WO2002065180A1

WO2002065180A1 - Anordnung zum multiplexen und/oder demultiplexen der signale einer mehrzahl optischer datenkanäle und verfahren zur herstellung der anordnung

Info

Publication number: WO2002065180A1
Application number: PCT/DE2001/000659
Authority: WO
Inventors: Jörg-Reinhardt KROPP
Original assignee: Infineon Technologies Ag
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-22
Also published as: DE10196035D2; DE10196035B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen der Signale einer Mehrzahl optischer Datenkanäle unterschiedlicher Wellenlänge, wobei die gemultiplexten Signale in einem Wellenleiter (1) übertragen werden. Erfindungsgemäß ist der Wellenleiter (1) in einem planaren Substrat (2) angeordnet oder ausgebildet, das mehrere unter einem definierten Winkel verlaufende Einschnitte (3) aufweist, die den Wellenleiter (1) an hintereinander liegenden Stellen unterbrechen, und ist in diesen Einschnit-ten (3) jeweils ein wellenlängenselektiver Spiegel (4) angeordnet, an dem Licht schräg zur Oberfläche des Substrats (2) ein- oder ausgekoppelt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung.

Description

Beschreibung

Bezeichnung der Erfindung: Anordnung zum Multiplexen und/oder De ultiplexen der Signale einer Mehrzahl optischer Datenkanäle und Verfahren zur Herstellung der Anordnung.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen der Signale einer Mehrzahl optischer Datenkanäle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung.

Es ist in der optischen Nachrichtentechnik bekannt, zur Übertragung einer möglichst großen Datenmenge über einen Lichtwellenleiter die zu übertragenden Daten zu multiplexen. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, mit mehreren Wellenlängen unabhängig und gleichzeitig über einen Wellenleiter Informationen zu übertragen. Hierzu ist es notwendig, auf der Sendeseite die Signale der verschiedenen Lichtquellen durch einen optischen Multiplexer in einen Lichtwellenleiter zu vereinigen und auf der Empfängerseite die Signale verschiedener Wellenlängen aus dem ankommenden Wellenleiter durch einen optischen Demultiplexer in einzelne Datenkanäle zur getrennten Detektion aufzuteilen.

Eine Möglichkeit zur Realisierung eines Multiplexing oder

Demultiplexing besteht in der Separation der Wellenlängen der einzelnen Datenkanäle durch Interferenzfilter. Eine solche Realisierung erweist sich insbesondere bei größeren Wellenlängenabständen zwischen den einzelnen Datenkanälen von 10 nm und mehr als sehr effektiv. Durch eine hohe Zahl von Interferenzschichten an den einzelnen Interferenzfiltern können dabei sehr steile spektrale Flanken zwischen Transmission und Reflektion verschiedener Wellenlängen erzeugt werden. Durch eine Kaskadierung von solchen Filtern mit individuell unterschiedlichen spektralen Transmissionsbzw. Reflektionslagen kann eine Selektion bzw. Vereinigung einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen erfolgen. Die Verwendung von Interferenzfiltern zur Realisierung eines Multiplexing bzw. Demultiplexing ist beispielsweise in der EP-A-0 877 264 und in der EP-A-1 004 907 beschrieben.

Bei der EP-A-0 877 264 erfolgt die Kaskadierung der Filter in einem parallelen optischen Strahlengang, was nachteilig eine Strahlformung durch Linsen oder Spiegel voraussetzt. Bei der EP-A-1 004 907 ist zwar die Verwendung eines divergierenden Strahlbündels beschrieben. Diesem divergierenden Strahlbündel sind jedoch fokussierende Spiegel zugeordnet, so daß auch hier eine Strahlformung durch Spiegel erforderlich ist.

Eine weitere Möglichkeit der Kaskadierung der Filter besteht in der Führung des Lichtes in Wellenleitern. Dabei sind Anordnungen bekannt, bei denen das in einem Wellenleiter geführte Licht unter einem Winkel an einer wellenlängenselektiv ausgelegten Spiegelfläche reflektiert und in einem weiteren Wellenleiter nach der Reflektion weitergeführt wird. Bei einer Zick-Zack-Führung der Wellenleiter zwischen mehreren Spiegeln kann dabei die erforderliche Kaskadierung erfolgen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen der Signale eine Mehrzahl optischer Datenkanäle zur Verfügung zu stellen, die in einfacher Weise die Realisierung eines Multiplexing bzw. Demultiplexing von in einem Wellenleiter geführten Signalen verschiedener Wellenlänge ermöglicht. Des weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anordnung bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Danach zeichnet sich die erfindungsgemäße Anordnung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen dadurch aus, daß der Wellenleiter in einem planaren Substrat angeordnet oder ausgebildet ist, das mehrere unter einem definierten Winkel verlaufende Einschnitte aufweist, die den Wellenleiter an hintereinander liegenden Stellen unterbrechen. In den Einschnitten ist jeweils ein wellenlängenselektiver Spiegel angeordnet, an dem jeweils Licht schräg zur Oberfläche des Substrats ein- oder ausgekoppelt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Ein- bzw. Auskopplung von Licht in einer Ebene, die winklig zu der Ebene des Substrats ist, in dem der Wellenleiter angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt dabei eine einfache Realisierung der Anordnung, da lediglich von der Substratkante aus mit einer Wafersäge unter definiertem Winkel seitliche Einschnitte in das Substrat einzubringen und in diese Einschnitte dann die wellenlängenselektiven Filter einzubringen sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die

Einschnitte alle denselben Winkel gegenüber der Substratoberfläche auf. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der Anordnung unter Sägen oder Ätzen des Substrats stets unter dem gleichen Winkel. Grundsätzlich können die einzelnen Einschnitte jedoch auch unterschiedliche Winkel aufweisen.

Der Winkel der Einschnitte bzw. wellenlängenselektiven Spiegel zur Substratoberfläche beträgt beispielsweise 30°, ist jedoch in einem relativ großen Bereich variierbar. Es ist lediglich darauf zu achten, daß die wellenlängenselektiven Schichten des Spiegels bei dem eingestellten Einfallswinkel eine steile spektrale Flanke zwischen Transmission und Reflektion der verschiedenen Wellenlängen bereitstellen, so daß die einzelnen Kanäle sauber voneinander getrennt bzw. zusammengeführt werden können.

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und einfach vorgenommen werden.

Neben einer Ausbildung des Substrats aus Silizium ist insbesondere auch eine Ausbildung des Substrats durch Kunststoff zu denken. Zur Herstellung eines Wellenleiters in dem Kunststoffsubstrat wird dieses, beispielsweise durch Prägen, mit kanalartigen Strukturen versehen, die dann mit Wellenleitermaterial gefüllt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Multi- plexer/Demultiplexeranordnung sieht vor, daß in das planare Substrat unter einem definierten Winkel Einschnitte und in diese Einschnitte dann wellenlängenselektive Spiegel eingebracht werden, wobei die Einschnitte bzw. wellenlängenselektiven Spiegel den Wellenlängenleiter in mehreren hintereinander liegenden Stellen durchtrennen. Eine Befestigung der Spiegel in den Einschnitten erfolgt bevorzugt mittels eines Klebers.

Die Einschnitte werden in einer Ausgestaltung des Verfahrens durch Sägen mittels einer Wafersäge in das Substrat eingebracht. Da die gesägte Fläche eine gewisse Rauigkeit aufweist, wird dabei bevorzugt vorgesehen, die gesägte Fläche etwa durch eine Politur chemisch zu glätten bzw. anzuätzen. Hierdurch erfolgt ein glättender Effekt, der auch bewirkt, daß die Stirnfläche des unterbrochenen Wellenleiters geglättet wird.

Die Einschnitte können jedoch auch auf andere Weise in das Substrat eingebracht werden. Beispielsweise werden in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahren die Einschnitte durch Ätzen in schräger Richtung in das Substrat eingebracht. Der Vorteil in der Verwendung eines Ätzverfahrens besteht darin, daß automatisch glatte Seitenwände am Einschnitt vorliegen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einfacher Weise die Realisierung einer Multiplexer/Demultiplexeranordnung.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte, erfindungsgemäße Anordnung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen;

Figur 2 eine Seitenansicht der Anordnung der Figur 1 und

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung der Figur 1, bei der zusätzlich die elektrische Kontaktierung der Sende- und Empfangseinheiten und Führungsstrukturen zur Ankopplung eines Lichtwellenleiters dargestellt sind.

In den Figuren 1 und 2 ist in Draufsicht bzw. Seitenansicht schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zum Multiplexen bzw. Demultiplexen optischer Signale dargestellt. Ein Wellenleiter 1 erstreckt sich parallel und in benachbartem Abstand zu der Kante 21 eines Substrats 2. Bei dem Substrat 2 handelt es sich beispielsweise um Silizium oder

Lithiumniobat . Auch kann als Substrat ein Kunststoff verwendet werden, bei dem das Wellenleitermaterial in Oberflächenstrukturen des Kunststoffs eingebracht ist.

Der Lichtwellenleiter 1 ist entweder integriert optisch ausgebildet oder besteht in einer Lichtleitfaser, die in eine entsprechende längliche Aussparung an der Oberfläche des Substrats eingelegt und in dieser definiert befestigt wird. Der Lichtwellenleiter besteht bei einer integriert optischen Ausbildung beispielsweise aus einem Titanstreifen, der in ein Substrat aus Lithiumniobat eindiffundiert ist. Bei Verwendung einer Lichtleitfaser besteht diese bevorzugt aus Glas, kann aber beispielsweise auch durch ein Polymer gebildet werden.

Weiter kann der Wellenleiter 2 als vielmodiger Wellenleiter ausgebildet sein, so daß er sowohl in Systemen mit Einmoden- Fasern als auch in Systeme mit Vielmoden-Fasern einsetzbar ist .

Wie insbesondere der Seitenansicht der Figur 2 zu entnehmen ist, sind in das Substrat 2 eine Vielzahl von seitlichen Einschnitten 3 eingebracht, die sich von der Kante 21 senkrecht zur Längsrichtung des Wellenleiters 1 erstrecken. Die seitlichen Einschnitte werden beispielsweise mittels einer Wafersäge oder durch Ätzen unter einem schrägen Winkel hergestellt. Es ist dabei wesentlich, daß die Einschnitte in einem Winkel ungleich 90° zur Oberfläche des Substrats 2 verlaufen .

In den Figuren 1 und 2 weisen die Einschnitte den gleichen Winkel gegenüber der Substratoberfläche auf. Es ist jedoch ebenfalls möglich, unterschiedliche Winkel für die verschiedenen Einschnitte vorzusehen.

In die einzelnen Einschnitte 3 ist jeweils ein wellenselektiv reflektierender Spiegel 4 eingebracht, der einen Filter für eine bestimmten spekralen Bereich darstellt. Jeder Spiegel 4 besteht aus einem Träger 41 und einem Filterplättchen 42 mit wellenlängenselektiven Interferenzschichten, das an der einen Oberfläche des Trägers 41 ausgebildet ist.

Die Einschnitte 3 bzw. die daran angeordneten Spiegel 4 unterbrechen jeweils den Wellenleiter 1. Insbesondere bei Herstellen der Einschnitte 3 mittels einer Wafersäge weist der Wellenleiter an den durch die Durchtrennung gebildeten Wellenleiter-Stirnflächen Unebenheiten auf. Um diese zu beseiti- gen bzw. deren Effekt zu minimieren, werden die wellenselektiven Spiegel 4 in den Einschnitten 3 bevorzugt mittels eines Klebers befestigt, der eine ähnliche Brechzahl (_o ω IV) ) P» P¹ cn o Cπ o cπ o cπ er α > P3 φ ^•£ D a PJ O " X α M 03 PJ CL > Φ M J H α O < > J 53 a ^•

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen der Signale einer Mehrzahl optischer Datenkanäle unter- schiedlicher Wellenlänge, wobei die gemultiplexten

Signale in einem Wellenleiter (1) übertragen werden,

dadurch gekennzeichnet ,

daß der Wellenleiter (1) in einem planaren Substrat (2) angeordnet oder ausgebildet ist, das mehrere unter einem definierten Winkel verlaufende Einschnitte (3) aufweist, die den Wellenleiter (1) an hintereinander liegenden Stellen unterbrechen, und in diesen Einschnitten (3) jeweils ein wellenlängenselektiver Spiegel (4) angeordnet ist, an dem Licht schräg zur Oberfläche des Substrats (2) ein- oder ausgekoppelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte (3) alle denselben Winkel gegenüber der Substratoberfläche aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Spiegel (4) über einen Kleber in den Einschnitten (3) positioniert sind, der die gleiche oder eine ähnliche Brechzahl aufweist wie der Wellenleiter (1) des Substrats (2).

Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Wellenleiter (1) integriert optisch oder als Faser ausgebildet ist.

Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Wellenleiter (1) aus Glas oder einem Kunststoff besteht .

6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der

Wellenleiter (1) aus Halbleitermaterial besteht.

7. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Wellenleiter (1) ein vielmodiger Wellenleiter ist .

8. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß als wellenselektive Spiegel (4)

Halbleitermaterialien verwendet werden.

9. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das über die wellenlängenselektiven Spiegel (4) ein- oder ausgekoppelte Licht jeweils mit einer Sendeoder Empfangseinheit (5) gekoppelt ist, die direkt auf dem Substrat (2) angeordnet ist.

10. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß in das Substrat (2) Führungsstrukturen (9), insbesondere zur Ankopplung von Lichtwellenleitern (7) integriert sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Führungsstrukturen (9) durch anisotropes Ätzen erzeugt sind.

12. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Wellenleiter (1) nahe der Substratkante (21) verläuft .

13. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß als Substrat (2) Silizium verwendet wird.

14. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß als Substrat (2) ein Kunststoff verwendet wird.

15. Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach Anspruchs 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß in ein planares Substrat (2) unter einen definierten Winkel Einschnitte (3) und in die Einschnitte (3) wellenselektive Spiegel (4) eingebracht werden, wobei der Wellenleiter (1) an mehreren hintereinander liegenden Stellen durchtrennt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet , daß die wellenlängenselektiven Spiegel (4) in den Einschnitten (3) durch einen Kleber positioniert werden.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte als seitliche Einschnitte in das Substrat (2) eingebracht werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte (3) mittels einer Wafersäge erfolgen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche der Einschnitte (3) chemisch geglättet wird.

20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte (3) durch Ätzen des Substrats (2) ausgebildet werden.