NL194704C

NL194704C - Een golfgeleider voor optisch geïntegreerde schakelingen.

Info

Publication number: NL194704C
Application number: NL8802161A
Authority: NL
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1988-09-01
Publication date: 2002-12-03
Also published as: NL8802161A; JPS6462602A; DE3829540C2; DE3829540A1; NL194704B; JP2553583B2; US4988156A

Description

1 194704

Een golfgeleider voor optisch geïntegreerde schakelingen

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een golfgeleider voor optisch geïntegreerde schakelingen, omvattende: 5 - een kerngebied; - mantelgebieden aangebracht aan een zijde van het kerngebied en aan de andere zijde van het kerngebied teneinde het kerngebied optisch op te nemen; waarbij de golfgeleider op een positie een gebogen deel omvat, welk gebogen deel tevens het kerngebied en de mantelgebieden omvat; en waarbij tussen het mantelgebied en het kerngebied en slechts in de 10 nabijheid van de binnenzijde van het gebogen deel een lokaal golfgeleidergebied is aangebracht, welk lokale golfgeleidergebied een grotere brekingsindex heeft dan de brekingsindex van het kerngebied of een grotere brekingsindex heeft dan de brekingsindex van het mantelgebied.

Door het in de nabijheid van de binnenzijde van het gebogen deel aanbrengen van een lokaal golfgeleidergebied met een brekingsindex die groter is dan de brekingsindex van het kerngebied of groter is 15 dan de brekingsindex van het mantelgebied wordt de lichtgolf in hoge mate opgesloten in het lokale golfgeleidergebied en het kerngebied en wordt de lichtgolf aangetrokken naar de binnenzijde van het gebogen deel, zodat uittreding van de lichtgolf bij het gebogen deel wordt belemmerd.

Opgemerkt wordt dat uit de publicatie IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 29 (1981, 11) 11,1182/1187, een golfgeleider bekend is, bestaande uit een kerngebied en twee mantel-20 gebieden, waarin het stralingsverlies ter plaatse van een gebogen deel wordt verminderd door de brekingsindex van mantelgebied aan de binnenzijde van het gebogen deel te verhogen tot een maximaal de brekingsindex van het kerngebied. Bij de bekende golfgeleider wordt weliswaar het stralingsverlies ter plaatse van het mantelgebied met de hogere brekingsindex verminderd, maar er treden verliezen op ter plaatse van de overgang tussen het mantelgebied met de relatief lage en het mantelgebied met de relatief 25 hoge brekingsindex.

Uit de publicatie "Electronics Letters 23 (1987, 07, 18) 15,797/798” is een golfgeleider bekend met een kern van LiNb03 en een mantel van Ti. Ter plaatse van de bocht in de golfgeleider is aan de buitenzijde van de mantel en wel aan de buitenzijde van de bocht een laag MgO met een lage brekingsindex aangebracht, welke laag als doel heeft een helling van de refractie-index aan deze zijde van de golfgeleider te 30 verhogen. Volgens deze golfgeleider wordt een golfgeleidergebied met een verschillende golflengte uitgebracht aan de buitenzijde van het mantelgebied.

Uit het Duitse Offenlegungsschrift DE 3.214.471 A is een golfgeleider bekend, waarbij de brekingsindex van het kerngebied in een gebogen deel afwijkt van de brekingsindex van het kerngebied van de rechte delen van de golfgeleider. Ter plaatse van het gebogen deel van de golfgeleider neemt de brekingsindex 35 van het kerngebied naar buiten toe af.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin toont: figuur 1 een schema van een dwarsdoorsnede-aanzicht van een gebogen golfgeleider voor een optisch geïntegreerd circuit volgens een uitvoeringsvorm waarbij uitstraling van een lichtgolf wordt belemmerd; 40 figuur 2 een schema dat de amplitudeverdeling van de lichtgolf toont, die zich voortplant in de gebogen golfgeleider uit figuur 1; figuur 3 een schema van een dwarsdoorsneden-aanzicht van een gebogen golfgeleider voor een optisch geïntegreerd circuit volgens een andere uitvoeringsvorm waarbij uitstraling van een lichtgolf wordt belemmerd; 45 figuur 4 een schema van een dwarsdoorsnede-aanzicht van een gebogen golfgeleider voor een optisch geïntegreerd circuit volgens de stand van de techniek; en figuur 5 een schema dat de amplitudeverdeling van een lichtgolf toont, die zich voortplant door de gebogen golfgeleider uit figuur 4.

50 Volgens een andere stand van de techniek (figuur 4) omvat een gebogen golfgeleider voor optisch geïntegreerde schakelingen een kerngebied 1, mantelgebieden 2 aan beide zijden van het kerngebied 1 teneinde het kerngebied 1 daartussen op te nemen.

Bij deze gebogen golfgeleider volgens de stand van de techniek wordt licht dat invalt van de linkerzijde in de tekening en zich naar de rechterzijde voortplant, gestraald of verstrooid in de nabijheid van het gebogen 55 deel B.

Figuur 5 toont overgangen van verdelingen van het elektrisch veld voor tussenafstanden van 10 micrometer in het geval waarbij licht met een golfgeleidingsmodulus van TE0 invalt op de gebogen 194704 2 golfgeleider. In dit geval is de brekingsindex n, van het kerngebied 1 op 1,5 bepaald, brekingsindex n2 van het mantelgebied 2 op 1, 49 en de goltlengte op 1 micrometer. De verdeling van het elektrisch veld nadat de lichtgolf het gebogen deel B is gepasseerd en zich verder voortplant, verbreedt zich geleidelijk naar buiten, hetgeen betekent dat de lichtgolf wordt afgestraald. De koppelingscoëfficiënt tussen elektrische· 5 veldverdeling en golfgeleidingsmodus van TE0 nadat de lichtgolf door het gebogen gedeelte B is voortgeplant, bedraagt ongeveer 37%, hetgeen te wijten is aan de hoge snelheid van lichtgolfstraling in de nabijheid van het gebogen deel B.

Bij deze gebogen golfgeleider voor optisch geïntegreerde circuit volgens de stand der techniek, word licht afgestraald met een hoge snelheid in de nabijheid van het gebogen deel B.

10 In figuur 1 is een kerngebied 1 van een gebogen golfgeleider aangegeven. Een mantelgebied 2 is aan beide zijden van het kerngebied 1 aangebracht ten einde daartussen het kerngebied 1 op te nemen, omvattende een binnenste zijdeel 2A en een buitenste zijdeel 2B. Een lokaal golfgeleidergebied 3 is aangebracht in het binnenste zijdeel 2A van het mantelgebied 2 in de nabijheid van het gebogen deel B. Hierbij zijn de brekingsindices van kerngebied 1, mantelgebied 2 en lokaal golfgeleidergebied 3 respectieve-15 lijk n,, n2 en n3, die zodanig worden gekozen dat n., > n2 en n3 > n, of n3 > n2. Dit lokale golfgeleidergebied 3 wordt geproduceerd door het gedeeltelijk buigen van de golfgeleider bij een hoek van 1° bij een positie op een afstand van = 40 micrometer van het buigpunt. Dit lokale golfgeleidergebied 3 heeft de functie van het in hoge mate opsluiten van de lichtgolf die zich in de nabijheid van het gebogen deel B voortplant en van het aantrekken van de lichtgolf naar de binnenzijde van het gebogen deel B.

20 Als materiaal voor het kerngebied 1, het mantelgebied 2 en het lokale golfgebied 3 kan diëlektrisch materiaal zoals glas (Si02), LiNb03 of LiTa03 gebruikt worden en eveneens halfgeleidermateriaal zoals AlGaAs, InGaAsP. In elk geval kunnen de respectieve gebieden 1, 2 en 3 worden verkregen door verschil in brekingsindices van de respectieve gebieden. Bij voorbeeld in geval van gebruik van LiNb03, kan titaan-diffusie of protonenverwisseling worden gebruikt voor het laten verschillen van de brekingsindex en wanneer 25 de hoeveelheid titaandiffusie of protonenverwisseling wordt vermeerderd, wordt de brekingsindex verhoogd. In geval van AlGaAs wordt de brekingsindex verhoogd wanneer de hoeveelheid Al wordt vermeerderd.

De koppelingscoëfficiënt tussen de elektrisch-veldverdeling in de TE0 golfgeleidermodus na de bocht wordt berekend uit formule (1).

™ I ƒ °°E(x,Z|) · E0(x,Z|)dx 12 JU J ·°°_ lp(x,z,)dx I2 · I f E0(x,z,)dx I2

Hierbij is E0(x,z,) een elektrische veldverdeling van de TE0 modus bij het zendende einde van z, = 100 mircometer zoals getoond in figuur 1 en is E(x,z,) een elektrische veldverdeling bij z = z, berekend onder gebruikmaking van PBM (Propageer-Bundel-Methode). De bovenbeschreven integratie wordt uitgevoerd ^ door numerieke berekeningen.

In dit geval wordt de koppelingscoëfficiënt ongeveer 68%, hetgeen een grote verbetering ten opzichte van uitvoeringen volgens de stand van de techniek voorstelt.

Het werkingsprincipe van deze uitvoeringsvorm is als volgt.

Het licht in TE0-modus dat lokale golfgeleidergebied 3 bereikt, wordt aangetrokken naar de binnenzijde 4^ van het gebogen deel B daar de brekingsindex n3 van het lokale golfgeleidergebied 3 groter is dan de brekingsindex n2 of dan de brekingsindex n, van het kerngebied 1. Dienovereenkomstig wordt straling in de nabijheid van het gebogen deel B verminderd.

Figuur 3 toont een gebogen golfgeleider volgens een andere uitvoeringsvorm. In deze uitvoeringsvorm is een lokaal mantelgebied 4 aangebracht aan de buitenzijde van het gebogen deel B. Dit lokale mantelgebied 45 4 is bij voorkeur aangebracht over enkele tientallen microns en bij voorkeur zowel voorwaarts als achterwaarts ten opzichte van het gebogen deel B.

Brekingsindex n4 van het lokale mantelgebied 4 wordt minder gemaakt dan de brekingsindex n2 van het mantelgebied 2. Wanneer lokale mantellaag 4 op deze wijze wordt aangebracht, wordt het licht bij het gebogen deel B verder afgebogen naar de binnenzijde en wordt de straling vanaf het gebogen deel B ^ verder gereduceerd. De koppelingscoëfficiënt in dit geval varieert in hoge mate afhankelijk van de configuratie in de brekingsindex van het lokale mantelgebied.

Zoals duidelijk moge zijn uit voorgaande beschrijving wordt een lokaal golflengtegebied met een grotere brekingsindex dan die van het kerngebied van de gebogen golfgeleider of dan die van het mantelgebied van de gebogen golfgeleider verschaft in het mantelgebied in de nabijheid van de binnenzijde van het gebogen ^ deel B van de gebogen golfgeleider. Dienovereenkomstig kan de straling vanaf het gebogen deel B worden verminderd en kan in grote mate van integratie van een optisch geïntegreerd circuit worden gerealiseerd.

Claims

1. Een golfgeleider voor optisch geïntegreerde schakelingen, omvattende: - een kerngebied; 5. mantelgebieden aangebracht aan een zijde van het kerngebied en aan de andere zijde van het kerngebied teneinde het kerngebied optisch op te nemen; waarbij de golfgeleider op een positie een gebogen deel omvat, welk gebogen deel tevens het kerngebied en de mantelgebieden omvat; en waarbij tussen het mantelgebied en het kerngebied en slechts in de nabijheid van de binnenzijde van het gebogen deel een lokaal golfgeleidergebied is aangebracht, 10 welk lokale golfgeleidergebied een grotere brekingsindex heeft dan de brekingsindex van het kerngebied of een grotere brekingsindex heeft dan brekingsindex heeft dan de brekingsindex van het mantelgebied.

2. Een golfgeleider voor optisch geïntegreerde schakelingen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het lokale golfgeleidergebied voorwaarts en achterwaarts ten opzichte van het gebogen deel met een afnemende dikte gevormd is.

3. Een golfgeleider voor optisch geïntegreerde schakelingen volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het lokale golfgeleidergebied zich over circa 40 micrometer voorwaarts en achterwaarts ten opzichte van het gebogen deel uitstrekt.

4. Een golfgeleider voor optisch geïntegreerde schakelingen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen het mantelgebied en het kerngebied en slechts in de nabijheid van de buitenzijde van het gebogen 20 deel een tweede lokaal golfgeleidergebied is aangebracht, welk lokale golfgeleidergebied een kleinere brekingsindex heeft dan de brekingsindex van het mantelgebied. Hierbij 2 bladen tekening