DE4327638A1 - Vorrichtung zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen elektrischen und optischen Signalen - Google Patents
Vorrichtung zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen elektrischen und optischen SignalenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ge
schwindigkeitsanpassung zwischen optischen und elektrischen
Signalen in einer Wellenleiterstruktur mit einer ersten Wel
lenleitereinrichtung für optische Signale und einer zweiten
Wellenleitereinrichtung für elektrische Signale.
Basierend auf den Wellenleiterstrukturen (Wanderwellenstruk
turen) gibt es bei elektrooptischen Vorrichtungen ein Problem
derart, daß die Bandbreite beschränkt ist durch ein sogenann
tes Auseinanderlaufen, d. h. ein elektrisches Signal und ein
optisches Signal breiten sich mit unterschiedlichen Geschwin
digkeiten oder Gruppengeschwindigkeiten aus. In dem Fall eines
Modulators breiten sich daher das modulierende und das modu
lierte Signal mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus.
Beispielsweise ist es bei schnellen digitalen Lichtwellenlei
tersystemen, insbesondere bei Bitgeschwindigkeiten von mehr
als 2,5 GBit/s, wichtig, das Auseinanderlaufen zu beschränken.
Zum Erreichen dieser hohen Bitgeschwindigkeiten mit optischen
Signalen sind schnelle optische Modulatoren erforderlich, wo
bei entweder schnelle Direkt-Modulationslaser oder schnelle
elektrooptische Modulatoren benutzt werden können. Die Laser
sind billiger, sind aber eine qualitativ schlechtere Lösung
als die elektrooptischen Modulatoren, und bei sehr hohen Bit
geschwindigkeiten, nämlich mehr als etwa 10 GBit/s, ist es
heute notwendig, elektrooptische Modulatoren zu verwenden.
Auch bei analogen Lichtwellenleitersystemen, die beispielswei
se eine Bandbreite von einigen GHz haben können, ist interes
sant, das Auseinanderlaufen reduzieren zu können, das bei der
artigen Systemen vor allem eine Verzerrung verursacht.
Zusätzlich zu Wellenleiterverlusten ist ein Auseinanderlaufen
ein Beschränkungsfaktor für eine große Gruppe von Wellenlei
termodulatoren. Während Wellenleiterverluste ein physikali
sches Phänomen sind, das vor allem durch die Dimensionierung
und den spezifischen elektrischen Widerstand des Wellenleiters
bestimmt ist, wo die Verluste durch hohe Fabrikationsanforde
rungen und eine hohe Anforderung bezüglich der Oberfläche und
der Körpereigenschaften der Elektrode (Eliminierung von Wel
lenleiterverlusten bedeutet prinzipiell, daß supraleitende
Elektroden benutzt werden) reduziert werden können, kann ein
Auseinanderlaufen als ein Konstruktionsproblem angesehen wer
den. Beispielsweise bedeutet ein Auseinanderlaufen für
LiNbO3-Modulatoren, daß die Gruppengeschwindigkeit des modulie
renden elektrischen Signals niedriger als die Gruppengeschwin
digkeit des modulierten optischen Signals ist.
Eine Anzahl von Lösungen ist zum Reduzieren oder Minimieren
des Auseinanderlaufens oder zum Anpassen der Geschwindigkeit
zwischen optischen und elektrischen Signalen vorgeschlagen
worden. Dadurch kann der sogenannte V/GHz-Quotient verringert
werden. Es sind auch Lösungen zum Minimieren des V/GHz-
Quotienten vorgeschlagen worden. Unter anderem ist ein Ausein
anderlaufen zum Erhöhen der Bandbreite benutzt worden, und
darüber hinaus ist das elektrische und das optische Feldbild
zum Reduzieren der Umschaltspannung aneinander angepaßt
worden.
Die EP-A-0 152 996 beschreibt eine Vorrichtung zum Anpassen
der Geschwindigkeit zwischen einem optischen und einem elek
trischen Signal mit einer dicken und geätzten Pufferschicht,
die in der Ausbreitungsrichtung unveränderlich ist. Dadurch
wird eine bestimmte Geschwindigkeitsanpassung und eine erhöhte
Bandbreite erreicht, aber dies erfolgt insbesondere auf Kosten
einer zu hohen Speisespannung.
In der US-A-4 468 086 ist eine Geschwindigkeitsanpassung zwi
schen einem elektrischen und einem optischen Signal dadurch
simuliert, daß der elektrische Signalpfad derart ausgebildet
ist, daß eine Wechselwirkung zwischen den zwei Wellen entlang
ausgewählter Bereiche des Ausbreitungspfads des elektrischen
Signals auftritt; die Anpassung ist durch eine Phasenverzöge
rung simuliert. Insbesondere ist der elektrische Pfad von dem
optischen Pfad an einheitlich beabstandeten Intervallen wegge
bogen, um Flächen zu schaffen, wo keine Wechselwirkung auf
tritt. Dadurch werden optische Wellen durch den elektroopti
schen Effekt moduliert.
Gemäß der US-A-4 448 479 soll der Auseinanderlauf-Effekt durch
Aussetzen des elektrooptischen induzierten TE-TM-Kopplungs
koeffizienten einer Phasenverschiebung von 180° bei einheit
lich beabstandeten Intervallen minimiert werden. Auch in die
sem Fall ist eine derartige Geschwindigkeitsanpassung simu
liert, und zwar in diesem Fall durch eine Phasenumkehrung.
Sowohl in der US-A-4 468 086 als auch in der US-A-4 448 479
kann die Geschwindigkeitsanpassung benutzt werden, um die
Struktur "resonant" zu machen und dadurch kann die Bandbreite
erhöht werden, aber zur gleichen Zeit wird mit großer Wahr
scheinlichkeit die Phasenantwort des Modulators zerstört bzw.
gelöscht werden, wodurch sie nicht für eine digitale Kommuni
kation benutzt werden kann.
Insbesondere bei LiNbO3-Modulatoren, im wesentlichen im allge
meinen bei einem Verringern des Auseinanderlaufens, wird ein
Teil des modulierenden (elektrischen) Signals in LiNbO3 geführt
und kann sich in einem unterschiedlichen bzw. anderen Material
ausbreiten, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante hat,
und auf diese Weise wird die Gruppengeschwindigkeit des elek
trischen Signals erhöht. LiNbO3 hat in verschiedenen Richtungen
die Dielektrizitätskonstanten von 28 bzw. 43 (das Material ist
anisotrop); bei bestimmten Modellen wird das Material jedoch
als isotrop behandelt, und dann wird der geometrische Mittel
wert von 34,7 benutzt. Die quadratische Wurzel der Dielektri
zitätskonstante muß mit dem Brechungsindex von LiNbO3 vergli
chen werden, der etwa 2,2 ist; somit ist die Differenz der
Gruppenlaufzeit zwischen dem elektrischen und dem optischen
Signal groß. Für koplanare Wellenleiter ist die Gruppenge
schwindigkeit des elektrischen Signals nicht kleiner als c/4,2
und eine Anzahl von Vorrichtungen ist bekannt, deren Gruppen
geschwindigkeit durch Verwenden dicker Elektroden, dicker Puf
ferschichten und mit einer geätzten Pufferschicht aus bei
spielsweise SiO2 erhöht wird. Weitere Vorrichtungen bestehen
aus einem "parallelen" Wellenleiter aus SiO2 oder Luft als Di
elektrikum, wobei der "parallele" Wellenleiter auch aus seiner
eigenen Grundebene bestehen kann. Im allgemeinen ist bei be
kannten Lösungen zum Erhalten einer erhöhten Bandbreite eine
bemerkenswert erhöhte Speisespannung erforderlich.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich
tung zum Anpassen der Geschwindigkeit optischer und elektri
scher Signale zu schaffen, wie es eingangs angegeben ist, um
dadurch ein Auseinanderlaufen zu erniedrigen oder zu
minimieren und die Bandbreite zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe
besteht darin, daß die Vorrichtung keine hohen Spannungen not
wendig machen sollte und darüber hinaus leicht und billig her
zustellen ist. Es ist auch beabsichtigt, den sogenannten
V/GHz-Quotienten reduzieren zu können. Die Erfindung hat wei
terhin als Aufgabe, einen Modulator zu schaffen, der auf einer
Wellenleiterstruktur mit erhöhter Bandbreite basiert, und der
insbesondere bei schnellen digitalen Lichtwellenleitersystemen
verwendet werden kann. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Er
findung, einen Modulator zu schaffen, der bei analogen Licht
wellenleitersystemen anwendbar ist.
Eine Vorrichtung, durch die all diese sowie andere Aufgaben
gelöst werden, ist durch die in dem kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gegeben. Im Anspruch 16
ist ein Modulator angegeben. Die Ansprüche 17 und 18 geben die
Verwendung der Vorrichtung in schnellen digitalen Lichtwellen
leitersystemen bzw. in analogen Lichtwellenleitersystemen an.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind durch die Merkmale der
Unteransprüche gegeben.
Gemäß der Erfindung besitzt die Wellenleiterstruktur weiterhin
einen Querschnitt, der sich in der Ausbreitungsrichtung än
dert. Insbesondere besteht die erste Wellenleitereinrichtung
aus wenigstens einem optischen Wellenleiter und insbesondere
besteht die zweite Wellenleitereinrichtung aus wenigstens zwei
Elektroden, von denen eine eine Signalelektrode bildet. Die
Wellenleiterstruktur besteht weiterhin aus wenigstens einer
Pufferschicht, die derart angeordnet ist, daß sich das elek
trische Feld von der Elektrode in wenigstens eine der Puffer
schichten wie auch zu dem (den) optischen Leiter(n) erstreckt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Wel
lenleiterstruktur aus einem Substrat, vorzugsweise LiNbO3. In
dem Fall von LiNbO3 bedeutet die Geschwindigkeitsanpassung vor
zugsweise, daß die Geschwindigkeit der Mikrowelle erhöht
werden sollte, d. h. die Gruppengeschwindigkeit des elektri
schen Signals sollte zum Erhöhen der Bandbreite erhöht werden.
Als Alternative zu LiNbO3 ist es möglich, beispielsweise
LiTaO3, KNbO3, KTP zu verwenden, aber es sind auch andere elek
trooptische Materialien möglich. Bei früher bekannten Vorrich
tungen zum Erhöhen der Gruppengeschwindigkeit haben die Struk
turen einen Querschnitt gehabt, der in der Ausbreitungsrich
tung invariant gewesen ist. Gemäß der Erfindung ist es mög
lich, zwei oder mehrere unterschiedliche Querschnitte zu ver
wenden, die sich in der Ausbreitungsrichtung periodisch oder
aperiodisch oder auf eine zufällige bzw. willkürliche Weise
ändern. Eine periodische Querschnittsänderung kann aus einem
periodischen Gitter bestehen, wobei insbesondere die Gitter
konstante bemerkenswert kleiner als die Wellenlänge des elek
trischen Signals ist. Die Querschnittsänderung kann durch we
nigstens ein erstes und ein zweites Material oder ein Medium
erreicht werden, die unterschiedliche Dielektrizitätskonstan
ten haben. Insbesondere können die Querschnittsänderungen
durch Ersetzen eines Materials in der Pufferschicht durch ein
anderes Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstan
te erreicht werden, oder durch Entfernen von Material von der
Pufferschicht. Somit können sich die unterschiedlichen Ab
schnitte mit unterschiedlichem Querschnitt durch Entfernen
durch Ätzen der Pufferschicht in dem Wellenleiterspalt und
unter der Signalelektrode unterscheiden. Dadurch wird die Ka
pazität pro Längeneinheit des elektrischen Wellenleiters redu
ziert, wodurch die Gruppengeschwindigkeit des elektrischen
Signals erhöht wird. Gemäß einem bestimmten Ausführungsbei
spiel kann die Elektrodenstruktur koplanar sein und/oder aus
doppelten Grundebenen bestehen.
Vorzugsweise müssen dafür, daß die sich ausbreitende elektri
sche Welle einen Wellenleiter als "invariant" in der Ausbrei
tungsrichtung ansieht, jene Abschnitte mit einem ersten bzw.
einem zweiten Querschnitt viel kleiner als die Wellenlänge-der
höchsten Frequenz sein, die in der Vorrichtung, insbesondere
dem Modulator (die Frequenz des modulierenden Signals), be
nutzt werden soll. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen git
terartigen Aufbau, wobei die Gitterkonstante niedriger als
1/20 der Wellenlänge ist.
Natürlich kann genausogut eine Anzahl von unterschiedlichen
Querschnitten anstelle eines periodischen Aufbaus oder eines
periodischen Gitters benutzt werden, und derselbe Effekt kann
durch zufällig geätzte Hohlräume oder ähnliches erreicht wer
den. Weiterhin sollte eines der Materialien eine Dielektrizi
tätskonstante haben, die niedriger als jene der anderen ist,
und insbesondere wenn Puffermaterial entfernt wird, sollte
diese durch ein anderes Material ersetzt werden, das eine
niedrigere Dielektrizitätskonstante hat, wobei das zweite Ma
terial gemäß einem bestimmten Ausführungsbeispiel Luft sein
kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrich
tung ein Modulator.
Die Vorrichtung kann vorteilhaft bei schnellen digitalen
Lichtwellenleitersystemen oder bei analogen Lichtwellenleitersystemen
mit einer Bandbreite von einigen GHz benutzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung weiter unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungsseiten auf eine darstellende und
keineswegs beschränkende Weise beschrieben werden, wobei
Fig. 1 eine von oben gesehene Wellenleiterstruktur mit ei
ner periodischen Veränderung bei zwei unterschiedli
chen Abschnitten schematisch darstellt;
Fig. 1a eine Querschnittsansicht entlang der Linie Ia-Ia der
Fig. 1 ist, die einen ersten Abschnitt darstellt;
Fig. 1b eine Querschnittsansicht entlang der Linie Ib-Ib der
Fig. 1 ist, die einen zweiten Abschnitt darstellt;
Fig. 2 eine Wellenleiterstruktur mit einer periodischen
Veränderung und mit drei unterschiedlichen Abschnit
ten schematisch darstellt;
Fig. 2a eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIa-IIa
der Fig. 2 ist, die einen ersten Abschnitt
darstellt;
Fig. 2b eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIb-IIb
der Fig. 2 ist, die einen zweiten Abschnitt
darstellt;
Fig. 2c eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIc-IIc
der Fig. 2 ist, die einen dritten Abschnitt
darstellt;
Fig. 3 eine Wellenleiterstruktur mit einer willkürlichen
Veränderung von verschiedenen Abschnitten schema
tisch darstellt.
In Fig. 1 ist ein Vorrichtung 10 in Form eines Modulators ge
zeigt, bestehend aus einer Pufferschicht 2, die auf einem Sub
strat 1 angeordnet ist, zwei optischen Wellenleitern 7, zwei
Erdungselektroden 5 und einer Signalelektrode 6, die zwischen
den zwei Erdungselektroden 5 angeordnet ist. Bei dem darge
stellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat ein sogenanntes
LiNbO3 -Substrat. Zum Erhöhen der Gruppengeschwindigkeit des
elektrischen Signals zum Anpassen der Geschwindigkeit des op
tischen und des elektrischen Signals zeigt die Wellenleiter
struktur einen sich in der Ausbreitungsrichtung ändernden
Querschnitt, wobei sich bei dem in dieser Figur gezeigten Aus
führungsbeispiel zwei unterschiedliche Querschnitte in der
Ausbreitungsrichtung entsprechend einem Abschnitt A und einem
Abschnitt B abwechseln. Jene Querschnitte sind deutlicher in
Fig. 1a, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie Ia-Ia
der Fig. 1 ist, und der Fig. 1b, die eine Querschnittsansicht
entlang der Linie Ib-Ib der Fig. 1 ist, gezeigt. Bei dem ge
zeigten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich zwei Abschnitte
darin voneinander, daß bei einem von ihnen die Pufferschicht 2
von dem Wellenleiterspalt und unter der Signalelektrode 6 ent
fernt ist; insbesondere kann das von der Pufferschicht 2 ent
fernte Material abgeätzt worden sein. Dadurch ist die Kapazi
tät pro Längeneinheit des elektrischen Wellenleiters redu
ziert, was dazu führt, daß sich die Gruppengeschwindigkeit des
elektrischen Signals erhöht. In Fig. 1 sind unterschiedliche
Abschnitte mit 1A und 1B bezeichnet, um deutlicher zu machen,
wie sie sich ändern. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich das elektrische Feld von den Elektroden zu den
Pufferschichten 2 wie auch in die optischen Wellenleiter 7, 7,
und es ist wesentlich, daß die Pufferschicht 2 entfernt ist
oder auf eine Weise geändert ist, die in der Ausbreitungsrich
tung veränderlich ist, was jedoch auf eine Vielzahl unter
schiedlicher Arten erreicht werden kann. Es ist nicht notwen
dig, daß die Pufferschicht 2 derart entfernt oder geätzt wird,
daß sie beispielsweise nicht außerhalb der Erdungselektroden
5, 5 vorsteht, aber dies ist gezeigt, da es einem einfachen
und praktischen Ausführungsbeispiel entspricht. Darüber hinaus
wird der Effekt reduziert, wenn das Material in der Puffer
schicht 2 unter der Signalelektrode gelassen wird, so daß sich
die Struktur unter dieser in der Ausbreitungsrichtung nicht
verändert. Zum Veranlassen, daß die sich ausbreitende elektri
sche Welle den Wellenleiter in der Ausbreitungsrichtung als
"invariant" ansieht, sollten insbesondere die Längen der Ab
schnitte A und B bemerkenswert kleiner als die Wellenlänge der
höchsten Frequenz sein, von der beabsichtigt ist, daß sie in
dem Modulator, beispielsweise für das modulierende Signal,
benutzt wird. Dadurch wird ein gitterartiger Aufbau erhalten,
wobei die Gitterkonstante kleiner als 1/20 der Wellenlänge
sein soll. In den Fig. 1a und 1b sind die Querschnitte des
Abschnitts 1A und des Abschnitts 1B deutlicher gezeigt. Gemäß
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Puffer
schichten aus SiO2, aber es sind auch andere Materialien wie
beispielsweise SiO, eine Kombination von SiO-SiO2, Si oder ITO
möglich. Geeignete Werte der Dicken der Elektroden 5, 6 und
der Pufferschicht 2 können um etwa 4-10 µm für die Elektro
de(n) und beispielsweise 0,25 µm bis 1,0 µm für die Puffer
schicht 2 sein, aber dies sind lediglich Beispiele von Dicken.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2
dargestellt ist, besteht die Vorrichtung 20, die auch hier
insbesondere in der Form eines Modulators gezeigt ist, ähnlich
zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel aus zwei Erdungselek
troden 5, einer Signalelektrode 6 und einem Substrat 1, insbe
sondere LiNbO3 oder irgendeinem anderen elektrooptischen Mate
rial. Bei dieser Vorrichtung 20 sind jedoch zwei unterschied
liche Pufferschichten 3, 4 verwendet. Bei dieser Vorrichtung
20 gibt es somit drei unterschiedliche Querschnitte A′, BV,
C′, die in den Fig. 2a-2c deutlicher gezeigt sind, die Quer
schnittsansichten entlang der Linien IIa-IIa, IIb-IIb und IIc-
IIc der Fig. 2 zeigen. In Fig. 2 gibt es kein Pufferschichtma
terial in dem in der Fig. mit C′ bezeichneten Abschnitt. Die
unterschiedlichen Abschnitte A′, B′, C′ wechseln sich auf die
in Fig. 2 gezeigten Weise ab. Es ist naturlich möglich, daß
sich unterschiedliche Pufferschichten auf andere Weise abwech
seln, wie es genausogut möglich ist, mehrere Schichten zu be
nutzen, usw. Auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungs
beispiel ist einer der Abschnitte (C′) der Pufferschicht in
dem Wellenleiterspalt und unter der Signalelektrode 6, unter
der die Feldstärke am höchsten ist, weggeätzt. Dadurch kann
Material entweder von der Pufferschicht 3 oder der Puffer
schicht 4 entfernt werden, doch in Fig. 2c ist nur ein einzi
ges Beispiel dargestellt, bei dem nämlich das übrige Material
durch die Pufferschicht 3 ausgebildet ist; es ist auch mög
lich, eine weitere Schicht zu haben, von der Material durch
Ätzen entfernt werden könnte.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die
Wellenleiterstruktur 30 kein periodisches Gitter, sondern hier
sind statt dessen willkürlich Höhlungen oder Hohlräume 9 durch
Ätzen in der Pufferschicht 8 geschaffen. Die Hohlräume 9 oder
die Höhlungen können sich bezüglich der Ausbildung und der
Form verändern. Bei diesem Ausführungsbeispiel wie auch bei
den anderen muß das von der Pufferschicht 2, 3, 4, 8 entfernte
Material nicht durch Luft ersetzt werden, sondern kann unter
der Bedingung, daß dieses Material eine Dielektrizitätskon
stante hat, die kleiner als die des Materials in der Puffer
schicht ist, durch irgendein anderes Material ersetzt werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen kann die Elektrodenstruktur
unterschiedlich sein und es ist z. B. nicht notwendig, daß sie
Doppel-Grundebenen haben. Weiterhin ist es möglich, eine Elek
trodenstruktur zu benutzen, die nicht koplanar ist, was jedoch
ein sehr gutes Ergebnis insbesondere bei einem Substrat aus
LiNbO3 ergibt. Es sind auch Alternativen möglich, wo z. B.
zwei Signalelektroden und zwei Grund- bzw. Erdungsebenen be
nutzt werden, nämlich sogenannte DCPW (Doppel-Koplanar-
Wellenleiter) etc. Es ist weiterhin nicht notwendig, ein pe
riodisches Gitter in der Fläche anzuordnen, wo die Elektrode
ihr elektrisches Feld hat, auch wenn dies vorteilhaft ist, und
aus einer Anzahl von praktischen Gründen ist es angenehm, eine
Gitterstruktur zu verwenden.
Gemäß einem mathematischen Modell, das auf quasi-stationären
TEM-Moden (für den elektrischen Mode nur für isotrope Materia
lien) basiert, kann eine Anzahl von Parametern berechnet wer
den, wie beispielsweise:
Der Index 1 bzw. 2 betrifft den Abschnitt A bzw. B, c ist die
Lichtgeschwindigkeit, n stellt den Berechnungsindex dar. Da die
Mikrowellenverluste durch Wellenleiterverluste dominiert wer
den, werden diese durch eine Änderung des Dielektrikums um den
Wellenleiter nicht beeinflußt, während ein und derselbe Ver
lustparameter für die gesamte Struktur erhalten wird. Gemäß
dem Modell erreicht dieser etwa 200 dB/m bei 10 GHz.
Die Kapazität pro Längeneinheit des Abschnitts A und B und die
Kapazität C einer 50-Ohm-angepaßten Gitterelektrode kann durch
eine TEM-Analyse berechnet werden.
Daraus werden die Teilentfernungen L1 und L2 wie auch andere
Parameter der Gitterelektrode erhalten.
Die Bandbreite wird dann aus der Antwortkurve R (f) erhalten,
die Umschaltspannung wird aus der Formel für Vπ und der V/GHz-
Quotient als Vπ /Bandbreite erhalten.
Im folgenden sind in Tabellenform Werte des sogenannten V/GHz -Quotienten für sogenannte CPW-Elektroden durch Verwenden von
drei unterschiedlichen Dicken der Pufferschicht dargestellt,
nämlich 0,25 µm, 0,5 µm und 1,0 µm, und einer Elektrodendicke
von 4,0 µm.
Diese Werte sind jedoch lediglich ein Beispiel von
Ausführungsbeispielen.
Tabelle I entspricht einer Pufferschichtdicke von 0,25 µm;
Tabelle II entspricht einer Pufferschichtdicke von 0,5 µm; wohingegen;
Tabelle III einer Pufferschichtdicke von 1,0 µm entspricht.
Tabelle II entspricht einer Pufferschichtdicke von 0,5 µm; wohingegen;
Tabelle III einer Pufferschichtdicke von 1,0 µm entspricht.
In allen Fällen beträgt die Elektrodendicke etwa 4,0 µm.
Wie es aus den Tabellen zu ersehen ist, ist der V/GHz-Quotient
in allen Fällen erniedrigt.
Somit kann die Bandbreite bei integrierten optischen Modulato
ren wie auch anderen elektrooptischen Vorrichtungen durch eine
Vorrichtung erhöht werden, wie sie durch die Erfindung be
schrieben ist. Auch wenn die Speisespannung pro Längeneinheit
etwas anwächst, wird der Gewinn bei der Bandbreite bemerkens
wert größer als der von der erhöhten Speisespannung erhaltene
Verlust. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der V/GHz-
Quotient bei einer Dicke der Pufferschicht von etwa 1 µm um
etwa 25% reduziert werden. Material über der Pufferschicht
kann beispielsweise durch Abätzen entfernt werden, und wenn es
ein Gitter betrifft, kann gemäß einem bevorzugten Ausführungs
beispiel die Gitterkonstante eines Gitters etwa 300 µm betra
gen, was leicht zu erreichen ist, da es eine Frage über ein
Ätzen einer Höhlung oder eines Hohlraums von etwa 1 µm ist.
Die Erfindung soll natürlich nicht auf die gezeigten Ausfüh
rungsbeispiele beschränkt sein, sondern kann innerhalb des
Schutzbereichs der Ansprüche frei abgeändert werden. Pufferma
terial kann natürlich auf unterschiedliche Weisen entfernt
oder ersetzt werden und die Veränderung des Querschnitts kann
periodisch oder willkürlich sein, verschiedene Anzahlen von
Pufferschichten einer Anzahl von Materialien können benutzt
werden, und unterschiedliche Dicken können für die Puffer
schichten wie auch für die Elektroden ausgewählt werden, etc.
Natürlich muß die Vorrichtung nicht als Modulator ausgebildet
sein, sondern es sind auch eine Anzahl anderer Vorrichtungen
verschiedener Art möglich.
Claims (18)
1. Vorrichtung zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen op
tischen und elektrischen Signalen in einer Wellenleiter
struktur (10; 20; 30), die aus einer ersten Wellenleiter
einrichtung für optische Signale und einer zweiten Wellen
leitereinrichtung für elektrische Signale besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich der Querschnitt (A, B; A′, B′, C′; 8, 9) der Wellen
leiterstruktur in der Ausbreitungsrichtung dielektrisch
ändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Wellenleitereinrichtung aus wenigstens einem
optischen Wellenleiter (7) besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die zweite Wellenleitereinrichtung wenigstens aus
zwei Elektroden (5, 6) besteht, von denen wenigstens eine
eine Signalelektrode (6) ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterstruktur aus
wenigstens einer Pufferschicht (2; 3; 4; 8) besteht, die
derart angeordnet ist, daß sich das elektrische Feld von
den Elektroden in wenigstens eine der Pufferschichten (2;
3; 4; 8) wie auch in den (die) optischen Wellenleiter (7,
7) erstreckt.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterstruktur aus
einem Substrat (1), vorzugsweise aus LiNbO3, besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß vorzugsweise wenigstens eine der Puf
ferschichten (2; 3; 4; 8) aus SiO2 besteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die erste Wellenleitereinrich
tung aus zwei optischen Wellenleitern (7, 7) besteht.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung perio
disch (A, B; A′, B′, C′) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Querschnittsänderung aus einem periodischen Gitter
besteht, wobei die Gitterkonstante bemerkenswert kleiner
als die Wellenlänge des elektrischen Signals ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Querschnittsänderung periodisch oder
willkürlich (8, 9) ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die dielektrische Querschnitts
änderung durch wenigstens ein erstes und ein zweites Mate
rial oder Medien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskon
stanten erhalten wird.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung durch
Ersetzen von Material in der Pufferschicht durch ein ande
res Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskon
stante oder durch Entfernen von Material aus der Puffer
schicht erhalten wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Querschnittsänderung durch Entfernen von Material
durch Ätzen von der Pufferschicht (2; 3; 4; 8) in dem Wel
lenleiterspalt und unter der Signalelektrode (6) erhalten
wird.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstruktur koplanar
ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstruktur aus
Doppel-Grundebenen (5, 5) besteht.
16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß sie einen Modulator bildet,
wobei das elektrische Signal ein modulierendes Signal und
das optische Signal ein moduliertes Signal bildet.
17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 16 in schnellen digitalen Lichtwellenleitersystemen.
18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 16 in einem analogen Lichtwellenleitersystem.
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