NL9400993A - Polarisatie- en golflengte-onafhankelijk optisch vermogen splitsend circuit. - Google Patents

Description

Polarisatie- en golflengte-onafhankelijk optisch vermogen splitsend circuit A. Achtergrond van de uitvinding 1. Gebied van de uitvinding

De uitvinding ligt op het gebied van geïntegreerde optische circuits. Meer in het bijzonder betreft zij een geïntegreerd optisch golfgeleidercircuit voor het splitsen van een inkomend optisch signaal in twee uitgangssignalen met optische vermogens in een van tevoren gedefinieerde splitsverhouding.

2. Stand van de techniek

Het splitsen van optische signalen is een van de belangrijkste functies in een optisch systeem. Voor optische distributie-systemen van bijvoorbeeld TV-signalen van een zendpunt naar een groot aantal ontvangers zijn optische 1-*N splitsers bekend, die veelal zijn opgebouwd uit optische 3dB-splitsers. Een 3dB-splitser is een vermogenssplitser waarin het optische vermogen van een inkomend optisch signaal gelijkelijk wordt verdeeld over twee uitgangskanalen, derhalve met een splitsverhouding van 50/50. Voor optische signaalbewaking of in optische regelkringen worden meestal kleinere fracties, bijv. 10Z, van het optische vermogen van een optisch signaal afgesplitst. Bekende splitsers zijn naar toegepast fysisch principe globaal te onderscheiden in twee soorten. Een eerste soort is gebaseerd op interferentie. Tot deze soort behoren splitsende circuits waarin een richtkoppelaar of MZ-interferometer wordt toegepast. Deze circuits zijn weliswaar relatief kort van lengte, maar vereisen een goede definitie van de fase-relaties tussen de verschillende optische signalen, en daarmee een nauwe fabricage-tolerantie. Ze zijn bovendien polarisatie- en golflengte-afhankelijk. Specifieke splitsverhoudingen zijn veelal lastig met voldoende nauwkeurigheid te realiseren.

Een tweede soort van splitsers is gebaseerd op symmetrie. Het van deze soort meest bekende type is de symmetrische T-splitser die een monomodale golfgeleidende stam bezit, welke zich symmetrisch vertakt in twee monomodale golfgeleidende takken. Door zijn symmetrie is deze principiëel een 3dB-splitser. Een tweede type van de tweede soort is bijvoorbeeld bekend uit de referenties [1] en [2]. Dit tweede type betreft een asymmetrische Y-splitser met een monomodale stam, welke zich adiabatisch verbreedt naar een bi- of multimodale golfgeleider en zich vervolgens splitst in twee monomodale takken met verschillende propagatieconstanten onder een relatief grote splitshoek. Daarbij vormt het koppelgebied aansluitend op de splitspunt tussen de twee takken een verstoring waardoor in een via de stam inkomend optisch signaal partiële omzettingen in propagatiemodi worden veroorzaakt van de nulde naar de eerste orde. De signalen met verschillende orde van propagatiemodus propageren vervolgens verder via verschillende takken. De mate van omzetting bepaalt dientengevolge de splitsverhouding en is ondermeer afhankelijk van de voor de twee takken gekozen breedten en van de grootte van de hoek tussen de beide takken. Een in hoge mate reflectie-vrije splitspunt is bereikt door in het gebied tussen de beide takken vanaf de splitspunt de effectieve brekingsindex in de propagatierichting geleidelijk te laten afnemen. Deze bekende asymmetrische Y-splitser is weliswaar in hoge mate polarisatie-onafhankelijk en in redelijke mate golflengte-onafhankelijk, maar een gewenste specifieke splitsverhouding is niet eenvoudig te realiseren. Een derde type splitser van de tweede soort, waarmee een goed gedefiniëerde fractie van een optisch signaal is af te splitsen is bekend uit referentie [3]. Deze splitser is een combinatie van een modusomzetter en een als modussplitser toegepaste asymmetrische Y-splitser. In deze combinatie heeft de asymmetrische Y-splitser een bimodale golfgeleidende stam die zich onder een relatief kleine hoek splitst in twee monomodale takken met verschillende propagatieconstanten en is in de bimodale stam een modusomzetter op genomen. Afhankelijk van de orde-grootte van de propagatiemodus van een inkomend signaal in de bimodale stam koppelt het licht hoofdzakelijk in de ene of de andere van beide takken. Tengevolge van een specifieke periodieke structuur van de modusomzetter wordt van een optisch signaal een gewenste fractie van een propagatiemodus van een nulde orde in een propagatiemodus van een eerste orde wordt omgezet. Deze bekende splitser heeft weliswaar een goed te definiëren splitsverhouding, is daarentegen tengevolge van het interferometrische karakter van de modusomzetter in hoge mate selectief voor golflengte en polarisatie van het toegepaste optische signaal.

B. Samenvatting van de uitvinding

De uitvinding beoogt te voorzien in een eenvoudig integreerbare optische vermogensverdeler met een goed definiëerbare splitsverhouding, welke vermogensverdeler is gebaseerd op een combinatie van een modussplitser en een niet op interferentie gebaseerde modusomzetter. De uitvinding berust op het feit dat een discontinuïteit in een bimodale, of algemener een multimodale golfge-leider in een in die golfgeleider volgens een eerste propagatiemodus propagerend optisch signaal een partiële modusomzetting teweeg brengt naar een signaal propagerend in een tweede propagatiemodus, waarbij de twee propagatiemodi verschillen in ordenummer. Daarbij is gebleken dat, als voor de discontinuïteit bijvoorbeeld een verspringing (Eng.: 'offset') of een plotselinge verbreding wordt gekozen, bij toenemende mate van verspringing of verbreding de mate van omzetting tot ca SOZ monotoon kan toenemen, en dat dit gedrag optreedt vrijwel onafhankelijk van de golflengte van het optische signaal (althans in het voor optische vezelcoramunicatie interessante golflengte-gebied). Bovendien is gebleken dat de breedte(n) van de golfgeleidersecties terweerszijde van de discontinuïteit in de bi- of multimodale golfgeleider zo kan (kunnen) worden gekozen dat tevens een hoge mate van polarisatie-onafhankelijkheid wordt bereikt. Dit betekent dat een dergelijke, eenvoudig op een gewenste omzettingsfractie te dimensioneren discontinuiteit zeer geschikt is toe te passen als interferentie-vrije modusomzetter in.

Een geïntegreerd optisch golfgeleidercircuit volgens de aanhef van conclusie 1 heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk van conclusie 1.

In het algemeen treden aan een discontinuïteit in een golfgeleider aanzienlijke reflecties op. Een discontinuïteit definiëert een koppelvlak of een koppelgebied, waarin de omzetting of koppeling plaats vindt tussen in ordenummer verschillende geleide modi. De lengte van het koppelgebied blijkt zodanig te kunnen worden gekozen, dat reflecties sterk worden onderdrukt en toch de gewenste omzettingsfractie wordt verkregen. Bijvoorkeur heeft het golfgeleidercircuit daartoe het kenmerk van conclusie 2.

In een volgende voorkeursuitvoering is de discontinuïteit een sprongvormige overgang tussen twee golfgeleidende deelsecties, zoals een verspringing of een abrupte verandering in breedte van de deelsecties, waarbij de mate van verspringing of verandering in breedte correspondeert met de gewenste omzettingsfractie. In een verdere voorkeursuitvoering wordt de discontinuïteit gevormd door een verloopstuk (Eng.: 'taper'). Met verloopstukken zijn zowel symmetrische als asymmetrische discontinuïteiten te construeren.

In weer een andere voorkeursuitvoering is de modussplitser een als zodanig gedimensioneerde asymmetrische Y-splitser, waardoor het gehele circuit met één type golfgeleider, zoals het dijk-type (Eng.: rib-type waveguide) is te realiseren.

C. Referenties [1] EP-A-0469793; [2] K.-Y. Liou et al.: Y-junction power divider in InGaAsP-InP photonic integra-ed circuits, IEEE J. Quantum Electron., August 1990, pp. 1376-1383; [3] EP-A-0513919.

Alle referenties worden beschouwd als geïncorporeerd in de onderhavige aanvrage.

D. Korte beschrijving van de tekening

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een tekening welke de volgende figuren omvat: FIG. 1 toont schematisch in bovenaanzicht een eerste uitvoering van een optisch vermogensplitsend circuit volgens de uitvinding; FIG. 2 toont schematisch in een dwarsdoorsnede een profiel van een golfgeleider van het dijk-type; FIG. 3 toont schematisch een eerste asymmetrische discontinuïteit voor het circuit van FIG. 1; FIG. 4A en 4B tonen grafisch het verloop respectievelijk van de splitsverhouding α/β en van de demping D gesimuleerd in een vermogensplitsend circuit volgens FIG. 1 bij toepassing van een asymmetrische discontinuïteit volgens FIG. 3 als functie van de mate van verspringing x; FIG. 5A toont een eerste variant van een asymmetrische discontinuïteit als getoond in FIG. 3; FIG. 5B toont een tweede variant van een asymmetrische discontinuïteit als getoond in FIG. 3; FIG. 6A toont schematisch een symmetrische discontinuïteit; FIG. 68 toont een variant van een symmetrische discontinuïteit volgens FIG. 6A; FIG. 7 toont in bovenaanzicht een tweede uitvoering van een optisch vermogensplitsend circuit volgens de uitvinding waarin een symmetrische discontinuïteit is opgenomen.

E. Beschrijving van een uitvoerinesvoorbeeld

In FIG. 1 is schematisch een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een optisch vermogensplitsend circuit volgens de uitvinding weergegeven. Het circuit omvat een monomodale golfgeleidend ingangskanaal 1 en twee monomodale golfgeleidende uitgangskanalen 2 en 3. Tussen het ingangskanaal 1 en de twee uitgangskanalen 2 en 3 zijn achtereenvolgens opgenomen een verloopsectie 4 voor de adiabatische overgang van een monomodaal naar een bimodaal golfgeleidend kanaal, een bimodale golfgeleidende intermediaire sectie 5 direct aansluitend op de verloopsectie 4, en een als modussplitser gedimensioneerde asymmetrische Y-splitser 6 met een bimodale golfgeleidende stam 6.1 en twee in propagatieconstanten verschillende monomodale golfgeleidende takken 6.2 en 6.3. De golfgeleidende takken 6.2 en 6.3 verwijderen zich van elkaar onder een verwijderingshoek Φ, en gaan buiten hun onderlinge interactiegebied over in de uitgangskanalen 2 en 3, respectievelijk. De bimodale intermediaire sectie 5 omvat twee deelsecties 5.1 en 5.2, die via een discontinuïteit 7 op elkaar aansluiten, ofwel met elkaar zijn gekoppeld. Het vlak waarin de twee secties met elkaar zijn gekoppeld wordt koppelvlak genoemd, in de figuur met K aangegeven. Als in het koppelvlak de doorsnede-profielen van de twee golfgeleidende deelsecties 5.1 en 5.2 niet exact over elkaar vallen is er sprake van een sprongvormige discontinuïteit. De mate waarin de doorsnede-profielen van de twee golfgeleidende deelsecties 5.1 en 5.2 in het koppelvlak K van elkaar afwijken bepaalt de mate van de discontinuïteit. In de figuur is de discontinuïteit symbolisch weergegeven door een verspringing (Eng.: 'offset') van de twee deelsecties ten opzichte van elkaar over een afstand aangeduid met x.

Het is bekend dat aan een sprongvormige discontinuïteit in een golfgeleider, waarin optische signalen volgens verschillende geleide modi kunnen propageren, modusomzettingen tot stand kunnen komen van een geleide modus stroomopwaarts van de discontinuïteit in een andere geleide modus stroomafwaarts van de discontinuïteit, waarbij de mate van omzetting wordt uitgedrukt door een voor de omzetting specifieke koppelconstante. Velke omzettingen kunnen optreden hangt af van volgens welke geleide modus een signaal in de richting van de discontinuïteit propageert, van welke geleide modi mogelijk zijn in de golfgeleider voor en na de discontinuïteit, en van de symmetrie van de discontinuïteit. Is de discontinuïteit asymmetrisch dan zijn ook omzettingen mogelijk tussen geleide modi met een oneven verschil in orde nummer, terwijl een symmetrische discontinuïteit alleen omzettingen toelaat tussen geleide modi met een even verschil in orde nummer. Onder een discontinuïteit in een golfgeleider wordt derhalve verstaan een dusdanig abrupte overgang tussen twee opeenvolgende deelsecties van de golfgeleider, dat dergelijke omzettingen tussen geleide modi met verschillend orde-nummer kunnen optreden. Van een symmetrische discontinuïteit is sprake als de twee opeenvolgende deelsecties van de golfgeleider en de tussengelegen overgang een gemeenschappelijk vlak van symmetrie bezitten. Ieder andere discontinuïteit is asymmetrisch. De mate van omzetting, i.e. de grootte van de koppelconstante, is gebleken in hoge mate afhankelijk te zijn van de mate van discontinuïteit. Dit wordt hierna geïllustreerd aan de hand van een discontinuïteit in een algemeen in geïntegreerde optische inrichtingen op basis van halfgeleider-materialen gebruikelijk type kanaalvormige golfgeleider, t.w. een golfgeleider van het dijk-type (Eng.: rib type waveguide). Van een dergelijk type golfgeleider is in FIG. 2 een dwarsdoorsnede getoond, slechts bij wijze van voorbeeld op basis van indiumfosfide (InP). Tussen een substraat 11 en een bovenlaag 12, beide van InP, bevindt zich een lichtgeleidende laag 13, de zogenaamde quarternaire laag van InGaAsP van dikte t. De bovenlaag 12 vertoont plaatselijk over de lengte van de geleider een dijkvormige verhoging 12.1 met hoogte h en breedte w, welke bijvoorbeeld, uitgaande van een bovenlaag met een oorspronkelijke dikte H, door gedeeltelijk weg-etsen verkregen is. Met een dergelijke type golfgeleider is elke kanaalvormige golfgeleider, of deel ervan, van de in FIG.

1 weergegeven inrichting te realiseren, waarbij slechts de breedte w variëert.

Bij toepassing van een dijk-type kanaalvormige golfgeleider zijn diverse variaties in discontinuïteit mogelijk, waarop de deelsecties 5.1 en 5.2 van de golfgeleider 5 in FIG. 1 op elkaar kunnen aansluiten. Allereerst is er onderscheid te maken in een asymmetrische en een symmetrische discontinuïteit. Van een asymmetrische disconti nuïteit is in ieder geval sprake als de centrale optische assen van twee op elkaar aansluitende golfgeleiders voor en na de discontinuïteit ten opzichte van elkaar versprongen zijn, waarbij de golfgeleiderprofielen van de twee golfgeleiders niet noodzakelijk van elkaar verschillen, terwijl voor een symmetrische discontinuïteit de centrale assen in eikaars verlengde liggen en de gol£geleiderpro£ielen verschillend zijn. FIG. 3 toont een eerste asymmetrische discontinuïteit waarop twee gol£geleidersecties a en b respectievelijk met centrale assen ha en , en met eenzelfde golfgeleiderprofiel, i.c. een gelijke breedte, zijdelings versprongen op elkaar aansluiten. Ter-plaatse van de verspringing, in het koppelvlak K dat loodrecht op beide centrale assen ha en hb staat, zijn de centrale assen versprongen over een afstand x.

Bij toepassing van een dergelijke asymmetrische discontinuïteit in het optische circuit van FIG. 1 werkt het circuit als volgt. Een in het monomodale ingangskanaal 1 binnenkomend optisch signaal It propageert in de fundamentele modus, i.e. nulde-orde modus, via de verloopsectie 4 en de bimodale deelsectie 5.1 van de sectie 5 tot aan de asymmetrische discontinuïteit 7. In het koppelvlak K van de discontinuïteit 7 wordt een fractie α van het signaal It omgezet in een signaal dat in de bimodale deelsectie 5.2 verder propageert in de eerste-orde geleide modus, terwijl een niet-omgezet deel β van het signaal 1^ in de nulde-orde geleide modus verder propageert. Opgemerkt zij dat α en β verhoudingsgetallen van signaal-intensiteiten zijn. Tengevolge van het verschil in orde nummer van de geleide modi van de omgezette en niet-omgezette delen van het signaal, propageren deze delen in de asymmetrische Y-splitser 6 langs verschillende golfge-leidende takken 6.2 en 6.3 naar de uitgangskanalen 2 en 3. Heeft van de twee takken de tak 6.2 de laagste propagatieconstante (hetgeen bij het golfgeleiderprofiel van FIG. 2 overeenkomt met de kleinste breedte), dan komt een uit uitgangskanaal 2 uittredend signaal Iol overeen met de omgezette fractie α van het ingangssignaal It, terwijl een uit uitgangskanaal 3 uittredend signaal Io2 overeenkomt met het niet-omgezette deel β. Aangezien er aan de discontinuïteit altijd enig signaalverlies optreedt tengevolge van reflectie en stralingsmodi, is (σ + β) < 1, en is er sprake van enige demping. In FIG. 4A en FIG. 4B zijn respectievelijk de splitsverhouding α/β en de demping D (dB) uitgezet als functie van de afstand x, waarover de centrale assen van de golfgeleidende deelsecties 5.1 en 5.2 zijn versprongen. De in deze figuren uitgezette getalswaarden zijn verkregen door simulatie met behulp van een simulatiemethode welke algemeen bekend is onder de naam "bundel-propagatie-methode" (eng.: beam propagation method (BPM)). Bij deze simulatie zijn de volgende data gebruikt: een TE-gepolariseerd lichtsignaal met golflengte (λ): l,55pra brekingsindices: InP: 3,169 en InGaAsP: 3,289 dikte (t) van de lichtgeleidende laag 13 (InGaAsP): 0,46nm dikte (H-h) van de bovenlaag 12 (InP): 0,25nm dijkhoogte (h) van de dijk 12.1: 0,25nm Intermediaire sectie 5: lengte: niet van invloed; dijkbreedte van de deelsecties 5.1 en 5.2: 6,0pm.

Asymmetrische Y-splitser 6: lengte: ca 2,8mm; breedte van tak 6.2: 2,0pm; breedte van tak 6.3: 3,2pm; verwijderingshoek Φ tussen de takken 6.2 en 6.3: 3,85mrad (-0,22*).

De deelsectie 5.2 van de intermediaire sectie 5 en de stam 6.1 van de asymmetrische Y-splitser 6 zijn daarbij gesimuleerd als één adiabatisch verloopstuk met een lengte van 90pm en een breedte afnemend van 6,0pm tot 5,2pm.

FIG. 4a laat zien dat door geschikte keuze van x iedere waarde voor de splitsverhouding α/β tussen 0 en 1 realiseerbaar is, terwijl FIG. 4b laat zien dat daarbij de demping D beperkt blijft tot ongeveer de helft van de signaal-intensiteit (ca -3dB). In feite is de fractie α evenredig met het kwadraat van x. Dit betekent dat op simpele wijze een signaalsplitsend circuit is te construeren in principe met elke gewenste splitsverhouding. Bij toepassingen waar hoge splitsverhoudingen, bijvoorbeeld groter dan ca 0,4, nodig zijn, kan de optredende demping die eveneens evenredig is met het kwadraat van x, een beperkende factor vormen.

Verder is het splitsend gedrag van het circuit volgens FIG. 1 met een discontinuïteit volgens FIG. 3 bij een waarde x>l,lym gesimuleerd voor lichtsignalen met golflengten van 1,3 en l,55pm en met de TE- en de TM-polarisatie. Bij deze golflengten zijn de respectievelijke brekingsindices 3,209 en 3,169 in InP, en 3,352 en 3,289 in InGaAsP.

De volgende splitsverhoudingen (in dB) werden gevonden:

(TM, 1,55): lOdB

(TE, 1,55): 10,7dB

(TM, 1,3): 9,8dB

(TE, 1,3): 9,9dB

Uit de gevonden waarden blijkt een hoge mate van zowel golflengte- als polarisatie-onafhankelijkheid (<ldB). Tevens werd gevonden dat in alle gevallen de demping lager dan 0,3dB is.

Voor het verkrijgen van een zo hoog mogelijke mate van polarisatie-ongevoeligheid worden bijvoorkeur de breedten van de golfgeleidende deelsecties 5.1 en 5.2 maximaal gekozen voor een bimodale propagatie voor beide polarisaties TE en TM.

Als de inkomende golfgeleider 1 als bimodale golfgeleider is uitgevoerd, die zonder verloopsectie meteen overgaat in de deelsectie 5.1 van de intermediaire sectie 5, wordt van een inkomend eerste-orde modus signaal door de discontinuïteit 7 een van x afhankelijke fractie omgezet in een nulde-orde modus signaal, dat vervolgens in de Y-splitser via een andere tak dan het niet-omgezette deel verder propageert. Dit betekent dat met een aldus uitgevoerd circuit een door de grootte van x bepaalde fractie van een eerste-orde signaal kan worden afgesplitst. Gebleken is echter dat bij eenzelfde waarde voor x en eenzelfde fractie van omzetting bij een inkomend nulde-orde modus signaal een lagere demping optreedt dan bij een inkomend eerste-orde modus signaal. Algemener geldt dat voor het realiseren van een minimale demping het orde-nummer van de geleide modus van het inkomende signaal zo laag mogelijk moet worden gekozen.

In Fig. 3 is het koppelvlak K van de discontinuïteit loodrecht op de richting van de centrale assen ha en hb gekozen. Dit is niet noodzakelijk. Door een hoek θψ90* tussen de centrale assen en het koppelvlak te kiezen wordt tevens de reflecterende werking van de discontinuïteit verminderd. Een eerste variant van een dergelijke discontinuïteit is weergegeven in FIG. 5A. Bijvoorkeur wordt de hoek Θ zo gekozen, dat in het koppelvlak K gelegen randpunten 51, 52, 53 en 54 van een dijkenpatroon dat de golfgeleidersecties a en b realiseert, corresponderen met stompe hoeken. Stomp-hoekige randen laten zich foto-lithografisch nauwkeuriger definiëren. In deze eerste variant strekt de discontinuïteit zich in de propagatierichting uit over een lengte y, die gelijk is aan de lengte van de projectie van het koppelvlak K tussen de randpunten 51 en 54 op een van de centrale assen ha of hb. In feite is nu niet meer sprake van een koppelvlak maar van een koppelgebied KG.

In FIG. 5B is een tweede variant weergegeven van een discontinuïteit met een verminderde reflecterende werking. Daarin wordt de discontinuïteit gevormd door een kort verloopstuk 55 van lengte y tussen de twee onderling versprongen golfgeleidersecties a en b. Ook hier is niet meer sprake van een koppelvlak maar van een koppelgebied KG met lengte y.

Voor een goede omzettende werking van een discontinuïteit en een gelijktijdige sterke onderdrukking van de reflectie aan de discontinuïteit is in beide varianten de lengte y van het koppelgebied KG aan grenzen gebonden.

Enerzijds moet de lengte y veel kleiner zijn dan de 'beat'-lengte tussen de geleide modi van het niet-omgezette signaaldeel en het omgezette signaaldeel in de golfgeleidersectie b, dus voorbij de discontinuïteit. (N.B. Onder 'beat'-lengte wordt verstaan de propa-gatie-afstand waarover de fase-relaties tussen twee geleide modi zich herhalen.) Anderzijds moet de lengte y veel groter zijn dan de 'beat'-lengte tussen de geleide modi van het inkomende signaal en een aan de discontinuïteit gereflecteerd signaal in de golfgeleidersectie a. Voor een discontinuïteit volgens een van de varianten weergegeven in FIG.

5A of 5B opgenomen in de bimodale intermediaire sectie 5 (FIG. 1) kan dit mathematisch worden uitgedrukt in een ongelijkheid (1): Α(κ) - */P0 << y << A^ - 2π/(P0— Pi) {1}

Hierin zijn: - A^ de 'beat'-lengte tussen de nulde-orde geleide modi van een in de richting van de discontinuïteit propagerend signaal en een aan de discontinuïteit gereflecteerd signaal; - A(^i de 'beat'-lengte tussen een nulde-orde geleide modus en een eerste-orde geleide modus van zich van de discontinuïteit verwijderend signaal; en - p0 en respectievelijk de propagatieconstanten van de nulde-orde geleide modus in de golfgeleidersectie a en de eerste-orde geleide modus in de golfgeleidersectie b.

Voor golfgeleiders op basis van indiumfosfide ligt de 'beat'-lengte Ao_4 in de orde van Ιμιη, en ligt de ' beat '-lengte A^ in de orde van lOOpm en groter. Een goede keuze voor de lengte y is derhalve ca lOpm. Een dergelijke keuze betekent dus dat de overgang tussen de twee golfgeleidersecties a en b (of de deelsecties 5.1 en 5.2 in FIG. 1) zo kan worden vormgegeven dat deze voor voorwaarts propagerende geleide modi als een discontinuïteit, maar voor twee onderling in tegengestelde richting propagerende geleide modi als een adiabatische overgang functioneert, zodat aan de overgang geen of nagenoeg geen reflectie optreedt.

Voor de omzettende werking van een discontinuïteit volgens de varianten getoond in FIG. 3, FIG. 5A en 5B is de lengte van de golfgelei-dersecties a en b voor en na de overgang niet van belang. Wordt een dergelijke discontinuïteit opgenomen in de intermediaire golfgeleidersectie 5 van het circuit van FIG. 1, waarin de lengte van de deelsecties 5.1 en 5.2 in feite gelijk nul is gekozen, dan ontstaat een derde variant waardoor de totale lengte van het circuit kan worden beperkt. Het koppelvlak K van de discontinuïteit ligt dan direct aan het eind van de verloopsectie 4. Zelfs de lengte van de stam 6.1 van de asymmetrische Y-splitser kan zo kort worden gekozen, dat een splitspunt 8, dit is het punt waar de beide takken 6.1 en 6.2 beginnen uiteen te gaan, nagenoeg in het koppelvlak K ligt. Ook kan de stam 6.1 als een adiabatisch verloopstuk worden uitgevoerd om bij een gegeven breedte van de stam 6.1 ter hoogte van de splitspunt 8 de gewenste breedte in het koppelvlak K vrij te kunnen kiezen.

FIG. 6A toont een symmetrische discontinuïteit, waarop twee golfgelei-dersecties c en d met een gemeenschappelijke centrale as h op elkaar aansluiten. Deze symmetrische discontinuïteit wordt gevormd door een sprongsgewijze symmetrische verandering in breedte, i.e. een verbreding of versmalling in elk van beide richtingen loodrecht op de centrale as h van in totaal 2xs. FIG. 6A toont bij wijze van voorbeeld een verbreding. Terplaatse van de verbreding is weer een koppelvlak K gevormd dat loodrecht op de gemeenschappelijke centrale as h staat. FIG. 6B toont een variant van een symmetrische discontinuïteit met een verminderde reflecterende werking, waarin de overgang tussen de beide golfgeleidende deelsecties c en d wordt gevormd door een kort symmetrisch verloopstuk 61 van lengte yg, waarvan de breedte symmetrisch toeneemt met in totaal 2xg. Daardoor is er sprake van een koppelgebied KG, en wel met een lengte y8. Voor de lengte y8 gelden soortgelijke grenzen als uitgedrukt in de ongelijkheid {1}. Bijvoorbeeld, voor het geval de golfgeleidersecties c en d beide trimodaal zijn, moet in de ongelijkheid {1} de propagatieconstante Pj vervangen worden door een propagatieconstante P2 voor een tweede-orde geleide modus.

In FIG. 7 is schematisch een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een optisch vermogensplitsènd circuit weergegeven, waarin een symmetrische discontinuïteit is toegepast. Het circuit omvat een monomodaal golfgeleidend ingangskanaal 71 en twee monomodale golfgeleidende uit- gangskanalen 72 en 73. Tussen het ingangskanaal 71 en de twee uitgangskanalen 72 en 73 zijn achtereenvolgens opgenomen een intermediaire sectie 74 en een als modussplitser gedimensioneerde asymmetrische Y-splitser 75 met twee in propagatieconstanten verschillende golfgeleidende takken 76 en 77. De tak 76 is monomodaal en gaat buiten het interactie-gebied met de tak 77 direct over in het monomodale uitgangskanaal 72. De gol£geleidende tak 77 is bimodaal en gaat buiten het interactiegebied met de tak 76 via een adiabatisch verloopstuk 78 over in het monomodale uitgangskanaal 73. De intermediaire sectie 74 omvat twee adiabatische verloopstukken 79 en 80, die in een koppelvlak K via een symmetrische sprongvormige verbreding ter grootte van 2xs op elkaar aansluiten. Het adiabatische verloopstuk 79 neemt toe in breedte van een breedte die past bij een monomodale golfgeleider naar een golfgeleider met een gewenste breedte, terwijl de breedte van het verloopstuk 80 vana£ het koppelvlak K geleidelijk overgaat in (in FIG. 7 afneemt tot) de som van de breedten van de takken 76 en 77 ter hoogte van een splitspunt 81 op het punt waar de takken 76 en 77 uiteen gaan.

Het circuit volgens FIG. 7 werkt op soortgelijke wijze als het circuit van FIG. 1. Een via het ingangskanaal 71 inkomend signaal It propagerend in de nulde-orde geleide modus bereikt ongestoord het koppelvlak K in de overgang van de verloopstukken 79 en 80 in de intermediaire sectie 74. Daar wordt een van de grootte van xs afhankelijke fractie van het nulde-orde modus signaal omgezet in een signaal dat in het verloopstuk 80 verder propageert in een tweede-orde geleide modus. Het niet-omgezette deel propageert verder in de nulde-orde geleide modus. Bij de splitspunt 81 aangekomen propageert het omgezette deel van het signaal in de tweede-orde modus verder als een nulde-orde modus signaal in de tak met de laagste propagatieconstante, d.i. de monomodale tak 76, en treedt als uitgangssignaal Iol uit via het uitgangskanaal 72. Het niet-omgezette deel van het signaal in de nulde-orde modus propageert verder via de bimodale tak 77 en het verloopstuk 78, en treedt als uitgangssignaal I02 uit via het uitgangskanaal 73.

Ook van deze tweede uitvoeringsvorm is het splitsende gedrag gesimuleerd bij de navolgende dimensionering (bij overigens gelijke parameters als gebruikt in de simulaties met betrekking tot het eerste uitvoeringsvoorbeeld):

Ingangskanaal 71: breedte 3pm

Intermediaire sectie 74; verloopstuk 79: dijkbreedte toenemend van 3μπι tot 7,4μπι over een lengte van 125μπΐ; sprongvormige verbreding 2xs: 4,6pm; verloopstuk 80: dijkbreedte afnemend van 12,0pm tot 9,7μπι over een lengte van 70pm;

Asymmetrische Y-splitser 75: lengte: ca 4,0mm; breedte van tak 76: 2,0μπι; breedte van tak 77: 7,7pm; verwijderingshoek $ tussen de takken 76 en 77: 1,75mrad (-0,1·);

Verloopstuk 78: dijkbreedte afnemend van 7,7pm tot 3pm over een lengte van 140pm.

De volgende splitsverhoudingen (in dB) werden gevonden:

(TM, 1,3): 10,9dB

(TE, 1,3): 10,9dB

(TM, 1,55): 10,6dB (TE, 1,55): 10,6dB

De demping is in alle gevallen lager dan 0,2dB.

Deze tweede uitvoering vertoont een nog betere polarisatie- en golflengte-onafhankelijkheid. Hoewel de dimensionering van de asymmetrische Y-junctie in deze simulatie nog niet is geoptimaliseerd, lijkt de asymmetrische Y-junctie in de tweede uitvoering wat langer te worden dan in de eerste uitvoering. Aangezien echter het verschil in propagatie-constanten tussen de nulde- en de tweede-orde geleide modi groter is dan het verschil tussen de nulde- en eerste-orde geleide modi, mag toch worden verwacht, dat een modussplitser voor het eerste genoemde paar modi efficiënter zal zijn, en derhalve korter kan worden gerealiseerd. Bovendien kan de golfgeleidende intermediaire sectie waarin de symmetrische discontinuïteit is opgenomen, veel breder worden gekozen, n.l. tot quadrimodaal, aangezien door de symmetrie van de discontinuïteit niet alleen de eerste-orde, maar ook de derde-orde geleide modus niet kan worden aangeslagen. (N.B. Een dergelijke quadrimodale breedte is reeds meegenomen in de simulatie van het splitsende gedrag van de tweede uitvoeringsvorm.) Dit heeft tot gevolg dat het golflengte- en polarisatie-onafhankelijke karakter nog kan worden versterkt, aangezien het effect van een evanescent veld van een golfgeleider, waar eventuele resterende polarisatie- en golflengte-afhankelijkheid vandaan komt, afneemt met toenemende breedte van een golfgeleider.

Claims (10)

1. Een geïntegreerd optisch golfgeleidercircuit voor het splitsen van een inkomend optisch signaal in twee uitgangssignalen met optische vermogens in een van tevoren gedefiniëerde splitsverhouding, welk circuit omvat een modussplitser met een ingangsgeleider en een eerste en een tweede uitgangsgeleider, waarbij in de ingangsgeleider een modusomzetter is opgenomen voor het omzetten van een fractie van een via de inkomende golfgeleider inkomend signaal van een eerste propaga-tiemodus in een tweede propagatiemodus van verschillende orde, welke modusomzetter een eerste golfgeleidende sectie en een tweede golfgeleidende sectie insluit, en waarbij de modussplitser via de ingangsgeleider inkomende signalen propagerend in propagatiemodi van verschillende orde doet uittreden via verschillende uitgangsgeleiders, met het kenmerk, dat de eerste golfgeleidende sectie en de tweede golfgeleidende sectie van de modusomzetter via een enkelvoudige discontinuïteit op elkaar aansluiten, waarbij de mate van discontinuïteit correspondeert met de fractie van omzetting voor het verkrijgen van genoemde splitsverhouding.

2. Optisch circuit volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de discontinuïteit een koppelgebied definiëert met een in afhankelijkheid van propagatieconstanten van geleide modi in de eerste en tweede secties bepaalde lengte.

3. Optisch circuit volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de eerste en tweede golfgeleidende secties via een sprongvormige overgang op elkaar aansluiten.

4. Optisch circuit volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de eerste en de tweede golfgeleidende secties eenzelfde golfgeleiderprofiel bezitten en met een verspringing (Eng.: 'offset') op elkaar aansluiten, waarbij de mate van verspringing correspondeert met genoemde fractie.

5. Optisch circuit volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de eerste en de tweede golfgeleidende secties golfgeleiderprofielen bezitten met verschillende breedte, waarbij het verschil in breedte correspondeert met genoemde fractie.

6. Optisch circuit volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de eerste en tweede golfgeleidende secties via een door een verloopstuk gevormde overgang op elkaar aansluiten.

7. Optisch circuit volgens een der conclusies 1,—,6 met het kenmerk, dat de modussplitser een asymmetrische Y-splitser insluit voorzien van een golfgeleidende stam direct gekoppeld met de tweede golfgeleidende sectie, en van een eerste en een tweede gol£geleidende tak, welke eerste tak en tweede tak respectievelijk zijn gekoppeld met de eerste en de tweede uitgangsgeleider, en onderling verschillen in propagatieconstante.

8. Optisch circuit volgens conclusies 7 met het kenmerk, dat de tweede golfgeleidende sectie bimodaal is en de twee golfgeleidende takken van de asymmetrische Y-splitser en de twee uitgaande golfgeleiders monomodaal zijn, en dat de inkomende golfgeleider aaneensluitend omvat een monomodale golfgeleidende ingangssectie, een verloopsectie voor de adiabatische overgang van de monomodale golfgeleidende ingangssectie naar de eerste golfgeleidende sectie, de eerste golfgeleidende sectie en de tweede golfgeleidende sectie, waarbij de eerste en de tweede golfgeleidende secties asymmetrisch op elkaar aansluiten.

9. Optisch circuit volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat de tweede golfgeleidende sectie tenminste trimodaal en ten hoogste quadrimodaal is en de twee uitgaande golfgeleiders monomodaal zijn, en dat de ingangsgeleider aaneensluitend omvat een monomodale golfgeleidende ingangssectie, een verloopsectie voor de adiabatische overgang van de monomodale golfgeleidende ingangssectie naar de eerste golfgeleidende sectie, de eerste golfgeleidende sectie en de tweede golfgeleidende sectie, waarbij de eerste en de tweede golfgeleidende secties symmetrisch op elkaar aansluiten, en dat van de asymmetrische Y-junctie de eerste tak een monomodale golfgeleider is welke direct overgaat in de eerste uitgaande golfgeleider, en de tweede tak een bimodale golfgeleider is, welke via een adiabatisch verloopstuk overgaat in de tweede uitgaande golfgeleider.

10. Optisch circuit volgens conclusie 8 of 9 met het kenmerk, dat de eerste golfgeleidende sectie of/en de tweede golfgeleidende sectie een lengte bezit(ten) in hoofdzaak gelijk aan nul.