NL1003670C2 - Optisch niet-lineair vertakkingselement. - Google Patents

Description

Titel: Optisch niet-lineair vertakkingselement A. Achtergrond van de uitvinding 1. Gebied van de uitvinding

De uitvinding ligt op het gebied van optische inrichtingen voor optische signalen transporterende en verwerkende systemen. Meer in het 5 bijzonder betreft zij een optisch 1x2-vertakkingselement voorzien van drie optische poorten, waarbij een via een eerste optische poort geïnjecteerd optisch signaal wordt gesplitst in twee naar vermogen gelijke signalen die respectievelijk uittreden via een tweede en een derde optische poort, en waarbij een via de tweede of de derde poort 10 geïnjecteerd optisch signaal uittreedt via de eerste optische poort. Voor een vertakkingselement met dezelfde functie is gelijktijdig eveneens een aanvrage ingediend (indieningsdatum: 24 juli 1996; indieningsnummer: 1003669; titel van de aanvrage: Optisch niet-lineair vertakkingselement met MZ-interferometer). De specificatie van deze 15 gelijktijdige aanvrage, hierna aangeduid met aanvrage PI, wordt beschouwd als geïncorporeerd in de onderhavige aanvrage.

2. Stand van de techniek

Het splitsen van optische signalen is een van de belangrijkste 20 basisfuncties in optische systemen en netwerken. Optische signaalsplitsers die gebaseerd zijn op kanaalvormige golfgeleiders, zoals optische vezels of geïntegreerde golfgeleiderstructuren, berusten op twee fundamenteel verschillende fysische principes. Een type signaalsplitsers maakt gebruik van interferentie, zoals bij 25 voorbeeld de richtkoppelaar en de op een MZ-interferometer gebaseerde splitser. Het tweede type signaalsplitser maakt gebruik van symmetrie, zoals bij voorbeeld de symmetrische Y-splitser en de als modusfilter gedimensioneerde asymmetrische Y-splitser.

Voor passieve optische netwerken (PON's), zowel toegepast voor 30 signaaldistributie als bidirectioneel verkeer, en die een boomvormig vertakte structuur bezitten met een veelal hoge uitsplitsingsgraad, zijn signaalsplitsers op grote schaal nodig. Daarvoor worden (1 -* N)-splitsers ontworpen, die veelal zijn opgebouwd uit (1 -» 2)-splitsers van bovengenoemde typen. In iedere (l-»2)-splitser ondergaat het 35 optische signaal in elke van beide uitsplitsrichtingen een vermogensreductie van 3dB. Dit is in de richting van verdere uitsplitsing (neerwaarts) onvermijdelijk en vanzelfsprekend, aangezien 1003670 2 het aangeboden lichtvermogen zich over de twee mogelijke uitsplitsrichtingen verdeelt. Vanwege tijdsomkeer-invariantie (reciprociteit), waaraan fysische wetten moeten voldoen, treedt in dezelfde structuur deze reductie eveneens op voor optische signalen in 5 de tegengestelde richting (opwaarts), maar nu als reëel signaalverlies. Een manier om aan dit verlies in de opwaartse signaalrichting te ontkomen is door de golfgeleidende structuur in opwaartse richting anders te laten zijn dan die in neerwaartse signaalrichting. Dit kan worden bereikt door de signalen te schakelen, 10 bijvoorbeeld met behulp van extern, electrisch of optisch, bestuurde optische schakelaars. Dit heeft echter het nadeel dat zo'n netwerk dan niet meer passief is, en bovendien een gecompliceerd besturingssysteem voor de vele schakelaars vereist.

Een andere mogelijkheid biedt de toepassing van niet-lineaire 15 optische effecten in de hierboven aangeduide splitsstructuren, waardoor een lichtsignaal zelf een schakelwerking teweeg kan brengen. Uit referentie [1] is een simulatie-studie bekend van een symmetrische Y-junctie met een monomodale stam en twee monomodale takken, waarvan althans de takken worden gevormd door identieke golfgeleidersecties in 20 een niet-lineair optisch medium. Vanwege de symmetrie treedt er vermogenssplitsing op in de uitsplitsrichting (neerwaarts). In de opwaartse richting veroorzaakt een via een der takken aangeboden lichtsignaal daarin een brekingsindex-verhoging, waardoor de symmetrie wordt verbroken. De Y-junctie wordt daardoor asymmetrisch, en gaat 25 voor dit signaal werken als een modusfilter: het lichtsignaal propageert volledig verder als nulde-orde modus signaal in de stam van de Y-junctie (Opmerking: bij het bovengenoemde type niet-geschakelde (l-»2)-splitser wordt steeds een deel (de helft) omgezet in een eerste-orde modus, welk deel afstraalt bij binnentreden in de monomodale stam 30 van de Y-junctie met het genoemde vermogensverlies tot gevolg). In referentie [2] is een asymmetrische X-junctie in een niet-lineair medium numeriek onderzocht, waarmee een optisch signaal kan worden geschakeld met behulp van een afzonderlijk te injecteren optisch besturingssignaal. Dit besturingssignaal vertoont een soortgelijke 35 schakelende werking (zie meer in het bijzonder Fig. 4 (c) en Fig. 5 (c) van referentie [2]) als hiervoor beschreven voor de niet-lineaire Y-junctie van referentie [1]. Een nadeel van de in de referenties [1] en [2] beschreven splitsstructuren is, ofwel dat ze extreem hoge 1003670.

optische vermogens vereisen, ofwel dat relatief grote niet-lineaire optische effecten nodig zijn, waarvoor tot op heden echter geen geschikte materialen beschikbaar zijn.

3 5 B. Samenvatting van de uitvinding

Met de uitvinding wordt beoogd een vertakkingselement te verschaffen, dat de gewenste eigenschap met betrekking tot lage vermogensverliezen bezit van splitsstructuren zoals hierboven beschreven, maar waarin de benodigde niet-lineaire effecten 10 aanzienlijk beperkter kunnen blijven, zodat realisatie bij de huidige stand van de techniek mogelijk is. Zij berust op het feit dat in interferometrische structuren, zoals die gebaseerd op een richtkoppelstructuur of een TMI-koppelstructuur (Two Mode Interference), geen gebruik wordt gemaakt van absolute veranderingen 15 in brekingsindex, maar van fase-veranderingen in optische signalen. Deze fase-veranderingen worden bepaald door het product van een brekingsindexverandering en de lengte van het optische pad waarover de brekingsindexverandering wordt gerealiseerd (6Φ = 6n*L). Dit betekent dat de lengte van het optische pad als vergrotingsfactor kan dienen, 20 zodat ook relatief kleine niet-lineaire effecten voor een schakelwerking kunnen worden benut, als de optische padlengte maar groot genoeg is.

Een optisch vertakkingselement volgens de aanhef van conclusie 1, voor de definitie waarvan de in referentie [2] beschreven 25 asymmetrische X-junctie is benut, heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk van conclusie 1. De niet-lineaire deelgebieden zijn zodanig gepositioneerd in of nabij de stam, dat bij intensiteitsverschillen in de twee geleide modi elk deelgebied hoofdzakelijk een verandering in de effectieve brekingsindex voor 30 slechts één van beide geleide modi bewerkstelligt. In een voorkeursuitvoering waarin hoofdzakelijk de brekingsindex van een nulde-orde geleide modus, of algemener een geleide modus met een even orde-getal, wordt beïnvloed, heeft het vertakkingselement het kenmerk volgens conclusie 2. In een voorkeursuitvoering waarin hoofdzakelijk 35 de brekingsindex van een eerste-orde geleide modus, of algemener een geleide modus met een oneven orde-getal, wordt beïnvloed, heeft het vertakkingselement het kenmerk volgens conclusie 3. Ook een combinatie is mogelijk.

1003670.

4

In de twee hierboven reeds aangeduide bekende typen 2x2-koppelaars, t.w. de richtkoppelaar en de TMI-koppelaar (Two Mode Interference), vindt de interferentie plaats tussen in orde verschillende geleide modi. Op beide typen koppelaars is de uitvinding 5 van toepassing. In een verdere voorkeursuitvoering heeft het vertakkingselement dan ook het kenmerk volgens conclusie 4 of conclusie 5.

Uit referentie [3] is een optisch logisch element bekend, waarmee een XOR-functie kan worden uitgevoerd. Dit logische element 10 omvat een op een MZ-interferometer gebaseerde golfgeleider-structuur, waarbij in elke van de twee golfgeleidertakken een qua fase moduleerbaar element is opgenomen, waarvan de brekingsindex een verandering ondergaat als het wordt aangestraald met licht van buiten de golfgeleider-structuur. Voor deze qua fase moduleerbare elementen 15 worden niet-lineaire optische materialen toegepast, bijvoorbeeld in een halfgeleider-systeem op basis van InP in een MQW-structuur (Multiple Quantum Well). Dergelijke niet-lineaire optische materialen, en in een zelfde structuur als waarmee het moduleerbare element is gerealiseerd, zijn in principe ook toepasbaar als de niet-lineaire 20 deelgebieden opgenomen in en/of nabij de gemeenschappelijke stam van de twee Y-juncties waaruit het vertakkingselement volgens de uitvinding is gevormd, De brekingsindex-veranderingen worden in die deelgebieden echter niet door licht van buitenaf teweeg gebracht, maar uitsluitend door veranderingen in intensiteit van lichtsignalen die 25 propageren in de stam en de daarin of daarnabij gelegen niet-lineaire deelgebieden zelf.

C. Referenties [1] G.J.M. Krijnen, et al., "Simulation of low insertion loss 30 nonlinear Y-junctions", Sensors & Actuators (Optical

Transducers), Proceedings S&A Symposium of the University of Twente, Enschede, The Netherlands, November 15-16, 1990, University of Twente/Kluwer Technical Books, Deventer-Antwerpen, pp. 323-328; 35 [2] H. Fouckhardt and Y. Silberberg, "All-optical switching in waveguide X junctions", J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 7, No. 5, May 1990, pp.803-809; [3] US-A-5,315,422.

1 0 0 3 57 0 .

5

Alle referenties worden beschouwd als geïncorporeerd in de onderhavige aanvrage.

D. Korte beschrijving van de tekening 5 De uitvinding zal nader worden toegelicht middels een beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld, waarbij wordt verwezen naar een tekening die de volgende figuren omvat: FIG. 1 toont schematisch een optisch vertakkingselement volgens de uitvinding gebaseerd op een richt-koppelstructuur; 10 FIG. 2 toont schematisch een onderdeel van het vertakkingselement volgens FIG. 1 in een dwarsdoorsnede; FIG. 3 toont schematisch een optisch vertakkingselement volgens de uitvinding gebaseerd op een TMI-koppelstructuur; FIG. k toont in deelfiguur (a) schematisch een onderdeel van het 15 vertakkingselement volgens FIG. 3 in een dwarsdoorsnede; en in deelfiguur (b) een grafische voorstelling van de intensiteitsverdeling van twee deelsignalen over het in deelfiguur (a) getoonde onderdeel.

20 E. Beschrijving van een uitvoerinEsvoorbeeld

In de beschrijving wordt onder Y-junctie verstaan een optische golfgeleiderstructuur van twee afzonderlijke kanaalvormige golfgeleiders, takken genoemd, welke convergeren naar of divergeren 25 vanaf een derde kanaalvormige golfgeleider, stam genoemd. Deze stam kan een enkelvoudige golfgeleider zijn, maar ook bestaan uit twee, in hoofdzaak parallel lopende, gekoppelde golfgeleiders. Een symmetrische Y-junctie heeft takken met dezelfde propagatie-constanten, terwijl een asymmetrische Y-junctie takken bezit met (iets) verschillende 30 propagatie-constanten. Volgens deze definitie is zowel een TMI- koppelaar (Two Mode Interference) als een richtkoppelaar te beschouwen als bestaande uit twee gekoppelde Y-juncties met een gemeenschappelijke stam. Daarin is de stam van een TMI-koppelaar een enkelvoudige bimodale golfgeleidersectie, terwijl de stam van de 35 richtkoppelaar bestaat uit twee parallelle gekoppelde golfgeleidersecties.

Hoewel het principe van de uitvinding ruimer toepasbaar is, worden in de hierna beschreven uitvoeringsvoorbeelden Y-juncties 10 0 3 570 .

6 verondersteld, waarvan de takken monomodale golfgeleidende kanalen zijn, en de gemeenschappelijke stam wordt gevormd door een bimodale golfgeleidersectie in geval van een TMI-koppelaar, en door twee parallelle monomodale golfgeleidersecties bij de richtkoppelaar.

5 FIG. 1 toont schematisch een golfgeleiderpatroon voor een optisch vertakkingselement volgens de uitvinding in een eerste variant, die is gebaseerd op een richtkoppelstructuur. Het vertakkingselement is voorzien van drie poorten 1, 2 en 3. In één signaalrichting (pijl D), de neerwaartse signaalrichting genoemd, 10 dient de eerste poort 1 als optische signaalingang en dienen de tweede en derde poorten 2 en 3 als optische signaaluitgangen. In de tegenovergestelde signaalrichting (pijl U), de opwaartse signaalrichting genoemd, dienen de tweede en derde poorten 2 en 3 als signaalingangen, en dient de eerste poort 1 als signaaluitgang. Het 15 golfgeleiderpatroon van het vertakkingselement omvat een symmetrische Y-junctie 4 met monomodale golfgeleidende takken 4.1 en 4.2, en een asymmetrische Y-junctie 5 met monomodale golfgeleidende takken 5.1 en 5.2. De takken van de symmetrische Y-junctie 4 liggen symmetrisch ten opzichte van een centrale as A en bezitten gelijke 20 propagatieconstanten (aangeduid door gelijke breedte). De takken van de asymmetrische Y-junctie 5 zijn ongelijk in propagatieconstante en vertonen een asymmetrie ten opzichte van de centrale as (aangeduid door een verschil in breedte). De twee Y-juncties 4 en 5 bezitten een gemeenschappelijke stam 6. De stam 6 bestaat uit twee monomodale 25 golfgeleidersecties 6.1 en 6.2, die over een koppellengte 1^, parallel lopen, en respectievelijk de takken 4.1 en 5.1, en 4.2 en 5.2 met elkaar verbinden. Een uiteinde van de tak 4.1 vormt de poort 1, terwijl uiteinden van de takken 5.1 en 5.2 respectievelijk de poorten 2 en 3 vormen. Tussen de golfgeleidersecties 6.1 en 6.2 is een niet-30 lineair gebied 7 opgenomen met lengte L^. Dit niet-lineaire gebied 7 is gevormd uit een optisch transparant medium met een intensiteits-afhankelijke brekingsindex, zoals bijvoorbeeld tengevolge van een Kerr-type niet-lineariteit. Eventueel kunnen, in plaats van het niet-lineaire gebied 7 of additioneel, twee verdere niet-lineaire gebieden 35 7a en 7b zijn gepositioneerd terweerszijde van de stam 6.

FIG. 2 toont voor een geïntegreerd optische uitvoering van het vertakkingselement volgens FIG. 1, bij wijze van voorbeeld gerealiseerd op basis van indiumfosfide (InP), een dwarsdoorsnede van 1 00 3 67 0 .

7 de stam 6. Op een substraat 8 van InP bevinden zich een lichtgeleidende laag 9 van InGaAsP en een bovenlaag 10 van InP. Dijkvormige verhogingen in de bovenlaag definiëren de golfgeleidersecties 6.1 en 6.2 van de stam 6, terwijl de ruimte tussen 5 de dijkvormige verhogingen, die over een lengte is opgevuld met optisch niet-lineair materiaal, het niet-lineaire gebied 7 vormt.

FIG. 3 toont schematisch een golfgeleiderpatroon voor een tweede variant van het optisch vertakkingselement, die is gebaseerd op een TMI-koppelstructuur. Met de eerste variant overeenkomende onderdelen 10 van het vertakkingselement hebben gelijke nummer- en letteraanduiding. De stam 6 wordt nu gevormd door een bimodale golfgeleider 6.3. Op overeenkomstige wijze als FIG. 2 voor de eerste variant toont onderdeel (a) van FIG. 4 een dwarsdoorsnede van de stam 6 van de tweede variant. Centraal in de dijkvormige verhoging die de bimodale 15 golfgeleidersectie 6.3 definieert, bevindt zich over een lengte een uitsparing 11 die, opgevuld met een optisch niet-lineair materiaal, het niet-lineaire gebied 7 vormt.

De werking van het vertakkingselement zal nu worden toegelicht aan de hand van de tweede variant. Die van de eerste variant is 20 volkomen analoog.

In de neerwaartse richting (pijl D) is de werking als volgt. Een lichtsignaal Ij dat via de eerste poort 1 van het vertakkingselement binnentreedt en via de tak 4.1 de stam bereikt, zal daarin verder propageren in de vorm van een eerste deelsignaal S(0) in een nulde-25 orde geleide modus en van een tweede deelsignaal S(l) in een eerste-orde geleide modus. Deze twee deelsignalen zijn door de symmetrie van de Y-junctie 4 van gelijke intensiteit, d.i. elk van de beide geleide modi in de stam bevat de helft van het met het lichtsignaal Ij via poort 1 geïnjecteerde optische vermogen. Opgemerkt zij, dat slechts 30 één van de twee takken van de symmetrische Y-junctie, i.c. de tak 4.1 wordt gebruikt als poort 1; de aanwezigheid van de andere tak is slechts noodzakelijk voor het in gelijke mate aanslaan van de beide geleide modi in de gemeenschappelijke stam. De vermogensverdeling aan het eind van de asymmetrische Y-junctie 5 over de takken 5.1 en 5.2 is 35 afhankelijk van het onderlinge faseverschil waarmee de beide geleide modi daar arriveren. Voor een symmetrische vermogensverdeling (V**) geldt de conditie, dat een faseverschil δφρ - 90* (of een oneven veelvoud hiervan) is vereist.

1003670 8

In onderdeel (b) van FIG. 4 is voor de deelsignalen S(0) en S(l) kwalitatief een verdeling van de signaalintensiteit (Int) over de dwarsdoorsnede van de stam weergegeven. Daaruit blijkt dat in het centrum van de bimodale sectie 6.3 deze verdeling maximaal is voor het 5 deelsignaal S(0), en minimaal (nul) voor het deelsignaal S(l). Verder heeft de verdeling voor S(l) twee gelijke maxima, die iets kleiner zijn dan de helft van het maximum voor S(0), ter weerszijde van dit centrum, en een verwaarloosbare intensiteit in een gebied f rondom het minimum in het centrum. Voorts heeft de verdeling voor S(l) tengevolge 10 van evanescente velden van het eerste-orde deelsignaal, die relatief groot zijn ten opzichte van die van het nulde-orde deelsignaal, relatief grote uitlopers u en v tot buiten het gebied onder de dijkvormige verhoging van de sectie 6.3. Dit betekent dat, als de breedte d van het niet-lineaire gebied 7 overeenkomt met het gebied f, 15 alleen het deelsignaal S(0) wordt beïnvloed door het niet-lineaire deelgebied 7, terwijl het deelsignaal S(l) nauwelijks of niet wordt beïnvloed. De conditie met betrekking tot het vereiste faseverschil 6«d - 90® is derhalve afhankelijk van het signaalvermogen. Om deze conditie te vervullen wordt de lengte van het niet-lineaire gebied, 20 bij een geschikt gekozen grootte van de doorsnede ervan, afgestemd op een werkvermogen dat gewenst is voor een situatie waarin het vertakkingselement wordt toegepast. Aangezien de effectieve lengte van het niet-lineaire gebied 7 in feite niet langer kan worden dan de lengte van de stam, d.w.z. < L^, en voor de lengte van de stam 25 steeds een waarde kan worden gekozen die een oneven veelvoud is van de kleinste lengte Lq waarbij de TMI-sectie nog als 3dB-splitser werkt, d.w.z. Lc - (2n+l)L0, is deze conditie steeds te vervullen.

In de opwaartse richting (pijl U) is de werking als volgt. Een lichtsignaal I2 (dat dezelfde intensiteit bezit als het lichtsignaal Ix 30 in het neerwaartse geval), dat via de tweede poort 2 van het vertakkingselement binnentreedt en via de "brede" tak 5.1 van de asymmetrische Y-junctie 5 de stam bereikt, zal daarin verder propageren in de vorm van een eerste deelsignaal T(0) in een nulde-orde geleide modus en van een tweede deelsignaal T(l) in een eerste-35 orde geleide modus. Deze twee deelsignalen zijn tengevolge van de asymmetrie van de Y-junctie 5 ongelijk van intensiteit. De asymmetrie van de Y-junctie 5 is zodanig gekozen, dat het deelsignaal T(0) een 1003670 9 fractie x meer dan de helft (i.c. (b + x), met 0<x<4) bevat van het vermogen van een in de poort 2 geïnjecteerd signaal, terwijl het deelsignaal T(l) de rest van het vermogen (i.c. (4 - x)) bevat. De intensiteit van het deelsignaal 1(0) is derhalve groter dan de 5 intensiteit van het deelsignaal 1(1), zodat het deelsignaal 1(0) in de stam door de aanwezigheid van het niet-lineaire gebied 7 een groter fase-verschil δΦΒ ondergaat, dan het fase-verschil δΦ0 van het deelsignaal S(0) in de neerwaartse signaalrichting. Door voor het gewenste werkvermogen het niet-lineaire gebied 7 zodanig te 10 dimensioneren, dat over de stam geldt δΦ0 - δΦΒ = 90°, interfereren de twee deelsignalen 1(0) en 1(1), voor zover ze in amplitude overeenstemmen, maximaal tot een symmetrisch signaal dat als een nulde-orde modus signaal in de tak 4.1 verder propageert en via poort 1 uittreedt als signaal 03. Het verschil in amplitude daarentegen 15 resulteert in een asymmetrisch signaal dat afstraalt, en derhalve afhankelijk van de gekozen waarde van x een relatief klein verlies kan vormen.

In de opwaartse richting (pijl U) kan het lichtsignaal I2 ook via de derde poort 3 var, het vertakkingselement binnentreden en via de 20 "smalle" tak 5.2 van de asymmetrische Y-junctie 5 de stam bereiken. In dat geval heeft het deelsignaal 1(0) de kleinere intensiteit. Het deelsignaal 1(0) ondergaat een 90° kleiner fase-verschil δΦυ in de stam, dan het fase-verschil δΦΒ van het deelsignaal S(0) in de neerwaartse signaalrichting. Bij de gekozen dimensionering van het 25 niet-lineaire gebied 7 geldt nu δΦυ - δΦ0 - -90° , en interfereren de twee deelsignalen 1(0) en 1(1) weer maximaal tot een symmetrisch signaal dat als een nulde-orde modus signaal in de gewenste tak 4.1 van de symmetrische Y-junctie 4 verder propageert en via poort 1 uittreedt als signaal 03.

30 Opgemerkt zij, dat de deelsignalen 1(0) en 1(1) soortgelijke intensiteitsverdelingen bezitten als getoond voor de deelsignalen S(0) en S(l), zij het met overeenkomstig de fractie x hogere of lagere maxima.

In het voorgaande is de werking beschreven met aanwezigheid van 35 slechts het niet-lineaire gebied 7. De werking is overeenkomstig als in plaats van het gebied 7, de niet-lineaire gebieden 7a en 7b aanwezig zijn, welke zodanig gepositioneerd zijn dat ze slechts (de uitlopers u en v van) het deelsignaal S(l) of 1(1) beïnvloeden (zie 1 00 3 67 0.

10 FIG. 4). Zijn zowel het niet-lineaire gebied 7 als de verdere niet-lineaire gebieden 7a en 7b aanwezig, dan is de werking in neerwaartse richting (geen verschil in signaalintensiteit) minder afhankelijk, of zelfs vrijwel onafhankelijk van het toegepaste signaalvermogen, en 5 moet het voor de 3dB-splitsfunctie vereiste fase-verschil worden verkregen door keuze van de lineaire optische weglengte. In opwaartse signaalrichting (wel verschil in signaalintensiteit) wordt de werking voor het verkrijgen van de gewenste fase-verschillen versterkt ("push/pull"-werking), zodat met een kleinere lengte van de niet-10 lineaire gebieden 7, 7a en 7b kan worden volstaan.

Om het niet-lineaire effect efficiënt te kunnen gebruiken moet de waarde van x (de afwijking van de symmetrische koppelverhouding) relatief groot zijn, terwijl de daarbij optredende verliezen in verhouding laag blijven. Bijvoorbeeld, voor x-=0,25 is het verlies 15 ca -0,3 dB. Dat dit mogelijk is, kan met een relatief eenvoudige berekening worden aangetoond. Deze berekening is analoog aan de berekening die in de bovengenoemde gelijktijdige aanvrage PI is uitgewerkt, en is derhalve hier niet herhaald.

In een geïntegreerde versie van het vertakkingselement kunnen de 20 niet-lineaire elementen 7, 7a en 7 b in de figuren FIG. 1 t/m 4 worden gerealiseerd door gebieden met een MQW-structuur zoals bijvoorbeeld bekend uit referentie [3], Dergelijke gebieden kunnen, nadat eerst het golfgeleiderpatroon van een richtkoppelaar of een TMI-koppelaar op een substraat zijn gerealiseerd, in de aangegeven posities worden 25 gegroeid. Heeft deze structuur een niet-lineaire constante n2 - 10'Acm2/W, dan moeten voor het bewerkstelligen van een 90° faseverschil bij een inkomend signaalvermogen van 0,lmW van een optisch signaal met golflengte 1,5μπι en een asymmetrie van x - 0,25 in in de asymmetrische Y-junctie 5, de niet-lineaire elementen lengte bezitten 30 - 15*a'1pm bezitten, a is hierin een zogenoemde overlapfactor, die aangeeft welke fractie van de intensiteitsverdelingen van de deelsignalen T(0) en T(l) het niet-lineaire gebied treft. De overlapfactor hangt derhalve samen met de grootte van de dwarsdoorsnede van het niet-lineair gebied. Een acceptabele waarde is 35 a=0,l. Hierbij is «= 150 pm, hetgeen zeer kort is voor een geïntegreerde optische component. Bij een tienmaal hoger (lager) signaalvermogen moet, bij een gegeven waarde voor a, LjjL een factor tien korter (langer) gekozen.

1003670.

11

In de gelijktijdige aanvrage PI zijn voor een goede werking van het aldaar beschreven niet-lineaire vertakkingselement enkele vereisten opgesomd. Deze vereisten gelden mutatis mutandis ook hier, en zijn derhalve hier niet herhaald. Een verder vereiste voor een 5 goede werking is, dat het vertakkingselement wordt toegepast bij een werkvermogen dat voor beide signaalrichtingen (pijlen D en U) in hoofdzaak gelijk is, waarbij varianten met drie niet-lineaire gebieden (7, 7a en 7b) voor de neerwaartse signaalrichting (pijl D) weer veel minder, of zelfs niet kritisch zijn met betrekking tot het 10 werkvermogen.

1003670·

Claims (7)

1. Optisch vertakkingselement voorzien van drie optische poorten, waarbij een via een eerste optische poort geïnjecteerd optisch signaal naar vermogen wordt gesplitst in twee naar vermogen gelijke signalen 5 die respectievelijk uittreden via een tweede en een derde optische poort, en waarbij een via de tweede of de derde poort geïnjecteerd optisch signaal uittreedt via de eerste optische poort, welk vertakkingselement omvat: - een symmetrische eerste Y-junctie voorzien van twee 10 kanaalvormige golfgeleidende takken met, althans in hoofdzaak, gelijke propagatie -cons tanten, - een asymmetrische tweede Y-junctie voorzien van twee kanaalvormige golfgeleidende takken met onderling verschillende propagatie-constanten, en 15. een gebied van een optisch transparant medium met een intensiteits-afhankelijke brekingsindex, welk gebied hierna niet-lineair gebied wordt genoemd, waarbij de eerste en tweede Y-juncties een gemeenschappelijke golfgeleidende stam bezitten, hierna kortweg aan geduid met stam, en 20 waarbij een van de twee takken van de eerste Y-junctie de eerste poort vormt, en de twee takken van de tweede Y-junctie de tweede en derde poort vormen, met het kenmerk, dat de stam gedimensioneerd is voor interferentie van twee in orde 25 verschillende geleide modi, en dat het niet-lineaire gebied een of meer, langwerpige deelgebieden insluit, dat of die in, althans nabij, de stam zijn gelegen en georiënteerd zijn volgens de lengte-richting van de stam.

2. Optisch vertakkingselement volgens conclusie 1 met het kenmerk. 30 dat het niet-lineaire gebied een langwerpig deelgebied insluit, dat in een centraal deel van de stam is gelegen.

3. Optisch vertakkingselement volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk. dat het niet-lineaire gebied twee langwerpige deelgebieden 35 insluit, die aan weerszijden van de stam zijn gelegen.

4. Optisch vertakkingselement volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de twee Y-juncties deel uit maken van een richtkoppelstructuur, 1003670 waarbij de stam twee gekoppelde, in hoofdzaak parallelle golfgeleidersecties omvat, waartussen het niet-lineaire gebied is gelegen.

5. Optisch vertakkingselement volgens conclusie 2 met het kenmerk. 5 dat de twee Y-juncties deel uitmaken van een TMI-koppelstructuur, waarbij de stam een bimodale golfgeleidersectie is.

6. Optisch vertakkingselement volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de bimodale golfgeleidersectie is gedefinieerd door een, althans in hoofdzaak, strookvormige structuur, in een uitsparing waarvan zich 10 het niet-lineaire gebied bevindt.

7. Optisch vertakkingselement volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de deelgebieden van het niet-lineaire gebied MQW-structuren omvatten in halfgeleider-materiaal. 1003670