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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtwellenleiterschaltung,
welche in einem Gebiet einer optischen Kommunikation oder einer
optischen Informationsverarbeitung verwendet wird, ein Verfahren
zu dessen Herstellung und ein Lichtwellenleiterschaltungsmodul,
umfassend solch eine Lichtwellenleiterschaltung. Die vorliegende
Erfindung betrifft insbesondere ein optisches Element vom Typ eines
Wellenleiters, dessen optische Charakteristik nicht von der Temperatur
abhängt,
und insbesondere, eine Lichtwellenleiterschaltung, wie einen Lichtwellenlängengittermultiplexer,
welcher durch einen auf einem ebenen Substrat gebildeten Wellenleiter
gebildet ist, und dessen optische Charakteristik nicht von der Temperatur
abhängt.
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Hintergrund der Erfindung
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Kürzlich wurden
aktiv Studien und Entwicklungen betrieben für ebene Lichtwellenschaltungen
(planar lightwave circuits, PLC), welche auf einem Silikonsubstrat
gebildete Quarzglaslichtwellenleiter umfassen.
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In
solch einer ebenen Lichtwellenschaltung ist eine Lichtwellenlängengittermultiplexfunktion
realisiert unter Verwendung einer Lichtinterferenz von mehreren
Strahlen oder zwei Strahlen, wie ein Gruppenwellenleitergittermultiplexer
(arrayed-waveguide
grating multiplexer, AWG) oder ein Mach Zehnder Interferometer (MZI).
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Der
Gruppenwellenleitergittermultiplexer hat ein Merkmal, dass Verbinden
und Trennen von Wellen von Licht mehrerer Wellenlängen gesammelt
durchgeführt
werden kann durch Interferenz einer Mehrzahl von Lichtstrahlen (engl.
lights), welche sich über
Zig bis Hunderte von nebeneinander angeordneten Gruppenwellenleitern
mit sich voneinander um n × ΔL unterscheidenden
Längen
fortpflanzen.
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Details
sind beschreiben in "H.
Takahashi et al., Arrayed-Waveguide
Grating for Wavelength Division Multi/Demultiplexer With Nanometre
Resolution, Electron. Lett., Vol. 26, Nr. 2, Seiten 87–88, 1990".
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1 zeigt
ein Schaltungsdiagramm des konventionellen Gruppenwellenleitergittermultiplexers, 2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Schnitts entlang der Linie a-a in 1, und 3 zeigt
ein Beispiel eines Transmissionsspektrums von der zentralen Eingangsschnittstelle
an die zentrale Ausgangsschnittstelle.
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In
den 1 und 2 sind ein Eingangswellenleiter 2,
ein erster Plattenwellenleiter 3, ein Gruppenwellenleiter 4,
ein zweiter Plattenwellenleiter 5, ein Ausgangswellenleiter 6,
ein Wellenleiterkern 7 und einen Mantel 8 auf
ein Si-Substrat 1 montiert.
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Anhand 3 ist
ersichtlich, dass nur eine bestimmte Wellenlänge transmittiert wird und
anderes Licht daran gehindert wird transmittiert zu werden.
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Das
Transmissionsband hat auch die Charakteristik eines schmalen Bandes
von ungefähr
1 nm. Eine Wellenlänge λc, in welcher
der Transmissionsverlust minimal wird, ist durch die folgende Gleichung
(1) gegeben: λc = n × ΔL/m (1)wobei der
Buchstabe m einen Brechungsgrad bezeichnet und der Buchstabe n einen
effektiven Brechungsindex des Wellenleiters bezeichnet. ΔL ist eine
Längendifferenz
zwischen benachbarten Gruppenwellenleitern und ist insbesondere
ein Wert von ungefähr
10–100 μm.
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Wie
in der Gleichung (1) gezeigt, ist λc bestimmt durch eine Differenz
von Lichtpfadlängen
von Wellenleitern (das Produkt des effektiven Brechungsindizes multipliziert
mit der Länge),
d. h. n × ΔL. Jedoch
ist die Differenz der Lichtpfadlängen
temperaturabhängig,
dementsprechend ist λc
temperaturabhängig.
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4 zeigt
ein Transmissionsspektrum bei Temperaturen von 25°C, 50°C und 75°C. Zusätzlich zeigt 5 eine
Temperaturabhängigkeit
von λc.
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Wie
anhand dieser Zeichnungen zu sehen ist, beträgt eine Variationsbreite von λc bezogen
auf Temperaturänderungen
von 50°C
ungefähr
0,5 mm.
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Zufällig ist
bekannt, dass der optische Pfadlängentemperaturkoeffizient
(1/ΔL) × d(n·ΔL)/dT eines quartzbasierten
Wellenleiters ungefähr
1 × 10–5 (l/°C) beträgt und ein
berechneter Wert des Temperaturkoeffizienten dλc/dT von λc ist ungefähr 0,01 (nm/°C), was mit
einem Ergebnis von 5 übereinstimmt. Daher ist, wenn
der Gruppenwellenleitergittermultiplexer in einer Umgebung verwendet
wird, in welcher die Tem peraturveränderung ungefähr 10°C bis 60°C ist, eine
genaue Temperatursteuerung notwendig.
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6 zeigt
einen Lichtwellenleiterphotomultiplexer des Mach Zehnder Interferometer
Typs. Ein Eingangswellenleiter 102, ein Richtungskuppler 103 und 106,
und zwei Wellenleiterarme 104 und 105 sind auf einem
Substrat 101 gebildet.
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Eine
Wellenabhängigkeitscharakteristik
der in 6 gezeigten Schaltung ist durch die folgende Gleichung
(2) gegeben: J(λ) = 1/2 × {1 + cos[2πnΔL/λ]} (2)wobei das
Symbol λ eine
Wellenlänge
und der Buchstabe n einen effektiven Brechungsindex bezeichnet,
und ΔL eine
Längendifferenz
von zwei Wellenleiterarmen (bzw. Armwellenleitern) ist.
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Aus
der Gleichung (2) ist eine Wellenlänge λc, bei welcher die Transmissionsrate
maximal wird, durch die folgende Gleichung (3) gegeben: λc
= n × ΔL/k (3)wobei der
Buchstabe k eine ganze Zahl ist.
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Wie
aus der Tatsache ersichtlich, dass Gleichung (3) die gleiche Form
hat wie Gleichung (1), hat λc des
MZI dieselbe Temperaturabhängigkeit
wie das des AWG.
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Daher
ist es nötig,
wenn der Gruppenwellenleitergittermultiplexer oder der Lichtwellenleiterphotomultiplexer
des Mach Zehnder Interferometer Typs verwendet wird, die Temperatur
der Wellenleiterschaltung unter Verwendung eines Peltier-Elements oder einer
Heizung konstant zu halten.
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Ferner
wird eine Stromquelle, eine Steuereinrichtung oder Ähnliches
für den
Betrieb des Peltier-Elements oder der Heizung benötigt, welches
das Volumen und den Preis des gesamten Lichtwellenleitergittermultiplexers
erhöht.
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Aus
diesem Grund bestand ein Bedarf, die Temperaturabhängigkeit
der Lichtwellenleiterschaltung selbst zu beseitigen und die Temperatursteuerung
unnötig
zu machen.
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Als
konventionelle Methode, die Temperaturabhängigkeit der Lichtwellenleiterschaltung
zu verringern, gibt es eine Struktur, dass der Wellenleiter an seinem
einen Teil mit einem Kern aus einem Material, welches einen anderen
Temperaturkoeffizienten eines Brechungsindex hat, gebildet wird,
und dabei n × ΔL konstant gehalten
wird auch wenn die Temperatur geändert
wird, wie in der
japanischen Patentanmeldung
KOKAI Veröffentlichung
Nr. 8-5834 offenbart.
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Jedoch
werden mit dieser Methode zwei Arten von Kernen aus unterschiedlichen
Materialien auf demselben Substrat vermischt, was die Struktur verkompliziert
und daher nicht einfach herzustellen ist.
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Als
andere Methode wurde von einer Methode berichtet, bei der ein Polymermaterial
als Mantelschicht verwendet wird (zum Beispiel Y. Kokubun et al., "Temperature independent
Narrow-Band Filter
by Athermal Waveguide",
ECOC '96, WeD. 1.5).
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Jedoch
wird gemäß dieser
Methode, um die Lichtpfadlänge
konstant zu halten, Temperaturwechsel mit einem großen Bre chungsindex
des Mantelmaterials verwendet. Daher wird, wenn die Temperatur verändert wird,
ein Unterschied des Brechungsindex des Kerns und des Mantels verändert, und
im schlimmsten Fall kann der Wellenleiter kein Licht einführen und
daher kann diese Methode nicht mit großen Veränderungen der Umgebungstemperatur
Schritt halten.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Struktur
anzugeben, welche die Temperaturabhängigkeit der Wellenlängencharakteristik
verringern kann, und welche einfach herzustellen ist; und eine Lichtwellenleiterschaltung
anzugeben, ein Verfahren zu deren Herstellung, und ein Lichtwellenleiterschaltungsmodul
mit der Lichtwellenleiterschaltung.
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Offenbarung der Erfindung
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
ist gemäß einem
Konzept 1 der vorliegenden Erfindung eine Lichtwellenleiterschaltung
vorgesehen, umfassend mehrere Wellenleiter (111, 112)
verschiedener Länge,
wobei jeder der mehreren Wellenleiter einen unteren Mantel (8),
einen Kern (7) und einen oberen Mantel (8) umfasst.
Wenigstens einer oder mehrere Wellenleiter der genannten mehreren
Wellenleiter umfasst jeweils mindestens eine Nut (12, 13),
welche gebildet wird durch Entfernen des oberen Mantels und des
Kerns von dem einen oder mehreren Wellenleitern oder durch Entfernen
des oberen Mantels, des Kerns und des unteren Mantels von einem
oder mehreren Wellenleitern, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens
eine Nut (12, 13) mit einem Material (10)
gefüllt
ist, welches einen sich von einem Temperaturkoeffizienten eines
Brechungsindex des Wellenleiters unterscheidenden Temperaturkoeffizienten
eines Brechungsindex hat, und folgende Gleichung erfüllt ist: (L1 – L2) × (dn1/dT)
= (L2' – L1') × (dn2/dT)wobei
L1' die Länge wenigstens
einer Nut (12, 13) eines Wellenleiters bezeichnet,
L2' die Länge wenigstens einer
Nut (12, 13) eines anderen zum genannten einen
Wellenleiter benachbarten Wellenleiters bezeichnet, L1 die Länge des
genannten einen Wellenleiters (111) ausgenommen L1' bezeichnet, L2 die
Länge des
anderen Wellenleiters (112) ausgenommen L2' bezeichnet, dn1/dT
den Temperaturkoeffizienten des effektiven Brechungsindex der Wellenleiter
bezeichnet, und dn2/dT den Temperaturkoeffizienten des Brechungsindex
des genannten Materials bezeichnet.
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Nuten über zwei
Wellenleiterarme zu formen ist aus der
EP-A-0 623 830 für Polarisations-unempfindliche
Interferometer bekannt. Jedoch gibt der Stand der Technik keinen
Hinweis, Nuten verschiedener Längen zu
bilden, und diese mit einem Material mit einem speziellen thermo-optischen
Koeffizienten zu füllen,
um einen athermalen Wellenleiter zu erzeugen.
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Gemäß einem
Konzept 2 der vorliegenden Erfindung ist eine Lichtwellenleiterschaltung
vorgesehen, umfassend einen Gruppenwellenleiter (4) und
einen Plattenwellenleiter (3, 5), welcher mit
gegenüberliegenden Enden
des Gruppenwellenleiters verbunden ist, wobei die Gruppenwellenleiter
und Plattenwellenleiter jeweils einen unteren Mantel (8),
einen Kern (7) und einen oberen Mantel (8) aufweisen,
gekennzeichnet dadurch, dass der Plattenwellenleiter wenigstens
eine in dem Plattenwellenleiter gekreuzte Nut (12) umfasst
und diese wenigstens eine Nut durch Entfernung des oberen Mantels
und des Kerns von dem Plattenwellenleiter geformt ist oder durch
Entfernung des oberen Mantels, des Kerns und des unteren Mantels
von dem Plattenwellenleiter, wobei die wenigstens eine Nut (12)
eine Breite hat, welche von einem Ende der wenigstens einen Nut
zu dem anderen Ende der wenigstens einen Nut hin um eine vorbestimmte
Breite sequenziell zunimmt, und die wenigstens eine Nut mit einem
Material (10) gefüllt
ist, welches eine sich von einem Temperaturkoeffizienten eines effektiven
Brechungsindex des Plattenwellenleiters unterscheidenden Temperaturkoeffizienten
eines Brechungsindex hat, so dass sich eine Differenz der optischen
Pfadlängen
zwischen verschiedenen Wellenleitern des Gruppenwellenleiters nicht
mit der Temperatur verändert.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt
eine Ansicht einer Struktur eines konventionellen Gruppenwellenleiter
Gittermultiplexers;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Schnitts entlang der Linie a-a in 1,
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3 ist
ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Transmissionsspektrums
des konventionellen Gruppenwellenleitergittermultiplexers zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, welches eine Temperaturabhängigkeit eines Transmissionsspektrums
des konventionellen Gruppenwellenleitergittermultiplexers zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, welches die Temperaturabhängigkeit einer Wellenlänge zeigt,
bei der die Transmission des konventionellen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
maximal wird;
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6 zeigt
eine Ansicht einer Struktur eines konventionellen Wellenleiterschaltung
Mach Zehnder Interferometers;
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7 zeigt
eine Ansicht einer Struktur einer Lichtwellenleiterschaltung, um
das grundlegende Prinzip der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
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8 zeigt
eine Ansicht einer Struktur eines temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
(AWG) gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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9 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Schnitts entlang der Linie b–b' in 8;
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10 ist
ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Herstellung einer Wellenleiterschaltung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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11 ist
ein Diagramm, welches eine Temperaturabhängigkeit eines Transmissionsspektrums
des temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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12 ist
ein Diagramm, welches eine Temperaturabhängigkeit einer zentralen Wellenlänge des
temperaturunabhängigen
Gruppenwellen leitergittermultiplexers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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13 zeigt
eine Ansicht einer Struktur eines temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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14 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Schnitts entlang der Linie c–c' in 12;
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15 ist
ein Diagramm, welches ein Verhältnis
(Berechnungsergebnis) zwischen einer Länge eines Wellenleiters, welcher
durch eine Nut eingeschnitten ist, und einen Emissionsverlust zeigt;
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16 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Nutverarbeitungsteils des Gruppenwellenleiters in dem temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexer
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel;
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17 zeigt
eine Ansicht einer Struktur einer Lichtwellenleiterschaltung gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und einen Zustand, in dem eine Wellenlängen-Platte
in ein Gruppenwellenleitergitter eingebracht ist;
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18 zeigt
eine Ansicht einer Struktur einer Lichtwellenleiterschaltung gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der vorlie genden Erfindung und einen Zustand, bei dem eine Wellenlängen-Platte
in ein Gruppenwellenleitergitter eingebracht ist;
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19 zeigt
eine Ansicht einer Struktur eines temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
(bevor er luftdicht versiegelt ist) gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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20 zeigt
eine Ansicht einer Struktur eines temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
(nachdem er luftdicht versiegelt wurde) gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung);
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21 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Schnitts entlang einer Linie d–d' in 20;
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22 ist
ein Diagramm, welches die Feuchtigkeitsabhängigkeit (gemessen bei 25°C) einer
zentralen Wellenlänge
des temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexers gemäß der siebten Ausführungsform;
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23 zeigt
eine Ansicht einer Struktur des temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
(Epoxydharz ist auf Silikonharz aufgetragen) gemäß einem achten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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24 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Schnitts entlang der Linie e–e' in 23;
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25 zeigt
eine Ansicht einer Struktur des temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
(eine Eingangsfaser ist mit einem Ende eines ersten Plattenwellenleiters
verbunden) gemäß einem neunten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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26 zeigt
eine Ansicht einer Struktur des temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
(der Gruppenwellenleitergittermultiplexer ist von dem ersten Plattenwellenleiter
getrennt oder mit ihm verbunden) gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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27 zeigt
eine Ansicht einer Struktur eines temperaturunabhängigen Mach
Zehnder Interferometer Gittermultiplexers gemäß einem elften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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28 ist
ein Diagramm, welches ein Transmissionsspektrum des temperaturunabhängigen Gittermultiplexers
des Mach Zehnder Interferometer Typs gemäß dem elften Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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29 ist
ein Diagramm, welches eine Veränderung
in der Temperaturabhängigkeit
einer Transmissionswellenlänge
zeigt, bevor und nachdem in dem Gittermultiplexer des Mach Zehnder
Interferometer Typs gemäß dem elften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Nut gebildet und Silikonharz geladen wurde;
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30 ist
ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Transmissionsspektrums
des Gruppenwellenleitergittermultiplexers gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt;
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31 zeigt
eine Ansicht einer Struktur des temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
gemäß einem
dreizehnten Ausführungsbeispiel;
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32 zeigt
eine Ansicht einer Struktur des temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
gemäß einem
vierzehnten Ausführungsbeispiel;
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33 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Schnitts entlang der Linie f–f' in 32;
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34 ist
eine schematische Schnittansicht, welche eine Umrisslinie eines
temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermulti plexermoduls
gemäß einem
fünfzehnten
Ausführungsbeispiels
zeigt;
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35 ist
eine Seitenansicht des temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexermoduls
gemäß dem fünfzehnten
Ausführungsbeispiel;
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36 ist
ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Herstellungsprozesses eines
temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexers gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel;
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37A und 37B sind
Ansichten, welche einen temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexer
mit einem Strahlkollimatorwellenleiter gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel
zeigen, worin 37A eine Draufsicht und 37B eine vergrößerte Draufsicht
in der Nähe
einer Nut zeigt; und
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38A und 38B zeigen
Ansichten eines temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexers mit einer Kollimatorlinse
gemäß einem
siebzehnten Ausführungsbeispiel,
worin 38A eine Draufsicht und 38B eine vergrößerte Draufsicht
in der Umgebung einer Nut zeigt.
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Beste Ausführungsform der Erfindung
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Bevor
bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben werden, wird ein Prinzip der vorliegenden Erfindung
unter Verwendung einer in 7 gezeigten
Wellenleiterschaltung im Detail beschrieben. 7 zeigt
ein Beispiel einer Lichtwellenleiterschaltung mit einer Mehrzahl
von Wellenleitern. Die Wellenleiter 111 und 112 sind
jeweils an deren Abschnitten 113 und 114 mit Materialien
(temperaturkompensierende Materialien) versehen, welche Temperaturkoeffizienten
des Brechungsindex mit von den Wellenleitern 111 und 112 verschiedenen
Vorzeichen haben. Die Wellenleiter 111 und 112 sind
verzweigt und vereinigt an Verzweigungs/Vereinigungsabschnitten 115 und
116.
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Hier
wird ein Temperaturkoeffizient des effektiven Brechungsindex des
Wellenleiters durch dn1/dT bezeichnet, ein Temperaturkoeffizient
des Brechungsindex des temperaturkompensierenden Materials ist mit dn2/dT
bezeichnet, eine Länge
des Wellenleiters 111 (ausgenommen der Nut 113)
ist mit L1 bezeichnet, eine Länge
des Wellenleiters 112 (ausgenommen der Nut 114)
ist mit L2 bezeichnet, eine Länge
der Nut 113 ist mit L1' bezeichnet,
und eine Länge
der Nut 114 ist mit L2 bezeichnet.
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Damit
eine Differenz der in den zwei Wellenleitern 111 und 112 geleiteten
optischen Phasen sich nicht mit Bezug zu Temperaturänderungen
verändern
(was nachfolgend als Temperaturunabhängigkeit bezeichnet wird),
ist es nötig,
dass eine Differenz der optischen Pfadlängen der zwei Wellenleiter
nicht mit der Temperatur variiert, das heißt, es ist nötig, dass
die folgende Gleichung (4) gilt: L1 × (dn1/dT)
+ L1' × (dn2/dT)
=
L2 × (dn1/dT)
+ L2' × (dn2/dT) (4)
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Die
obige Gleichung (4) wird umgeformt und ergibt dabei die folgende
Gleichung (5): (L1 – L2) × (dn1/dT)
=
= (L2' – L1') × (dn2/dT) (5)
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Wenn
L1 > L2 ist, ergibt
sich hier L1' < L2', wenn (dn1/dT) und
(dn2/dT) dieselben Vorzeichen haben. Und L1' > L2' ergibt sich, wenn
(dn1/dT) und (dn2/dT) unterschiedliche Vorzeichen haben. Das heißt, dass wenn
der Temperaturkoeffizient des Brechungsindex des Wellenleiters und
der Temperaturkoeffizient des Brechungsindex des temperaturkompensierenden
Materials die gleichen Vorzeichen haben, eine kurze Nut in einem
langen Wellenleiter gebildet ist und eine lange Nut in einem kurzen
Wellenleiter gebildet ist, und daher wird die Lichtwellenleiterschaltung
lang.
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Dagegen
ist, wenn die oben beschriebenen zwei Temperaturkoeffizienten unterschiedliche
Vorzeichen haben, L1' > L2', und eine lange Nut wird in einem langen
Wellenleiter gebildet und eine kurze Nut wird in einem kurzen Wellenleiter
gebildet, und daher kann die Lichtwellenleiterschaltung kompakt
gemacht werden.
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Ferner
ist es, wie anhand von Gleichung (5) zu sehen ist, wichtig, dass
die Länge
jeder Nut so gestaltet ist, dass eine Längendifferenz der Nuten proportional
zu einer Längendifferenz
der Wellenleiter ist, und wenn diese Bedingung erfüllt ist,
kann L2' gleich
0 sein.
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Da
die Gleichung (5) zwischen benachbarten Wellenleitern erfüllt sein
muss, sind als der Gruppenwellenleitergittermultiplexer, wenn eine
große
Anzahl sequenziell um eine konstante Länge verlängerter Wellenleiter vorgesehen
ist, Nuten, welche sequenziell um eine konstante Länge verlängert sind,
vorgesehen in Übereinstimmung
mit den sequenziell verlängerten
Wellenleitern.
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Die
Nut hat keine Wellenleiterstruktur und daher ist die optische Dichteverteilung
verteilt aufgrund von Brechung ist ein Verlust erzeugt. Daher ist
der Verlust kleiner, wenn eine Breite der Nut kleiner ist. Eine
Länge der
Nut wird gemäß der Gleichung
(5) um (L2' – L1') vergrößert. Daher
kann die Länge
der Nut kürzer
gemacht werden, wenn ein Material einen höheren Absolutwert von dn2/dT
hat.
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Beispiele
für temperaturkompensierende
Materialien sind (Monomermaterialien wie) aromatische Verbindungen
wie Benzol und Toluol; zyklische Kohlenwasserstoffverbindungen wie
Cyclohexan; lineare Kohlenwasserstoffverbindungen wie Isooctan,
n-Hexan, n-Octan, n-Decan und n-Hexadecan; Chloride so wie Tetrachlorkohlenstoff;
Sulfide so wie Kohlenstoffdisulfid; und Ketone sowie Methylethylketon;
und Polymermaterialien wie: Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen
und Polybutylen; Polydiene so wie Polybutadien und natürlicher
Gummi; Vinylpolymere wie Polystyrol, Polyvinylacetat, Polymethylvinylether,
Polyethylvinylether, Polyacrylsäure,
Polyacrylsäuremethyl,
Polymethacrylat, Polymethylmethacrylat, Polymethylbutyl, Polymethacrylathexyl,
und Polymethacrylatdodecyl; lineare Olefin-basierte Polyether; Polyphenylenoxid
(PPO), Gemisch von linearem Olefin-basiertem Polyether und seinem
Polymer, Polyethersulfon (PES), bei denen Ethergruppe und Sulfongruppe
gemischt sind; Polyetherketon (PEK), bei dem Ethergruppe und Carbonylgruppe
gemischt sind; Polyether sowie Polyphenylen sulfid (PPS) mit einer
Thioethergruppe und Polysulfon (PSO); ein Gemisch aus Polyether
und seinem Copolymer; Polyolefin, welches an seinem hinteren Ende
mit wenigstens einer der Substituenten wie OH-Gruppe, Thiolgruppe,
Carbonylgruppe und Halogengruppe ausgestattet ist, z. B. Polyoxyd wie
Polyethylenoxyd und Polypropylenoxid oder Polybuthylisocyanat und
Polyvinylidenfluorid wie HO-(C-C-C-C-)n-(C-C(C-C-)m)-OH; und Epoxydharz
und Quervernetzer (engl.: cross-linker) unter Verwendung von Oligomer
(bzw. Origomer) und Härter.
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Ferner
kann eine Mischung von zwei oder mehreren der oben beschriebenen
Materialien verwendet werden.
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Ferner
können
Polysiloxan oder Quervernetzer aus Polysiloxan (welches im Allgemeinen
Silikonharz genannt wird) verwendet werden. Jedes dieser Materialien
hat nicht nur einen größeren Temperaturkoeffizienten
des Brechungsindex, sondern hat exzellente Wasserbeständigkeit
und Langzeitstabilität
und ist bestens geeignet als das temperaturkompensierende Material
der vorliegenden Erfindung.
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Hier
ist eine allgemeine Formel von Polysiloxan wie folgend dargestellt:
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In
dieser Formel bezeichnen die Zeichen R1 und R2 Endgruppen, welche
eine der folgenden aufweisen: Wasserstoff, Alkylgruppe, Hydroxylgruppe,
Vinylgruppe, Aminogruppe, Aminoalkylgruppe, Epoxygruppe, Alkylepoxygruppe,
Alkoxyepoxygruppe, Methacrylatgruppe, Chlorgruppe und Acetoxygruppe.
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Das
Zeichen R' bezeichnet
eine Seitenkette umfassend eine der folgenden: Wasserstoff, Alkylgruppe, Alkoxygruppe,
Hydroxylgruppe, Vinylgruppe, Aminogruppe, Aminoalkylgruppe, Epoxygruppe,
Methakrylatgruppe, Chlorgruppe, Acetoxygruppe, Phenylgruppe, Chloroalkylgruppe
(bzw. Phloroalkylgruppe), Alkyphenylgruppe und Cyclohexangruppe.
Es ist möglich,
ein einzelnes Polysiloxan oder eine Mischung von mehreren Sorten
von Polysiloxan anzubauen.
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Ein
Quervernetzer von Polysiloxan wird bereitgestellt durch Reaktion
mit einem Polysiloxan, einem reaktiven Polysiloxan, dessen hinteres
Ende eine Vinylgruppe, Wasserstoffgruppe, Silanolgruppe, Aminogruppe, Epoxygruppe
und Carbinolgruppe trägt,
unter Anwesenheit eines Platinkatalysators, Radikals, einer Säure, Base
oder Ähnlichem.
Andere Beispiele für
die anzubauenden Quervernetzer des Polysiloxans sind: Polysiloxan,
welches in einen Gelzustand aufgeweicht wurde, Komposite, in denen
monomeres Polysiloxan in gelförmiges
Polysiloxan gemischt wurde und Komposite, bei denen polymeres Polysiloxan
und monomeres Polysiloxan vermischt und quervernetzt sind.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Prinzip der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. In jedem der Ausführungsbeispiele ist das oben
beschriebene Silikonharz als temperaturkompensierendes Material
verwendet. Derselbe Effekt kann erreicht werden, auch wenn die oben
beschriebenen anderen Materialien verwendet werden.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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8 zeigt
einen temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung und 9 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Schnitts entlang der Linie b–b' in 8. Ein in 8 gezeigter
Gruppenwellenleiter 4 des herkömmlichen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
(1) ist an seinem mittleren Abschnitt mit einem
geraden Wellenleiterabschnitt 11 zur Bildung einer Nut
ausgestattet. Es sind ein Si-Substrat 1,
Eingangswellenleiter 2, ein erster Plattenwellenleiter 3,
ein zweiter Plattenwellenleiter 5, ein Ausgangswellenleiter 6 und
eine Nut 12 vorgesehen.
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Mit
Bezug zu 10 wird ein Verfahren zur Herstellung
des Wellenleiters gemäß der Erfindung
beschrieben.
- Schritt Q1: Ein Quarzglas ist auf einem Si-Substrat 1 in
einer Menge von 30 μm
durch einen Flammenansammlungsprozess angesammelt und in einem elektrischen
Brennofen transparent gemacht.
- Schritt Q2: Dann wird ein Kernglas, in dem Ge zugefügt ist auf
dem in Schritt Q1 angesammelten Glasfilm in einer Menge von 7 μm durch einen
Flammenakkumulierungsprozess angesammelt und in dem elektrischen Brennofen
transparent gemacht.
- Schritt Q3: Dann wird das Kernglas durch Photolitographie und
reaktives Ätzen
gemustert.
- Schritt Q4: Als Letztes wird das Quarzglas in einer Menge von
30 μm angesammelt
und transparent gemacht.
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Mit
dieser Abfolge von Handlungen wird ein eingebetteter Quarzwellenleiter
mit einem geringen Fortschreitungsverlust erzeugt.
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Die
Parameter des Gruppenwellenleitergittermultiplexers sind wie Folgend
bestimmt: Eine Längendifferenz
benachbarter Gruppenwellenleiter ist 50 μm, die Anzahl der Gruppenwellenleiter 4 ist
100, und eine Differenz der spezifischen Brechungsindizes der Wellenleiter
ist 0,45%. Mit dieser Gestaltung wird ein AWG mit einem Wellenlängenkanalintervall
von 1,6 nm, mit 8 Eingängen
und 8 Ausgängen
realisiert.
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Nachdem
der Wellenleiter hergestellt wurde, wurden zwei keilförmige Nuten 12 in
dem geraden Wellenleiterabschnitt 11 mit einer Trennsäge geformt.
Jede dieser Nuten 12 wurde durch und Einschneiden (lap-cutting)
der Nuten mit der Trennsäge
und allmähliche
Rotation einer Probe geformt. Die Nut 12 wurde so gebildet,
dass eine Breite davon, welche mit einem Wellenleiter mit der kürzesten
optischen Pfadlänge
des Gruppenwellenleiters 4 übereinstimmt, schmal war, und
eine Breite davon, welche mit einem Wellenleiter mit der längsten optischen
Pfadlänge übereinstimmt,
breit war. Insbesondere wurde die Nut 12 so geformt, dass eine
Länge des
Wellenleiters, welcher durch die Nut abzuschneiden war, um jeweils
0,6 μm vergrößert wurde. Dieses
Mal war die schmalste Breite 20 μm
und die breiteste Breite war 80 μm.
Eine Tiefe der Nut war 100 μm. Zuletzt
wurde ein Silikonharz in die Nut 12 getropft, geheizt und
geheilt. Der Temperaturkoeffizient der optischen Pfadlänge dieses
Silikonharzes betrug ungefähr
das –40-fache
des eines Quarzwellenleiters und betrug –4 × 10–4.
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Eine
Temperaturabhängigkeit
eines Transmissionsspektrums des hergestellten Gruppenwellenleitergittermultiplexers
ist in 11 gezeigt. Es ist zu sehen,
dass das Spektrum in einem Temperaturbereich von 25°C bis 75°C fast überhaupt
nicht variiert. Eine Temperaturabhängigkeit der Transmissionswellenlänge ist
in 12 gezeigt. Durch Vergleich der 11 und 3 ist
zu erkennen, dass die Transmissionsrate der Trans missionswellenlänge um ungefähr 2 dB
niedriger ist. Dies ist begründet
durch einen Strahlungsverlust in der Nut 12. Anhand 12 ist
zu sehen, dass eine Variation der Transmissionswellenlänge in dem
Temperaturbereich von 0°C
bis 80°C
0,05 nm oder weniger beträgt.
Dieser Wert ist hinreichend klein im Vergleich mit dem Kanalintervall
1,6 nm und daher ist es unnötig
die Temperatur mit Hilfe eines Peltierelements oder einer Heizung
zu steuern. Daher werden Bauteile wie eine Stromquelle und eine
Temperatursteuerung unnötig,
und es ist möglich,
die Kosten und Größe des Gruppenwellenleitergittermultiplexers
weitgehend zu verringern.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel
mit Ausnahme, dass ein geliertes Polymethylvinylsiloxan als temperaturkompensierendes
Material verwendet wurde. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wurden vinylterminiertes Polymethylphenylsiloxan (engl.: vinyl terminal
polymethyl phenyl siloxan), Methylhydridsiloxan und Platinkatalysator
in die Nut geladen und für
30 Minuten bei 150°C
zur Reaktion gebracht, wodurch ein temperaturkompensierendes Material
präpariert
wurde. Im Wesentlichen wurde derselbe Effekt wie beim ersten Ausführungsbeispiel
bestätigt.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
-
13 zeigt
einen temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
und 14 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts
entlang der Linie c–c' in 13.
Das dritte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass eine
Mehrzahl von engen Nuten durch Photolithographie und reaktives Ionenätzen gebildet
wurde. Wie in 15 gezeigt, steigt der Strahlungsverlust
bezogen auf eine Breite der Nut der vorliegenden Erfindung, d. h. einer
Länge des
geschnittenen Wellenleiters, abrupt an. Daher ist der Strahlungsverlust,
wenn zehn Nuten der Breite 10 μm
gebildet sind, kleiner als der Strahlungsverlust, wenn eine einzelne
Nut der Breite 100 μm
gebildet ist.
-
Daraufhin,
und unter Berücksichtigung
der Reproduzierbarkeit des Ätzens,
wurde die minimale Nutbreite auf 10 μm festgesetzt und die Anzahl
der Nuten auf 5 gesetzt. Eine Länge
des geschnittenen Wellenleiters wurde jeweils um 0,25 μm erhöht. Dieses
Mal war der Strahlungsverlust 1 dB. Im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel
ist der Strahlungsverlust auf die Hälfte reduziert und der Effekt
der vorliegenden Erfindung konnte bestätigt werden.
-
Um
die Reflektion an einer Phasengrenze zwischen dem Quarzwellenleiter
und dem Silikonharz zu unterdrücken,
wurde der Winkel zwischen der Nut 13 und dem geraden Wellenleiter 11 in
einem Bereich zwischen 90° bis
5° geneigt.
Im Ergebnis betrug der Rückgabeverlust
40 dB oder mehr.
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Ferner
wurde erfunden, die Mehrzahl der Nuten zu verbinden und den Winkel
an der verbundenen Stelle abzurunden und dabei den Fluss des Silikonharzes
gleichmäßig zu machen,
so dass, wenn das Harz einmal eingetropft wurde, das Harz in alle
Nuten geladen werden konnte.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
-
In
dem vierten Ausführungsbeispiel
ist die Form der Nut des vorherigen Ausführungsbeispiels so gebildet,
dass nur ein spitzes Ende in einer keilförmigen Konfiguration geformt
wurde, und andere Abschnitte gleiche Breiten haben.
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Die
Maske wurde so gestaltet, dass in einem Abschnitt, in dem sich eine
Nutbreite an dem spitzen Ende ändert
(keilförmiger
Abschnitt), eine Länge
des zu schneidenden Wellenleiters schrittweise um jeweils 1,25 μm erhöht wird.
Eine Breite der am rechten Ende keilartigen Nut variiert schrittweise
um 1,25 μm
in einem Bereich von 8 bis 14,25 μm,
und eine Breite mit Bezug auf den nächsten Wellenleiter kehrt zurück auf 8 μm und eine
weitere Nut wird hinzugefügt.
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Durch
Ausbildung der Nut in solch einer Form, wird eine Gesamtlänge der
geschnittenen Wellenleiter schrittweise um 1,25 μm erhöht und die längste Länge der
zu schneidenden Wellenleiter kann 14,25 μm pro Abschnitt betragen.
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Im
Ergebnis war der Gesamtstrahlungsverlust einen kleinen Wert wie
weniger als 0,3 dB.
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(Fünftes
Ausführungsbeispiel)
-
17 zeigt
ein Gruppenwellenleitergitter, welches ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels
ist, und insofern dasselbe ist, dass eine 1/2-Wellenlängen-Platte 46,
deren Hauptachse um 45° gegenüber dem Substrat
geneigt ist, in einem mittleren Abschnitt eingebaut ist. Die Wellenlängen-Platte 46 ist
aus einem dünnen
Polyimidfilm gemacht und durch Klebstoff befestigt.
-
Im
Ergebnis wurden, wenn ein Licht durch den Gruppenwellenleiter fortschreitet,
dessen TE-Modus und TM-Modus ausgetauscht und ein Gruppenwellenleitergittermultiplexer,
dessen λc
nicht von der Polarisation des Eingangslichts abhängt, konnte
produziert werden. Die Tatsache, dass λc nicht von der Temperatur abhängt, ist
die gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
-
18 beruht
auf demselben Prinzip wie das fünfte
Ausführungsbeispiel.
Jedoch unterscheidet es sich dadurch, indem eine Nut 48,
in welche das temperaturkompensierende Material eingebracht ist,
in einem zentralen Abschnitt des Gruppenwellenleiters gebildet ist,
und ein Silikonharz und eine 1/2-Wellenlängen-Platte
in die Nut 48 eingebracht ist. Das Silikonharz weist zwei
Funktionen auf, d. h. eine Funktion zur Herstellung der Temperaturunabhängigkeit
und eine Funktion zur Befestigung der Wellenlängen-Platte, und ist zusammen mit
dem temperaturkompensierenden Material verwendet, welches es ermöglicht,
den Produktionsprozess eines temperaturunabhängigen und polarisationsunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
zu verkürzen.
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(Siebtes Ausführungsbeispiel)
-
19 bis 21 zeigen
einen temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer eines siebten Ausführungsbeispiels.
Eine Lichtwellenleiterschaltung, eine Nutform und ein für den Gruppenwellenleitergittermultiplexer
verwendetes Silikonharz sind die gleichen wie die beim dritten Ausführungsbeispiel
aber haben ein Merkmal, dass die Nut 13 und das Silikonharz 10 durch
einen auf einer Oberfläche
einer Probe angeordneten Si-Deckel 16 luftdicht versiegelt
sind. Dies ist dadurch begründet,
dass der Brechungsindex des Silikonharzes in Abhängigkeit von der umgebenden
Feuchtigkeit variiert, und die Transmissionswellenlänge des
Gruppenwellenleitergittermultiplexers gehindert wird, mit der Variation
des Brechungsindex des Silikonharzes zu variieren. Eine Befestigung
des Deckels wurde mit Hilfe von SnPb-Lötfilmen 15 und 16'' gemacht. Der Grund weshalb die
SnPb-Lötfilme 15 und 16'' verwendet wurden, ist, dass festgestellt
wurde, dass Adhäsion bei
einer so niedrigen Temperatur wie ungefähr 200°C erreicht werden könnte, welches
mit anderen Verschweißungen
oder AuSn-Lot nicht
möglich
ist, und ein auf das Silikonharz einwirkender Einfluss kleiner würde.
-
Ferner
ist der Grund, aus dem der für
die luftdichte Versiegelung verwendete Deckel 16 aus Si
gemacht wurde, der, dass, wenn dasselbe Material wie das des Lichtwellenleiterschaltungssubstrats
verwendet wird, keine thermische Spannung erzeugt wird, auch wenn
die Temperatur variiert. Der Deckel 16 wurde so erzeugt,
dass mit Abdecklack die Form der Kante des Deckels in dem Si-Substrat
nachgebildet wurde, und dann auf einer Innenseite davon mit KOH
nassgeätzt
wurde, um eine Vertiefung 16' zu
bilden, und nachdem der Abdecklack entfernt wurde, SnPb-Lot auf
der gesamten inneren Oberfläche
des Si-Deckels 16 in
einer Menge von ungefähr
10 μm angesammelt
wurde mit Hilfe eines Vakuumaufdampfungsprozesses. Das Substrat
des Gruppenwellenleitergittermultiplexers wurde mit einem Au-Film 15 gebildet,
welcher dieselbe Form wie die Kante des Deckels 16 durch
den Vakuumaufdampfungsprozess und Trockenätzung hat. Der Schritt zur
Befestigung des Deckels wurde in einer trockenen Stickstoffatmosphäre ausgeführt, so
dass kein Wasser oder keine Feuchtigkeit eindringen.
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22 zeigt
eine Feuchtigkeitsabhängigkeit
der Transmissionswellenlänge
des Gruppenwellenleitergittermultiplexers bei Raumtemperatur bevor
und nachdem die luftdichte Versiegelung vorgenommen wurde. Im Vergleich
mit dem Fall, bevor die luftdichte Versiegelung vorgenommen wurde,
ist zu sehen, dass die Transmissionswellenlänge nicht mit der Feuchtigkeit
variiert, nachdem eine luftdichte Versiegelung gemacht wurde.
-
In
dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Wellenleiter sind
Kerne in dem Mantel eingebettet. In einem Abschnitt, in welchem
eine große
Anzahl von Kernen vorliegt, ist die Manteloberfläche ungefähr 1 μm höher als ein Abschnitt, in dem
kein Kern ist. Daher ist zwischen dem Deckel und dem Mantel in manchen
Fällen
eine Lücke
von 1 μm
erzeugt. Daraufhin ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Dummy-Wellenleiter 23 in
einem Bereich, der breiter ist als der Deckel 16, angeordnet,
um die Höhe
der Manteloberfläche einheitlich
zu machen.
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(Achtes Ausführungsbeispiel)
-
23 und 24 zeigen
einen temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer des vorliegenden achten Ausführungsbeispiels.
Eine Lichtwellenleiterschaltungsstruktur, eine Nut und ein zur Beladung
verwendetes Silikonharz sind dieselben wie die aus dem dritten Ausführungsbeispiel.
Der Unterschied besteht darin, dass nachdem das Silikonharz 10 in
die Nut 13 geladen wurde, die Nut 13 und das Silikonharz 10 mit
einem Epoxyd-basierten Harz 17 bedeckt werden. Epoxyd-basiertes Harz hat
eine niedrigere Transmissionsrate für Feuchtigkeit, und hat einen
Effekt, das Silikonharz gegen Feuchtigkeit zu schützen, wie
der Deckel in dem siebten Ausführungsbeispiel.
Ferner bestehen im Vergleich mit dem vorangehenden Ausführungsbeispiel
die Vorteile, dass die Materialkosten extrem niedrig sind und die
Herstellung einfach ist.
-
Die
Eigenschaften des temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexers
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
in Bezug auf die Feuchtigkeit waren die gleichen, wie die des siebten
Ausführungsbeispiels.
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(Neuntes Ausführungsbeispiel)
-
Ein
temperaturunabhängiger
Gruppenwellengittermultiplexer der vorliegenden Erfindung ist extrem
effektiv in der Reduzierung der Kosten des Gittermultiplexers, da
eine Temperatursteuerung unnötig
ist. Jedoch variieren die Transmissionswellenlängen um einen Bereich von ungefähr ±0,05 nm
für jede
Probe aufgrund von Fluktuation des effektiven Brechungsindex des
Wellenleiters. In einem herkömmlichen
temperaturabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer konnte die Transmissionswellenlänge durch
Variation der festgesetzten Temperatur in einem Bereich von ungefähr ±0,05 nm
angepasst werden. Jedoch kann in dem Gruppenwellenleitergittermultiplexer
der vorliegenden Erfindung die Transmissionswellenlänge nicht
wie in herkömmlicher
Weise durch Variation der festgesetzten Temperatur angepasst werden,
da die Transmissionswellenlänge
nicht von der Temperatur abhängt.
-
Um
dieses Problem zu überwinden,
wird in diesem vorliegenden Ausführungsbeispiel,
wie in 25 gezeigt, das Eingangslicht
von der Eingangsfaser 21 direkt auf den ersten Plattenwellenleiter 3 eingestrahlt, und
eine Position der Eingangsfaser wird in einer Richtung parallel
zur Endoberfläche
des Substrates bewegt, wobei die Transmissionswellenlänge angepasst
wird.
-
Als
Erstes wird der Gruppenwellenleitergittermultiplexer an der Endoberfläche des
ersten Plattenwellenleiters 3 abgeschnitten und poliert.
Als nächstes
wird eine Markierung 18 auf der Eingangsfaser 21 platziert und
eine ungefähre
Verbindungsposition der Eingangsfaser 21 mit Hilfe der
Markierung 18 festgelegt.
-
Hier
wird ein Licht mit einer Wellenlänge
eingegeben, welche hindurchgehen soll, und eine Verbindungsposition
der Eingangsfaser 21 wird so bestimmt, dass der Ausgang
aus der Ausgangsfaser 22 maximal wird. In diesem Zustand
wird die Eingangsfaser 21 an das Substrat 1 mit
Hilfe eines Ultraviolett-Heilungsharzes
befestigt. Gemäß dieser
Methode kann ein 1 × N
Gruppenwellenleitergittermultiplexer, in dem die Transmissionswellenlänge auf
einen gewünschten
Wert gedrückt
wird, realisiert werden.
-
In
den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 20 einen Überwachungswellenleiter.
-
(Zehntes Ausführungsbeispiel)
-
26 zeigt
einen temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer gemäß dem vorliegenden zehnten
Ausführungsbeispiel.
Eine Lichtwellenleiterschaltungsstruktur, eine Nut, und ein zu ladendes Silikonharz
und Ähnliches
sind dieselben, wie die des dritten Ausführungsbeispiels. Der Unterschied
besteht darin, dass das Substrat 1 entlang einer am ersten
Plattenwellenleiter 3 vorbeigehenden geraden Linie in zwei Teile
geteilt ist.
-
Ein
Herstellungsverfahren wird beschrieben. Wenn die Bildung der Nut 13 durch
das reaktive Ionenätzen
abgeschlossen ist, wird das Substrat auf der Vorder- und Rückseite
des ersten Plattenwellenleiters 3 in zwei Teile geschnitten.
Nachdem das Silikonharz in die Nut 13 gefüllt wurde,
werden die Eingangsfaseranordnung 22 und der Eingangswellenleiter 2 verbunden
und die Ausgangsfaseranordnung 22 und der Ausgangswellenleiter 6 werden
verbunden mit Hilfe von an gegenüberliegenden
Seiten des Gruppenwellenleitergittermultiplexers angeordneten Überwachungswellenleitern 20.
-
Als
Nächstes
wird als Markierung eine Markierungslinie 19, welche vor
dem Schneiden verbunden war, die Position des Substrates angepasst.
Nachfolgend werden zwei Substrate horizontal gedreht, so dass jeweils
ein Verlust der zwei Überwachungswellenleiter 20 minimal
wird. Hier sind die an den gegenüberliegenden
Seiten des Gruppenwellenleitergittermultiplexers angeordneten Überwachungswellenleiter 20 so
gestaltet, dass sie einen rechten Winkel gegenüber der geschnittenen Oberfläche bilden,
wie in 26 gezeigt. Zuletzt wird mit
der Eingabe eines Lichts mit einer Wellenlänge, deren Transmission beispielsweise
von der vierten Eingangsfaser zu der vierten Ausgangsfaser gewünscht ist,
eine relative Position der Proben bestimmt, so dass das von der
vierten Eingangsfaser an die vierte Ausgangsfaser transmittierte
Licht am stärksten
wird, und die zwei Substrate werden mit Hilfe eines UV-Heilungsharzes
fixiert.
-
Das
grundlegende Konzept des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist dasselbe
wie das des neunten Ausführungsbeispiels,
jedoch unterscheidet es sich davon dadurch, dass in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
auch ein Gruppenwellenleitergittermultiplexer mit mehreren Eingangsschnittstellen
realisiert werden kann.
-
(Elftes Ausführungsbeispiel)
-
27 zeigt
einen temperaturunabhängigen
Gittermultiplexer eines elften Ausführungsbeispiels. Der Gittermultipelxer
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von denen der ersten bis zehnten Ausführungsbeispiele
und ist vom Mach Zehnder Interferometer Typ. Das Prinzip, einen
temperaturunabhängigen
Typ zu machen, ist grundsätzlich
dasselbe wie das bei den Gruppenwellenleitergittermultiplexern.
Eine Län gendifferenz
zwischen zwei Wellenleiterarmen 27 und 29 des
Mach Zehnder Interferometers der vorliegenden Erfindung beträgt 1 mm
und FSR ist 1,6 nm. Der längere
Wellenleiterarm 29 wurde mit fünf Nuten 28 gebildet,
welche jeweils eine Breite von 7 μm
haben. Ferner ist ein Silikonharz in jede der Nuten 28 gefüllt. 28 zeigt
ein Transmissionsspektrum der Eingangsschnittstelle 24 an
die Ausgangsschnittstelle 25. 29 zeigt ein
Vergleichsergebnis der Temperaturabhängigkeit einer Wellenlänge, bei
der der Transmissionsratenverlust am höchsten wird, bevor und nachdem
die Nuten gebildet wurden und Silikonharz geladen wurde. Anhand 29 ist
zu sehen, dass die Transmissionswellenlängecharakteristik nicht von
der Temperatur abhängt.
In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 26 einen
Richtungskuppler.
-
(Zwölftes
Ausführungsbeispiel)
-
Das
vorliegende zwölfte
Ausführungsbeispiel
betrifft ein Ausrichtungsverfahren, wenn eine Eingangsfaser 21 mit
dem Plattenwellenleiter 3 in einem in 25 gezeigten
temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer, verbunden ist. In dem neunten
Ausführungsbeispiel
ist beschrieben, dass Licht aus dem Servicewellenleiter von der
Eingangsfaser 21 ausgestrahlt wird und eine Position der
Eingangsfaser so angepasst ist, dass eine z. B. an die vierte Ausgangsschnittstelle
transmittierte Lichtmenge, maximal wird, wodurch die Eingangsfaser 21 ausgerichtet
wird. Es ist sicher, dass die Methode des neunten Ausführungsbeispiels
die einfachste Methode ist, wenn das Transmissionsspektrum des Gruppenwellenleitergittermultiplexers
einer in 11 gezeigten Wellenform entspricht
und eine volle Halbwertsbreite (engl.: full width half maximum,
FWHM) davon hinreichend klein ist bezogen auf das Kanalintervall.
-
Jedoch
ist, wenn die FWHM relativ breit ist, oder wenn das Transmissionsspektrum
eine Wellenform wie in 30 gezeigt hat, die Wellenlänge mit
der größten Transmissionsrate
nicht notwendigerweise eine Mitte des Transmissionsratenbereichs.
-
Um
dieses Problem zu lösen,
wird gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
eine spontanes Emissions-(engl.: a spontaneous emission, ASE)-Licht
von einem Faserverstärker
mit einer breiten Wellenlängenkomponente
als Beleuchtungsmittel von der Eingangsfaser 21 auf den
Plattenwellenleiter 3 gestrahlt, und eine Position der
Eingangsfaser hinsichtlich einer Richtung senkrecht zum Substrat
festgelegt, so dass beispielsweise ein Transmissionslicht an die
vierte Ausgangsschnittstelle maximal wird. Hinsichtlich einer zum Substrat
parallelen Richtung wird das Transmissionsspektrum an der vierten
Ausgangsschnittstelle beispielsweise durch einen Spektralanalysator
gemessen, und die Eingangsfaser 21 wird so ausgerichtet,
dass das Zentrum des Transmissionsratenbereichs gleich der gewünschten
Wellenlänge
wird, und durch Klebstoff fixiert.
-
Bei
Verwendung dieses Verfahrens ist es möglich, die Transmissionswellenlänge des
Gruppenwellenleitergittermultiplexers immer an einer gewünschten
Wellenlänge
auszurichten, auch wenn die Form des Transmissionsspektrums nicht
eine einzelne Winkelform wie in 11 hat.
Das Ausrichtungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann auf das
in 26 gezeigte zehnte Ausführungsbeispiel angewendet werden.
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(Dreizehntes Ausführungsbeispiel)
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31 zeigt
einen temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel.
Eine Struktur des dreizehnten Ausführungsbeispiels ist die gleiche
wie die des zehnten Ausführungsbeispiels (26).
Jedoch ist eine Position, an der das Substrat geschnitten wird,
davon unterschiedlich. Im Fall von 26, wenn
die relative Position der zwei Substrate variiert wird, weicht eine
Entfernung zwischen dem Eingangswellenleiter und dem Gruppenwellenleiter,
d. h. eine Focusentfernung des eingangsseitigen optischen Systems,
ab. Um dies zu verhindern wird, wie in 31 in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
gezeigt, eine Schnittlinie 30 senkrecht zu einer den Eingangswellenleiter 2 und
den Gruppenwellenleiter 4 verbindenden Linie festgesetzt.
-
Mit
dieser Anordnung ist es möglich,
die Focusentfernung bei dem geplanten Wert zu halten, auch wenn
die relative Position der zwei Substrate variiert wird, um die Transmissionswellenlänge an einen
gewünschten
Wert festzusetzen.
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(Vierzehntes Ausführungsbeispiel)
-
32 zeigt
den temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer der vorliegenden vierzehnten
Ausführungsform,
und 33 zeigt eine Ansicht eines Schnitts entlang der
Linie f–f' in 32. Eine
Lichtwellenleiterschaltungsstruktur und ein zu ladendes Silikonharz
sind dieselben wie die im ersten Ausführungsbeispiel. Das vorliegende
Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel (8),
nur dadurch, dass die Nut 12 den ersten Plattenwellenleiter 3 oder
den zweiten Plattenwellenleiter 5 kreuzt. Der temperaturunabhängige Effekt
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist derselbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels, jedoch ist
der Strahlungsverlust in der Nut 12 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
kleiner als das des ersten Ausführungsbeispiels.
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(Fünfzehntes
Ausführungsbeispiel)
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34 zeigt
ein temperaturabhängiges
Gruppenwellenleitergittermultiplexermodul des vorliegenden fünfzehnten
Ausführungsbeispiels,
und 35 zeigt eine Seitenansicht davon. Die Lichtwellenleiterschaltung und
Eingangs- und Ausgangsfasern der vorliegenden Ausführungsform
sind die gleichen wie die in dem neunten Ausführungsbeispiel.
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Herstellungsverfahren
des temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexermoduls werden mit Hilfe von 36 erklärt.
- Schritt
R1: Eine in 34 gezeigte Lichtwellenleiterschaltung
wird auf einem Silizium-Substrat gebildet.
- Schritt R2: Eine vorbestimmte Nut wird durch Ätzen in
dem Gruppenwellenleiter geformt.
- Schritt R3: Ein Silikonharz wird in die Nut gefüllt.
- Schritt R4: Ein Faserverbindung verstärkendes Glas 35 wird
an eine Kante der Lichtwellenleiterschaltung angefügt und die
Endoberfläche
poliert.
- Schritt R5: Eine an einem Glasblock 34 befestigte Ausgangsfaseranordnung 22 und
der Ausgangswellenleiter werden verbunden.
- Schritt R6: Eine Position der Eingangsfaser wird bestimmt, und
die Eingangsfaser 21 wird mit einem Plattenwellenleiter
verbunden mit Hilfe der in dem neunten Ausführungsbeispiel gezeigten Methode.
Die Eingangsfaser wird durch den Glasblock 34 gestützt.
- Schritt R7: Eine Lichtwellenleiterschaltung, welche die Eingangs-
und Ausgangsfasern 21 und 22 verbindet, wird zwischen
ein Puffermaterial 33 gelegt (engl.: sandwiched) und in
ein Plastikgehäuse 32 gelegt.
- Schritt R8: Die Eingangs- und Ausgangsfasern 21 und 22 und
Plastikgehäuse 32 werden
aneinander angehaftet und durch eine Muffe 31 fixiert.
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Das
in 34 gezeigte temperaturunabhängige Gruppenwellenleitergittermultiplexermodul
wird durch die oben beschriebenen Schritte vervollständigt. Gemäß dem konventionellen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer variiert auch die Transmissionswellenlänge, wenn
dessen Temperatur variiert, und daher war es nötig, die Temperatur zu steuern.
Aus diesem Grund war es notwendig, das Substrat eng mit einem Peltierelement oder
einer Heizung zu verbinden.
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Jedoch
ist es in der vorliegenden Erfindung nicht nötig, das Substrat an das Peltierelement
oder einer Heizung zu befestigen, da die Transmissionswellenlänge nicht
von der Temperatur abhängt;
und wie in 35 gezeigt, ist es ausreichend,
das Substrat durch das elastische Puffermaterial (Dämpfungsmaterial)
zu halten.
-
Ferner
ist in dem Modul gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die Faser an der Muffe befestigt, so dass eine, wenn die Eingangs-
und Ausgangsfasern unabsichtlich gezogen werden, erzeugte Kraft nicht
an den Verbindungsabschnitt mit der Lichtwellenleiterschaltung weitergeleitet
wird.
-
Mit
den oben beschriebenen Merkmalen konnte das Wellenleitergittermultiplexermodul
realisiert werden, welches die tat sächlichen Nutzungsumgebungen
verträgt,
bei denen die Temperatur variiert, eine Vibration von außen erzeugt
wird und eine Zugbelastung auf die Fasern ausgeübt wird und Ähnliches.
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(Sechzehntes Ausführungsbeispiel)
-
37A und 37B zeigen
einen temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das grundlegende Konzept des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
ist dasselbe wie das des ersten Ausführungsbeispiels, insofern dass
die Nut 12 in dem Gruppenwellenleiter 4 gebildet
ist, und das Silikonmaterial geladen ist. Es wurde ein Wellenleiter mit
einer Differenz des spezifischen Brechungsindex von 0,75% verwendet.
Ein Krümmungsradius
des gekrümmten
Abschnitts des Wellenleiters kann im Vergleich kleiner sein als
in einem Fall, bei dem die Differenz der spezifischen Brechungsindizes
0,45% ist, wie oben beschrieben, und daher besteht ein Vorteil,
indem ein AWG mit kleinerer Größe gestaltet
werden kann. Jedoch besteht die unerwünschte Möglichkeit, dass ein Strahl einer
Wellenleitermode klein ist, und ein Strahlungsverlust in der Nut
größer wird.
-
Daraufhin
wird, wie in 37B gezeigt, eine Breite dieser
Abschnitte des Wellenleiters, welche die Nut 12 kreuzen,
vergrößert. Die
Abschnitte 36, deren Breiten schrittweise variieren, dienen
als Strahlkollimator und zeigen Effekte, dass, wenn ein Licht in
der Nut fortschreitet, welche keine Wellenleiterstruktur hat, Brechung reduziert
wird und ein Strahlungsverlust, wenn das Licht die Nut kreuzt, reduziert
wird. Als Ergebnis eines Experiments unter Verwendung eines Testwellenleiters
wurde bestätigt,
dass, wenn eine Breite der Nut 150 μm betrug und der Strahlkollimator 36 nicht
verwendet wurde, der Strahlungsverlust 5,4 dB war. Jedoch wenn der Strahlkollimator 36 hinzugefügt wurde,
betrug der Strahlungsverlust 2,8 dB und der Strahlungsverlust konnte deutlich
reduziert werden. Wenn die Nut mit Hilfe einer Trennsäge gebildet
wurde, was einfacher ist als die Verwendung von Photolithographie
und Trockenätzen,
wird eine Breite der Nut vergrößert. Jedoch
ist es auch in einem solchen Fall möglich, einen kleinen temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexer mit
einem geringen Strahlungsverlust in der Nut herzustellen, wenn das
vorliegende Ausführungsbeispiel
verwendet wird.
-
(Siebzehntes Ausführungsbeispiel)
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38A zeigt einen temperaturunabhängigen Gruppenwellenleitergittermultiplexer
des vorliegenden siebzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung
und 38B zeigt eine Schnittansicht
in der Umgebung der Nut 12. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wurde wie in dem sechzehnten Ausführungsbeispiel eine Differenz
des spezifischen Brechungsindex des Wellenleiters auf 0,75% gesetzt,
jedoch ist jede der gegenüberliegenden,
mit der Nut 12 dazwischen angeordneten Endflächen der
Wellenleiter mit einer Funktion als Linse ausgestattet durch Bildung
einer gekrümmten
Oberfläche.
In diesem Fall hat das Silikonharz 10 in der Nut einen
kleineren Brechungsindex als der Wellenleiterkern 7, und
daher ist eine konvex gekrümmte
Oberfläche ausgebildet,
um die Funktion einer Linse zu erfüllen.
-
Als
Erstes steht der Kern um einen Betrag von 5 μm von dem konvexen Wellenleiterende 37 hervor unter
Verwendung der Tatsache, dass die Ätzgeschwindigkeit des Mantels 8 schneller
ist als die des Kerns 7 bei Nassätzen mit Pufferfluoridsäure (engl.
buffer fluoride acid). Dann wurde der Kern auf 1300°C erhitzt,
um die Linsenform durch ein Phänomen
zu formen, dass das Kernglas schmilzt und durch Oberflächenspannung abgerundet
wird. Im Ergebnis wurde der Strahlungsverlust auf 2,1 dB reduziert,
wenn die Nutbreite 150 μm betrug,
und es wurde möglich,
einen temperaturunabhängigen
Gruppenwellenleitergittermultiplexer mit einem niedrigen Strahlungsverlust
zu realisieren. Wenn der Brechungsindex des temperaturkompensierenden
Materials höher
ist als der des Wellenleiters, kann eine andere Ätzflüssigkeit verwendet werden,
um den Kernabschnitt. zur Bildung einer konkaven Linse einzubeulen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie
oben im Detail beschrieben, macht die Lichtwellenleiterschaltung
(temperaturunabhängiger
Gittermultiplexer) der vorliegenden Erfindung eine Temperatursteuerung
unnötig,
welche gewöhnlich
zur Stabilisierung der Transmissonswellenlängencharakteristik nötig war.
Daher kann ein Peltierelement oder eine Heizung, ein Steuersensor
zu deren Steuerung und eine Stromquelle eingespart werden. Aufgrund
dieser Merkmale ist es möglich,
nicht nur die Kosten und die Größe des Gittermultiplexers
zu verringern, sondern auch einen elektrischen Verbrauch unnötig zu machen,
welcher im Stand der Technik immer nötig war. Es wird angenommen,
dass diese Effekte deutlich zu einer Entwicklung des Lichtwellenleitermultiplexkommunikationssystems
beitragen.
