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Die Erfindung bezieht sich auf einen Modulator zur
Modulation einer elektromagnetischen Welle nach Amplitude oder
Phase, insbesondere im Frequenzbereich, der sich vom
sichtbaren Licht zum fernen Infrarot erstreckt. Die zu modulierende
Welle kann eine geführte oder eine freie Welle sein.
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Es sind Modulatoren bekannt, die im mittleren
Infrarotbereich arbeiten und auf einer Ladungsträgerinjektion
beruhen. Ein derartiger Modulator hat ein begrenztes Durchlaßband
wegen der langen Lebensdauer der Ladungsträger. Es sind auch
Modulatoren bekannt, die den elektrooptischen Effekt
ausnutzen. Dieser Effekt ist sehr schnell, aber es ist unmöglich,
ein der Schnelligkeit dieses Effekts entsprechendes
Durchlaßband zu erzielen, da diese Modulatoren Elektroden zum Anlegen
eines elektrischen Felds besitzen, deren Kapazitäten
verhältnismäßig groß sind.
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In klassischen Modulatoren ist die Durchlaßbandbreite
von den Abmessungen des Modulators abhängig. Dieses Problem
des Durchlaßbandes wird noch erschwert, wenn die Wellenlänge
zunimmt, da die Abmessungen eines Modulators mit der
Wellenlänge der zu modulierenden Welle zunehmen. Insbesondere ist
die Herstellung eines Modulators für den mittleren
Infrarotwellenbereich viel schwieriger als die Herstellung eines
Modulators für den Bereich des sichtbaren oder des nahen
Infrarotbereichs.
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Ziel der Erfindung ist es, einen Modulator
vorzuschlagen, dessen Durchlaßband breiter als das der klassischen
Modulatoren für den Bereich des mittleren oder fernen Infrarot
ist. Gegenstand der Erfindung ist ein Modulator, der in
Halbleitermaterialien eine optisch/optische Wechselwirkung
zwischen einer ersten Welle, der zu modulierenden Welle, und
einer zweiten Welle mit in der Regel höherer Frequenz
ausnützt, die Steuerwelle genannt wird und das modulierende
Signal in Form einer Amplitudenmodulation trägt.
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Diese Wechselwirkung wird durch Verwendung von
Quantenstrukturen mit mindestens zwei diskreten Niveaus möglich.
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Ein Modulator mit Quantensenken, der die Anregungssättigung
(Übergänge zwischen Bändern) verwendet und die im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Elemente enthält, ist in dem
Dokument WO-A-84/03363 offenbart. In den erfindungsgemäßen
Modulatoren kann die zu modulierende Welle beispielsweise dem
mittleren Infrarotbereich angehören, während die Steuerwelle im
Bereich des sichtbaren oder nahen Infrarotlichts liegt, in dem
es einfach ist, klassische Modulatoren herzustellen.
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Der erfindungsgemäße Modulator kann auch als
steuerbarer Polarisator verwendet werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Modulator für eine
elektromagnetische Welle mit Mitteln, um an den Modulator eine Welle
eines ersten Frequenzbereichs als zu modulierende Welle
auszulegen, mit Mitteln, die eine Steuerwelle eines zweiten
Frequenzbereichs liefern, die auf den Modulator gerichtet ist,
mit mindestens einer ersten Schicht aus Halbleitermaterial
eines ersten Typs, die zwischen zwei zweiten Schichten eines
Halbleitermaterials eines zweiten Typs liegt, wobei alle diese
Schichten von der zu modulierenden Welle und der Steuerwelle
durchquert werden und wobei die beiden Typen von Materialien
so gewählt sind, daß sich eine Potentialsenke im Leitband und
im Valenzband jeder ersten Schicht befindet, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Schicht so gewählt ist, daß
die Elektronen ihres Leitbands mindestens zwei diskrete
zugelassene Energieniveaus besitzen, deren Energiedifferenz
einer Frequenz in der Nähe des ersten Frequenzbereichs der zu
modulierenden Welle entspricht, und daß die Dicke jeder ersten
Schicht so gewählt ist, daß die Löcher ihres Valenzbandes
zugelassene Energieniveaus besitzen, die so gewählt sind, daß
die Energiedifferenz zwischen dem zugelassenen
Fundamentalniveau für die Löcher im Valenzband und dem zugelassenen
Fundamentalniveau für die Elektronen im Leitband einen Wert
besitzt, der in der Nähe dessen liegt, der dem zweiten
Frequenzbereich
der Steuerwelle entspricht.
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Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung anhand der bei liegenden Figuren
hervor
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Figur 1 zeigt ein Diagramm der Energieniveaus in der
Quantenstruktur, die im erfindungsgemäßen Modulator verwendet
wird.
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Figur 2 zeigt ein Diagramm der Energieniveaus in
dieser Quantenstruktur für eine bestimmte Materialauswahl zur
Bildung eines Modulators gemäß der Erfindung.
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Figur 3 zeigt Kurven des reellen und imaginären Teils
des Brechungsindex in der Quantenstruktur abhängig von der
Frequenz der zu modulierenden Welle.
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Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Modulators, um eine in einer einzigen
Dimension geführte Welle zu modulieren.
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Figur 5 zeigt die Absorptions- und
Phasenverschiebungskurve der zu modulierenden Welle abhängig von der
Frequenz.
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Figur 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Modulators, um eine in zwei Dimensionen
geführte Welle zu modulieren.
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Figur 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Modulators, um eine sich frei ausbreitende
Welle zu modulieren.
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Das Diagramm gemäß Figur 1 zeigt die Energieniveaus
der Ladungsträger in der Quantenstruktur, die in dem
erfindungsgemäßen Modulator verwendet wird. Diese Quantenstruktur
enthält eine Schicht 2 aus Halbleitermaterial eines ersten
Typs Mb und zwei Schichten 1 und 3 eines Halbleitermaterials
eines zweiten Typs Ma zu beiden Seiten der Schicht 2. Die
Schichten 1 und 3 besitzen ein verbotenes Band einer Breite
Ega, während die Schicht 2 ein verbotenes Band einer Breite Egb
< Ega besitzt.
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Es wird allgemein anerkannt, daß die Differenz
zwischen
den beiden Breiten sich zwischen dem Leitband und dem
Valenzband gemäß Verhältnissen in der Nähe von 65:35 verteilt.
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Die Kombination dieser drei Schichten aus
Halbleitermaterial mit unterschiedlichen Breiten ihrer verbotenen Bänder
erlaubt die Erzeugung einer Potentialsenke für die Elektronen
im Leitband und für die Löcher im Valenzband. Wenn die
Abmessungen dieser Senken den diesen Partikeln zugeordneten
Broglie-Wellenlängen nahekommen, dann kann die gesamte
erlaubte Energie nur eine begrenzte Anzahl diskreter Werte annehmen.
Diese Anzahl von Werten und die Werte hängen direkt von den
Abmessungen der Quantensenken und der Kennzeichen der
Halbleitermaterialien ab.
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Die in dem erfindungsgemäßen Modulator verwendete
Quantenstruktur hat eine einzige Abmessung, nämlich die Dicke
1b der Schicht 2. Die Senke besitzt also zwei diskrete erlaubte
Energieniveaus e&sub1; und e&sub2; für die Elektronen im Leitband und
zwei Niveaus h&sub1; und h&sub2; für die Löcher im Valenzband. Um zu
vereinfachen, nimmt man an, daß alle Löcher des Valenzbandes
die gleichen Kennzeichen besitzen, was zur Existenz von nur
zwei diskreten zugelassenen Energieniveaus h&sub1; und h&sub2; führt.
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Das die Schicht 2 bildende Halbleitermaterial besitzt
keine Dotierung. Es besitzt lediglich eine Restdotierung, die
so gering ist, wie es die Technologie erlaubt, damit das
Fundamentalniveau e&sub1; des Leitbands in der Quantensenke ohne
Ladungsträger ist, um einen höchsten Modulationswirkungsgrad zu
erhalten. Die Schichten 1 und 3 bestehen ebenfalls aus einem
undotierten Halbleitermaterial. Wenn die drei Schichten eine
Dotierung besäßen, dann würde sich der Modulationswirkungsgrad
verringern, aber es gäbe immer noch einen Modulationseffekt.
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Der Betrieb des erfindungsgemäßen Modulators besteht
darin, das Niveau e&sub1; durch optisches Pumpen mit Hilfe einer
Steuerwelle einer Frequenz ν&sub2; nahe der Frequenz ν&sub2;&sup0;
entsprechend der Energiedifferenz zwischen dem Fundamentalniveau h&sub1; im
Valenzband und dem Fundamentalniveau e&sub1; im Leitband in der
Quantensenke mit Ladungsträgern zu bevölkern. Diese Besetzung
des Niveaus e&sub1; erlaubt dann einen Resonanzübergang vom Niveau
e&sub1; auf das Niveau e&sub2; und verändert so erheblich die optischen
Kennwerte der die Quantensenke bildenden Materialien.
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Eine Welle der Frequenz ν&sub1; nahe der Frequenz ν&sub1;&sup0;
entsprechend der Energiedifferenz zwischen den Niveaus e&sub1; und e&sub2;
unterliegt einer Absorption und einer Phasenverschiebung, die
von der Besetzung des Niveaus e&sub1; mit Ladungsträgern abhängen.
Da diese Besetzung von der Amplitude der Pumpwelle abhängt,
ist es möglich, die Welle der Frequenz ν&sub1; nach Amplitude oder
Phase zu modulieren, indem man auf die Amplitude der
Steuerwelle einwirkt, die das optische Pumpen gewährleistet.
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Findet kein optisches Pumpen statt, dann ist diese
Quantenstruktur völlig transparent für die zu modulierende
Welle, da die Energie dieser Fotonen hν&sub1; (h ist die
Planck-Konstante) geringer als die Breite Ega und die Breite Egb der
verbotenen Bänder der Materialien Ma und Mb ist.
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Aus Symmetriegründen kann kein Übergang vom Niveau h&sub2;
zum Niveau e&sub1; erfolgen. Der Übergang vom Niveau h&sub2; zum Niveau
e&sub2; ist nicht zu suchen.
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Figur 2 zeigt ein Diagramm der Energieniveaus ähnlich
dem der Figur 1 für ein Ausführungsbeispiel, in dem die
Schichten 1 und 3 aus Ga0,7Al0,3As bestehen und bei dem die
Schicht 1 von GaAs gebildet wird. Für diese Materialien gilt
Ega = 1798 meV und Egb = 1424 meV. Für eine Dicke lb = 0,0085
Mikrometer sind die erlaubten Energieniveaus derart, daß der
Übergang vom Niveau e&sub1; auf das Niveau e&sub2; einer Energiedifferenz
von 117 meV und einer Wellenlänge von 10,6 Mikrometer
entspricht. Die zu modulierende Welle soll also eine Wellenlänge
in der Nähe dieses Werts besitzen.
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Die schweren Löcher haben vier erlaubte Energieniveaus
hh&sub1;, ... hh&sub4;. Die leichten Löcher haben zwei erlaubte
Energieniveaus lh&sub1; und lh&sub2;. Die Energiedifferenz zwischen dem
erlaubten Fundamentalniveau für die schweren Löcher hh&sub1; und dem
erlaubten Fundamentalniveau für die Elektronen e&sub1; im Leitband ist
gleich 1474 meV, was einer Wellenlänge von 0,84 Mikrometer
entspricht. Die Wellenlänge der Steuerwelle soll also in der
Nähe dieses Werts liegen, damit sich ein optisches Pumpen
ergibt, und kann so leicht mit einem Halbleiterlaser erzeugt
werden. Dieses Beispiel zeigt, daß es möglich ist, eine
Wechselwirkung in der Quantenstruktur zwischen einer Welle im sehr
nahen Infrarotbereich und einer Welle im mittleren
Infrarotbereich herbeizuführen, wobei letztere Welle beispielsweise von
einem CO&sub2;-Laser geliefert werden kann.
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Die Figuren 3a und 3b zeigen den reellen Teil Δr bzw.
den imaginären Teil Δi des Brechungsindex in der
Quantenstruktur in der Nähe der Frequenz ν&sub1;&sup0; entsprechend genau dem
Resonanzübergang vom Niveau e&sub1; zum Niveau e&sub2;. Die Kurve mit dem
reellen Teil hat die Form einer auf die Frequenz ν&sub1;&sup0;
zentrierten Glocke, während die Kurve des imaginären Teils die Form
eines auf die Frequenz ν&sub1;&sup0; zentrierten S besitzt, mit einem
Minimum und einem Maximum zu beiden Seiten dieser Frequenz.
Diese Kurven der anormalen Dispersion zeigen die Möglichkeiten
der Phasen- oder Amplitudenmodulation einer Welle der Frequenz
ν&sub1; nahe der Frequenz ν&sub1;&sup0;.
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Figur 4 zeigt schematisch ein erstes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Modulators, um eine durch
eindimensionale Einschließung geführte Welle zu modulieren. Er
besitzt drei Schichten 1, 2, 3 aus Halbleitermaterialien Ma,
Mb, Ma, die durch aufeinanderfolgendes epitaxiales Wachstum auf
ein Substrat 4 aufgebracht werden, das seinerseits aus
Halbleitermaterial besteht. Die drei Schichten 1, 2, 3 und das
Substrat 4 besitzen dieselbe kristalline Struktur, und ihre
Gitterparameter sind alle gleich oder sehr ähnlich. Diese drei
Schichten entsprechen den drei Schichten des in Figur 1
gezeigten Diagramms. Die Dicke der Schicht 2 ist so gewählt, daß
eine Quantensenke mit zwei erlaubten Niveaus e&sub1; und e&sub2; im
Leitband hergestellt wird.
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Die zu modulierende Welle, hν&sub1; bezeichnet, wird an die
Schichten 1, 2, 3 parallel zu ihrer Ebene angelegt und tritt
parallel zu ihrer Ebene aus, nachdem sie die Schichten in
Längsrichtung durchquert hat. Die Gesamtheit der Schichten 1
bis 3 bildet die lichtführende Zone. Ihre Dicke lt sowie der
Wert der Brechungsindices der Materialien werden so gewählt,
daß diese drei Schichten mindestens einen Fortpflanzungsmodus
für Frequenzen in der Nähe von ν&sub1;&sup0; führen. Die Dicken l&sub1; und l&sub3;
der Schichten 1 und 3 werden so gewählt, daß die Überdeckung
des oder der Fortpflanzungsmodi, die man modulieren will, mit
der in der Zone der Quantensenke lokalisierten Störung optimal
wird.
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Die Steuerwelle, hν&sub2; genannt, durchquert die Schichten
1, 2, 3 in diesem Beispiel senkrecht zur Schichtebene. Sie
kann einen beliebigen Einfallswinkel besitzen. Die Steuerwelle
wird beispielsweise von einem nicht dargestellten klassischen
Modulator geliefert, dessen Herstellung für die Frequenz ν&sub2; zu
den üblichen fachmännischen Maßnahmen gehört. Dieser
klassische Modulator empfängt einerseits eine Welle der Frequenz ν&sub2;
mit konstanter Amplitude, die beispielsweise von einer
Laserdiode geliefert wird, und andererseits ein elektrisches
modulierendes Signal, das beispielsweise eine Folge von Binärdaten
darstellt. Die Schicht 1 ist für die Steuerwelle transparent,
da ihre Energie hν&sub2; kleiner als die Breite Ega des verbotenen
Bands der Schicht 1 ist.
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Die Ausbreitungsmodi in einem derartigen Lichtleiter
können in zwei Familien unterteilt werden, die TE-Modi
(transversal-elektrisch), für die die einzige Komponente des
elektrischen Felds, die der Ausbreitung zugeordnet ist, in
Richtung der Achse oy ausgerichtet ist, und die TM-Modi
(transversal-magnetisch), für die das elektrische Feld eine Komponente
in Richtung der Achse ox und eine Komponente in Richtung der
Achse oz besitzt, wobei die Achse oz parallel zur
Ausbreitungsrichtung der geführten Welle, die Achse oy parallel zur
großen Seite des Querschnitts des Lichtleiters sowie die Achse
ox parallel zur kleinen Seite des Querschnitts des
Lichtleiters verläuft. Es zeigt sich, daß nur diejenigen Modi dem
Einfluß der Übergänge vom Niveau e&sub1; zum Niveau e&sub2; unterliegen,
die eine Komponente ungleich Null des elektrischen Felds in
der zur Ebene der Potentialbarrieren der Quantensenke
senkrechten Richtung besitzen, d.h. senkrecht zur Ebene des
Lichtleiters. Der günstigste Fall für die Modulation entspricht
außerdem der Verwendung eines Lichtleiters mit einem einzigen
Modus TM.
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Der erfindungsgemäße Modulator kann entweder zur
Herstellung einer Amplitudenmodulation oder einer
Phasenmodulation oder einer steuerbaren Polarisation verwendet werden. Die
Art der erhaltenen Modulation hängt vom Abstand zwischen der
Frequenz ν&sub1; der zu modulierenden Welle und der Frequenz ν&sub1;&sup0; ab.
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Die Figuren 5a und 5b zeigen die Absorptionskurve Δα
je Längeneinheit des Lichtleiters und die Phasenverschiebung
Δφ dieser Welle abhängig von der Frequenz ν&sub1;. Die erste Kurve
hat eine auf die Frequenz ν&sub1;&sup0; zentrierte Glockenform und die
zweite Kurve die Form eines auf die Frequenz ν&sub1;&sup0; zentrierten S
mit einem Maximum und einem Minimum, die einen Frequenzabstand
Δν&sub1; bezüglich von ν&sub1;&sup0; besitzen.
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Um den Modulator als Amplitudenmodulator mit einer
möglichst geringen Phasenmodulation zu verwenden, ist es
notwendig, daß die Frequenz ν&sub1; der zu modulierenden Welle sehr
nahe bei ν&sub1;&sup0; liegt, wobei der Abstand kleiner als Δν&sub1; sein muß.
Will man den Modulator dagegen als Phasenmodulator mit einer
möglichst geringen Amplitudenmodulation verwenden, dann ist es
notwendig, daß die Frequenz ν&sub1; um mindestens den Wert Δν&sub1;
bezüglich ν&sub1;&sup0; verschoben ist, um eine starke Phasenverschiebung
Δφ zu erzielen und sogleich so weit wie möglich die Absorption
Δα zu verringern. Die schraffierte Zone in Figur 5b entspricht
dem Frequenzbereich, der in diesem letzteren Fall zu vermeiden
ist.
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Dieser Modulator kann auch als steuerbarer Polarisator
verwendet werden. Wie oben erwähnt, können nämlich nur die
TM-Modi durch einen Übergang der Elektronen vom Niveau e&sub1; auf
das Niveau e&sub2; der Quantensenke absorbiert werden. Wenn Modi
zweier Typen, TE und TM, am Eingang des Lichtleiters angeregt
werden, dann behalten die Modi TE ihre ursprüngliche
Amplitude, während die Modi TM absorbiert werden, wenn die
Quantensenke mit einem Licht der Frequenz ν&sub2; beleuchtet wird. Die
Amplituden der Modi der beiden Typen bleiben unverändert, wenn
diese Beleuchtung fehlt. Dieser Modulator kann also als
Polarisator mit optischer Steuerung verwendet werden. Die
Überdeckung zwischen der Störzone und den Ausbreitungszonen der
verschiedenen Modi variiert mit dem Rang und der Art dieser
Modi. Die beste Ausführungsform des Modulators, wenn er als
Polarisator verwendet werden soll, sieht einen Lichtleiter
vor, der nur einen einzigen TE-Modus und einen einzigen TM-
Modus besitzt und bei dem die Frequenz der zu polarisierenden
Welle so nahe wie möglich bei ν&sub1;&sup0; liegt.
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Der erfindungsgemäße Modulator ermöglicht auch die
Herstellung eines Polarisators mit elektrischer Steuerung,
indem er einem klassischen Modulator oder einem elektrisch
gesteuerten optischen Schalter zugeordnet wird, um eine Welle
der Frequenz ν&sub2;, die beispielsweise von einer Laserdiode
geliefert wird, zu blockieren oder zu übertragen.
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Die geringe Ausdehnung der Zone, in der die optischen
Eigenschaften abhängig vom modulierenden Signal variieren, hat
zur Folge, daß die Überdeckung zwischen den Ausbreitungszonen
der optischen Modi und der Störzone gering ist. Daher ist der
Modulationswirkungsgrad niedrig, wenn nur eine einzige
Quantenstruktur wie oben beschrieben vorliegt. Um diese
Überdekkung zu vergrößern, ist es möglich, die Anzahl von
Quantensenken zu multiplizieren, indem man abwechselnd Schichten von
Halbleitermaterialien der beiden Typen stapelt, um eine Serie
von Quantensenken zu bilden.
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Figur 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Modulators mit einer Mehrzahl von
Quantensenken. Andererseits besitzt dieses Ausführungsbeispiel eine
besondere Konfiguration, die eine zweidimensionale
Einschließung der zu modulierenden Welle erlaubt. Der Modulator enthält
eine erste Schicht 11, die die zweidimensionale Einschließung
bewirken soll und aus einem Halbleitermaterial eines ersten
Typs Ma besteht, eine periodische Folge von Schichten des
Materials Mb und des Materials Ma mit der Dicke lb bzw. la, die eine
Zone 12 bildet, die Vielfachquantensenke genannt wird, eine
Schicht 13 des Materials des Typs Ma und ein Substrat 14.
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Die erste Schicht 11 enthält eine ebene Rippe 11b, die
sich entlang der großen Symmetrieachse der Schicht 11
erstreckt und bezüglich eines ebenen Bereichs 11a vorsteht. Der
ebene Bereich 11a wird durch eine Verringerung lx der Dicke l&sub1;&sub1;
der Schicht 11 erreicht. Die Dicke der Rippe 11a ist also
gleich lx und ihre Breite ist mit ly bezeichnet. Die zu
modulierende Welle hν&sub1; pflanzt sich also in Richtung der großen
Symmetrieachse der Rippe 11a fort.
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Die Dicke la bestimmt die Breite der
Potentialbarrieren, die die Senken voneinander trennt, und muß hinreichend
groß sein, um die Kopplung dieser Senken zu verbieten, d.h. zu
erreichen, daß der Zustand eines Elektrons in einer Senke vom
Zustand der Elektronen in den anderen Senken unabhängig ist.
Die Dicke 1b ist so gewählt, daß die Senken zumindest zwei
diskrete erlaubte Energieniveaus im Leitband besitzen. Die
Vielzahl von Senken hat nicht nur die Wirkung, die Überdeckung
zwischen der gesuchten Störung und dem geführten Modus zu
verbessern, sondern auch die Anzahl von im Niveau e&sub1;
verfügbaren Elektronen zu vergrößern, was die Sättigungsschwelle der
Übergänge vom Niveau h&sub1; zum Niveau e&sub1; und vom Niveau e&sub1; zum
Niveau e&sub2; weiter hinausschiebt.
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Da die Einschließung der zu modulierenden Welle in
diesem Ausführungsbeispiel zweidimensional ist, sind die Modi
nicht mehr exakt TE und TM, sondern quasi TE und quasi TM.
Immerhin liegen die Hauptkomponenten des elektrischen Felds in
der Achse oy für die quasi-TE Modi und in der Achse ox für die
quasi-TM Modi. Nur letztere unterliegen also praktisch dem
Einfluß des Übergangs vom Niveau e&sub1; zum Niveau e&sub2;. Dieses
Ausführungsbeispiel ermöglicht also auch eine Phasen- oder
Amplitudenmodulation einer geführten Welle der Frequenz ν&sub1; durch
Beleuchtung mit einem Licht der Frequenz ν&sub2;, das auf die
Breitseite ly der Rippe 11b fällt. Die Breite ly und die Dicke lx
dieser Rippe bezüglich des flachen Bereichs 11a werden durch
ein klassisches Verfahren abhängig von der Anzahl der für den
Lichtleiter akzeptierten Modi berechnet. Den höchsten
Modulationswirkungsgrad erreicht man durch Verwendung eines
Lichtleiters, der nur einen einzigen quasi-TM-Modus besitzt. In
gleicher Weise werden die Dicke l&sub1;&sub1; und die Dicke l&sub1;&sub3; der
Schichten 11 und 13 durch ein klassisches Verfahren abhängig
von den für den Lichtleiter gewünschten Kennwerten bestimmt.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele eignen
sich sehr gut zur Modulation einer geführten Welle, da die
Wechselwirkung zwischen der geführten Welle und der Störung
über eine große Fortpflanzungsstrecke hinweg erfolgt. Diese
Strecke ist nämlich gleich der Länge der Schichten, da die
geführte Welle sich parallel zur Ebene der Schichten
fortpflanzt und in den Schichten eingeschlossen bleibt. Der Fall
einer freien Welle unterscheidet sich davon, da die Welle
nicht in diesen Schichten eingeschlossen bleiben kann. Die
Wechselwirkung wird daher auf eine Fortpflanzungsstrecke
beschränkt, die annähernd gleich der Dicke der Schicht oder der
Schichten aus dem Material Mb ist, die wesentlich geringer als
die Länge der Schichten ist. Im oben beschriebenen Beispiel
ist diese Dicke gleich 0,0085 Mikrometer je Schicht des
Materials Mb. Um die Wirksamkeit der Wechselwirkung zu erhöhen, ist
es notwendig, die Anzahl von Paaren von Schichten des
Materials Ma und des Materials Mb zu vervielfachen. Diese Anzahl von
Schichtpaaren kann beispielsweise 100 betragen.
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Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Modulators, der besonders zur Modulation einer
ungeführten Welle geeignet ist. Er enthält eine
Vielfachquantensenke 15, die aus 100 Paaren von Schichten des Materials Ma und
des Materials Mb gebildet wird, wobei die Schichten ähnlich wie
in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen auf ein
Substrat 16 gebracht werden. Die zu modulierende Welle hν&sub1; wird
unter einem beliebigen Einfallswinkel ungleich Null bezüglich
der Normalen auf die Schichten 15 gerichtet, um eine wirksame
Wechselwirkung für die parallel zur Einfallsebene verlaufenden
optischen Polarisationen zu erhalten.
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Die zu modulierende Welle durchquert das Substrat 16
und tritt parallel zur Einfallsrichtung wieder aus. Um
transparent zu sein, besteht das Substrat 16 aus einem undotierten
Halbleitermaterial einer beliebigen Dicke oder aus einem
dotierten Material mit einer sehr geringen Dicke. Die
Steuerwelle hν&sub2; wird in diesem Beispiel mit einem Einfallswinkel
ungleich Null bezüglich der Normalen auf die Schichten
gerichtet.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Es liegt im Rahmen
fachmännischer Maßnahmen, andere Materialien zu wählen, um die
Modulation einer Welle eines Lichts eines anderen
Wellenlängenbereichs zu erlauben oder um eine Steuerwelle zu verwenden, die
einem anderen Wellenlängenbereich angehört.
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Die Erfindung ist insbesondere auf die Technik der
aktiven geführten Optik im mittleren und fernen
Infrarotbereich anwendbar.