SE520432C2 - Optisk anordning för våglängdsmultiplexering/demultiplexering innefattande MMI-vågledare och Braggreflektorstruktur. - Google Patents

Description

25 30 520 432 2 Ett annat problem år att hålla en så kallad kanalöverhörning på en acceptabel nivå.

Föreliggande uppfinning angriper ovan nämnda problem genom en optisk anordning innefattande minst en MMI-struktur, minst en där nämnda optiska anordning vidare är kallade Braggreflektor anordnad med minst två så accessvàgledare för anslutning mot externa optiska anordningar eller optiska fibrer.

Den ovan nämnda MMI-strukturen (Multi Mode Interference) har den egenskap att intensitetsfördelningen av ljus vid en av MMI-strukturens ingångar kan avbildas på samtliga utgångar på användas för MMI- MMI-strukturen. MMI-strukturer kan således uppsplittring av ljus. I denna uppfinning väljs vågledarens längd så att 1:1 avbildning sker, det vill säga i det optimala fallet fokuseras allt inkommande ljus från en första accessvàgledare anordnad gfix MMI-vågledaren Lu: på en andra accessvàgledare anordnad på motsatt sida i förhållande till nämmnda första accessvàgledare. En mer grundläggande teori bakom MMI-strukturer behandlas i patentskriften DE 2506272 samt i L.B. Soldano and E.C.M. Pennings, “Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging: Principles and Application", J. Lightwave Technol. Vol l3(4), pp 615-627, 1995.

Braggreflektorer används för filtrering av ljus. Filtreringen innebär att vissa våglängder tillåts passera medan andra reflekteras. Braggreflektorer kan sägas utgöra någon form av en våglängdsselektiv spegel. Nämnda reflektion av vissa våglängder kan åstadkommas på ett flertal olika sätt, vanligtvis gäller dock för dessa metoder att reflektionen sker genom att ändra ett så kallat materialindex periodiskt i vågledaren.

Föreliggande uppfinning kan även innefatta ett så kallat faskontrollelement. Faskontrollelementet påverkar en sa 10 15 20 25 30 520 432 3 kallad optisk våglängd i en vågledare. Detta ästadkoms genom att en yttre signal påverkar vägledaren.

Ett sätt att åstadkomma nämnda faskontroll är att utsätta vägledaren för ett elektriskt fält. Det elektriska fältet ändrar det effektiva brytningsindexet i vägledaren.

Ett annat sätt att åstadkomma nämnda faskontroll är att utsätta vågledaren för termiska förändringar.

Ett sätt att åstadkomma permanent ändring av index i vågledaren är att utsätta denna för ultraviolett ljus, detta brukar allmänt kallas för att vägledaren UV-skrivs. Denna teknik används oftast för att periodiskt variera brytningsindex, så kallad UV-skrivning. Denna teknik kan även användas för justering eller trimning.

Ovan nämnda metoder för filtrering samt för faskontroll i en vägledare är endast ett urval och utesluter därför inte att icke nämnda metoder kan tillämpas på uppfinningen.

Uppfinningen innefattar en MMI-struktur i vilken finns anordnad en Braggreflektor. Braggreflektorn är företrädesvis anordnad i centrum av MMI-strukturen. På MMI-strukturen finns accessvågledarna anordnade. Placeringen av dessa accessvågledare på MMI-strukturen är avgörande för den optiska anordningens funktion. Ett antal olika utformningar dels på MMI-strukturen och dels på accessvågledarna tillsammans med Braggreflektorn gör att uppfinningen löser ovan nämnda problem.

Avsikten med föreliggande uppfinning är således att erhålla en optisk anordning vilken innefattar mindre effektförluster, mindre kanalöverhörning samt mindre effektvariationer mellan olika transmissionskanaler jämfört med känd teknik.

En fördel med föreliggande uppfinning är att denna är kompaktare jämfört med teknikens ståndpunkt. 10 15 20 25 520 432 4 En annan fördel med föreliggande uppfinning är att den är relativt billig att framställa.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritningar.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en utföringsform av en optisk vàglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen.

Figur' 2 visar en annan utföringsform av en optisk väglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen.

Figur 3 visar ytterligare en utföringsform av en optisk váglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen.

Figur 4 visar ännu en utföringsform av en optisk våglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen.

Figur 5 visar ännu en utföringsform av en optisk vàglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen.

Figur 6 visar ännu en utföringsform av en optisk våglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I figur l visas en utföringsform av en optisk våglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen. Den optiska vàglängdsselektiva anordningen innefattar en Braggreflektor 50 och en MMI-vågledare. Braggreflektorn 50 kan vara anordnad i MMI-vàgledaren på så sätt att dess centrumlinje sammanfaller med MMI-vågledarens centrumlinje.

Braggreflektorn kan även som visas i figur 1 vara anordnad på ett avstånd L/2+Lphc från MMI-vågledarens ena kortsida, där Lphc betecknar nämnda förskjutning frän MMI-vàgledarens centrum. Lphc kan antingen vara positiv eller negativ. 10 l5 20 25 30 520 432 5 Förskjutningen av Braggreflektorn från MMI-vågledarens centrum är till för att kompensera bort det modberoende fasskiftet, vilket annars kan vara ett hot mot anordningens funktion. Braggreflektorn har en viss bredd vilket betecknas med LBg. MMI~vågledaren har en viss längd vilken i figur 1 betecknas med L.

MMI-vågledaren kan på sina kortsidor vara anordnade med så kallade accessvàgledare 1,2,3,4. I figur 1 är dessa accessvågledare till antalet fyra, det vill säga ett par på varje kortsida. Antalet accessvågledare kan variera från en utföringsform till en annan beroende på vilken applikation den optiska våglängdsselektiva anordningen är avsedd för. I figuren är inritat accessvågledarnas centrumlinjer 10, 20, 30 och 40. Avståndet frän en långsida på MMI-vägledaren till centrumlinjen 10 på accessvågledaren 1 är betecknad i figur 1 med a. Avståndet från samma nämnda långsida på MMI-vågledaren till centrumlinjen 20 på accessvågledaren 2 är betecknad i figur 1 med b. På samma sätt betecknas avståndet fràn nämnda långsida på MMI-vàgledaren till de övriga accessvàgledarna 3 och 4 med c respektive d. Avstånden a och c kan vara lika och avstànden b och d kan vara lika. Avständen a, b, c och d beror på MMI-vågledarens effektiva bredd We, antalet avbildningar samt vilken typ an MMI-vågledare det handlar om.

En djupare teori bakom olika MMI-vågledare behandlas i Pierre A. Besse et. al, “Optical Bandwidth and Fabrication Tolerances of Multimode Interference Couplers”, J. Lightwave Technology. vol 12(4), pp 1004-1009, 1994.

Den effektiva bredden We på MMI-vågledaren beror av våglängden Ä, indexsteget i MMI-vågledaren, den fysiska bredden på MMI-vägledaren samt ljusets polarisation.

Längden på MMI-vågledaren beror av MMI-vågledarens effektiva bredd We samt vilken effekt man eftersträvar. 10 15 20 25 30 520 432 6 Accessvågledarna i figur l är bredare i anslutningen mot MMI- vàgledaren än de är i sin fria ände. Denna struktur brukar kallas för “tapered” eller konisk. Effekten av denna struktur är att det fältet ändras optiska jämfört med en rak accessvågledare. Detta innebär att en större feltolerans mot felkorrigering av accessvågledarna erhålls. Dessutom kommer effekten i högre grad att ligga i de lägre ordningens moder, vilket är en fördel eftersom Braggreflektorn kommer att ge ett modberoende fasskift för reflekterad kanal.

I denna optiska väglängdsselektiva anordning kan även faskontrollelement innefattas. Detta faskontrollelement kan vara anordnat på ett antal olika sätt. Några tänkbara sätt har behandlats under rubriken redogörelse för uppfinningen och är endast redan känd teknik för en genomsnittlig fackman inom området varför de inte torde behöva beskrivas närmare.

I figur 2 ser vi en annan utföringsform av den optiska våglängdsselektiva anordningen enligt uppfinningen. Denna utföringsform innefattar som den tidigare beskrivna en Braggreflektor 50 och en MMI-vàgledare. Bredden på Braggreflektorn betecknas med LBg. Längden på MMI-vågledaren betecknas med L precis som i ovan nämnda utföringsform. Det som skiljer denna utföringsform från den första är formen på MMI-vågledaren. Denna är likt accessvågledarna 1, 2, 3 och 4 konisk. Ett litet stycke på båda sidor kring Braggreflektorn i MMI-vågledarens längsriktning är MMI~vågledarens lángsidor parallella och ortogonala mot en tänkt centrumlinje i MMI- Bredden. på MMI-vågledaren strax med W2. Bredden pà MMI- vågledarens längsriktning. intill Braggreflektorn betecknas vågledarens kortsidor betecknas med Wl, där Wl MMI-vàgledaren kan som visas i figur 2 innefatta ett slutparti med en längd som betecknas L3. Nämnda längd L3 kan i en annan utföringsform vara lika med noll. Mellan bredden Wl och W2 i MMI-vàgledaren är strukturen konisk.

Konstrukturen kan antingen vara linjär, parabolisk eller lO 15 20 25 30 520 452 7 någon annan form. Konstrukturen har i detta fall till uppgift att minska skillnaden mellan utbredningsmoderna och. på sä kallade inträngningsdjupet i gittret hos de reflekterade moderna. sätt minska skillnaden i det så effektiva På MMI-vàgledarens kortsidor finns accessvågledare l,2,3 och 4 anordnade. I figur 2 är dessa tvà till antalet pá vardera kortsidan. På samma sätt som i. det förra utföringsexemplet har centrumlinjer 10, 20, 30 och 40 för respektive accessvågledare 1, 2, 3 och 4 markerats i figuren. Avståndet från ena änden av kortsidan till nämnda centrumlinje 10 tillhörande accessvågledare 1 betecknas med a. Avståndet från till tillhörande accessvågledare 2 betecknas med b. På samma sätt samma nämnda ände av kortsidan centrumlinjen 20 betecknas avstànden på den andra kortsidan för de övriga accessvågledarna med c och d. Avstànden a och c kan vara lika samt avstànden b och d kan vara lika. Som nämnts i den tidigare utföringsformen kan antingen Braggreflektorn. vara anordnad i MMI-vågledarens centrum eller förskjuten en liten till centrum har precis bit från detta. Anledningen förskjutningen av Braggreflektorn från samma orsak som omtalats i den föregående utföringsformen, det vill säga för att kompensera bort eventuellt modberoende fasskift.

I figur 3 visas ytterligare en utföringsform på en optisk váglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen. Det enda som skiljer denna utföringsform från den som visas i figur 2 är att den optiska så kallade väglängden har ändrats för ett antal accessvågledare. I figur 3 har den optiska väglängden förlängts för accessvàgledare 2 och 3 genom att dessa anordnats på en utskjutande del av MMI-vågledaren. Bredden på del har i Avstånden e och f kan vara lika eller olika nämnda utskjutande figur 3 betecknats med e respektive f. effekt man eftersträvar. Det är beroende på vilken naturligtvis möjligt att vilken som helst, en eller flera, av de accessvågledare som finns anordnade pà MMI-vàgledaren är lO 15 20 25 30 35 520 432 8 anordnade pä någon form av medel för att förändra den optiska våglängden. Syftet med att förändra väglängden för vissa accessvàgledare är att kompensera för modberoende fasskift.

Om vi antager att längden L pà MMI-vägledaren motsvarar ett så kallat crossläge, kan ett så kallat barläge erhållas genom att öka MMI-vägledarens längd till 2L. Med crossläge menas som ordet antyder att minst en väglängdskanal som inkommer från MMI-vägledarens ena sida transmitteras genom MMI- vågledaren, MMI-vàgledarens andra sida där nämnda accessvàgledare på MMI- vàgledarens andra sida är lateralt förskjuten i förhållande till nämnda accessvàgledare från vilken signalen exiterades.

Ett exempel på crossläge är då en vàglängdskanal sänds från accessvàgledare lO och fokuseras på accessvàgledare 40. Med barläge menas att väglängdskanalen sänds från en accessvàgledare på ena sidan på MMI-vàgledaren och fokuseras på motsvarande accessvàgledare anordnad pä den andra sidan av MMI-vàgledaren. Ett exempel på barläge är då en våglängdskanal sänds frän accessvàgledare 10 och fokuseras på accessvàgledare 30.

I figur 4 ser vi ytterligare en utföringsform av den optiska vàglängdsselektiva anordningen enligt uppfinningenfl I denna utföringsform finns två stycken MMI-vägledare anordnade efter varandra. Dessa har sammanförts via antingen en 'vàgledare eller en optisk fiber. De båda MMI-vàgledarna har en struktur som i stort sett överensstämmer med den som visas i figur 2 förutom i de ändar till vilka de sammanförts med varandra. I figur 4 ser vi att nämnda ändar endast innefattar en accessvàgledare. Dessutom är ett parti p, q av denna kortsida inte ortogonal mot centrumlinjen i accessvägledaren.

Anledningen till detta är att ljus som ej är önskvärt i MMI- vágledaren skall kunna brytas vid detta parti och försvinna ut ur denna. Den effekt som àstadkommes med att kaskadera två stycken MMI-vägledare efter varandra är att överhörningen även tänkas att denna minskas. Det kan utföringsform 10 15 20 25 30 520 432 9 innefattar ett faskontrollelement av det slag som nämnts i redogörelsen för uppfinningen. Antalet accessvågledare anordnade på de båda MMI-vågledarna kan väljas efter behov, företrädesvis två stycken på ena sidan och två stycken på den motsatta andra sidan. Braggreflektorn kan som figuren visar vara förskjuten från centrum i MMI-vàgledaren eller vara anordnad i centrum på denna.

I figur 5 ser vi ännu ett utföringsexempel på en optisk våglängdsselektiv anordning enligt uppfinningen. I detta utföringsexempel sammanförs de båda MMI-vågledarna direkt med varandra.

I figur 5 ser vi att MMI-vàgledaren endast är konisk i den sida vid vilken accessvågledarna är anordnade. Mellan de båda är MMI-vågledarnas respektive långsidor MMI- Braggreflektorerna parallella med varandra. Centrumlinjen på den ena vågledaren är lateralt parallellförskjuten i förhållande till För att eliminera den andra MMI-vågledarens centrumlinje. oönskade ljusreflexer i MMI-vågledarna har de partier p respektive q, vilka så att säga blev över vid den ovan nämnda laterala parallellförskjutningen, på vardera MMI-vàgledaren vinklats. Även denna utföringsform kan vara anordnad med ett faskontrollelement av det slag som omnämns under rubriken redogörelse för uppfinningen. Antalet accessvågledare i. de fria ändarna på MMI-vågledarna kan väljas fritt efter behov, där MMI~vågledarens dimensioner sätter den praktiska gränsen för nämnda antal.

Istället för att anordna accessvågledarna på ovan nämnda del, kan förändras i anslutning till lämpliga accessvågledare för att utskjutande brytningsindex i MMI-vàgledaren erhålla samma effekt, det vill säga att förändra den optiska våglängden inuti MMI-vàgledaren i. syfte att kompensera för modberoende fasskift. Detta visas i figur 6. Här har brytningsindexet i. MMI-vàgledaren. höjts i ett rektangulärt område 60 just intill ett par accessvågledaren med lO 520 432 10 'rektangelns längsgående centrumlinje sammanfallande med respektive accessvàgledares centrumlinje. Nämnda brytningsindexförändring kan erhållas genom att befintligt material i MMI-vågledaren transformeras genom exempelvis UV- skrivning. Formen och dimensionen på nämnda brytningsindexförändring är avgörande för dess effekt.

De material som kan tänkas vara lämpliga vid tillverkning av föreliggande uppfinning är exempelvis kvarts (SiO2), polymera material något halvledarsystem eller Lithiumniobate (LiNbOfl.

Företrädesvis används kvarts.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (14)

lO 15 20 25 30 520 432 ll PATENTKRAV

1. Optisk anordning innefattande minst en MMI-vägledare och minst en Braggreflektorstruktur, k ä n n_e t e c k n a d av att minst en så kallad accessvàgledare är anordnad. på en minst en av MMI- första sida av MMI-vägledaren och att accessvågledare är anordnad på en andra sida vägledaren, där nämnda första och andra sida utgörs av MMI- vägledarens kortsidor, att nämnda accessvågledare är anordnade med en så kallad konstruktur och att Braggreflektorstrukturen är anordnad i MMI-vàgledaren.

2. Optisk k ä n n e t e c k n a d av att Braggreflektorn är anordnad i anordning enligt patentkrav 1, MMI-vágledarens centrum.

3. Optisk anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att Braggreflektorn är anordnad förskjuten i förhållande till MMI-vàgledarens centrum.

4. Optisk anordning enligt patentkrav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ett termiskt, optiskt eller elektriskt verkande faskontrollelement.

5. Optisk anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att MMI-vågledaren är anordnad med en konstruktur på var sida om Braggreflektorstrukturen_

6. Optisk anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda konstruktur pä MMI- vågledaren är linjär.

7. Optisk anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda konstruktur på MMI- vàgledaren är parabolisk.

8. Optisk anordning enligt något av patentkraven 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d av att minst en accessvàgledare på den ena sidan av MMI-vägledaren är anordnad på denna pà så l0 15 20 25 30 520 432 12 sätt att våglängden skiljer sig från de ~övriga accessvàgledarna.

9. Optisk anordning enligt något av patentkraven 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d. av att minst en accessvàgledare på den första och den andra sidan av MMI-vågledaren är anordnad på dessa pà så sätt att väglängden skiljer sig från de övriga accessvägledarna.

10. Optisk anordning enligt patentkrav 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d av att en accesvågledare pà en första MMI-vägledare är sammankopplad med en accessvàgledare pá en andra MMI~vågledare.

11. ll. Optisk anordning enligt patentkrav 10, k à n n e t e c k n a d av att ett parti intill minst en anordnat med ett accessvàgledare i_ MMI-vågledaren är brytningsindex som skiljer sig i förhållande till brytningsindexet i övriga delar av MMI-vàgledaren.

12. Optisk anordning enligt patentkrav ll, k ä n n e t e c k n a d. av att vid rninst två MMI-vàgledare och minst två Braggreflektorer där minst en så kallad accessvàgledare är anordnad på en första sida av en första MMI-vàgledare och att minst en accessvàgledare är anordnad på en andra sida av en andra MMI-vägledare där nämnda första och andra sida utgörs av MMI-vàgledarens kortsidor, att en andra kortsida på den första MMI-vàgledaren och en första sida på den andra nämnda MMI-vågledaren är sammankopplade, att accessvàgledare är anordnade med en så kallad konstruktur och att Braggreflektorstrukturerna är anordnade i MMI-vågledaren.

13. Optisk anordning enligt patentkrav 12, k ä n n e t e c k n a d av att den andra sidan på den första MMI-vågledaren och den första sidan på den andra MI- vàgledaren är lateralt förskjutna i förhållande till varandra. 520 432 13

14. Optisk anordning enligt patentkrav ~ 13, k ä n n e t e c k n a d. av att MMI-vàgledarna är anordnade med en konstruktur pà var sida om Braggreflektorstruk- turerna.