EP4508490A1 - Optisches phasenarray, laseranordnung und verfahren zum betreiben einer solchen - Google Patents

Optisches phasenarray, laseranordnung und verfahren zum betreiben einer solchen

Info

Publication number
EP4508490A1
EP4508490A1 EP23718649.9A EP23718649A EP4508490A1 EP 4508490 A1 EP4508490 A1 EP 4508490A1 EP 23718649 A EP23718649 A EP 23718649A EP 4508490 A1 EP4508490 A1 EP 4508490A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
waveguide
light
array
waveguide array
modulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23718649.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg ROSSBACH
Christoph Schmid
Christian SCHOERNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Ams Osram International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ams Osram International GmbH filed Critical Ams Osram International GmbH
Publication of EP4508490A1 publication Critical patent/EP4508490A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
    • G02F1/3138—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions the optical waveguides being made of semiconducting materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29301—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means based on a phased array of light guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/292—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection by controlled diffraction or phased-array beam steering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0071—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for beam steering, e.g. using a mirror outside the cavity to change the beam direction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0087—Phased arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4056—Edge-emitting structures emitting light in more than one direction

Definitions

  • the present invention takes priority of the first German application DE 10 2022 109 220. 8 of 14. April 2022, the disclosure content of which is hereby incorporated in full by reference.
  • the present invention relates to an optical phase array, a resonator arrangement and a laser arrangement with the optical phase array or the resonator arrangement.
  • the invention further relates to a method for operating an optical phase array or a resonator arrangement.
  • Edge-emitting lasers are based on laser diodes and are now available for a wide frequency spectrum. Their high output power and implementation as a mass-produced product have made them interesting for a variety of applications.
  • VCSELs or pLEDs with small etendues can also be used to couple the light into a waveguide. These are generally referred to as optoelectronic components.
  • Such optoelectronic components are characterized by a larger line width in the range of a few nanometers, with the output frequency also varying depending on the current and also the temperature. On the one hand, this opens up a tuning option, but on the other hand, the output power of the laser is influenced and increased circuitry is required to compensate for or suppress undesirable effects.
  • the focus is on the possibility of directing a light beam, i.e. H . to be able to cover a defined field of view with a previously defined resolution.
  • Such application examples include RGB projections but also LIDAR. This can be achieved, among other things, with a component that expands the laser beam in order to cover a high-resolution LCD, SLM (Spatial Light Modulator) or DLP display.
  • a laser beam or a light beam can also be redirected using movable mirrors, either as MEMS or even macromechanical types. Both techniques are not ideal compromises: pixel array projections have lower efficiency and lack contrast and brilliance, while mechanically moving elements often lead to problems with robustness and increased complexity.
  • OPAs optical phased arrays
  • other optical components such as resonators, modulators or optical switches can also be controlled in a very fast and wear-free manner using the proposed principle.
  • an optical component can have a transparent semiconductor material in which free charge carriers are generated by absorbing photons with higher energy than the band gap. These photons are provided via a so-called modulation light.
  • the photon flow is the basis for active modulation of the optical component and can be provided, for example, by a second planar waveguide component located below and/or above, which directs the modulation light onto the optical component to be modulated.
  • a waveguide ensemble is provided that is tailored to the desired phase shift function.
  • a high-frequency intensity-modulated control laser or a laser diode ensures the required photon flow.
  • optical phase array should not be understood in a narrow sense. Rather, it includes a component whose optical behavior can be adjusted in a desired manner by changing the refractive index. The change in the refractive index is achieved by a further element of the phase array, which a modulation light is redirected so that it generates charge carriers through absorption, which change the refractive index. Possible such components, the refractive index of which can be advantageously adjusted, include, among other things, optical phase arrays in the narrow sense, i.e. with several waveguides of different lengths, optical resonators, in particular Ringos cillators, Mach-Zehnder modulators or directional optical couplers, to name a few.
  • the adjustable optical phase array includes a signal input for supplying useful light of a first wavelength and a first modulation input for supplying modulation light of a second wavelength.
  • the signal input is a first waveguide array connected that comprises at least one signal output and a material that is transparent to the useful light and has a first band gap.
  • a second waveguide array is connected to the first modulation input and arranged in the vicinity of the first waveguide array in such a way that modulation light can be directed onto the first waveguide array.
  • the first band gap is smaller than the photon energy of the modulation light.
  • the material of the first waveguide array is selected such that it absorbs light of the second wavelength to form charge carriers.
  • waveguide array is also not overly narrow in the broader understanding of an optical phase array mentioned above, but rather should be understood as an optical component that is intended to provide a certain functionality.
  • the first and second waveguide arrays can have the same or at least similar shape.
  • the second waveguide array should be designed in such a way that the modulation light is well reflected on the first waveguide array, i.e. H . can redirect the first component whose refractive index is to be changed.
  • the first waveguide array and the second waveguide array are arranged one above the other in two essentially parallel planes and also overlap in some areas. The overlap increases the efficiency because the modulation light can radiate better into the first waveguide array.
  • the waveguides of the second waveguide array are matched to the first waveguide array, so that the desired change in refractive index occurs in the individual waveguides of the first array at a predetermined intensity of the modulation light.
  • the intensity of the modulation light allows the rate of charge carrier generation to be adjusted and thus the refractive index in the first waveguide array to be modulated.
  • the modulation can be done digitally, e.g. B. by a pulsed modulation signal, but also as an amplitude modulated signal.
  • the first waveguide array of the optical phase array comprises a plurality of waveguides that lie essentially in one plane and comprise a defined light travel time difference from one another. This can be achieved, for example, by using different lengths of the waveguides.
  • the light travel time difference results in a phase difference at the output of the array and thus a superposition and thus an interference.
  • the phase difference can be controlled so that a light beam emitted by the array can be controlled.
  • the second waveguide array also includes a multiplicity of waveguides which essentially lie in one plane and comprise a defined light travel time difference from one another. This can also be implemented with waveguides of different lengths.
  • the optical phase array comprises a further second modulation input for supplying modulation light of the second or a third wavelength.
  • the modulation light of the third wavelength is also more energetic than the band gap of the material of the first waveguide array, so that absorption occurs with the generation of free charge carriers.
  • the second modulation input is connected to a third waveguide array and arranged in the vicinity of the first waveguide array in such a way that modulation light can be directed onto the first waveguide array. In this way, increased flexibility is achieved and the range of refractive index modulation is also increased through charge carrier generation. At this point it is possible to arrange the first waveguide array between the second and the third waveguide array, and thus direct modulation light from both sides onto the first waveguide array.
  • the second and third waveguide arrays can either overlap, but can also be arranged in mirror images of one another.
  • the second and/or third waveguide array comprises a coupling-out structure, in particular in the form of diffractive optics. This serves to couple the modulation light out of the waveguide array in a defined manner.
  • the diffractive optics or the decoupling structure can also take over a light guide and thus guide the modulation light onto the first waveguide.
  • the coupling structure faces the first waveguide array. The decoupling structure allows a definable portion of the modulation light to be decoupled in a locally localized manner.
  • the second and/or third waveguide array are only slightly spaced from the first waveguide array, for example less than 300 nm and in particular less than 100 nm.
  • part of the light (part of the light field) enters the first waveguide array as evanescent light.
  • the waveguide arrays can also be so close to one another that crosstalk of the modulation light occurs in the first waveguide array.
  • a particularly planar DBR structure is provided, which is arranged on the side of the first waveguide array opposite the second waveguide, in particular for the back reflection of modulation light. This means that modulation light can either be absorbed or reflected back.
  • a planar distribution layer which is arranged on the side of the first waveguide opposite the second waveguide and is designed to reflect modulation light back or to distribute charge carriers generated by modulation light in the first waveguide array. An even distribution of the charge carriers makes sense in order to produce a uniform change in the refractive index.
  • a semiconductor material is used as the material of the first waveguide array. This can have a direct or an indirect band gap, which is however chosen so that it is for the useful light is essentially transparent.
  • the material includes InP, Si, GaAs, AlGaAs, AlGaP or even GaN. However, these materials are not transparent to light of the second wavelength; The modulation light is therefore absorbed in the material, generating charge carriers.
  • the material of the second or third waveguide array should be transparent for the modulation light. It follows that it generally has a higher band gap than the material of the first waveguide array. Possible materials that can also be matched to the material of the first waveguide array would be AIN, SiNx, A12O3 or Si02.
  • a resonator arrangement which comprises a waveguide with a signal input for supplying useful light of a first wavelength and a signal output.
  • the arrangement also has a resonator, in particular a ring resonator, which is optically coupled to the waveguide in order to amplify a frequency mode of the useful light in the waveguide.
  • An arrangement is placed above the resonator and is designed to radiate modulation light of a second wavelength into the resonator.
  • the resonator is formed with a material with a band gap that is essentially transparent to useful light and absorbs modulation light to form charge carriers.
  • a tunable resonator arrangement is implemented, which enables a particularly mode-stable but tunable laser.
  • Possible applications for such resonator arrangements are in the area of coherent distance measurement, high-resolution spectroscopy or image projection, for example for AR or VR projections.
  • the arrangement placed above the resonator comprises one or more deflection mirrors.
  • the arrangement can also have a second waveguide with diffractive optics, which is designed to direct modulation light in the second waveguide onto the resonator.
  • a particularly planar DBR structure can be provided, which is arranged on the side of the resonator opposite the second waveguide, in particular for the back reflection of modulation light.
  • Another aspect concerns a laser arrangement that uses optical components according to the proposed principle.
  • the laser arrangement includes a first laser device for generating useful light and a second laser device for generating modulation light. The intensity of the modulating light is modulated using the second laser device.
  • the two laser devices are connected to the optical phase array, the optical component or the resonator arrangement.
  • a further aspect relates to operating an optical phase array, wherein the phase array comprises a signal input for supplying useful light of a first wavelength and a first waveguide array with at least one signal output, which is connected to the signal input and a material transparent to the useful light with a first Has band gap.
  • useful light is irradiated into the first waveguide array.
  • a modulation light is generated and at least partially coupled into the first waveguide array.
  • charge carriers are generated in the first waveguide array, which change the refractive index in a characteristic manner. The change in the refractive index is controlled by varying the intensity of the modulation light.
  • the modulation light is coupled in by means of a second waveguide array, which is arranged in the vicinity of the first waveguide array in such a way that modulation light can be guided onto the first waveguide array.
  • the first and second waveguide arrays have different properties and features.
  • the first waveguide array comprises a plurality of waveguides that lie essentially in one plane and comprise a defined light travel time difference from one another.
  • the second waveguide array can also be designed in the same way and have a plurality of waveguides that lie essentially in one plane and have a defined difference in light transit time from one another.
  • the running time differences in the waveguides of the first or the second waveguide array are formed in some embodiments by different lengths of the waveguides.
  • Figure 1 shows an embodiment of an optical phase array
  • Figure 2 shows an embodiment of a phase array according to the proposed principle in a top view
  • FIG. 3 is a sectional view of the phase array according to Figure 2 with some aspects of the proposed principle
  • Figure 4 shows a second embodiment of an optical phase array with some aspects of the proposed principle
  • Figure 5 is an alternative embodiment of Figure 4.
  • Figure 6 shows the sectional view of the phase array according to Figure 4 or 5 to explain some aspects of the proposed principle
  • Figure 7 shows a sectional view of a further embodiment of a phase array according to the proposed principle
  • Figure 8 represents a further sectional view of an embodiment of a phase array according to the proposed principle
  • Figure 9 is a third embodiment of a phase array with some aspects of the proposed principle.
  • Figures 10 to 12 are different sectional views of versions of a phase array based on the principle of Figure 9;
  • Figure 13 is an exemplary embodiment of a method with some aspects of the proposed principle.
  • Figure 1 shows the arrangement of a so-called optical phase array in the narrower sense, i.e. H . an arrangement in which beam shaping can be achieved by means of a phase offset that is generated by several optical fibers of different lengths.
  • the arrangement includes an edge-emitting laser 1, for example in the form of a laser diode or alternatively another laser arrangement.
  • An optical phase array 3 '' is connected to the output of this laser arrangement.
  • This includes a waveguide 11 connected to the signal input, which subsequently divides into several Splits individual branches 11a, 11b to 11g. Each of these individual branches has a different length and leads to a corresponding signal output 12 '.
  • useful light NL is irradiated and distributed into the various branches 11a to 11g of the optical phase array 3''. Due to the different lengths of the individual branches, this leads to signals with a phase offset from one another at the respective outputs 12'. These signals interfere with each other. By appropriately setting the length based on the frequency or the wavelength of the scattered useful light, this leads to a constructive or also destructive interference.
  • the position of the constructive interference on a screen S at the positions PI and . P2, shown as an example in FIG. 1, can be adjusted using various measures. In general, the position of this constructive interference depends on the geometric parameters and the refractive index of the waveguides 11a to 11g. By changing the refractive index of the material, the position PI or Control P2 on the screen S so that "scanning" of the screen is achieved by means of the interfering output light.
  • the conventional methods use, for example, a thermal process in which the optical phase array 3 '' is heated or heated. is cooled, whereby the respective refractive index of the waveguide changes in a characteristic manner.
  • a thermal process in which the optical phase array 3 '' is heated or heated. is cooled, whereby the respective refractive index of the waveguide changes in a characteristic manner.
  • such a process is relatively slow and can only be controlled to a limited extent.
  • this leads to an improvement over a thermal process it requires relatively large voltages to create the necessary electric field. Especially in applications with small available operating voltages, such an approach is rather complex to implement.
  • Figure 2 shows an embodiment of the proposed principle, in which the refractive index of the optical component is not set using a thermal or electro-optical process, but rather using a purely optical process.
  • the waveguides 11a to 11g are transparent to the useful light, photons with greater energy can be absorbed in the waveguides and thus generate free charge carriers. These free charge carriers then cause a change in the refractive index in a characteristic manner.
  • Figure 2 now shows a possible embodiment of this principle.
  • the arrangement according to the proposed principle includes an optical component 3, which in the present case is also designed as an optical phase array in the narrower sense.
  • a laser device 1 is arranged at a signal input, which in turn is coupled to a waveguide 11. This can be an edge-emitting laser, a laser diode or even a laser device not based on semiconductor structures.
  • the optical phase array comprises a plurality of waveguides 11a, 11b to 11g, which are connected to one another on the input side and each lead to a signal output 12' on the output side.
  • the length of the respective waveguides between the signal input and signal output is different and coordinated with one another in such a way that an interference pattern of irradiated light at the output results on a screen in a manner similar to that in FIG. 1.
  • the optical component 3 now comprises a second signal input, which in turn is connected to a second laser diode 2 for supplying a modulation light ML.
  • This modulation input is in turn connected to a large number of waveguides 21a, 21b to 21g.
  • the waveguides also form a waveguide structure for the modulation light ML and are designed such that the individual waveguides 21a, 21b to 21g lie over part of the waveguides 11a, 11b to 11g
  • FIG. 3 shows a sectional view of the arrangement according to the proposed principle. It can be seen here that the individual waveguides 11a, 11b to 11g for the useful light NL are arranged essentially along a plane. Above this level, also in one level, are the waveguide structures 21a, 21b to 21g the modulation light ML is provided. Each of these waveguides 21a, 21b to 21g of the structure for the modulation light ML has an outcoupling optics 22 which faces the respective waveguide 11a, 11b to 11g.
  • a modulation light ML is irradiated whose photon energy is greater than the band gap of the material in the waveguides 11a, 11b to 11g.
  • the band gap is constant and there is no difference in terms of crystal direction or direct/indirect band gap.
  • the present principle is possible when light is absorbed in the material of the waveguide or in the surrounding area, which then generates free charge carriers in the material of the waveguide.
  • the modulation light ML emerges through the existing decoupling optics and is optically absorbed by the waveguides 11a, 11b to 11g.
  • the absorption generates charge carriers in the conduction band of the material of the waveguides 11a, 11b to 11g, which changes the refractive index of this material.
  • Useful light NL sets a characteristic refractive index change.
  • the intensity modulation light ML By changing the intensity of the modulation light ML, the refractive index also changes. With an intensity modulation of the light ML, a modulation of the refractive index is thus brought about in a characteristic manner.
  • the material of the waveguides for the modulation light ML is selected such that it is transparent to the modulation light ML itself.
  • the energy of the photons of the modulation light ML is so high that it exceeds the band gap of the waveguides 11a to 11g and is thus absorbed by them, producing free charge carriers.
  • the charge carrier generation and thus also the resulting change in refractive index can now be established or change . In this way, it is possible to adjust the interference pattern at the output of the optical component 3 and, for example, to achieve the effect shown in FIG. 1 of changing a constructive interference maxima along a position.
  • the change in a refractive index based on charge carriers is essentially determined by three effects.
  • this is a filling of the density of states or filling of the allowed band states with free charge carriers according to Burstein Moss, which generally leads to a change in the refractive index to lower values.
  • a band gap normalization or Even a slight change in the band gap towards smaller energies leads to a change in the refractive index towards larger values.
  • the refractive index in the interesting transparency range of the EM spectrum can also be changed to smaller values via free charge carrier generation and subsequent characteristic absorption in the IR range.
  • these three aspects work together, with free charge carrier absorption according to the Drude model being the main consideration.
  • N and P are the free ones Charge carriers, the masses m denote the respective effective masses of the electrons or Holes, but the mass m H of the holes p is significantly larger than the mass of the electrons, so that the term — mh is often negligible.
  • the change in refractive index is negative, i.e. H .
  • the refractive index is reduced by the absorption of light within the waveguide.
  • the change in refractive index is proportional to the square of the wavelength A, which basically results in a higher change in refractive index at longer wavelengths, i.e. H . at lower energies.
  • a combination of InP and GaP is used as the waveguide material for the optical component; the parameters used refer to InP.
  • the intensity of the laser beam decreases exponentially within the material, i.e. the intensity is approximately proportional to e ⁇ -z/z0) , where zo is the absorption length.
  • the absorption length corresponds to the length z at which the intensity of the light has fallen to 1/e (or here 1/e 2 for I) of the original I. This roughly results in an absorption length of with zo approx. 40 nm
  • the decrease in light means that charge carriers have been generated there. In this way, the number of absorption lengths can be determined
  • the electron-hole plasma created in this way also recombines again, which means that the number of free charge carriers decreases.
  • the recombination rate follows various mechanisms. These mechanisms are, on the one hand, recombination via direct recombination, i.e. H . the electron and hole recombine together to produce a corresponding photon, plasmon, or phonon. Alternatively, there is also the possibility of a so-called Auger recombination, which, however, is several orders of magnitude lower than direct recombination and can therefore be ignored when considering it.
  • the recombination rate R thus results from the concentration n, p of the available charge carriers and a material-dependent parameter C, which characterizes the two mechanisms mentioned above in the respective material.
  • a recombination rate R im follows from equation (4). Area of 2 * 10 16 1/nscm 3 .
  • Recombination rate would therefore be the charge carriers generated after approx. 10 ns fully combined.
  • the generation rate of the charge carriers as well as the recombination rate can also be represented using a differential equation, which is in the dn(t)
  • Equation (5) is given.
  • the generation rate therefore corresponds to a constant value given by a parameter a, which corresponds to the charge carrier density and can be derived from (3) and the intensity I, which is minus the product of the recombination rate and the number of charge carriers over time.
  • a corresponds to the charge carrier density and can be derived from (3)
  • I which is minus the product of the recombination rate and the number of charge carriers over time.
  • Refractive index change increases.
  • a phase change of n between two waveguides due to a change in refractive index it is therefore sufficient to have a waveguide with a length of approx. 100 pm and to generate a charge carrier density in the range from 10 18 to about 10 19 . It follows that with an additional
  • a sufficient charge carrier concentration of free charge carriers can be generated within the material of the optical component in order to produce a required refractive index change for a phase offset of 180 ° i.e. n.
  • FIG. 4 shows a further embodiment in which greater flexibility in setting the refractive index can be achieved by means of several additional laser devices for generating modulation light ML, possibly also of different wavelengths. In addition, such a design also allows a certain symmetrical shape, so that a more uniform charge carrier distribution is achieved.
  • Figure 4 shows an optical component 3.
  • a laser device 1 for supplying the useful light NL is in turn connected to the signal input.
  • the waveguide structure, connected to the modulation inputs, is designed in the same way and is shown as an example in a cross section in Figure 6.
  • the first waveguide structure with the waveguides 11a, 11b to 11g is arranged in one plane.
  • the waveguides 11a, 11b to 11g are surrounded on both sides by a corresponding modulation waveguide structure.
  • the waveguide structures for the modulation light are ML or for the modulation light ML 'mirror-symmetrical above or. provided below the waveguide structure for the useful light NL.
  • Another alternative embodiment is above or. Also below the waveguide structure for the useful light there are additional mirrors or other optical or specify electro-optical structures. These can serve to achieve a more even distribution of light or also to generate a more uniform charge carrier distribution, which ultimately improves the signal quality.
  • Figure 7 shows an exemplary embodiment in cross section, in which two additional DBR structures 31 and . 31 'are arranged above and below the plane of the waveguide structure for the useful light NL.
  • the DBR Structures are designed in such a way that they increase the absorption of modulation light ML within the waveguide structure with the waveguides 11a, 11b to 11g, thereby improving the efficiency in charge carrier generation.
  • the two planar DBR structures 31 and 31' form a vertical cavity in which the modulation light ML is ideally reflected back and forth several times until it is essentially completely absorbed by the waveguide structure for the useful light.
  • FIG. 8 An alternative embodiment is shown in FIG. 8, in which the planes of the waveguide structures for the useful light NL and the waveguide structure for the modulation light ML are arranged as close to one another as possible.
  • the distance between the waveguides 11a, 11b to 11g and the waveguides 21a, 21b to 21g for the modulation light is only a few 10 nm to a few 100 nm.
  • the modulation light couples directly into the waveguide structure with the waveguides 11a, 11b to 11g by means of evanescent coupling and is at least partially absorbed there.
  • This embodiment has the advantage that additional coupling structures 22 or DBR structures can generally be dispensed with, thereby simplifying production.
  • a DBR structure below waveguides 11a, 11b to 11g is also possible here.
  • FIG. 9 now shows a further exemplary embodiment with an optical component that is different from the previous exemplary embodiments.
  • the background is the fact that the basic principle of a change in the refractive index in optical components through additionally introduced modulation light is not limited to an optical phase array in the narrower sense. Rather, it is also possible, for example, to reduce the line width of an edge-emitting laser, to stabilize it or to be able to flexibly adjust other optical functionalities.
  • the optical component 30 'as in the other embodiments also includes a material 30 in which a waveguide 11 runs from a signal input to a signal output 12 is embedded.
  • the waveguide is used to supply and process the useful light NL.
  • a resonator element 32 is connected to the waveguide via an optical coupling D, the element 32 in the present form being designed as a ring resonator.
  • a single mode of the scattered useful light NL is selected, amplified and provided at the output 12 by the optical coupling D and the geometric parameters of the ring resonator 32. In this way, an edge-emitting laser diode can be stabilized against thermal fluctuations and its line width can be significantly reduced so that it is still a few megahertz.
  • annular structure above the ring resonator also has a decoupling structure with which the modulation light ML provided by the laser diode 1 is irradiated into the ring resonator and generates free charge carriers there. These cause a change in the refractive index in the ring resonator, whereby the selected mode shifts due to the optical coupling D. By modulating the intensity of the irradiated modulation light, the refractive index is changed and thus a frequency modulation of the scattered useful light is realized at the output 12.
  • the proposed optical component can be implemented in various ways, particularly with regard to the supply of the modulation light.
  • Figures 10, 11 and 12 show various embodiments in this regard with their respective cross sections.
  • the modulation light ML is provided by a laser device 2, which is mounted on an additional, laterally arranged carrier the height of the optical element three 'is arranged.
  • the modulation light is partly reflected in the prism-shaped mirror elements 4 and given to the ring resonator 32; partly it continues to run out of the first element, enters the second mirror element 4 and is reflected there.
  • This arrangement has the advantage that it can be easily placed on existing optical components 3', provided that the material forming the optical component is transparent to the modulation light.
  • FIG. 11 An alternative embodiment is shown in FIG. 11.
  • the modulation light is generated by an externally arranged second laser diode 2.
  • the ring resonator is arranged between two DBR structures 31.
  • One of the DBR structures below the ring resonator is designed as a flat mirror, the second DBR structure above the ring resonator 32 merely covers the material of the ring resonator.
  • a coupling structure 22 is used to irradiate the light onto the DBR structure 31 and the material of the ring author.
  • FIG. 13 shows an embodiment of a method for operating an optically adjustable component.
  • a signal input is provided for supplying useful light of a first wavelength into at least one waveguide.
  • the optical component comprises a material that is transparent to the useful light, which in turn has a first band gap or is designed so that it absorbs light smaller than a predetermined wavelength.
  • Such an optical component is now provided in step S1 and connected to a first laser device for generating the useful light.
  • a second laser device which is designed to generate a modulation light.
  • a photon energy of the modulating light is larger than the first band gap.
  • the useful light is now irradiated into the first component in step S2 and processed in the desired manner in the optical component.
  • the light processed in the component can be tapped at the output.
  • the modulation light is now also supplied in such a way that at least part of the modulation light radiates into the material of the region relevant for the optical component.
  • the component can be a waveguide, a resonator, a PIC or PLC or even a waveguide array.
  • the irradiated modulation light Due to the higher photon energy, the irradiated modulation light is now absorbed within this area and generates free charge carriers there. Depending on the intensity of the irradiated modulation light, a balance is established between charge carrier recombination and charge carrier generation. However, the free charge carriers simultaneously change the refractive index of the material and thus influence the useful light irradiated. Through the intensity of the modulation light, this change in refractive index can be adjusted over a predetermined range and thus also change the functionality of the optical component.
  • the refractive index change essentially occurs through intensity modulation of the modulating light, which can therefore reach high speeds in the range of several 100 MHz.
  • complex additional circuitry measures are reduced; all that is required is an additional laser device to generate the modulation light with a higher photon energy than the useful light.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Phasenarray mit einem Signaleingang zur Zuführung von Nutzlicht einer ersten Wellenlänge sowie einen ersten Modulationseingang zur Zuführung von Modulationslicht einer zweiten Wellenlänge. Ein erstes Wellenleiterarray mit wenigstens einem Signalausgang ist an den Signaleingang angeschlossen und umfasst ein für das Nutzlicht transparentes Material aufweisend eine erste Bandlücke. Ein an den ersten Modulationseingang angeschlossenes zweites Wellenleiterarray ist in Nachbarschaft des ersten Wellenleiterarray derart angeordnet und ausgeführt, Modulationslicht auf das erste Wellenleiterarray zu leiten, wobei die erste Bandlücke kleiner ist als die Energie des Modulationslichts.

Description

OPTISCHES PHASENARRAY , LASERANORDNUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EI¬
NER SOLCHEN
Die vorliegende Erfindung nimmt die Priorität der deutschen Erstanmeldung DE 10 2022 109 220 . 8 vom 14 . April 2022 in Anspruch, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug vollständig auf genommen wird .
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Phasenarray, eine Resonatoranordnung und eine Laseranordnung mit dem optischen Phasenarray oder der Resonatoranordnung . Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Phasenarrays oder auch einer Resonatoranordnung .
HINTERGRUND
Kantenemittierende Laser basieren auf Laserdioden und sind mittlerweile für ein breites Frequenzspektrum verfügbar . Ihre hohe Ausgangsleistung und Realisierung als Massenprodukt haben sie für eine Vielzahl von Anwendungen interessant gemacht . Neben kantenemittierenden Lasern können auch VCSEL oder auch pLEDs mit kleinem Etendue verwendet werden, um das Licht in einen Wellenleiter einkoppeln zu können . Diese werden generell als optoelektronische Bauelemente bezeichnet .
Dabei zeichnen sich derartige optoelektronische Bauelemente durch eine größere Linienbreite im Bereich einiger Nanometer aus , wobei die Ausgangsfrequenz zusätzlich abhängig von dem Strom und auch der Temperatur variiert . Dies eröffnet zwar zum einen eine Abstimmungsmöglichkeit , zum anderen wird die Ausgangsleistung des Lasers beeinflusst und ein erhöhter Schaltungsaufwand notwendig , um unerwünschte Effekte zu kompensieren oder zu unterdrücken .
In einer Reihe von Anwendungen sind j edoch Laser mit schmaler Linienbreite bzw . auch eine hohe Stabilität der Emissionswellenlänge und der Leistung gewünscht . Hierzu ist es notwendig, kantenemittierende Laser zu stabilisieren . Zum einen lässt sich dies durch DBR Strukturen entlang des Laserresonators bewerkstelligen, wobei dies j edoch mit erhöhten Kosten verbunden ist . Eine Alternative dazu besteht in der Kopplung der Laseranordnungen mit externen Kavitäten mit einstellbaren Etalons , Bragg-Gratings oder auch mit Mikroresonatoren mit kleinem Formfaktor .
Bei all diesen lassen sich Linienbreiten von nur einigen kHz erreichen .
In anderen Anwendungen steht wiederum die Möglichkeit im Vordergrund, einen Lichtstrahl aus zurichten, d . h . ein definiertes Sichtfeld mit einer vorher definierten Auflösung abdecken zu können . Derartige Anwendungsbeispiele liegen unter anderem bei RGB-Pro ektionen aber auch bei LIDAR . Diese lässt sich unter anderem mit einer Komponente realisieren, welche den Laserstrahl aufweitet , um so ein hochauflösendes LCD, SLM ( Spatial Light Modulator ) oder DLP-Display abzudecken . Alternativ kann auch eine Umlenkung eines Laserstrahls oder eines Lichtstrahls mit beweglichen Spiegeln, entweder als MEMS oder sogar makromechanische Typen erfolgen . Beide Techniken sind keine idealen Kompromisse : Pixelarray-Proj ektionen haben einen geringeren Wirkungsgrad und es fehlt ihnen an Kontrast und Brillanz , während mechanisch bewegliche Elemente oft zu Problemen mit der Robustheit und einer erhöhten Komplexität führen .
Es besteht demnach ein Bedürfnis nach nicht-mechanischen Strahlsteue- rungs- oder auch Abtastungsoptionen, die sich auf einfache Weise ein Gehäuse integriert lassen und somit eine deutliche Reduzierung des Bauvolumens ermöglichen .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diesem Bedürfnis wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen . Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen des vorgeschlagenen Prinzips sind in den Unteransprüchen angegeben .
Hierzu schlagen die Erfinder optische Phasenarrays ( optical phased Arrays , OPAs ) vor , die optisch gesteuert werden und große Modulationsbandbreiten auf sehr kleinen Formfaktoren ermöglichen . Neben optischen Phasenarrays lassen sich nach dem vorgeschlagenen Prinzip auch andere optische Komponenten wie Resonatoren, Modulatoren oder auch optische Schalter auf eine sehr schnelle und verschleißfreie Weise ansteuern .
Im Besonderen machen sich die Erfinder bei einer optischen Komponente der oben genannten Art zu Nutze , dass sich der Brechungsindex unter anderem durch freie Ladungsträger beeinflussen lässt . So kann eine optische Komponente ein transparentes Halbleitermaterial aufweisen, bei dem freie Ladungsträger durch Absorption von Photonen mit höherer Energie als die Bandlücke erzeugt werden . Diese Photonen werden über ein sogenanntes Modulationslicht bereitgestellt . Der Photonenf luss ist die Grundlage für eine aktive Modulation der optischen Komponente und kann beispielsweise durch ein zweites , darunter und/oder darüber liegende planare Wellenleiterkomponente bereitgestellt werden, welche das Modulationslicht auf die zu modulierende optische Komponente lenkt .
Dadurch wird eine Modulation des Brechungsindex erreicht , wobei die Modulationsgeschwindigkeit im Wesentlichen durch die Lebensdauer der Ladungsträger in dem Material beschränkt ist . Gerade bei optischen Phasenarrays im engeren Sinne wird so ein Wellenleiterensemble bereitgestellt , das auf die gewünschte Phasenverschiebungsfunktion zugeschnitten ist . Ein hochfrequenter intensitätsmodulierter Steuerlaser oder auch eine Laserdiode ( oder ggf . mehrere davon) sorgt für den erforderlichen Photonenf luss .
In einigen Aspekten des hier vorgestellten Prinzips wird ein optisches Phasenarray vorgeschlagen . Der Begriff „optisches Phasenarray" soll dabei nicht in engem Sinne verstanden werden . Vielmehr fällt darunter eine Komponente , deren optisches Verhalten durch eine Änderung des Brechungsindex in einer gewünschten Weise einstellbar ist . Die Änderung des Brechungsindex wird durch ein weiteres Element des Phasenarrays erreicht , welche ein Modulationslicht umlenkt , so dass dieses durch Absorption Ladungsträger erzeugt , welche den Brechungsindex ändern . Mögliche derartige Komponenten, deren Brechungsindex vorteilhaft einstellbar ist , umfassen unter anderem optische Phasenarrays in engem Sinne , d . h . mit mehreren Wellenleitern unterschiedlicher Länge , optische Resonatoren, insbesondere Ringos zillatoren, Mach-Zehnder Modulatoren oder auch direktionale optische Koppler, um einige zu nennen .
Das einstellbare optische Phasenarray umfasst einen Signaleingang zur Zuführung von Nutzlicht einer ersten Wellenlänge sowie einen ersten Modulationseingang zur Zuführung von Modulationslicht einer zweiten Wellenlänge . Mit dem Signaleingang ist ein erstes Wellenleiterarray verbunden, dass wenigstens einen Signalausgang und ein für das Nutzlicht transparentes Material aufweisend eine erste Bandlücke umfasst . Ein zweites Wellenleiterarray ist an den ersten Modulationseingang angeschlossen und in Nachbarschaft des ersten Wellenleiterarray derart angeordnet , dass Modulationslicht auf das erste Wellenleiterarray leitbar ist . Dabei ist die erste Bandlücke kleiner als die Photonen- energie des Modulationslichts . Mit anderen Worten ist das Material des ersten Wellenleiterarrays so gewählt , dass es Licht der zweiten Wellenlänge unter Bildung von Ladungsträger absorbiert . Auch der Begriff Wellenleiterarray ist im oben genannten breiteren Verständnis eines optischen Phasenarrays nicht übermäßig eng , sondern eher als optische Komponente zu verstehen, die eine gewisse Funktionalität bereitstellen soll .
In diesem Zusammenhang können erstes und zweites Wellenleiterarray eine gleiche oder zumindest ähnliche Form aufweisen . Insbesondere sollte das zweite Wellenleiterarray so ausgestaltet sein, dass es das Modulationslicht gut auf das erste Wellenleiterarray, d . h . die erste Komponente umlenken kann, deren Brechungsindex verändert werden soll . Entsprechend ist in einigen Aspekten vorgesehen, dass das erste Wellenleiterarray und das zweite Wellenleiterarray übereinander in zwei im wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet sind und sich zusätzlich noch in einigen Bereichen überlappen . Durch den Überlapp wird die Effizienz vergrößert , da das Modulationslicht besser in das erste Wellenleiterarray einstrahlen kann . Die Wellenleiter des zweiten Wellenleiterarrays sind auf das erste Wellenleiterarray abgestimmt , so dass sich in den einzelnen Wellenleitern des ersten Arrays bei einer vorbestimmten Intensität des Modulationslichts die gewünschte Brechzahländerung einstellt .
Durch die Intensität des Modulationslicht lässt sich die Rate der Ladungsträgererzeugung einstellen und damit der Brechungsindex in dem ersten Wellenleiterarray modulieren . Die Modulation kann digital erfolgen, z . B . durch ein gepulstes Modulationssignal , aber auch als amplitudenmoduliertes Signal . In einigen Aspekten umfasst das erste Wellenleiterarray des optischen Phasenarrays eine Vielzahl von Wellenleitern, die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlauf zeitunterschied zueinander umfassen . Dieser kann beispielsweise durch eine unterschiedliche Länge der Wellenleiter realisiert sein . Durch den Lichtlauf zeitunterschied ergibt sich am Ausgang des Arrays ein Phasenunterschied und damit eine Überlagerung und damit eine Interferenz . Mittels der Modulation des Brechungsindex nach dem vorgeschlagenen Prinzip ist der Phasenunterschied steuerbar , so dass ein von dem Array abgegebener Lichtstrahl gesteuert werden kann .
In einem weiteren Aspekt umfasst auch das zweite Wellenleiterarray eine Vielzahl von Wellenleitern, die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlaufzeitunterschied zueinander umfassen . Auch dieser kann mit verschieden langen Wellenleitern implementiert sein .
In einem weiteren Aspekt umfasst das optische Phasenarray einen weiteren zweiten Modulationseingang zur Zuführung von Modulationslicht der zweiten oder einer dritten Wellenlänge . Auch das Modulationslicht der dritten Wellenlänge ist energiereicher als die Bandlücke des Materials des ersten Wellenleiterarrays , so dass es zu einer Absorption unter Erzeugung von freien Ladungsträgern kommt . Der zweite Modulationseingang ist an ein drittes Wellenleiterarray angeschlossen und in Nachbarschaft des ersten Wellenleiterarrays derart angeordnet , dass Modulationslicht auf das erste Wellenleiterarray leitbar ist . Auf diese Weise wird eine erhöhte Flexibilität erreicht und zusätzlich der Bereich der Brechungsindexmodulation durch Ladungsträgererzeugung erhöht . Es ist an dieser Stelle möglich das erste Wellenleiterarray zwischen dem zweiten und dem dritten Wellenleiterarray anzuordnen, und so Modulationslicht von beiden Seiten auf das erste Wellenleiterarray zu lenken . Das zweite und das dritte Wellenleiterarray können j e nach Ausgestaltung entweder überlappen, aber auch spiegelbildlich zueinander angeordnet sein . In einem weiteren Aspekt umfasst das zweite und/oder dritte Wellenleiterarray eine Auskoppelstruktur, insbesondere in Form einer diffrak- tiven Optik . Diese dient dazu, das Modulationslicht auf eine definierte Weise aus dem Wellenleiterarray auszukoppeln . Dabei kann die diffrak- tive Optik oder auch die Auskoppelstruktur auch eine Lichtführung übernehmen und so das Modulationslicht auf den ersten Wellenleiter führen . In einigen Ausgestaltungen ist die Aus koppelstruktur dem ersten Wellenleiterarray zugewandt . Die Auskoppelstruktur erlaubt es , örtlich lokalisiert einen definierbaren Teil des Modulationslichts auszukoppeln . In einer alternativen Ausgestaltung sind das zweite und/oder dritte Wellenleiterarray von dem ersten Wellenleiterarray nur gering beabstandet , beispielsweise weniger als 300 nm und insbesondere weniger als 100 nm . Dadurch gelangt ein Teil des Lichts ( ein Teil des Lichtfeldes ) als evaneszentes Licht in das erste Wellenleiterarray . Beispielsweise können auch die Wellenleiterarrays so nahe beieinander liegen, dass es zu einem Übersprechen des Modulationslichts in das erste Wellenleiterarray kommt .
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit einer Verbesserung der Lichteinkopplung des Modulationslichts in das erste Wellenleiterarray . In einem Aspekt ist eine insbesondere planare DBR Struktur vorgesehen, welche auf der dem zweiten Wellenleiter gegenüberliegenden Seite des ersten Wellenleiterarrays angeordnet ist , insbesondere zur Rückreflek- tion von Modulationslicht . Dadurch kann Modulationslicht entweder absorbiert oder auch zurückreflektiert werden . In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, eine planare Verteilungsschicht vorzusehen, welche auf der dem zweiten Wellenleiter gegenüberliegenden Seite des ersten Wellenleiters angeordnet und ausgebildet ist , Modulationslicht zurück zu reflektieren oder von Modulationslicht im ersten Wellenleiterarray generierte Ladungsträger zu verteilen . Eine gleichmäßige Verteilung der Ladungsträger ist sinnvoll , um eine gleichmäßige Brechzahländerung zu erzeugen .
Einige Aspekte beschäftigen sich mit einer geeigneten Materialauswahl . In einigen Aspekten wird ein Halbleitermaterial als Material des ersten Wellenleiterarrays verwendet . Dieses kann eine direkte , oder auch eine indirekte Bandlücke aufweisen, die j edoch so gewählt ist , dass es für das Nutzlicht im Wesentlichen transparent ist . In einem Aspekt umfasst das Material InP, Si , GaAs , AlGaAs , AlGaP oder auch GaN . Hingegen sind diese Materialien nicht transparent für das Licht der zweiten Wellenlänge ; das Modulationslicht wird daher unter Erzeugung von Ladungsträgern im Material absorbiert . Allerdings sollte das Material des zweiten oder auch des dritten Wellenleiterarrays für das Modulationslicht transparent sein . Daraus folgt , dass es generell eine höhere Bandlücke aufweist als das Material des ersten Wellenleiterarrays . Mögliche Materialien, die auch auf das Material des ersten Wellenleiterarrays abgestimmt sein können, wären AIN, SiNx, A12O3 oder auch Si02 .
In einigen Aspekten wird eine Resonatoranordnung vorgeschlagen, die einen Wellenleiter mit einem Signaleingang zur Zuführung von Nutzlicht einer ersten Wellenlänge und einen Signalausgang umfasst . Die Anordnung weist weiterhin einen Resonator auf , insbesondere einen Ringresonator, der mit dem Wellenleiter optisch gekoppelt ist , um eine Frequenzmode des Nutzlichts im Wellenleiter zur verstärken . Über dem Resonator ist eine Anordnung platziert , die ausgestaltet ist , Modulationslicht einer zweiten Wellenlänge in den Resonator einzustrahlen . Dazu ist der Resonator mit einem Material mit einer Bandlücke gebildet , das für Nutzlicht im Wesentlichen transparent ist und Modulationslicht unter Bildung von Ladungsträgern absorbiert . Auf diese Weise wird eine durchstimmbare Resonatoranordnung implementiert , die einen besonders modenstabilen, aber durchstimmbaren Laser ermöglicht . Mögliche Anwendungen für derartige Resonatoranordnungen liegen im Bereich einer kohärenten Entfernungsmessung , hochauflösende Spektros kopie oder auch Bildproj ektion, beispielsweise für AR- oder VR-Pro ektionen .
In einer Ausgestaltung umfasst die über dem Resonator platzierte Anordnung einen oder mehrere Umlenkspiegel . Alternativ kann die Anordnung auch einen zweiten Wellenleiter mit einer diffraktiven Optik aufweisen, die ausgestaltet ist , Modulationslicht im zweiten Wellenleiter auf den Resonator zu lenken . Wie auch bei dem optischen Phasenarray kann eine insbesondere planare DBR Struktur vorgesehen werden, welche auf der dem zweiten Wellenleiter gegenüberliegenden Seite des Resonators angeordnet ist , insbesondere zur Rückref lektion von Modulationslicht . Ein weiterer Aspekt betrifft eine Laseranordnung , die optische Komponenten nach dem vorgeschlagenen Prinzip nutzt . Dabei umfasst die Laseranordnung eine erste Laservorrichtung zur Erzeugung von Nutzlicht und eine zweite Laservorrichtung zur Erzeugung von Modulationslicht . Das Modulationslicht wird mit der zweiten Laservorrichtung in der Intensität moduliert . Die beiden Laservorrichtungen sind an das optische Phasenarray, die optische Komponente oder auch die Resonatoranordnung angeschlossen .
Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf ein Betreiben eines optischen Phasenarrays , wobei das Phasenarray einen Signaleingang zur Zuführung von Nutzlicht einer ersten Wellenlänge und ein erstes Wellenleiterarray mit wenigstens einem Signalausgang umfasst , welches an den Signaleingang angeschlossen ist und ein für das Nutzlicht transparentes Material mit einer ersten Bandlücke aufweist . Bei dem Verfahren wird Nutzlicht in das erste Wellenleiterarray eingestrahlt . Ebenso wird ein Modulationslicht erzeugt und zumindest zum Teil in das erste Wellenleiterarray eingekoppelt . Durch Absorption des eingestrahlten Modulationslichts werden Ladungsträger in dem ersten Wellenleiterarray erzeugt , die den Brechungsindex in charakteristischer Weise ändern . Durch eine Variation der Intensität des Modulationslichts wird die Änderung des Brechungsindex gesteuert .
In einem Aspekt erfolgt das Einkoppeln des Modulationslichts mittels eines zweiten Wellenleiterarrays , welches in Nachbarschaft des ersten Wellenleiterarray derart angeordnet ist , dass Modulationslicht auf das erste Wellenleiterarray leitbar ist . Je nach optischer Komponente weisen das erste und das zweite Wellenleiterarray unterschiedliche Eigenschaften und Merkmale auf . In einigen Aspekten umfasst das erste Wellenleiterarray eine Vielzahl von Wellenleitern, die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlauf zeitunterschied zueinander umfassen . In gleicher Weise kann auch das zweite Wellenleiterarray ausgestaltet sein und eine Vielzahl von Wellenleitern aufweisen, die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlaufzeitunterschied zueinander umfassen . Die Lauf zeitunterschiede in den Wellenleitern des ersten oder auch des zweiten Wellenleiterarrays werden in einigen Ausgestaltungen durch unterschiedliche Längen der Wellenleiter gebildet .
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden .
Figur 1 zeigt eine Ausgestaltung eines optischen Phasenarrays ;
Figur 2 stellt eine Ausgestaltung eines Phasenarrays nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Draufsicht dar ;
Figur 3 ist eine Schnittdarstellung des Phasenarrays nach Figur 2 mit einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips ;
Figur 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines optischen Phasenarrays mit einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips ;
Figur 5 ist eine alternative Ausführung der Figur 4 ;
Figur 6 zeigt die Schnittdarstellung des Phasenarrays nach Figur 4 oder 5 zur Erläuterung einiger Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips ;
Figur 7 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Phasenarrays nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 8 stelle eine weitere Schnittdarstellung einer Ausgestaltung eines Phasenarrays nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar;
Figur 9 ist eine dritte Ausgestaltung eines Phasenarrays mit einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips ;
Figuren 10 bis 12 sind verschiedene Schnittdarstellung von Ausführungen eines Phasenarrays nach dem Prinzip der Figur 9 ; Figur 13 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens mit einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips .
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu . Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben . Es versteht sich von selbst , dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird . Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf . Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auf treten können, ohne j edoch der erfinderischen Idee zu widersprechen .
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt , und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein . Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden . Begriffe wie "oben" , "oberhalb" , "unten" , "unterhalb" , "größer" , " kleiner" und dergleichen werden j edoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt . So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten .
Figur 1 zeigt die Anordnung eines sogenannten optischen Phasenarrays im engeren Sinne , d . h . eine Anordnung , bei der mittels eines Phasenversatzes , der durch mehrere unterschiedlich lange Lichtwellenleiter erzeugt wird, eine Strahlformung erreichbar ist .
Die Anordnung umfasst einen kantenemittierenden Laser 1 beispielsweise in Form einer Laserdiode oder auch alternativ eine andere Laseranordnung . An den Ausgang dieser Laseranordnung ist ein optisches Phasenarray 3 ' ' angeschlossen . Dieses umfasst einen mit dem Signaleingang verbundenen Wellenleiter 11 , der sich im weiteren Verlauf in mehrere Einzeläste 11a , 11b bis 11g aufspaltet . Jede dieser einzelnen Äste besitzt eine unterschiedliche Länge und führt an j eweils einen entsprechenden Signalausgang 12 ' .
In einem Betrieb der Anordnung wird Nutzlicht NL eingestrahlt und verteilt sich in die verschiedenen Äste 11a bis 11g des optischen Phasenarrays 3 ' ' . Durch die unterschiedliche Länge der einzelnen Äste führt dies an den j eweiligen Ausgängen 12 ' zu Signalen mit einem Phasenversatz untereinander . Diese Signale interferieren miteinander . Durch eine geeignete Einstellung der Länge basierend auf der Frequenz bzw . der Wellenlänge des eingestreuten Nutzlichts führt dies zu einer konstruktiven bzw . auch destruktiven Interferenz . Die Position der konstruktiven Interferenz auf einem Schirm S an den Positionen PI bzw . P2 , in der Figur 1 beispielhaft dargestellt , kann durch verschiedene Maßnahmen eingestellt werden . Generell ist die Position dieser konstruktiven Interferenz durch die geometrischen Parameter sowie von dem Brechungsindex der Wellenleiter 11a bis 11g abhängig . Durch eine Veränderung des Brechungsindex des Materials lässt sich die Position PI bzw . P2 auf dem Schirm S steuern, sodass ein in „Abscannen" des Schirmes es mittels des interferierenden Ausgangslichts erreicht wird .
Die konventionellen Verfahren verwenden hierzu beispielsweise ein thermisches Verfahren, bei dem das optische Phasenarray 3 ' 'erwärmt bzw . abgekühlt wird, wodurch sich der j eweilige Brechungsindex der Wellenleiter in charakteristischer Weise verändert . Ein derartiger Prozess ist j edoch relativ langsam und nur in eingeschränktem Maße steuerbar . Alternativ ist es auch möglich, durch Anlegen eines konstanten elektrischen Feldes den Brechungsindex in den einzelnen Bereichen zu verändern . Dies führt zwar zu einer Verbesserung gegenüber einem thermischen Verfahren, j edoch benötigt es relativ große Spannungen, um das notwendige elektrische Feld zu bewirken . Gerade bei Anwendungen mit kleinen verfügbaren Betriebsspannungen ist ein derartiger Ansatz daher der eher aufwendig zu realisieren .
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung des vorgeschlagenen Prinzips , bei der der Brechungsindex der optischen Komponente nicht über ein thermisches oder elektrooptisches Verfahren, sondern mittels eines reinen optischen Verfahrens eingestellt wird . Dabei macht man sich zunutze , dass das Material der Wellenleiter 11a bis 11g, d . h . das Material der optischen Komponente 3 ebenfalls eine Bandlücke besitzt und somit auch Licht absorbieren kann . Zwar sind die Wellenleiter 11a bis 11g transparent für das Nutzlicht , Photonen größere Energie können j edoch in den Wellenleitern absorbiert werden und so freie Ladungsträger erzeugen . Diese freien Ladungsträger bewirken anschließend eine Veränderung des Brechungsindex in einer charakteristischen Weise . Die Figur 2 zeigt nun eine mögliche Ausgestaltungsform dieses Prinzips .
Die Anordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip umfasst eine optische Komponente 3 , die im vorliegenden Fall ebenfalls als optisches Phasenarray im engeren Sinne ausgebildet ist . An einen Signaleingang, der seinerseits an einen Wellenleiter 11 gekoppelt ist , ist eine Laservorrichtung 1 angeordnet . Diese kann einen kantenemittierenden Laser, eine Laserdiode oder auch eine Laservorrichtung nicht basierend auf Halbleiterstrukturen sein . Das optische Phasenarray umfasst eine Vielzahl von Wellenleitern 11a , 11b bis 11g die eingangsseitig miteinander verbunden sind und ausgangsseitig an j eweils einen Signalausgang 12 ' führen . Die Länge der j eweiligen Wellenleiter zwischen Signaleingang und Signalausgang ist unterschiedlich und so aufeinander abgestimmt , dass sich ein Interferenzmuster von eingestrahltem Licht am Ausgang auf einem Schirm es in ähnlicher Weise wie in Figur 1 ergibt .
Erfindungsgemäß umfasst die optische Komponente 3 nun einen zweiten Signaleingang, der wiederum an eine zweite Laserdiode 2 zur Zuführung eines Modulationslichts ML angeschlossen ist . Dieser Modulationseingang ist seinerseits mit einer Vielzahl von Wellenleitern 21a, 21b bis 21g verbunden . Die Wellenleiter bilden ebenfalls eine Wellenleiterstruktur für das Modulationslicht ML und sind dabei so ausgestaltet , dass die einzelnen Wellenleiter 21a , 21b bis 21g über einem Teil der Wellenleiter 11a, 11b bis 11g liegen
Figur 3 zeigt diesbezüglich eine Schnittansicht der Anordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Zu erkennen ist hier , dass die einzelnen Wellenleiter 11a , 11b bis 11g für das Nutzlicht NL im Wesentlichen entlang einer Ebene angeordnet sind . Oberhalb dieser Ebene ebenfalls in einer Ebene sind wiederum die Wellenleiterstrukturen 21a , 21b bis 21g für das Modulationslicht ML vorgesehen . Jeder dieser Wellenleiter 21a, 21b bis 21g der Struktur für das Modulationslicht ML besitzt eine Auskoppeloptik 22 , die dem j eweiligen Wellenleiter 11a , 11b bis 11g zugewandt ist .
In einem Betrieb der vorgeschlagenen Anordnung wird ein Modulationslicht ML eingestrahlt , dessen Photonenenergie größer ist als die Bandlücke des Materials in den Wellenleitern 11a , 11b bis 11g . Dabei sei hier und im Folgenden für die Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips der Einfachheit angenommen, dass die Bandlücke konstant ist und es keinen Unterschied hinsichtlich Kristallrichtung oder auch di- rekte/indirekte Bandlücke macht . In der Tat ist das vorliegende Prinzip dann möglich, wenn im Material des Wellenleiters oder auch umliegend Licht absorbiert wird, welches dann im Material des Wellenleiters freie Ladungsträger erzeugt .
Durch die vorhandene Auskoppeloptik tritt das Modulationslicht ML aus und wird von den Wellenleitern 11a , 11b bis 11g optisch absorbiert . Durch die Absorption werden Ladungsträger im Leitungsband des Materials der Wellenleiter 11a , 11b bis 11g erzeugt , wodurch sich der Brechungsindex dieses Materials ändert . Durch die in der Figur 2 in Draufsicht dargestellte Länge der einzelnen Wellenleiter 21a , 21b bis 21g für das Modulationslicht ML erfolgt eine intensitätsabhängige Einstrahlung und auch eine daraus resultierende Absorption in einer vorherbestimmten Weise , sodass sich in den einzelnen Wellenleitern 11a, 11b bis 11g für das Nutzlicht NL eine charakteristische Brechungsindexänderung einstellt . Durch eine Änderung der Intensität des Modulationslichts ML ändert sich auch der Brechungsindex . Mit einer Intensitätsmodulation des Lichtes ML wird somit in charakteristischer Weise eine Modulation des Brechungsindex bewirkt .
Dabei ist das Material der Wellenleiter für das Modulationslicht ML derart gewählt , dass es transparent für das Modulationslicht ML selbst ist . Die Energie der Photonen des Modulationslichts ML ist indes so hoch, dass es die Bandlücke der Wellenleiter 11a bis 11g übersteigt und so von diesen unter Erzeugung von freien Ladungsträgern absorbiert wird . Durch eine Einstellung der Intensität des Modulationslichts lässt sich nun die Ladungsträgererzeugung und damit auch die resultierende Brechungsindexänderung einstellen bzw . verändern . Auf diese Weise ist es möglich, das Interferenzmuster am Ausgang der optischen Komponente 3 zu j ustieren und beispielsweise den in Figur 1 gezeigten Effekt zu erreichen, ein konstruktives Interf erenzmaxima entlang einer Position zu verändern .
Die Änderung eines Brechungsindex basierend auf Ladungsträgern wird im Wesentlichen durch drei Effekte bestimmt . Einerseits ist dies eine Füllung der Zustandsdichte oder Füllung der erlaubten Bandzustände mit freien Ladungsträgern nach Burstein Moss , was im Allgemeinen zu einer Brechungsindexänderung zu niedrigeren Werten führt . Eine Bandlücken Normalisierung bzw . auch eine leichte Veränderung der Bandlücke hin zu kleineren Energien führt indes zu einer Brechungsindexänderung zu größeren Werten hin . Schließlich lässt sich auch über eine freie Ladungsträgergeneration und anschließende charakteristische Absorption im IR Bereich der Brechungsindex im für interessanten Transparenzbereich des EM-Spektrums hin zu kleineren Werten verändern . Bei dem vorgeschlagenen Prinzip wirken diese drei Aspekte zusammen, wobei die freie Ladungsträgerabsorption nach dem Drude-Modell den Hauptgesichtspunkt bildet .
Dabei absorbieren Ladungsträger ein Lichtteilchen im Medium, wodurch sie auf einen höheren Energiezustand angehoben werden . Ladungsträger innerhalb des Valenzbandes werden auf das Leitungsband angehoben, wodurch sich ein Elektron-Loch Paar bildet . Auf diese Weise werden freibewegliche Elektronen im Leitungsband erzeugt , die ähnlich wie ein e-h-Plasma agieren . Dieses Plasma erzeugt eine charakteristische Absorptionsbande im IR-Bereich, die mit dem Drude-Modell beschrieben werden kann . Über die sogenannte Kramers-Kronig Relation erzeugt diese wiederum eine Absenkung des Brechungsindex bei kürzeren Wellenlängen . Nach dem Drude-Modell dargestellt in der Formel ( 1 ) ergibt sich daraus eine Brechungsindexänderung , die im Wesentlichen von der Anzahl der negativen Elektronen im Leitungsband bzw . der Löcher im Valenzband abhängt . Die Werte N und P sind die j eweils freien Ladungsträgern, die Massen m bezeichnen die j eweiligen effektiven Massen der Elektronen bzw . Löcher , wobei aber die Masse mH der Löcher p deutlich größer als die Masse der Elektronen ist , so dass der Term — mh oftmals vernachlässigbar ist .
Die Brechungsindexänderung ist dabei negativ, d . h . durch die Absorption von Licht innerhalb des Wellenleiters wird der Brechungsindex verringert . Darüber hinaus ist die Brechungsindexänderung proportional zum Quadrat der Wellenlänge A, wodurch sich grundsätzlich eine höhere Brechungsindexänderung bei längeren Wellenlängen, d . h . bei geringeren Energien ergibt .
Im Folgenden soll nun die Ladungsträgererzeugung bei einem eingestrahlten Modulationslicht abgeschätzt und die daraus resultierende Änderung des Brechungsindex zumindest qualitativ nachvollzogen werden . Das Modulationslicht wird bei dieser Abschätzung von einem Laser mit einer Leistung von 100 mW und einem Strahldurchmesser von d=100 pm erzeugt . Die Wellenlänge des Modulationslichtes beträgt A=400 nm . Als Wellenleitermaterial für die optische Komponente wird eine Kombination aus InP und GaP verwendet , die verwendeten Parameter beziehen sich auf InP . Bei InP ist der Brechungsindex bei A=400 nm gleich mit n=4 , 4 . GaP hat hingegen einen Brechungsindex n=4 , 2 bei A=400 nm. Die Intensität I ist dann
Vereinfacht wird angenommen, dass das Modulationslicht im Wesentlichen reflexions- und verlustfrei in dem Material vollständig absorbiert wird .
Die Intensität des Laserstrahls nimmt innerhalb des Materials exponentiell ab, das heißt die Intensität ist in etwa proportional zu e <-z/z0) , wobei zo die Absorptionslänge ist . Die Absorptionslänge entspricht der Länge z , bei der die Intensität des Lichts auf 1/e (bzw . hier 1/e 2 für I ) der ursprünglichen I abgefallen ist . Daraus folgt in etwa eine Absorptionslänge von mit zo ca . 40 nm
Die Abnahme des Lichts bedeutet , dass dort Ladungsträger erzeugt wurden . Auf diese Weise lässt sich in der Absorptionslänge die Anzahl der
Ladungsträger abschätzen mit
Dies liegt somit im Bereich von etwa 1026 1 / ( scm3 ) . Bei einer Ein- strahldauer von etwa 1 ns werden dadurch n,-„ ; = 6 * 1017 — - erzeugt .
Das so erzeugte Elektron-Loch Plasma rekombiniert aber auch wieder wodurch die Anzahl der freien Ladungsträger abnimmt . Die Rekombinationsrate folgt dabei verschiedenen Mechanismen . Diese Mechanismen sind zum einen Rekombination mittels einer direkten Rekombination erfolgen, d . h . das Elektron und Loch gemeinsam unter Erzeugung eines entsprechenden Photons , Plasmon oder Phonon erneut kombinieren . Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit einer sogenannten Auger-Rekombina- tion, die j edoch um einige Größenordnungen niedriger ist als die direkte Rekombination und daher bei der Betrachtung außer Acht gelassen werden kann .
Die Rekombinationsrate R ergibt sich somit aus der Konzentration n, p der zur Verfügung stehenden Ladungsträgern und einem materialabhängigen Parameter C , der die beiden oben genannten Mechanismen in dem j eweiligen Material charakterisiert .
R = C * (n * p — n2) ( 4 )
Für eine indizierte Ladungsträgerdichte n=p im Bereich von 6 * 1017 1/cm3 und einen Parameter C von 6 * IO-11 cm3 /s , der die direkte Rekombination angibt , folgt aus der Gleichung ( 4 ) eine Rekombinationsrate R im Bereich von 2 * 1016 1/nscm3 . Bei einer in etwa gleichbleibenden
Rekombinationsrate wären daher die erzeugten Ladungsträger nach ca . 10 ns vollständig kombiniert . Die Erzeugungsrate der Ladungsträger sowie Rekombinationsrate kann auch mit Hilfe einer Differenzialgleichung dargestellt , die in der dn(t)
Gle chung ( 5 ) angegeben ist . Die Erzeugungsrate entspricht somit einem konstanten Wert gegeben aus einem Parameter a, welcher der Ladungsträgerdichte entspricht und aus ( 3 ) herleitbar ist und der Intensität I , die abzüglich des Produkts aus der Rekombinationsrate und der Anzahl der Ladungsträger über die Zeit . Es gilt :
= al — Cn(t)2 mit der An fangsbedingung n ( 0 ) =0
Die Lösung dieser Differentialgleichung ist eine bei 0 ansteigende Funktion über die Zeit , die nach ca . 15ns das Gleichgewicht erreicht . Bei einem kontinuierlich eingestrahlten Modulationslicht bzw . einer Modulation der Intensität des eingestrahlten Modulationslichtes , deren Frequenz deutlich kleiner als die Rekombinationsrate ist , stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der Ladungsträgererzeugung und der Rekombination ein . die Intensität im Gleichgewicht entspricht im Wesentlichen der Wurzel aus den indizierten Ladungsträgern durch die Rekombination : ninj
Für das Beispiel eines Lasers der oben genannten Leistung ergibt sich im Gleichgewicht eine Ladungsträgerdichte im Bereich von einigen 1018 1 / cm 3 .
Aus der oben genannten Differenzialgleichung und den Schätzungen hinsichtlich des eingestrahlten Modulationslichtes und der anderen Parametern, lässt sich eine Ladungsträgerkonzentration im Bereich von 1017 bis 1019 Ladungsträgern pro cm3 erzeugen . Daraus lässt sich eine Brechungsindexänderung nach dem Drude Model im Bereich von ICh2 d . h . also im Bereich einiger Prozent abschätzen . Größere Intensitäten des Modulationslichtes erhöhen nun einerseits die Absorption innerhalb des Materials , und damit die Ladungsträgerkonzentration, wodurch auch die
Brechungsindexänderung ansteigt . Um nun beispielsweise eine Phasenänderung von n zwischen zwei Wellenleitern aufgrund einer Brechungsindexänderung zu erreichen, ist es demnach ausreichend einen Wellenleiter mit einer Länge von ca . 100 pm bereitzustellen und in diesen eine Ladungsträgerdichte im Bereich von 1018 bis etwa 1019 zu erzeugen . Daraus folgt das mit einem zusätzlichen
Modulationslicht entweder durch einen einzelnen zusätzlichen Laser oder auch durch mehrere Laser eine ausreichende Ladungsträgerkonzentration freien Ladungsträger innerhalb des Materials der optischen Komponente erzeugt werden kann, um eine erforderliche Brechungsindexän- derung für einen Phasenversatz von 180 ° sprechend n zu erzeugen .
Diesem Prinzip folgend lassen sich verschiedene Ausgestaltungen für optische Komponenten implementieren, bei denen mittels einer Zuführung von energiereichem Licht Ladungsträger in einem Teil der optischen Komponente gebildet werden, sodass sich der Brechungsindex ändert .
Die Figur 4 zeigt hierzu eine weitere Ausgestaltung , bei der sich mittels mehrerer zusätzlicher Laservorrichtungen zur Erzeugung von Modulationslicht ML eventuell auch unterschiedlicher Wellenlängen eine größere Flexibilität bei der Einstellung des Brechungsindex erreichen lässt . Darüber hinaus erlaubt eine derartige Ausgestaltung auch eine gewisse symmetrische Form, sodass sich eine gleichförmigere Ladungsträgerverteilung einstellt . Die Figur 4 zeigt eine optische Komponente 3 . Am Signaleingang ist wiederum eine Laservorrichtung 1 zur Zuführung des Nutzlichts NL angeschlossen . In diesem Ausgestaltungsbeispiel sind zwei Laservorrichtungen 2 und 2 ' vorgesehen, die j eweils ein Modulationslicht ML und ML ' den zwei zusätzliche Modulationseingängen der optischen Komponente 3 zuführen . Die Wellenleiterstruktur, an die Modulationseingänge angeschlossen, ist in gleicher Weise ausgestaltet und beispielhaft in Figur 6 in einem Querschnitt dargestellt .
Zu erkennen ist hier wiederum, dass die erste Wellenleiterstruktur mit den Wellenleitern 11a , 11b bis 11g in einer Ebene angeordnet ist .
Hingegen sind die beiden Wellenleiterstrukturen mit den Ästen 21a, 21b bis 21g für das Modulationslicht ML sowie 21a ' , 21b ' bis 21g ' für das Modulationslicht ML ' oberhalb bzw . unterhalb der ersten Wellenleiterstruktur angeordnet . Mit anderen Worten sind die Wellenleiter 11a, 11b bis 11g von beiden Seiten von einer entsprechenden Modulationswellenleiterstruktur umgeben . Bei eingeschaltetem Modulationslicht ML , hier angedeutet durch die Pfeile in der Figur 6 , wird somit durch die Auskoppelstruktur 22 das Licht in einer möglichst gleichmäßigen Weise auf die erste Wellenleiterstruktur geführt . Dadurch wird eine gleichförmigere Verteilung des eingestreuten Modulationslicht ML in die Wellenleiterstruktur mit dem Wellenleitern 11a , 11b bis 11g erreicht , was wiederum zu einer gleichförmigeren Ladungsträgerverteilung führt . Darüber hinaus kann in diesem Ausführungsbeispiel j e nach Absorptionsgrad ein deutlich größerer Brechungsindexsprung erreicht werden, da sich die Intensität durch die mögliche höhere Intensität mit den Wellenleitern 21a ' , 21b ' bis 21g ' in einem größeren Bereich einstellen lässt .
Eine diesbezügliche Abwandlung zeigt die Figur 5 . Bei dieser sind die Wellenleiterstrukturen für das Modulationslicht ML bzw . für das Modulationslicht ML ' spiegelsymmetrisch oberhalb bzw . unterhalb der Wellenleiterstruktur für das Nutzlicht NL vorgesehen . Dies führt dazu, dass die Länge der einzelnen Wellenleiter 21a, 21b bis 21g bzw . 21a ' , 21b ' bis 21g ' über bzw . unter den j eweiligen Wellenleitern 11a, 11b bis 11g unterschiedlich lang sind . Dadurch wird ein Freiheitsgrad bei der Einstellung des Interferenzmusters und der Brechungsindexänderung erreicht .
Eine weitere alternative Ausgestaltungsform besteht darin, oberhalb bzw . auch unterhalb der Wellenleiterstruktur für das Nutzlicht zusätzlich Spiegel oder andere optische bzw . elektrooptische Strukturen anzugeben . Diese können dazu dienen, eine gleichmäßigere Lichtverteilung bzw . auch eine gleichmäßigere Ladungsträgerverteilung zu erzeugen, wodurch im Endeffekt die Signalqualität verbessert wird .
Die Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Querschnitt , bei dem zwei zusätzliche DBR Strukturen 31 bzw . 31 ' oberhalb und unterhalb der Ebene der Wellenleiterstruktur für das Nutzlicht NL angeordnet sind . Die DBR Strukturen sind derart ausgestaltet , dass sie die Absorption von Modulationslicht ML innerhalb der Wellenleiterstruktur mit den Wellenleitern 11a, 11b bis 11g verstärken, wodurch die Effizienz in der Ladungsträgererzeugung verbessert wird . Die beiden planaren DBR Strukturen 31 und 31 ' bilden in diesem Zusammenhang eine vertikale Kavität aus , in der das Modulationslicht ML im Idealfall mehrfach hin und her reflektiert wird, bis es durch die Wellenleiterstruktur für das Nutzlicht im Wesentlichen vollständig absorbiert ist .
Eine alternative Ausgestaltungsform zeigt die Figur 8 , bei der die Ebenen der Wellenleiterstrukturen für das Nutzlicht NL und der Wellenleiterstruktur für das Modulationslicht ML möglichst nahe beieinander angeordnet sind . In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen den Wellenleitern 11a , 11b bis 11g und den Wellenleitern 21a, 21b bis 21g für das Modulationslicht nur wenige 10 nm bis wenige 100 nm . Dadurch koppelt das Modulationslicht mittels einer evaneszenten Kopplung direkt in die Wellenleiterstruktur mit den Wellenleitern 11a , 11b bis 11g ein und wird dort zumindest teilweise absorbiert . Dieser Ausgestaltungsform hat den Vorteil , dass auf zusätzliche aus Koppelstrukturen 22 oder auch DBR Strukturen grundsätzlich verzichtet werden kann und so die Herstellung vereinfacht wird . Allerdings ist auch hier eine DBR Struktur unterhalb Wellenleiter 11a , 11b bis 11g möglich .
Die Figur 9 zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer gegenüber den vorangegangenen Ausführungsbeispielen unterschiedlichen optischen Komponente . Hintergrund ist wie bereits erwähnt die Tatsache , dass das grundlegende Prinzip einer Brechungsindexänderung bei optischen Komponenten durch zusätzlich eingeführtes Modulationslicht nicht auf ein optisches Phasenarray im engeren Sinne beschränkt ist . Vielmehr ist es auch möglich, beispielsweise die Linienbreite eines kantenemittierenden Lasers zu verringern, einen solchen zu stabilisieren oder andere optische Funktionalitäten damit flexibel einstellen zu können .
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die optische Komponente 30 ' wie in den anderen Ausführungen auch ein Material 30 , in das ein Wellenleiter 11 von einem Signaleingang zu einem Signalausgang 12 eingebettet ist . Der Wellenleiter dient zur Zuführung und Prozessführung des Nutzlichts NL . Ein Resonatorelement 32 ist mit dem Wellenleiter über eine optische Kopplung D verbunden, wobei das Element 32 in der vorliegenden Form als Ringresonator ausgebildet ist . In einem Betrieb dieser Anordnung wird durch die optische Kopplung D und die geometrischen Parameter des Ringresonators 32 eine einzelne Mode des eingestreuten Nutzlichts NL ausgewählt , verstärkt und an am Ausgang 12 bereitgestellt . Auf diese Weise lässt sich eine kantenemittierende Laserdiode zum einen gegen thermische Schwankungen stabilisieren, und zum anderen in seiner Linienbreite deutlich reduzieren, sodass diese noch wenige Megahertz beträgt .
Oberhalb oder unterhalb dieses Ringresonators 32 ist nun ein weiterer teilweise ringförmiges Wellenleiterelement 21 vorgesehen, an dessen Ende 33 ein Spiegel oder ein absorbierendes Element angeordnet ist . Eine Anordnung mit Spiegel besitzt den Vorteil , dass nicht absorbiertes Licht wieder in den gekrümmten Wellenleiter 21 zurückreflektiert wird und so erneut im Ringresonator absorbiert werden kann . Die ringförmige Struktur oberhalb des Ringresonators besitzt wie in den anderen Ausgestaltungsformen ebenso eine Auskoppelstruktur, mit der das Modulationslicht ML bereitgestellt von der Laserdiode 1 in den Ringresonator eingestrahlt wird und dort freie Ladungsträger erzeugt . Diese bedingen eine Brechungsindexänderung im Ringresonator , wodurch sich die ausgewählte Mode durch die optische Kopplung D verschiebt . Durch eine Modulationsänderung der Intensität des eingestrahlten Modulationslichts wird somit der Brechungsindex verändert und damit eine Frequenzmodulation des eingestreuten Nutzlichts am Ausgang 12 realisiert .
Die vorgeschlagene optische Komponente lässt sich insbesondere hinsichtlich der Zuführung des Modulationslichts auf verschiedene Weise implementieren . Die Figuren 10 , 11 und 12 zeigen diesbezüglich verschiedene Ausgestaltungsformen mit ihrem j eweiligen Querschnitt . In Figur 10 erfolgt eine Einkopplung in den Ringresonator 32 durch zusätzliche Spiegelelemente 4 , die prismenförmig ausgestaltet sind . Das Modulationslicht ML wird hierzu von einer Laservorrichtung 2 bereitgestellt , die auf einem zusätzlichen, seitlich angeordneten Träger mit der Höhe des optischen Elementes drei ' angeordnet ist . Das Modulationslicht wird teilweise in den prismenförmigen Spiegelelementen 4 reflektiert und auf den Ringresonator 32 gegeben, zum Teil läuft es weiter aus dem ersten Element , tritt in das zweite Spiegelelement 4 ein und wird dort reflektiert . Dieser Anordnung hat den Vorteil , dass sie in einfacher Weise auf bereits bestehende optische Komponenten 3 ' aufgesetzt werden kann, sofern das die optische Komponente bildende Material für das Modulationslicht transparent ist .
Eine alternative Ausführungsform zeigt die Figur 11 . Bei dieser befindet sich oberhalb der Ebene des Ringresonators eine zusätzliche Wellenleiterstruktur 21 , mit mehreren Aus koppelelementen 22 . Diese dienen dazu, das Modulationslicht ML in der Wellenleiterstruktur 21 auszukoppeln und auf den Wellenleiter des Ringresonators 32 zu lenken . Auch hier wird das Modulationslicht von einer externen angeordneten zweiten Laserdiode 2 erzeugt .
In einer dritten Ausgestaltung schließlich ist der Ringresonator zwischen zwei DBR Strukturen 31 angeordnet . Eine der DBR Strukturen unterhalb des Ringresonators ist dabei als flächiger Spiegel ausgebildet , die zweite DBR Struktur oberhalb des Ringresonators 32 überdeckt lediglich das Material des Ringresonators . Auch hier dient eine Aus koppelstruktur 22 zur Einstrahlung des Lichts auf die DBR Struktur 31 und das Material des Ringsautors .
Die verschiedenen Implementierungen und Ausgestaltungsform lassen sich mit ihren einzelnen Merkmalen zueinander kombinieren, um so mittels einer Absorption von Modulationslicht Ladungsträger in einem optisch relevanten Bereich zu erzeugen, wodurch wie oben erläutert Brechungsindex innerhalb dieses Materials verändert wird . Dadurch können optische Komponenten mit einstellbaren Funktionalitäten realisiert werden .
Die Figur 13 zeigt schließlich eine Ausgestaltung eines Verfahrens zum Betreiben einer optischen einstellbaren Komponente . Bei dieser Komponente ist ein Signaleingang zur Zuführung eines Nutzlichts einer ersten Wellenlänge in zumindest einen Wellenleiter vorgesehen . Darüber hinaus gibt es einen Signalausgang , an dem ein j ustiertes bzw . einstellbares Nutzlicht abgreifbar ist . Die optische Komponente umfasst ein für das Nutzlicht transparentes Material , welches wiederum eine erste Bandlücke aufweist bzw . so ausgestaltet ist , dass es Licht kleiner als eine vorbestimmte Wellenlänge absorbiert . Eine derartige optische Komponente wird nun in Schritt S1 bereitgestellt und mit einer ersten Laservorrichtung zur Erzeugung des Nutzlichts verbunden .
Zudem wird eine zweite Laservorrichtung bereitgestellt , die ausgestaltet ist , ein Modulationslicht zu erzeugen . Eine Photonenenergie des Modulationslichts ist größer als die erste Bandlücke . Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird nun in Schritt S2 das Nutzlicht in die erste Komponente eingestrahlt und in der gewünschten Weise in der optischen Komponente prozessiert . Das in der Komponente verarbeitete Licht kann am Ausgang abgegriffen werden . In einem zweiten Schritt S2 wird nun auch das Modulationslicht zugeführt und zwar derart , dass zumindest ein Teil des Modulationslichts in das Material des für die optische Komponente relevanten Bereichs einstrahlt . Die Komponente kann wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen gezeigt ein Wellenleiter , ein Resonator, ein PIC oder PLC oder auch ein Wellenleiterarray sein .
Aufgrund der höheren Photonenenergie wird das eingestrahlte Modulationslicht nun innerhalb dieses Bereichs absorbiert und erzeugt dort freie Ladungsträger . Abhängig von der Intensität des eingestrahlten Modulationslichts stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Ladungsträgerrekombination und Ladungsträgererzeugung ein . Durch die freien Ladungsträger wird j edoch gleichzeitig der Brechungsindex des Materials verändert , und damit das eingestrahlte Nutzlicht beeinflusst . Durch die Intensität des Modulationslichts lässt sich diese Brechungsindexänderung über einen vorbestimmten Bereich einstellen und damit auch die Funktionalität der optischen Komponente verändern .
Auf diese Weise ist es möglich, durch rein optische Maßnahmen eine Brechungsindexänderung in einer optischen Komponente zu bewirken und damit dessen Funktionalität zu beeinflussen . Je nach Anwendung und Ausgestaltungsform sind dies beispielsweise eine Phasenverschiebung , oder auch eine Frequenzmodulation, ein optisches Schalten oder weitere Funktionen . Im Gegensatz zu anderen Lösungen erfolgt die Brechungsindexänderung im Wesentlichen der Intensitätsmodulation des Modulationslichts kann damit hohe Geschwindigkeiten im Bereich von mehreren 100 MHz erreichen . Zudem werden komplexe zusätzliche schaltungstechnischen Maßnahmen reduziert , es benötigt lediglich eine weitere Laservorrichtung zur Erzeugung des Modulationslichts mit einer höheren Photonen- energie als das Nutzlicht .
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Laseranordnung
Laseranordnung
3 , 3 ’ Phasenarray 3 ' ' Phasenarray
4 Spiegel 11 Wellenleiter 11a, 11b Wellenleiter 11c, l ld Wellenleiter Ile , l lf Wellenleiter 11g Wellenleiter 12 , 12 ' Ausgang 21 Wellenleiter 21a, 21b Wellenleiter 21c, 21d Wellenleiter 21e , 21f Wellenleiter 21g Wellenleiter 22 diffraktive Optik 30 Material des Phasenarrays 31 , 31 ' DBR Struktur 32 Ringresonator
D Kopplung NL Nutzlicht ML Modulations licht

Claims

PATENTANSPRÜCHE Optisches Phasenarray, umfassend einen Signaleingang zur Zuführung von Nutzlicht einer ersten Wellenlänge ; ein erstes Wellenleiterarray mit wenigstens einem Signalausgang, welches an den Signaleingang angeschlossen und ein für das Nutzlicht transparentes Material aufweisend eine erste Bandlücke umfasst ; einen ersten Modulationseingang zur Zuführung von Modulationslicht einer zweiten Wellenlänge ; ein an den ersten Modulationseingang angeschlossenes zweites Wellenleiterarray, das in Nachbarschaft des ersten Wellenleiterarray derart angeordnet ist , dass Modulationslicht auf das erste Wellenleiterarray leitbar ist , wobei die erste Bandlücke kleiner ist als die Energie des Modulationslichts . Optisches Phasenarray nach Anspruch 1 , wobei das erste Wellenleiterarray eine Vielzahl von Wellenleitern aufweist , die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlaufzeitunterschied zueinander umfassen, wobei optional das zweite Wellenleiterarray eine Vielzahl von Wellenleitern aufweist , die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlaufzeitunterschied zueinander umfassen . Optisches Phasenarray nach Anspruch 1 , bei dem das erste Wellenleiterarray als wenigstens eines der folgenden Elemente ausgebildet ist , oder dieses umfasst : einen optischen Ringos zillator ; einen Mach-Zehnder Modulator ; einen direktionalen optischen Koppler ; Optisches Phasenarray nach einem der vorherigen Ansprüche , bei dem das erste Wellenleiterarray und das zweite Wellenleiterarray übereinander in zwei im wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet sind . Optisches Phasenarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche , weiter umfassend : einen zweiten Modulationseingang zur Zuführung von Modulationslicht der zweiten oder einer dritten Wellenlänge ; ein an den zweiten Modulationseingang angeschlossenes drittes Wellenleiterarray, aufweist und in Nachbarschaft des ersten Wellenleiterarray derart angeordnet ist , dass Modulationslicht der zweiten oder dritten Wellenlänge auf das erste Wellenleiterarray leitbar ist , wobei die erste Bandlücke kleiner ist als die Energie des Lichts der dritten Wellenlänge . Optisches Phasenarray nach Anspruch 5 , bei dem das erste Wellenleiterarray zwischen dem zweiten und dem dritten Wellenleiterarray und angeordnet ist . Optisches Phasenarray nach Anspruch 5 oder 6 , wobei das zweite Wellenleiterarray eine Vielzahl von Wellenleitern aufweist , die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlaufzeitunterschied zueinander umfassen . Optisches Phasenarray nach einem der Ansprüche 5 bis 7 , bei dem das zweite und das dritte Wellenleiterarray zumindest teilweise überlappen; und/oder spiegelbildlich angeordnet sind . Optisches Phasenarray nach einem der vorherigen Ansprüche , bei dem das zweite und/oder dritte Wellenleiterarray eine Aus koppelstruk- tur , insbesondere in Form einer diffraktiven Optik aufweist , welche dem ersten Wellenleiterarray zugewandt ist Optisches Phasenarray nach einem der vorherigen Ansprüche , bei dem das zweite und/oder dritte Wellenleiterarray von dem ersten Wellenleiterarray einen Abstand von weniger als 300nm und insbesondere weniger als lO Onm aufweist , und insbesondere einen Abstand kleiner als die Wellenlänge des Modulationslichtes und insbesondere einen Abstand kleiner als die halbe Wellenlänge des Modulationslichtes aufweist . Optisches Phasenarray nach einem der vorherigen Ansprüche , bei dem die Lauf zeitunterschiede in den Wellenleitern des ersten, zweiten und/oder dritten Wellenleiterarrays durch unterschiedliche Längen der Wellenleiter gebildet sind . Optisches Phasenarray nach einem der vorherigen Ansprüche , weiter umfassend : eine insbesondere planare DBR Struktur , welche auf der dem zweiten Wellenleiter gegenüberliegenden Seite des ersten Wellenleiterarrays angeordnet ist , insbesondere zur Rückref lektion von Modulationslicht . Optisches Phasenarray nach einem der vorherigen Ansprüche , weiter umfassend : eine insbesondere planare Verteilungsschicht , welche auf der dem zweiten Wellenleiter gegenüberliegenden Seite des ersten Wellenleiters angeordnet und ausgebildet ist , Modulationslicht zurück zu reflektieren oder von Modulationslicht im ersten Wellenleiterarray erzeugten Ladungsträger zu verteilen . Optisches Phasenarray nach einem der vorherigen Ansprüche , bei dem das Material des ersten Wellenleiterarray wenigstens eine der folgenden Komponenten umfasst :
- InP ;
- Si ;
- GaAs ;
- AlGaAs ;
- AlGaP ; und GaN; und/oder das Material des zweiten und/oder dritten Wellenleiterarray wenigstens eine der folgenden Komponenten umfasst :
- AIN;
- SiNx ;
A12O3 ; und Resonatoranordnung, umfassend : einen Wellenleiter , der einen Signaleingang zur Zuführung von Nutzlicht einer ersten Wellenlänge mit einem Signalausgang verbindet ; einen Resonator, insbesondere einen Ringresonator , der mit dem Wellenleiter optisch gekoppelt ist , um eine Frequenzmode des Nutzlichts im Wellenleiter zur verstärken; eine über dem Resonator platzierte Anordnung , die ausgestaltet ist , Modulationslicht einer zweiten Wellenlänge in den Resonator einzukoppeln; wobei der Resonator ein Material mit einer Bandlücke aufweist , so dass der Resonator für Nutzlicht im Wesentlichen transparent ist und Modulationslicht unter Bildung von Ladungsträgern absorbiert . Resonatoranordnung nach Anspruch 15 , bei dem die über dem Resonator platzierte Anordnung einen oder mehrere Umlenkspiegel umfasst ; oder bei dem die Anordnung einen zweiten Wellenleiter mit einer diffraktiven Optik aufweist , die ausgestaltet ist , Modulationslicht im zweiten Wellenleiter auf den Resonator zu lenken . Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 15 oder 16 , weiter umfassend : eine insbesondere planare DBR Struktur , welche auf der dem zweiten Wellenleiter gegenüberliegenden Seite des Resonators angeordnet ist , insbesondere zur Rückref lektion von Modulationslicht . aseranordnung aufweisend : eine erste Laservorrichtung zur Erzeugung von Nutzlicht eine zweite Laservorrichtung zur Erzeugung von Modulationslicht ein optisches Phasenarray nach einem der vorherigen Ansprüche oder eine Resonatoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche . Verfahren zum Betreiben eines optischen Phasenarrays , wobei das Phasenarray einen Signaleingang zur Zuführung von Nutzlicht einer ersten Wellenlänge und ein erstes Wellenleiterarray mit wenigstens einem Signalausgang , welches an den Signaleingang angeschlossen und ein für das Nutzlicht transparentes Material aufweisend eine erste Bandlücke umfasst ; das Verfahren umfassend die Schritte :
- Einstrahlen eines Nutzlichts in das erste Wellenleiterarray;
- Einstrahlen eines Modulationslichts derart , dass zumindest ein Teil des Modulationslichts in das erste Wellenleiterarray einkoppelt ;
- Erzeugen von Ladungsträgern in dem ersten Wellenleiterarray durch Absorption des eingekoppelten Modulationslichts . Verfahren nach Anspruch 19 , bei dem das Einstrahlen des Modulationslichts mittels eines zweiten Wellenleiterarrays erfolgt , das in Nachbarschaft des ersten Wellenleiterarray derart angeordnet ist , dass Modulationslicht auf das erste Wellenleiterarray leitbar ist . Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20 , wobei erste Wellenleiterarray eine Vielzahl von Wellenleitern aufweist , die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlaufzeitunterschied zueinander umfassen, wobei optional das zweite Wellenleiterarray eine Vielzahl von Wellenleitern aufweist , die im Wesentlichen in einer Ebene liegen und einen definierten Lichtlaufzeitunterschied zueinander umfassen . Verfahren nach Anspruch 21 , bei dem Laufzeitunterschiede in den Wellenleitern des ersten, zweiten und/oder dritten Wellenleiterarrays durch unterschiedliche Längen der Wellenleiter gebildet sind .
EP23718649.9A 2022-04-14 2023-04-13 Optisches phasenarray, laseranordnung und verfahren zum betreiben einer solchen Pending EP4508490A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022109220.8A DE102022109220A1 (de) 2022-04-14 2022-04-14 Optisches phasenarray, laseranordnung und verfahren zum betreiben einer solchen
PCT/EP2023/059736 WO2023198865A1 (de) 2022-04-14 2023-04-13 Optisches phasenarray, laseranordnung und verfahren zum betreiben einer solchen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4508490A1 true EP4508490A1 (de) 2025-02-19

Family

ID=86095683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23718649.9A Pending EP4508490A1 (de) 2022-04-14 2023-04-13 Optisches phasenarray, laseranordnung und verfahren zum betreiben einer solchen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20250237821A1 (de)
EP (1) EP4508490A1 (de)
JP (1) JP2025512850A (de)
DE (1) DE102022109220A1 (de)
WO (1) WO2023198865A1 (de)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2531443B2 (ja) * 1993-07-02 1996-09-04 日本電気株式会社 全光素子
JPH1010590A (ja) * 1996-06-19 1998-01-16 Fujikura Ltd 光分波合波素子
US6400871B1 (en) 2000-05-19 2002-06-04 Hrl Laboratories, Llc Phase control mechanism for coherent fiber amplifier arrays
US20040062512A1 (en) 2000-11-01 2004-04-01 Edgar Pawlowski Device for the transmission of optical signals with improved transmission properties
US8705972B2 (en) * 2010-05-11 2014-04-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Energy-efficient and fault-tolerant resonator-based modulation and wavelength division multiplexing systems
US9753351B2 (en) * 2014-06-30 2017-09-05 Quanergy Systems, Inc. Planar beam forming and steering optical phased array chip and method of using same
JP6527021B2 (ja) * 2015-05-27 2019-06-05 日本電信電話株式会社 光回路
CN106410607B (zh) * 2016-11-17 2019-07-26 清华大学 有源光相控阵光子集成芯片及其制备方法
CN111487602B (zh) * 2020-05-26 2022-08-16 中国电子科技集团公司电子科学研究院 光相控阵列、激光雷达及光功率分配方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023198865A1 (de) 2023-10-19
DE102022109220A1 (de) 2023-10-19
US20250237821A1 (en) 2025-07-24
JP2025512850A (ja) 2025-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60201974T2 (de) Verbesserungen im bezug auf halbleiterlaser
DE69316375T2 (de) Nichtlineare halbleitende optische vorrichtung
DE69033405T2 (de) Abstimmbare Laserdiode mit verteilter Rückkoppelung
DE69532083T2 (de) Optische vorrichtung
DE60212344T2 (de) Mittels elektroabsorption modulierter laser mit asymmetrischem wellenleiter
DE69404760T2 (de) Monolithisch integrierte Laser-Modulator-Anordnung mit Multiquantumwell-Struktur
EP0829121B1 (de) Dfb-laserdiodenstruktur mit komplexer optischer gitterkopplung
DE3851874T2 (de) Über ein Gitter gekoppelter, aus seiner Oberfläche strahlender Laser und Verfahren zu seiner Modulation.
DE102009019996B4 (de) DFB Laserdiode mit lateraler Kopplung für große Ausgangsleistungen
DE69609547T2 (de) Optischer Halbleitervorrichtung, Antriebsverfahren und optisches Kommunikationssystem
EP2467909B1 (de) Diodenlaser und laserresonator für einen diodenlaser mit verbesserter lateraler strahlqualität
DE19744839A1 (de) Festmoden-Halbleiter-Laser und Verfahren für seine Ansteuerung
DE10214120B4 (de) Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung
DE60204168T2 (de) Phasenverschobene oberflächenemittierende dfb laserstrukturen mit verstärkenden oder absorbierenden gittern
DE69708911T2 (de) Verbesserungen an und im zusammenhang mit lasern
DE69301420T2 (de) Laser mit verteilter Rückkopplung
DE60202683T2 (de) Abstimmbarer laser
DE4432410A1 (de) Optoelektronisches Multi-Wellenlängen Bauelement
DE69109388T2 (de) Halbleiterlaser.
DE69306617T2 (de) Monolithisches und kohärentes 2-D Halbleiterlaser-Array
WO2023198865A1 (de) Optisches phasenarray, laseranordnung und verfahren zum betreiben einer solchen
DE3889423T2 (de) Filter mit abstimmbarer Wellenlänge.
DE602004008096T2 (de) Steuerung der ausgangsstrahldivergenz in einem halbleiterwellenleiterbauelement
DE69511097T2 (de) Optischer multiwellenlaengen-wellenleiterfilter
DE69012528T2 (de) Vorrichtung zur kontinuierlichen Abstimmung einer kohärenten und linear polarisierten Lichtquelle.

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20241114

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)