NL9100852A - Modusomzetter. - Google Patents

Description

Titel: Modusomzetter A. Achtergrond van de uitvinding 1. Gebied van de uitvinding

De uitvinding ligt op het gebied van de conversie van geleide modi van electro-magnetische golven. Meer in het bijzonder betreft de uitvinding een modus-omzetter gebaseerd op het principe van periodieke koppeling tussen geleide modi (TE, TM) van een zich in een lichtgeleider voortplantende lichtgolf. Voorts is de uitvinding gericht op een optische ingangssectie voor een coherent-optische ontvanger, waarin een dergelijke modusomzetter is toegepast.

2. Stand van de techniek

In een coherent-optische ontvanger zoals toepasbaar in een coherent-optisch netwerk wordt gewoonlijk een laser opgenomen als locale oscillator. Het licht van deze laser wordt gemengd met een door de ontvanger vanuit zo'n netwerk ontvangen lichtsignaal. Aangezien de lichttransmissie door het netwerk in het algemeen niet polarisatie-behoudend is, is de polarisatie van het ontvangen lichtsignaal niet gedefinieerd. Daarom wordt het ontvangen lichtsignaal eerst gesplitst in de twee polarisatiecomponenten TE en TM, welke vervolgens afzonderlijk worden verwerkt. Daarbij geschiedt menging met het licht van de locale oscillator ofwel direct voor ofwel direct na de splitsing. Deze techniek staat bekend onder de naam 'polarisation diversity'. Dit betekent echter, dat het licht van de locale oscillator eveneens beide polarisatiecomponenten moet bevatten om over mengcomponenten te beschik ken welke in polarisatie overeenkomen met de twee polarisatiecomponenten van het ontvangen lichtsignaal. Een in dit verband gebruikelijke laser met een golflengte van het uitgezonden licht in het nabije infrarood zendt echter alleen TE-gepolariseerd licht uit. Voor het verkrijgen van de andere polarisatie-component zou kanteling van de laser over een geschikte hoek kunnen worden overwogen. In een geïntegreerde uitvoering van de coherent-optische ontvanger, waarin de laser wordt meegeïntegreerd, is kanteling van de laser echter bezwaarlijk, zo niet onuitvoerbaar. Derhalve is het noodzakelijk eerst een deel van dit TE-gepolariseerde licht om te zetten in TM-gepolariseerd licht met behulp van een polarisatieomzetter of -draaier. Onder een polarisatieomzetter wordt verstaan een inrichting waarmee een gedefinieerd deel van een ene polarisatiecomponent, TE of TM, in het lichtsignaal aan de ingang van die inrichting wordt omgezet in de andere polarisatiecomponent, TM of TE respectievelijk, aan de uitgang, met een ten opzichte van de ene polarisatiecomponent goed gedefinieerde fase. Een polarisatiedraaier is een dergelijke inrichting, waarbij echter een faseverschuiving niet wordt beheerst. Dergelijke TE/TM-polarisatieomzetters en -draaiers zijn op zich bekend, bijvoorbeeld uit de referenties [1], [2] en [3] (zie onder D.). Referentie [1] ontsluit een polarisatieomzetter voor optische golven welke elke ingangspolarisatie kan omzetten in elke gewenste uitgangspolarisatie. Deze bekende omzetter omvat een polarisatiedraaier gesandwiched tussen twee faseverschuivers. Zowel de faseverschuivers als de polarisatiedraaier zijn gebaseerd op electro-optische beïnvloeding van de propagatie van de TE-component en de TM-component. De eigenlijke omzetting van een fractie van de ene component in de andere component (TE ** TM) met eenzelfde intensiteit vindt plaats in de pola- risatiedraaier. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een periodieke electrodestructuur over een geschikt gekozen lengte aangebracht boven een lichtgolfgeleider teneinde onder geschikt gekozen instelbare stuurspan-ningen een periodieke koppeling tussen de beide pola-risatiecomponenten teweeg te brengen. Tengevolge van een dergelijke herhaalde koppeling kan, afhankelijk van de gekozen stuurspanning, periodelengte en aantal koppelingen, een gewenst deel van de ene component in de andere worden omgezet. Ook de polarisatieomzetters bekend uit de referenties [2] en [3] maken gebruik van het principe van periodieke koppeling tussen de beide polarisatiecomponenten in een lichtgeleider op basis van electro-optische effecten met behulp van een periodieke electrodestructuur. Deze bekende omzetters hebben het grote voordeel van de electrische bestuurbaarheid, en zijn daarmee breed toepasbaar, ook in het boven aangeduide geval. Zij hebben echter het bezwaar, dat in toepassingen, waarbij steeds een vaste fractie moet worden omgezet, een dergelijke bestuurbaarheid in feite overbodig is, derhalve een schakeling als de hierboven genoemde coherent-optische ontvanger onnodig complex maakt en de integreerbaarheid ervan bemoeilijkt.

B. Samenvatting van de uitvinding

De uitvinding beoogt tegemoet te komen aan bovengenoemd bezwaar. Zij maakt daarbij gebruik van het uit de theorie met betrekking tot glasvezellassen bekende feit, zoals bijvoorbeeld uit referentie [4], dat wanneer in een golfgeleider een plotselinge discontinuïteit in het modusveldprofiel van de geleider optreedt, er koppeling kan plaats vinden tussen een geleide modus in de geleider voor de discontinuïteit en iedere mogelijke geleide modus erna. Een dergelijke koppeling is echter in het algemeen zwak en de fractie van omzetting van een ene modus naar een gewenste andere derhalve klein. Deze fractie neemt echter toe, als genoemde discontinuïteit zich in de golfgeleider herhaalt met een periode, welke selectief is voor het in de omzetting betrokken paar van geleide modi. Hiervan gebruikmakend voorziet de uitvinding in een modus-omzetter volgens conclusie 1. De uitvinding maakt het mogelijk om voor ieder specifiek paar van geleide modi, dat wil zeggen een inkomend en een uitgaand, door geschikte keuze van de modusveldprofielen van de deelsecties en van hun lengten, en van het aantal herhalingen, een specifieke omzetter met een gewenste fractie van omzetting te modelleren. Zij is zeer geschikt voor toepassing in geïntegreerde componenten. Zij maakt het mogelijk een locale lichtbron op eenvoudige wijze mee te integreren in een geïntegreerde uitvoering van een optische ingangssectie van een coherent optische ontvanger op basis van polarisatie-diversiteit.

Uit referentie [8] is onlangs nog bekend geworden een specifieke polarisatiedraaier gebaseerd op een golfgeleider van het richeltype waarin een periodieke asymmetrische verstoring is aangebracht door middel van een periodieke asymmetrische belegging van de richel over een zekere koppellengte.

Optische ingangssecties van een coherent optische ontvanger op basis van polarisatiediversiteit zijn op zich bekend bijvoorbeeld uit referenties [5] en [6]. Door toepassing van modusomzetters volgens de uitvinding is een ontwerp van een dergelijke optische sectie mogelijk, waarbij de toepassing van gemeta-liseerde elementen kan worden vermeden. Dergelijke elementen zijn veelal nodig in de in dergelijke optische secties gebruikte polarisatiesplitsers. De uitvinding is daarom tevens gericht op een optische ingangssectie volgens conclusie 10.

C. Referenties [1] GB-A-2090992; [2] H.-P. Nolting et al, "TE-TM Polarisation Transformer With Reset-free Optical Operation For Monolithic Integrated Optics", Proc. ECIO'87 Glasgow, pp. 115-118; [3] R.C. Alferness and L.L. Buhl, "Electro-optic waveguide TE++TM mode convertor with low drive voltage", OPT. Letters, vol. 5, No. 11, Nov. 1980, pp. 473-475; [4] H.-G. Unger, ’Planar optical waveguides and fibres', clarendon Press, Oxford 1980, cpt 8 'Fibre junctions and transitions', section 8.1 'Analysis of fibre mode excitation', pp. 700-709; [5] T. Okoshi, et al., "Polarisation-diversity receiver for heterodyne/coherent optical fiber communication", IOOC '83, June 1983, Paper 30C3-2, pp. 386-387; [6] C. Duchet and N. Flaar^nning, "New TE/TM polarisation splitter made in Ti:LiNb03 using x-cut and z-axis propagation", Electronics Letters, 5th July 1990, Vol. 26, No. 14, pp.995-997; [7] W.K. Burns and A.F. Milton, "Mode conversion in planar-dielectric separating waveguides", IEEE J. QUANT. ELECTR., Vol. QE-11, No. 1, January 1975, pp. 32-39; [8] Y. Shani et al.: "Polarization rotation in asymmetric periodic loaded rib waveguides", Integrated Photonics Research, April 9-11,1991, paper ThH3, Proc. IPR 1991, pp. 122-123.

D. Korte beschrijving van de tekening

De uitvinding zal nader worden toegelicht middels de beschrijving van een aantal uitvoeringsvoor- beelden, waarbij wordt verwezen naar een tekening, waarin:

Figuur 1: schematisch een modusomzetter volgens de uitvinding in een langsdoorsnede;

Figuur 2: schematisch een optische golfgeleider van het richeltype in dwarsdoorsnede geschikt voor een modusomzetter volgens Figuur 1;

Figuur 3: blokschema van een bekende optische in- gangssectie van een coherent optische ontvanger waarin menging vooraf gaat aan splitsing;

Figuur 4: idem als Figuur 3, waarin splitsing voor af gaat aan menging;

Figuur 5 een gecombineerde modusomzetter/splitser volgens de uitvinding in langsdoorsnede; Figuur 6: blokschema van een optische ingangssectie volgens de uitvinding.

E. Beschrijving van uitvoeringsvoorbeelden

In een monomodus kanaalvormige (licht-)golfgeleider in een isotroop medium, zoals bijvoorbeeld in InP of in een gangbare monomodus glasvezel, kunnen twee gepolariseerde modi propageren. Deze modi worden aangeduid met TE (transversaal electrisch) en TM (transversaal magnetisch). Deze naamgeving is in feite misleidend, aangezien deze modi niet met een enkele elektrische, respectievelijk magnetische veldcomponent kunnen worden beschreven. In een beschrijving van deze geleide modi moeten namelijk steeds alle drie elektrische en alle drie magnetische veldvektorcomponenten worden meegenomen. Wel is het zo, dat bij een in de geïntegreerde optica gebruikelijke keuze van een or-thogonaal assenstelsel de TE-modus wordt gedomineerd door de E - en de H -component, en de TM-modus door de y * E - en de H -component. Daarbij geeft de z-as de propa- x y gatierichting aan, en wordt de x-as gewoonlijk loodrecht op de plakvormige drager gekozen. Dergelijke golfgeleiders zijn voorts, voortvloeiend uit de aard der bekende integratietechnieken, meestal symmetrisch met het xz-vlak als vlak van symmetrie. Voor een kanaalvormige golfgeleider in een gangbare glasvezel is ieder vlak door de z-as een vlak van symmetrie. Deze symmetrie manifesteert zich, in even (+) of oneven (-) vorm, in de veldvektorcomponenten van de geleide modi. Voor de verschillende modi is deze even dan wel oneven symmetrie weergegeven in Tabel 1.

Onder modusveldprofiel van een kanaalvormige golfgeleider wordt verstaan (de vorm van) de electrische veldverdeling welke een geleide modus van een lichtsignaal in die golfgeleider bezit. Dit profiel is afhankelijk van de geometrie van de geleider, maar ook van de optische eigenschappen van het golfgeleidende medium en zijn omgeving. Uit de theorie met betrekking tot glasvezellassen is bekend, bijvoorbeeld uit referentie [4], dat wanneer in een golfgeleider een plotselinge overgang van een ene modusveldprofiel naar een ander modusveldprofiel optreedt, er koppeling kan plaatsvinden tussen een geleide modus in de geleider voor de overgang en iedere mogelijke geleide modus in de geleider na de overgang. Hierbij is in principe ook koppeling met stralingsmodi mogelijk. Echter wordt verondersteld dat de in dit verband bedoelde over-gangen zodanig zijn dat de koppeling naar stralingsmodi te verwaarlozen is en derhalve hier buiten beschouwing kan blijven. De mate van koppeling, dat wil zeggen, de fractie van het vermogen van een geleide modus voor de overgang, welke wordt omgezet in een of meer geleide modi na de overgang, kan worden berekend door de integraal van het inproduct van de (modus)-veldvectoren voor en na de overgang (zie vergelijking (8.6) in referentie [4]). Deze theorie geldt in het algemeen voor iedere overgang van een ene kanaalvormige geleider in een andere bij een aaneenschakeling van twee of meer kanaalvormige golfgeleiders met verschillende modusveldprofielen. Maar niet elke koppeling tussen geleide modi voor en na de overgang is zonder meer mogelijk. Uit Tabel 1 volgt bijvoorbeeld dat bij een aaneenschakeling van twee symmetrische monomodus golfgeleiders geen omzetting van de TE0Q- naar TM0()-modus of vice versa kan plaatsvinden, aangezien deze beide modi een verschillende symmetrie bezitten. Bij een aaneenschakeling van een symmetrische met een niet-symmetrische monomodus golfgeleider, of van twee verschillende niet-symmetrische monomodus golfgeleiders zal echter wel een koppeling tussen genoemde TE-modus en TM-modus plaatsvinden, daar de symmetrie van de modusveldvektorcomponenten is verbroken. Bij een aaneenschakeling van twee verschillende bimodale symmetrische golfgeleiders kan aan de overgang tussen de TEq0- en de TMQ1-modus, of tussen de TE01- en de TM0Q-modus, en vice versa, een goede koppeling plaatsvinden, aangezien volgens de Tabel 1 de modi per genoemd paar dezelfde veldsymmetrie bezitten. De genoemde koppelingen tussen de diverse TE- en TM-modi aan een dergelijke golfgeleiderovergang zijn echter zwak, en is derhalve de fractie van omzetting klein. Voor toepassingen zoals bijvoorbeeld in een coherent optische ontvanger zijn echter grotere fracties van omzetting nodig, i.c. ca. 50%, dan verkregen kunnen worden met een enkelvoudige overgang. Dergelijke grotere fracties van omzetting zijn te verkrijgen door gebruik te maken van een periodieke structuur, waarbij de gewenste koppeling zich voldoende vaak kan herhalen om de gewenste fractie van omzetting te verkrijgen. Aangezien de propagatieconstanten van de verschillende modi in een zelfde golfgeleider enigszins verschillen, kan de afstand tussen twee opeenvolgende koppelingen zodanig worden gekozen, dat een volgende koppeling plaatsvindt steeds dan als de twee te koppelen modi 180° uit fase zijn geraakt sinds de vorige koppeling. In dat geval treedt er steeds een positieve interferentie op tussen de bij de achtereenvolgende koppelingen gegenereerde bijdragen van eenzelfde gewenste modus, en zullen de bijdragen van de achtereenvolgende koppelingen elkaar versterken. Bij gegeven modusveldprofielen van de golfgeleider voor en na een overgang moeten de afstanden tussen opeenvolgende koppelingen en het aantal herhalingen per modus-paar worden bepaald om een gewenste fractie van omzetting van een ene modus in een bepaalde andere te verkrijgen. Het onderhavige koppel-mechanisme is derhalve een selectief mechanisme.

In Fig. 1 is schematisch in een langsdoorsnede een modusomzetter volgens de uitvinding weergegeven opgebouwd uit kanaalvormige golfgeleidende secties, te weten een ingangssectie A, een intermediaire sectie B, en een uitgangssectie C. De intermediaire sectie B bestaat uit een N-voudige herhaling van een tweetal aaneengeschakelde golfgeleidende deelsecties P en Q

met verschillende modusveldprofielen. Laten de deel-secties P en Q respectievelijke modus-afhankelijke propagatieconstanten Bpm en β^ hebben, waarin de index m de waarden 1 en 2 kan hebben. Daarbij duidt m=l op de modus waarvan een fractie moet worden omgezet en m=2 op de modus waarin deze omzetting resulteert. De lengten Lp en L^ van de deelsecties P en Q worden bepaald volgens

(1) en het aantal herhalingen N wordt bepaald volgens

(2) waarin: f12 = de fractie van de intensiteit van de modus 1 bij de overgang van de sectie A naar de eerste deelsectie P, welke na N koppelingen bij de overgang van de N-de deelsectie Q naar de sectie C is omgezet in modus 2; C12 = de koppelfactor van de modi 1 en 2 bij iedere P-Q en Q-P overgang.

In TABEL 2 is weergegeven welke modusomzettingen realiseerbaar zijn met een kanaalvormige golfgeleider-structuur als weergegeven in Figuur 1. Met het aanhalingsteken " is aangeduid, dat hetzelfde item als in de rij er boven is bedoeld. Iedere rij in de tabel wordt als volgt geïnterpreteerd. Een via de ingangs-sectie A binnenkomende geleide modus, genoemd dan wel aangehaald in de eerste kolom onder m=l, wordt omgezet in de er naast in de tweede kolom onder m=2 genoemde dan wel aangehaalde geleide modus, als de golfgeleidende secties P, Q, A en C van het er naast in de derde kolom genoemde type zijn en overeenkomstig de aanduidingen in de corresponderende kolommen symme- trisch dan wel asymmetrisch zijn. Zo betekent bijvoorbeeld de zevende rij, dat de modus TE00 in een bimodale kanaalvormige golfgeleider (aangeduid met bimod) met symmetrische deelsecties P en Q (aangeduid met sym) kan worden omgezet in de modus TMQ1, waarbij de sectie A en de sectie C symmetrisch dan wel asymmetrisch mogen zijn (aangeduid met (a)sym). Verder betekenen de 4e, 5e en 6e rij in combinatie gelezen, dat in een monomodus golfgeleider (aangeduid met monomod), waarvan tenminste een der deelsecties P en Q asymmetrisch is, de modus TEQ0 kan worden omgezet in de modus TM0Q.

Gezien de reciproke aard van het aan de modusomzettingen ten grondslag liggende koppelmechanisme blijft TABEL 2 volledig gelden als de items van de kolommen m=l en m=2 worden verwisseld. Dit is aangegeven in de laatste regel van de tabel met m=2 en m=l respectievelijk onder de eerste en de tweede kolom.

In Figuur 1 zijn de verschillende golfgeleiden-de secties A, P, Q en C weergegeven met een verschillende doorsnede. Dit is slechts symbolisch om aan te geven, dat hun modusveldprofielen kunnen verschillen. Hoewel dergelijke verschillen vaak eenvoudig zijn te bereiken door zulke verschillen in doorsnede, kunnen deze ook op andere wijzen worden verkregen. Bovendien kunnen, in geval een der deelsecties symmetrisch is, het modusveldprofiel van deze deelsectie en de modusveldprof ielen van de secties A en C gelijk worden gekozen.

Iedere omzetter volgens Tabel 2 met een structuur volgens Figuur 1 laat zich eenvoudig realiseren in geïntegreerde vorm, bijvoorbeeld op basis van InP.

In Figuur 2 is in dwarsdoorsnede weergegeven een kanaalvormige golfgeleider met een richelstructuur (eng.: ridge). Een substraat 1 van InP met een brekingsindex ηχ draagt een lichtgeleidende film 2 van InGaAsP met een brekingsindex n2 iets hoger dan ηχ, en daarop een bufferlaag 3 van InP weer met brekingsindex nA. Deze bufferlaag 3 is voorzien van een richel 4 met rechthoekige doorsnede, hoogte h en breedte d van hetzelfde materiaal, bijvoorbeeld met behulp van etstechnieken door uitsparing verkregen uit de bufferlaag. De golfgeleider gevormd onder een richel met een dergelijke rechthoekige doorsnede in een isotroop medium is een symmetrische. De golfgeleider wordt tot een asymmetrische door deze symmetrie te doorbreken, bijvoorbeeld door uit de rechthoekige doorsnede over de lengte van de golfgeleider, bijvoorbeeld door een extra etsgang, een hoekje 5 in de rechter bovenhoek te verwijderen. Door op eenzelfde maar gespiegelde wijze de asymmetrie in de doorsnede, in plaats van aan de rechter zijde, aan de linker zijde aan te brengen, in dit voorbeeld dus door verwijdering van een even groot hoekje 6, wordt eveneens een asymmetrische golfgeleider verkregen, maar met een tegengestelde asymmetrie. Wordt in de doorsnede zowel rechts als links dezelfde maar onderling gespiegelde asymmetrie aangebracht, dus door verwijdering van zowel hoekje 5 als hoekje 6, dan wordt weer een symmetrische golfgeleider verkregen echter met een ander modusveldprofiel dan de golfgeleider met de oorspronkelijk rechthoekige doorsnede.

In plaats van door verwijdering van materiaal kunnen vanzelfsprekend dezelfde effecten door aangroeien van materiaal worden verkregen. Door een geschikte keuze van de breedte d wordt de golfgeleider mono- dan wel bimodaal. Door een kleine variatie in de breedte d, waarbij de golfgeleider niet van modustype verandert, kunnen eveneens verschillende symmetrische golfgelei-ders worden verkregen. Een aan te brengen asymmetrie moet eveneens zodanig zijn, dat de golfgeleider niet van modustype verandert, maar overigens is deze niet kritisch.

Bij een overgang in een aaneenschakeling van golfge- leidende secties is echter het begrip asymmetrie relatief. Een overgang tussen twee aaneengeschakelde symmetrische secties, waarvan het vlak van symmetrie van de sectie na de overgang is verschoven ten opzichte van het vlak van symmetrie van de sectie ervoor, is voor een geleide modus toch een overgang van een symmetrische naar een asymmetrische geleidende sectie.

Dit betekent, dat een symmetrische golfgeleidende sectie met een asymmetrische versmalling of verbreding ten opzichte van een daaraan voorafgaande symmetrische golfgeleidende sectie eveneens een symmetrie-asym-metrie overgang oplevert. Dit komt echter overeen met een asymmetrie verkregen respectievelijk door de verwijdering van of de aangroei met een hoekje 5', dat dezelfde hoogte h heeft als de richel 4. Voor een dergelijke verwijdering is echter geen aparte etsgang meer nodig.

Aan een dergelijke golfgeleider met richelstructuur kunnen met bestaande etstechnieken door geschikte keuze van de daarbij te gebruiken maskers alle voor een specifieke modusomzetter vereiste modificaties eenvoudig worden aangebracht en met de vereiste nauwkeurigheid. Vanzelfsprekend kunnen hiervoor ook andere in de geïntegreerde optica gebruikelijke golfgeleider-strukturen worden gebruikt. Algemener nog, elke modusomzetter uit TABEL 2 kan door simpele modificaties aan een enkele kanaalvormige golfgeleider met behulp van bekende integratietechnieken worden gerealiseerd.

Voorbeeld:

Volgens TABEL 2 kan een TE00-»TM00 omzetter worden gerealiseerd met behulp van monomodus-golfgeleidersec-ties. Voor een richeltype golfgeleider als boven omschreven op een InP-substraat, n1=3,209, en een film van InGaAsP, n2=3,325, filmdikte 0,50/m, bufferlaag-dikte 0,10/im, richelhoogte (boven de bufferlaag 3) 0,45μιη, richelbreedte ά=2,0μιη (monomodus!) moeten Lp « Lg = ca. 80/m worden gekozen. De secties A en C zijn symmetrisch en hebben hetzelfde modusveldprofiel. Is een van de twee deelsecties asymmetrisch, bijvoorbeeld de sectie P, en de andere symmetrisch, bijvoorbeeld met hetzelfde modusveldprofiel als de secties A en C dan is de berekende koppelfaktor C12 = 3,4*10”3 voor de koppeling tussen de modi TE00 en TM0Q. Voor het verkrijgen van een omzetting van 50% moet de fractie f12 = Dit wordt volgens vergelijking (2) bereikt als 2C12*N = ¼7r, dus als het aantal periodieke herhalingen van de koppeling N = 116. De totale lengte van de sectie B is dan ca. 18.5mm. Wordt ook de deelsectie Q asymmetrisch gemaakt met een asymmetrie gelijk maar gespiegeld aan die van de deelsectie P, dan verdubbelt hierdoor de koppelfactor, zodat het aantal koppelingen, en daarmee de lengte van de sectie B tot de helft kan worden teruggebracht. Voor een 100% omzetting moet het aantal N worden verdubbeld.

Hierna zullen met behulp van de FIG. 3 t/m 6 enkele toepassingen worden toegelicht van de hiervoor beschreven modusomzetters in een op zich bekende optische ingangssectie voor een coherent optische ontvanger werkend op basis van polarisatiediversiteit.

In FIG. 3 is een blokschema weergegeven van een dergelijke optische ingangssectie waarin menging voorafgaat aan splitsing. Deze sectie omvat een menger 11 met een ingangslichtkanaal a voor een willekeurig te detecteren lichtsignaal, dat wil zeggen met een onbekende TE/TM polarisatieverdeling, en een ingangslichtkanaal b voor een lichtsignaal met een 50% TE/TM polarisatieverdeling afkomstig van een lokale lichtbron 12. De menger 11 verdeelt een door haar gemengd signaal qua vermogen gelijkelijk over twee lichtkana-len c en d. Daarna wordt elk der op deze uitgangen verkregen signalen met behulp van op zich bekende TE/TM polarisatiesplitsers 13 en 14 gesplitst, en worden de aldus gesplitste signalen afzonderlijk op uitgaande lichtkanalen e, f, g, en h van deze split-sers aangeboden voor verdere verwerking. Alle lichtkanalen zijn in principe monomodaal. Als menger is bekend een 3dB vermogenskoppelaar. In een geïntegreerde vorm van een dergelijke optische ingangssectie wordt bijvoorkeur de locale lichtbron 12 meegeïntegreerd. Is deze lichtbron 12 een laser, dan kan deze slechts een stand worden gegeven, waarin een door haar via een lichtkanaal j afgegeven lichtsignaal slechts een pola-risatiecomponent bevat. Zo bevat het lichtsignaal van een bij integratie op een basis van InP gebruikelijke meegeïntegreerde laser, met licht in het nabije infrarood, slechts de TE-polarisatiecomponent. Dit betekent, dat er tussen de uitgang van de lichtbron 12 en het ingangslichtkanaal b van de menger 11 een modus-omzetter moet worden opgenomen voor een partiële, i.c. 50%, polarisatiemodusomzetting. Aangezien zowel het lichtkanaal j als het lichtkanaal b monomodaal zijn kan hiervoor een 50% TE00-*TM00-modusomzetter 15 volgens de uitvinding worden gekozen.

In FIG. 4 is een blokschema weergegeven van een optische ingangssectie waarin splitsing voorafgaat aan menging. Een via het ingangskanaal a ontvangen lichtsignaal wordt nu eerst aangeboden aan een TE/TM-pola-risatiesplitser 21. Hierdoor naar polarisatiemodus, TE en TM, gesplitste signalen worden via lichtkanalen k en 1 aangeboden aan verschillende 3dB-vermogenskop-pelaars 22 en 23 respectievelijk voor menging met in polarisatiemodus overeenkomende lichtsignalen aangeboden via lichtkanalen m en n en afkomstig van de locale meegeïntegreerde lichtbron 12. Tussen het uit-gangslichtkanaal j van de lichtbron 12 en de lichtkanalen m en n is daarvoor een gecombineerde modus- omzetter/splitser 25 opgenomen. Alle lichtkanalen a, e t/m h, en j t/m n zijn weer monomodaal. De gecombineerde modusomzetter/splitser 25 is meer in detail weergegeven in FIG. 5. Ervan uitgaande, dat op het lichtkanaal j weer alleen de TE-polarisatiemodus wordt aangeboden, kan deze omzetter/splitser 25 zijn opgebouwd uit drie secties, te weten: - een verloopstuk (eng.: taper) 25.1 om het monomodale lichtkanaal j over te laten gaan in een bimodaal lichtkanaal, - een 50% TEOQ-+TM01 modusomzetter 25.2 volgens de uitvinding, en - een modussplitser 25.3; hiervoor kan een splitser worden gebruikt gebaseerd op een monomodale, asymmetrische vertakking van een bimodale golfgelei-der, dus met een voortzetting in twee monomodale takken met verschillende propagatieconstante, zoals deze bijvoorbeeld bekend is uit referentie [7] (meer in het bijzonder Fig.2(a)). In een dergelijk type splitser wordt een eerste orde geleide modus voor de vertakking volledig omgezet in een nulde orde geleide modus van de tak met de laagste propagatieconstante, terwijl de nulde orde geleide modus voor de vertakking zich voortplant in de tak met de hoogste propagatieconstante. Een dergelijke modussplitser kan hier worden toegepast, omdat de eraan voorafgaande omzetter 25.2 een lichtsignaal levert, waarin de TE-polarisatiemodus zich uitsluitend als een nulde orde geleide modus en de TM-polarisatiemodus zich uitsluitend als een eerste orde geleide modus voortplant. Het voordeel van dit type modussplitser is, dat dit geen gemetaliseerde golfgeleider(s) bevat, dit in tegenstelling tot de gewoonlijk toegepaste polarisatiesplitsers. Toepassing van gemetaliseerde elementen in een geïntegreerd optisch ontwerp vereist namelijk extra maatregelen om verstorende werking op omliggende optische componenten te voorkomen. In FIG. 6 is een blokschema weergegeven van een optische ingangssectie welke volledig zonder dergelijke gemetaliseerde elementen uitvoerbaar is. Evenals in de optische ingangssectie volgens het blokschema van FIG. 3 vindt ook hier de menging plaats voorafgaande aan de splitsing. Het essentiële verschil is echter dat de menging geschiedt op multimodaal niveau met behulp van een menger 31 van het type mul-timodale 3dB-vermogenskoppelaar met bimodale ingangs-kanalen p en g en bimodale uitgangskanalen r en s. Ter onderscheiding van de monomodale lichtkanalen zijn deze bimodale lichtkanalen in de figuur verdikt weergegeven. Als splitsmiddelen kunnen modussplitsers 32 en 33 van eenzelfde type als de modussplitser 25.3 (zie FIG. 5) worden toegepast als wordt gezorgd dat in de lichtkanalen r en s, en dus ook in de lichtkanalen p en q, de beide verschillende polarisaties TE en TM uitsluitend propageren in onderling verschillende orden van geleide modus, gelijk in elk der lichtkanalen p t/m s. Daartoe is tussen het monomodale ingangs-kanaal a en het bimodale ingangskanaal p een 100% TE00-*TM01 -omzetter 34 opgenomen, en tussen het monomodale lichtkanaal j voor geleiding van het van de lichtbron 12 afkomstige lichtsignaal en het bimodale ingangslichtkanaal q van de menger 31 een 50% TE00-+TMQ1-omzetter 36 opgenomen. Beide omzetters 34 en 36 zijn weer gekozen volgens Tabel 2; en elk dezer omzetters dient nog te worden voorafgegaan door een verloopstuk als 25.1 uit Fig.5. De uitgaande lichtkanalen e t/m h zijn gelijk aan die in FIG. 3 en derhalve overeenkomstig geletterd.

Claims (12)

1. Modusomzetter voor de conversie van een fractie van een ene geleide modus (TE, TM) in een andere geleide modus (TE, TM), omvattende een golfgeleider waarin een periodieke koppeling tussen de beide geleide modi van een zich in de golfgeleider voortplantend lichtsignaal plaatsvindt, welke golfgeleider omvat een inkomende golfgeleidende sectie, een intermediaire golfgeleidende sectie en een uitgaande golfgeleidende sectie met het kenmerk, dat de intermediaire golfgeleidende sectie bestaat uit een periodieke aaneenschakeling van binnen een periode-lengte tenminste twee golfgeleidende deelsecties met verschillende modus-veldprofielen, waarbij de lengten van de deelsecties en het aantal perioden zijn afgestemd op de gewenste fractie van omzetting.

2. Modusomzetter volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat een periodelengte een eerste deelsectie met een eerste asymmetrisch modusveldprofiel en een tweede deelsectie met een tweede symmetrisch modusveldprofiel omvat.

3. Modusomzetter volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de modusveldprofielen van de tweede deelsectie en de inkomende golfgeleidende sectie in hoofdzaak gelijk zijn.

4. Modusomzetter volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de modusveldprofielen van de tweede deelsectie en de inkomende golfgeleidende sectie monomo-daal zijn.

5. Modusomzetter volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de modusveldprofielen van de tweede deelsectie en de inkomende golfgeleidende sectie bimodaal zijn.

6. Modusomzetter volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat een periodelengte twee deelsecties omvat elk met een asymmetrisch modusveldprofiel.

7. Modusomzetter volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat de modusveldprofielen van de deelsecties monomodaal en de modusveldprofielen van de inkomende en de uitgaande secties monomodaal en symmetrisch zijn.

8. Modusomzetter volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat de modusveldprofielen van de deelsecties bimodaal en de modusveldprofielen van de inkomende en de uitgaande secties bimodaal en symmetrisch zijn.

9. Modusomzetter volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat de modusveldprofielen van de twee deelsecties een onderling tegengestelde asymmetrie bezitten.

10. Optische ingangssectie voor een coherent optische ontvanger op basis van polarisatiediversiteit omvattende meng/splitsmiddelen voor het polarisatie onafhankelijk gelijkelijk mengen van een via een inkomend lichtkanaal ontvangen eerste lichtsignaal bevattende polarisatiemodi (TE, TM), en een van een locale lichtbron afkomstig tweede lichtsignaal bevattende pola-risatiemodi (TE, TM), en vervolgens gelijkelijk naar vermogen splitsen in eerste en tweede gemengde signalen met gemengde polarisatiemodi, eerste en tweede splitsmiddelen voor het respectievelijk uitsplitsen van in de eerste en tweede gemengde signalen aanwezige gemengde polarisatiemodi in afzonderlijke lichtsignalen elk met een der gemeng de polarisatiemodi naar evenzovele uitgaande lichtka-nalen met het kenmerk, dat voorts is voorzien in eerste en tweede omzetmiddelen voor het omzetten van althans een fractie van een der beide polarisatiemodi naar een geleide modus in orde verschillend van die, waarin genoemde beide polarisatiemodi propageren, in respectievelijk het eerste lichtsignaal en het tweede lichtsignaal; dat de meng/splitsmiddelen een multimodus vermogens koppelaar omvatten; en dat de eerste en tweede splitsmiddelen modussplitsers zijn.

11. Optische ingangssectie volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat de locale lichtbron is meegeïntegreerd, en dat de eerste omzetmiddelen een 100% TMqq^TMqomzetter volgens TABEL 2, en de tweede omzetmiddelen een 50% TE00-*TM01-omzetter volgens TABEL 2 omvatten.

12. Gecombineerde polarisatieomzetter/splitser voor het omzetten van een fractie van een ene polarisatie-modus (TE of TM) in een eerste lichtsignaal inkomend in een inkomende eerste monomodale lichtgolfgeleider naar de andere polarisatiemodus (TM of TE), en het afgeven van tweede en derde lichtsignalen respectievelijk in uitgaande tweede en derde monomodale lichtgolf geleiders, waarbij het tweede lichtsignaal uitsluitend de ene polarisatiemodus bevat en het derde lichtsignaal uitsluitend de andere, welke omzetter-/splitser tussen de eerste lichtgolfgeleider en de tweede en derde lichtgolfgeleiders achtereenvolgens omvat : - een verloopstuk voor de overgang van een monomodale naar een bimodale lichtgolfgeleider, - omzetmiddelen voor het omzetten van althans een fractie van een der beide polarisatiemodi naar een geleide modus in orde verschillend van die, waarin genoemde beide polarisatiemodi in het eerste lichtsignaal propageren bij het verlaten van het verloop-stuk, en - een modussplitser.