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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist allgemein auf integrierte optische Wellenlängenteilungs-Multiplexer/Demultiplexer-Einrichtungen
gerichtet, bei denen Licht mit einer spezifischen Wellenlänge (oder
spezifischen Wellenlängen)
in einer effizienten Weise hinzugefügt oder abgezweigt werden kann.
Die Einrichtung kann mit genauen Toleranzen, einer allgemein kompakteren
Konstruktion, und mit weniger Lichtverlust als typische Einrichtungen
hergestellt werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Einrichtungen
zum Hinzufügen
und Abzweigen von wellenlängen-kodierten
Signalen (Licht mit einer spezifischen Wellenlänge oder spezifischen Wellenlängen) sind
in dem technischen Gebiet bekannt. Derartige Einrichtungen verwenden
optische Fasern, die vorwiegend in Telekommunikationssystemen zusätzlich zu
lokalen Netzen, Computernetzen und dergleichen verwendet werden.
Die optischen Fasern sind in der Lage große Informationsmengen zu transportieren
und der Zweck der Einrichtungen der vorliegenden Erfindung besteht
darin eine gewählte
Menge von Information aus der Faser durch Abtrennen der Information,
die auf unterschiedlichen Wellenlängenkanälen geführt wird, zu extrahieren.
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Beugungsgitter
(z. B. Bragg-Gitter) werden verwendet, um ein schmales Band von
Wellenlängen zu
isolieren. Derartige Gitterreflektoren haben die Konstruktion einer
Einrichtung zur Verwendung bei der Hinzufügung oder Abzweigung eines
Lichtsignals bei einer vorgegebenen zentrierten Wellenlänge zu einem
faseroptischen Übertragungssystem
oder von diesem ohne Störung
von anderen Signalen bei anderen Wellenlängen ermöglicht.
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Bragg-Gittersysteme
zur Verwendung in optischen Kopplereinrichtungen sind in der US-A-5574807 offenbart.
Dieses Patent offenbart eine Einrichtung zur Verwendung bei der
Hinzufügung
oder Abzweigung von Lichtsignalen an vorgegebenen Mittenwellenlängen zu
einem faseroptischen Wellenlängenteilungs-Multiplexübertragungssystem
oder von diesem, welches Signale bei anderen Wellenlängen führt. Eine
Doppelkernfaser, die aus zwei im wesentlichen identischen Monomodefasern
besteht, die einen Kopplungsbereich bilden, werden hergestellt,
um eine im wesentlichen vollständige
Lichtkopplung des abklingenden Felds (evanescent field) von einem
Kern zu dem anderen in einem vorgegebenen Wellenlängenband
bereitzustellen. Die Doppelkernfaser umfasst auch ein Bragg-Gittersystem, welches
im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Doppelkernfaser ist.
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Die
US-A-5636309 offenbart eine Einrichtung des Typs, der in dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 nachstehend aufgeführt ist. Insbesondere offenbart sie
Mach-Zehnder (MZ) Typ Einrichtungen, die zwei planare optische Wellenleiter
verwenden, wobei jeder der Wellenleiter einen Kern und eine Ummantelung
umfasst. Die Wellenleiter umfassen gegenüberliegende Arme, die sich
zwischen zwei Kopplungsbereichen erstrecken. In den Kopplungsbereichen
sind die Kerne der jeweiligen Wellenleiter relativ nahe zueinander
angeordnet, um eine Kopplung des abklingenden Felds (evanescent
field coupling) zu ermöglichen.
Die voneinander beabstandeten Arme sind derart angeordnet, dass
die maximale Beabstandung zwischen den Armen ausreichend klein ist,
um eine gleichzeitige Bildung der Brechungsindex-Bragg-Gitter zu
ermöglichen,
indem beide Kerne gleichzeitig einer Brechungsindex-Änderungsbestrahlung
ausgesetzt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Einrichtung des Typs bereit, der
in dem Oberbegriff des nachstehenden Anspruchs 1 aufgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bragg-Gitterbereich sich durch
jede der Ummantelungsschichten und die Kernschicht erstreckt, die
alle aus fotoempfindlichen Materialien gebildet sind.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
folgenden Zeichnungen, in denen die gleichen Bezugszeichen die gleichen
Teile anzeigen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung
und sind nicht dafür
vorgesehen, um die Erfindung zu beschränken, sowie sie von den Ansprüchen, die
einen Teil der Anmeldung bilden, umfasst sind. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine Seitenelevationsansicht
einer optischen Signaleinrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei
die relative Positionierung des Substrats, der Ummantelungsschichten
und der Kernschichten gezeigt ist;
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2 eine schematische Ansicht
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung mit Wellenleitern, die positioniert sind, um eine
evanescente Kopplung in einem 3-dB Kopplerbereich der Einrichtung
zu ermöglichen;
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3 eine schematische Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die ähnlich
zu der 2 ist, wobei
die Wellenleiter in dem Kopplungsbereich angrenzend zueinander sind;
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4 eine schematische Ansicht
einer Ausführungsform ähnlich wie 2, wobei ein polymerischer
Balken in dem Kopplerbereich verwendet wird, um die Führung von
mehreren Moden lateral zu ermöglichen,
wodurch eine 3-dB Multimode-Interferenz-(MMI)-Koppler gebildet wird;
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5 eine schematische Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die ähnlich
wie 4 ist, wobei der
3-dB MMI Koppler eine verjüngte
Form aufweist;
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6 eine schematische Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die ähnlich
wie 4 ist, mit Ausnahme
davon, dass die Wellenleiter ungefähr in dem gleichen Abstand
zueinander sowohl in dem Bereich unmittelbar außerhalb der Koppler als auch in
dem Gitterbereich beabstandet sind;
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7 eine schematische Ansicht
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, die ähnlich wie 6 ist, wobei der MMI Koppler
eine verjüngte Form
aufweist;
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8 eine Ausführungsform
der Erfindung, die ähnlich
wie 2 ist, wobei die
voneinander beabstandeten Arme nicht vorhanden sind, was zu einem
nicht unterbrochenen 100% Richtkoppler führt;
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9 eine Ausführungsform
der Erfindung, die ähnlich
wie 8 ist, bei der die
Wellenleiter angrenzend zueinander sind;
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10 eine Ausführungsform
der Erfindung, die ähnlich
zu 8 ist, wobei der
100% Richtkoppler durch einen 100% MMI Koppler ersetzt ist;
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11 eine Ausführungsform
der Erfindung, die ähnlich
wie 10 ist, wobei der
100% MMI Koppler eine verjüngte
Form aufweist;
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12 eine schematische Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die eine 2-Kanal Hinzufügungs/Abzweigungs-Konfiguration
verwendet;
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13 eine schematische Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, wobei eine 4-Kanal Hinzufügungs/Abzweigungs-Konfiguration
verwendet wird; und
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14 eine schematische Ansicht
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, wobei eine 4-Kanal
Hinzufügungs/Abzweigungs-Konfiguration verwendet
wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist gerichtet auf eine optische Signaleinrichtung,
bei der gegenüberliegende
Wellenleiter eine Kernschicht und obere und untere Ummantelungsschichten
umfassen, in denen die jeweiligen Schichten aus einem fotoempfindlichen
Material gebildet sind, was die Anwendung eines Brechungs-Gittersystems
durch eine Fotolithographie erlaubt. Die optische Signaleinrichtung
stellt eine einfachere Einrichtung zur Herstellung mit weniger Lichtverlust
als Systeme bereit, die herkömmlicherweise
in dem technischen Gebiet verwendet werden.
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Im
Allgemeinen umfasst die optische Signaleinrichtung ein Substrat,
auf dem ein Paar voneinander beabstandeten Ummantelungsschichten
mit einer Kernschicht dazwischen vorgesehen sind, wobei die Kernschicht
ein Paar von gegenüberliegenden Wellenleitern
umfasst. Die Wellenleiter werden vorzugsweise auf die Kernschicht
durch eine direkte Fotolithographie aufgebracht, wie nachstehend
beschrieben. Die optische Signaleinrichtung umfasst auch eine Filtereinrichtung,
vorzugsweise in der Form eines Bragg-Reflektionsgittersystems, welches sich
durch den Kern und die Ummantelungsschichten erstreckt, um zu ermöglichen,
dass sich ein einzelner Wellenlängenkanal
(der nachstehend als eine Wellenlänge bezeichnet wird) von Licht
von einer Eingangslichtquelle abgetrennt wird.
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Bezugnehmend
auf 1 sind die prinzipiellen
Schichten gezeigt, die die optische Signaleinrichtung der vorliegenden
Erfindung bilden. Insbesondere umfasst die optische Signaleinrichtung 2 ein
Substrat 4, auf dem eine untere Ummantelungsschicht 6 und
eine obere Ummantelungsschicht 8 vorgesehen ist. Zwischen
den Ummantelungsschichten 6 und 8 ist eine Kernschicht 10 eingebettet,
in der Wellenleiter (nicht gezeigt) aufgedruckt sind, wie nachstehend beschrieben.
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Die
Anordnungen der Wellenleiter, die in der Kernschicht 10 aufgedruckt
sind, sind dafür
konstruiert, um eine optische Signaleinrichtung bereitzustellen,
bei der eine einzelne Lichtwellenlänge von einer Mehrfach-Wellenlängenlichtquelle
von der optischen Signaleinrichtung abgetrennt und abgegeben wird. Ein
Lichtsignal mit der gleichen Wellenlänge kann zu der optischen Signaleinrichtung
hinzugefügt
werden, wie nachstehend beschrieben.
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Die
Substrate, die für
die Herstellung der optischen Signaleinrichtungen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, können
aus einer Vielzahl von Materialien gewählt werden, einschließlich Glas, Silizium,
Plastik (z. B. Polyurethan und Polycarbonat) und dergleichen. Die
untere Ummantelungsschicht 6 und die obere Ummantelungsschicht 8 sind
vorzugsweise aus fotoempfindlichen Materialien gebildet, vorzugsweise
polymerischen Materialien, die einen niedrigeren Brechungsindexwert
als die Kernschicht 10 aufweisen.
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Die
Kernschicht 10, die einen höheren Brechungsindex als jede
der Ummantelungsschichten aufweist, ist ebenfalls aus einem fotoempfindlichen Material
gebildet. Derartige fotoempfindliche Materialien umfassen ethoxyliertes
Bisphenol-Diacrylat und Chlorfluordiacrylat und sind die Typen von
Materialien, die mit einer Energiequelle behandelt werden können, um
einen Bereich des Materials (z. B. wo die Wellenleiter aufgedruckt
werden) von einem anderen Bereich des Materials durch die Verwendung
von beispielsweise einer Fotomaske und dergleichen zu unterscheiden.
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Die
Auswahl von geeigneten Materialien für die Ummantelungsschichten 6, 8 und
die Kernschicht 10 wird in einer derartigen Weise ausgeführt, dass der
Unterschied im Brechungsindex der Kernschicht 10 und der
Brechungsindexes für
die Ummantelungsschichten 6, 8 geeignet ist, um
eine optische Signaleinrichtung bereitzustellen, die Licht in einem Monomodus
(d. h. dem Grundmodus, der ein im wesentlichen Gaus'sches Profil aufweist) überträgt. Die Auswahl
einer geeigneten Differenz in den Brechungsindexes hängt teilweise
von den Dimensionen der Wellenleiter ab, die in der Kernschicht
verwendet werden. Zum Beispiel sollten in einem Polymer mit einem
Brechungsindex um 1,5 für
Wellenleiter mit einer Höhe
und einer Breite von ungefähr
6 Mikron die Differenz in den Brechungsindexes zwischen dem Kern
und den Ummantelungsschichten nicht größer als ungefähr 0,0078
sein. Wenn die Dimension der Wellenleiter zunehmen, nimmt der Unterschied
in den Brechungsindexes ab. Zum Beispiel sollte ein 7 Mikron Wellenleiter
(Höhe und
Breite) einen Unterschied im Brechungsindex von nicht mehr als ungefähr 0,0057
verwenden. Für
8 Mikron Wellenleiter sollte der Unterschied in den Brechungsindexes
nicht mehr als ungefähr
0,0044 sein.
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Die
Auswahl einer geeigneten Differenz in den Brechungsindexes für ein gegebenes
Paar von Wellenleitern wird teilweise auch davon abhängen, ob
die Wellenleiter Biegungen darin aufweisen. Wenn Biegungen in den
Wellenleitern verwendet werden, dann sollte der Unterschied in den
Berechnungsindexes innerhalb des gegebenen Bereichs an dem höheren Ende
davon sein.
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Eine
Herstellung der optischen Signaleinrichtungen der vorliegenden Erfindung
wird durch Bilden der unteren Ummantelungsschicht auf einem Substrat
wie Glas ausgeführt.
Die Ummantelungsschicht wird vorzugsweise aus einem polymerischen Material
gebildet, welches auf eine Behandlung mit einer Energie (z. B. UV
Licht) ausgehärtet
wird (d. h. fotoempfindlich ist).
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Die
Kernschicht wird dann angebracht und die Wellenleiter werden darauf
aufgedruckt. Die Wellenleiter können
als ein positiver Fotolack oder ein negativer Fotolack aufgebracht
werden. Mit einem positiven Fotolack wird eine Maske über dem
Kernmaterial aufgebracht und UV Licht wird ausschließlich auf
den Bereich angewendet, wo die Wellenleiter nicht aufgedruckt werden
sollen. Mit einem negativen Fotolack ist die Maske in nur den Bereichen
klar, wo die Wellenleiter aufgedruckt werden sollen, und der Rest
des fotoempfindlichen Materials wird von einer Belichtung durch
eine UV Strahlung geblockt.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Gitter über beide Ummantelungsschichten
sowie die Kernschicht aufgebracht. Es ist bekannt, dass soviel wie
25% des Lichts, welches durch die Wellenleiter von bekannten optischen
Signaleinrichtungen geht, sich in den Ummantelungsschichten ausbreitet.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die Reflektion von Licht in den
Ummantelungsgebieten und deshalb eine signifikante Verringerung
in dem Lichtverlust auf Pegel weit unter 25%.
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Die
Verwendung von geeigneten fotoempfindlichen Materialien für den Kern
als auch die Ummantelungsbereiche erlaubt die Herstellung von optischen
Signaleinrichtungen mit einer Vielfalt von Konfigurationen für bestimmte
Anwendungen, wie nachstehend ausführlich diskutiert wird.
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Bezugnehmend
auf 2 ist eine optische Hinzufügungs/Abzweigungs-Signaleinrichtung
mit einem einzelnen Kanal in der Form einer Mach-Zehnder-Einrichtung 20 gezeigt,
die auf einem Substrat gebildet ist (siehe 1 für
die relative Position des Substrats). Die in 2 gezeigte Einrichtung 20, bei der
eine Kopplung des abklingenden Felds in den Kopplungsbereichen auftritt,
weist zwei im wesentlichen identische planare Wellenleiter 22, 24 auf,
die zueinander in zwei 3-dB Kopplungsbereichen 26, 28 in
der Form von Richtkopplern ausgerichtet sind. Zwischen den Kopplungsbereichen 26 und 28 befindet sich
ein Gitterbereich 30, der aus einem Gittersystem 32 gebildet
ist (z. B. aus Bragg-Gittern).
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Die
Wellenleiter 22 und 24 sind in der Ausführungsform
der 2 voneinander in
einem ausreichenden Abstand beabstandet gezeigt, so dass eine Kopplung
des abklingenden Felds nicht in dem Gitter-Bereich 30 auftritt.
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Licht
mit mehreren Wellenlängen
tritt in die Einrichtung 20 durch ein Eingangstor 34 ein.
Wellenlängen,
die mit dem Gittersystem 32 nicht in Resonanz geraten,
breiten sich durch das Gitter zu einem Ausgangstor 36 für eine weitere
Behandlung (z. B. eine weitere Demultiplexierung) aus. Eine vorgewählte Lichtwellenlänge, die
mit dem Gittersystem 32 in Resonanz gerät, wird in dem Gitterbereich 30 reflektiert
und verlässt
die Einrichtung 20 durch ein Abzweigungstor 38.
Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge kann zu der Einrichtung 20 durch
ein Tor 40 hinzugefügt
werden.
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Eine
Verbesserung der in 2 gezeigten Einrichtung
erlaubt, dass die Wellenleiter in den Kopplungsbereichen zueinander
so angrenzend sind, dass ein Null-Spalt zwischen den Wellenleitern vorhanden
ist. Bezugnehmend auf 3 sind
Kopplungsbereiche 50 und 52, in denen die Wellenleiter 22 und 24 angrenzend
zueinander sind (d. h. es gibt keinen Raum zwischen den Wellenleitern).
In dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ermöglicht
eine Null-Spalt-Konfiguration zwischen den Wellenleitern in dem
Kopplungsbereich 50 und 52 eine Verkürzung der
Einrichtung und erlaubt den hinzugefügten Vorteil einer einfacheren
Herstellung.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die 3-dB Kopplerbereiche in der
Form von 3-dB MMI Kopplern mit identischem Brechungsindex zu dem
Kernmaterial. Die MMI Koppler sind vorzugsweise aus einem polymerischen Material
identisch zu dem Kernmaterial gebildet. Der 3-dB MMI Koppler erlaubt
die gleiche Funktionalität wie
ein 3-dB evanescenter Koppler, der das Licht genau aufsplitten soll,
so dass jeder der zwei Wellenleiterarme, wenn es den Kopplerbereich
verlässt,
ungefähr
50 Prozent des Lichts empfängt.
Ein MMI Koppler beseitigt die Notwendigkeit für eine evanescente Kopplung,
was ein interfermetischer Prozess ist und somit gegenüber Herstellungsfehlern
und Umgebungsänderungen
sehr empfindlich ist. Ferner sind MMI Koppler toleranter, im Vergleich
mit evanescenten Kopplern, gegenüber
Veränderungen
in der Wellenlänge
und der Polarisation.
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Bezugnehmend
auf 4 ist eine Ausführungsform
einer optischen Signaleinrichtung der vorliegenden Erfindung mit
zwei Kopplerbereichen 60 und 62 gezeigt, die jeweils
einen 3-dB MMI Koppler 64 mit einem gleichförmigen rechteckförmigen Querschnitt
umfassen.
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Eine
Ausführungsform,
die sich auf diejenige bezieht, die in 4 gezeigt ist und die den Vorteil aufweist über kürzere Abstände hergestellt
zu werden, ist in 5 gezeigt.
In dieser Ausführungsform ist
ein 3-dB MMI Koppler 66 mit einem nach innen verjüngten Körper 70 vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Kanten parabolisch ausgestaltet. Die verjüngte Konfiguration
des MMI Kopplers 66, der in 5 gezeigt
ist, erlaubt dem Koppler weniger breit zu sein, was die Länge des Kopplers
und somit die Gesamtlänge
der optischen Signaleinrichtung verringert. Insbesondere weist der 3-dB
MMI Koppler gegenüberliegende
Enden auf, die eine größere Querschnittsfläche als
der verjüngte Körper aufweisen,
insbesondere in dem zentralen Abschnitt des verjüngten Körpers.
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Wie
voranstehend beschrieben sind die Wellenleiter in dem Gitterbereich
typischerweise voneinander in einem ausreichenden Abstand zueinander angeordnet,
so dass eine Kopplung nicht auftritt. Die Verwendung von MMI Kopplern
in dem Kopplungsbereich, wie voranstehend angegeben, beseitigt eine evanescente
Kopplung. Die MMI Koppler ermöglichen
eine 50-50 Aufsplittung des Lichts über einem breiten Bereich von
Wellenlängen
mit einer geringeren Polarisationsempfindlichkeit. Die Anmelder
haben bestimmt, dass deshalb, weil eine evanescente Kopplung zwischen
den Wellenleitern nicht auftritt, die in die Koppler eintreten und
diese verlassen, wenn die MMI Koppler in dem Kopplungsbereich verwendet
werden, dann der Abstand zwischen den Wellenleitern in dem Gitterbereich
nicht auf ein Ausmaß erhöht werden
muß, um
eine evanescente Kopplung zu verhindern. Infolge dessen kann der
Abstand zwischen den Wellenleitern auf dem gleichen Wert oder ungefähr dem gleichen
Wert in sowohl dem Bereich unmittelbar außerhalb der Koppler als auch
dem Gitterbereich gehalten werden.
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Bezugnehmend
auf 6 ist dort eine
optische Signaleinrichtung gezeigt, bei der ein MMI Koppler 64 in
Kopplungsbereichen 70 und 72 vorgesehen ist. Der
Abstand zwischen den Wellenleitern unmittelbar außerhalb
der Kopplungsbereiche 70 und 72 ist ungefähr der gleiche
wie der Abstand zwischen den Wellenleitern in dem Gitterbereich 74.
Die Ausführungsform
der Erfindung ist vorteilhaft, weil keine Biegungen in den Armen
vorhanden sind und somit die Wellenleiter eine kürzere Länge aufweisen. Eine Verringerung
in der Länge
durch die Beseitigung von Biegungen und die Beseitigung von biegungsverursachten
Abstrahlverlusten führen
zu einem geringeren Lichtverlust während des Betriebs der Einrichtung.
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Eine
verbesserte Version der in 6 gezeigten
Ausführungsform
ist in 7 gezeigt, bei
der die 3-dB MMI Koppler verjüngt
sind. Wie voranstehend in Verbindung mit einem Vergleich der Ausführungsformen
der 4 und 5 diskutiert ermöglicht die
verjüngte
Form, dass die Länge
der MMI Koppler verringert wird, während die gleichen Ziele erreicht werden
(d. h. eine 50/50 Kopplung durch eine Multimode-Indifferenz).
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung werden 100% Koppler (evanescent oder MMI) verwendet
und die Gitter werden in der Mitte der Koppler angeordnet. Diese
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den 8–11 gezeigt.
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Bezugnehmend
zunächst
auf 8 werden die Wellenleiter 22 und 24 in
enger Nähe
zueinander in dem gleichen Abstand in dem Kopplerbereich 80 und
dem Gitterbereich 30 (der mit dem zentralen Abschnitt des
Kopplers überlappt)
gehalten. Eine evanescente Kopplung findet in dieser Ausführungsform der
Erfindung statt. Die Länge
der Wellenleiter wird verringert, weil sämtliche Biegungen von dem Gitterbereich
beseitigt sind. Weil die Wellenleiter nicht getrennt sind, um eine
evanescente Kopplung an dem 3-dB zu stoppen, kann die Breite der
Gitter in dem Gitterbereich 30 auf weniger als diejenige
verringert werden, die typischerweise für die Einrichtungen stattfindet,
die in Verbindung mit den 2-7 gezeigt und beschrieben
wurden.
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Bezugnehmend
auf 9 sind die Wellenleiter 22 und 24 in
dem Kopplerbereich 80 und dem Gitterbereich 30 benachbart
zueinander angeordnet, so dass kein Spalt zwischen ihnen vorhanden
ist. Wie voranstehend in Verbindung mit den Ausführungsformen der 2 und 3 diskutiert erlaubt die Ausführungsform
der Erfindung eine einfachere Herstellung und ermöglicht,
dass die Dimensionen der optischen Signaleinrichtung gegenüber herkömmlichen
Einrichtungen verringert werden.
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In
der Ausführungsform,
die voranstehend in Verbindung mit 8 beschrieben
wurde, kann der evanescente Koppler durch einen 100% MMI Koppler
ersetzt werden, wie in 10 gezeigt.
Der Gitterbereich 30 überlappt
mit dem zentralen Abschnitt des Kopplerbereichs 80.
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Eine
verbesserte Version der optischen Signaleinrichtung die in 10 gezeigt ist, ist in 11 gezeigt. Ein nach innen
verjüngter
100% MMI Koppler wird verwendet. Der verjüngte MMI Koppler 102 verringert
die Dimensionen der optischen Signaleinrichtung, wie voranstehend
in Verbindung mit den Ausführungsformen
der 5 und 7 beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung kann als eine Mehrkanal-Hinzufügungs/Abzweigungs-Einrichtung hergestellt
werden. Bezugnehmend auf 12 ist dort
eine 2-Kanal Hinzufügungs/Abzweigungs-Einrichtung 110 gezeigt,
bei der die offenbarten Hinzufügungs/Abzweigungs-Filter 112 (zwei
sind gezeigt) vorzugsweise Mach-Zehnder-Typ Einrichtungen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung sind. Wie spezifisch in 12 gezeigt weisen die optischen
Hinzufügungs/Abzweigungs-Signaleinrichtungen
die Konfiguration auf, die voranstehend in Verbindung mit 3 beschrieben wurde.
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Im
Betrieb tritt eine Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen (λ1, λ2, λ3 ... λN)
in das Tor 114 ein, während
das Signal mit einer Wellenlänge
(λ1) das Tor 116 verlässt und
das Signal mit der Wellenlänge λ2 das
Tor 118 verlässt.
Der Ausgang des Tors 120 umfasst sämtliche Wellenlängen mit
Ausnahme der vorgegebenen Wellenlängen (λ1 und λ2),
die die Tore 116 bzw. 118 verlassen. Optional
kann Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge zu dem System durch die Tore 122 (λ2)
und 124 (λ1) hinzugefügt werden und wird die Einrichtung über das
Tor 120 verlassen. Die duale optische Signaleinrichtung
der 12 kann wesentlich
die Stärke
des Abzweigungskanals an dem Durchlasstor verringern, weil eine
beträchtliche Lichtmenge
in dem Kanal an das Abzweigungstor gesendet wird, und kann wesentlich
die Isolation zwischen den abgezweigten Signalen verbessern.
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Unter
Verwendung der gleichen Prinzipien wie voranstehend in Verbindung
mit der Ausführungsform
der 12 diskutiert kann
eine 4-Kanal Hinzufügungs/Abzweigungs-Einrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung konstruiert werden, wie in 13 gezeigt. Wie spezifisch
in 13 gezeigt weisen
die optischen Hinzufügungs/Abzweigungs-Signaleinrichtungen
die Konfiguration auf, die voranstehend in Verbindung mit 8 beschrieben wurde. In
diesem Fall können
vier Tore (130–136)
verwendet werden, um Signale hinzuzufügen, während vier Tore (140–146)
verwendet werden können,
um die Signale abzuzweigen. Das Tor 150 ist das Haupteingangstor
und das Tor 152 ist das Hauptausgangs-(Durchgangs)-Tor.
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Sämtliche
Einrichtungen, die in den 2–11 gezeigt sind, können in
Kaskade angeordnet werden, um Mehrkanal-Hinzufügungs/Abzweigungs-Einrichtungen
zu bilden. Die bevorzugte Ausführungsform
verwendet Mach-Zehnder-gestützte Hinzufügungs/Abzweigungselemente,
wie in den 2–7 gezeigt, da in diesen Einrichtungen,
(im Gegensatz zu Einrichtungen auf Grundlage von 100% Richtkopplern
wie in den 8–11 gezeigt), die Gesamtheit
der Gitter auf dem 3-dB Kopplungspegel reflektiert, was zu einer
größeren Menge
des Lichts an dem Abzweigungskanal, der das Abzweigungstor verlässt, führt.
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Unter
Verwendung der gleichen Prinzipien wie voranstehend in Verbindung
mit der Ausführungsform
der 12 und 13 offenbart kann eine 4-Kanal
Hinzufügungs/Abzweigungs-Einrichtung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Mach-Zehnder-gestützten Hinzufügungs-/Abzweigungselements
konstruiert werden, bei dem die 3-dB Koppler MMI Koppler von der Konfiguration
sind, die voranstehend in Verbindung mit 4 beschrieben wurde, und die besagte
4-Kanal Einrichtung ist in 14 gezeigt.
In diesem Fall ist das Haupteingangstor das Tor 160. Das
Hauptausgangs-(Durchgangs)-Tor ist 162, die Hinzufügungstore
sind die Tore 170–176 und
die Abzweigungstore sind die Tore 180–186.
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BEISPIEL 1
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Ein
Siliziumwafer wurde als ein Substrat verwendet. Ein flüssiger Negativ-Ton-Fotomonomer (aus
einem Gemisch von 20,0 g ethoxylatiertem Bisphenol-Diacrylat, 10,0
g Tripropylen-Glykol-Diacrylat, 0,6 g Fotoinitiator-Irgacure 651,
und 0,09 g Antioxidations-Irganox 1010) wurde spin-beschichtet,
um so eine Schicht zu bilden, die 10 um dick war und die danach
gleichförmig
unter eine Quecksilberlampe (Hg i-Linie, Wellenlänge = 365 nm) UV-ausgehärtet wurde,
wobei ein Festkörper-Dünnfilm mit
einem Brechungsindex von 1,4895 als eine untere Ummantelungsschicht
gebildet wurde. Ein flüssiger
Negativ-Ton-Fotomonomer
(aus einem Gemisch von 20,0 g ethoxylatiertem Bisphenol-Diacrylat,
8,0 g Tripropylen-Glykol-Diacrylat,
2,0 g 1,6-Hexanediol-Diacrylat, 0,6 g Fotoinitiator-Ugacure 651,
und 0,09 g Antioxidations-Irganox 1010) wurde auf die untere Ummantelungsschicht
spin-beschichtet, um so eine Schicht zu bilden, die 6 μm dick war,
und wurde in Kontakt mit einer Maske gebracht, wo die Wellenleitungs-Schaltung
(eine 4-Kanal Hinzufügungs/Abzweigungs-Einrichtung,
bei der jede der vier Hinzufügungs/Abzweigungs-Elemente
in der Kaskade ein Mach-Zender Interferometer war, wobei die 3-dB Koppler ein rechteckförmiger MMI
Typ ist) klar war (die Breite der Wellenleiter in der Maske war
6 μm), und
diese Schicht wurde danach selektiv UV-gehärtet durch die Maske unter
der Quecksilberlampe, wobei die Kern-Wellenleitungsschaltung sich
verfestigte, die einen vollständig
ausgehärteten
Brechungsindex von 1,4970 aufwies. Die Maske wurde entfernt und
die nicht freigelegten Abschnitte wurden unter Verwendung von Methanol
weg entwickelt. Der gleiche Fotomonomer, der für die untere Ummantelung verwendet
wurde, wurde auf die Kernstrukturen spin-beschichtet, um so eine angepasste
Schicht zu bilden, die 10 μm
dick war; diese Schicht wurde danach unter einer Quecksilberlampe
UV-belichtet, wobei
ein fester angepasster Film mit einem Brechungsindex von 1,4895
als eine obere Ummantelungsschicht gebildet wurde. Eine Phasenmaske
mit vier Gittern wurde verwendet, um (unter Verwendung eines Argon-Ionen-Lasers,
der bei 363,8 nm arbeitete) ein Gitter über die voneinander beabstandeten
Arme in jedem der vier Mach-Zehndern zu drucken. Dies wurde schließlich einer
abschließenden
UV-Härtung
unter der Quecksilberlampe (60 Sekunden) und einer abschließenden thermischen
Aushärtung
(90°C über 1 Stunde) ausgesetzt.
Die Einrichtung wurde getestet, indem der Siliziumwafer über die
Enden der Einrichtung abgeschrägt
wurde und Licht von einer EDFA (Erbiumdotiertem Faserverstärker) Quelle
in das Eingangstor eingekoppelt wurde, während die vier Abzweigungstore
mit einem OSA (optischem Spektrumanalysator) überwacht wurden. Der Test hat
ergeben, dass sämtliche
vier gewünschten
Abzweigungskanäle
an den richtigen Abzweigungstoren existierten.