DE60301553T2

DE60301553T2 - Optischer schaltkreis mit optischen planaren hohlkern-lichtwellenleitern

Info

Publication number: DE60301553T2
Application number: DE60301553T
Authority: DE
Inventors: Richard Michael Malvern JENKINS; Mark Edward Malvern MCNIE
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: CN1643413A; US7428351B2; EP1605287A3; JP4515768B2; EP1605287A2; ATE304182T1; GB0201969D0; KR20040073600A; CA2474330A1; WO2003065091A2; TWI252940B; US20050089262A1; DE60301553D1; WO2003065091A3; US20070165980A1; AU2003202697A1; JP2005516253A; EP1470439A2; EP1470439B1; KR100928408B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf integrierte optische Einrichtungen und insbesondere auf verbesserte photonische Lichtschaltkreiseinrichtungen (Photonic Light Circuit, PLC).
Photonische Schaltkreismodule bilden einen integralen Bestandteil vieler optischer Kommunikations-, Sensor- und Instrumenteneinrichtungen. Bei derartigen photonischen Schaltkreiseinrichtungen werden mehrere optische Komponente fest an Ort und Stelle eingerichtet, und Wellenleiter, typischerweise Segmente von optischen Fasern, werden verwendet, um die Komponenten je nach Bedarf zu verbinden. Die optischen Komponenten und Verbindungsfasern werden auf einem geeigneten Substrat fixiert.
Optische Siliziumträger (Silicon Optical Benches, SiOB) sind ein Beispiel für eine Technik, mit der photonische Schaltkreise aufgebaut werden können. Wie der Name schon sagt, sind SiOBs optische Träger aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial. Nuten und Schlitze werden unter Einsatz von Mikrobearbeitungsprozessen in das Siliziummaterial geätzt, um die verschiedenen optischen Komponenten aufzunehmen. Die hohe Genauigkeit bei der Mikrobearbeitung macht es möglich, dass die optischen Komponenten und die optischen Fasern in den verschiedenen Schlitzen und Nuten in Bezug zueinander präzise ausgerichtet werden können. Damit wird eine sogenannte "passive Ausrichtung" der Komponenten erreicht, und es wird vermieden, dass die verschiedenen Komponenten des optischen Schaltkreises aktiv miteinander ausgerichtet werden müssen. Das Licht kann auch unter Verwendung von Freiraumoptiken wie zum Beispiel Linsen etc. zwischen den verschiedenen optischen Komponenten umgelenkt werden.
In der Veröffentlichung von Miura, T., et al: "Hollow Optical Waveguide for Temperature-Insensitive Photonic Integrated Circuits", Japanese Journal of Applied Physics, Band 40, Nr. 7A, Teil 2, 1. Juli 2001 (2001-07-01), Seite L688 – L690, XP001077922, ISSN: 0021-4922, die als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird, wird ein photonischer Lichtschaltkreis mit einem GaAs-Substrat sowie einer optischen Faser und einem Gitter beschrieben, wobei einer oder mehrere optische Hohlkernwellenleiter in dem Halbleitersubstrat erzeugt werden, um die optische Faser und das Gitter optisch zu verbinden.
Beispielsweise ist aus US 4 902 086 und EP 0 856 755 bekannt, dass es möglich ist, verschiedene Schichten aus Material abzuscheiden, um Wellenleiter herzustellen, die integraler Bestandteil des SiOB sind. Typischerweise wird eine Basisschicht, wie zum Beispiel Siliziumoxid, auf dem Siliziumsubstrat erzeugt. Eine Schicht aus dotiertem Silizium mit einem hohen Brechungsindex, d.h. eine Kernschicht, wird dann oben auf der Basisschicht mit niedrigem Brechungsindex abgeschieden. Die Kernschicht wird gemustert, um entsprechende Wellenleiter zu bilden. Optional wird außerdem eine obere Galvanisierungsschicht aus Material mit niedrigem Brechungsindex auf der gemusterten Kernschicht abgeschieden. Mit anderen Worten, Wellenleiter werden direkt auf dem Siliziumsubstrat gebildet, anstatt dass sie als separate optische Fasern hergestellt werden.
Ein Nachteil bei den bekannten photonischen Schaltkreiseinrichtungen, einschließlich derjenigen, die auf SiOB basieren, ist der hohe Grad an Genauigkeit, mit dem jede optische Komponente mit den dazugehörigen Wellenleitern ausgerichtet werden muss, um eine effiziente optische Verbindung sicherzustellen. Zusätzlich zur Sicherstellung der genauen physikalischen Ausrichtung der optischen Fasern und optischen Komponenten ist es außerdem notwendig, unerwünschte Reflexionen von dem Ende jedes Siliziumwellenleiters zu minimieren. Dies macht es notwendig, dass der Brechungsindex der Wellenleiter an den der optischen Komponenten angepasst wird oder ein Gel oder eine Antireflexbeschichtung verwendet wird. Außerdem können Linsen erforderlich sein, um das Einkoppeln von Licht zwischen den Komponenten im freien Raum zu vereinfachen. Diese Anforderungen erhöhen die Komplexität und damit die Kosten bei der Herstellung von photonischen Schaltkreisen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einige der oben beschriebenen Nachteile zu verringern.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine photonische Lichtschaltkreiseinrichtung ein Halbleitersubstrat und zwei oder mehrere optische Komponenten, wobei ein oder mehrere optische Hohlkernwellenleiter in dem Halbleitersubstrat gebildet werden, um die zwei oder mehreren optischen Komponenten optisch miteinander zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung hat gegenüber dem Stand der Technik der photonischen Schaltkreiseinrichtungen den Vorteil, dass die Notwendigkeit entfällt, optische Fasern für Verbindungen zwischen Komponenten vorzusehen oder Schichten aus Material abzuscheiden, um Vollkernwellenleiter herzustellen. Erfindungsgemäß wird ein photonischer Lichtschaltkreis (PLC) geschaffen, der einfacher herzustellen und daher kostengünstiger als Einrichtungen nach dem Stand der Technik ist.
Ein weiterer Vorteil der Verbindung der Komponenten mit optischen Hohlkernwellenleitern ist die optische Leistung des Schaltkreises, die größer als die ist, die mit photonischen Schaltkreisen nach dem Stand der Technik erreichbar ist, bei dem Vollkernwellenleiter (typischerweise aus Silizium oder Siliziumoxid bestehen) verwendet werden, um die optischen Komponenten miteinander zu verbinden. Darüber hinaus werden weder Gele noch Epoxyharze zur Anpassung der Indices oder Antireflexbeschichtungen auf den Oberflächen der Wellenleiter mehr benötigt.
Die Hohlkernwellenleiter werden hergestellt, um Licht zwischen optischen Komponenten des PLC zu übertragen. Die optischen Komponenten sind irgendwelche Einrichtungen, mit denen ein optisches Signal erzeugt, erfasst oder bearbeitet wird. Beispielsweise sind es Strahlteiler/-koppler, Etalon-Strukturen, Linsen, Wellenplatten, Modulatoren, Laser, Photodetektoren oder angetriebene optische Komponenten. Der Ausdruck optische Komponente sollte so verstanden werden, dass darin optische Strukturen enthalten sind, wie zum Beispiel Oberflächengitterprofile etc., die in oder aus den Hohlkernwellenleitern hergestellt werden. Die Hohlkernwellenleiter können planare oder zweidimensionale Leiter sein, was weiter unten beschrieben wird. Eine optische Komponente kann außerdem eine optische Faserverbindung sein; beispielsweise kann dies eine optische Faserverbindung sein, die verwendet wird, um Licht in den PLC einzukoppeln oder aus ihm auszukoppeln.
Halbleitersubstrate können mit den Mikrobearbeitungstechniken mit einem hohen Grad an Genauigkeit geätzt werden. Das Substrat kann vorzugsweise einen Mehrschicht-Wafer umfassen, beispielsweise SiGe oder Silizium-auf-Isolator (Silicon-on-Insulator, SOI) oder Siliziumauf-Glas (Silicon-on-Glass). Der Fachmann erkennt, dass Mikrobearbeitungstechniken üblicherweise einen Lithografie-Schritt umfassen, bei dem ein Muster definiert wird, gefolgt von einem Ätzschritt, um das Muster zu einer oder mehreren Schichten auf oder in dem Substratmaterial zu formen. Der Lithografieschritt kann Fotolithografie, Röntgen- oder Elektronenstrahl-Lithografie umfassen. Der Ätzschritt kann Ionenstrahlfräsen, chemisches Ätzen, Trockenplasmaätzen oder Trockentiefätzen (auch als Siliziumtiefätzen bezeichnet) umfassen. Mikrobearbeitungstechniken dieser Art sind auch mit verschiedenen Schichtabscheidungstechniken wie Sputtern, CVD und Elektrobeschichten kompatibel.
Vorzugsweise umfasst das Halbleitersubstrat einen oder mehrere Ausrichtungsschlitze, wobei jeder Ausrichtungsschlitz dazu eingerichtet ist, um in ausgerichtetem Zustand eine optische Komponente aufzunehmen. Die Ausrichtungsschlitze werden in die Form gebracht, die notwendig ist, um die optische Komponente aufzunehmen, und können daher tiefer/flacher und/oder breiter/schmaler als die optischen Hohlkernwellenleiter sein.
Die Ausrichtungsschlitze können somit mit ausreichender Genauigkeit hergestellt werden, um die optische Komponente auszurichten, die sie aufnehmen. Das Platzieren einer optischen Komponente in einem derartigen Ausrichtungsschlitz führt inhärent zu einer Ausrichtung der optischen Komponente, und eine Ausrichtung der Komponenten oder eine Nachführung ist nicht notwendig. Die üblichen Aufnahme- und Platzierungstechniken, wie sie bei der Herstellung von elektronischen Schaltkreisen und dergleichen Anwendung finden, können eingesetzt werden, um die optischen Komponenten in den Ausrichtungsschlitzen zu platzieren.
Alternativ kann mit den Aufnahme- und Platzierungstechniken die notwendige Ausrichtung erfolgen. Beispielsweise kann eine Komponente sauber ausgerichtet werden, wenn sie platziert wird, und dann fixiert werden (z.B. verklebt), um ausgerichtet zu bleiben.
Die Ausrichtungsschlitz und (insbesondere) die optischen Komponenten werden mit einer gewissen Größentoleranz gefertigt. Die Kopplungseffizienz zwischen einer optischen Komponente und einem dazugehörigen optischen Hohlkernwellenleiter verringert sich mit dem Winkelfehler bei der Ausrichtung der optischen Komponente in Bezug auf den Hohlkernwellenleiter. Die Reduzierung der Querschnittsdimensionen des Hohlkernwellenleiters erhöht die akzeptierbare Toleranz bei der Winkelausrichtung, dies jedoch auf Kosten von etwas erhöhten Verlusten in dem optischen Wellenleiter auf Grund der reduzierten Kerndimensionen und der verschärften (engeren) Toleranzen bei der lateralen Ausrichtung. Aufgrund der Kenntnis der Toleranzen bei der Ausrichtung, die bei einer bestimmten optischen Komponente erreicht werden (z.B. auf Grund der Kenntnis der Herstellungstoleranzen der optischen Komponente), wird es daher möglich, die Dimensionen des Hohlkernwellenleiters so zu wählen, dass eine hohe Kopplungseffizient sichergestellt ist.
Die Ausrichtungsschlitze können auch so geformt werden, dass eine optische Vollkernfaser ortsfest eingeklemmt wird, so dass optische Eingänge/Ausgänge auf dem PLC hergestellt werden können. Es können auch abgestufte Schlitze zur optischen Ausrichtung der Faser vorgesehen werden, um sowohl die Pufferschicht als auch die Galvanisierung zu halten. Die Ausrichtung des Kerns einer optischen Hohlkernfaser mit einem Hohlkernwellenleiter auf dem PLC, beispielsweise durch Festklemmen der galvanisierten optischen Faser in einem Ausrichtungsschlitz, wäre besonders vorteilhaft, da die Verbindung von Luftkern zu Luftkern frei von irgendwelchen Reflexionen ist.
Um eine effiziente Kopplung zwischen dem Kern einer optischen Faser und einem Hohlkernwellenleiter des PLC zu ermöglichen, sollte der Querschnitt des Hohlkernwellenleiters für den Querschnitt des optischen Faserkerns geeignet sein. Wenn eine Leckrate in die Galvanisierung gegeben ist, bedeutet dies im Fall von Vollkernfasern, dass die Breite der Mode in der Faser tatsächlich größer als der Kerndurchmesser ist; typischerweise hat zum Beispiel der 10 μm-Vollkern einer Einzelmodenglasfaser eine Gesamtfeldbreite von etwa 14 μm Durchmesser. Wenn sich die Modenbreite von der des Hohlkernwellenleiters unterscheidet, können Linsen (z.B. Kugel- oder GRIN-Stablinsen etc.) verwendet werden, um das optische Feld zu erweitern oder zu reduzieren, um damit zu ermöglichen, dass Licht in/aus Fasern mit unterschiedlicher Kerngröße gegenüber dem Hohlkernwellenleiter des PLC gekoppelt werden kann. Die Faserenden der Vollkernfasern können Antireflexeigenschaften haben.
Insbesondere werden die eine oder mehrere der beiden oder mehreren optischen Komponenten aus dem Material des Halbleitersubstrats hergestellt, d.h. es werden monolithische Komponenten hergestellt.
Alternativ können einige oder alle der optischen Komponenten, aus denen der PLC besteht, und die über die Hohlkernwellenleiter verbunden sind, die in dem Halbleitersubstrat gebildet wurden, an dem Halbleitersubstrat wie oben beschrieben befestigt werden, mit anderen Worten, es kann eine Hybrideinrichtung aufgebaut werden.
Wenigstens eine der zwei oder mehreren optischen Komponenten umfasst vorzugsweise eine mikroelektromechanische Einrichtung (Micro-Electro-Mechanical-System, MEMS). Die MEMS-Komponente kann eine Hybrid- oder eine monolithische Komponente sein. Unter MEMS werden hier auch mikrobearbeitete Elemente, Mikrosystemtechniken, Mikromaschinen und Mikrokonstruktionen verstanden. Beispiele für optische MEMS-Komponenten umfassen Ausrichtungselemente, Pop-down-Fresnel-Linsen, Gyroskope, bewegliche Spiegel, abstimmbare Fabry-Perot-Resonatoren, adaptive optische Elemente, Schalter, variable optische Abschwächer, Filter etc.
Insbesondere bildet das Halbleitersubstrat einen Basisabschnitt der photonischen Lichtschaltkreiseinrichtung, und ein Deckelabschnitt ist außerdem vorgesehen, um die optischen Hohlkernwellenleiter zu bilden.
Vorzugsweise werden eine oder mehrere der optischen Komponenten an dem Deckelabschnitt befestigt. Optische Komponenten können ausschließlich auf dem Deckel befestigt werden, ausschließlich auf dem Basisabschnitt oder sowohl auf dem Deckel als auch auf der Basis.
Der Deckelabschnitt kann aus Halbleitermaterial hergestellt werden, wie zum Beispiel Silizium, und vorzugsweise können eine oder mehrere optische Komponenten darauf angeordnet werden. Alternativ kann der Deckelabschnitt aus Glas hergestellt werden. Vorzugsweise sollte der Deckel dieselben thermischen Ausdehnungseigenschaften wie das Substrat haben, beispielsweise ist dies erreichbar, indem der Deckel aus demselben Halbleitermaterial wie das Substrat hergestellt wird.
Im Fall der Komponenten, die am Deckel befestigt sind, wird der Basisabschnitt geätzt, um die Hohlkernwellenleiterstrukturen und Aussparungen für die optischen Komponenten zu bilden, die aus dem Deckelabschnitt gebildet oder daran befestigt wurden. Das Befestigen des Deckelabschnitts auf dem Basisabschnitt macht es möglich, dass die optischen Komponenten in Ausrichtung mit den optischen Wellenleitern des Basisabschnittes gebracht werden. Der Fachmann erkennt, dass verschiedene Techniken, wie zum Beispiel Präzisionsausrichtung zum Anpassen von Teilen oder Wafer- oder Chip- Ausrichtungswerkzeuge vorgesehen werden können, um die genaue Ausrichtung von Deckel und Basis sicherzustellen. Alternativ können einige oder alle der optischen Komponenten direkt in Ausrichtungsschlitzen, die in dem Basisabschnitt gebildet wurden, befestigt werden. Dies macht es möglich, dass der Deckelabschnitt auf dem Basisabschnitt befestigt wird, ohne dass der Deckel und die Basisabschnitte präzise ausgerichtet werden müssen.
Insbesondere weist der Deckelabschnitt eine spiegelnde Beschichtung auf. Die Spiegelbeschichtung kann je nach Bedarf den Deckelabschnitt in Gänze bedecken oder nur ausgewählte Teile davon. Vorzugsweise kann die Spiegelbeschichtung eine Schicht aus Material mit einem Brechungsindex umfassen, der niedriger als der des Wellenleiterkerns innerhalb des Betriebswellenlängenbandes ist, beispielsweise kann dies Gold, Silber oder Kupfer sein. Alternativ können eine oder mehrere Schichten aus dielektrischem Material oder eine Schicht aus Siliziumkarbid vorgesehen sein.
Der Fachmann erkennt, auf welche Art und Weise der Deckelabschnitt und der Basisabschnitt zusammengesetzt werden können. Beispielsweise kann eine Zwischenschicht, wie etwa ein leitfähiges oder nicht leitfähiges Epoxyharz, eingesetzt werden. Alternativ und für den Fall, dass eine Metallschicht als Schicht mit niedrigem Brechungsindex verwendet wird, kann eine eutektische Metall-Halbleiterverbindung hergestellt werden. Glasurtechniken können eingesetzt werden, um den Deckel mit dem Halbleiterbasisabschnitt zu verbinden, oder, wenn der Deckelabschnitt aus Glas gebildet wurde, können anodische Techniken eingesetzt werden.
Vorzugsweise umfasst das Halbleitersubstrat Silizium. Dies kann auf verschiedene Arten verwendet werden, zum Beispiel in Form eines Wafers (z.B. Si, Silizium-auf-Isolator oder Silizium-auf-Glas) oder als epitaktische Schicht (z.B. SiGe oder GaAs) auf einem Si-Substrat. Vorzugsweise wird SOI eingesetzt.
Insbesondere unterscheiden sich die optischen Eigenschaften einer ersten Innenoberfläche zum Bilden eines oder mehrerer der optischen Hohlkernwellenleiter von den optischen Eigenschaften einer zweiten Innenoberfläche zum Bilden des optischen Hohlkernwellenleiters. Dies macht es möglich, dass Hohlkernwellenleiter gebildet werden, die effizientere Lichtleiter für eine bestimmte Polarisation sind, was genauer weiter unten mit Bezug auf 6 erläutert werden wird.
Vorzugsweise weisen wenigstens einige der Innenoberflächen des einen oder der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter eine Spiegelbeschichtung auf.
Die Spiegelbeschichtung kann vorzugsweise eine Schicht aus Material umfassen, das einen Brechungsindex hat, der in dem Betriebswellenlängenband kleiner als der des Wellenleiterkerns ist.
Die Materialschicht mit einem Brechungsindex, der niedriger als bei dem Wellenleiterhohlkern ist, sorgt dafür, dass es zu einer inneren Totalreflexion (total internal reflection, TIR) von Licht innerhalb der PLC-Wellenleiter kommt, so dass dadurch der Umfang an optischen Verlusten reduziert wird.
Man beachte, dass sich bei der Herstellung von optischen Hohlkernwellenleiterstrukturen der Hohlkern wahrscheinlich mit Luft füllt. Hier wird daher davon ausgegangen, dass der Brechungsindex des Kerns der von Luft bei atmosphärischem Druck und Temperatur ist (d.h. n ≈ 1). Dies sollte jedoch keinesfalls als Einschränkung in Bezug auf den Umfang dieser Erfindung verstanden werden. Der Hohlkern kann irgendein Fluid enthalten (zum Beispiel eine Flüssigkeit oder ein Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff), oder es kann Vakuum darin herrschen. Der Begriff Hohlkern bedeutet einfach einen Kern, in dem keinerlei festes Material vorhanden ist. Auch der Begriff innere Totalreflexion (TIR) soll hier so verstanden werden, dass auch abgeschwächte innere Totalreflexion (ATIR) darunter fällt.
Insbesondere ist das reflektive Material auf der inneren Oberfläche der optischen Hohlkernwellenleiter ein Metall wie zum Beispiel Gold, Silber oder Kupfer. Metalle zeigen einen ausreichend niedrigen Brechungsindex über einen Wellenlängenbereich, der durch die physikalischen Eigenschaften des Metalls beherrscht wird; Standardlehrbücher wie "The handbook of optical constants" von E. D. Palik, Academic Press, London, 1998, enthalten genaue Daten in Bezug auf die Wellenlängenabhängigkeit der Brechungsindices verschiedener Materialien. Insbesondere hat Gold einen Brechungsindex, der kleiner als der von Luft bei Wellenlängen innerhalb des Bereiches um etwa 500 nm bis 2,2 μm ist; darin eingeschlossen sind Wellenlängen innerhalb der wichtigen Telekommunikationsbänder von 1.400 nm bis 1.600 nm. Kupfer hat einen Brechungsindex, der über den Wellenlängenbereich zwischen 560 nm und 2.200 nm kleiner als eins ist, während Silber über einen Wellenlängenbereich von 320 nm bis 2.480 nm ähnliche Brechungsindexeigenschaften hat.
Wie dem Fachmann bekannt ist, kann eine Schicht aus Metall auf verschiedene technische Arten abgeschieden werden. Diese Techniken beinhalten Sputtern, Verdampfen, chemische Dampfabscheidung (CVD) und (elektrisches oder chemisches) Galvanisieren. CVD und Galvanisierungstechniken machen es möglich, dass die Metallschichten ohne signifikante richtungsabhängige Dickeschwankungen abgeschieden werden. Sputtern mit rotierendem Werkstück und/oder Quelle führt ebenfalls zu einer gleichmäßigen Beschichtung. Galvani sierungstechniken sind besonders vorteilhaft, da sie die Bearbeitung von Losen (d.h. die parallele Bearbeitung mehrerer Substrate) ermöglichen.
Der Fachmann erkennt, dass Haftschichten und/oder Diffusionsbarriereschichten auf dem Hohlkernwellenleiter abgeschieden werden können, bevor die Metallschicht abgeschieden wird. Beispielsweise kann eine Schicht aus Chrom oder Titan als Haftschicht vor dem Abscheiden von Gold vorgesehen werden. Eine Diffusionsbarriereschicht, wie zum Beispiel Platin, kann ebenfalls auf der Haftschicht abgeschieden werden, bevor Gold abgeschieden wird. Alternativ kann eine kombinierte Haft- und Diffusionsschicht (wie zum Beispiel Titan-Nitrid, eine Titan-Wolfram-Legierung oder eine isolierende Schicht) eingesetzt werden.
Insbesondere kann die Spiegelbeschichtung auf den inneren Oberflächen der Hohlkernwellenleiter (einschließlich jedes Deckelabschnittes) durch einen rein dielektrischen oder einen Metall-Dielektrikum-Stapel vorgenommen werden. Der Fachmann erkennt, dass die optische Dicke der dielektrischen Schicht(en) zu einem Interferenzeffekt führt, durch den die Reflexionseigenschaften der Beschichtungen bestimmt werden. Das dielektrische Material wird durch CVD oder Sputtern oder reaktives Sputtern abgeschieden. Alternativ kann eine dielektrische Schicht durch chemische Reaktion mit einer abgeschiedenen Metallschicht gebildet werden. Zum Beispiel kann bei einer Silberschicht eine chemische Reaktion mit einem Halogenid herbeigeführt werden, um eine dünne Oberflächenschicht aus Silberhalogenid herzustellen.
Mit anderen Worten, die Spiegelbeschichtung kann als rein dielektrischer oder als Metall-Dielektrikum-Stapel vorliegen. Der Fachmann erkennt, dass die optische Dicke der dielelektrischen Schicht(en) zu den erforderlichen Interferenzeffekten führt und damit die Spiegeleigenschaften der Beschichtung bestimmt. Die Spiegeleigenschaften der Beschichtung können bis zu einem gewissen Grade auch von den Eigenschaften des Materials abhängen, in welchem die Hohlkernwellenleiter gebildet werden. Daher kann das darunter liegende Halbleitersubstrat ebenfalls eine Basisschicht bilden und Teil irgendeines derartigen dielektrischen Mehrschichtstapels sein.
Darüber hinaus besteht die Materialschicht auf der inneren Oberfläche der Hohlkernwellenleiter insbesondere aus Siliziumkarbid.
Wie oben beschrieben, kann die zusätzliche Materialschicht mit niedrigem Brechungsindex so gewählt werden, dass ein effizienter Betrieb bei irgendeiner gewünschten Wellenlänge möglich ist. Siliziumkarbid hat einen Brechungsindex von 0,06 bei 10,6 μm, so dass dieses Material besonders geeignet ist für die Verwendung in Vorrichtungen, die bei diesen Wellenlängen betrieben werden.
Vorzugsweise hat wenigstens einer von dem einen oder mehreren optischen Hohlkernwellenleitern einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt (wobei hierin auch quadratisch enthalten sein soll). Ein quadratischer oder nahezu quadratischer Querschnitt des Hohlkernwellenleiters führt zu einem Wellenleiter, bei dem die Verluste im Wesentlichen unabhängig von der Polarisation sind, und dies ist von Vorteil, wenn der Polarisationszustand des Lichtes unbekannt ist oder sich ändert.
Vorzugsweise weist der rechteckige optische Hohlkernwellenleiter in seinem Querschnitt eine erste Ausdehnung parallel zu einer ersten Wellenleiterwand und in seinem Querschnitt eine zweite Ausdehnung senkrecht zu der ersten Querschnittsausdehnung auf, wobei die erste Querschnittsausdehnung wenigstens 5% oder 10% oder 15% oder 25% oder 50% größer als die zweite Querschnittsausdehnung ist. Wie mit Bezug auf 7d unten beschrieben wird, wird ein solcher Wellenleiter für linear polarisiertes Licht bekannter Polarisation bevorzugt.
Vorzugsweise sind die Brechungsindices der Oberflächen, die den wenigstens einen optischen Hohlkernwellenleiter mit rechteckigem innerem Querschnitt definieren, im Wesentlichen gleich. Dadurch können die polarisationsabhängigen Verluste in dem Wellenleiter reduziert werden.
Vorzugsweise haben gegenüberliegende Oberflächen, die den optischen Hohlkernwellenleiter mit innerem rechteckigem Querschnitt bilden, im Wesentlichen gleiche effektive Brechungsindices, und benachbarte Oberflächen, die optische Hohlkernwellenleiter mit innerem rechteckigem Querschnitt bilden, haben unterschiedliche effektive Brechungsindices. Wie mit Bezug auf die 7a bis 7c unten beschrieben wird, macht es die Auswahl der Brechungsindices der gegenüberliegenden Paare von Wellenleiterwänden möglich, dass Übertragungsverluste reduziert werden, wenn Licht mit einer bekannten linearen Polarisation übertragen wird.
Vorzugsweise weist ein Paar gegenüberliegender Oberflächen des optischen Hohlkernwellenleiters mit innerem rechteckigem Querschnitt eine Beschichtung mit hohem Brechungsindex auf. Dadurch erhält man den hohen Brechungsindex, der von Vorteil ist, wenn s-polarisiertes Licht wie unten beschrieben reflektiert werden soll.
Das Halbleitermaterial des Substrats kann auch dotiert werden, um seine optischen Eigenschaften zu ändern und die Verluste in dem Hohlkernwellenleiter zu verringern.
Insbesondere wird von wenigstens einem des einen oder der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter(s) die Ausbreitung der fundamentalen Mode unterstützt. Auch kann von wenigstens einem des einen oder der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter(s) vorzugsweise die Mehrmoden-Ausbreitung unterstützt werden. Vorzugsweise ist der Mehrmodenbereich von einer derartigen Länge, dass es zu einer Bildwiedergabe kommt, wie es genauer weiter unten beschrieben wird.
Der Fachmann erkennt, dass die Form und die Dimensionen des Hohlkernwellenleiters die entsprechenden optischen Leitereigenschaften beeinflussen. Beispielsweise können kegelförmige Hohlkernwellenleiter mit einer Strahlerweiternden oder -fokussierenden Funktion eingesetzt werden. Die hohe Auflösung, mit der Hohlkernwellenleiter unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken hergestellt werden können, macht es möglich, dass die Leitereigenschaften je nach Bedarf eingestellt werden können, um den Betrieb des PLC zu optimieren. Der Fachmann erkennt jedoch, dass die Form der optischen Hohlkernwellenleiter bis zu einem gewissen Grade durch die Art des verwendeten Mikrobearbeitungsprozesses vorgegeben werden kann. Beispielsweise können V-Nuten ohne weiteres in [100]-Silizium nass geätzt werden, während rechteckige Wellenleiter ohne weiteres in [110]-Silizium nass geätzt werden können. Jedoch beruht die einfachste Herstellung auf Tiefätzen mit reaktiven Ionen (deep reactive ion etching, DRIE).
Vorzugsweise wird die Einrichtung mit Strahlung innerhalb der Wellenlängenbereiche 0,1 μm bis 20 μm, 0,8 μm bis 1,6 μm oder besonders bevorzugt im Bereich 1,4 μm bis 1,6 μm betrieben. Die optischen Eigenschaften von Gold-, Silber- und Kupferbeschichtungen machen diese Metalle besonders geeignet für den Einsatz in PLC-Einrichtungen für den Betrieb in dem Telekommunikationswellenlängenband (d.h. für den Betrieb bei Wellenlängen um die Mittenwellen länge von 1,55 μm). Vorzugsweise kann die Einrichtung in den thermischen Infrarotbändern 3 bis 5 μm oder 8 bis 12 μm betrieben werden.
Insbesondere umfasst das Halbleitersubstrat wenigstens einen Ausrichtungsschlitz, um eine optische Faserverbindung aufzunehmen und diese optische Faserverbindung mit dem einen oder mit einem der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter des Halbleitersubstrats zu koppeln.
Darüber hinaus kann eine Modenanpassungseinrichtung vorzugsweise in der Nähe des Ausrichtungsschlitzes angeordnet werden, um eine Kopplung zwischen den Moden einer optischen Faser und den analogen Moden des optischen Hohlkernwellenleiters mit einem anderen Kerndurchmesser zu ermöglichen. Beispielsweise koppelt im Fall einer optischen Fundamentalmodenfaser die Modenanpassungseinrichtung die Fundamentalmode der Faser und die Fundamentalmode des Hohlkernwellenleiters. In dem Fall von Mehrmodenausbreitung wird das Modenspektrum der optischen Faser angepasst an das Modenspektrum des Hohlkernwellenleiters. Die Modenanpassungseinrichtung kann insbesondere eine GRIN-Stablinse, eine Kugellinse, eine konventionelle Linse oder eine Fresnel-Linse umfassen.
Alternativ kann der Ausrichtungsschlitz dazu eingerichtet sein, eine mit Linsen versehene optische Faser aufzunehmen.
Vorzugsweise ist der Ausrichtungsschlitz eingerichtet, um eine optische Hohlkernfaser aufzunehmen. Die optische Faser kann eine Mehrmodenfaser oder eine Einzelmodenfaser sein.
Vorzugsweise umfasst wenigstens eine der beiden oder der mehreren optischen Komponenten eine Spiegeloberfläche, die gewinkelt ist, um Licht aus der Ebene des Halbleitersubstrats herauszulenken. Die gespiegelte Oberfläche kann einen monolithischen Aufbau (z.B. eine gewinkelte Halbleiteroberfläche, wie in 15 beschrieben) oder einen Hybridaufbau aufweisen. Mit anderen Worten, der PLC ist nicht darauf eingeschränkt, Licht in der Ebene der Substratoberfläche zu leiten. Licht kann aus der Ebene des Substrats herausgelenkt werden. Beispielsweise können gestapelte oder dreidimensionale PLCs gemäß dieser Erfindung hergestellt werden.
Insbesondere kann der PLC außerdem wenigstens eine Mikrowellen-Komponente und/oder einen Mikrowellen-Hohlkernwellenleiter umfassen. Mit anderen Worten, man kann einen optischen Mikrowellen-Hybridschaltkreis herstellen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Basisabschnitt für einen photonischen Lichtschaltkreis ein Halbleitersubstrat mit einem oder mehreren Hohlkanälen darin, wobei der Basisabschnitt so eingerichtet ist, dass in Kombination mit einem entsprechenden Deckelabschnitt wenigstens ein optischer Hohlkernwellenleiter gebildet wird.
Insbesondere wird wenigstens ein Schlitz in dem Halbleitersubstrat des Basisabschnitts gebildet, um eine optische Komponente ausgerichtet aufzunehmen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Basisabschnitt für einen photonischen Lichtschaltkreis ein Halbleitersubstrat, bei dem ein oder mehrere Hohlkernwellenleiterkanäle und wenigstens ein Schlitz zur Aufnahme einer optischen Komponente in Ausrichtung gebildet werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines photonischen Lichtschaltkreises angegeben mit den Schritten Bereitstellung eines Basisabschnittes gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt der Erfindung und Befestigen eines Deckels daran.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines photonischen Lichtschaltkreises angegeben, das in einem Schritt die Mikrobearbeitung eines oder mehrerer der Hohlkernkanäle in einem Halbleitersubstrat umfasst, die geeignet sind, um im Betrieb als Hohlkernwellenleiter zu dienen.
Insbesondere werden dabei in einem zusätzlichen Schritt Schlitze in dem Halbleitersubstrat für das geeignete passive Ausrichten der optischen Komponenten darin gebildet. Die Schlitze können unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken oder von Präzisionsherstellungstechniken wie Laserbearbeitung hergestellt werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt, dass die inneren Oberflächen des Hohlkernkanals/der Hohlkernkanäle mit einer Schicht aus Material bedeckt werden, das einen Brechungsindex hat, der im Betriebswellenlängenband niedriger als der des Wellenleiterkerns ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren angegeben zur Herstellung eines photonischen Lichtschaltkreises mit den Schritten, dass (a) ein Halbleitersubstrat verwendet wird, in welchem wenigstens ein optischer Hohlkernwellenleiter und wenigstens ein Schlitz zur Aufnahme einer optischen Komponente gebildet sind, und dass (b) eine optische Komponente in den wenigstens einen Schlitz eingefügt wird, so dass der Schritt, bei dem die optische Kom ponente in den wenigstens einen Schlitz eingefügt wird, auch dazu dient, die optische Komponente auszurichten.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird eine Vorlageform geschaffen, die geeignet ist zur Herstellung eines Musters in einer Schicht aus deformierbarem Material, wobei die Vorlageform Halbleitermaterial umfasst, das geeignet gemustert ist, um in dem deformierbaren Material wenigstens einen Hohlkernwellenleiterkanal und wenigstens einen Ausrichtungsschlitz zu bilden, wobei wenigstens ein Ausrichtungsschlitz eingerichtet ist, um eine optische Komponente ausgerichtet aufzunehmen.
Alternativ kann eine Vorlageform in dem Halbleitermaterial gebildet werden, die die Herstellung einer Vor-Vorlageform ermöglicht. Die Vor-Vorlageform kann dann verwendet werden, um das gewünschte Muster in einem deformierbaren Material zu erzeugen, um einen PLC zu definieren. Eine Vorlageform oder Vor-Vorlageform kann außerdem als Gussform verwendet werden, um das gewünschte Muster in einer fixierbaren Schicht zu bilden.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines photonischen Lichtschaltkreises angegeben, das den Schritt umfasst, dass (a) eine Vorlageform gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung verwendet wird, um ein Muster permanent in einer Schicht aus deformierbarem Material zu erzeugen, und dass (b) wenigstens eine optische Komponente in dem wenigstens einen Ausrichtungsschlitz eingefügt wird, der in dem deformierbaren Material gebildet wurde.
Es wird eine photonische Lichtschaltkreiseinrichtung beschrieben, die ein Halbleitersubstrat umfasst, wobei ein oder mehrere optische Hohlkernwellenleiter in dem Halbleitersubstrat gebildet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt einen typischen SiOB nach Stand der Technik mit mehreren optischen Komponenten.
2 zeigt einen integrierten Vollkernwellenleiter, wie er bei bestimmten SiOB-Einrichtungen nach Stand der Technik eingesetzt wird.
3 zeigt einen Abschnitt eines PLC gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Anzahl von Hohlkernwellenleitern gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt im Querschnitt verschiedene Hohlkernwellenleiter.
6 zeigt den Fresnel-Reflexionskoeffizienten einer kupferbeschichteten Oberfläche für s-polarisiertes und p-polarisiertes Licht.
7 zeigt einen Querschnitt von vier zusätzlichen Hohlkernwellenleitern.
8a zeigt einen Hohlkernstrahlteiler, 8b zeigt eine Brewster-Platte, und 8c zeigt die Reflexion von Silizium als Funktion des Einfallswinkels von s-polarisiertem und p-polarisiertem Licht.
9 zeigt eine monolithische Linse (9a) und einen Brennspiegel (9b), hergestellt in einem Siliziumsubstrat.
10 zeigt einen PLC, in dem Licht in und aus optischen Fasernkabeln gekoppelt wird.
11 zeigt einen kegelförmigen Wellenleiter in einem Siliziumsubstrat.
12 zeigt einen Demultiplexer mit Hohlkernwellenleiter in einem Siliziumsubstrat.
13 zeigt einen Hohlkern-Proximity-Koppler.
14 zeigt einen PLC sowohl mit Hohlkern- als auch mit Vollkernwellenleitern.
15 zeigt einen PLC mit einer verspiegelten Oberfläche, die gewinkelt ist, um Licht aus der Ebene des Substrats herauszulenken.
16 zeigt den optischen Verlust von Hohlkernwellenleitern bei Verwendung in PLCs gemäß der vorliegenden Erfindung.
17 zeigt den Effekt einer Winkelfehlanpassung.
18 zeigt den Effekt einer seitlichen Fehlanpassung.
19 zeigt eine Einrichtung zum Halten einer Komponente in Ausrichtung in einem Ausrichtungsschlitz.
In 1 ist eine typische optische Siliziumbank nach Stand der Technik gezeigt.
1a zeigt eine optische Siliziumbank 2 mit einem mikrobearbeiteten Hohlkanal 4 und einem Paar von Lötverbindungen 6. Die optische Siliziumbank 2 ist so aufgebaut, dass sie einen Laser 8 und ein optisches Siliziumoxid-Faserverbindung 10 umfasst.
1b zeigt die optische Siliziumoxidfaser 10 und die Laserdiode 8, die auf der optischen Siliziumbank 2 montiert ist. Der Hohlkanal 4 ist mit einer Präzision hergestellt worden, die ausreichend hoch ist, so dass der optische Ausgang des Lasers 8 präzise mit dem Ende der optischen Siliziumoxidfaser 10 ausgerichtet ist. Die Lötverbindungen 6 sorgen für eine elektrische Verbindung und befestigen die Laserdiode 8 an dem Substrat.
Um unerwünschte Reflexionen vom Ende jedes Siliziumoxidwellenleiters zu vermeiden, ist eine (nicht dargestellte) Antireflexionsbeschichtung vorgesehen. Alternativ können die Siliziumoxidwellenleiter in Bezug auf den Brechungsindex angepasst werden (z.B. unter Verwendung eines Gels zur Anpassung der Indices) und direkt mit jeder der optischen Komponenten verbunden werden. Die Forderung nach Antireflexbeschichtungen und/oder Indexanpassung führt zu weiteren Kosten der gesamten Vorrichtung und lässt die Herstellung komplexer und zeitaufwendiger werden.
Obgleich der Einfachheit halber eine einzelne optische Faserverbindung (d.h. das optische Siliziumoxid-Faserverbindung 10) und eine optische Komponente (d.h. der Laser 8) in 1 gezeigt sind, erkennt der Fachmann, dass unter Anwendung desselben Prinzips auch komplexe photonische Schaltkreise mit mehreren Komponenten hergestellt werden können. Viele optische Komponenten können auf der optischen Siliziumbank angeordnet werden, und optische Verbindung können unter Verwendung verschiedener Längen von optischen Siliziumoxidfaserwellenleitern zwischen den Komponenten hergestellt werden. Die optischen Komponenten können beispielsweise optische Modulatoren, Strahlteiler, Strahlüberlagerungseinrichtungen, Detektoren etc. umfassen.
In 2 ist ein integrierter optischer Wellenleiter nach Stand der Technik für die Verwendung als Teil einer optischen Siliziumbank dargestellt.
Eine Siliziumoxidschicht 20 mit niedrigem Brechungsindex ist auf dem Substrat der optischen Siliziumbank 22 angeordnet. Eine Schicht mit hohem Brechungsindex aus dotiertem Siliziumoxid wird auf der Siliziumoxidschicht 20 gebildet, und ein Wellenleiterkern 24 mit hohem Brechungsindex wird durch Wegätzen von Abschnitten der Schicht mit hohem Index aus dotiertem Siliziumoxid gebildet. Eine Abdeckschicht 26 aus Siliziumoxid mit niedrigem Brechungsindex bedeckt den Wellenleiterkern 24 mit hohem Brechungsindex.
Der Wellenleiterkern 24 mit hohem Brechungsindex dient als optischer Wellenleiter, und der im Vergleich zu der Galvanisierung hohe Brechungsindex des Kerns sorgt dafür, dass das Licht durch die interne Totalreflexion geführt wird. Dies bedeutet, dass der optische Wellenleiter in der optischen Siliziumbank integriert ist und nicht nur damit in Verbindung gehalten wird. Integrierte optische Wellenleiter mit Vollkern sind damit eine bekannte Alternative zu optischen Fasern, die in Nuten auf einer optischen Siliziumbank montiert werden. Jedoch werden durch die Verwendung des integrierten optischen Wellenleiters die Anforderung an die optischen Komponenten in Bezug auf die Anpassung der Indices der Wellenleiter nicht verringert oder Antireflexbeschichtungen überflüssig. Das Abscheiden von zusätzlichen Materialschichten auf dem Siliziumsubstrat erhöht außerdem die Komplexität der Herstellung des photonischen Schaltkreises.
In 3 ist ein photonischer Lichtschaltkreis (PLC) 40 mit Hohlkernwellenleiter gezeigt, der Teil einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist; 3a zeigt perspektivisch den PLC, und 3b zeigt einen Querschnitt durch den PLC entlang der gestrichelten Linie, die in 3a mit "A" bezeichnet ist.
Der Hohlkernwellenleiter-PLC 40 umfasst eine Siliziumbasis 42 und einen Siliziumdeckel 44. Ein Laser ist befestigt an und ausgerichtet in der Siliziumbasis 42. Licht, das von dem Laser 8 ausgestrahlt wird, wird in den Einzelmoden-Hohlkernwellenleiter 46 eingekoppelt, der durch die Siliziumbasis und den Siliziumdeckel 44 gebildet wird. Mit anderen Worten, die Hohlkernwellenleiter werden direkt in dem Silizium gebildet, aus dem die PLC-Basis und der Deckel hergestellt werden. Zur Vereinfachung sind die elektrischen Verbindungen des Lasers 8 nicht dargestellt, da der Fachmann die verschiedenen Arten, in denen elektrische Verbindungen hergestellt werden können, kennt; beispielsweise handelt es sich um Spurimplantation (track Implantation) unter Verwendung von Diodenisolierung in der Basis 42.
Der Hohlkernwellenleiter 46 aus 3 hat in der Darstellung einen rechteckigen Querschnitt. Die Verwendung von rechteckigen Wellenleitern (hier soll der Begriff rechteckig auch quadratisch beinhalten) mit im Wesentlichen gleicher Tiefe und Breite reduziert die polarisationsabhängigen Verluste, was sich als vorteilhaft bei vielen Telekommunikationsanwendungen herausstellen kann.
Obgleich rechteckige Wellenleiter gezeigt sind, kann der Wellenleiterquerschnitt je nach Bedarf geformt werden. Beispielsweise können mit geeigneten Ätztechniken kreisförmige oder parabolische Querschnitte oder V-förmige Wellenleiter in der Siliziumbasis hergestellt werden. Hohlkernwellenleiterstrukturen können auch in dem Siliziumdeckel 44 erzeugt werden. Dies macht es jedoch erforderlich, dass sowohl die Basis als auch der Deckel gemustert werden, und es bedeutet außerdem, dass der Deckel und die Basis präzise ausgerichtet werden müssen. Die Dimensionen des Hohlkernwellenleiters können so gewählt werden, dass je nach Bedarf die fundamentale Mode oder die Mehrmodenausbreitung unterstützt werden, was genauer weiter unten erläutert werden wird.
In dem Beispiel, das mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, wird Silizium eingesetzt, um den PLC aufzubauen, da mit Mikrobearbeitungstechniken, die dem Fachmann bekannt sind, mit einem hohen Grad an Genauigkeit geätzt werden kann. Jedoch erkennt der Fachmann auch, dass jedes beliebige mikrobearbeitete Halbleitermaterial eingesetzt werden kann, um damit einen PLC gemäß der vorliegenden Erfindung aufzubauen.
Der Laser 8 ist eine separate Komponente, die mit der Siliziumbasis 42 verbunden ist (bonded); mit anderen Worten handelt es sich hier um einen Hybridaufbau. Ein Fachmann erkennt außerdem, dass es möglich ist, den Laser 8 mit einem Deckel zu verwenden oder optische Komponenten im Silizium selbst herzustellen. Obgleich nur ein Laser 8 mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, können viele optische Komponenten angeordnet oder gebildet und/oder in Bezug auf die Siliziumbasis oder den Deckel ausgerichtet werden. Ausrichtungsschlitze in dem Deckel können außerdem genutzt werden, um ausgerichtete optische Komponenten aufzunehmen. Diese Technik macht es somit möglich, komplexe PLCs mit mehreren Komponenten herzustellen. Die optischen Komponenten können beispielsweise optische Modulatoren, Strahlteiler, Strahlüberlagerungseinrichtungen, Detektoren, Gitter, Spiegel, GRIN- (Graded Refractive Index-) Linsen etc. beinhalten. Beispiele für einige Typen von optischen Komponen ten, die in einem PLC gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut werden können, werden genauer weiter unten beschrieben.
Um die optische Transmission durch die Hohlkernwellenleiter 46 zu maximieren, wird eine Goldschicht 48 auf der inneren Oberfläche des Hohlkernwellenleiters 46 vorgesehen. Die Abscheidung einer Goldschicht auf der Siliziumbasis und dem Deckel ist ohne weiteres möglich, beispielsweise unter Einsatz von geeigneten Metallabscheidungstechniken, wie zum Beispiel Sputtern oder Galvanisieren.
Der Deckel kann mit der Basis auf vielerlei Arten verbunden werden, die dem Fachmann bekannt sind. Bereiche aus Silizium, die nicht Teil des optischen Hohlkernwellenleiters sind, können frei zugänglich auf dem Deckeabschnitt und/oder dem Basisabschnitt bleiben, und der Deckel und die Basis können über eine eutektische Gold-Siliziumverbindung miteinander verbunden werden. Epoxyharz mit Silber, Lötzinn oder Polymerkleber können ebenfalls verwendet werden, um Deckel und Basis zu verbinden. Der Deckel braucht je nach Bedarf nur einen Teil der Basis zu bedecken.
Die Anwesenheit der Goldschicht 48 sorgt innerhalb der Hohlkernvorrichtung bei Licht mit einer Wellenlänge innerhalb des Telekommunikationswellenlängenbandes (d.h. Wellenlängen um 1,55 μm) für die ATIR. Bei diesen Telekommunikationswellenlängen hat Gold den gewünschten Brechungsindex von n < 1.
Obgleich hier von einer Goldschicht 48 die Rede ist, erkennt der Fachmann, dass jedes Material, das bei den Wellenlängen, bei denen der Wellenleiter betrieben werden soll, einen Brechungsindex hat, der kleiner als der von Luft (oder was immer in dem Hohlraum enthalten ist) ist, auf den Oberflächen, die den Hohlkernwellenleiter definieren, abgeschieden werden kann. Die Brechungsindices der ver schiedenen Materialien findet man in verschiedenen Veröffentlichungen, wie zum Beispiel "The handbook of optical constants" von E.D. Palik, Academic Press, London, 1998. Metalle haben üblicherweise einen Brechungsindex, der über einen gegebenen Wellenlängenbereich kleiner als der von Luft ist; der spezielle Wellenlängenbereich hängt von den physikalischen Eigenschaften des Metalls ab.
Man beachte, dass, obgleich die Goldschicht 48 zu ATIR führt, die Beschichtung des Hohlkernwellenleiters 46 mit einer zusätzlichen Schicht aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex nicht notwendig ist. Der Brechungsindex von Silizium ist etwa 3,4 bei Wellenlängen zwischen 0,5 μm und 300 μm, und daher kommt es bei Hohlkernwellenleitern (d.h. luftgefüllten) aus unbeschichtetem Silizium nicht zu ATIR von Licht innerhalb eines solchen Wellenlängenbereiches. Jedoch kommt es auch noch bei unbeschichtetem Silizium zu Lichtleitereigenschaften auf Grund der Fresnel-Reflexion. Hohlkernwellenleiter auf der Basis von Fresnel-Reflexionen als Lichtleiter führen zu größeren optischen Verlusten als Wellenleiter mit TIR, aber in bestimmten Situationen ist ein höherer Grad an optischen Verlusten akzeptierbar.
Wenn eine reflektive Beschichtung vorgesehen ist, kann das Substrat aus einem anderen mikrobearbeiteten Material als einem Halbleiter hergestellt werden. Beispielsweise können Wellenleitervorrichtungen aus Plastik mittels Techniken wie Heißpräge- oder Spritzgussverfahren hergestellt werden. Die Technik setzt voraus, dass eine Vorlageform gebildet wird. Die Vorlageform kann durch Trockentiefätzen aus Halbleitermaterial wie zum Beispiel Silizium hergestellt werden. Alternativ kann die Vorlageform durch die Elektroabscheidung von Schichten mittels LIGA- oder UV-LIGA-Techniken hergestellt werden. Sobald die Vorlageform geformt worden ist, können die Hohlkernwellenleiter durch Stanzen (d.h. Pressen) oder Heißstanzen aus einem Plastiksubstrat hergestellt werden. Eine Vorlageform kann außerdem so hergestellt werden, dass sie für zur Herstellung einer Vor-Vorlage geeignet ist, welche verwendet werden kann, um die Hohlkernwellenleiter in dem Plastiksubstrat herzustellen. Hohlkernwellenleiter aus Plastik können damit hergestellt werden und mit einer reflektiven Beschichtung beschichtet werden. Die Hohlkernwellenleiter aus Plastik mit der reflektiven Beschichtung können auch aus Plastik oder einem Polymer gebildet werden. Beispielsweise können die Hohlkernwellenleiter mittels eines Lithografieprozesses auf einer "spinon"-Polymerbeschichtung (z.B. SU8 von Microchem. Corporation) hergestellt werden.
Obgleich ein einfacher PLC mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, dass die vorliegende Erfindung genauso gut anwendbar ist auf komplexe PLCs. Beispielsweise können mehrere optische Komponenten auf dem PLC montiert werden und über einen Hohlkernwellenleiter aus dem PLC-Substrat verbunden werden. Derartige PLCs können die Basis für die optische Signalsverarbeitung und/oder optische Signalweiterleitung und Analysesysteme sein. Einige Beispiele für derartige PLCs sind unten angegeben.
In 4a werden Hohlkernwellenleiterstrukturen 60a, 60b und 60c in einem Siliziumsubstrat 62 hergestellt, wie es in Draufsicht gezeigt ist. Gewinkelte Oberflächen (z.B. Oberfläche 64) sind vorgesehen, um das Licht um 90° umzulenken.
Um Phasenstörungen bei der Reflexion zu minimieren, ist bei den gewinkelten Oberflächen 64 idealerweise eine Oberflächenbearbeitung notwendig, durch die sie auf besser als λ/10 oder vorzugsweise auf besser λ/20 geglättet werden. Wenn man bei einer Wellenlänge von 1,5 μm arbeitet, ist somit eine Oberflächenbearbeitung bis zu einer Glätte von besser als 150 nm erforderlich. Dieser Grad an Ge nauigkeit ist ohne weiteres mit Mikrobearbeitungstechniken möglich, die typischerweise zu einer Auflösung von 30–50 nm führen.
Die gewinkelten Oberflächen 64 stellen auf diese Art Spiegel dar, die es möglich machen, dass Abschnitte des Hohlkernwellenleiters in beliebigen Winkeln zu anderen orientiert werden können. Es wäre nicht möglich, eine optische Faserverbindung in einem solchen spitzen Winkel zu knicken. Wenn ein ähnlicher Schaltkreis mit bekannten SiOB-Techniken hergestellt werden sollte, wäre es notwendig, zwei Abschnitte der optischen Faser mit einem separaten (gut ausgerichteten) Spiegel vorzusehen, um Licht zwischen den optischen Faserabschnitten zu koppeln. Die vorliegende Erfindung kann so komplexere und kompaktere Schaltkreisaufbauten ermöglichen, als dies mit Si-OB-Vorrichtungen nach dem Stand der Technik möglich ist.
Obgleich monolithische Spiegel in 4a gezeigt sind, ist klar, dass ein Hybridaufbau mit denselben optischen Funktionen ebenfalls möglich ist. Beispielsweise können Ausrichtungsschlitze hergestellt werden, um polierte Spiegel in Ausrichtung aufzunehmen. Der Hybridaufbau ist sinnvoll, da die Verwendung von Spiegeln hoher optischer Qualität ermöglicht wird, so dass eine minimale Polarisationsabhängigkeit erreichbar wird. Beispielsweise können sie eine polarisationsunabhängige Mehrschichtbeschichtung aufweisen.
Die Wellenleiterstrukturen, die mit Bezug auf 4a beschrieben wurden, sind im Wesentlichen gerade und werden durch geeignet angeordnete Spiegel verbunden. Jedoch können die Hohlkernwellenleiterstrukturen auch gekrümmt sein. Beispielsweise ist in 4b gekrümmter Wellenleiter 66 in einem Siliziumsubstrat 62 dargestellt. Der Fachmann erkennt, dass die maximal erreichbare Krümmung von der Leiterdicke abhängt.
In 5a ist ein Querschnitt durch einen Hohlkernwellenleiter 60 des Typs gezeigt, der mit Bezug auf 4a beschrieben wurde. Die Hohlkernwellenleiterstruktur 60 wird in dem Siliziumsubstrat 62 hergestellt, und ein Siliziumdeckelabschnitt 68 ist außerdem vorgesehen, der an dem Substrat 62 in der Art befestigt werden kann, die oben beschrieben wurde, um den gewünschten Hohlkernwellenleiter herzustellen.
Wie in 5b gezeigt, können die inneren Oberflächen jeder der Wände, die den Hohlkern 69 bilden, zusätzlich mit einer Materialschicht 70 beschichtet werden, zum Beispiel Kupfer, Gold oder Silber, um über TIR die Reflektivität bei 1,55 μm Strahlung zu erhöhen.
Wenn linear polarisiertes Licht bekannter Polarisation geleitet werden soll, können Hohlkernwellenleiter, bei denen verschiedene Innenoberflächen unterschiedliche optische Eigenschaften haben, vorgesehen werden, um die optischen Verluste im Zusammenhang mit dem Wellenleiter zu verringern.
6 zeigt den Fresnel-Reflexionskoeffizienten für Licht, das unter einem Winkel von 86° aus Luft kommend auf eine Oberfläche auftrifft, als Funktion des Brechungsindexes (n) und die Absorption (k) der Oberfläche für s-polarisiertes (R_S) und p-polarisiertes (R_P) Licht. Aus 6 ist ersichtlich, dass der Fresnel-Reflexionskoeffizient stark von der Polarisation des Lichtes abhängt. Wenn daher der Polarisationszustand des Lichtes, das durch einen rechteckigen Hohlkernwellenleiter geleitet werden soll, bekannt ist, kann ein Paar von gegenüberliegenden Oberflächen, die den Wellenleiter bilden, so konfiguriert werden, dass sich ein niedriger Brechungsindex ergibt, um die Reflexion bei p-polarisiertem Licht zu optimieren, während das zweite Paar der gegenüberliegenden Oberflächen so eingerichtet wer den kann, dass sich ein sehr viel höherer Brechungsindex ergibt, um die Reflexion bei s-polarisiertem Licht zu maximieren.
Einige Techniken, die eingesetzt werden können, um Wellenleiter herzustellen, bei denen unterschiedliche interne Oberflächen verschiedene optische Eigenschaften aufweisen, werden mit Bezug auf 7 beschrieben.
7a zeigt einen Hohlkernwellenleiter in einem SOI-Wafer 80, der mittels Herstellungstechniken für Silizium-auf-Isolator (SOI) hergestellt wurde. Der Wafer 80 umfasst eine Isolatorschicht 82 aus SiO₂-Material auf einem Substrat 84 und darauf eine Schicht aus Silizium 86. Die Siliziumschicht 86 wird bis zu der Isolatorschicht 82 abgeätzt, um den gewünschten Kanal 88 zu bilden. Ein Deckelabschnitt 90 aus SiO₂-Material ist ebenfalls vorgesehen.
Ein Hohlkernwellenleiter wird so mit einer ersten Oberfläche 92 und einer zweiten Oberfläche 94 hergestellt, die aus Silizium bestehen, während eine dritte Oberfläche 96 und eine vierte Oberfläche 98 aus Siliziumdioxid bestehen. Der Brechungsindex aus Silizium ist etwa 3,5, während Siliziumdioxid einen Brechungsindex von etwa 1,5 aufweist. Daher werden die optischen Verluste in dem Wellenleiter reduziert, wenn sich Licht in der y-Richtung entlang des Wellenleiters fortpflanzt und in z-Richtung polarisiert ist; d.h. bei der ersten Oberfläche 92 und zweiten Oberfläche 94 gibt es Rs-Reflexion, und bei der dritten Oberfläche 96 und vierten Oberfläche 98 gibt es Rp-Reflexion.
In 7b ist ein Hohlkernwellenleiter 100 in einem Siliziumsubstrat 102 mit einem Deckelabschnitt 103 gezeigt. Die obere Wand 104 (d.h. die Wand, die durch den Deckelabschnitt 103 definiert wird) und die untere Wand 106 sind mit einem ersten Material beschichtet, während die Seitenwand 108 und die Seitenwand 110 mit einem zweiten Material beschichtet sind. Das erste Material und zweite Material werden so ausgewählt, dass sie einen niedrigen bzw. einen hohen Brechungsindex haben, um die optischen Verluste von Licht, das in z-Richtung polarisiert ist und sich in dem Wellenleiter in y-Richtung ausbreitet, zu minimieren.
Obgleich in 7b Beschichtungen bei allen vier Wänden des Wellenleiters gezeigt sind, versteht es sich von selbst, dass bei Bedarf auch nur eine einzige Wand oder ein Paar von gegenüberliegenden Wänden beschichtet werden können. Mit anderen Worten, eine oder mehrere der Wände bleiben unbedeckt und haben somit die optischen Eigenschaften des Halbleitermaterials, aus dem das Substrat hergestellt wurde.
Darüber hinaus können physikalische Strukturen in dem Silizium aufgebaut werden, um je nach Bedarf bei einer gegebenen Polarisation von Licht die Reflexion zu verstärken. 7c zeigt, wie ein Hohlkernwellenleiter in einem Siliziumsubstrat geformt werden kann, das Etalon-Seitenwandstrukturen 122 umfasst. In diesem Fall verstärken die Etalon-Seitenwandstrukturen die Reflexion. Obgleich eine Etalon-Struktur dargestellt ist, bei der die Hohlkernabschnitte mit Luft gefüllt sind, kann auch anderes Material (z.B. eine Flüssigkeit oder Gas) anstelle von Luft eingesetzt werden, um die Reflexion zu erhöhen.
Die optischen Verluste im Zusammenhang mit den Hohlkernwellenleitern können auch reduziert werden, indem man die Form des Wellenleiterkerns weiter verfeinert. Beispielsweise gilt, je breiter der Wellenleiterkern ist, desto niedriger sind die dazugehörigen optischen Verluste. 7d zeigt einen Wellenleiter 132 mit rechteckigem Querschnitt in einer Siliziumschicht 130 und mit einem Siliziumdeckelabschnitt 134. Der Hohlkern des Wellenleiters 132 hat eine Brei te "a", die kleiner ist als seine Tiefe "b". Licht, das in der z-Richtung polarisiert ist und sich entlang dem Wellenleiter 132 ausbreitet, erfährt daher niedrigere Verluste, als wenn es sich durch einen Wellenleiter der Tiefe "a" fortpflanzen würde.
Man beachte außerdem, dass Strukturen in einem PLC gebildet werden können, in denen Licht nur in einer Ebene geleitet wird; beispielsweise können sie so aufgebaut sein, dass es sich entlang der vertikalen Achse im freien Raum fortpflanzt, der Wellenleiter jedoch in der horizontalen Achse liegt. In diesem Fall werden die Wellenleiter als planare Wellenleiter bezeichnet; d.h. sie leiten nur in einer Ebene. Planare Wellenleiter können eingesetzt werden, wo Strahlaufweitung in einer Richtung erforderlich ist, während die Strahlausdehnung in einer zweiten Dimension durch die Wellenleitung beschränkt wird. Wenn die Wellenleitung nur in der horizontalen Ebene erforderlich ist, so ist ein Deckelabschnitt nicht notwendig. Die umgekehrte Situation ist ebenfalls möglich, wo das Licht zwischen dem Deckel und dem Boden des Wellenleiters geleitet wird, nicht aber in der lateralen Ebene.
In 8 wird gezeigt, wie Strahlteiler und Polarisationsfilter in einem Hohlkernwellenleiter-PLC gebildet werden.
8a zeigt einen Strahlteiler, der aus Hohlkernwellenleiterstrukturen in einem Siliziumsubstrat 160 hergestellt werden. Der Strahlteiler umfasst einen Eingangshohlkernwellenleiter 162, einen ersten Ausgangshohlkernwellenleiter 164 und einen zweiten Ausgangshohlkernwellenleiter 166. Licht, das sich durch den Eingangshohlkernwellenleiter 162 fortpflanzt, wird partiell von einer dünnen Siliziumwand 168 in dem ersten Ausgangshohlkernwellenleiter 164 reflektiert und auch partiell durchgelassen und in den zweiten Ausgangshohlkernwellenleiter 166 eingekoppelt.
Der Winkel (θ) zwischen dem Eingangshohlkernwellenleiter 162 und dem ersten Ausgangshohlkernwellenleiter 164 bestimmt den Einfallswinkel von Licht auf der dünnen Siliziumwand 168. Wie in 8c gezeigt, hängen die Reflexionseigenschaften von Silizium sowohl von dem Einfallswinkel als auch von dem Polarisationszustand des einfallenden Lichtes ab. Der relative Anteil der Leistung, die von dem Eingangshohlkernwellenleiter 162 in den ersten und zweiten Ausgangshohlkernwellenleiter 164 und 166 eingekoppelt wird, kann auf diese Art gewählt werden, indem die Vorrichtung mit einem bestimmten Winkel (θ) hergestellt wird.
Wie in 8b gezeigt, kann außerdem ein Polarisations-Strahlteiler hergestellt werden, indem als Winkel θ der Brewster-Winkel gewählt wird. In diesem Fall führt ein Winkel θ = 74° dazu, dass Licht, das in z-Richtung polarisiert ist, von der Vorrichtung über den ersten Ausgangshohlkernwellenleiter 164 weitergeleitet wird, während Licht, das in x-Richtung polarisiert ist, von der Vorrichtung über den zweiten Ausgangshohlkernwellenleiter 166 weitergeleitet wird.
Ein Etalon-Filter kann in einer Vorrichtung der mit Bezug auf die 8a und 8b beschriebenen Art hergestellt werden, anstatt dass die dünne Siliziumwand 168 vorgesehen wird. Dies führt zu einem optischen Element, das unterschiedliche Reflexionseigenschaften bei verschiedenen Wellenlängen von Licht hat, und daher kann die Vorrichtung als Spektralfilter eingesetzt werden.
Obgleich ein monolithischer Strahlteiler und eine Brewster-Platte beschrieben wurden, ist dem Fachmann klar, dass ähnliche optische Funktionen mit Hybridaufbauten implementiert werden können. In dem Substrat können Ausrichtungsschlitze gebildet werden, um die notwendigen optischen Komponenten aufzunehmen.
In 9 ist gezeigt, wie auch Siliziummaterial auf einem Substrat gebildet werden kann, um die Funktion einer Lichtbündelung zu übernehmen.
9a zeigt ein Siliziumsubstrat 190, bei dem eine Siliziumlinsenstruktur 192 und ein Hohlkernwellenleiter 194 hergestellt wurden. Die Linsenstruktur 192 dient als Linse, um es zu ermöglichen, dass Licht 196 entlang dem Hohlkernwellenleiter 194 geleitet wird, um es auf einen Punkt 198 zu fokussieren. Derartige Linsen können beispielsweise verwendet werden, um Licht auf ein Detektorelement zu fokussieren.
Wie in 9b gezeigt, kann ein geformter Siliziumreflektor 200 ebenfalls in einem Siliziumsubstrat 202 hergestellt werden, um optische Hohlkernwellenleiter zu verbinden. Der Reflektor 200 erfüllt die Funktion, Licht um einen bestimmen Winkel (in diesem Fall 90°) von einem ersten Hohlkernwellenleiter 204 zu einem zweiten Hohlkernwellenleiter 206 umzulenken, wobei das Licht 208 außerdem fokussiert wird. Wiederum kann ein solches Element auf mehrere unterschiedliche Arten in PLCs verwendet werden, und es wäre relativ einfach, es herzustellen, da keinerlei Antireflex-Beschichtung benötigt wird.
Obgleich ein PLC der Art, wie sie hier beschrieben wurde, einen vollständigen optischen Schaltkreis darstellen kann, kann es dennoch notwendig sein, Licht typischerweise über optische Fasern in oder aus einem PLC zu koppeln.
10 zeigt einen PLC in einem Siliziumsubstrat 220, der aufgebaut ist, um Licht von einer ersten optischen Eingangsfaser 222 aufzunehmen. Die optische Eingangsfaser 222 hat einen Hohlkern, und Licht daraus wird mittels einer Eingangskugellinse 226 in den Eingangshohlkernwellenleiter 224 eingekoppelt. Licht, das sich entlang dem Eingangshohlkernwellenleiter 224 fortpflanzt, wird auf eine Etalon-Struktur 228 gelenkt. Die Etalon-Struktur 228 filtert Licht je nach seinen spektralen Eigenschaften spektral in den ersten Ausgangshohlkernwellenleiter 230 oder den zweiten Ausgangshohlkernwellenleiter 232. Licht, das sich durch den ersten Ausgangshohlkernwellenleiter 230 fortpflanzt, wird über die Kugellinse 236 in eine erste optische Ausgangsfaser 234 gekoppelt, und Licht, das sich durch den zweiten Ausgangshohlkernwellenleiter 232 fortpflanzt, wird über die Kugellinse 240 in eine zweite optische Ausgangsfaser 238 eingekoppelt. Wieder kann ein Etalon-Hybrid-Filter anstelle des dargestellten monolithischen Elements verwendet werden.
Obgleich in 10 Kugellinsen dargestellt sind, können auch andere Linsen, wie zum Beispiel GRIN-Stablinsen, als Alternative eingesetzt werden. Die Etalon-Struktur 228 kann durch einen Strahlteiler oder je nach Notwendigkeit eine Browster-Platte ersetzt werden. Die optische Faser kann je nach Bedarf eine Einzelmoden- oder eine Mehrmodenfaser sein.
Die SOI-Technik ist besonders geeignet, um PLCs aufzubauen, an die optische Fasern angekoppelt werden. Der Grund hierfür ist, dass typische SOI-Wafer eine Siliziumschicht aufweisen, die eine Dicke haben, die im Verlauf des Herstellungsprozesses sehr genau definiert wird. Bei der Herstellung von Hohlkernwellenleiterstrukturen in der Siliziumschicht eines SOI-Wafers wirkt die isolierende Siliziumoxidschicht als vertikaler "Stopp" in Bezug auf den Ätzprozess. Mit SOI-Techniken lassen sich daher bei der Kanaltiefe Genauigkeiten im Sub-μm-Berreich erreichen.
Die Genauigkeit beim SOI-Ätz sollte mit der beim Ätzen von Kanälen in reinem Silizium verglichen werden, bei dem man eine Genauigkeit von etwa einigen Prozent der Ätztiefe erhält. Das Ätzen eines Kanals in einem reinen Silizium-Wafer bei einer Faser (reduziert auf ihren Umhüllungsdurchmesser von 125,0 μm) führt zu einer Ungenauigkeit von 3,0 μm bis 4,0 μm in Bezug auf die Tiefe des Ätzkanals. Da der Kern der Faser üblicherweise nur einen Durchmesser von 10,0 μm aufweist, kann sich eine vertikale Fehlanpassung dieser Größe beim Koppeln in/aus einer Faser aus/in eine andere Komponente (z.B. einem Halbleiterlaser) negativ auswirken. Daher hat die Fertigung auf der Basis von SOI Vorteile in Bezug auf die Ausrichtung und auf die Genauigkeit beim Wellenleiterquerschnitt, so dass polarisationsabhängige Verluste reduziert werden.
Wie oben beschrieben, kann ein PLC gemäß der vorliegenden Erfindung Hohlkernwellenleiter umfassen, die Einzelmoden- oder Mehrmodenausbreitung zulassen. Unter bestimmten Umständen kann es auch notwendig sein, die Dimensionen des Hohlkernwellenleiters zu ändern; z.B. ist dies der Fall, um effizient Licht in oder aus verschiedenen optischen Komponenten zu koppeln.
In 11a ist eine Hohlkernwellenleiterstruktur 260 in einem Siliziumsubstrat 262 gezeigt. Ein Wellenleiter 264 mit großem Durchmesser (125 μm) ist optisch über einen konischen Wellenleiterabschnitt 268 mit einem Eingangswellenleiter 266 mit kleinerem Durchmesser (62,5 μm) verbunden. Die Länge des konischen Abschnitts beträgt 1,875 mm.
11b zeigt die Intensität von Licht, das sich in dem Ausgangswellenleiter 264 fortpflanzt und das auf eine fundamentale Mode des Eingangsstrahls in dem Eingangswellenleiter 266 zurückgeht. Wie in 11c gezeigt, pflanzt sich das Ausgangslicht in dem Ausgangs wellenleiter 264 überwiegend in der Fundamentalmode fort. Mit anderen Worten, der konische Wellenleiter macht die Aufweitung des Strahls möglich, während der überwiegende Anteil der Ausgangsstrahlleistung in die Fundamentalmode gekoppelt wird.
PLCs gemäß der vorliegenden Erfindung können auch Mehrmodeninterferenzvorrichtungen (Mulit-Mode Interference, MMI) mit Hohlkern in dem Substrat umfassen. Ein Beispiel einer Strahlteiler- und MMI-Strahlüberlagerungsvorrichtung wird in US 5 410 625 gegeben. Außerdem sind Weiterentwicklungen und Verbesserungen der MMI-Grundvorrichtung aus US 5 410 625 bekannt. Beispielsweise wird in US 5 379 354 beschrieben, wie Veränderungen der Anordnung des Eingangsleiters eingesetzt werden können, damit man einen Mehrwegstrahlteiler erhält, der eine Unterteilung der Eingangsstrahlung in Ausgangsstrahlen mit verschiedenen Intensitäten vornimmt. Die Verwendung von MMI-Vorrichtungen zur Bildung von Laser-Resonatoren wurde ebenfalls in US 5 675 603 beschrieben. Es wurden außerdem verschiedene Kombinationen von MMI-Strahlteiler und -Kombinierer eingesetzt, um eine optische Weiterleitung zu ermöglichen; als Beispiel siehe US 5 428 698 . In all den obigen Fällen kann die MMI-Vorrichtung als Hohlkernwellenleiter in Silizium oder irgendeinem anderen geeigneten Halbleitermaterial als integraler Bestandteil des PLC hergestellt werden.
Die MMI-Vorrichtung kann ausgehend von einem Mehrmodenbereich in dem Substrat hergestellt werden, an dem Eingangs- und Ausgangsverbindungen der optischen Einzelmodenfasern angekoppelt werden. Auf diese Art erhält man Strahlteilung/Überlagerung, wobei die aufgeteilten Strahlen Abbildungen des Eingangsstrahls sind.
Insbesondere können rechteckige oder quadratische Querschnitte von Mehrmodenwellenleitern mit Hohlkern hergestellt werden, um die Bildwiedergabe von symmetrischen, antisymmetrischen oder asymmetrischen optischen Feldern zu ermöglichen, indem die Länge des Wellenleiters eine geeignete Beziehung zu dessen Breite einhält. Beispielsweise ist bei einem symmetrischen Feld in einem Wellenleiter mit quadratischem Querschnitt die Länge der Bildwiedergabe gegeben als Quadrat der Wellenleiterbreite, dividiert durch die Wellenlänge der sich ausbreitenden Strahlung, d.h. L = w²/λ, wobei L die Leiterlänge ist, w seine Breite ist und λ die Wellenlänge der Strahlung ist. Die Bildwiedergabe des symmetrischen Feldes tritt nach dieser Länge und nach Mehrfachen dieser Länge auf, d.h. bei n × w²/λ, wobei n eine ganze Zahl ist.
Im Fall von einem Hohlkernwellenleiter mit 50,0 μm Breite und bei 1,55 μm Strahlung ist die Bildwiedergabelänge gegeben durch 502/1,55 = 1613 μm = 1,613 mm. Das symmetrische Feld wird bei dieser Länge wie auch bei ganzzahligen Vielfachen dieser Länge, d.h. bei 3,23 mm, 4,84 mm etc. neu abgebildet. Beispielsweise kann ein TEM₀₀-Gauss-Eingangsstrahl aus einer optischen Einzelmodenfaser in Abständen von 1,613 mm abgebildet werden. Bei den Bildwiedergabepunkten kann jede erforderliche optische Komponente angeordnet werden. Auf diese Art führt das Phänomen der Bildwiedergabe zu einer zusätzlichen Art der Lichtleitung zwischen einer Folge von Komponenten.
Alternativ tritt für den Fall eines asymmetrischen optischen Feldes die Bildwiedergabe bei dem Achtfachen der Länge auf, die erforderlich ist für die Bildwiedergabe von symmetrischen Feldern, d.h. für 50,0 μm breite Hohlkernwellenleiter bei 12,09 mm (8 × 1,613 mm). Ein Spiegelbild des asymmetrischen Feldes wird ebenfalls bei der Hälfte dieser Länge abgebildet, d.h. bei 6,05 mm.
Im Fall eines rechteckigen Wellenleiters, wo die horizontale und vertikale Breite des Wellenleiters sich wesentlichen unterscheiden, sind die Bildwiedergabelängen bei den beiden Breiten selbst unterschiedlich. Dadurch, dass die Beziehung zwischen den Breiten des rechteckigen Hohlkernwellenleiters so gewählt wird, dass die Bildwiedergabe bei identischen Längen für jede Breite erfolgt, kann jedes Feld abgebildet werden.
Beispielsweise kann ein symmetrisches Feld in einen rechteckigen Hohlkernwellenleiter abgebildet werden, indem man die Bildwiedergabelängen L₁ = n₁ × w₁ ²/λ und L₂ = n₂ × w₂ ²/λ zu den Achsen mit der Breite w₁ und w₂ so wählt, dass sie identisch sind. Dies kann man erreichen, indem man w₂ = (n₁/n₂)^1/2 × w₁ wählt, wobei hier wie oben n₁ und n₂ ganze Zahlen sind.
Ein anderer Typ von MMI-Vorrichtung, der sich für den Einbau in einen PLC gemäß der vorliegenden Erfindung eignet, ist der Wellenlängen-Demultiplexer, der in der ebenfalls anhängigen PCT-Patentanmeldung GB 2002/004560 beschrieben wird und in 12 gezeigt ist.
Der Demultiplexer 300 wird in einem Silizium-SOI-Substrat 302 gebildet und umfasst einen Fundamentalmodenwellenleiter 304 am Eingang, einen zentralen Mehrmodenbereich 306 und vier Ausgangswellenleiter 308a bis 308d (gemeinsam als 308 bezeichnet). Die Dimensionen und Positionen der Wellenleiter werden so gewählt (wie es in GB 2002/004560 beschrieben ist), dass die vier Wellenlängenkomponenten am Eingang des Mehrmodenbereiches 306, die von dem Fundamentalmodenwellenleiter 304 am Eingang kommen, aufgeteilt werden und separat über die Ausgangswellenleiter 308 ausgegeben werden.
Es ist außerdem möglich, PLC-Vorrichtungen aufzubauen, bei denen Licht in den benachbarten Wellenleiter Nahfeld-gekoppelt wird. In 13 sind ein erster Hohlkernwellenleiter 340, ein zweiter Hohlkernwellenleiter 342 und ein dritter Hohlkernwellenleiter 344 in einem Siliziumsubstrat 346 gebildet, und sie haben einen Deckelabschnitt 347. Die Dicke "c" der Siliziumwände 348 und 350 ist ausreichend dünn, um es möglich zu machen, dass Licht in die benachbarten Wellenleiter übertragen wird. Eine Nahfeldkopplerkomponente dieser Art kann als Strahlteiler verwendet werden; beispielsweise kann sie verwendet werden, um einen kleinen Bruchteil eines sich ausbreitenden Strahls abzuzweigen, ohne eine Strahlteilerkomponente in den optischen Pfad einsetzen zu müssen.
In 14 kann der PLC sowohl Hohl- als auch Vollkernsiliziumwellenleiter (z.B. "Dachkantenwellenleiter") umfassen. Dies macht die Realisierung von optischen Funktionen sowohl in Voll- als auch Hohlkerntechniken möglich.
14a zeigt eine Brewster-Grenzfläche zwischen einem Hohlkernwellenleiter 400 und einem Vollkernwellenleiter 402, die beide auf einem SOI-Substrat hergestellt sind. 14b zeigt einen Querschnitt entlang B-B des Hohlkernwellenleiters 400, und 14c zeigt einen Querschnitt entlang A-A des Vollkernwellenleiters 402. Der Hohlkernwellenleiter 400 schließt mit der gewinkelten Schnittfläche 404 des Vollkernwellenleiters 402 ab. Die Wellenleiter 400 und 402 sind so angeordnet, dass die Grenzfläche einen Brewster-Winkel einschließt. Dadurch erhält man eine effiziente Kopplung zwischen Hohl- und Vollkernwellenleitern.
In 15 sind ein Hohlkernwellenleiter 450 und eine gewinkelte Oberfläche 452 gezeigt. Die Oberfläche 452 ist in etwa 45° gegenüber der Ebene des Substrats geneigt, so dass Licht 454 aus der Ebene des Substrats ausgekoppelt wird. Der Aufbau nach 15 kann eingesetzt werden, um Licht in oder aus anderen Schaltkreisen oder Vorrichtungen in einer anderen vertikalen Ebene als der Ebene des Substrats einzukoppeln. Auf diese Art kann ein dreidimensionaler gestapelter PLC (z.B. ein dreidimensionaler optischer Schalter) hergestellt werden.
Eine Art der monolithischen Herstellung eines solchen Spiegels ist ein achsenferner Präzisionsschnitt in [100]-Siliziummaterial, versetzt um einen Winkel von etwa 8–9°. Verschiedene Alternativen zur Herstellung einer solchen gewinkelten Oberfläche sind dem Fachmann bekannt. Hybridspiegelaufbauten können ebenfalls eingesetzt werden.
In 16 sind experimentelle Daten gezeigt, die die optischen Transmissionseigenschaften, die von der Leiterlänge abhängen, von optischen Hohlkernwellenleiter zeigen, die sich zum Einbau in einen PLC gemäß der vorliegenden Erfindung eignen.
Die Kurve 500 zeigt die vorhergesagten und die Punkte 502a bis 502c die gemessenen optischen Transmissionswerte eines Hohlkernwellenleiters in einem Siliziumsubstrat mit einem quadratischen Innenkern mit 50 μm Breite und Tiefe. Die Kurve 504 zeigt die vorhergesagten und die Punkte 506a bis 506c die gemessenen optischen Eigenschaften eines ähnlichen Wellenleiters, bei dem jede seiner inneren Oberflächen mit Kupfer beschichtet wurde.
Die Kurve 508 zeigt die vorhergesagten und die Punkte 510a bis 510c die gemessenen optischen Transmissionswerte eines Hohlkernwellenleiters in einem Siliziumsubstrat mit einem quadratischen Innenkern von 125 μm Breite und Tiefe. Die Kurve 512 zeigt die vorhergesagten optischen Eigenschaften eines ähnlichen Wellenleiters, bei dem jede seiner inneren Oberflächen mit Kupfer beschichtet wurde. In allen Fällen in 16 wurde mit einer Strahlung mit der Wellenlänge von 1,5 μm gearbeitet.
Daraus ist ersichtlich, dass die Zunahme der Dimensionen eines Wellenleiters die optischen Verluste verringert und eine reflektive Beschichtung (in diesem Fall aus Kupfer) die Verluste noch weiter verringert. Jedoch werden auch die zulässigen Toleranzen bei der Winkelausrichtung reduziert.
In 17 ist die Auswirkung der Winkelausrichtung der Komponenten dargestellt.
17a zeigt ein Siliziumsubstrat 600, in dem ein erster Hohlkernwellenleiter 602, ein zweiter Hohlkernwellenleiter 604 und ein dritter Hohlkernwellenleiter 606 gebildet wurden. Ein Strahlteilerelement 608 ist in einem Ausrichtungsschlitz 610 angeordnet. Es ist ersichtlich, dass das Element 608 eine Winkelfehlanpassung (∂θ) aufweist, die bestimmt wird durch die Herstellungstoleranzen des Elements und des Schlitzes.
17b zeigt die Leistungskopplungseffizienz in die verschiedenen Moden eines Hohlkernwellenleiters in Abhängigkeit von einer Winkelfehlausrichtung (∂θ). Die Kurve 620 zeigt die Leistung, die in die Fundamentalmode gekoppelt wird, während die Kurven 622 die optische Leistung zeigen, die in Moden höherer Ordnung gekoppelt wird.
In 18 wird die Auswirkung der seitlichen Ausrichtung gezeigt.
18a zeigt einen ersten Hohlkernwellenleiter 650, der zu einem zweiten Hohlkernwellenleiter 652 um ∂l seitlich verschoben ist. Der Leistungskopplungskoeffizient ist in Abhängigkeit der seitlichen Ver schiebung in 18b gezeigt, wo die Kurve 654 die Leistung zeigt, die in die Fundamentalmode gekoppelt wird, während die Kurven 656 die optische Leistung zeigen, die in Moden höherer Ordnung gekoppelt wird.
Aus dem Obigen wird deutlich, dass die Fortpflanzung der Fundamentalmode durch ein integriertes System von Komponenten, verbunden mit Hohlkernwellenleitern, möglich ist, wenn die Toleranzen bezüglich Wellenleiterdimensionen und Ausrichtung entsprechend gewählt werden. Dies ist besonders wichtig in einem System aus Komponenten, mit dem Licht in und aus optischen Einzelmodenfasern gekoppelt wird, da die Größe der Leistung in der fundamentalen Wellenleitermode festlegt, wie viel Licht in und aus der Einzelmodenfaser gekoppelt wird. Dadurch, dass die Ausbreitung der Fundamentalmode in den Wellenleitern mit hoher Frequenz sichergestellt wird, stellt man auch eine gute Kopplung an die Fundamentalmode einer Einzelmodenfaser und insgesamt einen niedrigen Verlust durch den Einbau sicher.
Mit anderen Worten, es gibt einen Kompromiss zwischen der Breite des Wellenleiters und den Toleranzen bei der Ausrichtung der Winkel und Seiten (sowohl der Wellenleiter als auch der Komponenten), um sicherzustellen, dass die Ausbreitung der Fundamentalmode effizient ermöglicht wird. Niedrigere Abschwächungskoeffizienten erhält man, indem man den Querschnitt (die Breite) des Leiters groß genug macht, da der Abschwächungskoeffizient invers von der Wellenleiterbreite abhängt. Wenn man die Wellenleiterbreite größer macht, lo ckert man damit auch die Ausrichtungstoleranzen, aber es ist offensichtlich, dass die Winkelausrichtungstoleranzen verschärft werden.
In 19 ist eine Technik gezeigt, um die genaue Ausrichtung der Komponenten in einem Schlitz sicherzustellen.
Ein Siliziumsubstrat 700 weist einen Schlitz darin auf, um eine optische Komponente 702 aufzunehmen. Mehrere Federclips 704 (auch als Mikrogreifer bezeichnet) werden mit bekannten Mikrobearbeitungstechniken in dem Silizium hergestellt. Diese Clips 704 sind derart, dass sie bei einer Verschiebung eine Seitenkraft erzeugen. Auf diese Art wird die Komponente fest ausgerichtet in dem Schlitz gehalten.
Obgleich 19 Clips um die optische Komponente herum zeigt, ist es auch möglich, die Komponente gegen eine Referenzfläche zu drücken, wie zum Beispiel die Seitenwand des Schlitzes. Dem Fachmann ist klar, dass Federn oder andere MEMS-Einrichtungen, die durch Entfernen einer Opferschicht aus Oxid in einem Silizium-Wafer hergestellt werden, in gewissem Umfang zu einer Hinterschneidung führen. Diese Hinterschneidung hätte keinerlei Auswirkung im Zusammenhang mit Ausrichtungsschlitzen und würde nur geringe Unterscheidung zur Folge haben in Bezug auf die Ausbreitung in einem rechteckigen Hohlkernwellenleiter, wenn die Modenverteilung typisch zirkular oder elliptisch ist.
Ein PLC gemäß der vorliegenden Erfindung kann eingesetzt werden, um zahlreiche unterschiedliche optische Schaltkreise aufzubauen. Einige Beispiele hierfür umfassen Interferometer (z.B. Michelson- oder Mach-Zehnder-Interferometer), Spektrometer, Lidar- und optische Auslesevorrichtungen bei MEM-Vorrichtungen (wie zum Beispiel Sensoren und Stellglieder). Telekom-Schaltkreise (Vermittler, Multiplexer, Demultiplexer etc.) können ebenfalls implementiert werden. Obgleich oben optische Komponenten beschrieben wurden, gibt es keinen Grund, warum der PLC nicht alternativ oder zusätzlich Mikrowellenkomponenten sowie Hohlkernwellenleiter zum Leiten von Mikrowellenstrahlung enthalten könnte. Damit wird die Integration von Optik- und Mikrowellen-Komponenten in einem einzelnen Schaltkreis möglich.

Claims

Photonische Lichtschaltkreisvorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (42) und mehreren optischen Komponenten (8), wobei ein oder mehrere optische Hohlkernwellenleiter (46) in der Ebene des Halbleitersubstrats angeordnet werden, um optisch die mehreren optischen Komponenten zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren optischen Komponenten in einem Ausrichtungsschlitz in dem Halbleitersubstrat gehalten wird, wobei jeder Ausrichtungsschlitz eingerichtet ist, um die Ausrichtung der optischen Komponente, die darin gehalten wird, mit Bezug auf den einen oder die mehreren optischen Hohlkernwellenleiter zu definieren, wobei der Ausrichtungsschlitz von den optischen Hohlkernwellenleitern getrennt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem wenigstens eine optische Komponente umfasst, die aus dem Material des Halbleitersubstrats besteht.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitersubstrat Silizium umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitersubstrat einen Wafer aus Silizium-auf-Isolator (SOI) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitersubstrat einen Basisabschnitt der photonischen Lichtschaltkreisvorrichtung bildet und ein Deckelabschnitt zu sätzlich vorgesehen ist, um den einen oder die mehreren optischen Hohlkernwellenleiter zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der eine oder mehrere optische Komponenten an dem Deckelabschnitt befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Deckelabschnitt Halbleitermaterial umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Halbleitermaterial des Deckelabschnitts Silizium ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der eine oder mehrere optische Komponenten in dem Halbleitermaterial des Deckelabschnitts gebildet werden.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens einige der inneren Oberflächen des einen oder der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter eine reflektierende Beschichtung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die reflektierende Beschichtung eine oder mehrere Schichten aus Material umfasst, so dass sich eine Oberfläche mit einem effektiven Brechungsindex ergibt, der niedriger als der des Wellenleiterkerns in dem Betriebswellenlängenband ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die reflektierende Beschichtung wenigstens eine Schicht aus Gold, Silber oder Kupfer umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die reflektierende Beschichtung wenigstens eine Schicht aus dielektrischem Material umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die reflektierende Beschichtung wenigstens eine Schicht aus Siliziumkarbid umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens einer des einen oder der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter die Ausbreitung der Fundamentalmode unterstützt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der wenigstens einer des einen oder der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter die Mehrmodenausbreitung unterstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Mehrmodenbereich eine Länge hat, so dass eine Bildwiedergabe erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens einer des einen oder der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter einen im Wesentlichen rechteckigen Innenquerschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der wenigstens einer des einen oder der mehreren optischen Hohlkernwellenleiter einen im Wesentlichen quadratischen Innenquerschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der der rechteckige optische Hohlkernwellenleiter eine erste Querschnittsdimension parallel zu einer ersten Wellenleiterwand und eine zweite Querschnittsdimension orthogonal zu der ersten Querschnittsdimension auf weist, wobei die erste Querschnittsdimension wenigstens 10% größer als die zweite Querschnittsdimension ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei der die Brechungsindices der Oberflächen, die den wenigstens einen rechteckigen Innenquerschnitt des optischen Hohlkernwellenleiters definieren, im Wesentlichen gleich sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei gegenüberliegende Oberflächen, die den rechteckigen Innenquerschnitt des optischen Hohlkernwellenleiters definieren, im Wesentlichen gleiche effektive Brechungsindices aufweisen und benachbarte Oberflächen, die den rechteckigen Innenquerschnitt des optischen Hohlkernwellenleiters definieren, unterschiedliche effektive Brechungsindices aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der ein Paar von gegenüberliegenden Oberflächen des rechteckigen Innenquerschnitts des optischen Hohlkernwellenleiters eine Beschichtung mit hohem Brechungsindex aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche für den Einsatz von Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 0,1 μm und 20 μm.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche für den Einsatz mit Strahlung innerhalb des Wellenlängenbandes zwischen 3 μm und 5 μm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 für den Einsatz mit Strahlung innerhalb des Wellenlängenbandes zwischen 8 μm und 12 μm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 für den Einsatz mit Strahlung innerhalb des Wellenlängenbandes zwischen 1,4 μm und 1,6 μm.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitersubstrat wenigstens einen Ausrichtungsschlitz umfasst, der dazu dient, eine optische Faserverbindung aufzunehmen und um optisch die optische Faserverbindung mit dem einen oder den mehreren optischen Hohlkernwellenleitern des Halbleitersubstrats zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der zusätzlich eine Modenanpassungseinrichtung in der Nähe des Ausrichtungsschlitzes vorgesehen ist, um die Ankopplung zwischen den Moden einer optischen Faser und den analogen Moden eines optischen Hohlkernwellenleiters mit unterschiedlichem Kerndurchmesser zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Modenanpassungseinrichtung eine GRIN- oder Kugellinse ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, bei der der Ausrichtungsschlitz eingerichtet ist, um eine optische Hohlkernfaser aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der der Ausrichtungsschlitz eingerichtet ist, um eine optische Faser mit Linse aufzunehmen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine der zwei oder mehreren optischen Komponenten eine mikroelektromechanische (MEM) Vorrichtung umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine der beiden oder mehreren optischen Komponenten eine verspiegelte Oberfläche aufweist, die gewinkelt ist, um Licht aus der Ebene des Halbleitersubstrats abzulenken.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die außerdem wenigstens eine Mikrowellenkomponente umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitersubstrat außerdem einen Hohlkernmikrowellenleiter umfasst.
Basisabschnitt für eine photonische Lichtschaltkreisvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Halbleitersubstrat mit mehreren Ausrichtungsschlitzen zum Halten von optischen Komponenten und einem oder mehreren Hohlkanälen darin, wobei der Basisabschnitt so eingerichtet ist, dass in Kombination mit einem entsprechenden Deckelabschnitt wenigstens ein optischer Hohlkernwellenleiter gebildet wird.
Basisabschnitt für einen photonischen Lichtschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 36 mit einem Halbleitersubstrat, in dem ein oder mehrere Hohlkernwellenleiterkanäle und mehrere Ausrichtungsschlitze gebildet sind zum Aufnehmen und Ausrichten einer optischen Komponente.
Verfahren zum Herstellen eines photonischen Lichtschaltkreises mit den Schritten Herstellen eines Basisabschnittes nach einem der Ansprüche 37 und 38 und Befestigen eines Deckels darauf.
Verfahren zum Herstellen einer photonischen Lichtschaltkreisvorrichtung mit den Schritten Mikrobearbeitung eines oder mehrerer Hohlkernkanäle und mehrerer Ausrichtungsschlitze in einem Halbleitersubstrat (42), wobei der eine oder die mehreren Hohlkernkanäle im Betrieb als optische Hohlkernwellenleiter (46) dienen und jeder der mehreren Ausrichtungsschlitze von den Hohlkernkanälen getrennt ist und eingerichtet ist, um eine darin gehaltene optische Komponente passiv auszurichten.
Verfahren nach Anspruch 39 oder 40 mit dem zusätzlichen Schritt Beschichten der Innenoberflächen des Hohlkernkanals oder der Hohlkernkanäle mit einer Schicht aus Material, das einen Brechungsindex hat, der in dem Betriebswellenlängenband niedriger als der des Wellenleiterkerns ist.
Verfahren zur Herstellung eines photonischen Lichtschaltkreises mit den Schritten: (a) Verwenden eines Halbleitersubstrats, in dem wenigstens ein optischer Hohlkernwellenleiter und mehrere Schlitze vorhanden sind, um eine optische Komponente aufzunehmen, wobei das Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 41 verwendet wird, und (b) Einbauen einer optischen Komponente in den wenigstens einen Schlitz, wobei der Schritt des Einbauens der optischen Komponente in den wenigstens einen Schlitz außerdem zum Ausrichten der optischen Komponente dient.