DE2434443C2

DE2434443C2 - Vorrichtung zur steuerbaren Kopplung von Lichtwellen aus einem ersten in einen zweiten Wellenleiter

Info

Publication number: DE2434443C2
Application number: DE2434443A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 8033 Krailing Baues; Hans Dr.Rer.Nat. Mahlein; Achim Dipl.-Phys. Reichelt; Gerhard Dipl.-Ing. 8000 München Winzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-07-17
Filing date: 1974-07-17
Publication date: 1983-02-17
Also published as: US4003629A; FR2279124A1; FR2279124B1; DE2434443A1; GB1510002A

Description

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Die vorliegende Erfindung beträft eine Vorrichtung zur Kopplung von Lichtwellen aus einem ersten in einen zweiten Lichtweilenleiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Koppelvorrichtung der genannten Art ist aus der US-PS 37 81 081 bekannt Bei dieser Koppelvorrichtung verlaufen im Koppelbereich die Wellenleiter nebeneinander an der Oberfläche des Substrats und in Koppelbereich eng benachbart und parallel. Die Koppelwirkung im Koppelbereich beruht auf der Leckwellenleitung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Koppelvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine gegenüber dem Bekannten verbesserte Koppelwirkung aufweist

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die verbesserte Koppelwirkung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht, daß die Überkopplung nicht nur durch Leckwellenleitung, sondern auch durch Beugung bewirkt wird.

Im folgenden wird zunächst die Funktion dieser Koppelvorrichtung erläutert:

Im feldfreien Zustand weisen beide Wellenleiter eo höhere Brechungsindizes auf, als die an diese angrenzenden dielektrischen Isolatorschichten. Außerdem gilt in diesem Fall n\ > n₂. Eine in dem ersten Wellenleiter auf den Kreuzungsbereich zwischen den beiden Wellenleitern zulaufenden Lichtwelle wird im ersien Wellenleiter über die Kreuzung weitergeführt. Fine Einkopplung in den zweiten Wellenleiter findet nicht statt.

Wird nun an das Elektrodenpaar eine elektrische Spannung angelegt, so entsteht in den vom elektrischen Feld durchdrungenen Bereichen des Wellenleiters, der aus einem elektrooptischen Kristall besteht, ein elektrooptischer Effekt Dieser bewirkt eine Änderung des Brechungsindex des elektrooptischen Kristalls. Durch Vorgabe des Kristallmaterials und der Größe des elektrischen Feldes kann erreicht werden, daß der Brechungsindex n\ des ersten Wellenleiters nrn gleich oder kleiner als 4er Brechungsindex m des zweiten Wellenleiters wird, wobei aber n\ und n₂ weiterhin größer als der Brechingsindex der dielektrischen Isolatorschichten bleiben. Dann wird die im ersten Wellenleiter auf die Kreuzung zulaufende Lichtwelle hier durch Beugung am Gitter und durch Leckwellenleicung in den zweiten Wellenleiter überkoppelt

Durch die gitterförmige Ausbildung der die beiden Wellenleiter umgebenden Elektroden wird eine Kumulationswirkung der Kopplung erreicht

Vorteilhafterweise können aus fertigungstechnischen Gründen beide Wellenleiter aus dem gleichen elektrooptischen Kristalimateriai bestehen (Anspruch 2). In diesem Falle werden durch aus der Kristallografie bekannte Maßnahmen die optischen Achsen der die beiden Wellenleiter bildenden Kristalle auf dem Substrat derart angeordnet daß die sich in ihnen ausbreitenden Lichtwellen im feldfreien Zustand Brechungsindizes n\> m und beim Vorliegen eines elektrischen Feldes Brechungsindizes n\ < /J₂ vorfinden. Es kann insbesondere sowohl der transversale als auch der longitudinale elektrooptische Effekt ausgenutzt werden.

Es ist von Vorteil, wenn das Substrat ein Halbleiter ist, in welchem — hergestellt nach bekannten Maßnahmen — die eine der beiden Elektroden angeordnet ist (Anspruch 3). Dadurch wird die Koppelvorrichtung noch kompakter.

Die Koppelvorrichtung erlaubt nicht nur eine steuerbare Überkopplung der in dem ersten Wellenleiter herangeführten Lichtwellen, sonaern darüber hinaus auch deren Modulation.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der Figurenbeschreibung näher erläutert.

Die F i g. 1 und 2 zeigen im Querschnitt bzw. in Draufsicht eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung. Auf einem Substrat 1 ist eine streifenförmige Elektrode 2 aufgebracht welche über eine Anschlußklemme 3 mit einer Spannungsquelle verbunden werden kann. Diese Elektrode 2 ist durch eine dielektrische Isolationsschicht 4 von einem ersten Wellenleiter 5 isoliert Darüber ist gekreuzt ein weiterer Wellenleiter 6 angeordnet, auf dem wieder durch eine dielektrische Isolationsschicht 7 isoliert eine zweite streifenförmige Elektrode 8 aufgebracht ist, weiche über die Anschlußklemme 9 mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle verbunden werden kann. Die beiden gitterförmigen Elektroden 2 und 8 sind miteinander zur Deckung gebracht.

Die beiden Wellenleiter 5 und 6 bestehen beide aus Kaliumdihydrogenphosphat und sind so aus diesem elektrooptischen Materia! herausgeschnitten und mit ihren optischen Achsen so zueinander orientiert, daß im feldfreien Raum der Brechungsindex n\ des Wellenleiters 5 für eine in diesem Wellenleiter auf die Kreuzung gemäß dem Pfeil 10 zulaufende Lichtwclie größer ist als der Brechungsindex n₂ des Wellenleiters 6. Die in Richtung 10 ankommende Lichtwelle wird im Wellenleiter 5 in Richtung 11 weitergeführt. Wird nun eine

Spannung an die Klemmen 3 und 9 angelegt, so ändern sich zwischen den Elektrodenstreifen der Elektroden 2 und 3 die Brechungsindizes der beiden Wellenleiter 5 und 6 derart, daß der Brechungsindex n\ nunmehr kleiner als der Brechingsindex m wird. Dadurch kommt es im Kreuzungsgebiet zu Beugung und Leckwellenleitung, welche bewirken, daß die in der Richtung 10 herangeführte Lichtwelle in die Richtung 12 und 13 in den Wellenleiter 6 eingekoppelt wird. Bei Anlegen einer modulierten Spannung an die Klemmen 3 und 9 sind die in den Richtungen 11, 12 und 13 weitergeführten Lichtwellen moduliert.

An den vier Enden der Lichtwellenleiter 5 und 6 sind nicht eingezeichnete, weiterführende Wellenleiter angekoppelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur steuerbaren Kopplung von Lichtwellen aus einem ersten in einen zweiten Wellenleiter, welche beide in integrierter Technik auf einem Substrat aufgebaut sind, von denen einer oder beide aus elektrooptischen Kristallmaterialien bestehen und die von zwei darüber bzw. darunter befindlichen Elektroden umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellenleiter für die hindurchgehenden Lichtwellen die Brechungsindizes Πι bzw. /ft < n_x aufweisen, daß die beiden auf dem Substrat gekreuzt und in Richtung senkrecht zur Substratoberfläche übereinander angeordnet sind, und daß die beiden Wellenleiter im Kreuzungsbereich von den zwei Elektroden, die gitterförmig und miteinander zu Deckung gebracht sind, umgeben und von diesen durch je eine dielektrische Isolationsschicht isoliert sind, und daß die optischen Achsen der Kristallmaterialien der beiden Wellenleiter derart ausgerichtet sind, daß beim Anlegen einer Spannung an das Elektrodenpaar in den elektrische Felder aufweisenden Bereichen der Wellenleiter die Differenz (it\ — H₂) der Brechungsindizes null oder negativ wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellenleiter aus dem gleichen elektrooptischen Kristallmaterial bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Halbleiter ist, in welchem eine Elektrode angeordnet ist