DE69203152T2

DE69203152T2 - Modenwandler.

Info

Publication number: DE69203152T2
Application number: DE69203152T
Authority: DE
Inventors: Der Tol Johannes Gerardus Van
Original assignee: Koninklijke PTT Nederland NV
Current assignee: OL Security LLC
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2012-05-12
Also published as: ATE211559T1; EP0640854A2; CA2068439C; DE69203152D1; JP2711654B2; FI111038B; ES2075595T3; NL9100852A; ES2171433T3; FI922233A; FI116003B; DE69232329T2; CA2068439A1; NO921766L; EP0513919A1; US5185828A; FI922233A0; JPH08102709A; DE69232329D1; EP0640854B1

Description

A. HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Umwandlung geleiteter Modi von Lichtwellen in integrierten optischen Komponenten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Modusumwandlungsvorrichtung, die auf dem Prinzip der periodischen Koppelung zwischen geleiteten Modi einer sich in einem kanalartigen optischen Wellenleiter ausbreitenden Lichtwelle. Zusätzlich bezieht sich die Erfindung auf einen optischen Eingangsabschnitt für einen kohärenten optischen Empfänger, der eine solche Modusumwandlungsvorrichtung umfasst.

2. Stand der Technik

Bei einem kohärenten optischen Empfänger wie er beispielsweise in einem kohärenten optischen Netzwerk verwendet werden kann, ist normalerweise ein Laser als lokaler Oszillator eingebaut. Das Licht aus diesem Laser wird mit einem optischen Signal gemischt, das von einem solchen Netzwerk über den Empfänger empfangen wird. Da die Lichtübertragung durch das Netzwerk im allgemeinen nicht polarisationserhaltend ist, bleibt die Polarisation des empfangenen Signals undefiniert. Das empfangene optische Signal wird deshalb zuerst in zwei Polarisationskomponenten TE und TM gespalten, die dann separat verarbeitet werden. Dies wird durch Mischen mit dem Licht des lokalen Oszillators durchgeführt, entweder direkt vor oder direkt nach dem Spalten. Diese Technik ist unter der Bezeichnung "Polarisationsverschiedenartigkeit" bekannt. Dies bedeutet jedoch, dass das Licht des lokalen Oszillators ebenfalls beide Polarisationskomponenten enthalten muss, um Mischkomponenten zu enthalten, die in der Polarisation mit den beiden Polarisationskomponenten des empfangenen optischen Signals übereinstimmen. Ein Laser, der in diesem Zusammenhang üblich ist und eine Wellenlänge des emittierten Lichts im nahen Infrarotbereich aufweist, überträgt jedoch nur TE-polarisiertes Licht. Um die andere Polarisationskomponente zu erhalten, könnte man in Betracht ziehen, den Laser um einen geeigneten Winkel zu neigen. Bei einem integrierten Modell des kohärenten optischen Empfängers, bei dem der Laser mitintegriert ist, ist das Neigen des Lasers mühsam, wenn nicht undurchführbar. Es ist deshalb zuerst notwendig, einen Teil des TE-polarisierten Lichts in TM-polarislertes Licht umzuwandeln, und zwar mit Hilfe eines Polarisationsumwandlers oder -rotators. Unter einem Polarisationsumwandler versteht man eine Vorrichtung, mit der ein bekannter Teil der einen Polarisationskomponente TE oder TM im optischen Signal am Eingang dieser Vorrichtung an deren Ausgang in die andere Polarisationskomponente TM bzw. TE umgewandelt wird, und zwar mit einer genau definierten Phase in bezug auf die eine Polarisationskomponente. Ein Polarisationsrotator ist eine solche Art von Vorrichtung, bei der jedoch eine Phasenverschiebung unkontrolliert ist. Derartige TE/TM-Polarisationsumwandler und -rotatoren sind per se bekannt, zum Beispiel aus den Referenzen [1], [2] und [3] (siehe unter D.). Referenz [1] offenbart einen Polarisationsumwandler für optische Wellen, der in der Lage ist, irgendeine Eingangspolarisation in irgendeine Ausgangspolarisation umzuwandeln. Dieser bekannte Umwandler umfasst einen Polarisationsrotator, der sich zwischen zwei Phasenschiebern befindet. Sowohl der Phasenschieber als auch der Polarisationsrotator basieren auf der elektrooptischen Modifikation der Ausbreitung der TE-Komponente und der TM-Komponente. Die eigentliche Umwandlung eines Bruchteils der einen Komponente in die andere Komponente (TEE> TM) mit identischer Intensität findet im Polarisationsrotator statt. in diesem Zusammenhang wird von einer periodischen Elektrodenstruktur Gebrauch gemacht, die über eine geeignet gewählte Länge zuoberst auf einem optischen Wellenleiter angeordnet ist, um eine periodische Koppelung zwischen den zwei Polarisationskomponenten herzustellen, indem geeignet gewählte verstellbare Steuerspannungen verwendet werden. Als Folge einer wiederholten Koppelung dieser Art ist es möglich, in Abhängigkeit von der gewählten Steuerspannung, Zykluslänge und Koppelungsanzahl, einen gewünschten Teil der einen Komponente in die andere umzuwandeln. Die aus den Referenzen [2] und [3] bekannten Polarisationsumwandler verwenden ebenfalls das Prinzip der periodischen Koppelung zwischen den zwei Polarisationskomponenten in einem optischen Wellenleiter auf der Basis elektrooptischer Wirkungen mit Hilfe einer periodischen Elektrodenstruktur.
All die oben besprochenen Umwandler weisen den grossen Vorteil der elektrischen Steuerbarkeit auf und sind demzufolge vielseitig anwendbar, sogar im oben erwähnten Fall. Aber sie haben den Nachteil, dass bei Anwendungen, bei denen immer ein fester Bruchteil umgewandelt werden muss, eine solche Steuerbarkeit in der Tat überflüssig ist und deshalb eine optische Schaltung wie den oben erwähnten kohärenten optischen Empfänger unnötig kompliziert macht und dessen Integrierbarkeit erschwert.
Aus Referenz [9], die für die Definierung des Anspruchs 1 verwendet wird, ist ein weiterer Umwandlertyp bekannt, der auf einer periodischen Koppelung zwischen zwei in einer optischen Faser geleiteten Modi basiert. Die periodische Koppelung wird erreicht durch periodische Deformierungen - mit einer geeigneten lichtwellenlängenabhängigen Schwebungslänge - einer doppelbrechenden monomodalen optischen Faser und einer bimodalen optischen Faser. Periodische Deformierungen einer doppelbrechenden Faser führen zu Umwandlungen zwischen zwei wechselseitig orthogonalen Polarisationen des Grundmodus, während derartige Deformierungen einer bimodalen Faser polarisationserhaltende Umwandlungen zwischen dem Grundmodus und dem Modus erster Ordnung bewirkt, und zwar unabhängig der Polarisierung. Die Deformierungen werden erzeugt, indem zum Beispiel eine Kammstruktur (mechanisch oder piezoelektrisch) gegen die Faser gestossen wird, oder indem akustische Wellentransducer mit periodisch unterbrochener Oberfläche verwendet werden. Die periodischen Deformierungen sind derart, dass die optische Faser aufeinanderfolgende Unterabschnitte aufweist, die deformiert sind, sowie intakt gelassene Teile der Faser, während jedes Paar zweier aufeinanderfolgender Unterabschnitte (das heisst ein deformierter und ein intakter Teil) eine geanu gewählte Länge aufweist, die Periodenlänge oder Schwebelänge, die wesentlich ist, damit eine Umwandlung stattfindet. Diese bekannte Technik weist folgende Nachteile auf. Die Polarisationsumwandlung benötigt ein anisotropisches Medium und ist auf die Grundmodi beschränkt; eine Modusumwandlung ist nur möglich zwischen zwei Modi unterschiedlicher Ordnung mit erhaltener Polarisation; ein Modusumwandler, der durch eine periodisch deformierte bimodale Faser realisiert wird für die Modusumwandlung zwischen zwei Modi unterschiedlicher Ordnung für eine erste Polarisation, ist gleichzeitig ein Modusumwandler für eine Polarisation, die orthogonal zur ersten Polarisation ist, was bedeutet, dass ein solcher Umwandler nicht selektiv ist für ein spezifisches Paar geleiteter Modi, das heisst spezifisch in Bezug auf die Modusordnung und -polarisation; und spezielle Mittel sind nötig, um die erforderlichen Deformierungen von ausserhalb der verwendeten Faser herbeizuführen.

B. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ziel der Erfindung ist, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen. In diesem Zusammenhang macht sie Gebrauch von der Tatsache, die aus der sich auf Glasfaserspleissungen beziehenden Theorie wie beispielsweise aus Referenz [4] bekannt ist, dass wenn bei einem Wellenleiter eine plötzliche Diskontinuität im Wellenleiterprofil des Leiters auftritt, es dann möglich ist, dass eine Koppelung zwischen einem geleiteten Modus im Leiter oberhalb der Diskontinuität und irgendeinem möglichen geleiteten Modus unterhalb der Diskontinuität stattfinden kann. Eine Koppelung dieser Art ist jedoch im allgemeinen schwach und der Umwandlungsbruchteil eines Modus in einen gewünschten Modus ist somit klein. Dieser Bruchteil vergrössert sich jedoch, wenn diese Diskontinuität im Wellenleiter in einem Zyklus wiederholt wird, der für das an der Umwandlung beteiligte Paar geleiteter Modi selektiv ist. Indem man davon Gebrauch macht, liefert die Erfindung eine Modusumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln eines Bruchteils einer Signalkomponente eines optischen Signals, das sich entsprechend einem ersten geleiteten Modus ausbreitet, in eine Signalkomponente, die sich entsprechend einem zweiten geleiteten Modus ausbreitet, umfassend einen kanalartigen Wellenleiter mit einem ankommenden wellenleitenden Abschnitt, einem mittleren wellenleitenden Abschnitt und einem abgehenden wellenleitenden Abschnitt, wobei im mittleren wellenleitenden Abschnitt eine periodische Koppelung zwischen den zwei geleiteten Modi eines optischen Signals stattfindet, das sich im Wellenleiter ausbreitet, wobei die Länge der Perioden und die Anzahl der Perioden dem gewünschten Umwandlungsbruchteil angepasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere wellenleitende Abschnitt eine periodische geometrische Struktur aufweist, die aus einer periodischen Sequenz zweier wellenleitender Unterabschnitte innerhalb jeder Periodenlänge besteht, wobei die Unterabschnitte geometrische Strukturen, Längen und eine dem gewünschten Paar geleiteter Modi angepasste sequentielle Anordnung aufweisen. Die Erfindung ermöglicht es, eine spezifische Umwandlungsvorrichtung zu bilden, die einen gewünschten Umwandlungsbruchteil für jedes spezifische Paar geleiteter Modi aufweist, das heisst einen ankommenden und einen abgehenden Modus, durch geeignete Wahl der Wellenleiterprofile der Unterabschnitte, der Längen und der Anzahl Wiederholungen der Unterabschnitte und der Art und Weise, in der die Unterabschnitte aneinander angrenzen. Das Umwandlungsprinzip der Erfindung ist wellenlängenselektiv, die Selektivität vergrössert sich mit der Vergrösserung der Anzahl Wiederholungen. Die Erfindung ist sehr geeignet für eine Anwendung bei integrierten Komponenten. Sie ermöglicht auf einfache Weise die Mitintegrierung einer lokalen Lichtquelle in ein integriertes Modell eines optischen Eingangsabschnitts eines kohärenten optischen Empfängers, der auf der Polarisationsverschiedenartigkeit basiert. Referenz [8] offenbart einen andern spezifischen Polarisationsrotator, der auf einem Wellenleiter des Rippentyps basiert, bei dem eine periodische asymmetrische Störung geliefert wird, und zwar mittels einer periodischen asymmetrischen Beladung der Rippe über eine gewisse Koppelungslänge.
Optische Eingangsabschnitte eines kohärenten optischen Empfängers, der auf der Polarisationsverschiedenartigkeit basiert, werden per se zum Beispiel durch die Referenzen [5], [6] und [10] offenbart. Durch die Anwendung von Modusumwandlungsvorrichtungen nach der Erfindung ist ein Modell eines optischen Abschnitts dieser Art möglich, bei dem die Verwendung von metallisierten Elementen verhindert werden kann. Solche Elemente sind üblicherweise in den Polarisationsspaltern notwendig, die bei integrierten optischen Abschnitten dieser Art verwendet werden. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, mindestens eine Modusumwandlungsvorrichtung nach der Erfindung in einen optischen Eingangsabschnitt für einen kohärenten optischen Empfänger miteinzubeziehen, der auf Polarisationsverschiedenartigkeit basiert, uni einen derartigen Eingangsabschnitt zu liefern, der leicht zu integrieren ist, in den eine Lichtquelle mitintegrierbar ist, der keine Metallelemente entiiält, und der keine andern aktiven Elemente als eine möglicherweise mitintegrierte Laserlichtquelle enthält.

C. REFERENZEN

[1] GB-A-2090992;
[2] H.-P. Nolting et al., "TE-TM Polarisation Transformer With Reset-free Optical Operation for Monolithic Integrated Optics", Prot. ECIO'87 Glasgow, Seiten 115-118;
[3] R.C. Alferness and L.L. Buhl, "Electro-optic waveguide TEE> TM mode convertor with low drive voltage", OPT. Schriften, Band 5, Nr. 11, November 1980, Seiten 473-475;
[4] H.-G. Unger "Planar optical waveguides and fibres", Clarendon Press, Oxford, Kapitel 8 "Fibre junctions and transitions", Abschnitt 8.1 "Analysis of fibre mode excitation", Seiten 700- 709;
[5] T. Okoshi et al., "Polarization-diversity receiver for heterodyne/coherent optical fibre comniunication", IOOC'83, Juni 1983, Papier 3003-2, Seiten 386-387;
[6] C. Duchet und N. Flaar nning, "New TE/TM polarization splitter made in Ti:LiNbO&sub3; using x-cut and z-axis propagation", Elektronische Schriften, 05. Juli 1990, Band 26, Nr. 14, Seiten 995-997;
[7] W.K. Burns and A.F. Milton, "Mode conversion in planardielectric separating waveguides", IEEE J. QUANT, ELECTR., Band QE-11, Nr. 1, Januar 1975, Seiten 32-39;
[8] Y. Shani et al.: "Polarization rotation in asymmetric periodic loaded rib waveguides", Integrated Photonics Research, 09.-11. April, 1991, Papier ThH3, Prot. IPR 1991, Seiten 122- 123;
[9] R.C. Youngquist et al., "All-fibre components using periodic coupling", IEE Protokoll, Band 132, Pt.J., Nr. 5, Oktober 1985, Seiten 277-286;
[10] EP-A-0310174.

D. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und einer Anzahl beispielhafter Ausführungen mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben; darin zeigt:
Figur 1 auf schematische Art einen Modusumwandler nach der Erfindung in einem Längsschnitt;
Figur 2 auf schematische Art einen optischen Wellenleiter des Rippentyps in einem Querschnitt, geeignet für einen Modusumwandler entsprechend Figur 1;
Figur 3 ein Blockschema eines ersten optischen Eingangsabschnitts eines kohärenten optischen Empfängers, in dem das Mischen dem Spalten vorangeht, und in dem der Modusumwandler nach der Erfindung angewendet wird;
Figur 4 ein Blockschema eines ersten optischen Eingangsabschnitts eines kohärenten optischen Empfängers, in dem das Spalten dem Mischen vorangeht, und in dem der Modusumwandler nach der Erfindung angewendet wird;
Figur 5 einen kombinierten Modusumwandler/Spalter nach der Erfindung in einem Längsschnitt;
Figur 6 ein Blockdiagramm eines zweiten optischen Eingangsabschnitts ähnlich demjenigen von Figur 3;
Figur 7 ein Blockdiagramm eines zweiten optischen Eingangsabschnitts ähnlich demjenigen von Figur 4.

E. BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGEN

Zwei polarisierte Modi können sich in einem monomodalen kanalartigen (optischen) Wellenleiter in einem isotropischen Medium ausbreiten, zum Beispiel in InP oder in einer normalen monomodalen optischen Faser. Diese Modi können mit TE (transversal elektrisch) und TM (transversal magnetisch) bezeichnet werden. Diese Terminologie ist in der Tat irreführend, da diese Modi nicht durch eine einzige elektrische oder magnetische Komponente beschrieben werden können. Bei einer Beschreibung dieser geleiteten Modi müssen alle drei elektrischen und alle drei magnetischen Feldvektorkomponenten auf jeden Fall immer miteingeschlossen sein. Dennoch kommt es vor, dass mit der Wahl eines orthogonalen axialen Systems, das bei der integrierten Optik normal ist, der TE-Modus von der Ey-Komponente und von der Hx-Komponente dominiert wird, und der TM-Modus von der Ex-Komponente und der Hy-Komponente. In diesem Zusammenhang gibt die z-Achse die Ausbreitungsrichtung an, und die x-Achse wird üblicherweise senkrecht zum plattenartigen Substrat gewählt. Wellenleiter dieses Typs sind ausserdem normalerweise symmetrisch, mit einer xz-Ebene als Symmetrieebene als Folge der Natur der bekannten Integrierungstechniken. Für einen kanalartigen Wellenleiter bei einer normalen optischen Faser ist jede Ebene durch die z-Achse eine Symmetrieebene. Diese Symmetrie drückt sich in geraden (+) oder ungeraden (-) Formen in den Feldvektorkomponenten der geleiteten Modi aus. Für die verschiedenen Modi ist diese gerade oder ungerade Symmetrie in der TABELLE 1 dargestellt. Modus TE&sub0;&sub0; TE&sub0;&sub1; TM&sub0;&sub0; M&sub0;&sub1; Feldvektorkomponente TABELLE 1
Als Wellenleiterprofil eines kanalartigen Wellenleiters versteht man die Geometrie des Leiterabschnitts, welche die optischen Eigenschaften des wellenleitenden Mediums und dessen Umgebung umfasst. Aus der Theorie bezüglich optischer Faserspleissungen ist zum Beispiel aus Referenz [4] bekannt, dass wenn in einem Wellenleiter ein plötzlicher Uebergang von einem Wellenleiterprofil in ein anderes Wellenleiterprofil auftritt, es möglich ist, dass zwischen einem geleiteten Modus im Leiter oberhalb des Uebergangs und irgendeinem möglichen geleiteten Modus im Leiter unterhalb des Uebergangs eine Koppelung stattfindet. In diesem Zusammenhang ist eine Koppelung mit Strahlenmodi im Prinzip ebenfalls möglich. Es wird jedoch angenommen, dass die in diesem Zusammenhang erwähnten Uebergänge derartig sind, dass die Koppelung an Strahlenmodi vernachlässigt werden kann und deshalb in den hier angestellten Ueberlegungen weggelassen werden können. Der Koppelungsgrad, das heisst der Bruchteil der Leistung eines geleiteten Modus oberhalb des Uebergangs, der in einen oder mehr geleitete Modi unterhalb des Uebergangs umgewandelt wird, kann mittels des Integrals des Skalarprodukts des (modalen) Feldvektors oberhalb und unterhalb des Uebergangs berechnet werden (siehe Gleichung (8.6) in Referenz [4]) . Diese Theorie ist im allgemeinen anwendbar auf irgendeinen Uebergang von einem kanalartigen Leiter in einen anderen in einer Sequenz von zwei oder mehr kanalartigen Wellenleitern mit unterschiedlichen modalen Feldprofilen. Aber nicht jede Koppelung zwischen geleiteten Modi oberhalb und unterhalb des Uebergangs ist leicht möglich. Aus der TABELLE 1 folgt zum Beispiel, dass bei einer Reihenfolge von zwei symmetrischen monomodalen Wellenleitern keine Umwandlung des TE&sub0;&sub0;-Modus in einen TM&sub0;&sub0;-Modus oder umgekehrt stattfinden kann, da diese beiden Modi eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. Bei einer Sequenz eines symmetrischen Wellenleiters mit einem asymmetrischen monomodalen Wellenleiter, oder mit zwei verschiedenen asymmetrischen monomodalen Wellenleitern, findet jedoch tatsächlich eine Koppelung zwischen dem TE-Modus und dem TM- Modus statt, da die Symmetrie der modalen Feldvektorkomponenten zerstört wird. Bei einer Sequenz mit zwei verschiedenen bimodalen symmetrischen Wellenleitern kann am Uebergang zwischen dem TE&sub0;&sub0;-Modus und dem TM&sub0;&sub1;-Modus, oder zwischen dem TE&sub0;&sub1;-Modus und dem TM&sub0;&sub0;-Modus und umgekehrt eine gute Koppelung stattfinden, da nach TABELLE 1 diese Modi für jedes erwähnte Paar die gleiche Feldsymmetrie aufweisen. Die erwähnten Koppelungen zwischen den verschiedenen TE- und TM-Modi an einem Wellenleiterübergang dieser Art sind jedoch schwach und der Umwandlungsbruchteil ist deshalb gering. Für Anwendungen wie zum Beispiel bei einem kohärenten optischen Empfänger sind jedoch grössere Bruchteile notwendig, in diesem Fall ungefähr 50%, als mit einem einzigen Uebergang erhalten werden kann. Grössere Umwandlungsbruchteile dieser Art erhält man, indem man von einer periodischen Struktur Gebrauch macht, in der sich die gewünschte Koppelung für den zu erhalten gewünschten Umwandlungsbruchteil genügend oft wiederholen kann. Da die Ausbreitungskonstante der verschiedenen Modi im gleichen Wellenleiter in einem gewissen Ausmass voneinander abweichen, kann die Distanz zwischen zwei konsekutiven Koppelungen derart gewählt werden, dass eine nachfolgende Koppelung stattfindet, wann immer zwei zu koppelnde Modi seit der vorhergehenden Koppelung um 180º ausser Phase geraten sind. In diesem Fall finden immer eine positive Interferenz statt zwischen den Beiträgen des gleichen gewünschten Modus, der an den konsekutiven Koppelungen erzeugt wird, und die Beiträge der konsekutiven Koppelungen werden einander verstärken. Mit gegebenen Wellenleiterprofilen der Wellenleiter oberhalb und unterhalb eines Uebergangs, werden die Distanzen zwischen aufeinanderfolgenden Koppelungen und die Anzahl Wiederholungen für jedes Moduspaar bestimmt, um einen gewünschten Umwandlungsbruchteil von einem Modus in einen gewissen andern Modus zu erhalten. Der vorliegende Koppelungsmechanismus ist deshalb ein selektiver Mechanismus.
Figur 1 zeigt auf schematische Art in einem Längs schnitt ein Modusumwandler nach der Erfindung, der sich aus kanalartigen wellenleitenden Abschnitten zusammensetzt, namentlich aus einem Eingangsabschnitt A, einem Mittelabschnitt B und einem Ausgangsabschnitt C. Der Zwischenabschnitt B besteht aus Nfachen Wiederholungen von zwei sequentiell angeordneten wellenleitenden Unterabschnitten P und Q, die verschiedene modale Feldprofile besitzen. Angenommen, die Unterabschnitte P und Q besitzen die modusabhängigen Ausbreitungskonstanten βPm bzw. βQm, wobei der Index m die Werte 1 und 2 annehmen kann. In diesem Zusammenhang bedeutet m=1 den Modus, von dem ein Bruchteil umgewandelt werden muss, und m=2 bedeutet den Modus, in dem diese Umwandlung erfolgt. Die Längen LP und LQ der Unterabschnitte P und Q sind bestimmt durch
LP = π βP1 - βP2 &supmin;¹ und LQ = π βQ1 - βQ2 &supmin;¹ (1)
wobei die Anzahl Wiederholungen N bestimmt ist durch
f12 = sin² (2C&sub1;&sub2; * N) (2)
wobei gilt: f&sub1;&sub2; ist der Bruchteil der Intensität des Modus 1 am Uebergang vom Abschnitt A in den ersten Unterabschnitt P, wobei dieser Bruchteil in den Modus 2 umgewandelt wird nach N Koppelungen am Uebergang des Nten Unterabschnitts Q in den Abschnitt C;
C&sub1;&sub2; = der Koppelungsfaktor der Modi 1 und 2 an jedem P-Q- und Q-P-Uebergang. m=1 m=2 Art bimodal monomodal asymm. symm. TABELLE 2
TABELLE 2 zeigt, welche Modusumwandlungen mit einer kanalartigen Wellenleiterstruktur, wie sie in Figur 1 abgebildet ist, erreicht werden können. Das dito-Zeichen " gibt an, dass der gleiche Posten wie in der oberen Reihe gemeint ist. Jede Reihe in der Tabelle wird wie folgt interpretiert. Ein geleiteter Modus, der über den erwähnten oder in der ersten Kolonne unter m=1 dito-markierten Eingangsabschnitt A eintrifft, wird im erwähnten oder in der zweiten Kolonne daneben unter m=2 dito-markierten geleiteten Modus umgewandelt, wenn die Wellenleiterabschnitte P, Q, A und C von der Art sind, die daneben in der dritten Kolonne erwähnt ist, und sind symmetrisch oder asymmetrisch in Uebereinstimmung mit den Beschreibungen in den entsprechenden Kolonnen. Somit bedeutet zum Beispiel die siebente Reihe, dass der Modus TE&sub0;&sub0; in einem bimodalen kanalartigen Wellenleiter (angedeutet durch bimodal) mit symmetrischen Unterabschnitten P und Q (angedeutet durch symm.) in den TM&sub0;&sub1;-Modus umgewandelt werden kann, wobei es möglich ist, dass der Abschnito A und der Abschnitt C symmetrisch oder asymmetrisch sind (angedeutet durch (a)symm.). Im weiteren deuten die 4., 5. und 6. Reihe kombiniert gelesen an, dass bei einem monomodalen Wellenleiter (angedeutet durch monomodal), bei dem mindestens einer der Unterabschnitte P und Q asymmetrisch ist, der Modus TE&sub0;&sub0; in den Modus TM&sub0;&sub0; umgewandelt werden kann.
Wenn der Modusumwandler ein solcher ist, der einen geleiteten Modus der nullten Ordnung in einen geleiteten Modus der ersten Ordnung umwandelt, kann der wellenleitende Abschnitt A monomodal sein, während die Abschnitte P und Q bimodal sind. Vorzugsweise ist dann ein verjüngtes Stück zwischen dem Abschnitt A und dem ersten Abschnitt P vorgesehen, wobei das verjüngte Stück einen graduellen Uebergang von monomodal zu bimodal ohne Koppelung bildet, so dass der Uebergang zwischen den Abschnitten P und Q stattfinden kann.
Angesichts der reziproken Natur des Koppelungsmechanismus, welcher der Modusumwandlung zugrunde liegt, bleibt die TABELLE 2 vollständig gültig, wenn die Posten der Kolonnen m=1 und m=2 miteinander ausgewechselt werden. Dies ist in der letzten Linie der Tabelle unterhalb der ersten und zweiten Kolonne durch m=2 Dzw. M=1 angedeutet.
In Figur 1 sind die verschiedenen wellenleitenden Abschnitte A, P, Q und C mit verschiedenen Querschnitten angegeben. Dies ist rein symbolisch, um anzudeuten, dass ihre Wellenleiterprofile verschieden sein können. Obwohl Unterschiede dieser Art oftmals durch solche Querschnittsunterschiede leicht erreicht werden können, können sie auch auf andere Weisen erzielt werden. Wenn dazu einer der Unterabschnitte symmetrisch ist, können das Wellenleiterprofil dieses Unterabschnitts und das Wellenleiterprofil der Abschnitte A und C als identisch gewählt werden.
Jeder Umwandler nach TABELLE 2 mit einer Struktur entsprechend Figur 1 kann leicht in integrierter Form eingesetzt werden, zum Beispiel auf der Basis von InP. Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines kanalartigen Wellenleiters mit einer Rippenstruktur. Ein Substrat 1 aus InP mit einem Brechungsindex n&sub1; trägt einen leitenden Film 2 aus InGaAsP mit einem Brechungsindex n&sub2;, der etwas höher ist als n&sub1;, und eine Pufferschicht 3 aus InP darüber, die wiederum einen Brechungslndex n&sub1; besitzt. Diese Pufierschicht 3 ist mit einer Rippe 4 versehen, die einen rechteckigen Querschnitt, die Höhe h und Breite d aus dem gleichen Material besitzt, das zum Beispiel durch Aussparung mit Hilfe von Aetztechniken aus der Pufferschicht erhalten wurde. Der under einer Rippe gebildete Wellenleiter mit einem rechteckigen Querschnitt dieser Art ist in einem isotropischen Medium symmetrisch. Der Wellenleiter wird asymmetrisch, indem diese Symmetrie zum Beispiel durch das Entfernen einer kleinen Ecke 5 in der rechten oberen Ecke aus dem rechteckigen Querschnitt über die Länge des Wellenleiters entfernt wird, zum Beispiel durch einen zusätzlichen Aetzvorgang. Indem auf gleiche aber spiegelbildliche Art die Asymmetrie im Querschnitt vorgesehen ist, anstatt auf der rechten Seite auf der linken Seite, das heisst bei diesem Beispiel durch das Entfernen einer gleich grossen kleinen Ecke 6, wird ebenfalls ein asymmetrischer Wellenleiter erhalten, aber mit einer entgegengesetzten Symmetrie. Wenn die gleiche aber wechselseitig spiegelbildliche Symmetrie im Querschnitt sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite vorgesehen ist, das heisst durch Entfernen sowohl einer kleinen Ecke 5 als auch einer kleinen Ecke 6, erhält man wiederum einen symmetrischen Wellenleiter, der aber ein Wellenleiterprofil aufweist, das sich vom Wellenleiter mit dem ursprünglich rechteckigen Querschnitt unterscheidet. Anstatt Material zu entfernen, können die gleichen Auswirkungen erzielt werden, indem Material angesetzt wird. Durch eine geeignete Wahl der Breite d wird der Wellenleiter monomodal oder bimodal. Verschiedene symmetrische Wellenleiter kann man auch durch eine kleine Veränderung der Breite d erhalten, wobei sich in diesem Fall die Modusart des Wellenleiters nicht verändert. Eine vorgesehene Asymmetrie muss auch derart sein, dass sich die Modusart des Wellenleiters nicht verändert, aber dies ist jedoch nicht kritisch.
An einem Uebergang in einer Sequenz von wellenleitenden Abschnitten ist das Konzept der Asymmetrie jedoch relativ. Ein Uebergang zwischen zwei sequentiell angeordneten symmetrischen Abschnitten, von denen die Symmetrieebene des Abschnitts unterhalb des Uebergangs versetzt ist in bezug auf die Symmetrieebene des Abschnitts oberhalb davon, ist dennoch für einen geleiteten Modus ein Uebergang von einem symmetrischen in einen asymmetrischen leitenden Abschnitt. Dies gilt sowohl für symmetrische Abschnitte mit identischen Wellenleiterprofilen als auch für symmetrische Abschnitte mit unterschiedlichen Wellenleiterprofilen. Dies bedeutet, dass ein symmetrischer wellenleitender Abschnitt mit einer asymmetrischen Verengung oder Erweiterung in bezug auf einen vorhergehenden symmetrischen wellenleitenden Abschnitt ebenfalls einen symmetrischen/asymmetrischen Uebergang liefert. Dies entspricht jedoch einer Asymmetrie, die man durch Entfernen bzw. Hinzufügen einer kleinen Ecke 5' mit der gleichen Höhe h wie die Rippe 4 erhält. Ein separater Aetzvorgang ist für ein Entfernen dieser Art nicht mehr nötig.
All die für einen spezifischen Modusumwandler erforderlichen Veränderungen können mittels bestehender Aetztechniken einfach und mit der nötigen Genauigkeit auf einem Wellenleiter dieser Art ausgeführt werden, indem die bei diesem Vorgang benötigten Masken geeignet gewählt werden. Natürlich können auch andere Wellenleiterstrukturen, die in der integrierten Optik normal sind, zu diesem Zweck verwendet werden. Noch allgemeiner ausgedrückt, irgendein Modusumwandler aus TABELLE 2 kann mit Hilfe bekannter Integrierungstechniken durch einfache Veränderungen irgendeines kanalartigen Wellenleiters hergestellt werden.

Beispiel 1:

Nach TABELLE 2 kann ein TE&sub0;&sub0;TTM&sub0;&sub0;-Umwandler mit Hilfe monomodaler Wellenleiterabschnitte hergestellt werden. Für einen wie oben beschriebenen rippenartigen Wellenleiter auf einem InP- Substrat, n&sub1; = 3,209, und einem InGaAsP-Film, n&sub2; = 3,325, Filmdicke 0,50 um, Pufferschichtdicke 0,10 um, Rippenhöhe (über der Pufferschicht 3) 0,45 um, muss die Rippenbreite mit d = 2,0 um (monomodal!) gewählt werden, LP LQ = ungefähr 80 um. Die Brechungsindexe n&sub1; und n&sub2; und die Längen LP und LQ der Unterabschnitte gelten für optische Signale mit einer Wellenlänge von 1,3 um. Die Abschnitte A und C sind symmetrisch und haben das gleiche Wellenleiterprofil. Wenn einer der Unterabschnitte asymmetrisch ist, zum Beispiel der Abschnitt P, als Folge des Entfernens einer kleinen Ecke 5 mit einer Höhe von 0,23 um und einem quadratischen Querschnitt, und der andere symmetrisch, zum Beispiel mit dem gleichen modalen Feldprofil wie die Abschnitte A und C, dann ist der berechnete Koppelungsfaktor C&sub1;&sub2; = 3,4*10&supmin;³ für die Koppelung zwischen den Modi TE&sub0;&sub0; und TN&sub0;&sub0;. Um eine Umwandlung von 50% zu erhalten, muss der Bruchteil f&sub1;&sub2; = ½ sein. Dies wird nach der Gleichung (2) erreicht, wenn 2C&sub1;&sub2;*N = ¼π ist, das heisst wenn die Anzahl periodischer Wiederholungen der Koppelungen N = 116 ist. Die Gesamtlänge des Abschnitts B beträgt dann ungefähr 18,5 mm. Wenn der Unterabschnitt Q ebenfalls asyminetrisch gemacht wird, mit einer Asymmetrie, die gleich wie aber spiegelbildlich zu derjenigen des Unterabschnitts P ist, verdoppelt sich dadurch der Koppelungsfaktor, so dass die Anzahl Koppelungen und infolgedessen die Länge des Abschnitts 13 auf die Hälfte reduziert werden kann. tür eine 100%ige Umwandlung muss die Anzahl N verdoppelt werden.

Beispiel 2:

Entsprechend TABELLE 2 kann ein TM&sub0;&sub0;TTM&sub0;&sub1;-Umwandler mit Hilfe bimodaler Wellenleiterabschnitte konstruiert werden. Diese Art von Modusumwandler ist mit Hilfe eines Berechnungsverfahrens gebaut worden, das unter dem Namen "Effective Index Method" bekannt ist. Für einen wie oben beschriebenen rippenartigen Wellenleiter auf einem InP-Substrat, n&sub1; = 3,1754, und einem InGaAsP-Film, n&sub2; = 3,4116, Filmdicke 0,473 um, Pufferschichtdicke 0,304 um, Rippenhöhe (über der Pufferschicht 3) 0,200 um, Rippenbreite d = 8,5 um (bimodal!), muss LP = LQ = 387 um gewählt werden. Die Brechungsindexe n&sub1; und n&sub2; und die Längen LP und LQ der Unterabschnitte sind hier gegeben für optische Signale mit einer Wellenlänge von 1,5 um. Die beiden Unterabschnitte sind symmetrisch und weisen das gleiche Wellenleiterprofil auf. Die Unterabschnitte P und Q sind in Längsrichtung in Sequenz miteinander verbunden und in bezug zueinander alternierend nach links und nach rechts versetzt, wobei die Versetzung immer 0,56 um ist. Der berechnete Koppelungsfaktor beträgt C&sub1;&sub2; = 0,131 für die Koppelungen zwischen dem TM&sub0;&sub0;- und dem TM&sub0;&sub1;- Mudus. Um eine Umwandlung von 100% zu erhalten, zumindest mit genügend grosser Genauigkeit, reicht ein Total von 12 Abschnitten aus. Die bei den Vorgängen entstehende Abschwächung ist nach Berechnung < 0,1dB. Die Gesamtlänge des Umwandlers beträgt ungefähr 4,7 um. Wenn der Abschnitt A monomodal ist, zumindest für die TM-Polarisation, und zum Beispiel eine Rippenbreite von 4,3 um aufweist, muss ein verjüngtes Stück zwischen dem Abschnitt A und dem ersten Unterabschnitt P des Zwischenabschnitts B vorhanden sein, um einen graduellen Uebergang von einem monomodalen zu einen bimodalen Wellenleiter zu erhalten. Der Abschnitt C kann eine direkte Fortsetzung des letzten Unterabschnitts P oder Q sein.
Mit Hilfe der Figuren 3 bis und mit 6 werden im folgenden einige Anwendungen des oben beschriebenen Modusumwandlers bei zwei Arten von per se bekannten optischen Eingangsabschnitten für einen kohärenten optischen Empfänger erklärt, der auf der Basis der Polarisationsverschiedenartigkeit arbeitet.
Figur 3 zeigt ein Blockschema einer ersten Art von optischen Eingangsabschnitten, bei denen das Mischen dem Spalten vorausgeht. Dieser Abschnitt umfasst einen Mischer 11 mit einem optischen Eingangskanal für irgendein festzustellendes Lichtsignal, das heisst mit einer unbekannten TE/TM-Polarisationsverteilung, und einen optischen Eingangskanal b für ein Lichtsignal mit einer 50%igen TE/TM-Polarisationsverteilung, das von einer lokalen Lichtquelle 12 herstammt. Der Mischer 11 verteilt ein Signal, das er in bezug auf die Leistung gleichmässig gemischt hat, über die zwei optischen Kanäle c und d. Dann wird jedes an diesen Ausgängen erhaltene Signal mit Hilfe von per se bekannten TE/TM-Polarisationsspaltern 13 und 14 gespalten, und die auf diese Weise gespaltenen Signale werden den abgehenden optischen Kanälen e, f, g und h dieser Spalter zugeführt, um weiterverarbeitet zu werden. Alle optischen Kanäle sind im Prinzip monomodal. Ein 3dB-Leistungskoppler ist als Mischer bekannt. Die lokale Lichtquelle 12 ist vorzugsweise mitintegriert in eine integrierte Form eines optischen Eingangsabschnitts dieser Art. Wenn die Lichtquelle 12 ein Laser ist, kann sie nur einen Zustand liefern, in dem ein von ihr über einen optischen Lichtkanal j emittiertes Lichtsignal nur eine Polarisationskomponente enthält. Somit enthält das Lichtsignal eines mitintegrierten Lasers, üblich in der Integrationstechnik auf der Basis von InP, mit Licht im nahen Infrarotbereich, nur die TE-Polarisationskomponente. Dies bedeutet, dass ein Modusumwandler zwischen dem Ausgang der Lichtquelle 12 und dem optischen Eingangskanal b des Mischers 11 eingebaut werden muss, um eine teilweise Polarisationsmodusumwandlung, in diesem Fall 50%, zu erhalten. Da sowohl der optische Kanal j als auch der optische Kanal b monomodal sind, kann für diesen Zweck ein 50%iger TE&sub0;&sub0;TTM&sub0;&sub0;-Modusumwandler 15 nach der Erfindung gewählt werden.
Figur 4 zeigt ein Blockschema eines optischen Eingangs abschnitts, bei dem das Spalten dem Mischen vorausgeht. Ein durch den Eingangskanal a empfangenes Lichtsignal wird jetzt zuerst einem TE/TM-Polarisationsspalter 21 zugeführt. Die infolgedessen in die Polarisationsmodi TE und TM gespaltenen Signale werden über die optischen Kanäle k und l verschiedenen 3dB-Leistungskopplern 22 bzw. 23 zugeführt, um mit im Polarisationsinodus übereinstimmenden Lichtsignalen gemischt zu werden, die über die optischen Kanäle m und n zugeführt wurden und von der lokalen mitintegrierten Lichtquelle 12 herstammen. Zwischen dem optischen Ausgangskanal j der Lichtquelle 12 und den optischen Kanälen m und n ist zu diesem Zweck ein kombinierter Modusumwandler/Spalter 25 eingebaut worden. Alle optischen Kanäle a, e bis und mit h sowie j bis und mit n sind wiederum monomodal. Noch allgemeiner ausgedrückt besitzt ein kombinierter Modusumwandler/Spalter 25 die Funktion, einen umgewandelten Signalbruchteil, der vom verbleibenden nichtumgewandelten Signal gespalten wurde, einem separaten Ausgang zuzuführen. Ein Modusumwandler dieser Art ist in Figur 5 detailliert dargestellt und besteht aus drei Abschnitten, namentlich aus:
- einem verjüngten Stück 25.1 zum Umwandeln des monomodalen Kanals j in einen bimodalen optischen Kanal,
- einem TX&sub0;&sub0;TTY&sub0;&sub1;-Modusumwandler 25.2 gemäss TABELLE 2, wobei TX und TY jeweils einen der beiden Polarisationsmodi TE und TN darstellen, und aus
- einem Modusspalter 25.3; zu diesem Zweck kann ein Spalter verwendet werden, der auf einer monomodalen asymmetrischen Verzweigung eines bimodalen Wellenleiters basiert, das heisst mit einer Fortsetzung in zwei monomodalen Zweigen mit verschiedenen Ausbreitungskonstanten, wie dies zum Beispiel durch Referenz [7] (insbesondere Fig. 2(a)) offenbart wird. Bei einem Spalter dieser Art wird ein geleiteter Modus erster Ordnung oberhalb der Verzweigung vollständig in einen geleiteten Modus nullter Ordnung des Zweigs mit der niedrigsten Ausbreitungskonstante umgewandelt, während sich der geleitete Modus nullter Ordnung oberhalb des Zweigs im Zweig mit der höchsten Ausbreitungskonstante ausbreitet. Ein Modusspalter dieser Art kann hier verwendet werden, weil der ihm vorausgehende Umwandler 25.2 ein optisches Signal liefert, bei dem sich der TX-Polarisationsmodus ausschliesslich als ein geleiteter Modus nullter Ordnung und der TY-Polarisationsmodus ausschliesslich als ein geleiteter Modus erster Ordnung ausbreitet. Der Vorteil eines Modusspalters dieser Art besteht darin, dass er keine(n) metallisierte(n) Wellenleiter aufweist, was im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten Polarisationsspaltern steht. Die Verwendung von metallisierten Elementen bei einem integrierten optischen Modell erfordert auf jeden Fall zusätzliche Massnahmen, um die Interferenzwirkung auf umliegende optische Komponenten zu verhindern. Wenn in einem kombinierten Modusumwandler/Spalter dieser Art ein 100%iger TX&sub0;&sub0;TTX&sub0;&sub1;-Umwandler als Modusumwandler 25.2 gewählt wird, wobei TX wiederum für einen der zwei Polarisationsmodi steht, erhält man einen Polarisationsspalter, der ebenfalls keine metallisierte Elemente enthält. Der kombinierte Modusumwandler/Spalter 25 kann im optischen Eingangsabschnitt nach Figur 4 verwendet werden, wenn der darin eingebaute Modusumwandler 25.2 ein 50%iger TE&sub0;&sub0;TTM&sub0;&sub1;-Modusumwandler ist, indem von der Annahme ausgegangen wird, dass wiederum nur der TE-Polarisationsmodus dem optischen Kanal j zugeführt wird.
Figur 6 zeigt ein Blockschema eines optischen Eingangssignals, das vollständig ohne solche metallisierte Elemente eingesetzt werden kann. Genau wie beim optischen Eingangsabschnitt gemäss dem Blockschema von Figur 3, findet hier das Mischen vor dem Spalten statt. Der wesentliche Unterschied besteht jedoch darin, dass das Mischen auf einer multimodalen Ebene stattfindet, und zwar mit Hilfe eines Mischers 31 des multimodalen 3dB- Leistungskopplertyps mit bimodalen Eingangskanälen p und q und bimodalen Ausgangskanälen r und s. Um diese von den monomodalen optischen Kanälen zu unterscheiden, sind diese bimodalen optischen Kanäle in dieser Figur dicker dargestellt. Als Spaltmittel können die Modusspalter 32 und 33 von der gleichen Art wie der Modusspalter 25.3 (siehe Figur 5) gewählt werden, wenn garantiert ist, dass sich in den optischen Kanälen r und s, und deshalb ebenfalls in den optischen Kanälen p und q, die beiden verschiedenen Polarisationen TE und TM ausschliesslich in wechselseitig verschiedenen Ordnungen des geleiteten Modus ausbreiten, und zwar auf einer gleichen Basis in jedem der optischen Kanäle p bis und mit s. Zu diesem Zweck wird ein 100%iger TM&sub0;&sub0;TTM&sub0;&sub1;-Umwandler 34 zwischen dem monomodalen Eingangskanal a und dem bimodalen Ausgangskanal p eingebaut, und ein 50%ier TE&sub0;&sub0;TTM&sub0;&sub1;-Umwandler 36 wird zwischen dem monomodalen optischen Kanal j zum leiten des von der Lichtquelle 12 herstammenden optischen Signals und dem bimodalen optischen Eingangskanal q des Mischers 31 eingebaut. Beide Umwandler 34 und 36 sind wiederum in Uebereinstimmung mit TABELLE 2 gewählt worden; und jedem dieser Umwandler sollte ebenfalls ein verjüngtes Stück wie beispielsweise 25.1 von Figur 5 vorausgehen. Die abgehenden optischen Kanäle e bis und mit h sind identisch mit denjenigen von Figur 3 und sind deshalb mit entsprechenden Buchstaben bezeichnet.
Figur 7 zeigt ein Blockschema eines optischen Eingangsabschnitts, bei dem das Spalten dem Mischen vorausgeht, wobei dieser Eingangsabschnitt eine Variante von und darstellungsfähig durch das gleiche Blockdiagramm wie der Eingangsabschnitt von Figur 4 ist. Ein über den Eingangskanal a empfangenes optische Signal wird jetzt zuerst einem kombinierten Modusumwandler/Spalter 41 zugeführt, der abgehende monomodale optische Kanäle k' und l' der gleichen Art wie diejenigen des oben beschriebenen Modusumwandler/Spalters 25 (siehe Figur 5) enthält, bei dem der Modusumwandler (25.2 in Figur 5) ein 100%iger TM&sub0;&sub0;TTE&sub0;&sub1;-Modusumwandler ist. Dadurch werden Signale mit dem Polarisationsmodus TE sowohl über die optischen Kanäle k' und l' verschiedenen 3dB-Leistungskopplern 42 und 43 zugeführt, wobei eines dieser Signale der umgewandelten TM-Komponente des über den Eingangskanal a empfangenen Signals entspricht. Das optische Signal aus der Lichtquelle 12, das ebenfalls den Polarisationsmodus TE aufweist, wird jetzt über den optischen Ausgangskanal j der Lichtquelle 12 an den Eingang eines symmetrischen Y-Spalters 44 weitergeleitet und den Leistungskopplern 42 und 43 zugeführt, nachdem es in bezug auf Leistung über die abgehenden monoinodalen optischen Kanäle m' und n' verteilt worden ist. Bei dieser Variante werden Signale mit ausschliesslichem Polarisationsmodus TE den abgehenden optischen Kanälen e', f', g' und h' zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Die Vorteile dieser Variante bestehen darin, dass bei der Integrierung nur für ein Polarisationsmodus eine Optimierung erforderlich ist, und dass, genau wie in Eingangsabschnitt gemäss Figur 6, in diesem Fall wiederum keine mit metallisierten Elementen versehene Polarisationsspalter benötigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht zusätzlich darin, dass der Y-Spalter leichter zu konstruieren ist als die polarisationumwandelnden und -spaltenden Komponenten, die in den andern Varianten gemäss den Figuren 3, 4 und 6 unmittelbar unterhalb des lokalen Oszillators 12 erforderlich sind.

Claims

1. Integrierte optische Modusumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln eines Bruchteils einer Signalkomponente eines optischen Signals, das sich gemäss einem ersten geleiteten Modus ausbreitat, in eine Signalkomponente, die sich gemäss einem zweiten geleiteten Modus ausbreitet, umfassend einen kanalartigen Wellenleiter mit einem ankommenden wellenleitenden Abschnitt (A), einem mittleren wellenleitenden Abschnitt (13) und einem abgehenden wellenleitenden Abschnitt (C), wobei im mittleren wellenleitenden Abschnitt eine periodische Koppelung zwischen den zwei geleiteten Modi eines sich in den Wellenleitern ausbreitenden optischen Signals stattfindet, wobei die Länge der Perioden und die Anzahl der Perioden dem gewünschten Umwandlungsbruchteil angepasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere wellenleitende Abschnitt eine periodische geometrische Struktur aufweist bestehend aus einer periodischen Sequenz zweier wellenleitender Unterabschnitte (P, Q) innerhalb jeder Periodenlänge (LP, LQ), wobei die Unterabschnitte geometrische Strukturen, Längen und eine sequentielle Anordnung aufweisen, die dem gewünschten Paar geleiteter Modi angepasst sind.

2. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periodenlänge einen ersten Unterabschnitt umfasst mit einem ersten asymmetrischen Wellenleiterprofil und einen zweiten Unterabschnitt mit einem zweiten symmetrischen Wellenleiterprofil.

3. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterprofile des zweiten Unterabschnitts und des ankommenden wellenleitenden Abschnitts im wesentlichen die gleichen sind.

4. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterabschnitte monomodal sind.

5. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, dass die Unterabschnitte bimodal sind.

6. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnt, dass eine Periodenlänge zwei Unterabschnitte umfasst, von denen jeder ein asymmetrisches Wellenleiterprofil aufweist.

7. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterabschnitte monomodal sind.

8. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterabschnitte bimodal sind.

9. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterprofile der zwei Unterabschnitte eine wechselseitig entgegengesetzte Asymmetrie aufweisen.

10. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periodenlänge zwei Unterabschnitte umfasst, von denen jeder ein symmetrisches Wellenleiterprofil aufweist.

11. Modusumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische geometrische Struktur im wesentlichen als Folge der Breitenunterschiede zwischen den wellenleitenden Unterabschnitten erhalten wird.

12. Modusumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodenlänge zwei Unterabschnitte mit dem gleichen Wellenleiterprofil umfasst, wobei die Unterabschnitte in der periodischen Sequenz auf versetzte Art aneinander angrenzen.

13. Modusumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 8, 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgehende wellenleitende Abschnitt aus einem bimodalen Wellenleiter in zwei verschiedene monomodale Wellenleiter verzweigt ist, um einen Modusspalter zu bilden.

14. Modusuinwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 8, 9, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der ankommende wellenleitende Abschnitt ein verjüngtes Stück umfasst für den Uebergang von einem monomodalen in einen bimodalen optischen Wellenleiter.

15. Integrierter optischer Eingangsabschnitt für einen kohärenten optischen Empfänger, der auf Polarisationsverschiedenartigkeitheit basiert, gekennzeichnet durch mindestens eine Modusumwandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.