Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Verringern der Einfügungsverluste oder -dämpfung einer
optischen Einrichtung mit einem Wellenleiterfeld am Eingangs-
und/oder Ausgangsanschluß und insbesondere auf eine optische
Einrichtung, bei welcher das Wellenleiterfeld nicht optimal
angekoppelt ist.
Hintergrund der Erfindung
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Optische Fasernetzwerke sind bei der Übersendung von
Sprach-, Video- und Datensignalen zunehmend wichtig. Diese
Systeme umfassen im wesentlichen eine Anzahl von
Zubringerfasern, die von einer Empfangsstelle ausgehen und
bei jeweiligen entfernt gelegenen Anschlüssen enden. In einem
System Faser-zu-Haushalt oder Faser-zu-Hausanschluß werden
optische Signale von jedem dieser entfernten Anschlüsse zu
einer Anzahl optischer Netzwerkeinheiten über
Übertragungsfasern übertragen. Eine Vielzahl von
Netzwerkarchitekturen wurde zum Übertragen von Signalen
zwischen den entfernten Anschlüssen und den optischen
Netzwerkeinheiten vorgeschlagen. Eine bekannte Architektur
verwendet eine passive optische Verzweigungseinrichtung, um
Signale zwischen dem Zubringer- und den Übertragungsfasern
auszutauschen, dies ist insbesondere wünschenswert, weil
keine Leistung erforderlich ist. Da jede
Verzweigungseinrichtung jedoch Signalverluste einführt und
weil Verzweigungseinrichtungen in großen optischen Netzen
kaskadiert sind, ist die Fähigkeit zum Aufteilen optischer
Signale auf eine große Anzahl von Benutzern durch die
Signalverluste begrenzt, welche der Verzweigungseinrichtung
zugeordnet sind.
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Eine wichtige Verzweigungseinrichtung ist ein optischer
"Sternkoppler", bei dem die Wellenleiter an
gegenüberliegenden Seiten eines Slab- oder
Plattenwellenleiters radial angeordnet sind. Wie in der
vorliegenden Erfindung verwendet, bedeutet Slab- oder
Plattenwellenleiter (nachfolgend "Platte") einen ebenen
Bereich, der verglichen mit dem Bereich eines einzelnen
Wellenleiters der gleichen Länge groß ist, und der
Lichtwellenübertragungen zwischen Eingangs- und
Ausgangswellenleitern unterstützt. Von den
Eingangswellenleitern an einer Seite der Platte
aufgeschaltete optische Leistung wird zu den
Ausgangswellenleitern an der anderen Seite übertragen.
(Idealer Weise wird die Leistung unter allen
Ausgangswellenleitern gleich aufgeteilt.) In einem M mal N
Sternkoppler beispielsweise wird die von jedem
Eingangswellenleiter übertragene optische Leistung entlang
der Platte übertragen und auf die N Ausgangswellenleiter
verteilt, die im wesentlichen in einem Feld angeordnet sind.
Wenn die Wellenleiter des Ausgangsfeldes jedoch nicht richtig
verbunden sind (dies ist im wesentlichen der Fall für
Sternkoppler in einem "Dragone"-Router, wegen der Rillen
zwischen den Feldwellenleitern), dann findet wegen der
Lichtstreuung an der Verbindung zwischen dem Feld und der
Platte ein Leistungsverlust statt. Diese Verluste umfassen
einen Hauptteil der Einfügungsdämpfung der Router.
Ein Verfahren zum Verringern der Einfügungsdämpfung einer
optischen Einrichtung, wie etwa dem Dragone-Router, wird in
der Druckschrift mit dem Titel: Loss reduction for
phased
array demultiplexers using a double etch technique, das in
Integrated Photonics Research, Technical Digest Series, Band
6, 29. April bis 2. Mai 1996, beschrieben. Bei diesem
Verfahren wird ein Übergangsbereich mit einer flachen
Ätztiefe an der Verbindung zwischen der Platte und den
Feldwellenleitern eingefügt. Wie erwartet wird die Verbindung
zwischen benachbarten Wellenleitern verbessert und die
Verbindungsverluste verringert. Nichts desto weniger ist eine
größere Abnahme der Einfügungsdämpfung erwünscht, und das
doppelte Ätzverfahren fügt einen Verarbeitungsschritt hinzu.
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Die Druckschrift "Analysis of Periodically Segmented
Waveguide Mode Expanders" von Weissman und Hordel, im Journal
of Lightwave Technology, Band 13, Nr. 10, Oktober 1995,
beschreibt ein Verfahren zur Verringerung der Verluste
zwischen einer optischen Faser und einem Wellenleiter, der
einen periodisch aufgeteilten und sich verjüngenden Kern
aufweist.
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Gewünscht ist ein verbessertes Verfahren zum Verringern
von Einfügungsdämpfungen in einer optischen Einrichtung.
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Bevorzugterweise umfaßt ein derartiges Verfahren keine
weiteren Verarbeitungsschritte.
Zusammenfassung der Erfindung
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Eine optische Einrichtung, die einen oder mehrere
Eingangswellenleiter umfaßt, die an einer Seite des
Plattenwellenleiters befestigt sind, und ein
Ausgangswellenleiterfeld, das mit einer anderen Seite des
Plattenwellenleiters verbunden ist, wird durch Einfügen eines
Übergangsbereiches verbessert, der unmittelbar benachbart zur
Platte liegt, die zum Verringern der Einfügungsdämpfung
zwischen dem Wellenleiterfeld und dem Plattenwellenleiter
verwendet wird. Dieser Übergangsbereich umfaßt eine Anzahl
von Pfaden, welche das Wellenleiterfeld trennen. Diese Pfade
weisen Breiten auf, die sich mit der Entfernung vom
Plattenwellenleiter zunehmend erhöhen.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung
sind die Silika- oder Quarzglaspfade parallel zueinander und
senkrecht zum Wellenleiterfeld, das diese trennt. Die Silika-
oder Quarzglaspfade weisen einen Brechungsindex auf, der
gleich dem Brechungsindex des Plattenwellenleiters und des
Wellenleiterfeldes ist. Bei einer offenbarten Ausführungsform
ist die optische Einrichtung ein M mal N Sternkoppler, der
einen Plattenwellenleiter umfaßt, welcher optisch mit M
Eingangswellenleitern und N Ausgangswellenleitern verbunden
ist.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die optische Einrichtung ein
Wellenleiterdichtemultiplexer (Dense Waveguide Division
Multiplexer, DWDM), der ein Paar M mal N Sternkoppler umfaßt,
die mit einer Vielzahl von Wellenleitern ungleicher Länge
verbunden sind.
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Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die optische Einrichtung ein 1 mal N
Leistungsteiler.
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Bei jeder dieser Ausführungsformen ist die
Einfügungsdämpfung wesentlich durch das Verwenden des
vorstehend beschriebenen Übergangsbereiches verringert.
Beispielhaft wird die Einfügungsdämpfung in einem typischen
Sternkoppler von etwa 0,8 dB auf etwa 0,3 dB verringert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung und deren Betriebsweise werden aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung mit den beigefügten
Zeichnungen klarer verständlich:
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Fig. 1 zeigt einen Sternkoppler mit einer Anzahl von
Eingangs- und Ausgangsports;
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Fig. 2 offenbart einen Sternkoppler mit einem
Übergangsbereich, der mehrfache Pfade aus Silika-
oder Quarzglasmaterial an seinen Ausgangsports
umfaßt, welche die Einfügungsdämpfung verringern;
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Fig. 3 offenbart eine Querschnittsansicht des in Fig. 2
gezeigten Sternkopplers, welche dessen
Ausgangswellenleiter zeigt;
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Fig. 4 offenbart eine Querschnittsansicht des in Fig. 2
gezeigten Sternkopplers in der Nähe von dessen
Platte;
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Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des
Ausgangsübertragungsbereiches des Sternkopplers
nach Fig. 2, welche die abnehmenden Pfadbreiten
zeigt;
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Fig. 6 zeigt verschiedene Verfahren zum fortschreitenden
Abnehmen der Pfadbreiten;
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Fig. 7 offenbart einen Wellendichtemultiplexer, der
Sternkoppler mit geringen Einfügungsdämpfungen
verwendet, erzielt durch Verwenden der vorliegenden
Erfindung, und
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Fig. 8 offenbart einen Verzweigungsleistungsteiler mit
geringer Einfügungsdämpfung, welche durch Verwenden
der vorliegenden Erfindung erzielt wird.
Detaillierte Beschreibung
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Fig. 1 offenbart einen bekannten Sternkoppler, welcher
die eingespeiste optische Leistung eines Eingangsports auf
alle Ausgangsports aufteilt. Der Sternkoppler 101 umfaßt
einen Freiraum 10, der einen optischen Plattenwellenleiter
(oder Platte) 10 mit zwei gekrümmten, bevorzugt runden,
Grenzen 10a und 10b aufweist. Die Leistungsübertragung
zwischen einem Eingangswellenleiterfeld 15 und einem
Ausgangswellenleiterfeld 16 wird durch Strahlung in der
Platte 10 erreicht. Diese Wellenleiterfelder 15 und 16 sind
radial zum virtuellen Brennpunkt gerichtet und so
ausgebildet, daß ihre jeweiligen Brennpunkte in einem
vorgeschriebenen Abstand außerhalb der Platte 10 angeordnet
sind, um durch gegenseitige Kopplung zwischen benachbarten
Wellenleitern verursachte Phasenfehler zu minimieren. Jedes
Wellenleiterfeld ist mit der Platte 10 in einer im
wesentlichen gleichförmigen Art entlang der Grenzen 10a und
10b verbunden. Diese Sternkoppler sind unter Verwendung von
Verfahren optischer Siliziumbänke (SiOB), wie nachfolgend
beschrieben, auf einem einzigen Glassubstrat aufgebaut.
Sternkoppler sind dem Fachmann für ebene optische
Einrichtungen bekannt, und werden in einer Anzahl von
Patenten beschrieben, einschließlich dem US-Patent 4,904,042.
Wie vorstehend beschrieben, tritt wegen der Lichtstreuung an
der Verbindung zwischen dem Feld und der Platte ein
Leistungsverlust auf. Dieser Verlust wird als
Einfügungsdämpfung bezeichnet und im Falle des Sternkopplers
101 beträgt diese 0,8 dB bei einer Betriebswellenlänge (λ)
von 1,55 Mikrons (wobei: 1 Mikron = 1 um = 1 Millionstel
Meter), welche zu groß ist.
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Fig. 2 offenbart einen Sternkoppler 201 mit einer
Übergangsregion 22, die eine Vielzahl von Pfaden aus einem
Silikat- oder Quarzglas-Material aufweist, welche im
wesentlichen parallel zueinander sind und welches die
Ausgangswellenleiter 26 quer schneiden, wodurch die
Einfügungsdämpfung oder die Einfügeverluste wesentlich
verringert werden.
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Die Verwendung dieser Übergangsbereiche 22 verringert
die Einfügungsdämpfung von etwa 0,8 dB auf etwa 0,3 dB.
Anders ausgedrückt ist beim Sternkoppler des Standes der
Technik in Fig. 1, wenn die optische Gesamteingangsleistung
bei 1 Milliwatt (mW) liegt, die Gesamtausgangsleistung 0,832
Milliwatt, beim Sternkoppler nach Fig. 2 ist, wenn die
Gesamteingangsleistung 1 Milliwatt beträgt, die
Gesamtausgangsleistung 0,933 Milliwatt. Diese Verbesserung
führt zur Fähigkeit, entweder mehr Benutzer mit der gleichen
Anordnung zu versorgen oder die Anzahl der benötigten
Anordnungen zum Versorgen der gleichen Anzahl von Benutzern
zu verringern.
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Es sei bemerkt, daß die Figuren hierbei nicht
maßstabsgerecht gezeigt sind, um die Erfindung zu
verdeutlichen. Beispielsweise ist der Übergangsbereich 22 nur
mit 8 Silikapfaden gezeigt, welche das Wellenleiterfeld 26
trennen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform jedoch gibt es
zwischen 20 und 40 dieser Pfade, bevorzugterweise 30. Darüber
hinaus ist gezeigt, wie der Übergangsbereich 22 sich einen
wesentlichen Abstand weg vom Plattenwellenleiter 20
erstreckt. Bei einem Sternkoppler reichen die Plattenlängen
typischerweise von etwa 0,5 Zentimetern (cm) bis etwa 2,0 cm
- abhängig von der Anzahl der Eingangs- und
Ausgangswellenleiter, wohingegen sich der Übergangsbereich 22
lediglich etwa 0,06 cm von der Platte weg erstreckt. Vor
Beschreiben der Geometrie des Übergangsbereiches werden
Hintergründe bzgl. des Aufbaus der integrierten optischen
Schaltung dargestellt.
Optische Siliziumbank-Technologie (SiOB)
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Die fortschrittlichsten und technisch
höchstentwickelten ebenen Wellenleiter sind Silika- oder
silikatdotierte Wellenleiter, die mit dem SiOB-Verfahren
hergestellt werden. Ein dotierter Silikat- oder Quarzglas-
Wellenleiter wird gewöhnlicherweise bevorzugt, weil dieser
eine Anzahl attraktiver Merkmale aufweist, einschließlich
geringer Kosten, geringer Verluste, geringer Doppelbrechung,
Stabilität und Kompatibilität zum Koppeln an Fasern. Ferner
sind die Verarbeitungschritte mit denen der Integrierten
Schaltungstechnik (IC) mit Silizium vereinbar, welche an die
Massenherstellung angepaßt und bereits bekannt ist.
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Im wesentlich wird ein dotierter Silika-, Silikat- oder
Quarzglas-Wellenleiter durch anfängliches Aufbringen einer
Basis- oder niedrigeren Plattierungsschicht aus Quarzglas mit
geringem Index auf ein Trägersubstrat ausgebildet, welches
typischerweise Silizium oder Quarzglas umfaßt. Eine Schicht
dotierten Quarzglass mit hohem Brechungsindex, d. h. die
Kernschicht, wird dann auf der Oberseite der unteren
Plattierungsschicht aufgebracht. Die Kernschicht wird
nachfolgend mit einem Muster oder Profil versehen zu einem
Aufbau, der für optische Schaltungen erforderlich ist, die
photolitographische Verfahren verwenden, ähnlich denen der
integrierten Schaltungsherstellung. Zuletzt wird eine obere
Plattierungsschicht aufgebracht, um den gemusterten
Wellenleiterkern zu bedecken. Diese Technologie wird im
wesentlichen im US-Patent 4,902,086 beschrieben,
herausgegeben von C. H. Henry et al., und in einem Bericht mit
dem Titel "Glass Waveguides on Silicon for Hybrid Optical
Packaging" in den Seiten 1530 bis 1539 im Journal of
Lightwave Technology, Band 7, Nr. 10, Oktober 1989.
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Kritisch für die Leistungsfähigkeit jedes ebenen
optischen Wellenleiters sind die Wellenleiterausdehnungen,
d. h. Höhe und Breite des Wellenleiterkerns, und die
Brechungsdifferenz des Brechungsindex zwischen dem Kern und
der Plattierung des Wellenleiters, bezeichnet mit Δ. Die Höhe
oder Dicke des Kerns wird durch die Summe des Kernmaterials
bestimmt, welches auf einem Trägersubstrat aufgebracht ist,
und die Breite des Kerns wird durch die photolitographische
Maske und die Aussparung im chemischen Ätzen bestimmt. Das Δ
des Wellenleiters wird im wesentlichen durch das
Materialsystem und seinen Herstellungsvorgang bestimmt. Im
Betrieb werden verschiedene Wellenleiterstrukturen und
-systeme für verschiedene Funktionstypen verwendet und bei
den Kernausdehnungen und Δ werden Kompromisse gemacht, um
verschiedene Aspekte der optischen Leistungsfähigkeit zu
optimieren.
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Beispielhaft werden P-dotierte Wellenleiter in der
vorliegenden Erfindung verwendet, wobei jeder einen Kern
aufweist, dessen Dicke etwa 7 um ist, und jeder auf einer 15 um
niedrigeren Dotierungsschicht liegt. Eine obere 15 um
Plattierungsschicht bedeckt die Wellenleiterkerne. Die
Ausdehnungen der Wellenleiterkerne werden für eine starke
optische Begrenzung und kleine Übertragungsverluste so groß
wie möglich gewählt, jedoch klein genug, daß die Wellenleiter
Einmoden bleiben. In ähnlicher Weise weisen die Silika- oder
Quarzglaspfade, die Übergangsbereiche aufweisen, Kerne von
etwa 7 um Höhe auf, ihre Breiten jedoch Verändern sich von
etwa 18 um (nahe der Platte) auf etwa 2 um (entfernt von der
Platte).
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In Bezug auf Fig. 3 ist ein Querschnittsabschnitt eines
Sternkopplers 201 gezeigt, um die Ausdehnungen der
Materialien im Bereich zu beschreiben, in dem Wellenleiter 26
vorhanden sind. Das Substrat 200 umfaßt Silizium mit einer
Dicke von 500 um. Die Plattierung 27 umfaßt eine 15 um Schicht
aus Silikat- oder Quarzglas mit einem Brechungsindex von etwa
1,445 bei einer Wellenlänge (λ) von 1,55 um. Die
Wellenleiterkerne 26 sind im wesentlichen quadratisch, weisen
eine Dicke und Breite von etwa 7 um auf und umfassen Silika-
oder Quarz bzw. Quarzglas mit einem Brechungsindex von etwa
1,454 bei λ = 1,55 um. Die Wellenleiterkerne 26 sind durch
einen Abstand von etwa 2,5 um getrennt, wo sie an ihrer
Verbindung mit der Platte 20 am nächsten zusammen sind (siehe
Fig. 2). Die Tatsache, daß das Kernmaterial einen größeren
Brechungsindex als das Plattierungsmaterial aufweist,
ermöglicht dem Kern, Lichtwellen gemäß dem Snellschen Gesetz
zu leiten. Die Plattierungsschicht 28, welche im wesentlichen
den gleichen Brechungsindex wie die Plattierungsschicht 27
aufweist, ist an der Oberseite des Kerns 26 angeordnet, um
die Struktur zu vervollständigen.
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In Fig. 4 ist eine weiterer Querschnitt des
Sternkopplers 201 offenbart, um dessen Ausdehnungen und
Materialien im Bereich des Plattenwellenleiters 20
darzustellen. Das Substrat 200 und die Plattierungsschichten
27 und 28 sind vorstehend beschrieben. Der
Plattenwellenleiter 20 und die Silika- oder Quarzglaspfade,
welche den Übergangsbereich 22 bilden (siehe Fig. 2),
umfassen das gleiche Material wie die Wellenleiterkerne 26.
In der Tat wird die Platte und die Wellenleiterkerne im
gleichen Verfahrensschritt wie die Silika- oder
Quarzglaspfade des Übergangsbereiches hergestellt, und so
weisen diese die gleiche Dicke auf. Eine detailliertere
Beschreibung der Platte, der Wellenleiterkerne und der
Silika- oder Quarzglaspfade im Übergangsbereich folgt.
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Fig. 5 stellt eine vergrößerte Ansicht des
Übergangsbereichs 22 des Sternkopplers 201 bereit (siehe
Fig. 2). Fig. 5 zeigt, daß die Silika- oder Quarzglaspfade
a&sub1; .... an, welche den Übergangsbereich umfassen, beim
Entfernen von der Platte 20 zunehmend kleinere Breiten
aufweisen. (Verständlich ist, daß sich der Begriff "Silika-
oder Quarzglaspfad" auf Pfade des Kernmaterials bezieht,
deren Brechungsindex im wesentlichen gleich dem der Platte 20
und der Wellenleiterkerne 26 ist). Entdeckt wurde, daß die
optimale Anzahl an Silika- oder Quarzglaspfaden für diesen
bestimmten Sternkoppler in etwa dreißig (30) ist, obwohl
bedeutende Verbesserungen mit lediglich zehn (10) Silika-
oder Quarzglaspfaden gemessen wurden. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 5 weist der Silika- oder Quarzglaspfad a&sub1; eine
Breite von etwa 18 um auf, wohingegen der Silika- oder
Quarzglaspfad an eine Breite von etwa 2 um aufweist. Darüber
hinaus werden die Trennungslücken s&sub1; ... sn zwischen den
benachbarten Silika- oder Quarzglaspfaden fortschreitend
größer, wenn diese sich von der Platte 20 entfernen. Die
Breite W der ersten Trennungslücke s&sub1; ist etwa 2 um,
wohingegen die Breite der Trennungslücke sn etwa 18 um ist.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist die kombinierte
Breite 201 jedes Pfades an und deren benachbarte
Trennungslücke sn eine Konstante, die wie folgt mathematisch
ausgedrückt werden kann:
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W(an) + W(sn) = Λ, für 1 ≤ n ≤ 30
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Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt das
Intervall (A) = 20 um. Fig. 5 ist keine genau dimensionierte
Ansicht des Sternkopplers, sondern die relativen Größen der
Silika- oder Quarzglaspfade a&sub1; ... an, die Wellenleiterkerne 26
und die Platte 20 wurden gezeichnet, um darzustellen, daß die
Breiten der Silika- oder Quarzglaspfade sich verringern, wenn
diese sich von der Platte 20 entfernen, und daß die Silika-
oder Quarzglaspfade, die Wellenleiter und die Platte koplanar
sind und das gleiche Material umfassen. In Fig. 5 sind die
Breiten der Silika- oder Quarzglaspfade a&sub1; ... an linear
abnehmend dargestellt. Jedoch ist eine Anzahl von
Veränderungen möglich, welche die Einfügungsdämpfungen des
Standes der Technik verbessern. Beispielsweise muß A keine
Konstante sein und die Silika- oder Quarzglaspfadbreiten
müssen nicht linear abnehmen. Wenn beispielsweise entschieden
wurde, daß Λ eine Konstante ist, kann das Verhältnis der
Pfadbreite W(an) zum Intervall Λ als "Pflichtumlauf"
betrachtet werden. Darüber hinaus kann sich der Pflichtumlauf
W(an)/Λ auf den Abstand von der Platte durch eine Anzahl
funktionaler Verhältnisse beziehen, umfassend, aber nicht
begrenzt auf Kosinus zum Quadrat, linear und parabolisch.
Diese Funktionsbeziehungen sind graphisch in Fig. 6
dargestellt. Die zu befolgende wichtige Anforderung zum
Erzielen der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist jedoch,
daß W(an) abnimmt, wenn sich die Silika- oder Quarzglaspfade
a&sub1; ... an fortschreitend von der Platte entfernen.
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Fig. 7 offenbart einen Wellendichtemultiplexer (DWDM)
700, der ein Paar Sternkoppler 701, 702 umfaßt, die mit einer
Anzahl von Wellenleitern 67 ungleicher Länge verbunden sind.
Jeder Sternkoppler umfaßt einen Plattenwellenleiter zwischen
seinen Eingangs- und Ausgangswellenleiterfeldern. Jedes Feld
ist radial zu einem virtuellen Brennpunkt gerichtet und so
ausgebildet, daß die Brennpunkte in einem vorbestimmten
Abstand und außerhalb der Platte angeordnet sind, um
Phasenfehler zu minimieren, welche durch gegenseitige
Kopplung zwischen benachbarten Wellenleitern verursacht
werden. Beim Sternkoppler 701 wird die Leistungsübertragung
zwischen dem Feld 715 und dem Feld 716 durch Strahlung der
Platte 710 erzielt. Jedes dieser Wellenleiterfelder ist mit
der Platte 710 in einer im wesentlichen gleichen Weise
entlang der Grenzen 710a bzw. 710b verbunden. In ähnlicher
Weise wird die Leistungsübertragung im Sternkoppler 702
zwischen dem Feld 725 und dem Feld 726 durch Strahlung in der
Platte 720 erzielt. Jedes dieser Wellenleiterfelder ist mit
der Platte 710 in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise
entlang der Grenzen 720a bzw. 720b verbunden.
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Die Länge jedes Wellenleiters im Gitter 760
unterscheidet sich von den Längen aller anderen Wellenleiter
in den Gittern, so daß vorbestimmte und verschiedene
Phasenverschiebungen auf optische Signale angewendet werden,
die sich durch die Wellenleiter des Gitters vom Sternkoppler
701 wegen der verschiedenen Phasenlängen ausbreiten, über
welche die Signale im Gitter wandern müssen, um den
Gitterausgang zu erreichen. Demgemäß weisen die von jedem
Wellenleiter des Gitters 760 ausgestrahlten optischen Signale
verschiedene Phasen auf, welche Funktionen der Länge der
Wellenleiter sind.
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In DWDM 700 wird das Demultiplexen durch Übertragen
eines gemultiplexten Signals durch das Brechungsgitter 760
erreicht, welches die einzelnen Lichtwellenlängen trennt und
jede in eine geringfügig andere Richtung bricht. Das
Multiplexen wird durch gegenläufiges Verwenden des DWDM 700
erzielt (d. h. Einfallen jeder Wellenlänge durch das Gitter
mit einem vorbestimmten wellenlängenabhängigen Winkel, so daß
alle Wellenlängen im wesentlichen mit einem einzigen
multiplexten Lichtstrahl hervorgehen). Die Gitterfunktion
wird durch Verwenden eines optischen, phasengesteuerten
Feldes erreicht, welches aus einer Vielzahl von Wellenleitern
verschiedener Längen aufgebaut ist. Jeder Wellenleiter
unterscheidet sich durch einen vorbestimmten Längenbetrag vom
benachbarten Wellenleiter. Die Wellenleiter sind im
wesentlichen über ihre gesamte Länge unverbunden, mit
Ausnahme ihrer Enden, wo eine feste gegenseitige Kopplung
zwischen den Wellenleitern wünschenswert ist, um wie
vorstehend beschrieben, die Einfügungsdämpfung zu verringern.
Die Übertragung von den gekoppelten Abständen zu den nicht
gekoppelten Abständen ist graduell und führt zur Erzeugung
einer vernachlässigbaren Betriebserhöhung höherer Ordnung.
Eine Beschreibung des Betriebs der Wellenleitergitterfelder
ist im US-Patent 5,002,350 dargestellt. Das US-Patent
5,136,671 offenbart den wesentlichen Entwurf dieser DWDMs in
näheren Einzelheiten. Diese Art eines DWDM-Aufbaus ist nach
dessen Erfinder als "Dragone"-Router bekannt. Im wesentlichen
wird die Einfügungsdämpfung im DWDM 700 durch Hinzufügen von
Übergangsbereichen 71 und 72 verringert, dessen Entwurf der
gleiche wie der in Fig. 5 gezeigte ist.
Leistungsteiler
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Ein 1*n großer Leistungsteiler besteht aus einem
einzigen Eingangswellenleiter, der sich in eine Anzahl (N)
von Ausgangswellenleitern aufteilt. Weil dieser Aufbau
regelmäßig den Zweigen eines Baumes ähnlich ist, werden
Leistungsteiler oftmals als Zweigteiler bezeichnet. Wie in
Fig. 8 gezeigt, umfaßt der Leistungsteiler 801 einen
Eingangswellenleiter 85 und einen Ausgangswellenleiter 86,
die mit einem Wellenleiterbereich 80 verbunden sind, welcher
zum wirkungsvollen Übertragen der gesamten Eingangsleistung
zu den Ausgangswellenleitern 86 entworfen ist. Der Entwurf
dieser optischen Leistungsteiler mit geringen Verlusten ist
in EP-A-0 881 860 offenbart. Wie vorstehend beschrieben,
bezeichnet ein Plattenwellenleiter einen ebenen Bereich, der
verglichen mit dem Bereich eines einzelnen Wellenleiters der
gleichen Länge groß ist und Lichtwellenübertragung zwischen
Eingangs- und Ausgangswellenleitern unterstützt. Demgemäß
wird der Wellenleiterbereich 80 nachfolgend als
Plattenwellenleiter bezeichnet.
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Die dem Leistungsteiler 801 zugeordnete
Einfügungsdämpfung wird durch Verwenden des
Übergangsbereiches 82 verringert, welcher unmittelbar
benachbart zum Plattenwellenleiter 80 ist, und welcher eine
Anzahl von Silika- oder Quarzglaspfaden umfaßt, welche die
Ausgangswellenleiter 86 quer schneiden. Der
Plattenwellenleiter 80 weist eine Länge von etwa 500 um auf
und erhöht über diese Länge seine Breite graduell von etwa
7 um auf etwa 100 um. Die Silika- oder Quarzglaspfade umfassen
Übergangsbereiche 82, die im wesentlichen parallel zueinander
sind und Breiten aufweisen, die fortschreitend abnehmen, wenn
diese sich vom Plattenwellenleiter entfernen. Während in
Fig. 8 nur wenige Silika- oder Quarzglaspfade gezeigt sind,
ist vorteilhaft, eine größere Anzahl (z. B. 30) dieser Pfade
zu verwenden. Der Aufbau dieses Übergangsbereiches 82 ist im
wesentlichen gleich dem Aufbau des Übergangsbereichs 22,
welcher in Verbindung mit den Fig. 2 bis 6 beschrieben
ist.
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Obwohl verschiedene bestimmte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind
Veränderungen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung
möglich. Diese Veränderungen umfassen, begrenzen aber nicht
das Verwenden des neuen Übergangsbereiches an mehreren Seiten
des Plattenwellenleiters, das Verringern der Breite der
Silika- oder Quarzglaspfade, die den Übergangsbereich in
nicht linearer Art umfassen, und das Verwenden des neuen
Übergangsbereiches bei weniger als allen Wellenleitern eines
Feldes.