DE69414808T2

DE69414808T2 - Optischer Wellenleiter mit schräger Endfläche

Info

Publication number: DE69414808T2
Application number: DE69414808T
Authority: DE
Inventors: Yoshinari Tenpaku-Ku Nagoya-City Aichi-Pref. 468 Kozuka
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2014-10-01
Also published as: DE69414808D1; US5724464A; JPH07103770A; JP3490745B2; EP0646772B1; EP0646772A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Verbundwellenleitervorrichtung und im spezielleren eine optische Verbundwellenleitervorrichtung zur Verwendung bei einem optischen Fasergyrosystem oder einem optischen Übertragungssystem.

Beschreibung des Standes der Technik

Zu optischen Systemen, die bei herkömmlichen optischen Fasergyrovorrichtungen verwendet werden, gehören ein optisches Fasersystem, das vollständig aus optischen Fasern besteht, sowie ein optisches System, das aus einem optischen Wellenleitersubstrat besteht, auf dem ein Polfilter und ein Y-förmiger optischer Wellenleiter angeordnet sind.
Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen optischen Verbundwellenleitervorrichtung 200 zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 allgemein einen optischen Wellenleiterchip 10, eine optische Faserschleife 90, einen optischen Faserkoppler 606, eine Laserdiode 612 und eine Photodiode 614 auf.
Der optische Wellenleiterchip 10 umfaßt ein Substrat 12 aus LiNbO&sub3;, einen Y-förmigen optischen Wellenleiter 16, einen Phasenmodulator 24 und einen Polfilter 28, die auf einer Deckfläche 14 des Substrats 12 angeordnet sind. Der Y-förmige optische Wellenleiter 16 besteht aus einem optischen Wellenleiter 18 und zwei optischen Wellenleitern 20, 22, die vom optischen Wellenleiter 18 abzweigen. Der optische Faserkoppler 606 besteht aus zwei optischen Fasern 602, 604, die miteinander verschmolzen sind, und ein Ende des optischen Wellenleiters 18 ist mit der optischen Faser 602 des optischen Faserkopplers 606 verbunden. Die optischen Wellenleiter 20, 22 sind jeweils mit optischen Fasern 92, 94 an den gegenüberliegenden Enden der optischen Faserschleife 90 verbunden. Der Phasenmodulator 24 umfaßt ein Paar Elektroden 26, von denen jeweils eine auf jeder Seite des optischen Wellenleiters 20 angeordnet ist.
Die herkömmliche optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 hat eine relativ geringe Größe, weil dafür der optische Wellenleiterchip 10 eingesetzt wird, bei dem der Y- förmige optische Wellenleiter 16, der Phasenmodulator 24 und der Polfilter 28 auf dem Substrat 12 integriert sind. Die Länge des optischen Kopplers 606 kann jedoch nicht verringert werden, weil er aus zwei verschmolzenen optischen Fasern 602, 604 besteht. Weiters ist die gesamte optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 relativ lange, weil der optische Wellenleiterchip 10, der optische Koppler 606, die Laserdiode 612 und die Photodiode 614 in einer linearen Abfolge angeordnet sind.
Für den weitverbreiteten Einsatz eines Systems zur Verwendung bei Kabel-TV und B- ISDN-Systemen mit optischer Übertragung auf Abonnentenbasis ist es notwendig, daß wirtschaftliche und kleine optische Komponenten zur Verwendung in einem optischen Übertragungssystem verfügbar sind. Auf dem Gebiet von Forschung und Entwicklung sind Bemühungen unternommen worden, optische Wellenleitervorrichtungen herzustellen, bei denen es möglich ist, die Größe und die Kosten der einzelnen optischen Komponenten zu verringern. Es ist eine Verbund- oder Hybridvorrichtung vorgeschlagen worden, die ein optisches Wellenleitersubstrat aufweist, auf dem ein optischer Wellenleiter ausgebildet ist, wobei das optische Wellenleitersubstrat Lichtsteuerfunktionen aufweist, d. h. die Funktion, durch den optischen Wellenleiter verbreitetes Licht zu verzweigen und zu koppeln, die Funktion, durch den optischen Wellenleiter verbreitetes Licht zu modulieren, und die Funktion, durch den optischen Wellenleiter verbreitetes Licht aufzuspalten und zu kombinieren. Die Verbundvorrichtung umfaßt auch eine Lichtaussendungsvorrichtung und eine Lichtdetektionsvorrichtung, die mit dem optischen Wellenleitersubstrat kombiniert werden. Die Verbundvorrichtung ist jedoch von Nachteil, weil sie groß und in ihrer Struktur komplex ist.
Die JP-A-5-157944 zeigt eine Konstruktion mit den Merkmalen des ersten Teils des erfindungsgemäßen Anspruchs 1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Verbundwellenleitervorrichtung bereitzustellen, deren Größe gering sein kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optische Verbundwellenleitervorrichtung bereitzustellen, deren Struktur einfach sein kann und die kostengünstig hergestellt werden kann.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine optische Verbundwellenleitervorrichtung bereitgestellt, wie in Anspruch 1 dargelegt.
Da die Endfläche des optischen Wellenleitersubstrats, wo das Ende des optischen Wellenleiters freiliegt, zur optischen Achse des optischen Wellenleiters geneigt ist, um zu bewirken, daß ein Teil von Licht, das durch den optischen Wellenleiter zur Endfläche verbreitet wird, durch die Endfläche aus dem optischen Wellenleitersubstrat heraus reflektiert wird, kann die optische Verbundwellenleitervorrichtung kürzer sein als eine herkömmliche Vorrichtung, bei der ein optischer Koppler eingesetzt wird, der aus zwei miteinander verschmolzenen optischen Fasern besteht.
Die Lichtdetektionsvorrichtung ist so angeordnet, daß sie von der geneigten Endfläche reflektiertes Licht detektiert. Die Lichtdetektionsvorrichtung ist nicht direkt lateral zum optischen Wellenleitersubstrat angeordnet, sondern dreidimensional über oder unter dem optischen Wellenleitersubstrat angeordnet. So kann die Gesamtlänge der optischen Verbundwellenleitervorrichtung verringert werden. Die Lichtdetektionsvorrichtung kann leicht auf dem optischen Wellenleitersubstrat montiert werden.
Der Winkel, der zwischen der Endfläche, wo das Ende des optischen Wellenleiters freiliegt, und der optischen Achse des optischen Wellenleiters gebildet wird, hat vorzugsweise 80º oder weniger. Wenn der Winkel größer als 80º wäre, könnte der Reflexionswinkel zu gering sein, und der Abstand zwischen der Endfläche und der Lichtdetektionsvorrichtung könnte zu groß sein, so daß der optische Strahl möglicherweise stark gestreut wird und die Menge an detektiertem Licht zu gering ist.
Der Winkel, der zwischen der Endfläche, wo das Ende des optischen Wellenleiters freiliegt, und der optischen Achse des optischen Wellenleiters gebildet wird, ist vorzugsweise der Brewster-Winkel oder weniger, weil das Reflexionsvermögen erhöht werden kann, wenn der Einfallswinkel im Bereich zwischen dem Brewster-Winkel und dem kritischen Winkel liegt. Der Reflexionswinkel sollte vorzugsweise im Bereich von 40 bis 60% liegen.
Der Winkel, der zwischen der Endfläche, wo das Ende des optischen Wellenleiters freiliegt, und der optischen Achse des optischen Wellenleiters gebildet wird, beträgt vorzugsweise (90º - kritischer Winkel) oder mehr.
Das Reflexionsvermögen kann erhöht werden, indem Licht S-polarisiert wird, während es durch den optischen Wellenleiter verbreitet wird. Der Reflexionswinkel sollte vorzugsweise im Bereich von 40 bis 60% liegen.
Das optische Wellenleitersubstrat sollte zumindest einen der folgenden Bereiche aufweisen: einen Bereich zum Verzweigen und Koppeln von Licht, das durch den optischen Wellenleiter verbreitet wird, einen Bereich zum Modulieren von Licht, das durch den optischen Wellenleiter verbreitet wird, einen Bereich vom Aufspalten und Kombinieren von Licht, das durch den optischen Wellenleiter verbreitet wird, und einen Bereich zum Isolieren von Licht, das durch den optischen Wellenleiter verbreitet wird. Wenn notwendig, kann das optische Wellenleitersubstrat für einen höheren Integrationsgrad zwei oder mehr dieser Bereiche aufweisen.
Das optische Wellenleitersubstrat kann einen Film aufweisen, der aus dielektrischem Material oder Metall besteht und an der Endfläche angeordnet ist, wodurch der Lichtanteil, der durch den optischen Wellenleiter zur Endfläche verbreitet wird, durch zumindest eines aus einer Grenzfläche zwischen dem Film und der Endfläche und einer Oberfläche des Films gegenüber einer Oberfläche davon, die mit der Endfläche in Kontakt gehalten wird, aus dem optischen Wellenleitersubstrat herausreflektiert werden kann. Das Reflexionsvermögen kann durch eine solche Anordnung erhöht werden. Der bevorzugte Reflexionswinkel liegt im Bereich von 40 bis 60º/0.
Vorzugsweise umfaßt das optische Wellenleitersubstrat ein LiNbO&sub3;-Substrat, ein LiTaO&sub3;-Substrat, ein Glassubstrat oder ein Halbleitersubstrat.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen optischen Verbundwellenleitervorrichtung zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer optischen Verbundwellenleitervorrichtung zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht entlang Linie III-III von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Querschnittansicht einer Modifikation der optischen Verbundwellenleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer optischen Verbundwellenleitervorrichtung zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Wellenleitersubstrats aus Quarz in einem bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht des bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer- Übetragungsmoduls gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine Querschnittansicht entlang Linie VIII-VIII von Fig. 7;
Fig. 9 ist eine Querschnittansicht entlang. Linie IX-IX von Fig. 7; und
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer- Übertragungsmoduls gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, umfaßt eine optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung allgemeinen einen optischen Wellenleiterchip 10, eine optische Faserschleife 90, ein Photodiodenmodul 50 und ein Laserdiodenmodul 170.
Der optische Wellenleiterchip 10 umfaßt ein Substrat 12 aus LiNbO&sub3;, einen Y-förmigen optischen Wellenleiter 16, ein Paar Phasenmodulatoren 24 und einen Polfilter 28, die auf einer Deckfläche 14 des Substrats 12 angeordnet sind. Der Y-förmige optische Wellenleiter 16 besteht aus einem optischen Wellenleiterabschnitt 18 und zwei optischen Wellenleiterabschnitten 20, 22, die vom optischen Wellenleiterabschnitt 18 abzweigen. Die optischen Wellenleiterabschnitte 20, 22 weisen Enden auf, die jeweils mit optischen Fasern 92, 94 an den gegenüberliegenden Enden der optischen Faserschleife 90 an einer Endfläche 30 des Substrats 12 verbunden sind. Einer der Phasen modulatoren 24 umfaßt ein Paar Elektroden 26, wovon jeweils eine auf jeder Seite des optischen Wellenleiters 20 angeordnet ist. Der andere Phasenmodulator 24 umfaßt ebenfalls ein Paar Elektroden 26, von denen jeweils eine auf jeder Seite des optischen Wellenleiters 22 angeordnet ist. Der Polfilter 28 ist über dem optischen Wellenleiter 18 angeordnet.
Das Substrat 12 weist eine gegenüberliegende Endfläche 32 auf, wo ein Ende des Y- förmigen optischen Wellenleiters 16 freiliegt. Die Endfläche 32 ist so zu einem optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel θ = 70º zur optischen Achse des Y- förmigen optischen Wellenleiters 16 geneigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Endfläche 32 auch in einem Winkel θ = 70º zur Deckfläche 14 des Substrats 12 geneigt. Ein Lichtteil 40, der durch den Y-förmigen optischen Wellenleiter 16 zur Endfläche 32 hin verbreitet wird, wird als reflektiertes Licht 42 von der Endfläche 32 reflektiert, und ein Teil der verbreiteten Lichts 40 wird als verbreitetes Licht durch die Endfläche 32 gebrochen.
Das Photodiodenmodul 50 ist nahe der Endfläche 32 des Substrats 12 fix an der Deckfläche 14 des Substrats 12 montiert. Das Photodiodenmodul 50 umfaßt eine Photodiodenhalterung 52 und eine Photodiode 54, die auf der Photodiodenhalterung 52 montiert ist. Die Photodiode 54 ist direkt über dem Y-förmigen optischen Wellenleiter 16 angeordnet, so daß das reflektierte Licht 54 von der Endfläche 32 in die Photodiode 54 eintritt. Leiter 56 erstrecken sich von der Photodiode 54.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der optischen Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben.
Ein Titan(Ti)-Film mit einer Breite von 3 um und einer Dicke von 500 Å wird durch Photolithographie selektiv auf einem (nicht gezeigten) Einkristall-Wafer aus LiNbO3 ausgebildet, der einen elektrooptischen Effekt aufweist, wobei der Einkristallwafer einen Durchmesser von 3 Inches und eine Dicke von 1 mm aufweist. Daraufhin wird der Einkristallwafer 6 h lang auf 1.000ºC erhitzt, wodurch zugelassen wird, daß Titan darin diffundiert wird, so daß selektiv ein Ti-diffundierter Y-förmiger optischer Wellenleiter 16 gebildet wird. Der Einkristallwafer kann aus LiTaO&sub3;, Glas oder einem Halbleiter bestehen.
Dann wird ein dünner Aluminium(Al)-Film auf den optischen Wellenleiter 18 des Y- förmigen optischen Wellenleiters 16 aufgedampft, wobei ein Siliziumdioxid(SiO&sub2;)-Film als Puffer verwendet wird, und die überflüssigen Abschnitte des Al-Films werden entfernt, wodurch ein Polfilter 28 gebildet wird. Elektroden 26 in Form dünner Gold(Au)-Filme werden parallel dazu selektiv auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Wellenleiter 20, 22 gebildet, wodurch Phasenmodulatoren 24 gebildet werden.
Dann wird eine Vielzahl von Substraten 12 aus LiNbO&sub3;, die jeweils eine Breite von 5 mm und eine Länge von 40 mm aufweisen, aus dem Einkristallwafer aus LiNbO&sub3; ausgeschnitten. Die Endfläche 32 eines jeden der Substrate 12 wird zu einem solchen optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel von 70º zur Deckfläche 14 des Substrats 12 geneigt ist.
Daraufhin wird das Photodiodenmodul 50 in der Nähe der Endfläche 32 fix an der Deckfläche 14 des Substrats 12 montiert.
Dann werden die optischen Fasern 92, 94 an den gegenüberliegenden Enden der optischen Faserschleife 90 jeweils mit den Enden der optischen Wellenleiter 20, 22 an der Endfläche 30 des Substrats 12 verbunden, wodurch eine optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 vervollständigt wird.
Bei dieser Ausführungsform wandert ein von einer Laserdiode 174 eines Laserdiodenmoduls 170 ausgesandter Laserstrahl 179 durch einen Wellenleiterchip 100 mit einge betteter optischer Faser und tritt dann in den Y-förmigen optischen Wellenleiter 16 ein, der an der Endfläche 32 des Substrats 12 freiliegt.
Das Laserdiodenmodul 170 umfaßt eine Halterung 176, die Laserdiode 174 und eine Linse 178, um den von der Laserdiode 174 ausgesandten Laserstrahl 179 zu konvergieren. Die Laserdiode 174 und die Linse 178 sind fix in einer Halterung 176 montiert. Leiter 172 erstrecken sich von der Laserdiode 174.
Der Wellenleiterchip 100 mit eingebetteter optischer Faser umfaßt ein Keramiksubstrat 102, eine Quarzabdeckung 104, die auf dem Keramiksubstrat 102 montiert ist, und eine blanke optische Faser 108. Das Keramiksubstrat 102 weist in seiner Deckfläche eine V- Rille 106 mit V-förmigem Querschnitt auf. Die blanke optische Faser 108, von der eine Abdeckung entfernt ist, ist durch das Keramiksubstrat 102 und die Quarzabdeckung 104 fix in der V-Rille 106 angeordnet. Der Wellenleiterchip 100 mit eingebetteter optischer Faser weist eine Endfläche 112 auf, die so zu einem optischen Finish poliert ist, daß sie in einem Winkel von 90º in bezug auf die optische Achse der blanken optischen Faser 108 liegt. Das Laserdiodenmodul 170 ist so an der Endfläche 112 befestigt, daß der von der Laserdiode 174 ausgesandte Laserstrahl 179 auf das Ende der blanken optischen Faser 108 konvergiert, die auf der Endfläche 112 freiliegt, und als verbreitetes Licht 45 durch die blanke optische Faser 108 wandert.
Der Wellenleiterchip 100 mit eingebetteter optischer Faser weist eine gegenüberliegende Endfläche 110 auf, die so zu einem optischen Finish poliert ist, daß sie in einem Winkel φ = 70º in bezug auf die optische Achse der blanken optischen Faser 108 geneigt ist. Die Endfläche 110 des Wellenleiterchips 100 mit eingebetteter optischer Faser und die Endfläche 32 des optischen Wellenleiterchips 10 erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander und sind voneinander beabstandet, wobei eine Luftschicht 103 dazwischen angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung sind die blanke optische Faser 108 und der Y-förmige optische Wellenleiter 16 optisch aneinander gekoppelt. Ein Teil des verbreiteten Lichts 40, das durch den Y-förmigen optischen Wellenleiter 16 zur Endfläche 32 verbreitet wird, wird durch die Endflächen 32, 110 in reflektiertes Licht 42 bzw. reflektiertes Licht 48 reflektiert, die in die Photodiode 54 eintreten. Ein Teil der verbreiteten Lichts 40 wird durch die Endflächen 32, 110 in verbreitetes Licht 45 gebrochen, das dann durch die blanke optische Faser 108 zur Endfläche 112 verbreitet wird.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der optischen Verbundwellenleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine V-Rille 106 ist in der Deckfläche eines Keramiksubstrats 102 definiert, das eine Länge von 5 mm, eine Breite von 5 mm und eine Dicke von 3 mm aufweist, und eine blanke optische Faser 108, die etwa 5 mm lang ist, wird in der V-Rille 106 angeordnet. Dann wird eine Quarzabdeckung 104 mit einer Dicke von 2 mm auf die blanke optische Faser 108 gelegt. Das Keramiksubstrat 102, die blanke optische Faser 108 und die Quarzabdeckung 104 werden durch einen Harzkleber aneinander fixiert, wodurch ein Wellenleiterchip 100 mit eingebetteter optischer Faser vervollständigt wird.
Dann wird eine Endfläche 110 des Wellenleiterchips 100 mit eingebetteter optischer Faser so zu einem optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel φ = 70º in bezug auf die optische Achse der blanken optischen Faser 108 geneigt ist, und eine Endfläche 112 davon wird so zu einem optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel von 90º in bezug auf die optische Achse der blanken optischen Faser 108 liegt. Das Laserdiodenmodul 170 wird daraufhin so an der Endfläche 112 moniert, daß der von der Laserdiode 174 ausgesandte Laserstrahl 179 auf das Ende der blanken optischen Faser 108 konvergiert wird, die an der Endfläche 112 freiliegt.
Der Wellenleiterchip 100 mit eingebetteter Faser und der optische Wellenleiterchip 10 werden in bezug aufeinander so angeordnet und fixiert, daß sich die Endflächen 110, 32 im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, und die optische Achse der blanken optischen Faser 108 und die optische Achse des Y-förmigen optischen Wellenleiters 16 miteinander ausgerichtet sind.
Dann werden die optischen Fasern 92, 94 an den gegenüberliegenden Enden der optischen Faserschleife 90 jeweils mit den Enden der optischen Wellenleiter 20, 22 an der Endfläche 30 des Substrats 12 verbunden, wodurch eine optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 vervollständigt wird.
Fig. 4 zeigt im Querschnitt eine Modifikation der optischen Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die in Fig. 4 gezeigte modifizierte optische Verbundwellenleitervorrichtung unterscheidet sich von der optischen Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, daß ein dünner Ti-Film 134 an der Endfläche 32 des Substrats 12 angeordnet und zwischen den Endflächen 110, 32 eingefügt ist. Die anderen Details der modifizierten optischen Verbundwellenleitervorrichtung sind die gleichen wie jene der optischen Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform. Die modifizierte optische Verbundwellenleitervorrichtung wird auf die gleiche Weise hergestellt wie die optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Modifikation wird ein Teil von Licht 40, das durch den Y- förmigen optischen Wellenleiter 16 zur Endfläche 32 verbreitet wird, durch die Endflächen 32, 110 in reflektiertes Licht 42 bzw. reflektiertes Licht 48 reflektiert, die in die Photodiode 54 eintreten. Der dünne Ti-Film 134 erhöht wirksam das Reflexionsvermögen für das reflektierte Licht 42 und bringt das Reflexionsvermögen auf einen gewünschten Wert.
Fig. 5 veranschaulicht eine optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der obigen ersten Ausführungsform ist das Laserdiodenmodul 170 an der Endfläche 112 des Wellenleiterchips 100 mit eingebetteter Faser montiert. Bei der zweiten Ausführungsform jedoch ist eine optische Faser 192 zwischen einem Laserdiodenmodul 180 und der Endfläche 112 des Wellenleiterchips 100 mit eingebetteter Faser eingefügt. Die anderen Details der optischen Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie jene der optischen Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform. Die optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform wird auf die gleiche Weise hergestellt wie die optische Verbundwellenleitervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform.
Fig. 6 zeigt ein optisches Wellenleitersubstrat aus Quarz in einem bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 7 bis 9 zeigen das bidirektionale Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das bidirektionale Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul, das allgemein mit der Bezugszahl 500 bezeichnet ist, umfaßt ein optisches Wellenleitersubstrat 300 aus Quarz, ein Photodiodenmodul 350, einen Wellenleiterchip 400 mit eingebetteter optischer Faser, ein Laserdiodenmodul 480 und optische Fasern 390, 420, 482.
Der Wellenleiterchip 400 mit eingebetteter optischer Faser umfaßt ein Keramiksubstrat 402, eine Quarzabdeckung 404, die auf dem Keramiksubstrat 402 montiert ist, und ein Paar blanker optischer Fasern 414, 416. Das Keramiksubstrat 402 weist in seiner Deckfläche ein Paar V-Rillen 406, 408 auf, die jeweils einen V-förmigen Querschnitt aufweisen. Die blanken optischen Fasern 414, 416, von denen eine Abdeckung entfernt ist, sind durch das Keramiksubstrat 402 und die Quarzabdeckung 404 jeweils fix in den V-Rillen 406, 408 angeordnet.
Der Wellenleiterchip 400 mit eingebetteter optischer Faser weist eine Endfläche 412 auf, die so zu einem optischen Finish poliert ist, daß sie in einem Winkel von 90º in bezug auf die optischen Achsen der blanken optischen Fasern 414, 416 liegt. Das Laserdiodenmodul 480, das einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1,3 um aussendet, ist an einem Ende der optischen Faser 482 befestigt, deren anderes Ende so mit der Endfläche 412 verbunden ist, daß sie optisch mit der blanken optischen Faser 414 gekoppelt ist, die an der Endfläche 412 freiliegt. Die optische Faser 420, die Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 um überträgt, ist an einem Ende so mit der Endfläche 412 verbunden, daß sie optisch mit der blanken optischen Faser 416 verbunden ist, die an der Endfläche 412 freiliegt. Der Wellenleiterchip 400 mit eingebetteter optischer Faser weist eine Endfläche 410 auf, die so zu einem optischen Finish poliert ist, daß sie in einem Winkel φ = 60º in bezug auf die optischen Achsen der blanken optischen Fasern 414/ 416 geneigt ist.
Das optische Wellenleitersubstrat 300 aus Quarz umfaßt ein Quarzsubstrat 302, optische Wellenleiter 306, 308 aus Quarz, die auf einer Deckfläche 304 des Quarzsubstrats 302 angeordnet sind, und einen dünnen Ti-Film 316, der auf einem Abschnitt einer Endfläche 314 des Quarzsubstrats 302 angeordnet ist. Die optischen Wellenleiter 306, 308 sind nahe beieinander angeordnet, so daß sie einen Combiner/Splitter 310 vom Direktionalkopplertyp bilden. Der optische Wellenleiter 306 weist gegenüberliegende Enden auf, die jeweils an Endflächen 312, 314 des Quarzsubstrats 302 freiliegen. Der optische Wellenleiter 308 weist ein Ende auf, das an der Endfläche 314 des Quarzsubstrats 203 freiliegt, sowie ein gegenüberliegendes Ende, das im Quarzsubstrat 302 endet.
Die Endfläche 314 des Quarzsubstrats 302, wo die Enden der optischen Wellenleiter 306, 308 freiliegen, ist so zu einem optischen Finish geschnitten und poliert, daß es in einem Winkel θ = 60º in bezug auf die optischen Achsen der optischen Wellenleiter 306, 308 geneigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Endfläche in einem Winkel θ = 60º in bezug auf die Deckfläche 304 des Quarzsubstrats 302 geneigt. Die Endfläche 312 des Quarzsubstrats 302, wo das andere Ende des optischen Wellenleiters 306 freiliegt, ist so zu einem optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel von 90º in bezug auf die optische Achse des optischen Wellenleiters 306 liegt. Das Ende des optischen Wellenleiters 306 ist mit der optischen Faser 390 an der Endfläche 312 des Quarzsubstrates 302 verbunden.
Das Photodiodenmodul 350 ist nahe der Endfläche 314 des Quarzsubstrats 302 fix an der Deckfläche 304 des Quarzsubstrats 302 montiert. Das Photodiodenmodul 350 umfaßt eine Photodiodenhalterung 352 und eine Photodiode 354, die auf der Photodiodenhalterung 352 montiert ist. Die Photodiode 354 ist direkt über dem Quarzwellenleiter 306 angeordnet. Leiter 356 erstrecken sich von der Photodiode 354.
Die Endfläche 410 des Wellenleiterchips 400 mit eingebetteter optischer Faser und die Endfläche 314 des optischen Wellenleitersubstrats 300 aus Quarz erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander und sind voneinander beabstandet, wobei der dünne Ti-Film 316 und eine Luftschicht 318 teilweise dazwischen angeordnet sind. Der dünne Ti-Film 316 wird zwischen der blanken optischen Faser 414, die Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um überträgt, und dem optischen Wellenleiter 306 eingefügt. Die Luftschicht 318 wird zwischen der blanken optischen Faser 416, die Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 um überträgt, und dem optischen Wellenleiter 308 eingefügt.
Bei einer solchen Anordnung sind die blanke optische Faser 414 und der optische Wellenleiter 306 optisch miteinander gekoppelt. Einfallendes Licht 346, das durch die blanke optische Faser 424 zur Endfläche 410 verbreitet wird, wird durch die Endflächen 410, 314 so gebrochen, daß es in den optischen Wellenleiter 306 eintritt, und ein Teil des verbreiteten Lichts 340, das durch den optischen Wellenleiter 306 zur Endfläche 414 verbreitet wird, wird durch die Endflächen 314, 410 in reflektiertes Licht 342 bzw. reflektiertes Licht 348 reflektiert, die in die Photodiode 354 eintreten. Ein Teil des verbreiteten Lichts 340 wird durch die Endflächen 314, 410 in verbreitetes Licht 345 gebrochen, das dann durch die blanke optische Faser 414 zur Endfläche 412 verbreitet wird.
Weiters sind die blanke optische Faser 416 und der optische Wellenleiter 308 optisch miteinander gekoppelt, und Licht 349, das durch den Combiner/Splitter 310 vom Direktionalkopplertyp wandert und durch den optischen Wellenleiter 308 zur Endfläche 314 verbreitet wird, wird durch die Endflächen 314, 410 gebrochen und tritt in die blanke optische Faser 416 ein.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmoduls 500 beschrieben.
Optische Wellenleiter 306, 308 aus Quarz werden auf der Deckfläche 304 eines Quarzsubstrats 302 ausgebildet, wobei die optischen Wellenleiter 306, 308 gemeinsam einen Combiner/Splitter 310 vom Direktionalkopplertyp zum Kombinieren und Aufspalten von Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um und Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 um bilden.
Dann wird eine Endfläche 314 des Quarzsubstrats 302 so zu einem optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel θ = 60º in bezug auf die optischen Achsen der optischen Wellenleiter 306, 308 geneigt ist. Ein dünner Ti-Film 316 wird selektiv auf die Endfläche 314 aufgedampft, wo der optische Wellenleiter 306 freiliegt, wodurch eine Endfläche 314 mit einem Reflexionsvermögen von 50% erzeugt wird. Eine Endfläche 312 des Quarzsubstrats 302 wird so zu einem optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel von 90º in bezug auf die optische Achse des optischen Wellenleiters 306 liegt.
Dann wird das Photodiodenmodul 350 in der Nähe der Endfläche 314 des Quarzsubstrats 302 fix an der Deckfläche 304 des Quarzsubstrats 302 montiert.
V-Rillen 406, 408 sind in der Deckfläche eines Keramiksubstrats 402 definiert, und die blanken optischen Fasern 414, 416 werden jeweils in den V-Rillen 406, 408 angeordnet. Die Quarzabdeckung 404 wird auf die blanken optischen Fasern 414, 416 gelegt, und das Keramiksubstrat 402, die blanken optischen Fasern 414, 416 und die Quarzabdeckung 404 werden durch einen Harzkleber aneinander befestigt, wodurch ein Wellenleiterchip 400 mit eingebetteter optischer Faser vervollständigt wird.
Dann wird eine Endfläche 410 des Wellenleiterchips 400 mit eingebetteter optischer Faser so zu einem optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel φ = 60º in bezug auf die optischen Achsen der blanken optischen Fasern 414, 416 geneigt ist, und eine Endfläche 412 davon wird so zu einem optischen Finish poliert, daß sie in einem Winkel von 90º in bezug auf die optischen Achsen der blanken optischen Fasern 414, 416 liegt.
Die optische Faser 482, an deren einem Ende das Laserdiodenmodul 480 befestigt ist, wird so an der Endfläche 412 befestigt, daß sie optisch an die blanke optische Faser 414 gekoppelt ist, die an der Endfläche 412 freiliegt. Die optische Faser 420 wird so mit der Endfläche 412 verbunden, das eine aus der optischen Faser 420 optisch mit der blanken optischen Faser 416 gekoppelt ist, die an der Endfläche 412 freiliegt.
Dann werden der Wellenleiterchip 400 mit eingebetteter Faser und das optische Wellenleitersubstrat 300 in bezug aufeinander so angeordnet und fixiert, daß sich die Endflächen 410, 314 im wesentlichen parallel zueinander erstrecken und die blanken optischen Fasern 414, 416 und die optischen Wellenleiter 306, 308 optisch aneinander gekoppelt sind.
Dann wird die optische Faser 390 zur Übertragung und zum Empfang am Ende des optischen Wellenleiters 306 an der Endfläche 312 des Quarzsubstrats 302 befestigt, wodurch ein bidirektionales Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul 500 vervollständigt wird.
Fig. 10 zeigt ein bidirektionales Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der obigen dritten Ausführungsform ist das Laserdiodenmodul 480 durch die optische Faser 482 optisch an die blanke optische Faser 414 des Wellenleiterchips 400 mit eingebetteter Faser gekoppelt. Bei der vierten Ausführungsform jedoch ist das Laserdiodenmodul 470 direkt an der Endfläche 412 des Wellenleiterchips 400 mit eingebetteter Faser befestigt. Die anderen Details des bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmoduls gemäß der vierten Ausführungsform sind die gleichen wie jene des bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmoduls gemäß der dritten Ausführungsform. Das bidirektionale Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul gemäß der vierten Ausführungsform wird auf die gleiche Weise hergestellt wie das bidirektionale Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul gemäß der dritten Ausführungsform. Wenn das Laserdiodenmodul 470 direkt an der Endfläche 412 des Wellenleiterchips 400 mit eingebetteter Faser befestigt ist, kann die Größe des bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmoduls verringert werden. Leiter 472 erstrecken sich vom Laserdiodenmodul 470.
Gemäß vorliegender Erfindung ist eine Endfläche eines optischen Wellenleitersubstrats, wenn ein Ende eines optischen Wellenleiters freiliegt, in bezug auf die optische Achse des optischen Wellenleiters geneigt, um zu bewirken, daß ein Teil von Licht, das durch den optischen Wellenleiter zur Endfläche verbreitet wird, durch die Endfläche aus dem optischen Wellenleitersubstrat heraus reflektiert wird. Daher kann die Länge einer optischen Verbundwellenleitervorrichtung kürzer sein als die einer herkömmlichen Vorrichtung mit einem optischen Koppler, der aus zwei verschmolzenen optischen Fasern besteht. Eine Lichtdetektionsvorrichtung ist so angeordnet, daß sie Licht detektiert, das von der geneigten Endfläche reflektiert wird. Daher ist die Lichtdetektionsvorrichtung nicht direkt lateral zum optischen Wellenleitersubstrat angeordnet, sondern dreidimensional über oder unter dem optischen Wellenleitersubstrat angeordnet. Die Gesamtlänge der optischen Verbundwellenleitervorrichtung kann so verringert werden. Daher hat die optische Verbundwellenleitervorrichtung eine geringe Größe.
Bei einer weiteren Anordnung ist eine erste Endfläche eines optischen Wellenleitersubstrats, wo ein Ende eines ersten optischen Wellenleiters freiliegt, in bezug auf die optische Achse des ersten optischen Wellenleiters geneigt, um zu bewirken, daß ein Teil von Licht, das durch den ersten optischen Wellenleiter zur ersten Endfläche verbreitet wird, durch die erste Endfläche aus dem optischen Wellenleitersubstrat hinaus reflektiert wird. Daher kann die Länge einer optischen Verbundwellenleitervorrichtung zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung geringer als die einer herkömmlichen Vorrichtung mit einem optischen Koppler sein, der aus zwei verschmolzenen optischen Fasern besteht. Eine Lichtdetektionsvorrichtung ist so angeordnet, daß sie von der geneigten ersten Endfläche reflektiertes Licht detektiert. Daher ist die Lichtdetektionsvorrichtung nicht direkt lateral zum optischen Wellenleitersubstrat angeordnet, sondern dreidimensional über oder unter dem optischen Wellenleitersubstrat angeordnet. Die Gesamtlänge der optischen Verbundwellenleitervorrichtung zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung kann so verringert werden. Daher hat die optische Verbundwellenleitervorrichtung zur Verwendung in einer optischen Fasergyrovorrichtung eine geringe Größe.
Bei wieder einer anderen Anordnung ist eine Endfläche eines optischen Wellenleitersubstrats, wo ein Ende eines ersten optischen Wellenleiters freiliegt, in bezug auf die optische Achse des ersten optischen Wellenleiters geneigt, wodurch bewirkt wird, daß ein Teil von Licht, das durch den ersten optischen Wellenleiter zur Endfläche verbreitet wird, durch die Endfläche aus dem optischen Wellenleitersubstrat heraus reflektiert wird. Daher kann die Länge eines bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmoduls verringert werden. Eine Lichtdetektionsvorrichtung ist so angeordnet, daß von der geneigten Endfläche reflektiertes Licht detektiert wird. Daher ist die Lichtdetektionsvorrichtung nicht direkt lateral zum optischen Wellenleitersubstrat angeordnet, sondern dreidimensional über oder unter dem optischen Wellenleitersubstrat angeordnet. Die Gesamtlänge des bidirektionalen Wellenlängenmultiplexer- Übertragungsmoduls kann so verringert werden. Daher hat das bidirektionale Wellenlängenmultiplexer-Übertragungmodul eine geringe Größe.

Claims

1. Optische Verbundwellenleitervorrichtung, umfassend:

ein optisches Wellenleitersubstrat (10, 300), das einen optischen Wellenleiter (16, 306, 308) und eine Endfläche (32, 314) aufweist, an der ein Ende des optischen Wellenleiters freiliegt, wobei die Endfläche (32, 314) in einem Winkel in bezug auf eine optische Achse des optischen Wellenleiters geneigt ist, um zu bewirken, daß ein Teil von Licht, das sich durch den optischen Wellenleiter zur Endfläche hin fortpflanzt, durch die Endfläche aus dem optischen Wellenleitersubstrat hinaus reflektiert wird;

eine Lichtdetektionsvorrichtung (50, 350), die dazu angeordnet ist, das aus dem optischen Wellenleitersubstrat herausreflektierte Licht zu detektieren; und

Lichtzufuhrmittel (100, 400), um Licht zum optischen Wellenleiter zuzuführen;

dadurch gekennzeichnet, daß

das Lichtzufuhrmittel ein weiteres Substrat (100, 400) umfaßt, in dem ein weiterer optischer Wellenleiter (108, 414, 416) vorgesehen ist, wobei das weitere Substrat eine Endfläche (110, 410) aufweist, an der ein Ende des weiteren optischen Wellenleiters freiliegt und die in bezug auf eine optische Achse des weiteren optischen Wellenleiters geneigt ist und im wesentlichen parallel zur Endfläche (32, 314) des optischen Wellenleitersubstrats verläuft.

2. Optische Verbundwellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, worin das optische Wellenleitersubstrat (10, 300) zumindest einen der folgenden Bereiche aufweist: einen Bereich zum Verzweigen und Koppeln von Licht, das sich durch den optischen Wellenleiter fortpflanzt, einen Bereich (24, 28) zum Modulieren von Licht, das sich durch den optischen Wellenleiter fortpflanzt, einen Bereich (310) zum Aufspalten und Kombinieren von Licht, das sich durch den optischen Wellenleiter fortpflanzt, und einen Bereich zum Isolieren von Licht, das sich durch den optischen Wellenleiter fortpflanzt.

3. Optische Verbundwellenleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das optische Wellenleitersubstrat (10, 300) einen Film (134, 316) aus dielektrischem Material oder Metall aufweist, der auf der Endfläche (32, 314) davon angeordnet ist, wodurch der Lichtanteil, der sich durch den optischen Wellenleiter zur Endfläche hin fortpflanzt, durch zumindest eines aus einer Grenzfläche zwischen dem Film und der Endfläche (32, 314) und einer Oberfläche des Films gegenüber einer Oberfläche davon, die mit der Endfläche in Kontakt gehalten wird, aus dem optischen Wellenleitersubstrat herausreflektiert werden kann.

4. Optische Verbundwellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Lichtzufuhrmittel Lichterzeugungsmittel (170, 180, 470, 480) zum Zuführen von Licht zum weiteren optischen Wellenleiter umfaßt.

5. Optische Verbundwellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das optische Wellenleitersubstrat (10, 300) ein LiNbO&sub3;-Substrat, ein LiTaO&sub3;-Substrat, ein Glassubstrat oder ein Halbleitersubstrat umfaßt.

6. Optische Verbundwellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verwendung bei einer optischen Fasergyrovorrichtung, worin der optische Wellenleiter (16) des optischen Wellenleitersubstrats (10) einen Y-förmigen optischen Wellenleiter umfaßt, der aus einem ersten optischen Wellenleiterabschnitt (18) und einem Paar zweiter und dritter optischer Wellenleiterabschnitte (20, 22) besteht, die vom ersten optischen Wellenleiterabschnitt (18) abgezweigt sind, wobei ein Ende des ersten optischen Wellenleiterabschnitts an der Endfläche (32) des optischen Wellenleitersubstrats (10) freiliegt und das optische Wellenleitersubstrat (10) eine zweite Endfläche (30) aufweist, an der Enden des zweiten und des dritten optischen Wellenleiterabschnitts (20, 22) freiliegen, wobei die zweite Endfläche (30) so ausgebildet ist, daß sie mit einer optischen Faserschleife verbunden ist, wobei das optische Wellenleitersubstrat weiters einen Phasenmodulator (24) zum Modulieren der Lichtphase umfaßt, die sich durch zumindest einen aus dem zweiten und dem dritten optischen Wellenleiterabschnitt (20, 22) fortpflanzt.

7. Optische Verbundwellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verwendung als bidirektionales Wellenlängenmultiplexer-Übertragungsmodul, worin das optische Wellenleitersubstrat (300) einen ersten und einen zweiten optischen Wellenleiter (306, 308) aufweist und ein Ende des ersten optischen Wellenleiters an der Endfläche (314) des optischen Wellenleitersubstrats freiliegt, wobei das optische Wellenleitersubstrat weiters einen Kombinierer/Splitter (310) vom Direktionalkopplertyp zum Aufspalten und Kombinieren von Licht, das sich durch den ersten optischen Wellenleiter fortpflanzt, und Licht, das sich durch den zweiten optischen Wellenleiter fortpflanzt, umfaßt, und worin das Lichtzufuhrmittel so angeordnet ist, daß es Licht mit einer ersten Wellenlänge zum ersten optischen Wellenleiter zuführt, und weiters Mittel umfaßt, um Licht mit einer zweiten Wellenlänge, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet, durch den zweiten optischen Wellenleiter zu schicken.