DE68915338T2 - Gitter-Koppler mit monolithisch integriertem Quantum-Well-Index-Modulator. - Google Patents

Gitter-Koppler mit monolithisch integriertem Quantum-Well-Index-Modulator.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Gitter-Koppler, die in Verbindung mit Brechungsindexmodulatoren verwendet werden, um einfallende optische Strahlung zu beeinflussen. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind in Verbindung mit optischen Kommunikationssystemen verwendbar, um Licht zu bearbeiten und/oder intelligenterweise codierte optische Signale herzustellen.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung optischer Fasern niedriger Verluste in den frühen siebziger Jahren zur Verwendung als praktisches optisches Übertragungsmedium regte explosionsartiges Wachstum in anderen, die optische Kommunikation betreffenden Bereichen an. So waren z.B. nachfolgend zur Entwicklung optischer Fasern wichtige Anstrengungen auf die Entwicklung verschiedener optischer Quellen und Detektoren gerichtet. Das begleitende Wachstum der Halbleitertechnologie führte zur Entwicklung integrierter Quellen und/oder Detektoren, die auf leichte Weise und kostengünstig hergestellt werden konnten. (Der Begriff "optisch", wie er in dieser Schrift verwendet wird, betrifft nicht nur sichtbares Licht, sondern eine beliebige elektromagnetische Strahlung, die wirksam innerhalb dielektrischer Fasern, üblicherweise mit Verlusten von weniger als 2 dB/km, übertragen werden können. Dementsprechend betrifft dieser Ausdruck allgemein elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge zwischen 0,1 und 50 um.)
  • Einhergehend mit den Fortschritten in der Bauteilentwicklung wurden verschiedene Systemarchitekturen zur Verwendung in optischen Kommunikationssystemen vorgeschlagen und werden fortlaufend diskutiert. Viele derartige Systeme erfordern jedoch eine Lichtquelle, die auf intelligente Weise moduliert wird. Für in Erwägung gezogene, langreichweitige Systeme müssen diese Lichtquellen bis zu einer Milliarde Mal pro Sekunde (Gigabit/Sekunde) schnell gepulst werden. Das Pulsen kann in Form eines Amplitudenpulsens, z.B. "Ein"- und "Aus"- Zustände, oder in Form von Frequenzpulsen, wie z.B. Frequenzumtasten, bei welchem Licht einer Frequenz einen "Ein"-Zustand und Licht einer anderen Frequenz den "Aus"- Zustand darstellt. In Erwägung gezogene optische Quellen sind im Hinblick auf ihre Fähigkeiten, bei Gigabit-Raten auf derartige Weise zu pulsieren, zu berücksichtigen.
  • Während es möglich ist, Lichtquellen, wie z.B. Injektionslaser, herzustellen, die durch direkte Strommodulation bei Gigabit-Raten inhärent gepulst werden können, führen derartige hohe Pulsraten zu abträglichen Spektral-verbreiternden Nebenwirkungen, wie z.B. "chirp" bzw. "Zwitschern" (T. L. Koch, J. E. Bowers, Electron. Letters, 20, 1038 (1984)). Derartige abträgliche Effekte können jedoch vermindert werden, falls ein externer Modulator verwendet wird, um die ansonsten konstante Ausgangsleistung einer Lichtquelle zu ändern, oder ein kavitätsinterner Modulator wird in einem Laser verwendet, wodurch auf intelligente Weise gepulstes Licht erhalten wird.
  • In anderen Wellenlängenmultiplex-("WDM")- Anwendungen wird in Erwägung gezogen, daß eine Anzahl von Kanälen verschiedener Wellenlänge in optischen Übertragungs- oder Schaltungsarchitekturen verwendet wird. Für diese Anwendungen können abstimmbare Lichtquellen oder eine abstimmbare optische Filtereinrichtung verwendet werden, um festzustellen, welcher Wellenlängen-Kanal gesendet oder empfangen wird. Derartige Einrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um ein vorgegebenes Signal innerhalb eines optischen Kommunikations-Netzwerkes umzuleiten. Um eine derartige Abstimmbarkeit oder Kanalwellenlängenauswahl zu erreichen, setzen die meisten in Erwägung gezogenen Einrichtungen Medien ein, deren Erechungsindex innerhalb der Einrichtung mit einem erwünschten Wert moduliert oder gesteuert werden kann.
  • Besonders nützlich für die bei vorstehenden Anwendungen beschriebene Modulation sind elektrooptische Einrichtungen, deren optische Eigenschaften, wie Absorption oder Brechungsindex, durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Signals geändert werden können. Beispielhaft für derartige elektrooptische Einrichtungen ist die Quantentrog-Einrichtung, die auch als Quantum-Well- Einrichtung bezeichnet wird. (In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Quantum-Well" bzw. "Quantentrog" einen oder mehrere Quantentröge bzw. Quantum-Wells.)
  • Der Quantum-Well umfaßt eine oder mehrere abwechselnde Schichten aus verschiedenem Halbleitermaterial. Die Schichten wechseln sich ab zwischen Material breiter Bandlücke und Material enger Bandlücke. Das Valenzband des Materials mit breiter Bandlücke ist in seiner Energie niedriger als das Valenzband des Materials mit enger Bandlücke, während das Leitungsband des Materials mit breiter Eandlücke eine höhere Energie hat als das Leitungsband des Materials mit enger Bandlücke. Die Elektronen und Löcher, die in den "Trog"- bzw. "Well"- Bereichen ausgebildet werden, oder diejenigen, die in diese Bereiche migrieren, werden in den Well-Bereichen aufgrund der niedrigeren potentiellen Energie in diesen Bereichen eingeschlossen. Derartige Einrichtungen werden aufgrund der engen Tröge als Quantentrog-Einrichtungen bezeichnet, wobei die Elektronen- und Loch-Energieniveaus durch Quanteneffekte geändert werden. Im Falle exzitonischer Zustände macht der Einschluß der Elektronen und Löcher innerhalb einer Dicke, die durch die Materialschichtdicke mit enger Bandlücke definiert ist, die viel kleiner als der normale Exzitonendurchmesser ist, die Exzitonenbindungsenergie größer, ohne die Phononenverbreiterung anzuheben. Diese und andere Konsequenzen dieses "Quanteneinschlusses" erklärt die Beständigkeit der zugehörigen Resonanzen bei Raumtemperatur. Zusätzlich werden die Energien der eingeschlossenen Elektronen und Löcher als Ergebnis der "Einschlußenergie" erhöht. Eine damit verbundene Konsequenz des Quanteneinschlusses besteht darin, daß dieser die Entartung der Valenzbindungen des Halbleiters aufhebt, was zu zwei Exzitonenresonanzen führt, dem "leichten Loch"- und dem "schweren Loch"-Exziton.
  • Wenn ein elektrisches Feld senkrecht zu den Quantentrogschichten angelegt wird, bewegt sich die optische Ansorptionskante, einschließlich der Exzitonenresonanzen, zu niedrigen Photonenenergien. Normale Volumen-Halbleiter zeigen sehr geringe, falls überhaupt, Verschiebung der Ansorptionskante. Die einzige Folge des Anlegens eines elektrischen Feldes an einen normalen Volumen-Halbleiter ist der Franz-Keldysh-Effekt, der die Bandkante mit vergleichbar geringer Verschiebung verbreitert. Bei niedrigen Feldern verbreitern sich die Exzitonen-Peaks und verschwinden. Wenn jedoch senkrechte Felder an eine Quantentrog-Einrichtung angelegt werden, bleibt der Exzitonen-Ansorptionspeak bis zu hohen Feldern aufgelöst.
  • Die Erhaltung der Exzitonenresonanzen bei an die MQW-Einrichtungen angelegten senkrechten Feldern kann durch Betrachtung der Wirkung eines elektrischen Feldes auf ein eingeschlossenes Elektronenlochpaar erklärt werden. Normalerweise führt das Anlegen eines Feldes zur Exzitonenverbreiterung aufgrund einer Verkürzung der Exzitonenlebensdauer aufgrund von Ionisation. Da jedoch der Einschluß des Elektronenlochpaars aufgrund der Quantentröge die Exzitonenionisierung ausschließt, können sehr große Felder ohne Ionisierung angelegt werden und daher ohne Verbreiterung der Exzitonenresonanzen. Zusätzlich und vielleicht wichtiger, wenn die MQW-Einrichtung für die Verwendung als Modulator gedacht ist, besteht eine deutliche Verschiebung der Absorptionskante aufgrund der Änderung der Einschlußenergie, die zu dem Anlegen des elektrischen Feldes und zur folgenden Störung des Trogs führt. Diese Verschiebung der Absorption ist die Grundlage für den MQW als Modulator. Da das Ändern des angelegten Feldes deutlich die Lichtabsorptionseigenschaften einer korrekt vorgespannten MQW ändern kann, wird durch den MQW tretendes Licht moduliert.
  • Während die elektrooptischen Eigenschaften des vorstehend beschriebenen MQWs diesen als optischen Intensitätsmodulator besonders attraktiv machen, führt der hohe Grad an Absorption, auf den im Resonanzbereich gestoßen wird, zu deutlichen Verlusten von optischer Energie sowohl in dem "Ein"- als auch in dem "Aus"-Zustand des Modulators, was sehr häufig unerwünscht und in manchen Anwendungen nicht tolerierbar ist. Motiviert durch dieses Anliegen haben verschiedene Personen die Verwendung einer MQW-Einrichtung als "Brechungsindex"- oder "Phasen"- Modulator untersucht anstelle des Absorptionsmodulators. Das grundlegende Kramers-Kronig-Verhältnis, welches das Wechselspiel zwischen der Änderung der Absorptionscharakteristiken in einem Material und der Änderung dessen Brechungsindex beherrscht, diktiert, daß große Änderungen des Brechungsindex in von der Absorptionskante entfernten Bereichen aufgefunden werden. Dementsprechend kann die MQW-Einrichtung als Phasen- oder Brechungsindexmodulator mit verminderten zugehörigen Absorptionsverlusten verwendet werden. Die Verwendung eines derartigen MQW-Phasenmodulators zusammen mit einem Fabry- Perot-Laser wurde in dem für Chemla et al. erteilten US- Patent 4 525 687, Spalte 14, Zeilen 1-19, beschrieben.
  • Obwohl frühe Laser zumeist ausschließlich vom von Chemla et al. zitierten Fabry-Perot-Typ waren, schlugen nachfolgende Entwicklungen Laser mit verteilten Reflektoren vor, die meistens innerhalb einer Wellenleiterstruktur hergestellt waren. Das US-Patent 3 760 292 beschreibt den Betrieb eines Lasers mit verteilter Rückkopplung. Ein derartiger Laser beruht auf den Phänomen der "Gitterkopplung". Dieses Phänomen gehört zum Durchtritt von Licht durch einen Bereich sich ändernder Transmissionseigenschaften, die wenigstens in einer Richtung periodisch sind, d.h. ein "Gitter" sind. Die Wechselwirkung des Lichtes mit derartigen Gittern umfaßt eine Phasenanpassungsbedingung, die lediglich bei bestimmten Wellenlängen erfüllt ist. Für Fachleute auf diesem Gebiet ist es bekannt, daß Wellenlängen, bei welchen die Phasenanpassungsbedingung erfüllt sind, durch verschiedene "Ordnungen" der Gitterkopplung gegeben sind. Wenn Kopplung bei der längsten Wellenlänge λ&sub0; auftritt, welche die Phasenanpassungsbedingung erfüllt, wird die Kopplung als "erster Ordnung" bezeichnet. Andere Wellenlängen, welche die Phasenanpassungsbedingungen erfüllen können, sind λ&sub0;/M, wobei M = 2, 3, 4 ... und stellen höhere Ordnungen dar. In dieser Anwendung wird im allgemeinen angenommen, daß das Gitter in "erster Ordnung" (M=1) arbeitet, es kann jedoch in höheren Ordnungen arbeiten. Beispielhaft für derartige "Gitter" sind Bereiche sich ändernden Brechungsindex oder eine Welle in der Grenze zwischen zwei Materialien von verschiedenem Brechungsindex. Wenn Licht durch einen solchen Bereich tritt, kann es entweder vorwärts oder rückwärts zu anderen geführten Wellen gekoppelt werden. Beispielhaft für derartige "Gitterkopplung" ist der Bragg-Reflektor - ein "Gitterkoppler", der einfallendes Licht zurück in einen "reflektierten" ausfallenden Lichtstrahl koppelt. Der Bragg-Reflektor kann zu einem Verstärkungsmedium extern hergestellt sein, was zu einem Laser mit verteilter Bragg- Reflexion (Distributed Bragg Reflecting Laser, DBR-Laser) führt. Ein "Gitterkoppler" kann ebenfalls als integraler Bestandteil des Verstärkungsmaterials hergestellt sein, welches zu einem Laser mit verteilter Rückkopplung (Distributed Feedback Laser, DFE-Laser) führt. Der Gitterkoppler in einem DFB-Laser kann heuristisch einfach als ein Reflektor angesehen werden, der die Laserkavität definiert. Genaue Analyse zeigt jedoch, daß die Kopplung in einem DFB-Laser aufgrund von Phaseneffekten komplizierter ist. So lasert der DFB beispielsweise nicht in der Mitte des "Bragg-Reflexionsbandes", sondern nahe seiner beiden ersten Minima.
  • Die Quantentrog-Einrichtung und der Laser mit verteilter Rückkopplung wurden kombiniert, um Einrichtungen, wie z.B. Quantentrog-Laser, zu erhalten. Der Quantentrog-Laser setzt die elektronischen Eigenschaften des Quantentrogs ein, um Energieniveaus zu definieren, die insbesondere vorteilhaft für die Verwendung als Laserübergänge sind.
    • Zusammenfassung der Beschreibung
  • Die Erfindung gründet auf der Erkenntnis, daß besonders vorteilhafte Einrichtungen verwirklicht werden können, wenn ein Gitterkoppler mit einem in Gegenrichtung vorgespannten Quantentrog-Brechungsindex-Modulator in einer monolithisch integrierten Struktur wie in Anspruch 1 definiert kombiniert wird. Die Struktur kann einen oder mehrere optische Wellenleiter umfassen, um seitlichen und/oder vertikalen Einschluß des durch die Struktur tretenden Lichtes zur Verfügung zu stellen. Die Kombination aus dem Koppler und dem Modulator stellt einen zusätzlichen Konstruktions-Freiheitsgrad zur Verfügung, der verwendet werden kann, um die Rückwärts- oder Vorwärts- Koppeleigenschaften zwischen zwei verschiedenen Ausbreitungsmoden des Systems zu ändern, wobei sich neue und vorteilhafte Strukturen ergeben. Ausführungsformen der Erfindung umfassen
  • (1) einen Laser mit verteilter Rückkopplung mit einem kavitätsinternen, in Sperrichtung vorgespannten Quantentrog-Brechungsindex-Modulator,
  • (2) einen abstimmbaren Quantentrog-Bragg-Reflektor,
  • (3) ein abstimmbares, zurückkoppelndes Gitter-Filter,
  • (4) ein abstimmbares, vorwärtskoppelndes Gitter-Filter und
  • (5) einen Quantentrog-Brechungsindex-Modulator integriert mit einem Gitterkoppler, um eine phaseneinstellbare, wellenlängenselektive Kopplungseinrichtung bereitzustellen.
  • Diese Einrichtungen können vorteilhafterweise in optischen Einrichtungen verwendet werden, um Licht mit für die Verwendung in optischen Kommunikationssystemen geeigneten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
    • Figurenbeschreibung
  • Fig. 1 stellt Messungen der feldinduzierten Änderung der Brechungsindizes von Quantentrogeinrichtungen dar, die aus verschiedenen Materialsystemen zusammengesetzt sind, gemessen bei einer speziellen Spannung und Wellenlänge,
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Verhaltens der Absorptionsverluste und der feldinduzierten Änderung des Brechungsindex als Funktion einer Verstimmung relativ zum exzitonischen Resonanzpeak,
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Quantentrog-Laser mit verteilter Rückkopplung mit einem kavitätsinternen Brechungsindex- Modulator,
  • Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Änderung des effektiven Brechungsindex und des zugehörigen induzierten Überschußverlustes des in Fig. 3 dargestellten Modulator-Wellenleiters als Funktion der angelegten Spannung,
  • Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Licht/Strom-Kennlinien für den Einzel- und Doppel-Mode- Betrieb des Laser,
  • Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des spektralen Verhaltens des Lasers unterhalb und oberhalb des Schwellenwertes für die Einzelmode- und Doppelmode - Zustände,
  • Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Frequenzmodulationsantwort als Funktion der Modulationsfrequenz für den kavitätsinternen Brechungsindex-modulierten DFB-Laser,
  • Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung mit einem abstimmbaren Quantentrog-Bragg-Reflektor,
  • Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit abstimmbaren zurückkoppelnden Gitter-Filtern,
  • Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung mit abstimmbaren vorwärtskoppelnden Gitter- Filtern,
  • Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Quantentrog-Brechungsindex-Modulator integriert mit einem Gitterkoppler, um eine phaseneinstellbare, wellenlängenselektive Kopplungseinrichtung bereitzustellen.
    • Detaillierte Beschreibung
  • Da ein Aspekt der Erfindung eine Kombination eines Gitterkopplers und eines Quantentrog-Brechungsindex- Modulators umfaßt, ist es hilfreich für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung, die Phänomene der Quantentrog- Brechungsindex-Modulation und der Gitterkopplung vor der Beschreibung spezieller Ausführungsformen der Erfindung zu diskutieren. Dementsprechend werden wir nachfolgend diese beiden kritischen Phänomene beschreiben und dann spezielle Ausführungsformen der Erfindung diskutieren.
    • A. Quantentrog-Brechungsindex-Modulation
  • Die Erfindung ist teilweise durch unsere Erkenntnis inspiriert, daß für Quantentrog-Einrichtungen ein erweiterter Betriebsbereich existiert, der ausreichend entfernt zum Absorptionspeak ist, um verminderte optische Verluste zu erhalten, während gleichzeitig deutliche Modulation des Brechungsindex bei Anlegen eines externen Feldes erzielbar ist. Derart bevorzugte Betriebsbereiche existieren in den meisten, falls nicht in allen Halbleiter- Quantentrog-Strukturen. Wir haben experimentell derartige Bereiche für Halbleiter-Quantentrog-Strukturen mit speziellen Kombinationen aus binären, ternären und/oder quaternären Materialien identifiziert.
  • Wir haben festgestellt, daß für ein feststehendes, angelegtes Feld die Größe der Änderung der Brechungsindex, die durch das Anlegen des elektrischen Feldes an die Quantentrog-Einrichtung induziert wird, sich invers zur Verstimmung ΔW von der Grundzustands- Exzitonenresonanz ändert. Dieses Ergebnis kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:
  • Δn 1/Δω (1)
  • Wir haben ebenfalls festgestellt, daß für eine feststehende Verstimmung relativ zur Grundzustands-Exzitonenresonanz die Größe der Änderung des Brechungsindex, die durch das Anlegen eines elektrischen Feldes an die Quantentrog- Einrichtung induziert wird, sich proportional mit dem Quadrat des an die Einrichtung angelegten elektrischen Feldes ändert. Dieses Ergebnis kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:
  • Δn E² (2)
  • Letztlich haben wir festgestellt, daß für die meisten, falls nicht für alle Halbleiter-Quantentrog-Einrichtungen ein generelles Verhältnis zwischen der feldinduzierten Änderung des Brechungsindex, dem Betrag der Verstimmung und dem Quadrat des angelegten elektrischen Feldes existiert, das gegeben ist durch:
  • (Δn/E)(Δω/E)=κ (3)
  • wobei κ zwischen 100 und 500 liegt, wenn Δn/E in Pikometer/Volt angegeben ist und Δω/E angegeben ist in meV.cm/KV. Gleichung 3 ermöglicht es, für eine beliebige Quantentrogeinrichtung die feldinduzierte Brechungsindex- Änderung als Funktion der Wellenlänge und/oder des angelegten Feldes basierend auf einer einzigen Messung der feldinduzierten Änderung des Brechungsindex bei einer speziellen Spannung und Wellenlänge vorherzusagen. Für aus einigen verschiedenen Materialsystemen zusammengesetzte Quantentrog-Einrichtungen stellt Fig. 1 derartige Einzelmessungen der feldinduzierten Änderung des Brechungsindex bei einer speziellen Spannung und Wellenlänge dar. Aus diesen Ergebnissen können wir dementsprechend die feldinduzierten Änderungen des Brechungsindex für diese Quantentrog-Einrichtungen als Funktion der Wellenlänge und/oder des angelegten Feldes vorhersagen.
  • Da die Größe der feldinduzierten Brechungsindexänderung sich invers zum Verstimmen relativ zur Grundzustands-Exzitonenresonanz ändert, während die Absorptionsverluste exponentiell mit derselben Verstimmung relativ zur Resonanz absinken, haben wir festgestellt, daß ein erweiterter Bereich des Wellenlängenbetriebs existiert, bei welchem das Anlegen eines Feldes an den Quantentrog- Bereich zu einer deutlichen Modulation des Brechungsindex führt, während gleichzeitig nur minimale Absorptionsverluste mit einbezogen werden. Fig. 2 ist beispielhaft für diesen Kompromiß zwischen Absorptionsverlust und feldinduzierter Brechungsindexänderung. In dieser Figur ist das Verstimmen auf der Abszisse aufgetragen, wobei die rechtsseitige Ordinate die Ausbreitungsverluste darstellt und die linksseitige Ordinate die zu der feldinduzierten Brechungsindexänderung gehörende Phasenänderung darstellt. Die linsseitige Ordinate ist in Längeneinheiten dargestellt, die benötigt werden, um eine Änderung der Phase um π zu erhalten. In dieser Figur wurde eine Spannung von 10 V über einen intrinsischen 1 um-Bereich, d.h. ein Feld von 100 kV/cm, angelegt. Diese Länge ist gegeben durch:
  • Lπ = λ/2Δn (4)
  • Wie durch den Graphen dargestellt, kann eine Phasenänderung von π in einer Einrichtung von 150 um Länge erhalten werden, und in einer derartigen Einrichtung sind die Ausbreitungsverluste geringer als 5 dB.
  • Herkömmliche Einrichtungen wurden wirkungsvoll mit 5 dB-Absorptionsverlusten betrieben, was zur Schlußfolgerung führte, daß derartige Verluste akzeptabel sind. Mit der Verwendung von verstärkenden Einrichtung kann es jedoch möglich sein, mit sogar noch größeren Absorptionsverlusten zu arbeiten. Während die erfindungsgemäße Einrichtung üblicherweise unterhalb des exzitonischen Absorptionspeaks betrieben wird und sehr oft der Betriebsbereich größer als 4Γ sein wird, wobei 2Γ die volle Breite am e-½-Punkt der niedrigsten Linie des exzitonischen Absorptionspeaks ist, kann die Verwendung von Verstärkungseinrichtungen den Betrieb entsprechend näher zum Resonanzpeak ermöglichen, vielleicht sogar so nahe wie 1Γ oder 2Γ. In Abhängigkeit von der optischen Polarisation relativ zur Aufwachsrichtung der Quantentrog-Schichten wird der exzitonische Peak der niedrigesten Linie das Leichte- Loch-Exziton in TM-Polarisation oder das Schwere-Loch- Exziton in TE-Polarisation sein. Zusätzliche, unsere Beobachtungen betreffend das Verhältnis zwischen der feldinduzierten Änderung des Brechungsindex und die Absorptionsverluste betreffende Details sind ersichtlich aus "Low Voltage Phase Modulation in GaAs/AlGaAs Quantum Well Optical Waveguides", Electronics Letters, Band 24, Nr. 2, Seite 112, 1. Januar 1988.
    • B. Gitterkoppler
  • In der erfindungsgemäßen Einrichtung ist ein in Sperrichtung vorgespannter Quantentrog-Brechungsindex- Modulator mit einem Gitterkoppler kombiniert, um die Phase des gekoppelten Lichtes oder die Wellenlänge, bei welcher derartige Kopplung auftritt, zu ändern. Der Abstand des Gitters ist so konstruiert, daß phasenangepaßte Gitterkopplung in einem Wellenlängenbereich, der wesentlich unterhalb der Absorptionskante der Quantentrogeinrichtung liegt, bereitgestellt wird, wobei der Betrieb des Quantentrog-Brechungsindex-Modulators in dem bevorzugten Brechungsindexbereich sichergestellt ist. In Übereinstimmung mit Vorstehendem bezeichnet der Ausdruck "wesentlich unterhalb der Absorptionskante" Verstimmungswerte, die größer als 3Γ sind. Kommerziell wertvolle Einrichtungen können jedoch so konstruiert sein, daß diese weiter vom Resonanzpeak als 5Γ, 7Γ oder sogar 10Γ arbeiten.
  • Herkömmliche Einrichtungen haben das Koppeln zwischen verschiedenen Ausbreitungsmoden miteinbezogen. Der Ausdruck "Kopplung", wie er hier verwendet wird, bezeichnet einen Leistungsübergang zwischen zwei oder mehr Ausbreitungsmoden einer geführten Wellenleiterstruktur. Bei dem Gitterkoppler stellt das Gitter die Phasenanpassung zur Verfügung, um die Kopplung von zwei Ausbreitungsmoden zu gestatten, die in Abwesenheit des Gitters nicht phasenangepaßt wären und daher nicht gekoppelt wären. Der Ausdruck "Ausbreitungsmode" stimmt in seiner Verwendung hierin mit dem allgemein auf dem Fachgebiet verwendeten Begriff überein und bezeichnet eine sich vorwärts oder rückwärts ausbreitende Welle, deren relative Intensitätsverteilung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung in großem Maße unabhängig von der Entfernung entlang der Ausbreitungsrichtung ist. Zwei Ausbreitungsmoden, die durch ein Gitter gekoppelt werden können, sind beispielsweise zwei verschiedene räumliche Moden einer Wellenleiterstruktur oder zwei verschiedene Polarisationsmoden, oder eine Vorwärts- oder Rückwärts- Version desselben räumlichen Modes. Die hier verwendete Terminologie klassifiziert die Vorwärts- und Rückwärts- Versionen eines vorgegebenen räumlichen Modes als zwei verschiedene Ausbreitungsmoden. Wie vorstehend angedeutet, bezeichnet der Ausdruck "Gitter" in seiner Verwendung hierin einen Bereich sich verändernder Transmissionseigenschaften, der wenigstens in einer Richtung periodisch ist. Derartige Gitter umfassen Bereiche von sich änderndem Brechungsindex oder Bereiche mit einer wellenförmigen Grenze zwischen Medien mit verschiedenem Brechungsindex.
  • Zwei durch ein Gitter gekoppelte Moden haben im allgemeinen verschiedene Ausbreitungskonstanten β&sub1; und β&sub2;. Um die Kopplung vom Mode 1 zum Mode 2 zu bewirken, muß das Gitter Phasenanpassung zur Verfügung stellen, die gegeben ist durch:
  • β&sub2; = β&sub1; ± [2π/Λg] M (5),
  • wobei Λg die räumliche Periode des Gitters oder sein "Abstand" ist und M = 1, 2, 3 . . . die "Ordnung" der Kopplung ist. In den meisten Ausführungsformen hat der Gitterkoppler einen Abstand, der phasenangepaßte Gitterkopplung mit M=1, d.h. der ersten Ordnung in einem Wellenlängenbereich ergibt, der energetisch wesentlich unterhalb der Absorptionskante der Quantentrogeinrichtung liegt. Die Modenausbreitungskonstanten können ebenfalls durch einen "effektiven Brechungsindex" charakterisiert werden, der definiert ist als neff = (βλ) / (2π). Um entsprechend die Kopplung zwischen den Vorwärts- und Rückwärts-Versionen eines speziellen räumlichen Modes mit einem effektiven Brechungsindex neff1 zu bewirken, würde das vorstehende Phasenanpassungserfordernis erfordern, daß der Gitterabstand Λg erfüllt:
  • Λg = λ/[2 neff1] (6),
  • wobei λ die Wellenlänge ist, bei welcher Phasenanpassung erwünscht ist. Als weiteres Beispiel, Kopplung zwischen zwei verschiedenen Vorwärts-Ausbreitungsmoden mit jeweiligen Brechungsindizes neff1 und neff2 zu bewirken, wobei neff1 größer als neff2 ist, würde ein Gitter mit einem Abstand:
  • Λ = λ/[neff1 - neff2] (7)
  • erfordern, wobei wiederum λ wiederum die Wellenlänge ist, bei welcher phasenangepaßte Gitterkopplung erwünscht ist.
  • Herkömmliche Beispiele von Gitterkopplungs- Einrichtungen umfassen den Laser mit verteilter Rückkopplung (H. Kogelnik und C. V. Shank, Appl. Phys. 43, 2327 (1972), US-Patent 3 760 292, den Laser mit verteiltem Bragg-Reflektor (Y. Suematsu, 555. Arai und K. Kishino, J. Lightwave Tech., LT-1, 161 (1983), die Lithium-Niobat-TE- TM-Modenkonverter-Filter (R. C. Alferness und L. L. Buhl, Appl. Phys. Lett., 40, 861 (1982), US-Patent 4 273 411) und die monolithische vertikale Gitterkopplung (T. L. Koch, P. J. Corvini, W. T. Tsang, U. Koren und B. I. Miller, Appl. Phys. Lett., 51, 1060 (1987)).
    • C. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung
  • Spezielle, wie vorstehend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung umfassen
  • (1) einen Laser mit verteilter Rückkopplung mit einem kavitätsinternen, in Sperrichtung vorgespannten Quantentrog-Phasen-Modulator,
  • (2) einen abstimmbaren Quantentrog-Bragg-Reflektor,
  • (3) ein abstimmbares rückwärtskoppelndes Gitterfilter,
  • (4) ein abstimmbares vorwärtskoppelndes Gitterfilter und
  • (5) einen Quantentrog-Brechungsindex-Modulator, integriert mit einem Gitterkoppler, um eine phaseneinstellbare wellenlängenselektive Kopplungseinrichtung bereitzustellen.
    • 1. Quantentrog-Laser mit verteilter Rückkopplung mit einem kavitätsinternen Phasenmodulator
  • Diese Ausführungsform umfaßt einen Quantentrog-Laser mit vier zusätzlichen Quantentrögen, die verwendet werden zur Brechungsindex- und somit Phasenmodulation. In dieser Ausführungsform wird ein Quantentrog-phasenmodulator in der Mitte einer Quantentroglaserkavität mit verteilter Rückkopplung miteinbezogen. Unter Verwendung dieser Ausführungsform haben wir die optische Phasenverschiebung in dem Modulatorabschnitt als Funktion der angelegten Spannung sowohl für Vorspannung in Sperrichtung gemessen, die zu feldinduzierter Brechungsindexänderung führt, als auch mit Vorspannung in Vorwärtsrichtung, die zur Injektion von Ladungsträgern in die Quantentröge führt und ebenfalls den Brechungsindex ändern kann. (Derartiger Betrieb mit Vorwärtsvorspannung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern kann ebenfalls in den anderen Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden.)
  • Diese Ausführungsform betrifft einen besonders nützlichen Einzelmodenlaser. Da das longitudinale Modenverhalten des Lasers mit verteilter Rückkopplung durch die mittige Phasenverschiebung gesteuert ist, kann der Einzelmodenbetrieb durch Einstellung der Modulatorvorspannung erhalten werden. Da der elektrooptische Effekt Hochgeschwindigkeitsmodulation gestattet, kann diese Ausführungsform verwendet werden, wo die Hochgeschwindigkeitsfrequenzmodulation von Lasern oder das Hochgeschwindigkeitsschalten von Frequenzen benötigt wird, wie beispielsweise in Frequenzumtastarchitekturen (FSK-Architekturen).
  • Eine für diese Ausführungsform beispielhafte Einrichtung umfaßt zwei Stapel aus Quantentrögen mit 8 nm (80 Å) und 6 nm (60 Å) Dicke für die Verwendung jeweils als Laser- und Modulatorabschnitte. Der Laser-Wellenleiter umfaßt beide Stapel von Quantentrögen, während der Modulator-Wellenleiter lediglich den dünneren 6 nm- (60 Å-) Quantentrogstapel umfaßte, da die anderen Quantentröge in diesem Abschnitt weggeätzt waren. Dieses Konstruktionskonzept nutzt den Vorteil der Tatsache, daß der Laser bei einer Wellenlänge arbeitet, die der niedrigeren Energielücke der dickeren (8 nm (80 Å)) Quantentröge entspricht, und bei dieser Wellenlänge sind die dünneren (6 nm (60 Å)) Quantentröger relativ transparent. Die exzitonische Absorptionsbandkante der 6 nm- (60 Å-) Tröge ist um ungefähr 70 nm kürzer als die Laserwellenlänge, und diese kann durch das angelegte elektrische Feld stark verschoben werden. Daher kann eine große Änderung sowohl des Brechungsindex als auch der Elektroabsorption im Modulatorabschnitt bewirkt werden. Unter Verwendung von Vorspannung in Sperr- und Vorwärtsrichtung im Modulatorabschnitt, der 80 um lang war, haben wir Phasenverschiebungen von bis zu 650ºC gemessen. Dies entspricht einer effektiven Brechungsindexänderung Δn/n von ungefähr 1 %, die nach unserem Wissen die bisher größte Brechungsindexänderung ist, die in diesem Materialsystem für einen Quantentrog-Heterostruktur- Wellenleiter mit separatem Einschluß (QW-Separate Confinement Heterostructure-Wellenleiter) berichtet wurde.
  • Die vollständige Bauteilstruktur ist in Fig. 3 dargestellt. Der Basiswafer wurde durch metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) bei Atmosphärendruck aufgewachsen. Der Wellenleiterabschnitt, der konstruktionsgemäß geführte Moden mit einer Wellenlänge von 1,3 um leiten konnte, wurde aus einer 250 nm (2500 Å) dicken InGaAsP-Schicht zusammengesetzt. Dieser Schicht folgend wurden zwei Stapel aus vier Quantentrögen aufgewachsen. Der erste Stapel umfaßte vier InGaAs- Quantentröge mit 6 nm (60 Å) Dicke, die durch 10 nm- (100 Å-) InGaAsP-Barrieren getrennt waren. Diesem Stapel folgend wurde eine 25 nm- (250 Å-) InP-Ätzstoppschicht aufgewachsen, gefolgt von dem zweiten Stapel aus vier 8 nm- (80 Å-) Quantentrögen, die durch 10 nm- (100 Å-) InGaAsp-Barrieren getrennt waren. Die letzte aufgewachsene Schicht war eine 150 nm (1500 Å) dicke InGaAsP- Wellenleiterschicht.
  • Nach dem epitaxialen Aufwachsen wurde ein Gitterkoppler erster Ordnung holographisch oben auf der letzten Wellenleiterschicht ausgebildet. Diese Wellenleiterschicht und der obere 80 Å-Quantentrog-Stapel wurden dann im Modulatorabschnitt (s. Fig. 3) durch selektives chemisches Ätzen herunter bis zur InP-Ätzstopp- Schicht entfernt.
  • Die restlichen Bearbeitungsschritte waren denjenigen ähnlich, die für die Herstellung eines halbisolierenden, geblockten, planaren Laser mit vergrabener Heterostruktur (Semi-Insulating Block Planar Burried Heterostructure Laser, SIPBH); s. Koren et al., Electronics Letters, Band 24, Seite 138 (1988)). Diese Technik verwendet zwei epitaxiale Rückaufwachsschritte (Regrowth-Schritte) mit MOCVD für die blockierenden, halbisolierenden Schichten und für die obere Ummantelung und Deckschichten. Schließlich werden zwei Elektroden für die Laser- und Modulatorteile, wie in Fig. 3 dargestellt, ausgebildet. Die Elektroden wurden durch chemisches Ätzen durch die Deckschicht und den Hauptteil der Ummantelungsschicht getrennt, was zu ungefähr 200 Ohm Widerstand zwischen den beiden Elektroden führte.
  • Die Einrichtung bzw. Bauteile wurden gespalten und mit der p-Seite nach oben auf Kupferteilen montiert. Die gesamte Kavitätslänge betrug 500 um, während der mittlere Modulatorabschnitt 80 um lang war. Die Einrichtungen wurden- wie nach den Spalten erhalten, ohne Antireflexions- oder hochreflektierende Beschichtungen auf den Spiegeln betrieben.
  • Die Änderung des effektiven Brechungsindex des Modulator-Wellenleiters als Funktion der angelegten Spannung an die Modulatorelektrode ist in Fig. 4 dargestellt. Die induzierte Phasenverschiebung wurde wie bei Koren et al., Applied Physics Letters, Band 50, Seite 368 (1987) beschrieben, gemessen. Die Technik umfaßt das Betreiben des Lasers unterhalb des Schwellenwertes, so daß es möglich ist, die spektrale Verschiebung der Fabry-Perot- Moden als Funktion der Modulatorspannung zu messen. Eine Phasenverschiebung von 1 π entspricht einer Verschiebung im Spektrum über einen kompletten Zyklus, der diesen veranlaßt, mit dem ursprünglichen Modenspektrum zu überlappen. Der überschüssige optische Verlust, der der Kavität hinzugefügt wird, wenn die Modulatorvorspannung von 0 verändert wird, ist in Fig. 4 ebenfalls dargestellt. Dieser Verlust wurde aus der Änderung des Kontrastes der Fabry-Perot-Moden abgeleitet. Es ist festzuhalten, daß eine relativ große Änderung von mehr als 1 % des effektiven Brechungsindex erhalten wurde, während die Überschußverluste geringer als 40 cm&supmin;¹ blieben.
  • Die hauptsächliche Wirkung der Modulatorspannung auf den Betrieb des DFB-Lasers besteht darin, in wiederholter Weise (bei einigen verschiedenen Modulatorspannungen) zwischen Einzel- und Doppel- Modenbetrieb des Lasers zu schalten. Die Licht-Strom- Kennlinien für diese beiden Zustände sind in Fig. 5 dargestellt. Der Stromschwellenwert für Einzelmoden-DFB- Betrieb ist ungefähr 10 mA geringer als der für den Doppel- Moden-DFB-Betrieb, und eine Einzelmoden-Betriebs- Ausgangsleistung von ungefähr 10 mW pro Kristallfläche wurde erhalten. Das spektrale Verhalten unterhalb und oberhalb des Schwellenwertes in diesen beiden Zuständen ist in Fig. 6 dargestellt. Das Stopp-Band ist klar unterhalb des Schwellenwertes zu erkennen, und der Laser kann zwischen Einzel- oder Doppel-Moden-Betrieb durch die Modulatorspannung geschaltet werden. Ein ähnliches Schaltverhalten wurde vorhergehend unter Verwendung einer Änderung des Stromverhältnisses in 2-Elektroden-Lasern beobachtet. Es ist festzuhalten, daß mit Feinjustierung der Modulatorspannung Einzel-Moden-Betrieb mit einer Seitenmoden-Unterdrückung von besser als 40 dB erhalten wurde (Fig. 6c).
  • Das vorstehend beschriebene Schaltverhalten wurde erreicht, wenn die DFB-Bragg-Wellenlänge nahe dem Verstärkungspeak des Lasers war. Wenn jedoch die Bragg- Wellenlänge deutlich länger als der Verstärkungspeak war (Verstimmung um 15 nm oder mehr), dann haben wir Schalten zwischen DFB-Einzelmoden-Betrieb und Fabry-Perot-Betrieb beobachtet. Schalten zwischen diesen beiden Zuständen trat einige Male auf, wenn die Modulatorspannung geändert wurde. Diese Art des Schaltverhaltens wird erwartet und zweigt an, daß der Schwellenwert für den Fabry-Perot-Betrieb mit Verstimmung niedriger sein kann als für den Doppelmoden- DFB-Betrieb.
  • Fig. 2 zeigt die Frequenzmodulations-(FM)-Antwort in Gigahertz/Volt als Funktion der Modulationsfrequenz des an die Phasenmodulator-Elektrode des kavitätsinternen phasenmodulierten DFB-Laser angelegten Signals. Dies wurde mit einem Fabry-Perot-Interferrometer gemessen und zeigt im wesentlichen die FM-Antwort bei Gigahertz-Modulations- Geschwindigkeiten.
    • 2. Abstimmbare Quantentrog-Bragg-Reflektoren
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Gitter-, eine Quantentrog- und eine Wellenleiter-Struktur monolithisch hergestellt und räumlich so orientiert, daß die Vorwärts- und Rückwärts-Versionen eines speziellen optischen Modes der Wellenleiterstruktur sowohl das Gitter als auch den Quantentrog räumlich überlappen. In den üblichsten Ausführungsformen wird die Wellenleiterstruktur vertikal benachbart zum Quantentrog und zum Koppler angeordnet sein. In der üblichsten Ausführungsform wird das Gitter eine Wellenform in der Grenzfläche zwischen den zwei Materialien mit verschiedenem Brechungsindex sein. Die üblichste Anwendung dieser Einrichtung wird darin bestehen, ein Reflexionsfilter mit engem Band bereitzustellen, dessen Mitten-Reflexions-Wellenlänge durch Ändern des Brechungsindex des Quantentrog-Materials geändert werden kann, üblicherweise durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes. Diese Ausführungsform ist schematisch in Fig. 8 dargestellt. Vorausgesetzt, daß das Quantentrog- Material den in Frage stehenden, sich ausbreitenden Mode überlappt, wird dann der Brechungsindex dieses Modes geändert, wenn sich der Brechungsindex des Quantentrog- Materials ändert. Das Abstimmen folgt somit direkt aus Gleichung (6). Diese Ausführungsform kann als "Spiegel" in einem neuen abstimmbaren DER-Laser oder in einem neuen abstimmbaren resonanten DBR-Verstärker verwendet werden.
    • 3. Abstimmbares, zurückkoppelndes Gitterfilter
  • Diese Ausführungsform ist der vorstehenden Ausführungsform Nr. 2 wesentlich ähnlich, aber anstelle der Kopplung zwischen den Vorwärts- und Rückwärts-Versionen eines speziellen optischen Modes koppelt das Gitter zwischen einer Vorwärts-Version eines speziellen Modes und einer Rückwärts-Version eines anderen speziellen Modes. Eine spezielle Version dieser Ausführungsform wird eine Wellenleiter-Struktur umfassen, die zwei vertikal beabstandete, räumliche Moden mit verschiedenen Ausbreitungskonstanten führt, und ein Gitter, das beiden Moden in üblicher Weise als Ergebnis seiner räumlich überlappenden beiden Moden koppelt. Diese Ausführungsform ist schematisch in Fig. 9 dargestellt. Eine verwandte herkömmliche Einrichtung, die keine Quantentröge umfaßt, ist beschrieben in "Wavelength Selective Interlayer Directionally Grating-Coupled InP/InGaAsP Waveguide Photodetection", Appl. Phys. Lett., 51, 1060 (1987). Bei dem speziellen Beispiel dieser in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform überlappt eine Quantentrogschicht wenigstens einen der beiden dargestellten räumlichen Moden. Wenn der Brechungsindex der Quantentrogschicht mit einer angelegten Spannung verändert wird, können eine oder beide effektiven Brechungsindizes neff1 und neff2 der jeweiligen Moden geändert werden. Dies hat die Wirkung des Änderns der Kopplungswellenlänge gemäß Gleichung (5), die in dieser Ausführungsform zu
  • λ = Λg (neff1 + neff2) (8)
  • wird.
    • 4. Abstimmbares vorwärtskoppelndes Gitterfilter
  • Diese schematisch in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie vorstehende Ausführungsform 3 mit der Ausnahme, daß die zwei gekoppelten Moden beide vorwärts ausbreiten. In Übereinstimmung mit Gleichung (7) ist der Abstand des Gitters, der für das Vorwärtskoppeln benötigt wird, wesentlich grober als der für das Rückwärtskoppeln benötigte. Die Phasenanpassungswellenlänge für diese Ausführungsform wird zu
  • λ = Λg (neff1 - neff2) (9).
    • 5. Quantentrog-Brechungsindex-Modulator integriert mit einem Gitterkoppler zur Bereitstellung einer phaseneinstellbaren Kopplungseinrichtung
  • Generell umfaßt diese Ausführungsform einen Gitterkoppler mit einem räumlich getrennten Quantentrog- Brechungsindexmodulator, der verwendet werden kann, um die Phase des gekoppelten Lichtes zu ändern. Die Phase wird geändert durch Bereitstellen einer Ausbreitungslänge in einem Quantentrog-Medium, dessen Brechungsindex durch Anlegen eines elektrischen Feldes entweder vor oder nach dem Auftreten des Koppelns geändert wird. Der Gitterkoppler selbst kann, muß aber nicht ebenfalls einen Quantentrog- Brechungsindexmodulator wie in den vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 umfassen. Dementsprechend zeigt Fig. 11 fünf spezielle Beispiele dieser Ausführungsform. Fig. 11a ist eine grundlegende schematische Darstellung dieser Ausführungsform, während Fig. 11b bis 11d spezielle Beispiele dieser Ausführungsformen sind, die den vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 analog sind.

Claims (8)

1. Monolitisch integrierte optische Einrichtung mit
(a) einer Quantentrog-Struktur (3) und einer Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Struktur,
(b) einer Wellenleiterstruktur (1, 2, 5), die der Quantentrog-Struktur benachbart angeordnet ist, um den Einschluß von Licht bereitzustellen, und
(c) einem Gitterkoppler (6), der der Quantentrog-Struktur benachbart angeordnet ist, der konstruktionsgemäß wenigstens zwei Ausbreitungsmoden der Wellenleiterstruktur koppelt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Quantentrogstruktur einen elektrisch steuerbaren Brechungsindex hat und der Gitterkoppler einen Gitterabstand hat, der phasenangepaßte Gitterkopplung in einem Wellenlängenbereich ergibt, der energetisch um wenigstens 3Γ unterhalb der Absorptionskante der Quantentrog-Einrichtung liegt, wobei 2Γ die volle Breite am e-½-punkt des exzitonischen Absorptionspeaks der niedrigsten Linie ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Quantentrog-Struktur mehr als einen Quantentrog umfaßt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Quelle optischer Strahlung einer Wellenlänge, die in dem besagten Wellenlängenbereich liegt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Quantentrog-Einrichtung innerhalb der Kavität eines Lasers mit verteilter Rückkopplung ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Gitterkoppler und die Wellenleiterstruktur vertikal benachbart zum Quantentrog angeordnet sind und der Gitterkoppler (6) eine Welle in der Grenzfläche zwischen zwei Materialien (3, 4) mit verschiedenem Brechungsindex ist, so daß die Vorwärts- und Rückwärts-Versionen eines speziellen optischen Modes der Wellenleiterstruktur räumlich sowohl das Gitter als auch die Quantentrog- Struktur überlappen, wodurch sich ein abstimmbarer Quantentrog-Bragg-Reflektor ergibt.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Gitterkoppler und die Wellenleiterstruktur vertikal benachbart zum Quantentrog angeordnete sind und der Gitterkoppler eine Welle in der Grenzfläche zwischen zwei Materialien mit verschiedenem Brechungsindex ist, so daß die Vorwärts-Version eines speziellen optischen Modes der Wellenleiterstruktur und die Rückwärts-Version eines anderen speziellen optischen Modes der Wellenleiterstruktur räumlich sowohl das Gitter als auch die Quantentrog- Struktur überlappen, wobei sich ein abstimmbares, rückwärts koppelndes Gitterfilter ergibt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Gitterkoppler und die Wellenleiterstruktur vertikal benachbart zum Quantentrog angeordnet sind und der Gitterkoppler eine Welle in der Grenzfläche zwischen zwei Materialien mit verschiedenem Brechungsindex ist, so daß die Vorwärts-Version eines ersten speziellen optischen Modes der Wellenleiterstruktur und eine Rückwärts-Version eines zweiten speziellen optischen Modes der Wellenleiter- Struktur räumlich sowohl das Gitter als auch die Quantentrog-Struktur überlappen, wobei sich ein abstimmbares, vorwärtskoppelndes Gitterfilter ergibt.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Gitterkoppler entlang der Wellenleiterrichtung von der Quantentrog-Einrichtung räumlich getrennt ist.
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