DE69937014T2

DE69937014T2 - Lichtwellenleiterverzweigung mit Reflektor

Info

Publication number: DE69937014T2
Application number: DE69937014T
Authority: DE
Inventors: Minoru Nakahara-ku Kawasaki-shi Seino
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: US6243516B1; JPH11237517A; EP0938000A2; EP0938000A3; EP0938000B1; DE69937014D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lichtwellenleiter, welche zusammengelegt sind und einen Abzweigwinkel innerhalb eines spezifischen Bereiches haben.
2. Beschreibung zum Stand der Technik
Optische Kommunikationssysteme, welche Faseroptik-Übertragungsleitungen verwenden, werden dazu verwendet, um relativ hohe Mengen an Information zu übertragen. Da jedoch die Benutzer höhere Menge von Information, welche schnell zu übertragen ist, erfordern, und da mehrere Benutzer mit den Systemen verbunden sind, ist eine weitere Zunahme in der Übertragungskapazität von optischen Kommunikationssystemen erforderlich.
Lichtwellenleiter werden zu diesem Zweck verwendet. Beispielsweise werden Lichtwellenleiter in optisch externen Modulatoren, um eine Modulationsrate zu erhöhen, und in optischen Wellenfiltern für Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationen verwendet, um dadurch eine Übertragungskapazität von optischen Kommunikationssystemen zu erhöhen.
Lichtwellenleiter werden ebenfalls in verschiedenen Typen von optischen Vorrichtungen verwendet, um Messungen vorzunehmen.
Für solche Verwendungen von Lichtwellenleitern ist es wünschenswert, Lichtwellenleiter in einer integrierten Schaltung (typischerweise als ein „Chip" bezeichnet) auszubilden. Unglücklicherweise erfordern herkömmliche Lichtwellenleiter typischerweise Längen, welche so lang sind, dass sie verhindern, dass gewünschte Funktionen innerhalb eines einzelnen Chips implementiert werden. Beispielsweise können Lichtwellenleiter eine erforderliche Länge im Bereich von mehreren Zentimetern haben. Dies gestaltet es schwierig, Lichtwellenleiter in einem einzelnen Chip zu implementieren, trotz Lichtwellenleiter-Breiten, welche so schmal sind wie im Bereich von mehreren Mikrometern bis hin zu mehreren. Zehnfachen von Mikrometern.
Um dieses Problem zu umgehen, können Lichtwellenleiter mehrfach „gefaltet" werden, indem Wellenleiter-Reflektoren verwendet werden, um somit einen Lichtwellenleiter mit langer Länge innerhalb der Abgrenzungen eines einzelnen Chips zu implementieren.
Beispielsweise ist 1 ein Diagramm, welches einen herkömmlichen Lichtwellenleiter darstellt, welcher einen gefalteten Wellenleiteraufbau hat und auf einem einzelnen Chip als ein Mach-Zehnder-Modulator ausgebildet ist. (Diese Vorrichtung kann beispielsweise im Institut of Electronics, Information and Communication Engineers, Electronics Society Conference, C-151, 1995, gefunden werden).
Bezug nehmend nun auf 1 machen Wellenleiter 100 eine Wendung an einem Ende von dem Chip über einen gefalteten Wellenleiterabschnitt 101. Eine Reflexionstyp-Wellenplatte 102 ist bereitgestellt, bei welcher ein Licht reflektiert wird. Über eine Reflexion ändert sich ein TI-Licht auf ein TM-Licht, und ändert sich ein TM-Licht auf ein TE-Licht, wodurch ein Modulator erzielt wird, welcher eine Polarisation nicht unterscheidet.
In diesem Beispiel sind die Wellenleiter auf eine geometrische Weise gefaltet (Faltungswinkel: 9 Grad). Ein solcher Aufbau hat Probleme in der Vorrichtungsleistung. Wenn nämlich ein solch einfacher Aufbau angewendet wird, ist eine Länge eines Wellenleiters, bei welchem sich Lichtstrahlen treffen, viel mehr kurz. Sogar wenn eine Reflexionsoberfläche durch eine Schnittsäge oder dergleichen ausgebildet wird, kann ein Versatz, wie beispielsweise so klein wie 10 μm, eine ernsthafte Abweichung von der Reflexionsgeometrie bewirken, wodurch ein starker Verlust erzeugt wird. In diesem Beispiel kann ein Verlust von bis zu 2 dB eingebüßt werden.
Wenn der Faltungswinkel auf so gering wie einige Grade verringert wird, kehrt ein Reflexionslicht zu einem Wellenleiter zurück, durch welchen das ursprüngliche Licht hindurch trat. Dies stellt viele Probleme dar.
Angesichts der oben beschriebenen Probleme wurde ein Aufbau, welcher gefaltete Wellenleiter verwendet, in der Praxis niemals verwendet.
2 ist ein Diagramm, welches eine herkömmliche Wellenleiterfilter-Einsetztyp-Vorrichtung darstellt. (Diese Vorrichtung kann im Institut of Electronics, Information and Communication Engineers, Electronics Society Conference, C-229, 1995, gefunden werden, welche hier unter Inbezugnahme einbezogen ist).
Bezug nehmend nun auf 2 enthält die Vorrichtung Wellenleiter 110, einen 1,55 μm-Anschluss 112, einen allgemeinen Anschluss 114, einen dielektrischen Mehrfachschicht-Filter 116 und einen Quarzfamilie-Lichtwellenleiter 118, welcher auf einem Si-Substrat 120 ausgebildet ist. Die Wellenleiter 110 sind gemäß einer Reflexionsgeometrie angeordnet und haben einen hohen Reflexionswinkel (10 Grad bis 40 Grad), um zu vermeiden, dass reflektiertes Licht, dahin zurückgeht, wo es herkam. Daraus folgend hat eine Position, bei welcher sich der Filter 116 befindet, einen Toleranzpegel im Bereich von Mikrometern. Unglücklicherweise führt eine solch geringe Toleranz in der Vorrichtungs-Herstellungsgenauigkeit zu einem niedrigen Gewinn.
Daher gibt es Wellenleitervorrichtungen, welche gefaltete Aufbauten haben. Das Problem ist jedoch, dass ein Prozess zum Erzeugen dieser Vorrichtungen mit einer ausreichenden Genauigkeit nicht bekannt ist.
Dokument EP-A-0 726 475 beschreibt ein Lichtwellenleiter-Substrat, welches einen Zweigtyp-Lichtwellenleiter hat, welcher einen Schaftabschnitt und eine Mehrzahl von Zweigabschnitten enthält, wobei jeder zwischen einer Endseite und der weiteren Endseite des Substrats bereitgestellt ist.
Die US-A-4,693,544 beschreibt einen Lichtwellenleiter, welcher in einem Bereich ist, welcher in einem transparenten Substrat ausgebildet ist, und welcher einen Brechungsindex hat, welcher höher als der des transparenten Substrates ist. Der Lichtwellenleiter enthält ein erstes und zweites Lichtwellenleiter-Element, wobei jedes ein Ende hat, welches einer Oberfläche des transparenten Substrates ausgesetzt hat, und wobei das weitere Ende in der Nähe von der Oberfläche des transparenten Substrates verbunden ist, so dass der Verbindungsabschnitt der Oberfläche des transparenten Substrates ausgesetzt ist.
Der Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der EP-A-0 726 475 oder US-A-4,693,544 bekannt.
Die EP-A-0 778 478 beschreibt ein Wellenleitertyp-Wellenlängen-Multiplex/Demultiplex-Modul, bei welchem zwei Sätze von Wellenleitern nahe zueinander bereitgestellt sind, um somit eine direktionale Kopplungstyp-WDM-Einheit zu bilden, wobei jeder der zwei Wellenleiter mit einem jeweiligen Übertragungspfad verbunden ist. Die direktionale Kopplungstyp-WDM-Einheit ist senkrecht zu den Wellenleitern an einer Position gleich der Hälfte einer vollständigen Kopplungslänge mit Bezug auf eine vorgegebene Wellenlänge weggeschnitten. Einer der jeweiligen Übertragungspfade befördert die vorgegebene Wellenlänge und eine zweite Wellenlänge zur WDM-Einheit, und die WDM-Einheit ist derart angeordnet, um die vorgegebene Wellenlänge zu reflektieren und die zweite Wellenlänge zu passieren. Dies wird erreicht, indem ein Filter an einer Kantenoberfläche des weggeschnittenen Abschnittes ausgebildet wird, bei welcher der Filter die zweite Wellenlänge passieren lässt und die vorgegebene Wellenlänge reflektiert.
UMRISS DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe von der vorliegenden Erfindung, eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung bereitzustellen, welche gefaltete Wellenleiter hat, welche einen geringen Verlust und eine hohe Genauigkeitstoleranz hat, wodurch eine Leistung erhöht wird, welche andererseits durch die Abgrenzungen eines Chips beschränkt sein würde.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile von der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt, und werden zum Teil anhand der Beschreibung offensichtlich oder können durch die praktische Umsetzung von der Erfindung gelernt werden.
Die vorhergehenden Aufgaben von der vorliegenden Erfindung werden erzielt, indem eine Einrichtung bereitgestellt wird, welche die Merkmale von Anspruch 1 hat. Zusätzliche Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile von der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von den bevorzugten Ausführungsformen deutlich und leichter verständlich, wenn sie in Verbindung mit dem begleitenden Zeichnungen in Verbindung genommen werden, in denen:
1 ein Diagramm ist, welches einen herkömmlichen Lichtwellenleiter darstellt, welcher auf einem Einzelchip als ein Mach-Zehnder-Modulator ausgebildet ist,
2 ein Diagramm ist, welches eine herkömmliche Wellenleiterfilter-Einsetztyp-Vorrichtung darstellt,
3 eine Darstellung ist, welche eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
4 ein Diagramm ist, welches den Betrieb der Lichtwellenleiter-Vorrichtung in 3 gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
5 ein Diagramm ist, welches ein Prinzip von der Lichtwellenleiter-Vorrichtung in 3 gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
6 ein Diagramm ist, welches einen Versatz zwischen Lichtwellenleitern in einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
7 ein Diagramm ist, welches Charakteristiken zur Erläuterung eines Prinzips von einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
8(A) und 8(B) Diagramme sind, welche den Betrieb von einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellen,
9 ein Diagramm ist, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
10 ein Diagramm ist, welches eine Reflexionstyp-Lichtwellenleiter-Vorrichtung, basierend auf dem Aufbau von 9 gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
11 ein Diagramm ist, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
12 ein Diagramm ist, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
13 ein Diagramm ist, welches einen Richtungskoppler darstellt, welcher nicht zur vorliegenden Erfindung gehört,
14 ein Diagramm ist, welches Charakteristiken von einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
15 ein Diagramm ist, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
16 ein Diagramm ist, welches eine Veränderung von der Lichtwellenleiter-Vorrichtung in 15 gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
17 ein Diagramm ist, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung, welche einen Wellenfilter als einen Reflektor verwendet, gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
18 ein Diagramm ist, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
19 ein Diagramm ist, welches eine Mehrzahl von Optikvorrichtungen auf einem Einzelchip gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
20 ein Diagramm ist, welches Lichtwellenleiter-Vorrichtungen, welche auf einem Einzelchip angeordnet sind, gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
21(A) und 21(B) Diagramme sind, welche jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht von einem Beispiel von gefalteten Wellenleitern darstellen,
22(A) und 22(B) Diagramme sind, welche Untersuchungsergebnisse für eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung darstellen,
23(A) und 23(B) Diagramme sind, welche jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht von einem zusätzlichen Beispiel von gefalteten Wellenleitern gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellen,
24 ein Diagramm ist, welches Untersuchungsergebnisse für eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
25(A) und 25(B) Diagramme sind, welche jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht von einem Beispiel von gefalteten Wellenleitern darstellen,
26 ein Diagramm von einem abstimmbaren Wellenfilter gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung ist,
27 ein Diagramm ist, welches einen Aufbau darstellt, bei welchem eine Mehrzahl von abstimmbaren Wellenfiltern von einem TE/TM-Mode-Umwandlungstyp (AOTF) in einer Kaskadenverbindung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung angeordnet ist,
28 ein Diagramm ist, welches einen Gesamtreflexions-Komplementärwinkel gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt,
29 ein Diagramm ist, welches einen Wellenleiter/Substrat-Aufbau darstellt, welcher auf Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, und
30 ein Diagramm ist, welches einen zusätzlichen Wellenleiter/Substrat-Aufbau darstellt, welcher auf Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun detailliert Bezug genommen auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung, wobei Beispiele davon in den begleitenden Figuren dargestellt sind, wobei sich gleiche Bezugszeichen durchweg auf gleiche Elemente beziehen.
3 ist ein Diagramm, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 3 sind Einzel-Mode-Lichtwellenleiter 1 und 2 zu einem zusammengelegten Wellenleiter 8 zusammengelegt, welcher im Folgenden ebenfalls als ein zusammengelegter Wellenleiter bezeichnet wird. Die Lichtwellenleiter 1 und 2 und der zusammengelegte Wellenleiter 8 sind auf einem Substrat 7 ausgebildet. Ein Reflektor 6, welcher beispielsweise ein Metallreflexionsfilm, ein Wellenfilter oder ein weiteres Reflexionsmaterial oder Vorrichtung ist, ist an einer Endoberfläche des Substrats 7 ausgebildet. Ein Zweigwinkel θ_b liegt zwischen dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter 1 und 2 vor. Ein eingehendes Licht 9 durchläuft den Lichtwellenleiter 1 und wird durch den Reflektor 6 reflektiert. Das reflektierte Licht durchläuft durch den Lichtwellenleiter 2, um als ausgehendes Licht 10 ausgegeben zu werden.
4 ist ein Diagramm, welches den Betrieb der Lichtwellenleiter-Vorrichtung in 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Genauer gesagt zeigt 4 einen symmetrischen Aufbau, welcher erzeugt wird, indem die Reflexionsoberfläche des Reflektors 6 in 3 als eine Symmetrieoberfläche 19 betrachtet wird. Daher ist ein eingehendes Licht 9, welches durch den Lichtwellenleiter 1 durchläuft und vollständig auf den Lichtwellenleiter 2 in 3 gerichtet ist, äquivalent der Tatsache, dass ein Licht, welches durch den Lichtwellenleiter 1 kommt, vollständig an einem Lichtwellenleiter 4 in 4 gerichtet ist.
Ebenfalls geht ein Licht, welches in einen Lichtwellenleiter 3 in 4 geht, in den Lichtwellenleiter 1 als reflektiertes Licht. Ein Emissionsverlust in 3 ist ebenfalls einem Emissionsverlust in 4 gleichgestellt.
5 ist ein Diagramm, welches ein Prinzip der Lichtwellenleiter-Vorrichtung in 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 5 wird, wenn ein Zweigwinkel θ_b so groß ist wie mehrere Zehnfache von Geraden in einem gekreuzten Wellenleiter-Aufbau, welcher gerade Lichtwellenleiter hat, welche sich zueinander kreuzen, ein eingehendes Licht, welches durch den Lichtwellenleiter 1 durchläuft, hauptsächlich an einen Lichtwellenleiter 4 als ein ausgehendes Licht 10 gerichtet. Lediglich ein kleiner Abschnitt des eingehenden Lichtes 9 wird in den Lichtwellenleiter 3 als ausgehendes Licht 13 abgelenkt.
Das Folgende ist ein spezifisches Beispiel. Wenn Lichtwellenleiter 1 bis 4 eine Breite von 6 μm haben und der Zweigwinkel gleich 20° beträgt, ist ein Übergangsabschnitt 18, bei welchem zusammengelegte Lichtwellenleiter 1 und 2 den Innenraum gemeinsam teilen, gerade mal so kurz wie 35 μm. Mit dieser Länge des Übergangsabschnittes 18 erfährt ein Licht, welches durch die Lichtwellenleiter 1 und 2 durchläuft, eine leichte Beugung, so dass es beinahe kein Licht gibt, welches in den Lichtwellenleiter 3 entweicht. Dieses entweichende Licht ist gleich dem reflektierten Licht in 3.
Wenn der Faltungsaufbau von 3, basierend auf dem Aufbau von 5, erzeugt ist, beträgt eine Positionierungsgenauigkeit (beispielsweise 10 μm) zum Ausbilden der Endoberfläche oder zum Platzieren des Reflektors 6 (das heißt Reflexionsfilm, Wellenfilter oder dergleichen) das Doppelte (beispielsweise 20 μm) wie im Faltungsaufbau. Dieser Fehler rührt aufgrund eines Versatzes der Lichtwellenleiter 1 und 2 her.
6 ist beispielshalber ein Diagramm, welches den Versatz der Lichtwellenleiter 1 und 2 aufgrund von Fehlern in der Positionierungsgenauigkeit zum Ausbilden der Endoberfläche oder Platzieren des Reflektors 6 darstellt. Wie in 6 angezeigt, rührt der Fehler aufgrund eines Versatzes der Lichtwellenleiter 1 und 2, um beispielsweise 3,5 μm her, wenn ein symmetrischer Aufbau zur Darstellung verwendet wird.
Wenn die Lichtwellenleiter 1 und 3 um mehr als die Hälfte von der Breite, wie in 6 gezeigt, versetzt sind, wird ein Licht, welches durch die Lichtwellenleiter 1 und 2 durchläuft, hauptsächlich beendet, welches als Emissionsverlust verschwendet wird (das heißt, ein Licht, welches durch einen versetzten Abschnitt der Lichtwellenleiter entweicht).
Um den Reflektor 6 zu platzieren, müssen die Lichtwellenleiter 1 und 2 derart ausgebildet sein, dass sie eine Breite mit einer ausreichenden Marge haben. In diesem Fall wird die Position der Reflexionsoberfläche einen sogar größeren Effekt auf den Betrag des resultierenden Fehlers haben.
Im Folgenden wird ein Fall, bei welchem der Zweigwinkel θ_b zwischen den Lichtwellenleitern 1 und 2 und den Lichtwellenleitern 3 und 4 gerade so gering ist wie einige Gerade, in Betracht gezogen.
Wenn die Lichtwellenleiter-Breite 6 μm beträgt, und der Zweigwinkel θ_b gleich 2° beträgt, beträgt die Länge des Übergangsabschnittes beispielsweise 344 μm. In diesem Fall führt ein Positionierungsfehler von 10 μm zu einem Versatz der Lichtwellenleiter 1 und 2, welcher lediglich 0,3 μm beträgt. Daraus folgend ist ein Verlust aufgrund eines Wellenleiter-Versatzes eher gering. Da jedoch der Übergangsabschnitt so lang wie 344 μm ist, wird ein Licht gebeugt und zerstreut, wenn es durch den Übergangsabschnitt passiert, welches zu einer höheren Größe eines Lichtes führt, welches aus den Wellenleitern entweicht. In einigen Fällen endet mehr als 10 Prozent des Lichtes, welches dazu gedacht ist, an den Lichtwellenleiter 2 gerichtet zu werden, welches an den Lichtwellenleiter 1 als reflektiertes Licht zurückkehrt.
Bei optischen Kommunikationen wird im Allgemeinen angenommen, dass kein Problem auftritt, wenn das zurückkehrende Reflexionslicht auf weniger als 0,03 (35 dB) der Gesamtheit unterdrückt wird. Wenn weitere Faktoren, wie beispielsweise Isolatoren, in Betracht gezogen werden, braucht das zurückkehrende Reflexionslicht lediglich weniger als 3 (15 dB) zu betragen. In den meisten Fällen wäre es unzufriedenstellend, 10 des Lichtes zu haben, welches als rückkehrendes Reflexionslicht zurückkommt. Dies ist ein wesentlicher Grund dafür, weshalb gefaltete Wellenleiter, welche einen kleinen Zweigwinkel oder einen langen Übergangsabschnitt haben, in der Praxis nicht verwendet wurden.
Daher besteht in Lichtwellenleiter-Vorrichtungen, welche zwei Lichtwellenleiter haben, welche auf einem Substrat ausgebildet sind und an einer Position zusammengelegt sind, bei welcher sich ein Reflektor befindet, ein Abwiegen zwischen dem Emissionsverlust und dem zurückkehrenden Reflexionslicht besteht.
7 ist ein Diagramm, welches Eigenschaften darstellt, um ein Prinzip von einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Genauer gesagt zeigt 7 an, wie ein Licht in kreuzenden Lichtwellenleitern in einen geraden Lichtwellenleiter durchläuft (das heißt, ein Lichtwellenleiter, welcher sich entlang einer geraden Erstreckung von einem Lichtwellenleiter befindet, durch welchen ein Licht ursprünglich eingetreten ist), wenn eine Länge L des Übergangsabschnittes als ein Parameter geändert wird.
Wie in 7 gezeigt, weist ein Verhältnis des Lichtes, welches in dem Zweig herumirrt, zur Gesamtausgabe periodische Änderungen auf. Im Folgenden wird der Grund dafür beschrieben.
8(A) und 8(B) sind Diagramme, welche den Betrieb von einer Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellen. Bezug nehmend nun auf 8(A) und 8(B) verbreitet sich ein Licht, welches in Lichtwellenleiter 1 und 2 eintritt, als ein Gerade-Mode-Licht (durchgängige Linie) und ein Ungerade-Mode-Licht (gestrichelte Linie) von niedrigeren Ordnungen als Lichtwellenleiter 1 und 2, welche zueinander näher sind.
Da die Form der Lichtwellenleiter sich ändert, wenn sich das Licht weiter verbreitet, ändert sich die Form der Modi und der Verbreitungs-Parameter ebenfalls kontinuierlich mit Bezug auf das Licht.
Im Allgemeinen tauscht ein Gerade-Mode-Licht eine Energie mit einem weiteren Gerade-Mode-Licht aus, während ein Ungerade-Mode-Licht eine Energie mit einem weiteren Ungerade-Mode-Licht austauscht. Im Allgemeinen tritt ein Austausch von Energie zwischen einem Gerade-Mode-Licht und einem Ungerade-Mode-Licht nicht auf.
Lichtverbreitungen als Änderungen, wie oben beschrieben, finden statt. Wenn Statuen von den zwei Modi, wie in 8(A) am Übergangsabschnitt 18 gezeigt, vorliegen, schreitet das Licht auf den geraden Lichtwellenleiter 4 zu. Wenn die Statuen von 8(B) beobachtet werden, schreitet das Licht an den Zweig-Lichtwellenleiter 3 zu.
Zwischen diesen zwei Fällen sind die Ergebnisse unterschiedlich, weil die Übergangslänge L zwischen 8(A) und 8(B) unterschiedlich ist. Die Übergangslänge L von 8(A) entspricht nämlich einer aus A, G, F und H in 7, und die Übergangslänge L von 8(B) entspricht einer aus C, E, G und I in 7.
Ferner entsprechen Statuen von 8(A) und 8(B) solchen Statuen mit einem Phasenversatz in den Zeiten wie P zwischen einer ungeraden Mode und einer geraden Mode bei kreuzenden Wellenleitern.
Wenn eine Reflexionsoberfläche an einem Zentrum von einem Übergangsabschnitt 18 platziert ist, verbreitet sich eingehendes Licht in den Ausgabe-Lichtwellenleiter 2 in dem Fall von 8(A), während das eingehende Licht zu dem Eingabe-Lichtwellenleiter 1 im Falle von 8(B) zurückkehrt.
Um korrekte Faltungs-Wellenleiter zu erzeugen, sollte daher die Bedingung von 8(A) erfüllt werden. Im Folgenden werden Eigenschaften des kreuzenden Winkels und der Übergangslänge beschrieben.
In der Beschreibung von 8(A) und 8(B) liegen sowohl die gerade Mode als auch die ungerade Mode am Zentrum der kreuzenden Lichtwellenleiter vor. In der Praxis sind jedoch die Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter gleich Einzel-Mode-Wellenleiter, so dass eine ungerade Mode nicht am Zentrum der kreuzenden Lichtwellenleiter vorliegt, da dieser Abschnitt die gleiche Breite wie die Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter hat.
Das Nicht-Vorliegen von einer mathematischen Lösung, bezogen auf diese Mode, bedeutet nicht, dass das Licht verschwindet. In einer solchen Bedingung wird ein Emissions-Mode-Status überwacht, bei welchem eine Energieverteilung, Verbreitungsparameter und Phasenbedingungen nahezu denen von einer Wellenleiter-Mode gehalten werden.
Wenn der Zweigwinkel groß ist oder die Übergangslänge kurz ist, wird eine Wellenleiter-Breite vergrößert, bevor die Emissions-Mode sich ausbreitet und ihre Form. Aufgrund dessen, wenn die ungerade Mode anregbar wird, wird die Emissions-Mode abermals mit der ungeraden Mode gekoppelt und fährt mit der Verbreitung fort. In diesem Fall wird jenes, welches während der Emissions-Mode transformiert wird, als Verluste betrachtet.
In dem Fall, bei welchem der Zweigwinkel klein ist oder die Übergangslänge lang ist, verbleibt die ungerade Mode als die Emissions-Mode für eine relativ lange Distanz, innerhalb der die Emissions-Mode eine wesentliche Änderung aufweist. Aufgrund dessen, wenn die ungerade Mode anregbar wird, da die Breite des Wellenleiters breiter wird, wird die ungerade Mode, welche darin angeregt ist, eine Energieverteilung, Verbreitungsparameter und Phasenbedingungen haben, welche sich wesentlich von jenen der Emissions-Mode unterscheiden. Die Emissions-Mode kann sich somit nicht mit der ungeraden Mode verkoppeln, wodurch ein großer Verlust erzeugt wird.
Als eine Maßnahme, um diesem entgegenzuwirken, kann eine Wellenleiter-Breite der kreuzenden Wellenleiter breiter erstellt werden als die ursprüngliche Breite.
Im Allgemeinen kann eine Wellenleiter-Breite an jeglicher Position innerhalb des Übergangsabschnittes breiter entworfen werden als die Breite der Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter. Dies reicht im Allgemeinen aus, um dem obigen Zweck zu dienen.
Es sollte jedoch erwähnt werden, dass eine zu breite Breite zu Anregungen von höheren Modi führen kann oder bewirken kann, dass die Emissions-Mode innerhalb der Lichtwellenleiter länger verbleibt als erwartet. Dies führt zu einer Verschlechterung von einem Lichtbeleuchtungsverhältnis (das heißt, eine Zunahme bei der Rückführung von Reflexionslicht in die gefalteten Lichtwellenleiter).
Wenn der Zweigwinkel groß ist, ist ein Winkel von einer Wellenfront ebenfalls ein Problem.
Die Energieverteilung von 8(A) und 8(B) kann nämlich beibehalten werden, jedoch hat das Licht, welches sich im Zweig-Lichtwellenleiter fortsetzt, eine Wellenfront, welche bei einem Winkel mit dem Zweig-Lichtwellenleiter ist, wodurch ein Verlust erzeugt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch lediglich der gerade Lichtwellenleiter unter den gefalteten Lichtwellenleitern verwendet, so dass das Problem des Wellenfront-Winkels ignoriert werden kann.
In der oben bereitgestellten Beschreibung wurden kreuzende Wellenleiter, welche als beinahe vollständig gerade Linien dargestellt sind, welche sich zueinander kreuzen, zur Erläuterung verwendet. Im Prinzip müssen Wellenleiter jedoch nicht in einem solchen Aufbau sein.
9 ist beispielsweise ein Diagramm, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 9 ist es mit diesem Aufbau möglich, eingehendes Licht mit sowohl einer ungeraden als auch einer geraden Mode in einem zusammengelegten Lichtwellenleiter 8 mit einem geringen Verlust und ohne eine Erzeugung von höheren Modi von Licht zu koppeln. Dies ist erreichbar, wenn die Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter 1 bis 4 derart ausgebildet sind, um einen ausreichend kleinen Zweigwinkel bereitzustellen (kleiner als 0,55θ_c, wie später beschrieben wird).
Beim Zusammenlegen des Lichtwellenleiters 8, welcher die Bedingungen von 8(A) erfüllt, erlaubt eine sorgsame Auswahl von einer Breite, eine Länge, einer Form und eines Brechungsindex für einen Reflektor, welcher am Zentrum des zusammengelegten Lichtwellenleiters 8 bereitgestellt ist, wie in 3 gezeigt, dass ein geeigneter Aufbau unabhängig vom Zweigwinkel implementiert wird, so dass dieser Aufbau die Bedingungen zum Reduzieren der Emissionsverluste erfüllt. Selbstverständlich wird das Licht, welches geradeaus verläuft oder in den Zweig geht, an einem Abschnitt nahe dem Zweig-Lichtwellenleiter beeinflusst, und der obige Aufbau sollte implementiert werden, indem dieser Effekt in Betracht gezogen wird.
Es wurde gelernt, dass, wenn der Brechungsindex von den Lichtwellenleitern in dem Aufbau von 9 gleich 0,2 in Relation zu dem Substrat beträgt, welches zum Ausbilden von herkömmlichen Lichtwellenleitern verwendet wird, ein Effekt von einer Unterdrückung der Erzeugung von höheren Modi, welche Verluste bewirken, damit beginnt aufzutreten, wenn der Zweigwinkel kleiner als 2° wird.
Ferner wurde gezeigt, dass dieser Wert größtenteils durch eine Differenz in Brechungsindizes zwischen den Lichtwellenleitern (Kernabschnitt) und dem Substrat (Kapselabschnitt) nach einer Untersuchung von verschiedenen Bedingungen, bezogen auf Wellenlängen und Wellenleiter-Breiten, beeinflusst wird.
Daraus resultierend wurde gelernt, dass ein Gesamtreflexions-Komplementärwinkel θ_c, welcher durch einen Brechungsindex der Wellenleiter bestimmt ist, dazu verwendet werden kann, um den Zweigwinkel θ_b zu standardisieren.
Als ein Beispiel hat ein Wellenleiter, welcher aus LiNbO mit diffundierten Ti erstellt ist, einen Wellenleiter-Brechungsindex von 2,144 und einen Substrat-Brechungsindex von 2,14. In diesem Fall beträgt der Gesamtreflexions-Komplementärwinkel θ_b gleich: θb = 3,5°
Unter Verwendung dieses Winkels wird die Bedingung, dass der Zweigwinkel θ_b gleich 2° ist, dargestellt als: 2° 0,55θc,
Der Zweigwinkel θ_b muss nämlich erfüllen: θb < 0,55θb (1)um korrekte Faltungs-Wellenleiter bereitzustellen.
Darüber hinaus, wenn mehrere geeignete Faltungs-Lichtwellenleiter gewünscht sind, kann der Zweigwinkel θ_b kleiner als 1° eingestellt werden. Das heißt θb < 0,29θb (2)
Wenn der Zweigwinkel θ_b zu klein ist, ist jedoch eine lange Distanz notwendig, bevor die Lichtwellenleiter ausreichend getrennt sind. Aufgrund dessen wird der Zweigwinkel θ_b für gewöhnlich innerhalb eines Bereiches zwischen 0,2° und 1° eingestellt. Das heißt 0,057θc < θb < 0,29θc (3)
Es ist zu erwähnen, dass die Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter nicht gerade sein müssen, sondern gekrümmte Wellenleiter sein können. In diesem Fall kann ein Radius der Krümmung auf einen großen Wert eingestellt werden, und eine Distanz, welche erforderlich ist, bevor eine Interferenz zwischen Lichtwellenleitern ausreichend klein wird, kann gemessen werden, indem gerade Linien als eine Annäherung verwendet werden. Basierend darauf können die Wellenleiter derart entworfen werden, dass der gemessene Winkel innerhalb des oben beschriebenen Bereiches fällt.
10 ist ein Diagramm, welches eine Reflexionstyp-Lichtwellenleiter-Vorrichtung, basierend auf dem Aufbau von 9 gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 10 ist ein Reflexionsfilm 16 zum Reflektieren von eingehendem Licht an einer Position bereitgestellt, welche sich von einem Kreuzpunkt 30 unterscheidet, bei welchem sich imaginäre Erweiterungen von Mittenlinien 21 des Lichtwellenleiters 1 und Lichtwellenleiters 2 miteinander treffen, welches einen Kontrast mit einem Fall von 1 oder 3 zeigt, bei welchem sich gerade Wellenleiter lediglich miteinander kreuzen.
11 und 12 sind Diagramme, welche eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß zusätzlicher Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung darstellen. Bezug nehmend nun auf 11 und 12 kann ein Abschnitt, bei welchem Faltungs-Lichtwellenleiter beginnen sich zu trennen, abgekantet werden oder mit einem rechteckigen Vorsprung bereitgestellt werden, um somit eine ausreichende Breite bereitzustellen, welche durch einen Prozess von einer vorbestimmten Genauigkeit zuverlässig hergestellt werden kann. Dies verbessert eine Produktionsmarge, indem Produktionsvariationen reduziert werden. Ebenfalls können eine Position und eine Breite der abgekanteten Seite oder des rechteckigen Vorsprungs derart eingestellt werden, um somit höhere Licht-Modi zu erzeugen, welche miteinander auf eine solch nützliche Weise interferieren, um eine Leistung der Faltungs-Lichtwellenleiter zu erhöhen.
13 ist ein Diagramm, welches einen Richtungs-Koppler 27 als eine Erweiterung des Aufbaus von 12 darstellt, welcher jedoch nicht eine Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei diesem Aufbau werden Eigenschaften größtenteils von einer Breite des Spaltes zwischen den Wellenleitern abhängen. In der Praxis ändert sich eine optimale Länge, wenn sich die Breite des Spaltes ändert, sogar innerhalb von einer Fehlermarge des Prozesses. Dies stellt ein ernsthaftes Problem dar. Aufgrund dieser Eigenschaft unterscheidet sich der Aufbau von 13 inhärent von dem Aufbau von 12.
Abermals Bezug nehmend auf 7 entsprechen die Zustände, welche als A, D, F und H gezeigt sind, dem Status von 8(A) und die Zustände C, E, G und I entsprechen dem Status von 8(B).
In 7 hat der Zustand A einen Zweigwinkel, welcher ausreichend groß ist. In diesem Zustand ist jedoch die Übergangslänge L zu kurz, wie zuvor beschrieben, so dass ein leichter Fehler beim Ausbilden der Reflexionsoberfläche zu einer Erzeugung von Verlusten führt.
Um dieses Problem zu vermeiden, kann die Übergangslänge L verlängert werden, um an den Zustand B anzukommen. In diesem Zustand werden jedoch ein zurückkehrendes Reflexionslicht als auch ein Verlust erzeugt.
Die Zustände D, F und H, welche ein Phasendifferenz-Vielfaches von 2π zwischen der geraden Mode und der ungeraden Mode erzielen, erfüllen die geeigneten Faltungs- Zustände, und bieten ebenfalls lokale Maxima mit Bezug auf eine Variation der Übergangslänge an. In diesen Zuständen hat daher ein Fehler bezogen darauf, wo die Reflexionsoberfläche positioniert ist, einen kleinen Einfluss.
Da die Übergangslänge von D auf F verlängert ist, wird der Zweigwinkel von kreuzenden Wellenleitern kleiner. Dies reduziert eine übermäßige Kopplung mit höheren Modi, wodurch der Unterdrückung von Verlusten und des zurückkehrenden Reflexionslichtes gedient wird. Eine Wellenlängen-Abhängigkeit und/oder Polarisations-Abhängigkeit können jedoch aufgrund von Verbreitungsparametern von einem Licht, welches eine Wellenlängen-Abhängigkeit und eine Polarisations-Abhängigkeit hat, auffälliger werden. Auf diese Weise erzeugt eine zu lange Übergangslänge ebenfalls Probleme.
Demgemäß, wenn die Faltungs-Wellenleiter zu entwerfen sind, müssen Faktoren, wie oben beschrieben, in Betracht gezogen werden, um optimale Zustände zu erlangen.
Ferner, indem Lichtwellenleiter von einem Doppelbrechungs-Typ verwendet werden, sind Verbreitungsparameter zwischen TE-Mode-Licht und TM-Mode-Licht unterschiedlich. Aufgrund dessen kann ein Eigenschafts-Kurvenverlauf, wie in 7 gezeigt, zwischen dem TE-Mode-Licht und dem TM-Mode-Licht unterschiedlich gezeichnet werden. Indem solche Doppelbrechungs-Wellenleiter verwendet werden, um Faltungs-Wellenleiter zu erstellen, müssen die Zustände D und F mit Bezug auf sowohl die TE-Polarisation als auch die TM-Polarisation erfüllt werden.
Wenn Wellenleiter auf eine gerade Weise ausgebildet werden, ist es schwierig, lokale Maxima abzustimmen. Jedoch kann eine sorgsame Auswahl von einem Zweigwinkel, einer Form des Übergangsabschnittes (Form, Breite, Verdrängung des Übergangsabschnittes, wie in 11 und 12 gezeigt), Zustände des Wellenleiter-Herstellungsprozesses (Ti-Dicke, Diffusionstemperatur, Zeit, Atmosphäre), usw., mit Bezug auf die Wellenleiter vorgenommen werden, um den lokalen Maxima zu entsprechen, wie in 14 gezeigt.
Die obige Beschreibung wurde mit Bezug auf einen Reflektor abgegeben, welcher dazu entworfen ist, um das gesamte Licht zu reflektieren, welches sich durch die Wellenleiter verbreitet. Es können jedoch unterschiedliche Reflektoren in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Beispielsweise ist 15 ein Diagramm, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 15 wird ein Halbspiegel 11 als ein Reflektor verwendet und reflektiert etwas von dem eingehenden Licht 9, wodurch eine Kopplerfunktion bereitgestellt wird. Es wird nämlich eingehendes Licht 9, welches in dem Lichtwellenleiter 1 eintritt, teilweise als ausgehendes Licht 22 extrahiert, und der Rest wird an den Lichtwellenleiter 2 als ausgehendes Licht 10 gerichtet.
Ebenfalls kann ein Licht von dort eingegeben werden, wo ausgehendes Licht 22 extrahiert wird, um somit Lichtstrahlen zusammenzulegen. In diesem Fall kann das Licht, welches von dort zugeführt wird, wo ausgehendes Licht 22 extrahiert wird, an beide Lichtwellenleiter 1 und 2 fortfahren, welches Anlass zu einem Problem bereitet.
16 ist ein Diagramm, welches eine Variation der Lichtwellenleiter-Vorrichtung in 15 gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 16 ist ein Halbspiegel 11 am Zentrum eines zusammengelegten Lichtwellenleiters 8 positioniert, so dass ein Teil von eingehendem Licht 23 durch den Lichtwellenleiter 1 an den Lichtwellenleiter 4 (jedoch nicht an den Lichtwellenleiter 3) als ausgehendes Licht 26 gerichtet wird, und der Rest an den Lichtwellenleiter 2 (jedoch nicht an den Lichtwellenleiter 1) als ausgehendes Licht 24 gerichtet wird.
Wenn ein eingehendes Licht 25 in den Lichtwellenleiter 3 von außerhalb eintritt, wird das Licht teilweise an den Lichtwellenleiter 2 gerichtet, und wird teilweise reflektiert, um sich zum Lichtwellenleiter 4 fortzusetzen.
17 ist ein Diagramm, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung unter Verwendung eines Wellenfilters als ein Reflektor gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 17 erlaubt es ein Wellenfilter 12, dass ein Licht dadurch als ausgegebenes Licht 22 lediglich dann passiert, wenn das Licht eine Wellenlänge hat, welche transparenten Eigenschaften des Filters entspricht, und der Rest des Lichtes, welches durch den Lichtwellenleiter 1 eintritt, wird reflektiert und an den Lichtwellenleiter 2 als ausgehendes Licht 24 gerichtet.
18 ist ein Diagramm, welches eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 18 sind Lichtwellenleiter 3 und 4 und ein Abschnitt eines zusammengelegten Lichtwellenleiters 8 an der entgegengesetzten Seite des Wellenfilters 12 als Lichtwellenleiter 1 und 2 bereitgestellt. In diesem Fall erlaubt es der Wellenfilter 12, dass ein Licht dadurch passiert und sich zum Lichtwellenleiter 4 lediglich dann fortsetzt, wenn das Licht eine Wellenlänge hat, welche transparenten Eigenschaften des Wellenfilters 12 entspricht, und der Rest des Lichtes, welches durch den Lichtwellenleiter 1 eintritt, wird reflektiert und an den Lichtwellenleiter 2 gerichtet. Ferner kann ein Licht, welches eine Wellenlänge hat, welche den transparenten Eigenschaften des Wellenfilters 12 entspricht, durch den Lichtwellenleiter 3 eingegeben werden, so dass das Licht durch den Wellenfilter 12 passiert, um sich zum Lichtwellenleiter 2 fortzusetzen. Auf diese Weise kann dieser Chip eine Funktion eines optischen Hinzufüge/Verwerfungs-Multiplexer (ADM) bereitstellen.
In der Lichtwellenleiter-Vorrichtung von 18 ist die Position des Wellenfilters 12 im Allgemeinen nicht am Zentrum des zusammengelegten Lichtwellenleiters 8. Dies liegt daran, weil die Faltungszustände für Licht von einer bestimmten zu reflektierenden Wellenlänge unterschiedlich zu den Zuständen eines Passierens von Licht sind (Spitzen sind mit Bezug auf die Übergangslänge L in 14 in Abhängigkeit von Wellenlängen unterschiedlich).
Ferner gestaltet es die Verwendung eines Polarisations-Trennungs-Reflexionsfilms möglich, um polarisiertes Licht hinsichtlich von Kopplung und Trennung zu steuern.
Auf diese Weise können verschiedene Typen von Reflektoren beim Herstellen von verschiedenen Typen von Vorrichtungen verwendet werden, welche integriert sind, kompakt sind, zur Massenproduktion geeignet sind, lediglich einen geringen Verlust auf sich nehmen, ein geringes zurückkehrendes Licht haben, und für verschiedene Funktionen fähig sind.
Ebenfalls gestaltet es die Verwendung der Faltungs-Lichtwellenleiter möglich, um Vorrichtungen zu erzeugen, welche einen Modulator oder eine optische Schaltung ausmachen, so dass diese Vorrichtungen im Effekt länger als eine Chip-Länge sind, wodurch verbesserte Funktionen bereitgestellt werden.
Der in 1 gezeigte Faltungs-Aufbau stellt einen Mach-Zehnder-Modulator bereit, welcher bei einer Niedrigenergiespannung arbeitet und keine Polarisationsabhängigkeit hat. Dieser Aufbau hat jedoch ein Problem dahingehend, dass hohe Verluste erzeugt werden können, wenn der Reflektor tatsächlich implementiert wird. Die Faltungs-Wellenleiter gemäß den Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung können an einem solchen Modulator angewendet werden, so dass eine Vorrichtung, welche einen geringen Verlust und geringes zurückkehrendes Licht hat, bei einer hohen Marge implementiert werden kann.
Es ist oftmals wünschenswert, unterschiedliche Vorrichtungen auf einem Substrat anzuordnen und miteinander zu verbinden. Diese Vorrichtungen haben eine sehr feine Breite. Wenn sie parallel angeordnet werden, kann eine Vorrichtungsintegration mit einer höheren Dichte erzielt werden. Es ist jedoch aufgrund von Größenbeschränkungen schwierig, dies auf einem einzelnen Chip zu erzielen, und es gibt kein Arbeitsprodukt von dieser Art.
Eine Verwendung der Faltungs-Wellenleiter von der vorliegenden Erfindung gestaltet es möglich, eine solche integrierte Vorrichtung auf einem Chip auszubilden.
19 ist beispielsweise ein Diagramm, welches eine Mehrzahl von optischen Vorrichtungen auf einem einzelnen Chip gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 19 sind optische Vorrichtungen 14 gezeigt, wie beispielsweise optische Modulatoren, wobei jede einen Eingang und einen Ausgang hat, und wobei sie auf eine geeignete Weise auf einem einzelnen Chip gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Ein Faltungs-Wellenleiter-Aufbau 33 wird in dieser Ausführungsform verwendet.
20 ist ein Diagramm, welches Lichtwellenleiter-Vorrichtungen (beispielsweise optische Schalter, Filter, usw.), welche auf einem einzelnen Chip angeordnet sind, gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend nun auf 20 sind optische Vorrichtungen 14, wobei jede zwei Eingänge und zwei Ausgänge hat, über Faltungs-Wellenleiter-Aufbauten 33 miteinander verbunden.
Auf diese Weise unterstützt die vorliegende Erfindung die Integration von Vorrichtungselementen, so dass eine kleinere Vorrichtung bei einer höheren Marge und bei niedrigeren Kosten hergestellt werden kann, während der Vorteil von niedrigen Verlusten bereitgestellt wird, und zwar verglichen damit, wenn Vorrichtungselemente einzeln hergestellt werden. Ebenfalls besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Vorrichtungselemente, welche auf dem Chip implementiert sind, homogen sind, das heißt in den Eigenschaften ähnlich.
Wenn diese Vorrichtungselemente, basierend auf elektrische Signale, angetrieben werden, ist es einfach, Phasen, Frequenzen und eine Größe dieser Signale einzustellen, da die Vorrichtungselemente alle auf demselben Chip implementiert sind.
Gemäß den obigen Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung wird ein Reflektor dazu verwendet, um Licht von einem Lichtwellenleiter an einen weiteren Lichtwellenleiter zu reflektieren. Der Reflektor kann unterschiedliche Formen haben. Beispielsweise kann er eine Oberfläche haben, welche senkrecht zur Reiserichtung des Lichtes ausgebildet ist. Alternativ kann die Oberfläche beispielsweise im Allgemeinen senkrecht zur Reiserichtung des Lichtes entlang der Tiefe des Substrates sein, während sie eine Bogenform hat, wenn sie von oberhalb des Substrates betrachtet wird. In diesem Fall kann ein ausreichender Zwischenraum zwischen einem Ende des zusammengelegten Wellenleiters und des Reflektors bereitgestellt werden.
Genauer gesagt, wenn eine Oberfläche senkrecht zur Reiserichtung des Lichtes entlang der Tiefe des Substrates eine Endoberfläche der Lichtwellenleiter ist, kann ein optischer Reflexionsfilm auf dieser Oberfläche bereitgestellt werden, um einen Reflektor auszubilden. In diesem Fall kann der optische Reflexionsfilm beispielsweise implementiert werden, indem ein dielektrischer Mehrfachschicht-Film oder ein Metallfilm verwendet wird. Die Verwendung eines Metallfilms hat einen Preisvorteil. Wenn ein Metallfilm verwendet wird, können Silber, Kupfer oder eine Kupferlegierung dazu verwendet werden, um den Reflexionsfilm auszubilden, um einen ausreichend hohen Reflexionsgrad zu erzielen. Jedoch ist es nicht beabsichtigt, dass der Reflektor auf jegliche bestimmte Form oder auf jegliches bestimmte Material beschränkt ist.
Der Reflexionsabschnitt des Reflektors sollte mit einer extrem hohen Genauigkeit hinsichtlich eines Winkels davon oder dergleichen hergestellt werden. Aufgrund dessen wird die Endoberfläche der Wellenleiter, auf welchen der Reflektor bereitgestellt ist, vorzugsweise bei einem unterschiedlichen Schritt zu dem Schritt der Ausbildung der Wellenleitermuster ausgebildet.
Im Allgemeinen wird der Reflexionsabschnitt typischerweise durch eine Schneidesäge (das heißt eine Schneidemaschine oder eine Zerschneidesäge) ausgebildet.
Wenn ein Trockenätzprozess zur Ausbildung der Wellenleiter-Endoberfläche verwendet wird, ist es wünschenswert, das Substrat über einen Bereich zu ätzen, welcher breiter als die Breite der Wellenleiter ist, nachdem die Wellenleiter gemustert und hergestellt sind.
Der Reflektor kann wirksam unter Verwendung eines Gitters hergestellt werden. Ein solches Gitter kann beispielsweise durch Ändern des Brechungsindex der Lichtwellenleiter und einer Nähe dazu über eine Wärmediffusion, einen Ionenaustausch, einen Inneneinsatz oder eine Ultraviolettlicht-Bestrahlung ausgebildet werden.
Wenn ein Gitter ausgebildet ist, kann der Brechungsindex tief im Substrat geändert werden, wodurch es ermöglicht wird, einen Reflektor bereitzustellen, welcher keine Polarisationsabhängigkeit hat. Weitere Verfahren der Ausbildung eines Gitters enthalten ein teilweises Ätzen der Wellenleiter und ein Ändern der Tiefe der Wellenleiter. Die gleiche Wirkung kann erlangt werden, indem der Brechungsindex von der Kapsel geändert wird.
Eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung kann herkömmlicherweise mit einer Breite von mehreren Zehnfachen von Mikrometern ausgebildet werden. Die Länge von der Vorrichtung wird jedoch so lang wie mehrere Zentimeter. Die Verwendung von der vorliegenden Erfindung erlaubt es, dass verschiedene Lichtwellenleiter-Vorrichtungen auf eine gefaltete Weise angeordnet werden, so dass Schalter, Modulatoren, Filter und dergleichen tandemförmig auf einem Chip verbunden werden. Dies unterstützt eine Dichteerhöhung in einer Querrichtung der Wellenleiter, wodurch eine Vorrichtung miniaturisiert wird, während eine Verlängerung von der Länge des Chips vermieden wird. Ebenfalls kann eine höhere Anzahl von Chips von einem Waver extrahiert werden, welches zu niedrigeren Kosten pro Chip führt.
Wenn der Faltungs-Aufbau von der vorliegenden Erfindung nicht verwendet wird, muss eine Mehrzahl von Chips hergestellt und miteinander verbunden werden, da es eine Beschränkung hinsichtlich einer maximalen Chipgröße gibt. Wenn eine Mehrzahl von Chips auf diese Weise verbunden sind, treten verschiedene Sanktionen auf, wie beispielsweise eine Zunahme in Verlusten, eine Abnahme in der Zuverlässigkeit, eine Größenzunahme, eine Kostenzunahme, usw. Die vorliegende Erfindung stellt eine Maßnahme bereit, um diese Probleme zu bewältigen.
21(A) und 21(B) sind Diagramme, welche jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht von einem Beispiel von Faltungs-Wellenleitern darstellen.
Bezug nehmend nun auf 21(A) und 21(B) ist in diesem Beispiel ein Substrat 7 aus Si gemacht, auf welchem Glas-Wellenleiter über ein CVD-Verfahren ausgebildet sind.
In diesem Beispiel beträgt eine Dicke von einer unteren Pufferschicht gleich 60 μm, und beträgt eine Dicke von einer oberen Pufferschicht gleich 20 μm. Ferner haben die Lichtwellenleiter 1 und 2 in diesem Beispiel einen Kern mit einer 6,5 μm Breite und einer 6,5 μm Dicke. Eine Differenz im Brechungsindex der Wellenleiter wird variiert, indem die Dotierungsgröße von Ge und P geändert wird. Eine Leitplatte 15 wird fixiert (typischerweise durch ein Klebemittel), um einer Schneidesäge (beispielsweise eine Schneidemaschine) darin zu unterstützen, eine Endoberfläche 5 korrekt zu zerschneiden, und Lichtwellenleiter 1 und 2, welche bei einem Zweig θ_b schneiden, werden an einem Zentrum davon zerschnitten. Die Endoberfläche 5 wird dann auf das notwendige Ausmaß geerdet, und ein Metallfilm (beispielsweise erstellt aus Ad) wird auf der Endoberfläche 5 über beispielsweise ein Dampfablagerungsverfahren ausgebildet.
22(A) und 22(B) sind Diagramme, welche Lichtwellenleiter-Eigenschaften von Faltungs-Wellenleitern, welche wie oben beschrieben ausgebildet sind, darstellen, wenn ein Licht, welches eine Wellenlänge von 1,3 μm hat, für Untersuchungszwecke gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bezug nehmend nun auf 22(A) und 22(B) zeigen durchgängige Linien ein Faltungs-Licht an, und gestrichelte Linien stellen ein zurückkehrendes Reflexionslicht dar.
Wie anhand von 22(A) und 22(B) zu erkennen, wenn der Zweigwinkel θ_b gleich 2° beträgt, resultiert eine Änderung in der Brechungsindex-Differenz der Lichtwellenleiter (normalerweise 0,004) lediglich aufgrund von einer Zunahme des zurückkehrenden Reflexionslichtes, und ein Faltungs-Wellenleiterpfad ist nicht aufgebaut.
Andererseits, wenn der Zweigwinkel θ_b gleich 1° beträgt, ist ein Faltungs-Wellenleiterpfad aufgebaut, wenn die Brechungsindex-Differenz gleich 0,007 beträgt.
23(A) und 23(B) sind Diagramme, welche jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht von einem zusätzlichen Beispiel von Faltungs-Wellenleitern gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellen. Bezug nehmend nun auf 23(A) und 23(B) ist das Substrat 7 beispielsweise aus LiNbO mit einem x-Schnitt erstellt. Als ein Beispiel wird das Metall Ti über eine Wärmediffusion angelegt, so dass Lichtwellenleiter mit einer 5,5 μm Breite und einer y-Verbreitung ausgebildet werden.
In diesem Beispiel haben Lichtwellenleiter 1 und 2 einen unterschiedlichen Brechungsindex mit Bezug auf jeweils die Te-Polarisation und TM-Polarisation. Das heißt, dass sie Doppelbrechungs-Lichtwellenleiter sind.
In diesem Beispiel beträgt der Zweigwinkel θ_b der Lichtwellenleiter 1 und 2 gleich 0,85°, und der zusammengelegte Wellenleiter hat eine breitere Breite als dies die Lichtwellenleiter 1 und 2 haben. Eine SiO-Pufferschicht wird auf der Oberfläche ausgebildet, und zwar zum Zwecke einer Verhinderung von Schmutz, und eine Leitplatte 15 zur Unterstützung einer Schneidesäge (das heißt Schneidemaschine), um die Endoberfläche 15 zu zerschneiden, wird über Klebemittel fixiert. Die Wellenleiter, welche sich beim Zweigwinkel θ_b kreuzen, werden an einem Zentrum davon geschnitten. Die Endoberfläche 5 wird dann auf das notwendige Ausmaß geerdet, und ein Metallfilm (Ag) wird auf der Endoberfläche über ein Dampfablagerungsverfahren ausgebildet.
24 ist ein Diagramm, welches Untersuchungsergebnisse darstellt, welche erlangt werden, wenn ein Licht, welches eine Wellenlänge von 1,55 μm hat, bei dem oben beschriebenen Faltungs-Wellenleitern verwendet wird. Bezug nehmend nun auf 24 wird der Faltungs-Wellenleiterpfad mit Bezug auf sowohl die TE-Polarisation als auch TM-Polarisation aufgebaut, wenn die Übergangslänge L gleich 1.100 μm beträgt.
25(A) und 25(B) sind Diagramme, welche jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht von einem weiteren Beispiel von Faltungs-Wellenleitern darstellen.
Bezug nehmend nun auf 25(A) und 25(B) sind Lichtwellenleiter 1, 2, 3 und 4 gleich Glas-Wellenleiter, welche auf einem Si-Substrat 7 auf die gleiche Weise, wie oben beschrieben, ausgebildet sind.
Ein zusammengelegter Wellenleiter 8 ist derart entworfen, dass er ein Licht, welches durch einen Wellenfilter 12 passiert, ausschließlich an einem der Ausgabe-Lichtwellenleiter richtet. Der Wellenfilter 12 befindet sich an einer derartigen Position, um einen Faltungs-Wellenleiterpfad für ein Licht aufzubauen, welches durch den Filter reflektiert wird.
Als ein Beispiel wird, um den Wellenfilter 12 auszubilden, eine Nut mit einer Breite von 25 μm und einer Tiefe von 100 μm durch eine Schneidesäge erzeugt, und ein dielektrischer Mehrfachschicht-Film, welcher eine Dicke von beispielsweise 20 μm hat, wird eingesetzt und darin über ein Klebemittel fixiert.
Lichtsignale, welche jeweilige Wellenlängen, das heißt 1,3 μm und 1,55 μm, haben, werden über den Lichtwellenleiter 1 gerichtet, und lediglich das Licht, welches die Wellenlänge von 1,3 μm hat, wird durch den Wellenfilter 12 reflektiert. Da ein Faltungs-Wellenleiterpfad für das reflektierte Licht aufgebaut ist, wird das Licht, welches die Wellenlänge von 1,3 μm hat, insgesamt an den Ausgabe-Lichtwellenleiter 2 gerichtet.
Andererseits passiert das Licht, welches die Wellenlänge von 1,55 μm hat, durch den Wellenfilter 12 und setzt sich zum Lichtwellenleiter 4 fort. Wenn ein Lichtsignal mit einer 1,55 μm Wellenlänge in den Lichtwellenleiter 3 eintritt, wird das Lichtsignal an den Lichtwellenleiter 2 gerichtet, um das ausgegebene Licht zusammenzulegen.
Auf diese Weise kann ein einzelner Chip eine optische ADM-Schaltung realisieren.
26 ist eine Draufsicht eines Beispiels von einem abstimmbaren Wellenfilter von einem TE/TM-Mode-Umwandlungstyp (AOTF) unter Verwendung von Faltungs-Wellenleitern, gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend nun auf 26 ist ein erster AOTF 1 mit einem zweiten AOTF 2 über einen Faltungs-Wellenleiter 3 verbunden. In diesem Beispiel ist ein Metallfilm (Ti) über eine Wärmediffusion auf einem LiNbO-Substrat, welches einen x-Schnitt hat, ausgebildet, wodurch Lichtwellenleiter erzeugt werden. Eine Optimierung von einer Form des Abschnittes, bei welchem sich zwei Wellenleiter miteinander kreuzen, führt zur Erzeugung von einem PBS.
Ein PBS 17 trennt die TE-Polarisation von der TM-Polarisation.
Eine Oberflächenakustikwelle (SAW), welche durch einen IDT 20 angeregt wird, verbreitet sich durch einen SAW-Leiter 35 von einem angehefteten Dünnfilmtyp. Während der Verbreitung dadurch wird ein Licht, welches einer Frequenz von der SAW entspricht, lediglich einer TE/TM-Mode-Umwandlung unterworfen.
An dem nachfolgenden PBS 17 werden polarisierte Lichtstrahlen gekoppelt, und lediglich das Licht, welches die TE/TM-Mode-Umwandlung erfahren hat, wird an eine Verwerfungsseite gerichtet.
Ein Licht, welches nicht der Mode-Umwandlung durch die SAW unterworfen wurde, wird an einen Faltungs-Wellenleiter-Aufbau 33 gerichtet, und wird durch den Faltungs-Wellenleiter-Aufbau 33 ohne eine TE/TM-Polarisationsabhängigkeit zurückgegeben. Dann fährt das Licht zum zweiten AOTF fort. Der zweite AOTF entfernt das verworfene Licht, welches durch den ersten AOTF nicht vollständig entfernt wurde, und extrahiert lediglich ein Durchgangslicht.
Diese Kaskadenverbindung kann ein leichtes Beleuchtungsverhältnis mit Bezug auf das verworfene Licht verbessern, und hat ebenfalls einen Vorteil darin, dass die Halbwert-Breite des Filters schmaler ist. Wenn ein Licht, welches eine Wellenlänge hat, welche der SAW entspricht, von einem Hinzufüge-Anschluss eingegeben wird, wird dieses Licht mit dem Durchgangs-Licht zusammengelegt.
Der Entwurf kann derart konfiguriert sein, um stets die Möglichkeit zu beseitigen, dass sich das Licht, welches über den Hinzufüge-Anschluss zugeführt wird, unkorrekt verbreitet, um sich mit dem Eingabe-Licht (Ein) oder dem Verwerfungs-Licht zusammenzulegen.
27 ist ein Diagramm, welches einen Aufbau darstellt, bei welchem eine hohe Anzahl von abstimmbaren Wellenfiltern von einem TE/TM-Mode-Umwandlungstyp (AOTF) in einer Kaskadenverbindung gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Bezug nehmend nun auf 27 ist ein dreistufiger Aufbau für sowohl das Verwerfungs-Licht als auch das Durchgangs-Licht bereitgestellt. Dies erzielt eine exzellente Halbwert-Filterbreite-Eigenschaft, als auch ein exzellentes Lichtbeleuchtungs-Verhältnis.
Ein solcher Aufbau, wie oben beschrieben, bei welchem Vorrichtungselemente in einer Kaskadenverbindung auf einem Chip integriert sind, kann eine Produktvariation von jedem AOTF mit Bezug auf Eigenschaften davon unterdrücken. Ebenfalls erlaubt ein solcher Aufbau das Hochfrequenzsignal, welche für SAW verwendet werden, von einer einzelnen Energiequelle zugeführt werden, wodurch Phasenversatze und/oder Frequenzverschiebungen zwischen diesen Signalen vermieden werden.
Ferner, da eine Mehrzahl von IDTs in diesem Aufbau verbunden sind, können Signale, welche von den IDTs zugeführt werden, welche auf dem Substrat ausgebildet sind, auf die gleiche Frequenz eingestellt werden. Dies kann teilweise eine Dopplerverschiebung von einem optischen Signal auslöschen, welches durch die SAW erzeugt wird.
Das Verwerfungs-Licht passiert nämlich drei Mal durch die AOTFs. Der Effekt zur Beseitigung der Dopplerverschiebung wird zwischen einem Licht, welches sich in die gleiche Richtung wie die SAW verbreitet, und einem Licht, welches sich in eine unterschiedliche Richtung verbreitet, beobachtet.
Faltungs-Wellenleiter sind derart aufgebaut, dass zwei Einzel-Mode-Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter, welche auf einem Substrat ausgebildet sind, zu einem zusammengelegten Lichtwellenleiter mit einem Reflektor, welcher an einem Ende davon bereitgestellt ist, zusammengelegt werden. Ein Gesamtreflexions-Komplementärwinkel, basierend auf einer Differenz in Brechungsindizes zwischen den Wellenleitern und dem Substrat beträgt θ_c, und ein Zweigwinkel θ_c der Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter ist auf nicht höher als 0,55θ_c eingestellt. Ferner werden die Faltungs-Wellenleiter aufgebaut, indem eine Breite und ein Zweigwinkel der Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter als auch eine Form des zusammengelegten Lichtwellenleiters ausgewählt werden, so dass ein Licht, welches über einen ersten der Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter reinkommt, reflektiert wird und selektiv an einen zweiten der Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter mit lediglich einer minimalen Größe von Licht, welches zu dem ersten der Eingabe/Ausgabe-Lichtwellenleiter zurückkehrt, gerichtet wird. Dieser Aufbau erfordert eine viel geringere starre Genauigkeit beim Ausbilden einer Reflexionsoberfläche, als bei einer herkömmlichen Reflexions-Geometrie. Es ist möglich, eine Faltung von Lichtwellenleitern in einem einzelnen Chip einzuführen, während ökonomische Gründe eine Herstellung von einer solchen Vorrichtung, in Betracht auf hohe Kosten und einer niedrigen Marge, verhinderten.
Es ist weiterhin möglich, eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung als eine integrierte Vorrichtung auszubilden, wobei eine Integration von der Vorrichtung aufgrund ihrer Größe schwierig war, welche sich mehrere Zehnfache von Millimetern in einer Längsrichtung erstreckt, während sie sich lediglich mehrere Zehnfache von μm in einer Querrichtung erstreckt.
Ebenfalls sind Vorrichtungseigenschaften, wie beispielsweise eine Energiespannung, eine Halbwert-Breite von einem Filter, ein Lichtbeleuchtungs-Verhältnis, usw., wesentlich verbessert, weil der Entwurf von einer Vorrichtung von den Chip-Größenbeschränkungen befreit ist.
Darüber hinaus können optische Schaltungen, welche dazu verwendet werden können, um über Fasern oder dergleichen verbunden zu werden, nachdem die Schaltungen als einzelne Bauteile hergestellt sind, nun als eine einzelne Zusammensetzung ausgebildet werden. Dies bietet nicht nur einen Vorteil hinsichtlich einer Miniaturisierung, einer Kostenreduktion und einer Unterstützung zur Massenproduktion an, sondern stellt ebenfalls eine zuverlässige Ein-Chip-Vorrichtung bei niedrigen Kosten bereit.
Eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung kann eine Vorrichtungsdichte in einer Richtung quer zu den Wellenleitern erhöhen, um somit zu erlauben, dass eine hohe Anzahl von Wellenleiter-Vorrichtungen integriert werden kann, und kann zuverlässige und komplizierte Funktionen bei niedrigeren Kosten in einer kleineren Vorrichtungsgröße bereitstellen.
Wie oben beschrieben, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf den Gesamtreflexions-Komplementärwinkel θ_c für das Licht, welches durch den Lichtwellenleiter durchläuft.
28 ist ein Diagramm, welches den Gesamtreflexions-Komplementärwinkel θ_c darstellt. In 28 stellt θ_c den Gesamtreflexionswinkel von Licht 200 dar, welches durch einen Wellenleiter durchläuft, welcher auf einem Substrat ausgebildet ist. θ_c beträgt 90° – θ_tr, und wird daher als der Gesamtreflexions-Komplementärwinkel bezeichnet. Im Allgemeinen basiert der Gesamtreflexionswinkel θ_tr auf der Differenz in den Brechungsindizes von dem Substrat (n_s) und dem Brechungsindex von dem Wellenleiter (n_g). Genauer gesagt gilt θ_tr = sin^-1 (n_s/n_g). Daher basiert der Gesamtreflexions-Komplementärwinkel θ_c auf eine Differenz in Brechungsindizes zwischen den Lichtwellenleitern und dem Substrat. Die Konzepte von einem Gesamtreflexionswinkel und einem Gesamtreflexions-Komplementärwinkel sind im Stand der Technik bekannt.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung, wie oben angezeigt, beträgt ein Zweigwinkel θ_b zwischen Lichtwellenleitern, welche zusammengelegt sind, weniger oder gleich 0,55θ_c. Somit stellt 0,55θ_c ein oberes Limit für den Zweigwinkel θ_b dar. Ein bevorzugter Bereich für den Zweigwinkel θ_b beträgt weniger oder gleich 0,3θ_c. Ein weiterer bevorzugter Bereich für den Zweigwinkel θ_b liegt im Bereich von 0,1° ≤ θ_b ≤ 1,5°. Ein noch weiter bevorzugter Bereich für den Zweigwinkel θ_b liegt im Bereich von 0,3° ≤ θ_b ≤ 0,8°. Verschiedene weitere Beispielswerte und Bereiche für den Zweigwinkel θ_b sind hier beschrieben.
Verschiedene Beispiele von Materialien für Wellenleiter und Substrate sind hier beschrieben. Jedoch gibt es viele unterschiedliche Wellenleiter- und Substratmaterialien, welche auf die vorliegende Erfindung anwendbar sind, und die vorliegende Erfindung ist nicht dazu beabsichtigt, auf jegliche spezifische Materialien begrenzt zu sein.
Beispielsweise sind 29 und 30 Diagramme, welche verschiedene Typen von Wellenleiter- und Substrat-Aufbauten, welche unterschiedliche Typen von Materialien verwenden, gemäß von Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung darstellen.
Genauer gesagt ist 29 ein Diagramm, welches einen Wellenleiter/Substrat-Aufbau darstellt, welcher auf Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. Bezug nehmend nun auf 29 enthält der Aufbau eine Überkapsel 300, einen Kern 310, eine Unterkapsel 320 und ein Substrat 330. Der Kern 310 ist beispielsweise aus SiO₂ mit Dotierungen von P, Ti und Ge ausgebildet. Die Überkapsel 300 und Unterkapsel 320 sind beispielsweise aus SiO₂ ausgebildet. Das Substrat 330 ist beispielsweise aus Si ausgebildet. Der Aufbau in 29 wird typischerweise als ein Glastyp-Wellenleiter mit Silizium-Substrat bezeichnet.
Ein Plastiktyp-Wellenleiter ist auf Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung anwendbar. Ein Plastiktyp-Wellenleiter hat einen Aufbau, welcher ähnlich ist zu dem in 29, jedoch werden unterschiedliche Materialien für die verschiedenen Schichten verwendet.
30 ist ein Diagramm, welches einen zusätzlichen Wellenleiter/Substrat-Aufbau darstellt, welcher auf Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. Bezug nehmend nun auf 30, enthält der Aufbau eine Überkapsel 400, einen Kern 410 und ein Substrat (Unterkapsel) 410. Die Überkapsel 400 ist beispielsweise aus SiO₂ ausgebildet. Der Kern 410 enthält beispielsweise eine Ti-Dotierung. Das Substrat (Unterkapsel) 410 ist beispielsweise aus LiNbO₃ ausgebildet. Der Aufbau in 30 wird typischerweise als ein LiNbO₃-Wellenleiter bezeichnet.
29 und 30 sind als Beispiele von Wellenleiter/Substrat-Aufbauten bereitgestellt, und die vorliegende Erfindung ist nicht dazu beabsichtigt, um auf diese Aufbauten beschränkt zu sein.
Eine Einrichtung enthält einen ersten und zweiten Einzel-Mode-Lichtwellenleiter und einen Reflektor. Der erste und zweite Lichtwellenleiter sind zu einem zusammengelegten Lichtwellenleiter zusammengelegt. Der Reflektor ist derart positioniert, dass ein Licht, welches durch den ersten Lichtwellenleiter in dem zusammengelegten Lichtwellenleiter durchläuft, durch den Reflektor reflektiert wird, um durch den zweiten Lichtwellenleiter zu durchlaufen. Ein Gesamtreflexions-Komplementärwinkel für das Licht, welches durch den ersten Lichtwellenleiter durchläuft, beträgt θ_c, und ein Zweigwinkel θ_b des ersten und zweiten Lichtwellenleiters beträgt weniger oder gleich 0,55θ_c.
Zusätzlich, wie oben angezeigt, können die Breite, Form und die Brechungsindex-Verteilung des zusammengelegten Lichtwellenleiters und ein Einfallwinkel des ersten und zweiten Lichtwellenleiters in Relation zum zusammengelegten Lichtwellenleiter derart erstellt sein, dass sie zusammen bewirken, dass weniger als –15 dB des durch den Reflektor reflektierten Lichts zum ersten Lichtwellenleiter zurückreflektiert wird. Darüber hinaus, wie oben angezeigt, da der erste und zweite Lichtwellenleiter gleich Doppelbrechungstyp-Lichtwellenleiter sind, kann die Einrichtung derart erstellt werden, das weniger als –15 dB des durch den Reflektor reflektierten Lichts zum ersten Lichtwellenleiter zurückreflektiert wird, und zwar sowohl für TE-polarisiertes Licht als auch TM-polarisiertes Licht.
Wie oben angezeigt, kann die Einrichtung einen dritten und vierten Lichtwellenleiter enthalten, welche an einer gegenüberliegenden Seite des Reflektors als der erste und zweite Lichtwellenleiter bereitgestellt sind. Der Reflektor ist positioniert und hat eine derartige Übertragungseigenschaft, dass ein Licht, welches durch den dritten Lichtwellenleiter durchläuft, durch den Reflektor passiert und an einem aus dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter läuft, und dass ein Licht, welches durch den vierten Lichtwellenleiter läuft, durch den Reflektor passiert und an den weiteren aus dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter läuft. Der Reflektor kann beispielsweise aus einem aus einem Lichtwellenleiter-Filter, einem Halbspiegel oder einem Polarisationsspiegel ausgebildet sein.
Ferner, wie oben angezeigt, können die Breite, Form und die Brechungsindex-Verteilung des dritten und vierten Lichtwellenleiters, und ein Zweigwinkel zwischen dem dritten und vierten Lichtwellenleiter derart bestimmt sein, dass sie zusammen bewirken, dass ein Licht, welches durch den dritten Lichtwellenleiter läuft, durch den Reflektor passiert und an einem aus dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter läuft, und bewirken, dass ein Licht, welches durch den vierten Lichtwellenleiter läuft, durch den Reflektor passiert und an den weiteren aus dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter läuft.
Eine Einrichtung enthält einen ersten und zweiten Lichtwellenleiter, welche zu einem zusammengelegten Lichtwellenleiter zusammengelegt sind, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter und der zusammengelegte Lichtwellenleiter auf einem Halbleitersubstrat sind. Ein Reflektor ist derart positioniert, dass ein Licht durch den ersten Lichtwellenleiter in den zusammengelegten Lichtwellenleiter läuft, dann durch den zusammengelegten Lichtwellenleiter an den Reflektor läuft, und dann durch den Reflektor reflektiert wird, um durch den zweiten Lichtwellenleiter zu laufen. Der Reflektor ist jenseits eines Übergangspunktes von einer Mittenlinie des ersten Lichtwellenleiters und einer Mittenlinie des zweiten Lichtwellenleiters positioniert.
Eine Einrichtung enthält einen ersten und zweiten Lichtwellenleiter, welche zu einem zusammengelegten Lichtwellenleiter zusammengelegt sind, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter und der zusammengelegte Lichtwellenleiter auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Ein Reflektor ist derart positioniert, dass ein Licht durch den ersten Lichtwellenleiter und in den zusammengelegten Lichtwellenleiter, dann durch den zusammengelegten Lichtwellenleiter zum Reflektor läuft, und dann durch den Reflektor reflektiert wird, um durch den zweiten Lichtwellenleiter zu laufen. Die Länge des zusammengelegten Lichtwellenleiters, welcher durch das Licht vom ersten Lichtwellenleiter zum Reflektor durchlaufen wird, bewirkt, dass im Wesentlichen das gesamte Licht, welches durch den ersten Lichtwellenleiter läuft und durch den Reflektor reflektiert wird, an den zweiten Lichtwellenleiter läuft.

Claims

Einrichtung, welche enthält: ein Substrat (7); einen ersten und zweiten Lichtwellenleiter (1, 2), welche zu einem einzelnen, zusammengelegten Lichtwellenleiter (8) zusammengelegt sind, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter (1, 2) und der zusammengelegte Lichtwellenleiter (8) auf dem Substrat (7) ausgebildet sind; und einen Reflektor (6), welcher derart positioniert ist, dass ein Licht (9) durch den ersten Lichtwellenleiter (1) und in den zusammengelegten Lichtwellenleiter (8), dann durch den zusammengelegten Lichtwellenleiter (8) zum Reflektor (6) läuft, und dann durch den Reflektor (6) reflektiert wird, um durch den zweiten Lichtwellenleiter (2) zu laufen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Lichtwellenleiter (1, 2) doppelbrechend sind, und dass die Länge des zusammengelegten Lichtwellenleiters (8), welcher durch das Licht (9) vom ersten Lichtwellenleiter (1) zum Reflektor (6) durchlaufen wird, bewirkt, dass im Wesentlichen das gesamte Licht (9), welches durch den ersten Lichtwellenleiter (1) läuft und durch den Reflektor (6) reflektiert wird, an den zweiten Lichtwellenleiter (2) läuft, und dass die Länge ferner derart ist, dass eine Phasendifferenz zwischen einer geraden Mode und einer ungeraden Mode ein mehrfaches aus 2π ist, und derart ist, dass sowohl eine erste Polarisation (TE) als auch eine zweite Polarisation (TM) zum zweiten Lichtwellenleiter (2) laufen.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher ein Gesamtreflexions-Komplementwinkel für das durch den ersten Lichtwellenleiter (1) laufende Licht gleich θ_c ist, und ein Zweigwinkel θ_b des ersten und zweiten Lichtwellenleiters (1, 2) kleiner oder gleich 0,55θ_c ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Zweigwinkel θ_b kleiner oder gleich 0,3θ_c ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Zweigwinkel θ_b im Bereich von 0,1° ≤ θ_b ≤ 1,5° ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Zweigwinkel θ_b im Bereich von 0,3° ≤ θ_b ≤ 0,8° ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Substrat aus der Gruppe ist, welche LiNbO₃ und Si enthält.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Reflektor (6) an einem Ende des zusammengelegten Lichtwellenleiters (8) positioniert ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der erste und zweite Lichtwellenleiter (1, 2) Einzelmodus-Lichtwellenleiter sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Gesamtreflexions-Komplementwinkel θ_c auf einer Differenz in Brechungsindizes zwischen dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter (1, 2) und dem Substrat (7) basiert.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher weniger als –15 dB des durch den Reflektor (6) reflektierten Lichts zum ersten Lichtwellenleiter (1) zurückreflektiert wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher ein Aufbau aus dem zusammengelegten Lichtwellenleiter (8) und einem Einfallwinkel des ersten und zweiten Lichtwellenleiters (1, 2), in Relation zum zusammengelegten Lichtwellenleiter (8), zusammen weniger als –15 dB des durch den Reflektor (6) reflektierten Lichts, um zum ersten Lichtwellenleiter (1) zurückreflektiert zu werden, bewirkt.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Breite, Form und Brechungsindex-Verteilung des zusammengelegten Lichtwellenleiters (8), und ein Einfallwinkel des ersten und zweiten Lichtwellenleiters (1, 2), in Relation zum zusammengelegten Lichtwellenleiter (8), zusammen weniger als –15 dB des durch den Reflektor (6) reflektierten Lichts, um zum ersten Lichtwellenleiter (1) zurückreflektiert zu werden, bewirken.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher weniger als –15 dB des durch den Reflektor (6) reflektierten Lichts für sowohl TE polarisiertes Licht als auch TM polarisiertes Licht zum ersten Lichtwellenleiter (1) zurückreflektiert wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Reflektor (6) erlaubt, dass Licht teilweise dadurch passiert.
Einrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der Reflektor (6) durch eines aus der Gruppe ausgebildet ist, welche einen Lichtwellenleiter-Filter, einen Halbspiegel und einen Polarisationsspiegel enthält.
Einrichtung nach Anspruch 14, welche ferner einen Lichtwellenleiter enthält, welcher Licht führt, welches durch den Reflektor passiert.
Einrichtung nach Anspruch 14, welche ferner enthält: einen dritten Lichtwellenleiter (3) an einer entgegengesetzten Seite des Reflektors (6) als den ersten und zweiten Lichtwellenleiter (1, 2), so dass ein Licht (25), welches durch den dritten Lichtwellenleiter (3) läuft, durch den Reflektor (6) passiert und an den ersten oder zweiten Lichtwellenleiter (1, 2) läuft.
Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, welche ferner enthält: einen dritten und vierten Lichtwellenleiter (3, 4) an einer entgegengesetzten Seite des Reflektors (6) als den ersten und zweiten Wellenleiter (1, 2), so dass ein Licht (25), welches durch den dritten Lichtwellenleiter (3) läuft, durch den Reflektor (6) passiert, und an einen aus dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter (1, 2) läuft, und ein Licht (26), welches durch den vierten Lichtwellenleiter (4) läuft, durch den Reflektor (6) passiert, und an den weiteren aus dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter (1, 2) läuft.
Einrichtung nach Anspruch 18, welche ferner enthält: wobei die Breite, Form und Brechungsindex-Verteilung des dritten und vierten Lichtwellenleiters (3, 4) und ein Zweigwinkel zwischen dem dritten und vierten Lichtwellenleiter (3, 4) zusammen bewirken, dass ein Licht, welches durch den dritten Lichtwellenleiter läuft, durch den Reflektor passiert und an einen aus dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter läuft, und bewirken, dass ein Licht, welches durch den vierten Lichtwellenleiter läuft, durch den Reflektor passiert und an den weiteren aus dem ersten und zweiten Lichtwellenleiter läuft.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung ein gefalteter Lichtwellenleiter-Aufbau ist, welcher als ein Lichtwellenleiter in einem aus der Gruppe bereitgestellt ist, welche einen optischen Vermittler, einen optischen Modulator und einen optischen Filter enthält.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Reflektor (6) jenseits eines Schnittpunktes (30) aus einer Mittenlinie (21) des ersten Lichtwellenleiters (1) und einer Mittenlinie (21) des zweiten Lichtwellenleiters (2) positioniert ist.
Einrichtung nach Anspruch 18, bei welcher der dritte und vierte Lichtwellenleiter (3, 4) auf dem Substrat (7) ausgebildet sind.