein- sowie aus diesem heraustreten können.

5. Verbindungsstruktur gemäß Anspruch 4, wobei die sich im ersten Wellenleiter fortpflanzenden Lichtmoden aus diesem durch die erste Kontaktregion hindurch in das Kopplungselement eingekoppelt werden können, und daß sie aus dem Kopplungselement durch die zweite Kontaktregion hindurch in den zweiten Wellenleiter eingekoppelt werden können.

6. Verbindungsstruktur gemäß einem jeden der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wert des Brechungsindex ns des Kopplungselements größer ist, als der Wert des Brechungsindex nw des wenigstens ersten Wellenleiters.

7. Verbindungsstruktur gemäß einem jeden der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei ein gewählter Lichtsignalmodus von den Flächen eines wenigstens ersten Wellenleiters unter einem Winkel Θ&sub1; zu der im rechten Winkel auf den wenigstens zwei parallelen jeweiligen Flächen stehenden Normalen reflektiert wird,

wobei weiterhin der Brechungsindex (des Mediums) außerhalb der Fläche des Wellenleiters, die mit dem Kopplungselement in Kontakt steht, gleich na ist,

wobei ferner der Brechungsindex (des Mediums) außerhalb der anderen Fläche des Wellenleiters, die nicht mit dem Kopplungselement in Kontakt steht, gleich nb ist,

wobei λ schließlich die Wellenlänge des gewählten Lichtsignalmodus im Vakuum ist und wobei gilt

N = nwSin Θ&sub1;

b (N² - nb²)/(nw² - nb²)

a = (nb² - na²)/(nw² - nb²)

8. Verbindungsstruktur gemäß Anspruch 7, wobei der ausgewählte Lichtsignalmodus unter einem Winkel Θ&sub2; zu der auf den wenigstens zwei parallelen Flächen stehenden Normalen in das betreffende Kopplungselement eintritt und wobei gilt

Θ&sub2; = Sin&supmin;¹ (N/ns).