DE2442652A1 - Anordnung fuer durchstimmbare optische wellenleiter-komponenten - Google Patents
Anordnung fuer durchstimmbare optische wellenleiter-komponentenInfo
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Description
SIEMENSAKTIEMGESELLSCHAFT München 2,,.den .;['[}
Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
74/7157
Anordnung für durchstimmbare optische Wellenleiter-Komponenten
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für durchstimmbare
optische Wellenleiter-Komponenten, die insbesondere als frequenzselektiver Reflektor, Filter oder Resonator dient,
bestehend aus räumlich alternierenden periodischen oder nicht periodischen Gitterstreifen in einem lichtführenden Material.
Bekannt ist die Verwendung von dielektrischen Vielfachschichtsystemen
zum Aufbau von makroskopischen Interferenzfiltern und
Reflektoren, sowie die Verwendung von starren Gitterstrukturen als Resonatpren für Wellenleiterlaser mit einer fest vorgegebenen
Gitterkonstante.
Ein Nachteil dieser letztgenannten Strukturen ist vor allem die mangelhafte reproduzierbare exakte Anpassung der Gitterkonstanten an die Materialparameter.
Auch bei der optischen Nachrichtenübertragung unter Verwendung von Halbleiterlasersendern ist das breitbandige Emissionsspektrum
dieser Laser in Bezug auf die gewünschten hohen Datenraten nachteilig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung für durchstimmbare optische Wellenleiter-Komponenten zu schaffen,
die insbesondere als frequenzselektiver Reflektor, Filter oder Resonator dient und mit der die obengenannten Nachteile vermieden v/erden.
Ausgehend von einer Anordnung der eingangs näher genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß die
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Gitterstreifen als Gitterfächer mit kontinuierlicher variabler Gitterkonstante derart angeordnet sind, daß alle Gitterstreifen
in einer gedachten Verlängerung in einen Punkt münden.
Die fächerförmigen Gitterstreifen sind vorzugsweise eingeprägte oder elektrooptisch induzierte Brechungsindexvariationen,
in dem lichtführenden Material.
Der Gitterfächer kann auf einem Substrat aufgebracht sein, das in kleinstmöglichem Abstand über oder unter einem verschiebbaren
Wellenleiter oder einem Vielfach fest angeordneter konzentrischer Wellenleiter angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der oder die Wellenleiter
derart gekrümmt ist oder sind, daß er oder sie die Grenzen der Gitterstreifen senkrecht schneidet oder schneiden.
Bei einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung dient diese als umschaltbares schmalbandiges Interferenzfilter
für integrierte optische Anordnungen, bestehend aus zwei als Reflektoren ausgebildeten Gitterfächern, wobei der Abstand der
beiden Gitterfächer voneinander ein ganzzahliges Vielfaches der halben Lichtwellenlänge des verwendeten Lichtes beträgt.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann also ein enger Spektralbereich
aus der Emissionsbande eines breitbandigen Emissionsspektrum herausgefiltert werden. Des weiteren ist es möglich
die erfindungsgemäße Anordnung als Resonator für Wellenleiterlaser zu verwenden, da sie eine leichte Anpassung der Resonanzfrequenz
an die Fluoreszenzlinienbreite des Lasermaterials ermöglicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielsweise beschrieben; es zeigen:
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Figur 1 einen erfindungsgemäßen Gitterfächer mit einem Wellenleiter,
Figur 2 einen Gitterfächer mit einer Vielzahl konzentrischer Wellenleiter,
Figur 2 einen Gitterfächer mit einer Vielzahl konzentrischer Wellenleiter,
Figur 3 zwei Gitterfächer mit konzentrischen Wellenleitern, Figur 4 einen Gitterfächer mit einem aktiven Lasermaterial,
Figur 5 eine räumliche Elektrodenanordnung im Schnitt und
das dazugehörige Brechungsindexprofil, Figur 6 eine Anordnung mit einem Flüssigkristall und
Figur 7 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Gitterfächers.
Bei der in Figur 1 schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist mit 1 ein optischer Wellenleiter bezeichnet,
der auf oder in einem Substrat verläuft und mit 2 ein Gitterfächer mit kontinuierlich variabler Gitterkonstante. Die
kontinuierliche Variation der Gitterkonstanten wird dadurch
erreicht, daß alle Gitterstreifen in einer gedachten Verlängerung in einen Punkt Z münden. Durch die Wahl der Radien r. und r .
ι a
kann der Variationsbereich für die Gitterkonstante vorgegeben werden. Im Abstand (r. + r )/2 hat eine derartige Anordnung
ι a
eine Gitterkonstante, die zu einer vorgegebenen Mittenfrequenz gehört.
Die Gitterstreifen werden als eingeprägtes Brechungsindexvariation
in dem lichtführenden Material oder als elektrooptisch induzierte Brechungsindexvariation oder als sonstige
räumlich alternierende periodische oder auch nicht periodische Beeinflussung der spektralen Eigenschaften des geführten
Lichtes realisiert. Mit a und b sind die Breiten der Streifen des Fächers im Abstand r vom Zentrum Z bezeichnet, wobei r
a, b ist. Mit c ist die Breite des Wellenleiters im Bereich , des Gitterfächers 2 bezeichnet.
Der Wellenleiter wird zweckmäßigerweise derart gekrümmt, daß er die Grenzen der Gitterfächerelemente senkrecht schneidet.
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Durch Verschieben des Wellenleiters 1 gegenüber dem Gitterfächer 2 in radialer Richtung χ kann eine beliebige gewünschte
Gitterkonstante aus dem Wertebereich (a + b ) bis (a +br )
ausgewählt werden. Dadurch ist es möglicA, eine" Abweichung dir
Gitterkonstante vom Sollwert in einfacher Weise zu korrigieren,
wobei die mittlere Gitterkonstante 1/2 (ar + a + b r + b r )
einer integriert optischen Anordnung dem ζά realisierenden a
Sollwert entsprechen sollte. Die Breite der Gitterstreifen a und b wird jeweils so gewählt, daß das Gitter die im Wellenleiter
1 geführte Strahlung in gewünschter Weise beeinflußt. Dabei ist auch eine nicht periodische Streifenanordnung analog
zum Aufbau makroskopischer optischer Vielfachschichtsysteme möglich.
Die Verschiebemöglichkeit des Wellenleiters 1 gegenüber dem Gitterfächer 2 wird dadurch realisiert, daß sich der Wellenleiter
und das Gitter auf gretrennten Substraten befinden, die ggf. unter Verwendung einer geeigneten Immersions- oder Gleitflüssigkeit
im kleinstmöglichen Abstand übereinander oder untereinander angeordnet sind.
Auf die Verschiebemöglichkeit kann verzichtet werden, wenn ein Vielfach konzentrischer Wellenleiter benutzt wird, wie es in
Figur 2 schematisch dargestellt ist, wobei ein Wellenleiterschalter die Ansteuerung der einzelnen Wellenleiter 1...m
ermöglicht.
Figur 3 zeigt eine Möglichkeit der Kombination von zwei Anordnungen
gemäß Figur 2. Mit 3 und 4 sind hierbei zwei Gitterfächer bezeichnet, die als Reflektoren ausgebildet sind und deren
Abstand ein ganzzahliges Vielfaches der halben Lichtwellenlänge k -^- beträgt, so daß diese Kombination wie ein . Fabry-Perot»
Interferometer wirkt und als umschaltbares schmalbandiges Interferenzfilter für integrierte optische Anordnungen verwendet
werden kann. Mit 5 ist hierbei ein Wellenleiterschalter und
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mit 6 eine Wellenleiterzusammenführungsanordnung bezeichnet.
Bei Verwendung eines einzelnen verschiebbaren Wellenleiters statt des starren Wellenleitervielfachs von in konzentrisch
angeordneten Einzelwellenleitern ist der Aufbau eines kontinierlich
durchstimmbaren integriert optischen Interferenzfilters möglich.
Figur 4 zeigt eine weitere mögliche Verwendung der Gitterfächeranordnung
für einen "Distributed Feedback-Laser". Dabei ist mit 1 der Gitterfächer, mit 7 das laseraktive Material,
mit 8 und 9 Wellenleitertaper und mit 10 und 11 passive Wellenleiter bezeichnet. Das laseraktive Material 7 hat in
diesem Fall die Breite c = r - r., die der Breite des gesamten Gitterfächers 1 entspricht. Wird in diesem Material
durch Pumpen eine zur Laseremission ausreichende Inversion erzeugt, so werden diejenigen Moden anschwingen, die innerhalb
der Fluoreszenzlinienbreite in dem Gitterfächer eine geeignete, angepaßte Resonatorbahn vorfinden.
Durch Kombination von zwei durch Gitterfächer realisierten Reflektoren auf laseraktivem Material und der Lichtauskopplung
über Taper läßt sich analog zu makroskopischen Lasern mit Endspiegeln ebenfalls ein intergrierter Laserresonator aufbauen.
Obwohl bei Gitterfächern mit räumlich und zeitlich konstanter Beeinflussung der spektralen Eigenschaften des geführten Lichtes
im Fall von Reflektoren die optischen Streifenbreiten a und b im allgemeinen jeweils ein ungeradzahliges Vielfaches einer
Viertelwellenlänge betragen, sind auch alle anderen Abstandsund Brechungsindexkombinationen der erfindungsgemäßen Fächerstreifen
in Analogie zu makroskopischen Interferenzvielfachschichten möglich.
Werden die Gitterstreifen durch Anlegen einer Spannung an eine
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fächerförmige Anordnung von beispielsweise Elektrodenfingern in Kombination mit einem elektrooptischen Material erzeugt, bei
dem es sich beispielsweise um einen elektrooptischen Kristall oder um einen Flüssigkristall handeln kann, so müssen zur
Erzielung eines möglichst großen Effektes eventuell auftretende ausgedehnte Zonen mit einem mittleren Brechungsindex (die
zwisehen den Bereichen mit maximalem und minimalem Brechungsindex
liegen) zweckmäßigerweise eine optische Zonenbreite von .einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge aufweisen.
Figur 5 zeigt die räumliche Elektrodenanordnung im Schnitt mit dem zugehörigen Brechungsindexprofil für den Brechungsindex η am Beispiel eines Reflektors mit induziertem Gitterfächer
bei Verwendung eines elektrooptischen Kristalls 16. Mit 12 und 13 sind zwei Substrate bezeichnet, mit 14 Elektroden,
deren Polarität durch +- oder -Zeichen bezeichnet sind, mit 15 eine dielektrische Zwischenschicht und mit η die Änderung
des Brechungsindex im zugehörigen Brechungsindexprofil.
Figur 6 zeigt eine entsprechende Anordnung mit einem Flüssigkristall
16 als elektrooptischen! Material, in dem ebenfalls
ein Brechungsindexprofil durch die Elektroden des Gitteri'ächers
14 erzeugt werden. Mt 12 ist hier ein verschiebbares Substrat
bezeichnet, mit 15 Isolatorschichten, mit 17 eine flächenhafte Gegenelektrode und mit 13 wieder ein Substrat.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Fächeraufweitung des Gitterfächers in diskreten Schritten erfolgen, wie es
in Figur 7 dargestellt ist. In diesem Fall sind die zugehörigen Wellenleiterbahnen des Wellenleiters 1 unter
der Elektrodenanordnung 14 im Verlauf gerade, so daß auch hier die Grenzen der Eächerelemente senkrecht vom Wellenleiter
geschnitten werden.
6 Patentansprüche
7 Figuren
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Claims (6)
- PatentansprücheAnordnung für durchstimmbar optische Wellenleiter-Komponenten, die insbesondere als frequenzselektiver Reflektor, Filter oder Resonator dient, bestehend aus räumlich alternierenden periodischen oder nicht periodischen Gitterstreifen in einem lichtführenden Material, dadurch gekennzeichnet , daß die Gitterstreifen als Gitterfächer mit kontinuierlicher variabler Gitterkonstante derart angeordnet sind, daß alle Gitterstreifen in einer gedachten Verlängerung in einen Punkt münden.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die fächerförmigen Gitterstreifen eingeprägte oder elektrooptisch induzierte Brechungsindexvariationen in dem lichtführenden Material sind.
- 3. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Gitterfächer auf einem Substrat aufgebracht ist, das in kleinstmöglichemAbstand über oder unter einem verschiebbaren Wellenleiter oder einem Vielfach fest angeordneter konzentrischer Wellenleiter angeordnet ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß der oder die Wellenleiter derart gekrümmt ist oder sind, daß er oder sie die Grenzen der Gitterstreifen senkrecht schneidet oder schneiden.
- 5. Anordnung, die als umschaltbares schmalbandiges Interferenzfilter für integrierte optische Anordnungen dient, bestehend aus zwei als Reflektoren ausgebildeten Gitterfächer nach Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand der beiden Gitterfächer voneinander ein ganzzahliges Vielfaches der halbenVPA 9/710/4056 -8-609812/0832 'Lichtwellenlänge des verwendeten Gitters beträgt.
- 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t , daß die Fächeraufweitung des Gitterfächers in diskreten Schritten erfolgt.VPA 9/710/4056609812/0832Leerseite
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