DE69225356T2

DE69225356T2 - Optische Vorrichtung mit einem optischen Koppler zum Verzweigen/Kombinieren und einem optischen Verstärker und dazugehörige Methode zum Verzweigen/Kombinieren

Info

Publication number: DE69225356T2
Application number: DE69225356T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Handa; Seiji Mishima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2012-06-20
Also published as: JPH04372907A; ATE165919T1; EP0519475A1; EP0519475B1; US5369719A; DE69225356D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Verwendung in optoelektronischen integrierten Schaltungen und dergleichen, die in Gebieten der optischen Übertragung und dergleichen benötigt werden, und insbesondere eine optische Vorrichtung mit einem optischen Koppler, der in einem Lichtwellenleiter zum Verzweigen und/oder Kombinieren von Lichtwellen ausgebildet ist, und einen optischen Verstärker, der zur Verwendung in optoelektronischen integrierten Schaltungen mit einer Vielzahl von Sender- und/oder Empfängerabschnitten für optische Übertragungen und ähnliche Vorrichtungen oder Systeme geeignet ist.

Verwandter Stand der Technik

In den letzten Jahren wurde ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem eine V-förmige Vertiefung an einem Kreuzungsteil von sich kreuzenden Wellenleitern wie in Fig. 1 gezeigt ausgebildet wurde, zum Aufbauen eines Kopplers 71 zur Steuerung des Durchgangs und der Reflexion von Lichtwellen, in dem das Kombinieren und/oder Verzweigen von Lichtwellen zwischen einem Hauptwellenleiter 74 und zwei Nebenwellenleitern 72 und 73 ausgeführt wird, die an den Hauptwellenleiter 74 angeschlossen sind.
In Fig. 1 sind die optischen Verstärkerabschnitte 75 und 76 in dem Hauptwellenleiter 74 angeordnet, der eine Busleitung ausbildet, wobei die Nebenwellenleiter 72 und 73 jeweils an (nicht gezeigte) Empfänger- und Senderabschnitte über Lichtwellenleiter 77 und 78 angeschlossen sind. Die optischen Verstärkerabschnitte 75 und 76 sind jeweils aus Wanderwellenlasern zur direkten Verstärkung eines Lichtsignals auf dem Hauptwellenleiter 74 aufgebaut. Die Lichtwellenleiter 77 und 78 sind jeweils an die Nebenwellenleiter 72 und 73 unter Verwendung von Muffenkopplungen gekoppelt. Die Verhältnisse der Licht- Verzweigung und -Kombination werden durch Steuerung des licht-elektromagnetischen Feldprofils in dem Wellenleiter und der Vertiefungstiefe des Kopplers 71 justiert. Die Vertiefung kann durch Ätzen unter Verwendung feiner Arbeitstechniken wie beispielsweise mit einem Gafokussierten Ionenstrahl (FIB) und reaktivem Ionenstrahlätzen (RIBE) ausgebildet werden.
Weiterhin bezeichnen in Fig. 1 die Bezugszahlen 81 und 82 die Busleitung ausbildende Lichtwellenleiter, und die Bezugszahlen 83a-83d bezeichnen Antireflexionsummantelungen. In der Anordnung von Fig. 1 werden gemultiplexte Lichtsignale von dem (nicht gezeigten) Senderabschnitt gesendet und über die Lichtwellenleiter 81 und 82 in entgegengesetzten Richtungen über den optischen Koppler 71 übertragen, wobei Teile über die Lichtwellenleiter 81 und 82 übertragene Lichtsignale durch den optischen Koppler 71 verzweigt werden, um über den Nebenwellenleiter 72 und den Lichtwellenleiter 77 zu dem (nicht gezeigten) Empfängerabschnitt geleitet zu werden. Das auf diese Weise durch den Empfängerabschnitt empfangene Lichtsignal wird zur Erzeugung gewünschter Informationen gedemulitiplext und erfaßt.
Die Anordnung nach Fig. 1 weist jedoch die nachstehend aufgeführten Nachteile auf. Zuerst werden hohe Verarbeitungsgenauigkeiten wie beispielsweise Lagegenauigkeit und Tiefensteuergenauigkeit für den Koppler 71 benötigt, und folglich sind dessen Ausbeute und Reproduzierbarkeit verringert. Das heißt, es wird strikte Genauigkeit für die Verarbeitung benötigt, da die Weise der Licht-Kombination und -Verzweigung durch die Ausbildung des Kopplers 71 relativ zu dem Feldprofil einer durch die Lichtwellenleiter 72-74 übertragenen Lichtwelle bestimmt wird.
Weiterhin unterscheidet sich bei der Anordnung von Fig. 1, während es möglich ist, die Kopplung der Lichtwelle bei gleichem Verhältnis von den Nebenwellenleitern 72 und 73 ( an denen die Sender- und Empfängerabschnitte angeschlossen sind) an den Hauptwellenleiter 74 oder die Busleitung in entgegengesetzten Richtungen auszuführen, das Verzweigungsverhältnis von dem Hauptwellenleiter 74 zu dem Nebenwellenleiter 72 von demjenigen von dem Hauptwellenleiter 74 zu dem Nebenwellenleiter 73. Das heißt, verglichen mit dem Verzweigungsverhältnis (z.B. -3dB) in Richtung eines unteren Abschnitts (d.h. einer geschlossenen Seite) des V-förmigen Kopplers 71, ist das Verzweigungsverhältnis (z.B. -6dB) in Richtung eines oberen Abschnitts (einer offenen Seite) des V-förmigen Kopplers 71 klein. Folglich wird es unmöglich, die über den Hauptwellenleiter 74 übertragene Lichtwelle in durch die Nebenwellenleiter 72 und 73 mit gleicher Intensität übertragene Lichtwellen zu verzweigen.
Der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 18 entspricht der EP- 362 789 A.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung mit einem optischen Koppler und einem optischen Verstärker zu schaffen, die flexibel und geeignet ein ersichtliches Verzweigungs- und/oder Kombinationsverhältnis des optischen Kopplers einstellen kann.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren zu schaffen, mit dem flexibel und geeignet ein ersichtliches Verzweigungs- und/oder Kombinationsverhältnis unter Verwendung eines optischen Verstärkers eingestellt werden kann.
Es ist ein andere Aufgabe der Erfindung, ein optisches Übertragungssystem zu schaffen, das einen optischen Knoten umfaßt, der aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist eine optische Vorrichtung einen ersten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, einen zweiten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, der an den ersten Lichtwellenleiter an einer ersten Stelle angeschlossen ist, einen dritten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, der an den ersten Lichtwellenleiter an einer sich von der ersten Stelle unterscheidenden zweiten Stelle angeschlossen ist, eine nahe der ersten Stelle angeordnete erste Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung, eine nahe der zweiten Stelle angeordnete zweite Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung und einen auf der ersten Lichtwellen-Leiteinrichtung, zwischen den ersten und zweiten Stellen zur Kompensation des durch jede der ersten und zweiten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung verursachten Lichtverlustes der Lichtwelle angeordneten, optischen Verstärker auf.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist eine optische Vorrichtung eine erste Lichtwellen- Leiteinrichtung zum Leiten einer Lichtwelle, einen zweiten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, der an den ersten Lichtwellenleiter an einer ersten Stelle angeschlossen ist, einen dritten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, einen vierten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, der an den dritten Lichtwellenleiter an einer sich von der ersten Stelle unterscheidenden zweiten Stelle angeschlossen ist, einen fünften Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, der sich zwischen den ersten und zweiten Stellen erstreckt, eine nahe der ersten Stelle angeordnete erste Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung, eine nahe der zweiten Stelle angeordnete zweite Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung und einen auf dem fünften Lichtwellenleiter zwischen den ersten und zweiten Stellen angeordneten optischen Verstärker zur Kompensation des durch jede der ersten und zweiten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung verursachten Lichtverlustes der Lichtwelle auf. Der Verstärkungsfaktor des optischen Verstärkers wird eingestellt, so daß das durch einen der ersten, zweiten, dritten und vierten Lichtwellenleiter übertragene Wellenlicht in die anderen der ersten, zweiten, dritten und vierten Lichtwellenleiter mit derselben Intensität verzweigt wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist ein Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren die Schritte Verzweigen einer ersten Lichtwelle in zweite und dritte Lichtwellen, Verstärken zumindest einer der zweiten und dritten Lichtwellen, und Verzweigen der verstärkten Lichtwelle in vierte und fünfte Lichtwellen auf.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist ein optisches Übertragungssystem eine Vielzahl von optischen Knoten jeweils mit einer optischen Vorrichtung, die einen ersten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, einen zweiten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, der an den ersten Lichtwellenleiter an einer ersten Stelle angeschlossen ist, einen dritten Lichtwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle, der an den ersten Lichtwellenleiter an einer sich von der ersten Stelle unterscheidenden zweiten Stelle angeschlossen ist, eine nahe der ersten Stelle angeordneten ersten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung, eine nahe der zweiten Stelle angeordnete zweite Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung und einen auf dem ersten Lichtwellenleiter zwischen den ersten und zweiten Stellen angeordneten optischen Verstärker zur Kompensation des durch jede der ersten und zweiten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtung verursachten Lichtverlustes einer Lichtwelle aufweist, und eine Lichtübertragungsleitung zum Verbinden der optischen Knoten auf. Die Lichtübertragungsleitung ist an den ersten Lichtwellenleiter angeschlossen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' von Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B' von Fig. 2.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' von Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B' von Fig. 5.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eines optischen Übertragungssystems, das eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung umfaßt.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen ersten Ausführungsbeispiels, das eine optische Halbleitervorrichtung darstellt. Fig. 3 zeigt eine A-A'- Schnittansicht von Fig. 2, und Fig. 4 zeigt eine B-B'- Schnittansicht von Fig. 2. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszahlen 10a und 10b jeweils geätzte Vertiefung, die jeweils einen optischen Koppler oder eine Lichtkombinations- und/oder Verzweigungsvorrichtung ausbilden, die Bezugszahl 11 bezeichnet einen optischen Verstärkerabschnitt, der durch Strominiektion etwas unterhalb seines Schwellwertes arbeitet, die Bezugszahl 12 zeigt einen Nebenwellenleiter zum Leiten einer Lichtwelle zu einem (nicht gezeigten) Empfängerteil zur Lichterfassung, die Bezugszahl 13 bezeichnet einen Nebenwellenleiter zum Leiten einer aus einem (nicht gezeigten) Senderteil gesendeten Lichtwelle und die Bezugszahl 14 bezeichnet einen Hauptwellenleiter, der jeden der Nebenwellenleiter 12 und 13 in T-förmiger Anordnung schneidet.
Die Herstellungsverarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels wird wie nachstehend beschrieben ausgeführt:
Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt werden eine erste Mantelschicht 2 aus einer AlGaAs-Schicht, eine aktive Schicht 3 aus einer GaAs-Schicht, eine zweite Mantelschicht 4 aus einer AlGaAs-Schicht und eine Mantelschicht 5 aus einer GaAs-Schicht nacheinander, in dieser Reihenfolge durch das Molekularstrahl-Epitaxie(MBE)-Verfahren auf einem Substrat 1 aus einer n-Typ-GaAs-Schicht aufgewachsen. Wenn notwendig kann eine Pufferschicht einer GaAs-Schicht an der Grenze zwischen dem Subtrat 1 und der ersten Mantelschicht 2 geschichtet werden. Die Dicken der ersten und zweiten Mantelschichten 2 und 4 betragen jeweils 1 um, und die Dicke der aktiven Schicht 3 beträgt annähernd 0,1 um.
Als nächstes wird ein gewünschtes Muster mit einer Breite von 3 um entsprechend dem Muster des Hauptwellenleiters 14 und der Nebenwellenleiter 12 und 13 wie in Fig. 2 gezeigt auf der Mantelschicht 5 durch Photolithographie ausgebildet. Dann wird ein Rücken- oder Rippenabschnitt (siehe Fig. 3) durch das reaktive Ionenstrahlätz(RIBE)- Verfahren ausgebildet, wodurch eine Streifenstruktur zum Einschließen in einer Querrichtung aufgebaut wird. Die dreidimensionalen Kanalwellenleiter 12, 13 und 14 werden auf diese Weise ausgebildet.
Ein Isolationsfilm 6 aus SiN wird dann auf dem den Rükkenabschnitt aufweisenden Substrat 1 durch das chemische Abscheidungsverfahren aus der Gasphase (CVD-Verfahren) aufgebracht, wobei ein Muster von einem Fenster zur Strominjektion durch Photolithographie ausgebildet wird. Danach wird die SixNy-Isolationsschicht 6 durch das RIBE- Verfahren zur Ausbildung des Strominjektionsfensters geätzt. Eine ohmsche Cr-Au-Elekrode 8, die als obere Elektrode des optischen Verstärkerabschnitts 11 arbeitet, wird dann durch ein Abscheideverfahren im Vakuum ausgebildet, und eine AuGe-Au-Elektrode 7, die als ohmsche n- Typ-Elektrode 7 arbeitet, wird auf der Unterseite des Substrates 1 aufgebracht, nachdem das GaAs-Substrat 1 auf eine Dicke von 100 um geläppt wurde. Dann wird eine thermische Behandlung zum Erhalten der ohmschen Kontakte der n- und p-Typ-Elektroden 7 und 8 ausgeführt, wobei auf diese Weise der optische Verstärkerabschnitt 11 hergestellt wird.
Weiterhin werden 45º-Spiegel oder Totalreflexionsspiegel zur Ausführung interner Totalreflexionen mit Bezug auf entgegengesetzte Richtungen durch Herstellung geätzter Vertiefungen 10a und 10b durch das RIBE-Verfahren ausgebildet. Die geätzten Vertiefungen 10a und 10b weisen jeweils zwei im rechten Winkel zueinander ausgebildete Grenzflächen auf, die sich vertikal unter die aktive Schicht 3 erstrecken, Winkel φ=45º relativ zu den Lichtwellen-Übertragungsrichtungen bilden und sich horizontal von zentralen Punkten der Verzweigungs- und/oder Kombinationsabschnitte des Steghohlleiters 14 erstrecken. Die geätzten Vertiefungen 10a und 10b werden jeweils an sich einander gegenüberliegend, erstreckenden Seiten des Hauptwellenleiters 14 ausgebildet.
Schließlich werden die Grenzflächen der vorliegenden Vorrichtung durch Teilung ausgebildet, Antireflexionsummantelungen 15a und 15b werden durch Auftragen von ZrO&sub2; auf den geteilten Grenzflächen durch das Elektronenstrahl(EB-) Beschichtungsverfahren ausgebildet, und die Elektroden 7 und 8 werden durch Draht-Bonden herausgeführt.
Die Arbeitsweise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben. Eine Lichtwelle 17, die in den Nebenwellenleiter 13 eintritt, wird durch den Koppler lob in Intensitäten von -6dB aufweisende zwei Lichtwellen 18a und 18b verzweigt, die über den Hauptwellenleiter 14 in entgegengesetzte Richtungen übertragen werden. Während die Lichtwelle 18a von dem Hauptwellenleiter 14 unter Beibehaltung deren Intensität ausgesendet wird, wird die Lichtwelle 18b weiterhin einem Lichtverlust von -6dB unterzogen, wenn diese den Koppler 10a durchquert. Daher wird der Verstärkungsfaktor des optischen Verstärkerabschnitts 11 zur Kompensation eines derartigen Lichtverlust eingestellt. Auf diese Weise können die Lichtwellen 18a und 18b über den Hauptwellenleiter 14 in den entgegengesetzten Richtungen übertragen und mit denselben Intensitäten ausgesendet werden.
Demgegenüber werden von entgegengesetzten Richtungen in den Hauptwellenleiter 14 einfallende Lichtwellen 16a und 16b jeweils durch den Koppler 10a zur Erzeugung einer durch den Nebenwellenleiter 12 übertragenen Lichtwelle 19 verzweigt. Dabei wird die Lichtwelle 16a einem vorstehend genannten Lichtverlust von -6dB unterzogen, wenn diese den Koppler 10b durchquert. Jedoch können die Lichtwellen 16a und 16b, die über den Hauptwellenleiter 14 in den entgegengesetzten Richtungen übertragen wurden, über den Nebenwellenleiter 12 mit denselben Intensitäten durch passendes Einstellen des Verstärkungsfaktors des optischen Verstärkerabschnitts 11 wie vorstehend aufgeführt übertragen werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die Koppler 10a und 10b oder die Kombinations- und/oder Verzweigungsvorrichtungen durch einen Wellenfrontaufteilungs-Koppler des mit Bezug auf eine horizontale Richtung ausgebildet (d.h., eine Ausdehnungsrichtung des Substrats 1 auf dem die Kanalwellenleiterstruktur ausgebildet ist). Folglich wird keine strikte Tiefensteuergenauigkeit benötigt, so lange wie die Tiefe der Grenzflächen der geätzten Vertiefungen 10a und 10b sich über die aktive Schicht 3 wie in Fig. 4 gezeigt hinaus erstrecken.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Steghohlleiter verwendet, aber es können ebenso Brechungsindex- Wellenleiter oder ähnliche Wellenleiter als Kanalwellenleiter verwendet werden.
Weiterhin können gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die in den Hauptwellenleiter 14 einfallenden Lichtwellen 16a und 16b jeweils in die über den Nebenwellenleiter 12 übertragene Lichtwelle 19 und eine über den Nebenwellenleiter 13 übertragene Lichtwelle mit denselben Intensitäten infolge des Verstärkerabschnitts 11 verzweigt werden. Außerdem können die in den Hauptwellenleiter 14 einfallenden Lichtwellen 16a und 16b von dem Hauptwellenleiter 14 in entgegengesetzten Richtungen unter Beibehaltung ihrer Intensitäten auf einen ausreichend hohen Pegel ausgesendet werden, und die Lichtwelle 17 von dem Nebenwellenleiter 13 kann über den zu überwachenden Nebenwellenleiter 12 zu dem Empfängerabschnitt geleitet werden.
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind Sender- und Empfängerabschnitte 23 und 24 wie auch optische Verstärker 22, 25a und 25b auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat 41 ausgebildet. Fig. 6 und 7 zeigen jeweils A- A'-Schnitt- und B-B'-Schnittansichten von Fig. 5.
In Fig. 5 sind optische Koppler 21a und 21b mit demselben Aufbau wie die des ersten Ausführungsbeispiels, die optischen Verstärker 22, 25a und 25b, die mit Strominjektion unterhalb des Schwellwerts arbeiten, der Senderabschnitt 23, der aus einem Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB- Laser) besteht, der Empfängerabschnitt 24 mit einer Photoerfassungseinrichtung einer Halbleiterlaserandordnung, die durch Zuführen einer Umkehrvorspannung arbeitet, ein eine Busleitung ausbildender Hauptwellenleiter 26, Nebenwellenleiter 32 und 33 mit schrägen Enden und derselben Schichtanordnung wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und Antireflexionsummantelungen 31a und 31b, die auf den Grenzflächen der vorliegenden Vorrichtung ausgebildet sind, geschaffen.
Wie in Fig. 6 und 7 gezeigt werden eine Pufferschicht 42 aus einer n-Typ-GaAs-Schicht, eine erste Mantelschicht 43 aus einer AlGaAs-Schicht, eine aktive Schicht 44, eine zweite Mantelschicht 45 aus einer p-Typ-AlGaAs-Schicht und eine Mantelschicht 46 aus einer p-Typ-GaAs-Schicht nacheinander, in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 41 aus einer n-Typ-GaAs-Schicht aufgewachsen. Weiterhin werden ein Isolationsfilm 47 aus einer SiN-Schicht, eine Au- Cr-Elektrode 48, die als ohmsche p-Typ-Elektrode arbeitet und eine AuGe-Cr-Elektrode 29, die als des ohmsche n-Typ- Elektrode arbeitet, ausgebildet.
Die Arbeitsweise gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben. Eine aus dem Senderabschnitt 23 gesendete Lichtwelle 27 wird durch den Koppler 21b in zwei Lichtwellen 28a und 28b verzweigt, die über den Hauptwellenleiter 26 in entgegengesetzte Richtungen übertragen werden. Die Lichtwelle 28b wird durch den optischen Verstärker 25b verstärkt und über die Antireflexionsummantelung 31b ausgesendet. Demgegenüber wird die Lichtwelle 28a einem Lichtverlust von -6dB unterzogen, wenn diese den Koppler 21a durchquert. Daher wird die Lichtwelle 28a, nachdem diese durch den optischen Verstärker 22 verstärkt wurde, der einen Verstärkungsfaktor zur Kompensation eines derartigen Lichtverlustes aufweist, weiterhin durch den optischen Verstärker 25a verstärkt, der denselben Verstärkungsfaktor wie der des optischen Verstärkers 25b aufweist, und über die Antireflexionsummantelung 31b mit derselben Intensität wie die der durch den optischen Verstärker 25b verstärkten Lichtwelle 28b ausgesendet. Ein Teil der Lichtwelle 28a wird durch den Koppler 21a zur Erzeugung einer Lichtwelle 30 verzweigt, wobei die Lichtwelle 30 zu dem Empfängerabschnitt 24 geleitet wird. Es ist folglich möglich eine Signalkomponente der Lichtwelle 28a durch den Empfängerabschnitt 24 zu überwachen.
Eine in das linke Ende des Hauptwellenleiters 26 durch die Antireflexionsummantelung 31a einfallende Lichtwelle 29a erreicht den Koppler 21a nachdem diese durch den optischen Verstärker 25a verstärkt wurde. Ein Teil der Lichtwelle 29a wird durch den Koppler 21a reflektiert, und deren Signalkomponente wird durch den Empfängerabschnitt 24 erfaßt. Die den Koppler 21a durchquerende Lichtwelle 29a wird über die Antireflexionsummantelung 31b nach Durchqueren des optischen Verstärkerabschnitts 22, des Kopplers 21b und des optischen Verstärkerabschnitts 25b ausgesendet.
Demgegenüber erreicht eine in das rechte Ende des Hauptwellenleiters 26 durch die Antireflexionsummantelung 31b einfallende Lichtwelle 29b den Koppler 21b, nachdem diese durch den optischen Verstärker 25b verstärkt wurde. Dabei wird die durch den Koppler 21b übertragene Lichtwelle 29b einem Lichtverlust von -6dB unterzogen. Daher wird die Lichtwelle 29b, nachdem diese durch den optischen Verstärker 22 verstärkt wurde, der einen Verstärkungsfaktor zur Kompensation eines derartigen Lichtverlustes aufweist, durch den Koppler 21 a verzweigt und durch den Empfängerabschnitt 24 mit derselben Intensität wie die der Lichtwelle 29a erfaßt. Die den Koppler 21a durchquerende Lichtwelle 29b wird dann durch den optischen Verstärker 25a verstärkt und über die Antireflexionsummantelung 31a mit derselben Intensität wie die der Lichtwelle 29a ausgesendet, die über die Antireflexionsummantelung 31b ausgesendet wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden Teile der Lichtwellen 29a und 29b jeweils durch den Koppler 21b verzweigt und zu dem Senderabschnitt 23 geleitet, und es ist daher notwendig, einen (nicht gezeigten) Isolator zur Stabilisierung der Oszillationsfrequenz des Senderabschnitts 23 einzufügen. In diesem Fall kann ein Isolator mit einem hinreichend bekannten Aufbau verwendet werden.
Wenn die Verstärkungsfaktoren der optischen Verstärker 25a und 25b derart eingestellt werden, daß die durch die Koppler 21a und 21b verursachten Lichtverluste, an den rechten und linken Grenzflächen des Hauptwellenleiters 26 verursachte Kopplungverluste und durch den Hauptwellenleiter 26 verursachte Übertragungsverluste dazu kompensiert werden, daß die Vorrichtung als Sende- und Empfangsknoten arbeiten kann, der keine ersichtlichen Verluste aufweist. In diesem Fall kann ebenso eine mehrstufige Verbindung der Knoten angewendet werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden Resonatoroberflächen des Lasers des Senderabschnitts 23 durch die DEB-Anordnung ausgebildet, aber die Resonatoroberflächen können ebenso als geteilte Oberflächen oder als durch Ätzvorgänge wie beispielsweise einen RIBE-Vorgang, einen Reaktiven-Ionenätz-(RIE-) Vorgang und einen fokussierter Ionenstrahlätz-(FIBE-) Vorgang ausgebildete, geätzte Oberflächen ausgebildet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der aktive Bereich mit einer Doppel-Hetero-(DH-) Struktur ausgebildet, aber der aktive Bereich kann ebenso mit einer einzelnen Quantentopf-(SQW-) Struktur, einer mehrfachen Quantentopf-(MQW-) Struktur oder ähnlichen Strukturen ausgebildet sein.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Kanalwellenleiter durch eine Steghohlleiterstruktur ausgebildet, aber der Wellenleiter kann ebenso mit einer vergrabenen Hetero-Streifen-(BH-) Struktur, einer ebenen Kanal-Substrat-Streifen-(CPS-) Struktur oder einer ähnlichen Struktur ausgebildet sein. Weiterhin können ein Indexwellenleiter-Laser und ein Verstärkungswellenleiter-Laser wie beispielsweise die eines Streifenelektrodentyps und eines Protonenbeschießungstyps effektiv verwendet werden.
Als Halbleitermaterialien können InP InGaAs-Serien und AlGaInP-Serien wie auch die vorstehend aufgeführten GaAs AlGaAs-Serien verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben wird in der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung ein optischer Verstärkerabschnitt zwischen zumindest zwei Kopplern oder bidirektionalen Verzweigungs- und/oder Kombinationsvorrichtungen geschaltet. Daher können über einen Haupt- oder ersten Wellenleiter in entgegengesetzten Richtungen übertragene Lichtwellen und Lichtwellen, die über einen an den ersten Wellenleiter in entgegengesetzten Richtungen angeschlossenen zweiten und dritten Wellenleiter übertragen werden, mit gewünschten Intensitätsverhältnissen kombiniert werden. Weiterhin führt der Koppler die Aufteilung der Wellenfront zumindest in einer horizontalen Richtung aus, wobei in diesem Fall die Verarbeitungsgenauigkeit in der Tiefenrichtung toleriert werden kann, und der Koppler nur mit einer Lagegenauigkeit in der horizontalen Richtung hergestellt werden braucht.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eines optischen Übertragungssystems, in dem das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 oder Fig. 5 als ein optischer Knoten oder als eine Kombination eines optischen Knotens, einer Photoerfassungseinrichtung und einer Laserlichtquelle verwendet wird. In Fig. 8 bezeichnet die Bezugszahl 166 einen Lichtwellenleiter zur Übertragung von Lichtsignalen. Eine Vielzahl von Endstellen 168&sub1;, 168&sub2;, ..., 168n werden jeweils über optische Knoten 167&sub1;, 1672, ..., 169n an den Lichtwellenleiter 166 angeschlossen. An die jeweiligen Endstellen sind Endgeräte 169&sub1;, 169&sub2;, ..., 169n angeschlossen, die eine Tastatur, eine Anzeigenvorrichtung usw. aufweisen. In jeder Endstelle sind ein Lichtsignalsender, der aus einer Laserlichtquelle (LD) 162 und einem Modulator (MOD) 163 besteht, und ein Lichtsignalempfänger vorgesehen, der aus einer Photoerfassungseinrichtung (PHD) 180 und einem Demodulator (DEM) 181 besteht. Diese Sender und Emfänger werden durch eine Steuereinrichtung (CONT) 164 gemäß den Anweisungen aus dem Endgerät 169&sub1; gesteuert. Das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel kann als optischer Knoten 167&sub1;, 167&sub2;, ..., 167n verwendet werden. In diesem Fall kann ein optischer Verstärker zwischen den optischen Knoten 167 eingefügt werden. Das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel kann als eine optische Vorrichtung verwendet werden, in der der Knoten 167, die Photoerfassungseinrichtung 180 und die Laserlichtquelle 162 auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind.
Als Zugriffsteuersystem können ein Mehrfachzugriffssystem mit Kollisionserkennung (CSMA/CD), ein Token- Weitergabesystem oder dergleichen verwendet werden. Die optische Vorrichtung der Erfindung kann natürlich für jeden Typ eines optischen Übertragungssystems verwendet werden (wie beispielsweise einen Schleifentyp oder einen Sterntyp).
Während die Erfindung mit Bezug auf das beschrieben wurde, was augenblicklich als das bevorzugte Ausführungsbeispiel betrachtet wird, ist es verständlich, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Die Erfindung schließt verschiedene Abänderungen und gleichwertige Anordnungen ein, die innerhalb des Bereiches der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
Ein erster Lichtwellenleiter ist ausgebildet, und zweite und dritte Lichtwellenleiter sind jeweils an den ersten Lichtwellenleiter an ersten und zweiten Stellen angeschlossen. Ein erster Koppler zur Durchführung von Licht- Verzweigen und/oder Kombinieren ist nahe der ersten Stelle angeordnet, und in zweiter Koppler zur Durchführung von Licht-Verzweigen und/oder Kombinieren ist nahe der zweiten Stelle angeordnet. Ein optischer Verstärker ist auf dem ersten Lichtwellenleiter zwischen den ersten und zweiten Positionen zur Kompensation des durch jeden des ersten und zweiten Kopplers verursachten Lichtverlustes einer Lichtwelle angeordnet.

Claims

1. Optische Vorrichtung mit

a) einer ersten Lichtleiteinrichtung (14) zum Leiten einer Lichtwelle,

b) einer zweiten Lichtleiteinrichtung (12) zum Leiten einer Lichtwelle, wobei die zweite Lichtleiteinrichtung (12) an die erste Lichtleiteinrichtung (14) an einer ersten Stelle angeschlossen ist,

c) einer dritten Lichtleiteinrichtung (13) zum Leiten einer Lichtwelle, wobei die dritte Lichtleiteinrichtung (13) an die erste Lichtleiteinrichtung (14) an einer zweiten Stelle angeschlossen ist, die sich von der ersten Stelle unterscheidet,

d) einer ersten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (10a) zur optischen Kopplung der zweiten Lichtleiteinrichtung (12) und der ersten Lichtleiteinrichtung (14) an der ersten Stelle und

e) einer zweiten Lichtverzweigungs- und /oder Kombinationseinrichtung (10b) zur optischen Kopplung der dritten Lichtleiteinrichtung (13) und der ersten Lichtleiteinrichtung (14) an der zweiten Stelle, wobei die erste und zweite Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtungen jeweils geätzte, prismenförmige Aussparungen (10a, 10b) aufweisen, die zur Aufteilung einer aus dem zweiten oder dem dritten Wellenleiter einfallenden Lichtwelle in zwei Lichtwellen dienen, die in entgegengesetzten Richtungen in dem ersten Wellenleiter wandern,

gekennzeichnet durch

f) einen optischen Verstärker (11), der auf der ersten Lichtleitereinrichtung (14) zwischen der ersten und der zweiten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (10a, 10b) angeordnet ist,

g) wobei der optische Verstärker (11) den Lichtverlust nur entweder der ersten (10a) oder der zweiten (10b) Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung kompensiert.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen anderen optischen Verstärker (25a, 25b), der auf der ersten Lichtleiteinrichtung (26) außerhalb der ersten und zweiten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (21a, 21b) angeordnet ist, wobei der andere optische Verstärker die durch die erste und zweite Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (21a, 21b) und Kopplung verursachten Lichtverluste und die durch die erste Lichtleiteinrichtung (14) verursachten Übertragungsverluste kompensiert.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einstelleinrichtungen zur Einstellung des Verstärkungsfaktors durch Zuführen einer entsprechenden Spannung zu dem optischen Verstärker (11).

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Halbleitersubstrat (1), wobei die erste (14), zweite (12) und dritte (13) Lichtleiteinrichtung jeweils Kanalwellenleiter aufweisen, die in der ersten und zweiten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (10a, 10b) und dem optischen Verstärker (11) auf dem gemeinsamen Halbleitersubstrat (1) monolithisch integriert sind.

5. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtleiteinrichtung (14) eine aktive Schicht (3) aufweist.

6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtleiteinrichtung (14) eine aktive Schicht (3) aufweist, und die geätzten Vertiefungen (10a, 10b) sich jeweils in eine Tiefenrichtung über die aktive Schicht (3) hinaus erstrecken.

7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geätzten Vertiefungen (10a, 10b) jeweils zwei Grenzflächen aufweisen, die relativ zueinander rechte Winkel bilden, wobei sich die Grenzflächen jeweils in der horizontalen Richtung von einem zentralen Punkt der ersten und zweiten Orte erstrecken, um Winkel von 45 Grad relativ zu den entgegengesetzten Übertragungsrichtungen der Lichtwelle in der ersten Lichtleiteinrichtung (14) auszubilden.

8. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geätzten Vertiefungen (10a, 10b) jeweils abweichend von einer Mittellinie der ersten Lichtleiteinrichtung (14) ausgebildet sind, die sich entlang einer Übertragungsrichtung der Lichtwelle zu gegenüberliegenden Seiten ersteckt.

9. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Orte jeweils T-förmige Kreuzungsabschnitte aufweisen.

10. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Verstärker (11) einen Halbleiterlaser aufweist, der durch eine Strominjektion unterhalb seines Schwellwerts arbeitet.

11. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Antireflexionsummantelungen (15a, 15b), die auf gegenüberliegenden Enden der ersten Lichtleiteinrichtung (14) ausgebildet sind.

12. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Empfängerabschnitt (24), der auf der zweiten Lichtleiteinrichtung (32) angeordnet ist, wobei die erste Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (21a) über die erste Lichtleiteinrichtung (26) in entgegengesetzten Richtungen übertragene Lichtwellen an die zweite Lichtleiteinrichtung (32) mit gleichem Verzweigungsverhältnis koppelt.

13. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Senderabschnitt (23), der auf der dritten Lichtleiteinrichtung (33) angeordnet ist, wobei die zweite Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (21b) die über die dritte Lichtleiteinrichtung (33) übertragenen Lichtwellen an die erste Lichtleiteinrichtung (26) in entgegengesetzten Richtungen mit gleichem Verzweigungsverhältnis koppelt

14. Optische Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerabschnitt (24) eine Photoerfassungseinrichtung mit einer Halbleiterlaseranordnung aufweist, die durch Zuführen einer Umkehrvorspannung arbeitet.

Optische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Senderabschnitt (23) einen Halbleiterlaser aufweist.

16. Optische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtungen den Verstärkungsfaktor durch Injektion eines entsprechenden Stromes in den optischen Verstärker (11) einstellen.

17. Optisches Übertragungssystem mit einer Vielzahl von optischen Knoten (167), von denen jeder eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1 aufweist, und einer Lichtübertragungsleitung (166) zum Verbinden der Knoten (167), wobei die Übertragungsleitung (166) an den ersten Lichtwellenleiter (14) angeschlossen ist.

18. Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren zur Verwendung in einer optischen Vorrichtung mit

einer ersten Lichtleiteinrichtung (14) zum Leiten einer Lichtwelle,

einer zweiten Lichtleiteinrichtung (12) zum Leiten einer Lichtwelle, wobei die zweite Lichtleiteinrichtung (12) an die erste Lichtleiteinrichtung (14) an einer ersten Stelle angeschlossen ist,

einer dritten Lichtleiteinrichtung (13) zum Leiten einer Lichtwelle, wobei die dritte Lichtleiteinrichtung (13) an die erste Lichtleiteinrichtung (14) an einer zweiten Stelle angeschlossen ist, die sich von der ersten Stelle unterscheidet,

einer ersten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (10a) zur optischen Kopplung der zweiten Lichtleiteinrichtung (12) und der ersten Lichtleiteinrichtung (14) an der ersten Stelle,

eine zweite Lichtverzweigungs- und /oder Kombinationseinrichtung (10b) zur optischen Kopplung der dritten Lichtleiteinrichtung (13) und der ersten Lichtleiteinrichtung (14) an der zweiten Stelle und

einen optischen Verstärker (11), der auf der ersten Lichtleitereinrichtung (14) zwischen der ersten und der zweiten Lichtverzweigungs- und /oder Kombinationseinrichtung (10a, 10b) angeordnet ist,

wobei das Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Verzweigen einer ersten Lichtwelle (17, 16a) in eine zweite (18a) und eine dritte (18b) Lichtwelle in der zweiten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (10b) und

b) Verzweigen der dritten Lichtwelle (18b) in eine vierte und eine fünfte Lichtwelle in der ersten Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung (10a), gekennzeichnet durch den Schritt

c) Verstärken der dritten Lichtwelle (18b) vor dem Verzweigen bei dem Schritt b) zur Kompensation nur des Lichtverlustes bei dem entweder bei dem Schritt a) oder bei dem Schritt b) ausgeführten Verzweigen.

19. Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des optischen Verstärkers (11) zur Verstärkung der Lichtwellen, die in die erste Lichtleiteinrichtung (14) von entgegengesetzten Richtungen eintreten, derart eingestellt wird, daß diese in die zweite Lichtleiteinrichtung (12) mit der gleichen Intensität geleitet werden.

20. Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des optischen Verstärkers (11) zur Verstärkung der Lichtwellen von der dritten Lichtleiteinrichtung (13) derart eingestellt wird, daß diese in die erste Lichtleiteinrichtung (14) in entgegengesetzten Richtungen mit derselben Intensität geleitet werden.

21. Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des optischen Verstärkers (11) durch die Einstelleinrichtungen zur Verstärkung der Lichtwellen, die von entgegengesetzten Richtungen in die erste Lichtleiteinrichtung (14) eintreten, derart eingestellt wird, daß diese in die zweite und dritte Lichtleiteinrichtung (12, 13) mit derselben Intensität geleitet werden.

22. Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtwelle durch die dritte Lichtleiteinrichtung geleitet wird, und die dritte Lichtwelle durch die erste Lichtleiteinrichtung geleitet wird, nachdem die geleitete erste Lichtwelle durch die zweite Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung verzweigt wurde, und die fünfte Lichtwelle durch die erste Lichtleiteinrichtung geleitet wird, nachdem die geleitete dritte Lichtwelle durch die erste Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung verzweigt wurde, und der Lichtverlust des bei dem Schritt b) ausgeführten Verzweigens derart kompensiert wird, daß die dritten (18a) und die fünften Lichtwellen gleiche Intensitäten aufweisen.

23. Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationsverfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch den Schritt d) Verzweigen einer sechsten (16a) Lichtwelle in eine siebte und eine achte Lichtwelle, und dadurch, daß die erste Lichtwelle durch die erste Lichtleiteinrichtung geleitet wird und die dritte Lichtwelle durch die erste Lichtleiteinrichtung geleitet wird, nachdem die geleitete erste Lichtwelle durch die zweite Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung verzweigt wurde, und die fünfte Lichtwelle durch die zweite Lichtleiteinrichtung geleitet wird, nachdem die geleitete dritte Lichtwelle durch die erste Lichtverzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung verzweigt wurde, und die sechste Lichtwelle von einer zu der Leitrichtung der ersten Lichtwelle entgegengesetzten Richtung durch die erste Lichtleiteinrichtung geleitet wird, und die achte Lichtwelle durch die zweite Lichtleiteinrichtung geleitet wird, nachdem die geleitete sechste Lichtwelle durch die erste Verzweigungs- und/oder Kombinationseinrichtung verzweigt wurde, und der Lichtverlust des bei dem Schritt a) ausgeführten Verzweigens derart kompensiert wird, daß die ersten und dritten Lichtwellen gleiche Intensitäten aufweisen.