DE2552118C2

DE2552118C2 - Optischer Koppler

Info

Publication number: DE2552118C2
Application number: DE19752552118
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Horiba Jobin Yvon SAS
Current assignee: Horiba Jobin Yvon SAS
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1975-11-20
Publication date: 1982-08-26
Also published as: FR2292243B1; FR2292243A1; GB1485068A; DE2552118A1

Description

η +sin Θ

— < η+sin Θ
a

— > //-sin©
a

— >N+sin9 a

genügen, in denen N für den Brechungsindex des Substrats (5), η für den Brechungsindex der dünnen Schicht (9) und λ für die Wellenlänge des einfallenden monochromatischen Lichts stehen, wodurch die reflektierten Lichtbündel der Ordnung — 1 und + 2 sowie das durchgehende Lichtbündel der Ordnung +1 unterdrückt und im wesentlichen nur die +1. reflektierte Ordnung weitergeleitet wird. 2. Optischer Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsgitter (8) ein durch Kopie erhaltenes metallisiertes Gitter ist

Die Erfindung betrifft einen optischen Koppler, wie er in Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist

Ein in dieser Art aufgebauter optischer Koppler ist aus »Scientific American«, 4/1974, S. 28—35 bekannt, und auch in der DE-OS 2124 916 ist ein ähnlicher Koppler beschrieben, bei dem das Reflexionsgitter an der freien Oberfläche der dünnen Schicht ausgebildet ist. Das Substrat und die dünne Schicht unterscheiden sich in ihrem Brechungsindex voneinander, und der Einfallswinkel für das Licht bei dessen Auftreffen auf das Reflexionsgitter ist im Sinne einer Phasenanpassung zwischen Licht in einer der Gitterordnungen einerseits und einem Ausbreitungsmodus in dem durch die dünne Schicht gebildeten Lichtleiter andererseits gewählt Eine derartige Kopplerausbildung erlaubt zwar die Auswahl einer bestimmten Beugungsordnung für die Weiterleitung, außerdem werden aber auch alle höheren Beugungsordnungen weitergeleitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Koppler der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß sich eine Struktur ergibt, die zum einen den Wirkungsgrad für die Lichteinkopplung in den durch die dünne Schicht gebildeten Lichtleiter auf einen Maximalwert bringt und zum anderen einer einfachen und bequemen industriellen Herstellung zugänglich ist

• '*- Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen optischen Koppler, wie er im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist; eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch 2.

Die erfindungsgemäße Ausbildung eines optischen Kopplers ermöglicht eine optimale Einkopplung des Lichtes in einen als dünne Schicht ausgeführten Lichtleiter, und sie gestattet eine einfache Fertigung in

ίο groPindustriellem Maßstab unter Verwendung metallisierter und durch Kopie erhaltener Gitter. Darüber hinaus lassen sich erfindungsgemäß gestaltete optische Koppler ohne weiteres auch in miniaturisierter Ausführung herstellen, was insbesondere für einen Einsatz nach Art einer integrierten Schaltung wie in der Elektronik von großem Vorteil ist

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels veranschaulicht; dabei zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen optischen Koppler in einer zur Ausbreitungsrichtung für die Lichtenergie in dessen dünner Schicht parallelen Ebene und

F i g. 2 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der bei der Auswahl der Werte für die Teilung des Reflexionsgitters und für den Einfallswinkel zu beachtenden Grenzen.

Der in F i g. 1 dargestellte optische Koppler weist als Träger ein Substrat 5 auf, das beispielsweise aus Glas bestehen kann. Auf dieses Substrat 5 ist einseitig eine Auflage 6 aufgebracht, die auf ihrer dem Substrat 5 abgewandten Oberfläche eine Metallisierung 7 trägt und in einem Teil ihrer Länge als ein Reflexionsgitter 8 ausgebildet ist. Auf die Metallisierung 7 ist eine dünne Schicht 9 aufgebracht die einen Lichtleiter bildet, in den die Lichtenergie eingekoppelt werden soll.

Die Auflage 6 weist beispielsweise eine Dicke in der Größenordnung von 100 Mikron auf, und das Reflexionsgitter 8 ist bevorzugt durch Kopie in einem Kunstharz erhalten. Das zugehörige Original kann beispielsweise ein auf holographischem Wege erhaltenes Beugungsgitter sein. Selbstverständlich kann ein solches Beugungsgitter auch im Original verwendet werden, um das Reflexionsgitter 8 zu erhalten, und ebenso kann dafür auch ein in Metall oder ein sonstiges Material eingraviertes Gitter verwendet werden.

Die Metallisierung 7 hat beispielsweise eine Dicke in der Größenordnung von 600 A.

Die dünne Schicht 9, die den Lichtleiter bildet, ist eine dielektrische Harzschicht, deren Dicke beispielsweise einige Mikron betragen kann. Für die Herstellung dieser dünnen Schicht kommen beispielsweise Aufdampfen oder Niederschlagen mittels Zentrifugieren in Betracht Grundsätzlich können die Rillen des etwa durch

Gravierung oder auf holographischem Wege erhaltenen Originals für die Herstellung des Reflexionsgitters 8 ein beliebiges Profil aufweisen. Besondere Vorteile bieten für eine Energiekonzentration auf bestimmte Ordnungen jedoch solche Gitter, die ein unsymmetrisches Rillenprofil aufweisen, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist Zur Erzielung optimaler Koppelbedingungen müssen die Teilung a für das Reflexionsgitter 8 und der in F i g. 1 ebenfalls eingezeichnete Einfallswinkel θ des Lichtes bei dessen Auftreffen auf die dünne Schicht 9 den Bedingungen genügen, die in der graphischen Darstellung von F i g. 2 für ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem Brechungsindex π für das Material der dünnen Schicht 9 und dem Brechungsindex N für das Material des Substrats 5, nämlich für den Fall λ>3Ν dargestellt

sind. Dabei gilt in dieser Darstellung für die Abszisse

x= — und für die Ordinate y= sin Θα

Allgemein lassen sich diese Bedingungen formulieren· zu:

/i+sin0 _< λ
2 -T^:

rechts von den beiden Halbgeraden D1 und D' 1,
rechts von den beiden Halbgeraden D 4 und D'4 und
zwischen den beiden Halbgeraden D 2 und D 3
oder zwischen den beiden Halbgeraden D'l und D'3
liegt Dabei genügen die verschiedenen Halbgerader, folgenden Gleichungen:

— >/;-sin0
a

— > W+sin Θ
a

wobei X für die Wellenlänge des einzukoppelnden monochromatischen Lichts steht

Bei Einhaltung dieser Bedingungen gibt es in der dünnen Schicht 9 nur das reflektierte Lichtbündel der Ordnung +1, das dann entlang des entsprechenden Lichtleiters weiterläuft. Alle anderen Ordnungen sind praktisch nicht vorhanden.

Auf die graphische Darstellung von Fig.2 übertragen ergeben die vorgenannten Bedingungen die Forderung, daß die Teilung a und der Einfallswinkel Θ so zu wählen sind, daß in F i g. 2 ein durch die Koordinaten xundygekennzeichneter Punkt gleichzeitig

Dl:	y=2X ■ x-n
D 2:	y=X ■ x-N;
D3:	y=X ■ x—n;
D4:	y=n—X ■ x;
D'l:	y=n-2X ■ χ
D'2:	y=N-,\ · a;
D'3:	y=n—X - x;
D'4:	y=X ■ x—n.

Die charakteristischen Punkte müssen also solche Koordinaten aufweisen, daß sie innerhalb einer der beiden in F i g. 2 schraffiert dargestellten Zonen liegen. Die Form dieser Zonen wird im einzelnen Falle bestimmt durch die jeweiligen Werte für die Brechungsindizes η und A^rund für die Wellenlänge X.

Optische Koppler in erfindungsgemäßer Ausbildung lassen sich insbesondere für die Analyse von biologischen Substanzen verwenden, die auf die dünne Schicht 9 aufgebracht werden, sie eignen sich aber auch für den Bau von opüschen Modulatoren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2S52.118 Patentansprüche:

1. Optischer Koppler mit einem Beugungsgitter aus einem aus einem mit einer dünnen transparenten Schicht für d5e Einschließung von sich längs dieser Schicht ausbreitender Lichtenergie bedeckten Substrat und einem zwischen diesem und der dünnen Schicht angeordneten Reflexionsgitter für eine Lichtumlenkung in die Schicht hinein unter einem die Lichtausbreitung in der Schicht gestattenden Winkel, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung a des Reflexionsgitters (8) und der Einfallswinkel Θ für das Licht bei dessen Auftreffen auf die dünne Schicht (9) in bezug auf die Normale zur Eintrittsebene den Bedingungen: