DE4431589A1 - Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen - Google Patents
Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für MikrowellenfrequenzenInfo
- Publication number
- DE4431589A1 DE4431589A1 DE19944431589 DE4431589A DE4431589A1 DE 4431589 A1 DE4431589 A1 DE 4431589A1 DE 19944431589 DE19944431589 DE 19944431589 DE 4431589 A DE4431589 A DE 4431589A DE 4431589 A1 DE4431589 A1 DE 4431589A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- optical
- substrate
- waveguide
- modulator according
- modulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0356—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein integriert-optisches Bauelement, welches die
Frequenz optischer Signale durch Ausnutzung des elektro-optischen Effektes geeigneter Substrat
materialien versetzen kann.
Das Funktionsprinzip dieses bereits durch Heismann und Ulrich vorgestellten Modulatortyps
(F. Heismann and R. Ulrich: Integrated-Optical Single-Sideband Modulator and Phase Shifter,
IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-18, S. 767-771, 1982) basiert auf der elektro-optisch
induzierten, kollinearen Bragg-Wechselwirkung zwischen den beiden Eigenpolarisationszuständen
(TE und TM mit den Ausbreitungskonstanten βTE und βTM) eines doppelbrechenden, integriert-optischen
Wellenleiters. Als Substratmaterial sind Kristalle mit elektro-optischen Koeffizienten
rÿk ≠ 0 (mit i ≠ j) geeignet.
Dieses Konzept zeichnet sich durch eine moderate Ansteuerleistung für das Modulationssignal,
hohe Konversionseffizienz sowie durch eine hohe spektrale Reinheit des modulierten Signales aus.
Die durch Heismann et. al. erzielte Träger- und Seitenbandunterdrückung beträgt mehr als 30 dB.
Das zu modulierende optische Signal wird in eine Eigenpolarisation des optischen Wellenleiters
eingestrahlt und durch Anlegen geeigneter, örtlich und zeitlich veränderlicher elektrischer Felder
in den orthogonalen Polarisationszustand übergekoppelt. Die Doppelbrechung Δn des Wellen
leiters macht eine Phasenanpassung notwendig, um eine vollständige Überkopplung des Signales
zu ermöglichen. Die Phasenanpassung geschieht durch eine Umkehrung des Vorzeichens der Über
kopplung nach jeweils einer halben Schwebungslänge Λ = 2π/Δβ = 2π/|βTE-βTM| der beiden Po
larisationsmoden. Diese Vorzeichenumkehr wird durch ein umgekehrtes elektrisches Feld erreicht.
Bei Anliegen eines derartigen statischen Feldes wird das Signal übergekoppelt, jedoch nicht fre
quenzverschoben. Eine Frequenzverschiebung tritt auf, wenn die elektrische Feldverteilung entlang
des Wellenleiters bewegt wird. Das frequenzverschobene Ausgangssignal des Modulators befindet
sich dann in der im Vergleich zum Eingangssignal orthogonalen Polarisationsmode.
Als Substrat mit den gewünschten elektro-optischen Eigenschaften wird in der Regel LiNbO₃
oder LiTaO₃ gewählt. Diese sind optisch einachsig, es können jedoch auch optisch mehrachsige
Materalien gewählt werden, wenn darin eine Ausbreitungsrichtung mit geeigneter Doppelbrechung
Δn sowie geeigneten elektro-optischen Koeffizienten existiert. An der Oberfläche des Substrates
wird der optische Wellenleiter in der Regel durch Titan-Eindiffusion hergestellt. Die zur Erzeu
gung des elektrischen Feldes notwendige Elektrodenstruktur wird zum Beispiel durch Sputtern von
Aluminium aufgebracht.
Für Aufgaben im Bereich der optischen Nachrichten-Übertragungstechnik sind Frequenzver
schieber mit im Vergleich zu bisherigen Anwendungen in der Meßtechnik veränderten Eigenschaf
ten notwendig. Optische Übertragungsstrecken im Wellenlängenbereich um 1530 nm haben eine
durch das Verstärkungsprofil der verwendeten Erbium-Verstärker begrenzte Bandbreite von un
gefähr 70 nm entsprechend ca. 9000 GHz. Dieser Bereich läßt sich in einige tausend Übertra
gungskanäle im Abstand von einigen GHz aufteilen. Frequenzverschiebungen sollen im gesamten
Wellenlängenbereich mit nur einem Modulator ausführbar sein. Dieser muß daher eine optische
-3 dB Bandbreite von deutlich über 70 nm (Δλ/λ 5%) aufweisen, um im genutzten Bereich ei
nen hinreichend flachen Amplituden-Frequenzgang zu erzielen. Um Verschiebungen zwischen den
einzelnen, oben genannten Übertragungskanälen zu ermöglichen, ist eine Betriebs- bzw. Grenzfre
quenz des Modulators im Gigahertzbereich erforderlich.
Bei dem durch Heismann und Ulrich vorgestellten Modulator ergibt sich, bedingt durch die hohe
Doppelbrechung der verwendeten LiNbO₃-Kristallorientierungen, eine kurze Schwebungslänge Λ
zwischen den optischen Polarisationsmoden (Λ ≈ 9 µm für λ = 730 nm; Λ ≈ 21 µm für λ = 1.5 µm).
Zur Erzielung einer hohen Signalüberkopplung bei moderater Ansteuerspannung sind daher viele
Koppelperioden notwendig. Eine geringe Bandbreite von Δλ/λ <0.2% (für -3 dB Punkte) ergab
sich bei dem durch Heismann und Ulrich vorgestellten Modulator.
Eknoyan et. al. (O. Eknoyan et. al.: Broadband LiTaO₃ guided-wave mode converter, Applied
Optics, Vol. 27, No. 1, 1. January 1988) verwendeten LiTaO₃, dieses besitzt eine wesentlich
geringere Doppelbrechung (Δn ≈ 0.005 für λ = 1.5 µm) als LiNbO₃. Daher sind deutlich weniger
Koppelperioden notwendig, eine optische Bandbreite von 1.6% wurde erzielt.
C. Mariller und M. Papuchon (C. Mariller and M. Papuchon: Broadband electrooptic frequency
shifter using TE/TM electrooptic conversion, Technical Digest, Topical Meeting on Integrated
and Guided-Wave Optics, Optical Society of America, 26.-28. Feb. 1986, Atlanta, Georgia, Paper
FCC3) haben ein weiteres Verfahren benutzt, um die Doppelbrechung Δn zu reduzieren und damit
die Bandbreite zu erhöhen. Es wurde der optische Wellenleiter in LiNbO₃ mit einem kleinen Winkel
zur optischen Achse orientiert. Die sich ergebene optische Bandbreite des Modulators betrug 3.1%.
Wie oben erläutert, reichen diese Bandbreiten für heutige Aufgaben im Bereich der optischen
Übertragungssysteme nicht aus.
Weiterhin besitzen diese Frequenzverschieber eine relativ komplizierte finger- bzw. mäanderähnliche
Elektrodenstruktur und weisen daher eine obere Modulations-Grenzfrequenz im Bereich
von einigen bis höchstens einigen hundert Megahertz auf. Eine Ausweitung dieses Bereiches in den
Gigahertzbereich hinein erscheint mit einer derartigen Elektrodengeometrie nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Frequenzverschieber zu realisieren.
Dieser soll optische Signale um Frequenzen von einigen Gigahertz versetzen können, wobei eine
hohe spektrale Reinheit des modulierten Signales erforderlich ist. Die optische Bandbreite Δλ/λ
soll deutlich über 5% betragen.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Weiterführende
Ausgestaltungen des Anspruches 1 sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Der Modula
tor wird integriert-optisch aufgebaut, als Substrat dient ein elektro-optisch aktiver Kristall. Auf
dessen Oberseite befindet sich ein Streifenwellenleiter, der zwei optische Polarisationsmoden mit
den zugehörigen Ausbreitungskonstanten βTE und βTM führt, sowie eine elektrische Wanderwel
lenleitung.
Die optische Ausbreitungsrichtung wird so gewählt, daß eine geringe Doppelbrechung Δn des
Substrates vorliegt. Das heißt, daß in Richtung der optischen Achse c, welche in Richtung der
kristallographischen Achse z liegt, bzw. mit kleinem Winkel zu dieser Achse propagiert wird. Die
sich ergebende Schwebungslänge Λ zwischen den Polarisationsmoden wird entsprechend groß und
liegt im Bereich einiger bis einiger zehn mm oder sogar noch höher. Die Schwebungslänge Λ wird
hierbei nicht nur von der Doppelbrechung des Substrates, sondern auch von der Geometrie des
Wellenleiters und dessen mechanischen Spannungszuständen beeinflußt. Es ist sicherzustellen, daß
das Substrat in der gewählten Orientierung einen elektro-optischen Koeffizienten zur Verkopplung
der beiden Polarisationsmoden (TE und TM) besitzt (rÿk ≠ 0 mit i ≠ j). Die Verkopplung
wird durch ein elektrisches Feld unter Ausnutzung dieses Koeffizienten induziert. Die elektrische
Feldverteilung, welche vorher durch separat an gesteuerte, fingerähnliche Elektrodengruppen er
zeugt wurde, wird in diesem Konzept durch eine elektrische Wanderwelle auf einer prismatischen
Wanderwellen-Elektrodenstruktur erzeugt. Die Wellenlänge der Wanderwelle ergibt sich aus deren
Frequenz und der effektiven relativen Dielektrizitätskonstanten gemäß λel = c/(nel * fel) mit
nel = · nel wird durch die Dielektrizitätskonstanten des unteren und des oberen Halbraumes
(siehe Abb. 2) sowie durch die Geometrie der elektrischen Wanderwellenleitung bestimmt. Im
Falle von LiNbO₃ ist ein Wert nel ≈ 4.5 . . . 6 zu erwarten. Um eine hohe elektrische Feldstärke im Be
reich des optischen Wellenleiters zu erzielen, ist es zweckmäßig, einen kleinen Elektrodenabstand zu
wählen. Die sich ergebende Impedanz der elektrischen Wellenleitung liegt im Bereich 20 . . . 35 Ω und
erfordert somit beim Übergang vom 50 Ω Leitungsstandard eine Impedanzanpassung, um Rückre
flexionen zu vermeiden. Diese Anpassung kann in die Elektrodenstruktur zum Beispiel durch einen
getaperten Abschnitt integriert werden. Am Ende der Wanderwellenleitung ist ein Abschluß mit
der Wellenleitungsimpedanz erforderlich, ebenfalls um Rückreflexionen zu unterbinden. Wenn die
Elektroden direkt auf die Kristalloberfläche aufgebracht werden, muß darauf geachtet werden, daß
diese nicht den optischen Wellenleiter überdecken, da anderenfalls die TM Mode stark gedämpft
würde. Eine Pufferschicht, zum Beispiel aus SiO₂ ≈ 4), zwischen Elektroden und Substrat
verhindert diese Dämpfung, ist jedoch aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften problematisch,
da sie die elektrische Feldstärke im Substrat ≈ 28 . . . 44, abhängig von der Kristallrichtung)
herabsetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungskonstanten (βTE und βTM) der beiden
Polarisationsmoden und der im Vergleich zur Schwebungslänge Λ langen Koppelstrecke L ist eine
Phasenanpassung der Kopplung entlang des Wellenleiters notwendig. Die Phasenanpassung wird
durch die alternierenden Vorzeichen der Feldstärke der auf den Wanderwellenelektroden laufen
den elektrischen Halbwellen und durch Wahl der richtigen Wellenlänge des Modulationssignales
erzielt. Da sich die elektrische Welle mit einer Geschwindigkeit bewegt, die ungefähr der halben
Geschwindigkeit der optischen Welle entspricht, sind Laufzeiteffekte bei der Bestimmung der Phasenanpaßbedingungen
mit einzubeziehen. Es ergeben sich daher unterschiedliche Bedingungen für
ko- und für kontrapropagierende optische und elektrische Wellen. Folgende Gleichungen müssen
zur Sicherstellung einer phasenrichtigen Überkopplung erfüllt sein:
kopropagierende elektrische und optische Wellen:
kopropagierende elektrische und optische Wellen:
kontrapropagierende elektrische und optische Wellen:
c: Vakuum-Lichtgeschwindigkeit
n₀: mittlerer Brechungsindex der beiden Polarisationsmoden
nel: effektiver Brechungsindex für die elektrische Welle
n₀: mittlerer Brechungsindex der beiden Polarisationsmoden
nel: effektiver Brechungsindex für die elektrische Welle
Hieraus ergibt sich eine Bedingung für die elektrische Wellenlänge λel und somit auch für die
Modulationsfrequenz fel.
In der Regel ist die Aufgabenstellung jedoch umgekehrt. Für eine bestimmte Modulations
frequenz wird ein Modulator benötigt. Daraus ergeben sich nach den vorgenannten Gleichungen
zwei mögliche Schwebungslängen Λ und somit auch zwei mögliche Werte für die Doppelbrechung
Δn des Wellenleiters. Die Einstellung der Doppelbrechung Δn kann durch verschiedene Mittel
erfolgen. Eine grobe Einstellung ergibt sich durch Wahl des Winkels α zwischen dem optischen
Wellenleiter und der optischen Achse c des Kristalles. Eine feine zusätzliche Einstellmöglichkeit
ergibt sich durch eine Variation der Geometrie des Wellenleiters, hervorgerufen zum Beispiel durch
unterschiedliche Streifenbreiten in der Wellenleitermaske. Abb. 3 zeigt die Schwebungslänge
Λ von diffundierten Ti:LiNbO₃ Wellenleitern abhängig von der Wellenleiter-Streifenbreite auf der
Maske. Der Winkel α zwischen dem Wellenleiter und der optischen Achse c des Kristalles betrug
in diesem Fall 0°.
Für einen Betrieb dieses Modulators in optischen Übertragungssystemen ist die spektrale Qua
lität der Frequenzversetzung von hoher Bedeutung. Unerwünschte Spektralkomponenten können
bei den Harmonischen der Modulationsfrequenz entstehen. Die eingestrahlte optische Welle habe
die Frequenz F₀. Diese werde um die Modulationsfrequenz fel nach oben (Fall a) F₁ = F₀ + fel
bzw. nach unten (Fall b) F-1 = F₀ - fel verschoben. Von den weiteren möglichen Spektralanteilen
F±n = F ± n * fel [n ∈ N, (a) n ≠ 1 bzw. (b) n ≠ -1] fallen die mit geradzahligem Koeffizienten
heraus, da sich diese alle in der Polarisation der eingekoppelten Welle befinden und somit mit einem
Polarisator herausgefiltert werden können. Bei den Anteilen mit ungeradzahligem Koeffizienten
ist nur beim Spiegelseitenband (a) F-1 bzw. (b) F₁ eine Leistung zu erwarten, die sich störend
auswirken kann. Die anderen Spektralkomponenten liegen um mehr als 30 dB unter dem Nutz
seitenband und können als unkritisch angenommen werden. Um dieses Spiegelseitenband, welches
durch eine ungewollte Amplituden- bzw. Phasenmodulation verursacht wird, möglichst klein zu
halten, ist darauf zu achten, daß die Länge der Koppelstrecke L ein ganzzahliges Vielfaches einer
halben optischen Schwebungslänge Λ beträgt.
Die große Schwebungslänge Λ hat zur Folge, daß nur eine geringe Anzahl von Koppelperioden
n entlang der Koppelstrecke L vorliegen. Ein typischer Wert liegt im Bereich n ≈ 3 . . . 5. Da die
relative optische Bandbreite Δλ/λ = 1/n beträgt, ist bei 1.54 µm eine -3 dB Breite von über 300 nm
zu erwarten. Der für die optischen Übertragungssysteme interessierende Bereich weist somit einen
hinreichend kleinen Amplituden-Frequenzgang auf.
Das hier vorgestellte Konzept erlaubt es, Modulatoren für nahezu beliebige Modulationsfre
quenzen herzustellen. Die untere Grenze ist durch die maximal mögliche Länge des optischen
Wellenleiters bzw. des maximal möglichen Wertes einer halben optischen Schwebungslänge Λ
gegeben. Λ läßt sich mit geeigneten Maßnahmen annähernd beliebig vergrößern, die Länge des
optischen Wellenleiters ist aufgrund technologischer Grenzen auf Werte unterhalb von 60 . . . 100 mm
begrenzt. Hieraus ergibt sich, daß Modulatoren nach diesem Konzept für Modulationsfrequenzen
ab fmod ≈ 0.4 GHz realisierbar sind. Eine obere Frequenz-Grenze für dieses Konzept läßt sich nicht
exakt angeben. Die Schwebungslänge Λ läßt sich durch Vergrößern des Winkels α zwischen der
optischen Achse c des Kristalles und dem optischen Wellenleiter verkürzen, bis Λ schließlich bei
α = 90° ein Minimum einnimmt. Es ist somit eine immer höhere Modulationsfrequenz für eine
phasenangepaßte Kopplung notwendig. Begrenzt wird dieses Vorgehen durch das Auftreten von
Leckwellen ab einem Grenzwinkel αgr, die ein sprunghaftes Ansteigen der optischen Verluste ver
ursachen sowie durch die mit der Frequenz zunehmenden Verluste der elektrischen Wanderwelle.
Die eingekoppelte Mikrowellenleistung kann nicht beliebig erhöht werden, da das Substrat nur eine
begrenzte Leistung dissipieren kann, ohne Schaden zu nehmen.
Abb. 1 zeigt einen schematischen Aufbau des hier vorgeschlagenen Modulators. Abb.
2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung durch den Modulator. Die Lage der
Elektroden und des elektrischen Feldes ist ersichtlich. Abb. 3 zeigt die Abhängigkeit der
Schwebungslänge Λ von der Wellenleiterstreifenbreite.
Ein Modulator nach dem oben beschriebenen Prinzip kann mit herkömmlicher Standard-Tech
nologie realisiert werden. Als Substrat (1) dient y-geschnittenes LiNbO₃. Es werden durch Titan-
Eindiffusion mehrere optische Wellenleiter (2) der Länge 60 mm in z-Richtung hergestellt (α = 0°).
Hierfür werden 60 . . . 100 nm starke Titan-Streifen verschiedener Breiten im Bereich 6 . . . 12 µm auf
das Substrat (1) aufgedampft und anschließend 6 . . . 10 Stunden unter wasserhaltiger Sauerstoffat
mosphäre bei 1020 . . . 1080°C eindiffundiert.
Die sich für die Wellenleiter ergebenden Schwebungslängen Λ für eine Wellenlänge von λ =
1.54 µm liegen, wie in Abb. 3 gezeigt, im Bereich 12 . . . 20 mm (Herstellungsparameter in die
sem Fall: Titan-Streifendicke: 80 nm, Diffusionszeit: 8 Stunden, Diffusionstemperatur: 1050°C).
Dieser Bereich kann durch Variation der Herstellungsbedingungen und Änderung der Ausbrei
tungsrichtung α auf dem Kristall noch erweitert werden.
Durch Auswahl eines der optischen Wellenleiter (2) kann ein Modulator für Frequenzverschie
bungen um folgende Mittenfrequenzen herum realisiert werden. Für die Berechnungen wurde ein
effektiver Index für die elektrische Wanderwelle von nel = 5 angenommen.
Kopropagation:
Λ = 12 mm ⇒ λel = 6.5 mm ⇒ fel = 9.2 GHz
Λ = 20 mm ⇒ λel = 10.8 mm ⇒ fel = 5.6 GHz
Λ = 12 mm ⇒ λel = 6.5 mm ⇒ fel = 9.2 GHz
Λ = 20 mm ⇒ λel = 10.8 mm ⇒ fel = 5.6 GHz
Kontrapropagation:
Λ = 12 mm ⇒ λel = 17.5 mm ⇒ fel = 3.4 GHz
Λ = 20 mm ⇒ λel = 29.2 mm ⇒ fel = 2 GHz
Λ = 12 mm ⇒ λel = 17.5 mm ⇒ fel = 3.4 GHz
Λ = 20 mm ⇒ λel = 29.2 mm ⇒ fel = 2 GHz
Durch Auswahl des optischen Wellenleiters und durch Wahl der Ko- oder Kontrapropagation
der elektrischen und der optischen Welle läßt sich die notwendige elektrische Wellenlänge λel zur
Erzielung einer Phasenanpassung zwischen der elektrischen und der optischen Welle im Bereich
6.5 . . . 29.2 mm einstellen. Mit diesem Satz optischer Wellenleiter läßt sich somit ein Modulator
herstellen, dessen Mitten-Modulationsfrequenz fel im Bereich 2 . . . 9.2 GHz liegen kann.
Über dem ausgewählten optischen Wellenleiter (2) wird, wie in Abb. 2 gezeigt, die
Wanderwellen-Elektrodenstruktur (3+4) so aufgebracht, daß sich im Wellenleiter (2) ein möglichst
starkes elektrisches Feld (5) befindet. Die Elektroden (3+4) werden mittels einer Maske auf der
Substratoberfläche definiert. Die Breite der Erde-Elektrode (3) betrage 1 mm, die der Signal-
Elektrode (4) 100 µm. Der Abstand der beiden Elektroden (3+4) betrage 10 µm. Die Wechsel
wirkungslänge L zwischen den Elektroden und dem optischen Wellenleiter (2) betrage L = 50 mm.
Die Elektroden (3+4) werden so auf dem Substrat (1) positioniert, daß der optische Wellenleiter
(2) genau in deren Mitte liegt, wie in Abb. 2 gezeigt. Für die Herstellung der Elektroden
(3+4) sind mehrere Schritte notwendig. Zuerst wird eine Titan-Haftschicht (100 nm), anschließend
eine Goldschicht (100 nm) auf das Substrat aufgedampft. Die Goldschicht wird galvanisch auf die
Sollstärke von 3 µm verstärkt.
Die Impedanz Z₀ des elektrischen Wellenleiters (3+4) mit den hier genannten Abmessungen auf
LiNbO₃ beträgt Z₀ = 27 Ω. Eine Anpassung dieser an den 50 Ω Leitungsstandard ist erforderlich
und wird durch ein externes Netzwerk vorgenommen.
Claims (14)
1. Integriert-optischer Einseitenband-Modulator bestehend aus einem elektro-optisch aktiven
kristallinen Substrat (1) mit einem einmodigen, optischen Wellenleiter (2) der Doppelbre
chung Δn, sowie aus einer Elektrodenstruktur (3+4), dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Doppelbrechung Δn des optischen Wellenleiters (2) so eingestellt wird, daß sie
die durch die vorgegebene Modulationsfrequenz fel (typ. fel = 0.5 . . . 20 GHz) erforder
liche Schwebungslänge Λ = λ/Δn zwischen den Polarisationsmoden, welche sich nach
den Gleichungen
für kopropagierende elektrische und optische Wellen
für kontrapropagierende elektrische und optische Wellen
c: Vakuum-Lichtgeschwindigkeit
n₀: mittlerer Brechungsindex der beiden Polarisationsmoden
nel: effektiver Brechungsindex für die elektrische Welle berechnet, hervorruft, und - - daß die Elektrodenstruktur (3+4) als Wanderwellenleitung ausgeführt ist und parallel zum optischen Wellenleiter verläuft.
2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus LiNbO₃
besteht.
3. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus LiTaO₃
besteht.
4. Modulator Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) in y-Richtung
geschnitten ist.
5. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dop
pelbrechung Δn durch Wahl des Winkels α zwischen dem optischen Wellenleiter (2) und der
optischen Achse c des Substrates eingestellt wird.
6. Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung Δn zusätzlich
durch Variation der Wellenleitergeometrie eingestellt wird.
7. Modulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleitergeometrie durch
Eindiffusion unterschiedlich breiter Titan-Streifen variiert wird.
8. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus einem Halb
leitermaterial besteht.
9. Modulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus InP besteht.
10. Modulator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Doppel
brechung Δn durch Wahl des Winkels α zwischen dem optischen Wellenleiter (2) und der
optischen Achse c des Substrates eingestellt wird.
11. Modulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Doppelbrechung
Δn zusätzlich durch Variation der Wellenleitergeometrie eingestellt wird.
12. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
optische Wellenleiter (2) in Richtung der optischen Achse c des Substrates verläuft.
13. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
optischen Wellenleiter (2) und der optischen Achse c ein Winkel α besteht, für den gilt: 0 <
α αgr. αgr ist der Grenzwinkel, ab dem die Verluste des Wellenleiters durch Leckmoden
erhöht werden.
14. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Länge L der Elektroden (3+4), in der die elektrische Wanderwelle auf den optischen Wellen
leiter (2) einwirkt, ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Schwebungslänge Λ beträgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944431589 DE4431589C2 (de) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944431589 DE4431589C2 (de) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4431589A1 true DE4431589A1 (de) | 1996-03-07 |
DE4431589C2 DE4431589C2 (de) | 1999-06-17 |
Family
ID=6527461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944431589 Expired - Fee Related DE4431589C2 (de) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4431589C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8912805B2 (en) | 2010-09-28 | 2014-12-16 | Hauni Maschinenbau Ag | Device and method for processing and measuring properties of a moving rod of material |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0374897A1 (de) * | 1988-12-22 | 1990-06-27 | United Technologies Corporation | Einseitenbandmodulator in Wellenleiteranordnung |
US5208697A (en) * | 1990-03-30 | 1993-05-04 | Hughes Aircraft Company | Microwave frequency range electro-optic modulator with efficient input coupling and smooth wideband frequency response |
JPH0627427A (ja) * | 1992-05-15 | 1994-02-04 | Ricoh Co Ltd | 光機能素子 |
-
1994
- 1994-09-05 DE DE19944431589 patent/DE4431589C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0374897A1 (de) * | 1988-12-22 | 1990-06-27 | United Technologies Corporation | Einseitenbandmodulator in Wellenleiteranordnung |
US5208697A (en) * | 1990-03-30 | 1993-05-04 | Hughes Aircraft Company | Microwave frequency range electro-optic modulator with efficient input coupling and smooth wideband frequency response |
JPH0627427A (ja) * | 1992-05-15 | 1994-02-04 | Ricoh Co Ltd | 光機能素子 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Optical and Quantum Electronics 20 (1988) 189-213 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8912805B2 (en) | 2010-09-28 | 2014-12-16 | Hauni Maschinenbau Ag | Device and method for processing and measuring properties of a moving rod of material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4431589C2 (de) | 1999-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69410303T2 (de) | Elektro-optischer Modulator mit periodischer Domäneninversion | |
DE69132673T2 (de) | Optische Wellenleitervorrichtung | |
DE69709255T2 (de) | Polarisationsunabhängiger elektrooptischer modulator | |
DE69709436T2 (de) | Optischer Halbleitermodulator und sein Herstellunsgverfahren | |
DE69428970T2 (de) | Optischer Modulator mit steuerbarem "Chirp" | |
DE69033717T2 (de) | Verfahren zur Bildung von Bereichen ausgewählter ferroelektrischer Polarisation in einem Körper aus ferroelektrischem Material | |
DE2812955C2 (de) | ||
DE69525690T2 (de) | Akustooptischer abstimmbarer Filter und durch diesen abgestimmter Laser | |
DE69111184T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur externes Modulation eines optischen Trägers. | |
DE69122939T2 (de) | Optische Steuervorrichtung | |
DE69023608T2 (de) | Elektro-optischer Modulator. | |
DE3244885A1 (de) | Farbselektiver zirkularpolarisator und seine verwendung | |
DE69119019T2 (de) | Polarisationsunabhängige optische Schalter/Modulatoren | |
EP0260594B1 (de) | Anordnung zur Polarisationskontrolle, insbesondere für einen optischen Heterodyn- oder Homodynempfänger | |
DE69933642T2 (de) | Lichtmodulator vom wellenleitertyp | |
DE3883492T2 (de) | Verfahren zur Anordnung eines polarisationsrichtenden optoelektronischen Schalters und ein Schalter dafür. | |
DE4329334A1 (de) | Digitaler optischer Schalter mit nahezu Z-Ausbreitung | |
DE3885500T2 (de) | TE/TM-Modenwandler. | |
DE69318790T2 (de) | Optische Modulationsvorrichtung und ihr Ansteuerungsverfahren | |
DE4240548A1 (de) | ||
DE69730384T2 (de) | Optisches Bauelement | |
DE69328849T2 (de) | Wellenleiter-richtungskoppler für licht | |
DE69219152T2 (de) | Integrierter optischer modulator mit glatter elektrooptischer bandpasscharakteristik | |
DE4431589C2 (de) | Integriert-optischer Einseitenbandmodulator für Mikrowellenfrequenzen | |
DE60030991T2 (de) | Optischer Intensitätsmodulator und zugehöriges Verfahren |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |