NL9200328A - Optische schakelcomponent. - Google Patents
Optische schakelcomponent. Download PDFInfo
- Publication number
- NL9200328A NL9200328A NL9200328A NL9200328A NL9200328A NL 9200328 A NL9200328 A NL 9200328A NL 9200328 A NL9200328 A NL 9200328A NL 9200328 A NL9200328 A NL 9200328A NL 9200328 A NL9200328 A NL 9200328A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- waveguide
- mode
- shaped
- bimodal
- optical switching
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 11
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—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 intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/025—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 intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
-
- 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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—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 intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/035—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 intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
-
- 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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0136—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 intensity, phase, polarisation or colour for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation
- G02F1/0142—TE-TM mode conversion
-
- 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
-
- 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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
- H01S5/1035—Forward coupled structures [DFC]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
Description
Titel: Optische schakelcomponent A. Achtergrond van de uitvinding 1. Gebied van de uitvinding
De uitvinding ligt op het gebied van geïntegreerde optische componenten. Meer in het bijzonder betreft zij een optische schakelcomponent voor het schakelen van een lichtsignaal.
2. Stand van de techniek
In een coherent-optisch lokaal netwerk wordt een abonnee aangesloten via een gecombineerde coherent-optische zender/ontvanger. Een dergelijke gecombineerde zender/ontvanger wordt bijvoorkeur als geïntegreerde component uitgevoerd. In zulk een zender/ontvanger dient een schakelaar te worden opgenomen voor het sluiten van het zendkanaal, teneinde de zender te kunnen instellen zonder een verstoring van het netwerk.
Voor een dergelijke schakelaar is een isolatie of uitdovingsverhouding vereist van ten minste ca. 40dB. Verschillende typen van schakelaars, 1x2 of 2x2, zijn bekend, zoals de richtkoppelaar, de digitale optische schakelaar, of een Mach-Zehnderschakelaar. Deze bekende schakelaars hebben in het algemeen een isolatie van 20 tot 30 dB, en bereiken derhalve niet de vereiste isolatie. De vereiste isolatie kan weliswaar worden bereikt door twee of meer van dergelijke schakelaars in serie te zetten. Dit betekent echter dat de complexiteit en de benodigde integratieruimte toeneemt. Een andere schakelmogelijkheid, welke direct aansluit bij het toepassen van halfgeleidermateriaal, kan worden verkregen door middel van ladingsdragerinjectie. Door via een electrode vrije ladingsdragers over een zekere lengte van een golfgeleider in het halfgeleidermateriaal te injecteren neemt de absorptie toe. Door genoemde lengte en/of de stroom van ladingsdragers maar groot genoeg te maken, zou in principe elke gewenste isolatie kunnen worden verkregen. Een dergelijk type absorptieschakelaar zou bovendien zeer eenvoudig zijn, daar ze kan worden gevormd door een golfgeleider en een daarop overlangs geplaatste electrode. Bij de huidige stand van de contacteringstechniek blijken echter contacten op halfgeleidermaterialen, zoals InP, geen grotere stroomdichtheden te verdragen Λ dan 20 kA/cm , hetgeen voor de gewenste isolatie van 40dB overeenkomt met een lengte van minimaal lcm. Dit is lang gezien het feit dat momenteel de typische afmetingen van een ’chip’ halfgeleidermateriaal liggen tussen 1 en 2 cm.
Uit referentie [1] is een richtkoppelaar op halfgeleidermateriaal bekend, welke voor de besturing ervan gebruik maakt van ladingsdragerinjectie over de lengte van de koppelsectie met behulp van een midden boven de centrale koppelsectie geplaatste electrode. Ook bij deze schakelaar is de isolatie of uitdovingsverhouding in de orde van 20dB.
In een bimodale golfgeleider kunnen in het algemeen lichtsignalen binnen een bepaald golflengtegebied propageren zowel in een nulde-orde geleide modus als in een eerste-orde geleide modus. Gaat deze bimodale golfgeleider via een verloopstuk (eng.: taper) over in een monomodale golfgeleider, dan propageert daarin alleen de nulde-orde modus component van het signaal in de bimodale golfgeleider verder en wordt de eerste-orde geleide modus component af gestraald in het verloopstuk. Mondt de bimodale golfge- leider uit in een asymmetrische Y-junctie met een bimodale ingangsgeleider en twee monomodale uitgangsgeleiders met verschillende propagatieconstan-ten, dan worden de beide moduscomponenten gesplitst, en wel zo dat de nulde-orde geleide modus component zal uitkoppelen via de uitgangsgeleider met de hoogste propagatieconstante en de eerste-orde geleide modus component via die met de laagste en daarin verder propageren in de nulde-orde modus van die geleider. In beide gevallen worden de twee signaalcomponen-ten daarbij dus van elkaar gescheiden, waarbij in een geval weliswaar een der componenten verloren gaat. Nu is er uit referentie [2] een passieve geïntegreerde optische component bekend, die zo kan worden gedimensioneerd, dat daarmee in een bimodale goifgeleider golflengte-selectief een goed gedefinieerde signaalfractie, tot 100%, van een nulde-orde geleide modus in een eerste-orde geleide modus wordt omgezet. Wordt een dergelijke omzetter aan zijn uitgang gekoppeld met een verloopstuk of een asymmetrische Y-junctie als boven aangeduid, en zou tevens de omzetting van de signaalfractie scha-kelbaar zijn tussen twee standen, waarin wel resp. geen omzetting plaats vindt, dan zou daarmee een schakelaar worden gerealiseerd voor het schakelen van de signaalfractie. Met de keuze van het verloopstuk als uitgangssectie ontstaat een aan/uit schakelaar, terwijl met een asymmetrische Y-junctie een schakelaar voor de propagatierichting wordt gerealiseerd. Gezien de samenstellende componenten van een dergelijke schakelaar, mag worden verwacht, dat deze aan de hierboven genoemde bezwaren tegemoet kan komen. Bovendien zou een uit referentie [3] bekende golflengte-selectieve multiplexer en demultiplexer schakelbaar kunnen worden uitgevoerd. Bovendien zou een uit referentie [3] bekende golflengte-selectieve multiplexer en demultiplexer schakelbaar kunnen worden uitgevoerd. Derhalve is er een behoefte aan een optische component van een soort als de op zich uit referentie [2] bekende modusomzetter, waarin de omzetting schakelbaar is.
B. Samenvatting van de uitvinding
De uitvinding beoogt te voorzien in de genoemde behoefte. Een optische schakelcomponent is daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt door een passieve modusomzetter, voorzien van een bimodale golfgeleider met een periodieke modusveldprofielstruktuur, voor het omzetten van een fractie van een eerste geleide modus signaal in een tweede geleide modus signaal, en middelen voor het schakelbaar beïnvloeden van genoemde periodieke modus-veldprofielstuurstromen, die veel lager zijn dan gebruikelijk voor absorptie-schakelaars. Zij berust op het inzicht, dat in een bimodale kanaalvormige golfgeleider de modusveldprofielen van een nulde-orde geleide modus signaal en een eerste-orde geleide modus signaal typisch verschillen en op grond daarvan een van de profielen sterker kan worden beïnvloed dan het andere:
Voorts beoogt zij te voorzien in een optische schakelaar van de boven aangeduide soort, welke de vereiste isolatie wel, maar de genoemde nadelen niet bezit. Bijvoorkeur heeft een optische schakelcomponent volgens de uitvinding daartoe het kenmerk van een of meer der conclusies 6 t/m 9.
Opgemerkt zij, dat schakelbaarheid tevens moduleerbaarheid inhoudt, zodat de diverse schakelcomponenten volgens de uitvinding steeds ook als intensiteitsmodulatoren bruikbaar zijn.
Met de uitvinding wordt een schakelcomponent verkregen die zeer goed integreerbaar is, bijvoorkeur op halfgeleidermateriaal zoals InP, en die veel korter, ca. 1 mm, maar nauwelijks gecompliceerder is dan een van het hierboven aangeduide type absorptieschakelaar. De golfgeleiderstructuur is in een enkele etsstap realiseerbaar. Er zijn geen kritische parameters in de fabricage. Zij vereist stuurstromen, die veel lager zijn dan gebruikelijk voor absorptie-schakelaars.
C. Referenties [1] K. Ishida, et al. "InGaAsP/InP optical switches using carrier indu-ced refractive index change", Appl. Phys. Lett. 50(3), 19 January 1987, pp.141, 142; [2] NL-9100852 (van aanvrager; nog niet gepubliceerd) met titel: Modusomzetter.
[3] NL-9101532 (van aanvrager; nog niet gepubliceerd) met titel Golflengte selectieve multiplexer en demultiplexer.
D. Korte beschrijving van de tekening
De uitvinding zal nader worden toegelicht middels de beschrijving van een aantal uitvoeringsvoorbeelden, waarbij wordt verwezen naar een tekening, waarin:
Fig. 1 schematisch een optische schakelcomponent volgens de uitvinding in een bovenaanzicht toont;
Fig. 2 een dwarsdoorsnede van de schakelcomponent volgens Fig. 1 toont;
Fig. 3 voor een specifieke schakelcomponent volgens Fig. 1 de mate van omzetting toont als functie van een fase-afwijking tussen te koppelen geleide modi in opeenvolgende koppelvlakken van een in de schakelcomponent toegepaste modusomzetter.
E. Beschrijving van uitvoeringsvoorbeelden
Onder modus veldprof iel van een kanaal vormige golf geleider wordt verstaan (de vorm van) de electrische veldverdeling welke een geleide modus van een lichtsignaal in die golf geleider bezit. Dit profiel is niet alleen afhan- kelijk van de geometrie van de geleider, maar ook van de optische eigenschappen van het golfgeleidende medium en zijn omgeving. In een bimodale kanaalvormige (licht-)golfgeleider in een al dan niet isotroop medium kunnen in het algemeen van elke polarisatie twee propagatiemodi, te weten de fundamentele of nulde-orde modus en de eerste-orde modus, propageren. De modusveldprofielen, welke een dergelijke bimodale golf geleider bezit voor de beide geleide modi, vertonen een typisch verschil. In het midden van zo’n kanaalvormige geleider is namelijk de veldsterkte behorende bij de eerste-orde propagatiemodus nul, maar die van de nulde-orde propagatiemodus juist maximaal. Dit biedt de mogelijkheid om, bij een geschikt gekozen medium voor de golfgeleider, daarin in hoofdzaak alleen de propagatieconstante van een van beide geleide modi, dus van de nulde-orde of de eerste-orde modus, en daarmee het modusveldprofiel van de bimodale geleider voor die geleide modus, te beïnvloeden, en niet of veel minder die van, respectievelijk voor, de andere geleide modus. Toegepast op de bimodale kanaal vormige geleider van een op zich passieve modusomzetter van typen zoals bekend uit referentie [2], en meer in het bijzonder daarin aangeduid in TABEL 2, waarbij in de geleider een periodieke koppeling tot stand wordt gebracht door de aanwezigheid van een aantal koppelvlakken op een onderlinge periodeafstand, koppel-lengte L genoemd, heeft een dergelijke beïnvloeding tot gevolg, dat de kop-pellengte L tussen de beide bij de omzetting betrokken modi verandert. De omzetting vindt dan niet meer volledig plaats in de mate waarop de koppel-lengte en het aantal koppelvlakken in de passieve omzetter zijn afgestemd, of zelfs geheel niet, een en ander afhankelijk van de mate van de beïnvloeding. Is de beïnvloeding schakelbaar tussen twee standen, bijvoorbeeld geen beïnvloeding en wel beïnvloeding, dan wordt daarmee de omzetting van een zekere fractie van de ene modus in de andere schakelbaar. Ook het omgekeer- de effect is mogelijk. Een bepaalde modusomzetter kan als het ware kritisch ontstemd zijn ontworpen voor de omzetting van een bepaalde fractie van een ene geleide modus in een andere, zodat alleen bij een geschikt gekozen mate van beïnvloeding de gewenste omzetting plaats vindt, terwijl die omzetting zonder de beïnvloeding juist achterwege blijft. Evenals voor de bekende passieve modusomzetter geldt ook voor dergelijke schakelbare modusomzet-ters, dat deze volledig met bekende integratietechnieken, en op basis van daarbij gebruikelijke golfgeleidermaterialen en -strukturen, zijn te realiseren. Voor de golfgeleidermaterialen geldt hier evenwel de beperking, dat ze de mogelijkheid moeten hebben van de hierboven aangeduide beïnvloeding. Theoretisch kan de gewenste beïnvloeding van de lichtpropagatie in de bimodale golf geleider worden bereikt door middel van electro-optische, thermo-optische, opto-optische etc. effecten bij geschikte keuze van het materiaal van de golf geleider of van zijn omgeving en de bijpassende beïn-vloedingsmiddelen. Aangezien de beïnvloeding nogal gericht moet geschieden, wordt evenwel bijvoorkeur gebruik gemaakt van electro-optische effecten, en meer in het bijzonder van ladingsdragerinjectie in halfgeleidermateri-alen.
Hierna zal een structuur van een schakelcomponent, gebaseerd op een schakelbare modusomzetter, slechts bij wijze van voorbeeld op basis van één soort geleidermateriaal, te weten InP, en één type golfgeleider, te weten een dijkvormige golfgeleider, met bijpassende beïnvloedingsmiddelen meer in detail worden beschreven.
In Fig. 1 is schematisch in een bovenaanzicht een optische schakelcomponent volgens de uitvinding weergegeven, terwijl Fig. 2 van een dergelijke component schematisch een dwarsdoorsnede laat zien. De component omvat, achtereenvolgens op elkaar aansluitend, een monomodale inko- mende golf geleider a, een golf geleidend verloopstuk b van een monomodale naar een bimodale golfgeleider, een 100%TX00-*TY01 -modusomzetter c, een tweede golfgeleidend verloopstuk d van een bimodale naar een monomodale golfgeleider, en een monomodale uitgaande golfgeleider e. De modusomzetter c heeft een centrale bimodale golfgeleider f waarin door middel van periodiek over een lengte L herhaalde versmallingen, eveneens met een lengte L, een aantal kóppelvlakken, genummerd 1, 2, ~, N, is aangebracht voor het teweegbrengen van een golflengte-selectieve periodieke koppeling tussen de geleide modi TXqq en TYqv Zowel TX als TY staat hier voor een der polarisaties TE of TM, De versmallingen zijn hier eenvoudigheidshalve symmetrisch gekozen, en van gelijke lengte als de tussen de versmallingen g gelegen bredere delen van de golfgeleider f. Midden boven de bimodale golfgeleider g bevindt zich een smalle langgerekte stripvormige electrode 10, welke zich uitstrekt bijvoorkeur over alle kóppelvlakken 1 t/m N, dat wil zeggen in de lengterichting van de golfgeleider f gezien van voor het eerste koppelvlak 1 tot voorbij het laatste koppelvlak N.
De hele golfgeleiderstructuur van de inkomende geleider a t/m de uitgaande geleider e is van het type dijkvormige golfgeleider (Eng.: ridge type), waarvan de dwarsdoorsnede is getoond in Fig. 2. Tussen een substraat 11 en een bovenlaag 12, beide van InP, bevindt zich een lichtgeleidende laag 13 van InGaAsP van dikte t. De bovenlaag 12 vertoont plaatselijk over de hele lengte van de golfgeleiderstructuur een dijkvormige verhoging 12.1 met een vaste hoogte h bij een totale hoogte H, en met breedte w, die verschillend is voor de diverse aaneensluitende golf geleiders a t/m e. Midden op de dijkvormige verhoging van de bimodale golfgeleider f van de omzetter c bevindt zich de stripvormige electrode 10, terwijl aan de onderzijde van het substraat 11 zich tenminste onder de bimodale golfgeleider f zich een vlak vormige electrode 14 uitstrekt. Op de electrodes 10 en 14 kan via toe- en afvoergelei-dingen (niet getekend) een schakelbare stroombron worden aangesloten, voor het leveren van een stroom, waardoor zoals bekend ladingsdragerinjectie kan worden bewerkstelligd in de bovenlaag 12 ter plaatse van de dijkvormige verhoging 12.1, tengevolge waarvan een brekingsindexverandering tot stand komt. De werking van de schakelcomponent is als volgt. Bij uitgeschakelde stroombron vindt geen ladingsdragerinjectie plaats, en gedraagt derhalve de modusomzetter c zich als een passieve component. Als in dat geval een nulde-orde geleide modus lichtsignaal met een polarisatie TX en met een golflengte, waarvoor de modusomzetter c selectief is, via de inkomende golfgeleider a en het verloopstuk b de bimodale golfgeleider f binnenkomt, dan wordt dit signaal in de omzetter volledig omgezet in een TY01 -signaal. Dit eerste-orde geleide modus signaal kan, aangekomen in het verloopstuk d, waar de kanaalvormige golfgeleider zich vernauwt van een bimodale naar een monomodale geleider, niet in de geleider verder propageren maar wordt daar afgestraald. Wordt nu de stroombron aangeschakeld, dan vindt in de lichtgeleidende laag 12 onder de electrode 10, meer in het bijzonder in de dijkvormige verhoging 12.1 van de bimodale golfgeleider f ladingsdragerinjectie plaats. Daardoor is de door middel van de periodieke versmallingen geometrisch aangebrachte vaste koppellengte L niet meer geschikt is om een positieve interferentie te bewerkstelligen in de opeenvolgende koppelvlakken zoals nodig voor de modusomzetting. In ieder koppelvlak raken de te koppelen modi steeds meer uit fase. Al naar gelang de mate van ladingsdragerinjectie toeneemt, vindt een steeds groeiende "detuning" plaats, zodat uiteindelijk geen omzetting meer plaats vindt. Het signaal, dat via de inkomende geleider a is binnengekomen, zal nu in feite ongewijzigd de schakelcomponent passeren en via de uitgaande geleider e verlaten. Eventuele andere geleide modus signalen, eveneens inko mend via de inkomende golf geleider a, en waarvoor de modusomzetter c niet selectief is, zullen de schakelcomponent in beide gevallen in principe ongewijzigd weer verlaten via de uitgaande golfgeleider e.
In plaats van als een midden op de dijkvormige verhoging 12.1 gelegen enkelvoudige stripvormige electrode 10, waarmee in hoofdzaak het modusveldprofiel van de nulde-orde geleide modus wordt beïnvloed, kan de electrode 10 ook tweevoudig zijn uitgevoerd met twee gekoppelde strips, welke in hoofdzaak symmetrisch ten opzichte van het midden en bijvoorkeur nabij de randen van de dijkvormige verhoging 12.1 zijn gelegen. In een dergelijke uitvoering wordt bij bekrachtiging van de electroden in hoofdzaak het modusveldprofiel van de eerste-orde geleide modus beïnvloed.
De eigenlijke schakelbare modusomzetter volgens de uitvinding wordt gevormd door de modusomzetter c in combinatie met de bijpassende beïnvloedingsmiddelen, i.c. de electroden 10 en 14, waarop een schakelbare stroombron aansluitbaar is.
Voorbeeld:
Voor een aan/uit schakelaar voor een TEQQ-signaal bij een golflengte van 1,5 μια met een structuur als beschreven aan de hand van Fig. 1 en Fig. 2 zijn de volgende waarden illustratief: voor de dijkvormige golfgeleiderstructuur - brekingsindex van InP n1 = 3,1753, - brekingsindex van InGaAsP n2 = 3,4116, -1 = 0,473 μτα, H = 0,504 μτα, h = 0,2 μτα.
Deze dijkvormige golfgeleiderstructuur is in een etsstap te realiseren, waarbij slechts de breedte w de enige variabele parameter is: - de inkomende golfgeleider a moet monomodaal zijn voor TE; derhalve is w = 6,0 μπι maximaal; - het verloopstuk b moet verlopen van monomodaal naar bimodaal, waarbij het bimodale kanaal goed geleidend moet zijn tenminste voor de TM polarisatie; daarvoor is een breedte geschikt van w = 8,5 μτα, terwijl als verloophoek voor de overgang ca. 1° is gekozen; daardoor is de lengte van het verloopstuk ca. 200 μτα; - als de modusomzetter c is gekozen een 100%ΤΕ00-*ΤΜ01 met N = 11 koppelvlakken en een koppellengte L = 65 μτα; in iedere versmalling g is de breedte w = 6 /tm; de totale lengte van de modusomzetter is ca. 710 μια; - de stripvormige electrode 10 heeft een breedte van 3 μτα.; de overige dimensies en de materiaalkeuze van de electroden zijn in feite niet relevant voor de werking van de component; gebruikelijk is een dikte te kiezen van ca 200 nm bij een gelaagde ophouw van Ti (2-5nm), Pt (2-5nm) en Au; - voor het tweede verloopstuk d van bimodaal naar monomodaal zijn de afmetingen gelijk gekozen aan die van het eerste verloopstuk b; - de uitgaande golf geleider e moet monomodaal zijn voor de polarisatie TM; dit wordt bereikt met een breedte van maximaal 4,3 μτα.
De totale lengte van deze schakelcomponent is iets meer dan 1 mm, hetgeen aanzienlijk korter is, dan wat met de bekende absorptieschakelaar kan worden bereikt.
In Fig. 3 is voor de schakelcomponent van het voorbeeld de mate van omzetting M - verticaal van 0 tot 100% - als functie van de "detuning", i.e. de fase-afwijking Φ tussen de te koppelen modi in ieder koppelvlak -horizontaal in rad. Bij Φ = 0 rad is M = 100%, dus volledige omzetting. Bij Φ = 0,5 rad is M « 0,01% (pijl A), hetgeen wil zeggen, dat dan de omgezette fractie practisch nul is. De bij een dergelijke faseafwijking behorende stroomdichtheid is slechts 3 kA/cm2, hetgeen correspondeert met een zeer lage injectiestroom van 65 mA. De bijbehorende demping is < 0.5 dB. Iets dergelijks is het geval bij Φ = 1,1 rad (pijl B), een volgend minimum in de mate van omzetting, zij het bij een iets hogere injectiestroom. Een aan/uit schakeling van de omzetting wordt in dit voorbeeld derhalve verkregen als de injectiestroom steeds zo wordt ingesteld, dat bij een eerste stroomwaarde de fase-afwijking Φ = 0 rad is, dus de omzetting 100%, en bij een tweede stroomwaarde de fase-afwijking Φ = 0,5 rad, en de omzetting derhalve practisch nihil is. Uit de figuur blijkt, dat door continue regeling van de faseafwijking tussen 0 en 0,5 rad, bij continue regeling van de injectiestroom door bekrachtiging van de electroden 10 en 14, practisch iedere mate van omzetting tussen 0 en 100% kan worden gerealiseerd. Dergelijke componenten zijn derhalve tevens geschikt voor analoge signaalmodulatie.
In het voorbeeld is de in de schakelcomponent toegepaste passieve modusomzetter ontworpen voor een specifieke selectieve omzetting, hetgeen betekent, dat, als geen injectiestroom aanwezig is, er in principe geen faseafwijking is (Φ » 0) voor de modus, waarvoor de modusomzetter selectief is. Echter kan een modusomzetter eveneens met een zekere vaste faseafwijking (Φ =|= 0) bij afwezigheid van een injectiestroom, dus als het ware kritisch ontstemd, zijn vervaardigd waarbij door regeling van de injectiestroom de gewenste mate van omzetting (0-100%) kan worden verkregen.
Een aan de hand van Fig. 1 beschreven schakelcomponent is in feite een aan/uit schakelaar voor die fractie van een nulde-orde geleide modus signaal, waarvoor de modusomzetter selectief is. Wordt aan de uitgangszijde van de component het verloopstuk d vervangen door een asymmetrische Y-junctie, gebaseerd op een monomodaie vertakking van een bimodale golfgelei-der, dus met twee uitgaande monomodaie takken met verschillende propaga-tieconstante, dan wordt een schakelaar voor de propagatierichting verkregen specifiek voor die fractie waarvoor de modusomzetter seletief is. Een dergelijke 2x2-schakelaar ontstaat als ook aan de ingangszijde het verloopstuk b wordt vervangen door een dergelijke Y-junctie.
Een polarisatie-onafhankelijke schakelcomponent kan worden gerealiseerd als twee schakelbare modusomzetters selectief voor verschillende polarisaties, al dan niet afzonderlijk schakelbaar, in serie worden gezet tussen verloopstuk-ken en/of asymmetrische Y-juncties.
Claims (14)
1. Optische schakelcomponent gekenmerkt door een passieve modusomzetter, voorzien van een bimodale golf geleider met een periodieke modus veldprofiel-struktuur, voor de omzetting van een fractie van een eerste geleide modus signaal in een tweede geleide modus signaal, en middelen voor het schakel-baar beïnvloeden van genoemde periodieke modusveldprofielstruktuur in de modusomzetter, waarbij de middelen corresponderen met het optische medium, waarin de bimodale golfgeleider is gerealiseerd.
2. Optische schakelcomponent volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de bimodale golfgeleider is uitgevoerd als kanaalvormige golfgeleider in halfge-leidermateriaal en genoemde middelen een eerste en een tweede electrode omvatten voor het bewerkstelligen van ladingsdragerinjectie in het halfgelei-dermateriaal van genoemde kanaalvormige golfgeleider, waarbij de eerste electrode stripvormig is en zich in de lengterichting boven genoemde kanaalvormige golfgeleider uitstrekt.
3. Optische schakelcomponent volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de eerste electrode bestaat uit een stripvormig element, dat in de lengterichting centraal boven genoemde kanaal vormige golfgeleider is gelegen.
4. Optische schakelcomponent volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de eerste electrode twee stripvormige elementen omvat, welke in de lengterichting in hoofdzaak symmetrisch ten opzichte van het midden van en boven genoemde kanaalvormige golfgeleider zijn gelegen.
5. Optische schakelcomponent volgens conclusie 1, 2, 3, of 4, met het kenmerk dat genoemde modusomzetter een 100%-omzetter is.
6. Optische schakelcomponent volgens een der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk dat de component verder omvat - een eerste golf geleidende overgangssectie van een eerste inkomende monomodale golf geleider naar de bimodale golf geleider van de modusomzetter, en - een tweede golfgeleidende overgangssectie van de bimodale golfgeleider van de modusomzetter naar een eerste uitgaande monomodale golfgeleider.
7. Optische schakelcomponent volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de eerste en tweede overgangssectie enkelvoudige golfgeleidende verloopstukken zijn.
8. Optische schakelcomponent volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de eerste en tweede overgangssecties asymmetrische Y-juncties zijn.
9. Optische schakelcomponent volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de eerste overgangssectie een enkelvoudig golf geleidend verloopstuk is en de tweede overgangssectie een asymmetrische Y-junctie is.
10. Optische component voor het schakelbaar doorlaten en sperren van althans een fractie van een dan wel van eik van beide nulde-orde geleide modus signalen in een monomodale golfgeleider, gekenmerkt door - een eerste golf geleidend overgangssectie van een eerste inkomende monomodale golfgeleider naar een bimodale golfgeleider, - een eerste passieve modusomzetter, voorzien van een eerste bimodale golfgeleider met een eerste periodieke modusveldprofielstruktuur, voor de omzetting van althans een eerste fractie van een van beide nulde-orde geleide modus signalen naar een eerste-orde geleide modus signaal van een eerste polarisatie, - een tweede passieve modusomzetter, voorzien van een tweede bimodale golfgeleider met een tweede periodieke modus veldprofielstruktuur, voor de omzetting van althans een tweede fractie van de andere van beide nulde-orde geleide modus signalen naar een eerste-orde geleide modus signaal van een tweede polarisatie, - een tweede golf geleidende overgangssectie van een bimodale naar een eerste uitgaande monomodale golfgeleider, - eerste middelen voor het schakelbaar verstoren dan wel herstellen van genoemde eerste modusveldprofielstruktuur in de eerste modusomzetter, en - tweede middelen voor het schakelbaar verstoren dan wel herstellen van genoemde tweede modusveldprofielstruktuur in de tweede modusomzetter.
11. Optische component volgens conclusie 10, met het kenmerk dat althans de eerste en de tweede bimodale golfgeleiders zijn uitgevoerd als kanaalvormige golfgeleiders in halfgeleidermateriaal en genoemde eerste en tweede middelen ieder een eerste en een tweede electrode omvatten voor het bewerkstelligen van ladingsdragerinjectie in het halfgeleidermateriaal van genoemde kanaalvormige golfgeleiders, waarbij elk der eerste electroden stripvormig is en in de lengterichting boven de betreffende kanaalvormige golfgeleider is gelegen.
12. Optische component volgens conclusie 11, met het kenmerk dat elk der eerste electroden bestaat uit een stripvormig element, dat in de lengterichting centraal boven genoemde kanaalvormige golfgeleider is gelegen.
13. Optische schakelcomponent volgens conclusie 12, met het kenmerk dat elke der eerste electroden twee stripvormige elementen omvat, welke in de lengterichting in hoofdzaak symmetrisch ten opzichte van het midden van en boven genoemde kanaalvormige golfgeleider zijn gelegen.
14. Optische schakelcomponent volgens conclusie 10,11,12, of 13, met het kenmerk dat elke der genoemde modusomzetters een 100%-omzetter is.
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL9200328A NL9200328A (nl) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | Optische schakelcomponent. |
DE69317270T DE69317270T2 (de) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | Optische schaltvorrichtung |
ES93903978T ES2115757T3 (es) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | Dispositivo optico de conmutacion. |
EP93903978A EP0627094B1 (en) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | Optical switching device |
CA002130172A CA2130172C (en) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | Optical switching device |
JP5514513A JP2610222B2 (ja) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | 光スイッチング装置 |
US08/284,605 US5574808A (en) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | Optical switching device |
AT93903978T ATE163771T1 (de) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | Optische schaltvorrichtung |
PCT/EP1993/000370 WO1993017363A1 (en) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | Optical switching device |
FI943820A FI943820A (fi) | 1992-02-21 | 1994-08-19 | Optinen kytkentälaite |
NO943074A NO307807B1 (no) | 1992-02-21 | 1994-08-19 | Optisk svitsjeinnretning |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL9200328A NL9200328A (nl) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | Optische schakelcomponent. |
NL9200328 | 1992-02-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL9200328A true NL9200328A (nl) | 1993-09-16 |
Family
ID=19860472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL9200328A NL9200328A (nl) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | Optische schakelcomponent. |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5574808A (nl) |
EP (1) | EP0627094B1 (nl) |
JP (1) | JP2610222B2 (nl) |
AT (1) | ATE163771T1 (nl) |
CA (1) | CA2130172C (nl) |
DE (1) | DE69317270T2 (nl) |
ES (1) | ES2115757T3 (nl) |
FI (1) | FI943820A (nl) |
NL (1) | NL9200328A (nl) |
NO (1) | NO307807B1 (nl) |
WO (1) | WO1993017363A1 (nl) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6094516A (en) * | 1995-04-03 | 2000-07-25 | Nolting; Hans-Peter | Digital optical switch |
NL1000759C2 (nl) * | 1995-07-07 | 1997-01-08 | Nederland Ptt | Geïntegreerde optische modus-omzetter. |
US5699378A (en) * | 1995-10-06 | 1997-12-16 | British Telecommunications Public Limited Company | Optical comb filters used with waveguide, laser and manufacturing method of same |
NL1005263C2 (nl) * | 1996-03-06 | 1997-09-09 | Nederland Ptt | Optisch pakket-geschakeld transmissie-netwerk. |
GB2326020B (en) * | 1997-06-06 | 2002-05-15 | Ericsson Telefon Ab L M | Waveguide |
US5923797A (en) * | 1998-03-12 | 1999-07-13 | Lanhopper System, Inc. | Frequency-controlled optical switch |
US6310995B1 (en) * | 1998-11-25 | 2001-10-30 | University Of Maryland | Resonantly coupled waveguides using a taper |
US6580850B1 (en) * | 2000-11-24 | 2003-06-17 | Applied Wdm, Inc. | Optical waveguide multimode to single mode transformer |
AU2003231890A1 (en) * | 2002-05-28 | 2003-12-12 | Optun (Bvi) Ltd. | Device and method of dynamic optical spot conversion |
US7218814B2 (en) * | 2002-05-28 | 2007-05-15 | Optun (Bvi) Ltd. | Method and apparatus for optical mode conversion |
US7321705B2 (en) * | 2002-05-28 | 2008-01-22 | Optun (Bvi) Ltd. | Method and device for optical switching and variable optical attenuation |
US7609918B2 (en) * | 2002-05-28 | 2009-10-27 | Optun (Bvi) Ltd. | Method and apparatus for optical mode division multiplexing and demultiplexing |
US6934446B2 (en) * | 2003-03-27 | 2005-08-23 | Lucent Technologies Inc. | Optical waveguiding apparatus having reduced crossover losses |
US7397989B2 (en) * | 2004-09-21 | 2008-07-08 | Dynamic Method Enterprises Limited | Optical switches |
US7539373B1 (en) | 2007-11-26 | 2009-05-26 | Onechip Photonics Inc. | Integrated lateral mode converter |
US7908154B2 (en) * | 2008-10-27 | 2011-03-15 | MedSleuth, Inc. | System and method for generating a medical history |
JP5880209B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2016-03-08 | 沖電気工業株式会社 | 光素子 |
JP2016024438A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体光素子 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4359260A (en) * | 1980-06-25 | 1982-11-16 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Optical polarizer |
JPS57155518A (en) * | 1981-03-19 | 1982-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Elastic strain type optical active element |
JPS5949517A (ja) * | 1982-09-14 | 1984-03-22 | Nec Corp | 導波形電気光学光変調器 |
JPH0422904A (ja) * | 1990-05-18 | 1992-01-27 | Omron Corp | リブ形光導波路 |
NL9100852A (nl) * | 1991-05-16 | 1992-12-16 | Nederland Ptt | Modusomzetter. |
NL9101532A (nl) * | 1991-09-10 | 1993-04-01 | Nederland Ptt | Golflengte-selectieve multiplexer en demultiplexer. |
NL9200576A (nl) * | 1992-03-27 | 1993-10-18 | Nederland Ptt | Regelbare polarisatie-omvormer. |
-
1992
- 1992-02-21 NL NL9200328A patent/NL9200328A/nl not_active Application Discontinuation
-
1993
- 1993-02-17 WO PCT/EP1993/000370 patent/WO1993017363A1/en active IP Right Grant
- 1993-02-17 DE DE69317270T patent/DE69317270T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-02-17 JP JP5514513A patent/JP2610222B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-02-17 US US08/284,605 patent/US5574808A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-02-17 ES ES93903978T patent/ES2115757T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1993-02-17 EP EP93903978A patent/EP0627094B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-02-17 CA CA002130172A patent/CA2130172C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-02-17 AT AT93903978T patent/ATE163771T1/de not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-08-19 FI FI943820A patent/FI943820A/fi not_active Application Discontinuation
- 1994-08-19 NO NO943074A patent/NO307807B1/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0627094A1 (en) | 1994-12-07 |
JP2610222B2 (ja) | 1997-05-14 |
CA2130172C (en) | 1999-08-03 |
DE69317270D1 (de) | 1998-04-09 |
NO943074L (no) | 1994-08-19 |
CA2130172A1 (en) | 1993-09-02 |
WO1993017363A1 (en) | 1993-09-02 |
US5574808A (en) | 1996-11-12 |
NO943074D0 (no) | 1994-08-19 |
ATE163771T1 (de) | 1998-03-15 |
JPH07500431A (ja) | 1995-01-12 |
FI943820A0 (fi) | 1994-08-19 |
ES2115757T3 (es) | 1998-07-01 |
DE69317270T2 (de) | 1998-07-23 |
NO307807B1 (no) | 2000-05-29 |
EP0627094B1 (en) | 1998-03-04 |
FI943820A (fi) | 1994-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NL9200328A (nl) | Optische schakelcomponent. | |
US6195187B1 (en) | Wavelength-division multiplexed M×N×M cross-connect switch using active microring resonators | |
CA2092778C (en) | Controllable polarisation transformer | |
EP1406115B1 (en) | Directional coupler type optical modulator | |
US6882758B2 (en) | Current tuned Mach-Zehnder optical attenuator | |
CA2282423A1 (en) | Optical device | |
US7006716B2 (en) | Method and apparatus for switching and modulating an optical signal with enhanced sensitivity | |
US6400483B1 (en) | Optical signal transmission with thermooptically controlled optical switching | |
CA2304804C (en) | Tightly curved digital optical switches | |
CN103392149A (zh) | 光闸开关 | |
JPH11503241A (ja) | デジタル光スイッチ | |
Ponmalar et al. | Design of ultra fast 2x2 electro-optic polymer waveguide switch for protection in intelligent optical networks | |
EP0825479A1 (en) | Optical non-linear branching element with MZ interferometer | |
WO2019235392A1 (ja) | 光スイッチ装置 | |
Morl et al. | A travelling wave electrode Mach-Zehnder 40 Gb/s demultiplexer based on strain compensated GaInAs/AlInAs tunnelling barrier MQW structure | |
US7167609B2 (en) | Optical switch | |
US6879740B2 (en) | Optical space switch | |
Nagai et al. | Proposal of novel InGaAsP/InP multi-mode interference photonic switches | |
ITO et al. | Wavelength bandwidth of plasma dispersion effect total reflection type optical switches | |
Ragheb et al. | Design of compact integrated InGaAsP/InP polarization-insensitive tunable 2× 2 power coupler over the C-band | |
Chiu et al. | Ring resonator adopting multimode waveguide turning mirrors | |
JPH0784133A (ja) | 波長多重通信用光ノード装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A1B | A search report has been drawn up | ||
BV | The patent application has lapsed |