DE69902254T2

DE69902254T2 - Verfahren zur abstimmung einer optischen vorrichtung

Info

Publication number: DE69902254T2
Application number: DE69902254T
Authority: DE
Inventors: E. Kohnke; B. Sparks
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: CN1294673A; TW416016B; CA2319373A1; AU3182299A; JP2002510039A; DE69902254D1; WO1999050616A1; EP1076805A1; EP1076805A4; EP1076805B1; US5949542A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Anmeldung basiert auf der vorläufigen Anmeldung S.N. 60/079,760 vom 27.3.98, welches wir als das Prioritätsdatum für diese Anmeldung beanspruchen (US-A-5949542, veröffentlicht am 9.7.99).
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abstimmung einer optischen Interferenzanordnung, welche eine Vielzahl von Wellenleitern aufweist, welche gemeinsam sich ausbreitende Lichtwellen überträgt. Die Abstimmung wird durch Verändern der optischen Weglänge von wenigstens zwei der Wellenleiter durchgeführt. Im Speziellen wird die optische Weglänge durch Verändern des Brechungsindexes von wenigstens einem Teil von zwei der Wellenleiterlängen verändert, indem die Teile der Wellenleiterlängen mit ultraviolettem Licht beleuchtet werden. Die zwei bestrahlten Wellenleiter werden so gestaltet, dass sie unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber ultraviolettem Licht aufweisen, was bei einer gleichzeitigen Bestrahlung zulässt, dass relativ unterschiedliche Veränderungen in der optischen Weglänge von wenigstens zwei Wellenleitern erzeugt werden.
Da die Telekommunikation mit Lichtwellenleitern sich auf Anwendungen mit höherer Kapazität zu bewegt hat und auf diese, welche gemultiplexte Signale beinhalten, welche an verschiedene Knoten auf Befehl bzw. bei Bedarf geliefert werden müssen, ist die Anforderung an robuste und vielseitige optische Komponenten angestiegen. Viele dieser Komponenten, Wellenlängenmultiplexer, Abzweigefilter und Schalter eingeschlossen, nutzen eine Phase-Verschiebe-Matrix von Wellenleitern, welche in diesem Dokument einfach als Vielzahl von Wellenleitern bezeichnet wird, um Phasendifferenzen zwischen den sich ausbreitenden Signalen einzuführen. Wenn die in der Phase verschobenen Signale in einem Koppel- oder Fokussierelement der optischen Anordnung zusammengeführt werden, tritt Interferenz auf und die Multiplex-, Filter- oder Schaltfunktion wird erzielt.
Da die Wellenlänge des Signallichtes typischerweise im Bereich von ein- oder zweitausend Nanometer liegt, muss die Phasenverschiebung der Vielzahl von Wellenleitern präzise hergestellt werden. Dies gilt besonders für Systeme, welche einen sehr dichten Kanalabstand haben. Die Herstelltoleranzen in den Brechungsindexprofilen und geometrischen Abmessungen von typischen Wellenleitern sind häufig groß genug, um eine inakzeptable Veränderung in der Multiplex- oder Filterfunktion der Anordnung einzuführen.
Deshalb beinhalten die meisten Herstellprozesse solcher Anordnungen einen Abstimmungsschritt, in weichem die spektrale Empfindlichkeit, d. h. die Signalstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge über ein vorgewähltes Wellenlängenband justiert wird. Typischerweise wird der Abstimmungsschritt als ein iterativer Vorgang ausgeführt, in welchem die optische Weglänge der Wellenleiter, welche die Vielzahl bildet, verändert wird, um die spektrale Empfindlichkeit der Anordnung zu verändern. Die spektrale Empfindlichkeit wird gemessen und eine andere optische Weglängenänderung hergestellt. Der Vorgang wird so lange fortgeführt, bis eine Target- bzw. Zielspektralempfindlichkeit erreicht wird.
Abstimmungsvorgänge, welche das Verändern der Geometrie, z. B. der Länge, von einzelnen Gliedern aus der Vielzahl der Wellenleiter beinhalten, sind lästig und zeitraubend. Auch stellen sie ein deutliches Problem in Bezug auf die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Abstimmung dar.
Dasselbe gilt für Abstimmungsvorgänge, welche auf thermischer Diffusion von Dotierstoffen beruhen, bei einzelnen Gliedern aus der Vielzahl von Wellenleiter, um die jeweilige optische Weglänge derselben zu verändern. Ein zusätzliches zeitraubendes Merkmal eines thermischen Verfahrens ist die Notwendigkeit, eine Abkühlperiode zuzulassen, bevor eine spektrale Messung durchgeführt werden kann und der nächste Iterationsschritt in der Abstimmung ausgeführt werden kann. Ein thermisches Verfahren wird oft mit Hysterese-Effekten belastet, welche bestenfalls Zeit kosten und welche im schlimmsten Fall den Abstimmungsprozess vollständig zerstören können.
In Fig. 5 der US-A-5,719, 974 wird UV-Licht auf einen Arm angewandt.
Deshalb besteht bei der Lichtwellenleiter-Telekommunikationsindustrie eine Notwendigkeit für ein Abstimmungsverfahren mit optischer Interferenzanordnung, welches schnell, stabil und wiederholbar ist.

Definitionen

- Eine optische Interferenzanordnung beinhaltet wenigstens zwei Wellenleiter. Der Leistungsausgang der Anordnung, über einen vorgewählten Wellenlängenbereich hinweg, hängt von dem relativen Unterschied in den Ausbreitungskonstanten der wenigstens zwei Wellenleiter der Interferenzanordnung ab.
- Die optische Weglänge eines Wellenleiters ist L&sub0; = ct, wobei c die Lichtgeschwindigkeit in Vakuum und t die Zeit ist, welche erforderlich ist, um die Länge L des Wellenleiters zu durchlaufen. Man beachte, dass sich, wenn n der Brechungsindex des Wellenleitermaterials und v die Lichtgeschwindigkeit im Material ist, sich dann L&sub0; = c(L/v) = c(L/[c/n]) = nL ergibt.
- Die spektrale Empfindlichkeit einer optischen Interferenzanordnung ist die Lichtausgangsleistung der Anordnung bei jedem der vorausgewählten Sätze von Lichtwellenlängen.
- Kohärentes oder sich gemeinsam ausbreitendes Licht besteht aus wenigstens zwei Lichtstrahlen, für welche die relative Phasenbeziehung bekannt ist.
- Ein Brechungsindexprofil ist die Beschreibung des Brechungsindexes eines Wellenleiters in jedem Punkt über eine Linie hinweg, oder ein Segment dessen, welches einen ersten und einen letzten Punkt aufweist, wobei der erste Punkt als das geometrische Zentrum des Wellenleiters gewählt wird und der letzte Punkt über eine Linie hinweg innerhalb des Wellenleiters gewählt wird, welche sich vom ersten Punkt senkrecht zur Längsachse des Wellenleiters erstreckt.
- Der lichtführende Bereich des Wellenleiters wird durch einen Querschnitt des Wellenleiters beschrieben, über welchen das geführte Licht läuft. Der lichtführende Bereich des Wellenleiters kann als der Querschnitt gewählt werden, über welchen ein Prozentanteil der Lichtenergie oder Leistung läuft. Der Prozentanteil wird typischerweise als nicht weniger als 60% gewählt. Eine Wahl im Bereich von 80% bis 90% der insgesamt übertragenen Lichtenergie ist nicht ungewöhnlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung erfüllt die Notwendigkeit für ein Verfahren zur Abstimmung optischer Interferenzanordnungen, d. h. von solchen, welche durch Kontrollieren der Interferenz von Lichtstrahlen arbeiten, welches schnell ist, leicht gesteuert werden kann und sehr gut voraussagbar und reproduzierbar ist.
Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Bildens einer optischen Interferenzanordnung, welche eine Vielzahl von Wellenleitern beinhaltet, welche optische Wege von unterschiedlicher optischer Länge beinhalten. Der Unterschied in der optischen Weglänge kann durch das Liefern von Wellenleitern erreicht werden, welche jeweils unterschiedliche physikalische Länge, jeweils unterschiedliches Brechungsindexprofil oder unterschiedlichen Brechungsindex aufgrund von sich ändernden Materialien, die das Brechungsindexprofil bilden, aufweisen.
Licht wird in eine der Fasern eingekoppelt, und ein ausgewählter Bruchteil des Lichtes wird in die anderen Faser(n) in einem Einkoppelgebiet eingekoppelt. Die unterschiedlichen Ausbreitungskonstanten der Fasern erzeugen einen relativen Phasenunterschied, welcher für Lichtsignale, die sich in der Faser (den Fasern) ausbreiten, auftritt. Diese Konfiguration führt zur Interferenz, nachdem die Signale in den nächsten Einkoppelbereich wieder eingetreten sind. Die Lichtleistung in den verschiedenen Fasern ist nach dem ersten Koppler in Phase. Die Lichtleistung, welche sich in jeder der Fasern ausbreitet, muss nicht gleichmäßig aufgeteilt werden. Eine andere Feststellung ist, dass die Vielzahl der Wellenleiter jeweils unterschiedliche optische Weglängen aufweisen, wobei das Licht in jedem der Wellenleiter gegenüber der Phase des Lichtes in jedem anderen aus der Vielzahl der Wellenleiter phasenverschoben ist. Die Lichtstrahlen aus der Vielzahl der Wellenleiter interferieren dadurch, wenn sie nach der Phasenverschiebung wieder miteinander verbunden werden, um eine spektrale Empfindlichkeit zu erzeugen, d. h. eine Lichtintensitätsverteilung über ein Wellenlängenband.
Die Herstelltoleranzen bei der Wellenleitergeometrie und des Brechungsindexprofiles reichen aus, um eine nicht akzeptierbare Änderung in der spektralen Empfindlichkeit der optischen Anordnung zu erzeugen. Deshalb wird die spektrale Empfindlichkeit der optischen Anordnung gemessen, und es werden Justierungen in der optischen Weglänge durchgeführt, um eine spektrale Empfindlichkeit herzustellen, welche ausreichend nahe, d. h. innerhalb einer vorgewählten Toleranz, der Target- bzw. Zielspektralempfindlichkeit ist. Die Justierungen in der Weglänge werden schnell, reproduzierbar und voraussagbar durchgeführt, indem wenigstens ein Teil von zwei oder mehreren aus der Vielzahl von Wellenleitern mit ultraviolettem (UV)-Licht bestrahlt werden. DAS UV-Licht ändert die spektrale Empfindlichkeit, indem das Brechungsindexprofil des bestrahlten Wellenleiterteiles geändert wird. Die bestrahlten Wellenleiter werden hergestellt, um unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber UV-Licht zu haben. D. h., die durch das UV-Licht induzierte Änderung im Brechungsindex der zwei Wellenleiter ist unterschiedlich, auch wenn die UV-Belichtungszeit und Intensität der Wellenleiter identisch ist. Da der Abstand zwischen den Wellenleitern bei typischen Komponenten klein ist, ist die gleichzeitige Bestrahlung häufig die einzige praktische Abstimmungsalternative.
Nach der Bestrahlung wird die spektrale Empfindlichkeit der Anordnung wieder gemessen und der UV-Bestrahlungsprozess wird, wenn nötig, wiederholt. Durch das iterative Messen und Bestrahlen des wenigstens einen Teils der zwei oder mehreren Wellenleiter kann die spektrale Empfindlichkeit einer optischen Interferenzanordnung so hergestellt werden, dass sie einer spektralen Zielempfindlichkeit innerhalb eines vorgewählten Zieles entspricht. Wenn die Abstimmung komplett bzw. abgeschlossen ist, kann die abgestimmte Anordnung durch Anwendung einer Wärmebehandlung, d. h. einem Glühschritt, stabilisiert werden. Ein typischer Glühzyklus beinhaltet die Schritte, die Anordnung auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 90ºC bis 200ºC zu bringen und die Anordnung bei dieser Temperatur für eine Zeit im Bereich von 1 Stunde bis zu 100 Stunden zu halten. In einigen Fällen kann die Anordnung mit einem Polymermaterial beschichtet werden. In diesen Fällen wird die obere Grenze der Glühtemperatur durch die Temperatur festgelegt, der das Polymer standhält. Für typische Polymerbeschichtungen liegt die obere Temperaturgrenze bei ungefähr 125ºC. Liegt keine Polymerbeschichtung vor, wird die obere Grenztemperatur durch die Temperatur bestimmt, welche den Abstimmungsvorgang storniert bzw. beendet. Für viele Anordnungsvarianten liegt diese Temperatur bei ungefähr 500ºC. Die Glühzeit und -temperatur stehen in Bezug zueinander, eine höhere Temperatur gestattet ein Verkürzen der Glühzeit. Wir ziehen für bestimmte Anordnungen Glühtemperaturen im Bereich von ungefähr 90ºC bis 500ºC und Zeiten im Bereich von ungefähr 0,1 Stunde bis 100 Stunden in Betracht. Das Glühen bewahrt effektiv die spektrale Empfindlichkeit der Anordnung über einen Zeitraum hinweg, der für das Nutzen in einer Umgebung für solche Anordnungen gebräuchlich ist.
In einer ersten Ausführungsform des Verfahren wird jeder aus der Vielzahl der Wellenleiter der Anordnungen so hergestellt, dass er unterschiedliche, d. h. einzigartige, Brechungsindexprofile aufweist. Der Unterschied im Brechungsindexprofil rührt von den Unterschieden in der Gewichtsprozentverteilung einer oder mehrerer den Index ändernder Dotierstoffe her. Die genutzten Dotierstoffe sind identisch, aber die Gestalt der jeweiligen Profile aus der Vielzahl der Wellenleiter ist unterschiedlich. Dieser Unterschied in der Profilgestalt führt dazu, dass identische UV-Bestrahlungsbelichtungen zu unterschiedlichen Änderungen in der optischen Wegfange des jeweiligen Wellenleiters führen.
In einer anderen Ausführungsform ist die Profilgestalt des jeweiligen Wellenleiters aus der Vielzahl die gleiche, aber die Materialien zum Ändern des Indexes des Wellenleiter, speziell jene Materialien, welche den Brechungsindex in einem Wellenleiter erhöhen oder erniedrigen, sind unterschiedlich. Ein typischer Glaswellenleiter wird aus nicht weniger als 70% Silizium hergestellt, welches mit den den Index erhöhenden Bestandteilen dotiert wird, wie z. B. Germanium, oder den den Index erniedrigenden Substanzen, wie z. B. Bor.
Die jeweiligen Profile aus der Vielzahl von Wellenleitern werden unterschiedlich durch identische UV-Belichtungen beeinflusst, da unterschiedliche Dotierstoffe durch das UV unterschiedlich beeinflusst werden. Z.B. ist Bor dafür bekannt, dass es empfindlicher gegenüber UV-Strahlung als Germanium ist. Eine optische Weglänge eines Wellenleiters, welcher einen höheren Gewichtsprozentsatz an Bor in dem lichtführenden Bereich hat, wird mehr verändert als derjenige Wellenleiter, welcher weniger Bor in dem lichtführenden Bereich aufweist.
Dieser Unterschied in der Empfindlichkeit unterschiedlicher Wellenleiterzusammensetzungen gegenüber UV gestattet, eine einzelne UV-Quelle zu nutzen, um simultan die Vielzahl der Wellenleiter abzustimmen, aus welchen die optische Interferenzanordnung besteht.
Bei einer jetzt anderen Ausführungsform des Verfahrens werden Kombinationen der Profilgestalt und unterschiedliche Mengen und Typen von den Index ändernden Dotierstoffen in den jeweiligen Wellenleitern aus der Vielzahl genutzt, um unterschiedliche optische Weglängen und eine spezielle Empfindlichkeit der jeweiligen Wellenleiter gegenüber der UV-Abstimmung zu erreichen. Zum Beispiel kann die Vielzahl in zwei Gruppen eingeteilt werden, wobei eine erste Gruppe jeweilige UV-Empfindlichkeitsunterschiede entsprechend den Unterschieden der Indexprofilgestalt aufweist, und eine zweite Gruppe, welche jeweils UV-Empfindlichkeitsunterschiede aufgrund identischer Indexprofile aufweist, wobei die Unterschiede in der Zusammensetzung, wie z. B. die Aufteilung in Gewichtsprozenten an Bor, welches gemeinsam mit Germanium über das Profil hinweg dotiert ist, auftreten.
Es ist davon auszugehen, dass der Umfang der Erfindung andere Kombinationen der Profilform und Zusammensetzung beinhaltet. Zum Beispiel können sowohl die Profilform bzw. -gestalt und die Unterschiede in der Borverteilung bei jedem aus der Vielzahl von Wellenleitern in einer optischen Interferenzanordnung genutzt werden. Die Mischung von Profilformen und Zusammensetzungen wird durch die gewünschte Empfindlichkeit aus der Vielzahl von Wellenleitern gegenüber UV-Bestrahlung bestimmt. Getrennt davon wird festgestellt, dass man die UV-induzierte Verschiebung der spektralen Empfindlichkeit aus einer Vielzahl von Wellenleitern durch geeignete Wahl des Indexprofils und der Zusammensetzung des Wellenleiters vorauswählen kann.
Es werden Ausführungsformen des Verfahrens betrachtet, bei welchen jeder einzelne aus der Vielzahl der Wellenleiter getrennt mit UV-Licht behandelt wird. Die spektrale Empfindlichkeit wird durch das Steuern der UV-Belichtungszeit und - Intensität abgestimmt, welche auf jeden Wellenleiter getrennt gerichtet wird. Es wird erwartet, dass solche Flexibilität in der Abstimmung zu einer viel genaueren Abstimmung der aktuellen Empfindlichkeit auf Ziel-Spektralempfindlichkeit führen würde.
Jedoch werden für integrierte Anordnungen und sogar für kompakte Faseranordnungen räumliche Grenzen erwartet, welche eine Abstimmung erfordern, bei der die Vielzahl der Wellenleiter gleichzeitig UV-Belichtung empfangen.
Viele nützliche optische Interferenzanordnungen können konstruiert werden, bei welchen die Vielzahl der Wellenleiter zwei ist. In solchen Anordnungen wird die Gestaltung und das Abstimmen mehr oder weniger endgültig durchgeführt, welche durch die stark reduzierte Anzahl von Variablen gegeben ist. Eine Klasse von Anordnungen, welche nur zwei Wellenleiter in dem relativen Phasenänderungsteil der Anordnung haben, sind die Gitter- bzw. Kreuzgliedfilter oder optischen Schaltkreise mit Gitter- bzw. Kreuzgliedform. Siehe z. B. "Synthesis of Coherent Two Port Lattice Form Optical Delay Line Circuit", Jinguji, et al., Journal of Lightwave Technology, Band 13, Nr. 1, Januar 1995, S. 73-82. In Fig. 2 der Referenz sieht man Schaltkreise, welche aus Verzögerungsleitungen, Richtungskopplern und Untereinheiten zum Phasenändern oder Phasenverschieben gebildet werden. Die Untereinheiten zum Phasenverschieben sind die Vielzahl der Wellenleiter, welche in diesem Dokument aufgeführt und beschrieben werden.
Die Schaltkreise der Gitter- bzw. Kreuzgliedform können abgestimmt werden, indem das neue Verfahren, das hier aufgeführt wird, genutzt wird. Eine Anzahl von Anordnungen kann hergestellt werden, indem diese Gitterformschaltkreise genutzt werden, wie z. B. lineare Chebyshev-Filter, Fourier-Filter, Vielkanalwähler und Gruppenlaufzeit-Dispersionsentzerrer.
Ein spezielles einfaches, aber sehr nützliches Gitterfilter ist das Mach-Zehnder-Filter oder Interferometer, welches aus einem Eingangskoppler, einem die Phase vernänderndem Paar von Wellenleitern und einem Ausgangskoppler besteht. Das hier beschriebene neue Verfahren ist außerordentlich nützlich zur Abstimmung dieses Filtertyps.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer optischen Interferenzanordnung.
Fig. 2 ist ein Diagramm der spektralen Empfindlichkeit eines Mach-Zehnder-Filter-Interferometers.
Fig. 3 ist ein Diagramm der Verschiebung der spektralen Empfindlichkeit einer optischen Interferenzanordnung, welche mit UV-Licht bestrahlt wird.
Fig. 4 ist ein Punktdiagramm, welches die Änderung in der Zentralwellenlänge in Abhängigkeit von der UV-Belichtungszeit für eine Mach-Zehnder-Anordnung zeigt.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer komplexeren Anordnung, welche drei Einkoppelbereiche und zwei Bereiche zum Phasenschieben beinhaltet.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Das neue Verfahren zur Abstimmung optischer Interferenzanordnungen hat drei grundsätzliche Vorteile gegenüber anderen Abstimmungstechniken, wie z. B. thermischer Diffusion. Das UV- Abstimmungsverfahren kann schnell durchgeführt werden, da die Belichtungszeit typischerweise kurz ist. Auch besteht eine Totzeit, in welcher auf das Abkühlen oder Stabilisieren der abgestimmten Anordnung gewartet wird, bevor eine Messung durchgeführt wird. Das UV-Licht kann genau zugeführt werden, in Form des zugeführten Energiebetrags und bezüglich des Ortes, an dem die Energie zugeführt wird. Der Vorgang ist auch reproduzierbar und wiederholbar dadurch, dass die Intensität und die Form des UV-Strahls konstant gehalten werden kann oder in einer vorhersagbaren Weise geändert werden kann, wenn Abstimmungsvorgänge an verschiedenen Anordnungen oder an Teilen der gleichen Anordnung ausgeführt werden.
In der Tat ist die Genauigkeit des Verfahrens derart, dass die Erfinder damit rechnen, dass, wenn die Datenbasis bezüglich des Einflusses von UV-Licht auf die optische Anordnung bezüglich der spektralen Empfindlichkeit größer wird, es möglich sein wird, die geeigneten Abstimmungsparameter vorherzusagen und somit die Notwendigkeit für das Messen der spektralen Empfindlichkeit nach der Abstimmung wegfallen kann.
Außerdem ist die Technologie zum Erzeugen und Formen von UV- Pulsen oder kontinuierlichen Strahlen voll entwickelt bzw. ausgereift. Es wird daher damit gerechnet, dass Herstellvorteile realisiert werden, wie z. B. gleichzeitige Bestrahlung von verschiedenen Anordnungen oder aktives Überwachen der spektralen Empfindlichkeit während einzelner oder wiederholter Belichtungen einer Anordnung mit UV-Licht.
Ein Blockdiagramm einer optischen Interferenzanordnung wird in Fig. 1 dargestellt. Ein Eingangswellenleiter 2 sendet Licht zum Koppler 4, welcher umgekehrt das Licht in die Vielzahl der Wellenleiter 6 koppelt. Es tritt eine relative Phasenveränderung des Lichtes auf, welches in die unterschiedlichen Einzelglieder aus der Vielzahl läuft. Die in der Phase verschobenen oder in der Phase veränderten Lichtstrahlen werden dann zum Koppler 8 übertragen, welcher das Licht zu einem Ausgangswellenleiter 10 überführt. Die Interferenz der in der Phase verschobenen Lichtstrahlen führt zu einem Unterschied in der Intensität des Lichtes im Wellenleiter 10, abhängig von der Lichtwellenlänge. D. h., ein Filtern eines Lichtsignales, welches auf der Wellenlänge beruht, ist aufgetreten. Andere Anordnungen von Eingangs- und Ausgangswellenleitern zusammen mit anderen Kopplertypen und Aufstellungen führen zu einer unterschiedlichen Leistung der optischen Anordnung, wie dies oben aufgeführt wurde.
Wie auch immer die Konfiguration der Anordnung ist, wird die Abstimmung über eine Bestrahlung von wenigstens einem Teil von zwei oder mehreren aus der Vielzahl von Wellenleitern 6 durchgeführt. Die wenigstens zwei Wellenleiter haben eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber UV-Bestrahlung entsprechend ihren Unterschieden in der Form des Wellenleiter- Indexprofils, der Art oder Konzentration des Dotierstoffes oder allem, was vorher aufgeführt wurde.
Eine typische spektrale Empfindlichkeit eines Mach-Zehnder- Interferometers wird in Fig. 2 gezeigt. Die Kurve 12 zeigt die relative Signaldämpfung als eine Funktion der Lichtwellenlänge. Man beachte, dass die Konfiguration der optischen Interferenzanordnung so gestaltet ist, dass Lichtsignalwellenlängen nahe dem Punkt 14 bei 1540 nm und Punkt 16 bei 1567 nm durchgelassen werden. Ein Lichtsignal nahe dem Punkt 18 bei 1553 nm wird gedämpft oder gefiltert.

Beispiel - Wirkung von UV-Strahlung auf ein Mach-Zehnder- Interferometer

Die optische Interferenzanordnung, welche entsprechend dem Stand der Technik als ein Mach-Zehnder-Interferometer bekannt ist, wurde bestrahlt, indem ein Excimer-Laser, der bei 248 nm, bei der KrF-Linie, arbeitet, verwendet wurde. Der Laser war ein Modell 205i, welcher von Lambda-Physik hergestellt wurde. Die Spitzenlichtstrahlungsdichte in der Ebene, welche die Wellenleiter 6 der Fig. 1 beinhaltet, war ungefähr 150 mJ/cm² für einen Puls, welcher eine Zeitdauer von ungefähr 25 ns hatte. Die Pulswiederholrate wurde anfangs auf 15 Hz gesetzt. Weiteres Experimentieren zeigte ausreichendes Verschieben der spektralen Empfindlichkeit bei Pulswiederholraten im Bereich von 1 Hz bis 15 Hz. Die Länge des mit gepulster UV-Strahlung belichteten Wellenleiters war ungefähr 4 mm.
Fig. 3 zeigt die ursprüngliche Spektralkurve 20 vor der Bestrahlung. Nach einer Minute der Belichtung der Wellenleiter 6 mit dem gepulsten UV-Laser wurden die Punkte 14, 16 und 18 dazu gebracht, verschoben zu werden, wie dies mit Kurve 22 der Fig. 3 dargestellt wird. Die spektrale Empfindlichkeit wurde weiter zu höheren Wellenlängen hin nach einer Belichtung mit gepulstem Laser von 3 Minuten, 5 Minuten und 10 Minuten verschoben, wie dies mit den Kurven 22, 24 und 26 jeweils gezeigt wird.
Man beachte, dass die spektrale Verschiebung pro Belichtungszeiteinheit nicht linear ist. Fig. 4 zeigt die Wellenlängenverschiebung eines Punktes auf der ursprünglichen Kurve, wenn die Belichtungszeit anwächst. Punkt 28 auf dem Diagramm der Fig. 4 zeigt eine Veränderung von ungefähr 4,2 nm nach ungefähr 1 Minute Belichtung mit dem gepulsten Excimer-Laser. Nach einer Belichtung von 5 Minuten, Punkt 30, wurde eine Wellenlängenverschiebung von ungefähr 7,3 nm erreicht, weniger als die doppelte Verschiebung für ein 5-mal höhere Belichtungszeit. Bei einer 10-minütigen Belichtung, Punkt 32, betrug die spektrale Verschiebung ungefähr 9,3 nm. Die Gesamtkurve zeigte ein merkliches Abflachen der Belichtungszeiten im Bereich von 10 Minuten und länger. Nach der Abstimmung wurde die Anordnung stabilisiert, indem ein Glühzyklus bei einer Temperatur von ungefähr 100ºC für ungefähr 10 Stunden angewendet wurde.
Das neue Verfahren zur Abstimmung einer optischen Interferenzanordnung wurde erläutert, indem die einfachste der Anordnungen genutzt wurde. Jedoch beabsichtigen die Erfinder, kompliziertere Anordnungen abzustimmen, indem im Wesentlichen die gleichen Bestrahlungsweisen angewendet werden, die in dem oben aufgeführten Beispiel bekannt gemacht werden. Zum Beispiel wird eine Vielzahl von Wellenleitern in einem ebenen integrierten Bündel betriebsfertig abgestimmt, indem das Verfahren, welches hier bekannt gemacht wird, benutzt wird. Dies stimmt speziell für Optiken, welche zum Homogenisieren des UV-Pulses über eine ausgedehnte Fläche erhältlich sind. Wenn man den Excimer-Laser, welcher oben beschrieben wurde, nutzt, welcher einen rechteckig geformten Strahl emittiert, erreicht man eine gleichmäßige Bestrahlung über eine Länge von 26 mm. Mit dieser Leistungsfähigkeit wird erwartet, eine signifikante Kostenreduktion bei der Herstellung zu bieten, aufgrund der gleichzeitigen Bestrahlung von verschiedenen Anordnungen.
Ein Beispiel einer komplexeren Anordnung, welche abgestimmt werden kann, indem die neue Technik von hier genutzt wird, wird in Fig. 5 gezeigt. In diesem Beispiel werden drei Koppelbereiche 34, 40 und 42 durch zwei Phasenschiebebereiche 36 und 38 getrennt. Jeder der Phasenschiebebereiche kann getrennt abgestimmt werden, womit ein hoher Grad an Flexibilität bezüglich der Abstimmungsleistungsfähigkeit der Anordnung geboten wird.
Um kompliziertere Filter, wie z. B. Fourier- oder Chebyshev- Filter, abzustimmen, können die Glasdotierstoffpegel oder Indexprofile aus der Vielzahl von Wellenleitern vorausgewählt werden und in einem Bündel angeordnet werden. Die Abstimmung könnte dann durchgeführt werden, indem eine gleichzeitige Bestrahlung aus der Wellenleitervielzahl durchgeführt wird, indem im Wesentlichen die gleiche Apparatur, welche oben aufgeführt wurde, genutzt wird.

Claims

1. Verfahren zur Abstimmung einer optischen Interferenzanordnung, welches die Schritte aufweist:

a) Bilden einer optischen Interferenzanordnung, welche eine Vielzahl von Wellenleitern aufweist, in welchen sich Licht gemeinsam ausbreitet, wobei jeder der Wellenleiter ein erstes und ein zweites Ende, ein Brechungsindexprofil, einen Licht führenden Bereich und jeweils eine optische Weglänge aufweist;

b) Einkopplung von gemeinsam sich ausbreitendem Licht in das erste Ende eines jeden aus der Vielzahl von Wellenleitern, wobei das Licht eine Phase hat und die Phase an jedem ersten Ende aus der Vielzahl von Wellenleitern bekannt ist, wobei eine relative Phasenverschiebung des Lichtes, welches durch die Vielzahl von Wellenleitern läuft, auftritt, um ein spektrales Ansprechverhalten bzw. eine spektrale Empfindlichkeit des Lichtes, welches aus den jeweiligen zweiten Enden aus der Vielzahl von Wellenleitern austritt, zu erzeugen;

c) Messen des spektralen Ansprechverhaltens des austretenden Lichtes über ein vorher ausgewähltes Band von Wellenlängen;

d) Vergleichen des gemessenen spektralen Ansprechverhaltens des Schrittes c) mit einem spektralen Target- bzw. Zielansprechverhalten;

e) Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, während eines vorgewählten Zeitintervalls und bei einer vorgewählten Strahlungsdichte, wenigstens eines Teils von wenigstens zwei aus der Vielzahl der Lichtwellenleiter, um die optische Weglänge des Teiles des Wellenleiters zu ändern, um damit das spektrale Ansprechverhalten des Lichtes, welches aus der Vielzahl von Wellenleitern austritt, zu ändern, wobei die wenigstens zwei Wellenleiter jeweils ein unterschiedliches Ansprechverhalten gegenüber ultraviolettem Licht aufweisen; und,

f) Wiederholen der Schritte b) bis e), bis das gemessene Ansprechverhalten, innerhalb einer vorgewählten Toleranz, gleich dem spektralen Target-Antwortverhalten ist.

2. Abstimmungsverfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Schritt f) den Schritt des Glühens der optischen Anordnung bei einer Temperatur im Bereich von 90ºC bis 200ºC für die Dauer im Bereich von 1 Stunde bis 100 Stunden beinhaltet.

3. Abstimmungsverfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Schritt f) den Schritt des Glühens der optischen Anordnung bei einer Temperatur im Bereich von 90ºC bis 500ºC für die Dauer im Bereich von 0,1 Stunde bis 100 Stunden beinhaltet.

4. Abstimmungsverfahren nach Anspruch 1, in welchem jedes der Brechungsindexprofile aus der Vielzahl der Wellenleiter unterschiedlich ist, so dass die jeweilige induzierte Änderung in der optischen Weglänge aus der Vielzahl der Wellenleiter entsprechend den identischen Belichtungen mit ultraviolettem Licht, wie dies im Schritt e) des Anspruchs 1 aufgeführt wird, für jeden aus der Vielzahl der Wellenleiter unterschiedlich ist.

5. Abstimmungsverfahren nach Anspruch 4, in welchem wenigstens ein Teil der jeweiligen Licht führenden Bereiche aus der Vielzahl von Wellenleitern Bor enthält.

6. Abstimmungsverfahren nach Anspruch 1, in welchem wenigstens ein Teil der jeweiligen Licht führenden Bereiche aus der Vielzahl von Wellenleitern Bor enthält.

7. Abstimmungsverfahren nach Anspruch 6, in welchem die jeweiligen Brechungsindexprofile aus der Vielzahl von Wellenleitern identisch sind und das Bor eine Verteilung, ausgedrückt in Gewichtsprozent, über das Indexprofil hinweg hat, wobei die Gewichtsprozent-Verteilung des Bors über das jeweilige Brechungsindexprofil der Vielzahl der Wellenleiter hinweg unterschiedlich ist.

8. Abstimmungsverfahren nach Anspruch 1, in welchem die Vielzahl der Wellenleiter in eine erste und in eine zweite Gruppe eingeteilt wird, wobei die Summe der Wellenleiter der ersten und der zweiten Gruppe der Vielzahl entspricht, wobei die erste Gruppe Wellenleiter beinhaltet, welche unterschiedliche Brechungsindexprofile haben und die zweite Gruppe identische Brechungsindexprofile haben, wobei wenigstens ein Teil jedes Brechungsindexprofils Bor enthält, wobei das Bor über das Brechungsindexprofil hinweg eine in Gewichtsprozenten ausgedrückte Verteilung aufweist und die Gewichtsprozentverteilung des Bors über die jeweiligen Brechungsindexprofile der Vielzahl von Wellenleitern hinweg unterschiedlich ist.

9. Abstimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, in welchem jeder aus der Vielzahl von Wellenleitern eine identische Belichtung mit ultraviolettem Licht empfängt, wie im Schritt e) aufgeführt.

10. Abstimmungsverfahren nach Anspruch 9, in welchem die Vielzahl der Wellenleiter gleichzeitig mit ultraviolettem Licht belichtet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, in welchem die optische Interferenzanordnung zwei Wellenleiter aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, in welchem die optische Interferenzanordnung ein Gitter- bzw. Kreuzgliedfilter ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem die optische Interferenzanordnung ein Mach-Zehnder-Interferometer ist.