SE455892B - Optisk integrerad vagledarkomponent - Google Patents

Description

455 10 15 20 25 30 892 FIGURBESKRIVNING Ett utföringsexempel av uppfinningen skall beskrivas i anslutning till bifogade ritning där figur 1 i perspektiv visar en optisk integrerad vagledarkomponent, figur 2 schematiskt visar kristallstrukturen för litiumniobat, figur 3 visar hur enkristallina kroppar vid kända komponenter är orienterade i förhållande till kristallstrukturen, figur 4 visar hur en enkristallin kropp enligt uppfinningen är orienterad i förhållande till kristallstrukturen, figur5 i perspektiv visar en kristallkropp för en vagledarkomponent enligt uppfinningen och figur 6 i tvär- sektion visar ett ändparti av en komponent enligt uppfinningen.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM 1 fig l visas som exempel pa en optisk integrerad vagledarkomponent en sa kallad riktkopplare. En närmare beskrivning aterfinnes i exempelvis IEEE Journal of Qantum Electronics, Vol GE 17, No 6, June 1981, Rod C. Alferness "Guidad-Wave Devices for Optical Communication". En enkristallin kropp 1 av exempelvis litiumniobat LiNbÛS eller litiumtantalat LiTaU3 uppbär pa känt sätt i sin övre plana yta 2 ljusvagledare 3 och 4. Dessa vagledare har högre brytningsindex än kristallmaterialet och kan åstadkommas genom att exempel- vis titan diffunderas in i kristallen till lämpligt djup i ett önskat mönster. Ljus ledes in i den ena vagledaren 3 genom exempelvis ett linssystem eller, sasom visas i figuren, en optisk fiber 5. Fibern är riktad mot ljusvagledarens mynning pa kroppens ändyta 7, pa litet avstand fran ändytan. Ljuset aprides till en liten del i kristallen och kan ledas över till den andra vagledaren 4 längs vagledarnas interaktionssträcka L genom att kopplade svängningar uppstar mellan vag- ledarna. Denna överkoppling kan helt eller delvis motverkas genom att en elektrisk spänning läggas pa metallelektroder 6 vilka är placerade pa kristallens yta utmed vagledarnas interaktionssträcka. Ljusets fördelning mellan kompo- nentens utgångar kan alltsa styras pa elektrisk väg.

För en ljusvag som överföras via en vagledarkomponent av det slag som beskrivits uppstar överföringsförluster dels vid in- och utkoppling av ljusvagen vid vagledarnas ändar dels vid ljusvagens passage genom vagledarna. inkopp- lingsförlusterna är beroende av den optiska kvaliten hos kristallens ändytor i de omraden där ljusvagledarna mynnar och förlusterna i vagledarna beror starkt av 10 15 20 25 30 455 892 vagledarnas orientering i förhållande till kristallstrukturen. Det är därför väsentligt hur den enkristallina kroppen är orienterad i förhållande till kristall- strukturen.

Figur 2 visar schematiskt strukturen för litiumniobat med orienteringen av ett rätvinkligt koordinatsystem med axlarna x,y,z i förhållande till den för litlum- niobat normalt använda hexagonala enhetscellen. En närmare beskrivning av strukturen finns i exempelvis J. Phys. Chem. Solids, Pargamon Press 1966, Vol. 27, pp. 997-1012, "Ferroelectric Llthlum Niobate. 3. Single Crystal X-ray Diffraktion Study at ZIiOC". Litiumniobat är dubbelbrytande och har sitt minsta brytningsindex i z-axelns riktning och sitt största brytningsindex i xy-planet, oberoende av riktningen i detta plan. En ljusstrsle 9 i z-axelns riktning pâverkas i kristallen av det för alla polarisationsriktningar i xy-planet konstanta bryt- ningsindexet. Brytningen av en ljusstrale i denna riktning är alltsa oberoende av ljusstralens polarisationsriktning och da detta -gäller endast z-axeln är denna axel entydigt bestämd och definierar kristallens optiska axel. Litiumniobat har klyvplan utefter vilka kristallbindningarna är svagare än kristallens övriga bindningar. l figuren är med streckprickade linjer antydde klyvplan 10, vilka tillhör en skara sinsemellan parallella klyvplan. l kristallen finns även andra skaror med klyvplan, vilkas orientering i det visade koordinatsystemet bestäms av kristallens symmetriegenskaper. Planen bildar med den optiska axeln en vinkel d = 32,75°. Kristallen kan pa ett enkelt sätt klyvas utmed dessa plan och de härvid erhållna klyvytorna har mycket hög optisk kvalité. Denna egenskap utnyttjas, som tidigare nämnts, för att framställa integrerade vag- ledarkomponenter med sms inkopplingsförluster.

Figur 3 visar hur de enkristallina kropparna vid kända vagledarkomponenter är orienterade i förhållande till kristallstrukturen. En komponent kan ha en enkristallin kropp ll med en plan övre yta 12, vars ytnormal är riktad i z-axelns riktning, och ändytor 13 vilka är parallella med xz-planet. Ändytorna är vid denna orientering polerade för att inkopplingsförlusterna skall vara sma. En komponent kan även ha en enkristallin kropp 15 med en plan övre yta 16, vars ytnormal är riktad i x-axelns riktning, och ändytor 17 bestående av klyvytor.

Vàgledare pà ytan 16 far vid denna orientering vissa icke önskade optiska egenskaper såsom vridning av ljusets polarisationsplan och spridning av ljuset i kristallen. 455 892 10 15 2D Figur 14 visar hur en enkristallin kropp 20 för en integrerad vagledarkomponent enligt uppfinningen är orienterad i förhållande till kristallatrukturen. Kroppen har ändytor 21, vilka utgöres av klyvytor, och en plan övre yta 22 sa orienterad att kristallens optiska axel, z-axeln, ligger i ett plan vilket definieras av ändytornas 21 och den övre ytans 22 normalernï och H2. Figur 5 visar den enkristallina kroppen 2D med vagledare 23 antydda pa dess övre yta. Det av normalerna nï och Û definierade planet betecknas i figuren med 21: och är antytt med atreckprickade linjer. Detta plan innehaler enligt ovan kristallens optiska axel, z-axeln, vilken för litiumniobat som nämnts bildar vin- kan a' = 32,7s° med kristallens klyvplsn.

Vid en beräkning av ljusutbredningen i vagledarna framkommer för en kompo- nent enligt uppfinningen det resultatet, att en ljusstrale skall infalla under en viss vinkel mot komponentens ändyta, för att förlusterna i vagledarna skall vara minimala. I figur 6 visas hur en ljusstrale 25 under infallsvlnkeln W infaller mot vagledaren 23. Denna mynnar pa komponentens ändyta 21 vilken är vinkel- rät mot den övre ytan 22. Av praktiska skäl önskar man emellertid ofta att ljussträlen skall infalla parallellt med komponentens övre yta, sasom visas i figuren med den streckade ljusstralen. Detta medför som nämnts förluster om den övre ytan och ëndytan är vinkelräta. Dessa' förluster kan kompenseras genom att ändytan snedställes en vinkel ß sasom antyds med streckade linjer i figuren. För en komponent av litiumniobat ger v! = 4,00 de minsta förlusterna i vàgledarna om ëndytan är vinkelrät mot den övre ytan. Om ljustralen infaller parallellt med den övre ytan ger ß = 3,30 de minsta förlusterna.

Claims (2)

10 455 892 5 PATENT KRAV

1. Optisk integrerad vagledarkomponent omfattande en enkristallin kropp vilken har en plan övre yta med vagledare och plana parallella ândytor varvid loistallen har klyvplan utefter vilka icistallbindningarna är svagare än kri- stallens övriga bindningar sa att klyvnlng av kristallen underlättas utmed dessa klyvplan och kristallen har ett största och ett minsta brytningsindex i tva mot varandra vinkelräta riktningar sa att en optisk axel kan bestämmas i vars riktning kristallens brytningsindex har ett bestämt värde oberoende av en infallande ljusstrales polarieationsrikming och klyvplanen har bestämd lutning i förhållande till den optiska axeln k ä n n e t e c k n a d därav att ändytorna (21) utgöres av klyvplan (10) för att pa känt sätt erhalla sms förluster vid ljusin- koppling i vagledarna (23) och den plana övre ytan (22) är sa orienterad i förhållande till kristallstrukturen att kristallens optiska axel ligger i ett plan (24) vilket definieras av den plana övre ytans och ândytornas norma- ier 5251-) sa att gynnsam vagutbredning i vagledarna erhålles.

2. Vagledarkomponent enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav att vinkeln mellan den plana övre ytan (22) och ändytorna (21) avviker fran en rät vinkel med en vinkel (lß) högst 10 grader som är den optimala infallsvlnkeln för respektive kristallmaterial sa att ljusets infallsriktning kommer att vara parallell med den plana övre ytan (22).