DE4404777A1 - Electro=optical actuator for high-density WDM optical waveguides - Google Patents
Electro=optical actuator for high-density WDM optical waveguidesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Stellglied zum Beeinflussen von Lichtstrahlen in optischen Wellenleitern, deren optische Eigenschaften mittels elektro-optischer Effekte änderbar sind, ausgerüstet mit Elektroden (Ei - mit i = 1, 2, . . . , N) in äquidistanter Anordnung längs der Wellenleiterstruktur (W), die zu beeinflussende Lichtstrahlen führt, wobei jeweils mindestens vier Elektroden (Ei) auf eine Abtastsektion (Sj) entfallen und mindestens fünf derartige Abtastsektionen (Sj) 5 vorgesehen sind.The invention relates to an actuator for influencing light beams in optical waveguides, the optical properties of which can be changed by means of electro-optical effects, equipped with electrodes (E i - with i = 1, 2,..., N) in an equidistant arrangement along the waveguide structure (W) which carries light beams to be influenced, at least four electrodes (E i ) each being assigned to one scanning section (S j ) and at least five such scanning sections (S j ) 5 being provided.
Der Stand der Technik, von dem bei der Erfindung ausgegangen wird, ist der EP 0 260 595 A2 zu entnehmen. Dort werden im Zusammenhang mit der kontinuierlichen, rücksetzfreien Polarisations- und Phasenkontrolle auch wesentliche Grundlagen für die konstruktive Ausgestaltung, Materialauswahl und die Arbeitsweise von Vorrichtungen und Anordnungen zum Beeinflussen von Lichtstrahlen in optischen Wellenleitern behandelt. Die vorgesehenen, bekannten Maßnahmen zielen im wesentlichen darauf ab, für vorgegebene Betriebsbedingungen, z. B. eine bestimmte Betriebswellenlänge, bei der die Anordnung oder Vorrichtung arbeiten soll, die günstigsten Ergebnisse zu erreichen.The prior art, which is the starting point for the invention, is EP 0 260 595 A2. There are related to the continuous, reset-free polarization and phase control also essential Basics for the constructive design, material selection and the way of working of devices and arrangements for influencing light beams in optical Treated waveguides. The proposed, known measures essentially aim depends on, for predetermined operating conditions, e.g. B. a specific Operating wavelength at which the arrangement or device is to operate, the to achieve the best results.
Eines der Anwendungsfelder derartiger Anordnungen und Einrichtungen ist das Gebiet der optischen Wellenlängen-Multiplexsysteme. Dort werden zum Mischen und Trennen von Kanälen Elemente und Systeme benötigt, die eine hohe Kanalbelegungsdichte mit ausreichend hoher Übersprechdämpfung ermöglichen. In derartigen optischen Wellenlängen-Multiplexsystemen (high density wavelength division multiplexing - HDWDM -) sollen sich einige Hundert Kanäle gleichzeitig in einer Glasfaser übertragen und anschließend wieder voneinander trennen lassen. One of the fields of application of such arrangements and facilities is the field of optical wavelength division multiplex systems. There are used for mixing and separating of channels elements and systems that have a high channel occupancy density enable sufficiently high crosstalk attenuation. In such optical Wavelength multiplexing systems (high density wavelength division multiplexing - HDWDM -) several hundred channels are supposed to be transmitted simultaneously in an optical fiber and then separate them again.
Das technische Problem, das der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, hierfür geeignete Vorrichtungen oder Einrichtungen derart ausbilden und aufbauen zu können, daß sowohl eine universell anwendbare Arbeitsweise bei mehreren, verschiedenartigen Komponenten als auch außerdem eine solche Komponente als Einzelstück baugleicher Produkte bei sich wertmäßig unterscheidenden Randbedingungen, z. B. bei mehreren Wellenlängen, zum Einsatz gelangen kann:The technical problem on which the invention is based is that of suitable ones To be able to train and build devices or devices in such a way that both a universally applicable way of working with several different components as well as such a component as a single piece of identical products boundary conditions that differ in value, e.g. B. at several wavelengths, for Use can:
Hierfür bildet ein Stellglied der eingangs genannten Art die erfindungsgemäße Lösung dadurch, daß auf einer Gesamtlänge (L) der Wellenleiterstruktur (W) im 10 mm- bis 100 mm-Bereich die Elektroden (Ei) mit einem Folgemaß in Richtung der Wellenleiterstruktur (W) im 5 µm-Bereich ausgebildet und mit eigenen, individuell auf ein einheitliches Spannungspotential (UB) durchschaltbaren Zuleitungen versehen sind, und individuellen Mustern (Px) für Beschaltungszustände der Elektroden (Ei) jeweils eine bestimmte Wellenlänge (λx) innerhalb eines durchstimmbaren Spektralbereichs (Δλ) für beeinflußbare Lichtstrahlen zugeordnet ist.For this purpose, an actuator of the type mentioned at the outset forms the solution according to the invention in that over a total length (L) of the waveguide structure (W) in the 10 mm to 100 mm range, the electrodes (E i ) with a subsequent dimension in the direction of the waveguide structure (W) trained in the 5 µm range and provided with their own supply lines that can be switched individually to a uniform voltage potential (U B ), and individual patterns (P x ) for wiring states of the electrodes (E i ) each have a specific wavelength (λ x ) within a tunable range Spectral range (Δλ) for influenceable light beams is assigned.
Die wesentliche Bedeutung der Erfindung liegt somit darin, baugleich ausgebildete Produkte, z. B. mittels fester Programmierungen, jeweils auf unterschiedliche Nennwerte eines Betriebsparameters abstimmen oder - besonders auch durch wahlfreien Zugriff auf Programmierungen - jedes einzelne Produkt innerhalb eines Durchstimmbereichs auf unterschiedliche Nennwerte des Betriebsparameters einstellen zu können. Die Funktion der erfindungsgemäßen Anordnungen wird also elektro-optisch sowohl generiert als auch gesteuert. Die Steuerung erfolgt durch einen softwaremäßig festgelegten Algorithmus.The essential meaning of the invention thus lies in structurally identical Products, e.g. B. by means of fixed programming, each with different nominal values of an operating parameter or - especially by random access to Programming - each individual product within a tuning range to be able to set different nominal values of the operating parameter. The function The arrangements according to the invention are thus both generated and electro-optically controlled. It is controlled by a software-defined algorithm.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, vor allem solche mit Merkmalen, die in den Unteransprüchen angegeben sind, weisen zudem nachfolgend stichwortartig - ohne Anspruch auf Vollständigkeit - zusammengestellte Vorzüge auf:Preferred embodiments of the invention, especially those with features that in the subclaims are also given in key words below - without Completeness - compiled advantages of:
- - Es können große Herstellungstoleranzen zugelassen werden, die durch die Softwarekontrolle kompensiert werden können.- Large manufacturing tolerances can be allowed by the Software control can be compensated.
- - Defekte Elektroden werden von der Durchschaltung auf das Spannungspotential (UB) ausgeschlossen; die Funktion defekter Elektroden wird von anderen Elektroden mittels Anpassung des Musters für die Beschaltungszustände übernommen.- Defective electrodes are excluded from switching through to the voltage potential (U B ); the function of defective electrodes is taken over by other electrodes by adapting the pattern for the wiring states.
- - Der Bereich für die Abstimmung/Durchstimmung wie auch die Durchlaßbreite (Trennschärfe) sind einstellbar.- The area for the tuning / tuning as well as the passage width (Selectivity) are adjustable.
- - Die Durchlaßkurven sind beeinflußbar, z. B. sin²-, Gauß-, Hut-Charakteristik.- The pass curves can be influenced, e.g. B. sin², Gaussian, hat characteristics.
- - Kalibrierungen, z. B. bezüglich Temperaturabhängigkeit, können ein-, mehrmalig oder regelmäßig vorgenommen werden.- calibrations, e.g. B. with regard to temperature dependence, can be repeated one or more times be made regularly.
- - In optischen Wellenlängen-Multiplexsystemen sind Kanalabstände von 1 nm - in einem Ab- bzw. Durchstimmbereich ab z. B. 1450 nm bis 1650 nm oder auch 1950 nm Lichtwellenlänge, also ohne weiteres 200, gegebenenfalls 500 Kanäle - beherrschbar.- In optical wavelength division multiplex systems, channel spacing is 1 nm - in one Tuning range from z. B. 1450 nm to 1650 nm or 1950 nm Light wavelength, so easily 200, possibly 500 channels - manageable.
- - Auf der Basis von InP-Substratmaterial können in Chips vergrabene Wellenleiterstrukturen aus quaternären Materialien mit stark unterschiedlichen Brechzahlen ausgebildet sein.- Based on InP substrate material can be buried in chips Waveguide structures made of quaternary materials with very different Refractive indices.
- - Die Beschaltung der Elektroden braucht nur zwischen zwei Zuständen - logische Werte 1 und 0 - zu unterscheiden. Sowohl der konstruktive Aufwand bei der Elektrodenausrüstung - nur je eine Zuleitung mit einem einfachen Ein/Aus-Schalter (Transistor) je Elektrode - als auch der Aufbau der Muster für Beschaltungszustände - Folgen aus den Elementen 0 und 1 - beschränken sich auf einfach beherrschbare Mittel.- The connection of the electrodes only needs between two states - logical Values 1 and 0 - to be distinguished. Both the design effort at the Electrode equipment - only one supply line with a simple on / off switch (Transistor) per electrode - as well as the structure of the patterns for Circuit states - sequences from elements 0 and 1 - are limited to easily manageable means.
- - Das Potential (UB), auf das Elektroden gelegt werden, ist für einen einmal eingestellten Betriebszustand an allen angeschalteten Elektroden das gleiche, kann aber für unterschiedliche Betriebszustände, d. h. in Abhängigkeit von der Wellenlänge des zu beeinflussenden Lichtstrahls und der Art der durchzuführenden Beeinflussung, um z. B. ± 50% änderbar sein. Dadurch ist es möglich, die Amplituden am Filterausgang stets auf 100% für alle Wellenlängen zu halten. - The potential (U B ) to which electrodes are applied is the same for all operating electrodes once the operating state has been set, but can be different for different operating states, ie depending on the wavelength of the light beam to be influenced and the type of influencing to be carried out, at z. B. ± 50% changeable. This makes it possible to keep the amplitudes at the filter output at 100% for all wavelengths.
- - Das χ-tapering ermöglicht wegen der Proportionalität zwischen Koppelfaktor χ und angelegter Spannung eine Verbesserung der Filterfunktion dadurch, daß den einzelnen - fest verdrahteten - Elektroden voneinander verschiedene Teilspannungen, die ein festes Teilerverhältnis von Umax darstellen, zugeordnet werden. Die Gesamtspannung Umax ist dann für alle Elektroden gleich.- Because of the proportionality between coupling factor χ and the applied voltage, χ-tapering enables an improvement in the filter function by assigning different partial voltages, which represent a fixed division ratio of U max , to the individual - hard-wired - electrodes. The total voltage U max is then the same for all electrodes.
Weitere Erläuterungen zum wesentlichen Inhalt der Erfindung finden sich im - nachveröffentlichten - Beitrag: "Theoretical Investigation of an Tunable, Narrowband, Electro-Optical Filter with Low Crosstalk and a Large Number of Optical Channels" - H.P. Nolting, M. Gravert - anläßlich IPR 94, 17.-19. Feb. 1994, San Francisco (USA). Die Bestrebungen auf dem Gebiet der optischen Wellenlängen-Multiplexsysteme um eine Erhöhung der beherrschbaren Kanalzahl über die Größenordnung von 10 hinaus hängen eng mit der erreichbaren Bandbreite für den Abstimmbereich elektro-optischer Filter zusammen. Wegen der Proportionalität zwischen dieser Bandbreite und der Änderung der Brechzahl, die in den in Betracht kommenden Materialien sehr gering ist, nämlich etwa 1‰ (ΔnEO/n = 0,001) hat man bisher unter diesen Voraussetzungen z. B. unterschiedliche Filter kaskadiert.Further explanations of the essential content of the invention can be found in the post-published article: "Theoretical Investigation of an Tunable, Narrowband, Electro-Optical Filter with Low Crosstalk and a Large Number of Optical Channels" - HP Nolting, M. Gravert - on the occasion of IPR 94 , 17th-19th February 1994, San Francisco (USA). The efforts in the field of optical wavelength division multiplex systems by increasing the controllable number of channels beyond the order of 10 are closely related to the achievable bandwidth for the tuning range of electro-optical filters. Because of the proportionality between this bandwidth and the change in the refractive index, which is very small in the materials under consideration, namely about 1 ‰ (Δn EO / n = 0.001), one has so far z. B. cascaded different filters.
Optische Filter, die sich ab- bzw. durchstimmen lassen, beruhen auf dem Prinzip gekoppelter Moden. Die von der Wellenlänge abhängigen Phasendifferenzen (Schwebungslänge) zwischen den beiden Moden - TE/TM-Komponenten/Eigenmoden - werden in eine wellenlängenabhängige Leistung am Filterausgang umgewandelt. Die Kopplung bei der Nennwellenlänge des Filters läßt sich trotz der Phasenfehlanpassung δ = (β₁-β₂)/2 (β₁; β₂: Ausbreitungskonstanten der beiden Eigenmoden) mit einer periodischen Koppelstruktur herbeiführen. Die Länge dieser Koppelperiode - vorliegend im Zusammenhang mit der Erfindung und ihren Ausführungsformen wird hierfür der Begriff "Abtastsektion-Sj" verwendet - steht mit der Phasenfehlanpassung über den Ausdruck δ(λo) = π/Sj in Beziehung. Optical filters that can be tuned or tuned are based on the principle of coupled modes. The phase differences (beat length) between the two modes - TE / TM components / eigenmodes - which are dependent on the wavelength - are converted into a wavelength-dependent power at the filter output. The coupling at the nominal wavelength of the filter can be brought about with a periodic coupling structure despite the phase mismatch δ = (β₁-β₂) / 2 (β₁; β₂: propagation constants of the two eigenmodes). The length of this coupling period - in the present context in connection with the invention and its embodiments the term "scanning section-S j " is used - is related to the phase mismatch using the expression δ (λ o ) = π / S j .
Derartige Anordnungen setzen vollständig einen Mode in den anderen um, wenn die Resonanzbedingungen erfüllt sind. Die Randbedingungen sind dann durch eine feste Periodizität des Elektroden/Wellenleiter-Aufbaus zusammen mit der geringen Änderung der Brechzahldifferenz gegeben.Such arrangements fully implement one mode in the other when the Resonance conditions are met. The boundary conditions are then fixed Periodicity of the electrode / waveguide construction together with the slight change given the refractive index difference.
Bei der Erfindung sind auf jeden Fall vier Elektroden (Ei) pro Periode vorhanden, damit die tatsächliche Schwebungslänge Λtune erfaßt werden kann. Für die Abmessungen der Elektroden, d. h. deren Länge in Richtung der Wellenleiterstruktur und deren Abstand zur benachbarten Elektrode, ergibt sich ein Folgemaß gemäß der Gleichung δ(λo) = π/Sj. Die Muster der Beschaltungszustände der Elektroden lassen sich aus der BeziehungIn any case, four electrodes (E i ) are present per period in the invention so that the actual beat length Λ tune can be detected. For the dimensions of the electrodes, ie their length in the direction of the waveguide structure and their distance from the neighboring electrode, there is a follow-up measure according to the equation δ (λ o ) = π / S j . The pattern of the wiring states of the electrodes can be derived from the relationship
bestimmen.determine.
Dabei ist i die Ordnungszahl einer Elektrode.I is the atomic number of an electrode.
Es ist für das Muster der logische Wert:
1, wenn A < 1
0, wenn A 1.It is the logical value for the pattern:
1 if A <1
0 if A 1.
Das Prinzip des Steuerungsverhaltens läßt sich nach der Theorie gekoppelter Moden (coupled mode theory - CMT) oder der Eigenmoden-Entwicklung bestimmen. Für den Fall der gleichförmigen Kopplung (konstanter Kopplungsfaktor) ist die Filterantwort eine sin²-Funktion. Eine getapert verringerte oder in ähnlich wirkender Weise teilweise unterdrückte Kopplung entlang der Interaktionsstrecke ermöglicht spezielle Anpassungen der Filterantwort, einschließlich der Reduzierung von Nebenmaxima (side lobes). The principle of control behavior can be based on the theory of coupled modes (coupled mode theory - CMT) or the eigenmode development. For the In the case of uniform coupling (constant coupling factor), the filter response is one sin² function. A taped reduced or partially similar suppressed coupling along the interaction path enables special adjustments the filter response, including the reduction of side lobes.
Aus Beispielrechnungen ergeben sich für die gesamte Länge L einer Anordnung 10 mm bei gleichmäßiger Kopplung (uniform χ; Nebensprechen < 10 dB) und 20 mm bei ungleichmäßiger Kopplung und getaperter sin²-Durchlaßcharakteristik (χ-tapering; Nebensprechen <25 dB). In beiden Fällen ist der Kanalabstand 1 nm. Der Bereich der Ab bzw. Durchstimmbarkeit ist sehr groß, er erstreckt sich im berechneten Beispiel von 1450 nm bis 1650 nm, läßt also 200 Kanäle in einem optischen Wellenlängen-Multiplexsystem zu.Example calculations result in 10 mm for the entire length L of an arrangement with even coupling (uniform χ; crosstalk <10 dB) and 20 mm at uneven coupling and tapered sin² transmission characteristic (χ-tapering; Crosstalk <25 dB). In both cases the channel spacing is 1 nm. The range of Ab or tunability is very large, it extends from 1450 in the calculated example nm to 1650 nm, so leaves 200 channels in an optical wavelength division multiplex system to.
Sowohl die einsetzbaren Materialien als auch die konstruktive Ausgestaltung erlauben bei der Erfindung auch Wellenlängen von z. B. bis zu 1950 nm. Die Kanalzahl liegt dann bei 500.Both the materials that can be used and the structural design allow for the invention also wavelengths of z. B. up to 1950 nm. The number of channels is then included 500.
Die Durchlaßbreite erfindungsgemäßer elektro-optischer Filter ist umgekehrt proportional zur Anzahl der erforderlichen Abtastsektionen. Für schmale Filter sind also genügend lange Anordnungen vorzusehen, wobei die Abtastsektionen im Hinblick auf materialmäßig erreichbare Brechzahlunterschiede und auch auf Lithographietechniken nicht beliebig kurz ausgelegt werden können. Die Unterdrückung von Nebenmaxima bei z. B. getapert gekoppelten Wellenleiterstrukturen erfordert eine Verdopplung der Anzahl erforderlicher Elektroden, also auch der Gesamtlänge derartig aufgebauter Anordnungen. Aufgrund der funktionsmäßigen Generierung und Steuerung erfindungsgemäßer Einrichtungen und Anordnungen, einschließlich Filtereigenschaften, können mit geringem Herstellungsaufwand große Stückzahlen baugleicher Komponenten für unterschiedliche Betriebs- und Einsatzbedingungen bereitgestellt werden. Es ist außerdem ohne weiteres möglich, monolithisch integrierte optische oder opto-elektronische Schaltungen mit erfindungsgemäßen Komponenten aufzubauen.The pass width of electro-optical filters according to the invention is inversely proportional the number of scan sections required. So there are enough for narrow filters long arrangements to be provided with the scanning sections in terms of material achievable refractive index differences and not arbitrarily short even on lithography techniques can be interpreted. The suppression of secondary maxima at z. B. taped coupled waveguide structures require a doubling of the number required Electrodes, including the total length of such arrangements. Due to the functional generation and control of devices according to the invention and Arrangements, including filtering properties, can be achieved with little Manufacturing effort large numbers of identical components for different Operating and operating conditions are provided. It is also straightforward possible to use monolithically integrated optical or opto-electronic circuits to build up components according to the invention.
In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei zeigen: In the drawing, embodiments of the invention are shown schematically. Here demonstrate:
Fig. 1 ein Stellglied in Draufsicht; Figure 1 is an actuator in plan view.
Fig. 2 ein Stellglied mit zwei gekoppelten, vertikal benachbarten Wellenleitern im Querschnitt und einer Darstellung des Brechzahlprofils; Fig. 2 is coupled an actuator with two, vertically adjacent waveguides in the cross-section and a representation of the refractive index profile;
Fig. 3 ein Stellglied ähnlich Fig. 2, jedoch mit horizontal benachbarten Wellenleitern; Fig. 3 is an actuator similar to Figure 2 but with horizontally adjacent waveguides.;
Fig. 4 einen Modenkonverter in Draufsicht, mit Darstellungen zum Verlauf der Abtastung und der Modenkonversion M2/M1;4 shows a mode converter in a plan view, depicting the course of the scanning and the mode conversion M2 / M1.
Fig. 5 Schaubilder der Durchlaßkurven eines Filters bei drei verschiedenen Wellenlängen; FIG. 5 shows graphs of transmission curves of a filter at three different wavelengths;
Fig. 6 und Fig. 7 ein Stellglied in Draufsicht, ähnlich Fig. 1 und entsprechend Fig. 3 ein Blockschaltbild einer monolithisch integrierten Schaltung. Fig. 6 and Fig. 7 shows an actuator in plan view, similar to Fig. 1 and corresponding to Fig. 3 is a block diagram of a monolithic integrated circuit.
In der Anordnung gemäß Fig. 1 ist eine Wellenleiterstruktur W in einem Substrat mit Elektroden Ei mit i = 1, 2, . . . , N ausgerüstet. Jede der Elektroden Ei ist mit einer eigenen Zuleitung versehen, die alle an eine gemeinsame Spannungsquelle UB führen. In jeder Zuleitung befindet sich ein Ein/Aus-Schalter, in Fig. 1 symbolhaft dargestellt. Die Beschaltung der Elektroden Ei erfolgt nach individuellen, z. B. von einem Prozessor µP gelieferten Mustern, die aus den logischen Werten 1 und 0 bestehen. Durch diese Muster für die Beschaltungszustände der Elektroden Ei erfolgt die Generierung und Steuerung der Anordnung als Stellglied zum Beeinflussen von Lichtstrahlen, die in der Wellenleiterstruktur W geführt werden.In the arrangement according to FIG. 1, a waveguide structure W is in a substrate with electrodes E i with i = 1, 2,. . . , N equipped. Each of the electrodes E i is provided with its own supply line, all of which lead to a common voltage source U B. There is an on / off switch in each supply line, shown symbolically in FIG. 1. The electrodes E i are wired according to individual, e.g. B. patterns supplied by a processor µP, which consist of the logical values 1 and 0. These patterns for the wiring states of the electrodes E i generate and control the arrangement as an actuator for influencing light beams which are guided in the waveguide structure W.
Jeweils vier Elektroden Ei bilden eine Abtastsektion Sj; von denen sich fünf oder mehr, in der Praxis mehrere 100, auf der Gesamtlänge L des Stellgliedes befinden.Four electrodes E i form a scanning section S j ; five or more, in practice several 100, are located on the total length L of the actuator.
Für eine vorgegebene Wellenlänge von λ = 1,55 µm der zu beeinflussenden Lichtwelle und mit Material, das die gewünschte Brechzahldifferenz Δn bietet, kann die erforderliche Länge bestimmt werden, die die Anordnung haben muß. Besteht die Wellenleiterstruktur W in einem Substrat aus InP aus einem quaternärem Material für 1,3 µm Wellenlänge, ergibt sich für einen TE/TM-Modenkonverter ein ΔnTE/TM = 0,030, eine erforderliche Länge L = 70 mm und eine Anzahl von 1300 Perioden Λtune für eine vollständige Umsetzung einer Mode in die andere. Soll außerdem noch eine getaperte Kopplung erfolgen, ist die Anzahl der Perioden auf 2600 und die Länge entsprechend auf 140 mm zu verdoppeln.For a given wavelength of λ = 1.55 µm of the light wave to be influenced and with material that offers the desired refractive index difference Δn, the required length that the arrangement must have can be determined. If the waveguide structure W in a substrate made of InP consists of a quaternary material for a wavelength of 1.3 μm, the result for a TE / TM mode converter is Δn TE / TM = 0.030, a required length L = 70 mm and a number of 1300 periods Λ tune for a complete implementation of one fashion in the other. If a tapered coupling is also required, the number of periods must be doubled to 2600 and the length correspondingly to 140 mm.
In den Fig. 2 und 3 sind im Querschnitt die Anordnungen von jeweils verkoppelten Wellenleitern W1, W2 dargestellt, bei denen die im Wellenleiter W1 geführte Lichtwelle durch ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden Ei und einer Gegenelektrode beeinflußt wird. Der Wellenleiter W2 soll vom elektrischen Feld nicht beeinflußt werden. Bei vertikal benachbarten, vergrabenen Wellenleitern W1, W2 - Fig. 2 - ist dazu der p/n- Übergang in entsprechendem Abstand vom Wellenleiter W2 positioniert, bei horizontal benachbarten Wellenleitern W1, W2 - Fig. 3 - befindet sich der Wellenleiter W2 außerhalb des elektrischen Feldes.In FIGS. 2 and 3, the arrangements of each of the coupled waveguides W1, W2 are shown in cross section in which the guided wave in the waveguide W1 light wave is influenced by an electric field between the electrodes E i and a counter electrode. The waveguide W2 should not be influenced by the electrical field. For vertically adjacent, buried waveguides W1, W2 - FIG. 2 - the p / n transition is positioned at a corresponding distance from the waveguide W2, for horizontally adjacent waveguides W1, W2 - FIG. 3 - the waveguide W2 is located outside the electrical one Field.
Beide Wellenleiter W1, W2 sollen einen möglichst großen Unterschied bezüglich der Brechzahl neff aufweisen. Die Erniedrigung der Brechzahl n unter dem Einfluß einer elektrischen Feldstärke findet beim Wellenleiter W1 mit der an sich schon höheren Brechzahl gegenüber der des Wellenleiters W2 statt.Both waveguides W1, W2 should have the greatest possible difference with respect to the refractive index n eff . The lowering of the refractive index n under the influence of an electric field strength takes place in the waveguide W1 with the already higher refractive index compared to that of the waveguide W2.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Modenwandler, dessen Aufbau und Funktionsweise im Zusammenhang mit den Erläuterungen zu Fig. 1 im wesentlichen beschrieben ist, sind bei den einzelnen Elektroden Ei als Beispiel die logischen Werte 1 und 0 des Musters Px für einen Belegungszustand angegeben. Für dieses Muster Px ist in den Schaubildern der Verlauf der Abtastung bei einer herrschenden Schwebungslänge Λtune und der Konversion von Mode 1 in Mode 2 angegeben. In the mode converter shown in FIG. 4, the structure and mode of operation of which is essentially described in connection with the explanations for FIG. 1, the logical values 1 and 0 of the pattern P x for an occupancy state are given as an example for the individual electrodes E i . For this pattern P x , the graph shows the course of the scanning with a prevailing beat length Λ tune and the conversion from mode 1 to mode 2 .
Von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung ist es, wie diese Darstellungen zeigen, daß eine Beeinflussung durch das elektrische Feld nur dann stattzufinden braucht, wenn zwischen zwei Richtungswechseln des Schwebungsverlaufs dieser durch das elektrische Feld in nur einer Tendenz unterstützt wird. Eine Unterstützung der anderen Tendenz bringt keine prinzipielle Verbesserung, erfordert hingegen ein zweites, entgegengesetzt gepoltes Spannungspotential und eine aufwendigere Schaltung der Elektrodenzuleitungen. Andererseits gewinnt man eine Verkürzung der Bauelementlänge/Betriebsspannung um den Faktor 2.It is essential for the invention, as these illustrations show, that an influence by the electric field only needs to take place if between two changes in the direction of the beat by the electrical Field is supported in only one trend. A support for the other tendency does not bring an improvement in principle, but requires a second, opposite polarized voltage potential and a more complex circuit of the electrode leads. On the other hand, a shortening of the component length / operating voltage is gained the factor 2.
Die Durchlaßkurven - Fig. 5 - eines Filters als Ausführungsform der Erfindung zeigen für drei Nennwellenlängen, 1450 nm, 1550 nm und 1650 nm, die gleiche Form für getaperte Kopplung (durchgezogene Linien), bei 1550 nm zum Vergleich (gestrichelt gezeichnet) auch für gleichmäßige Kopplung. Das Filter ist durchstimmbar, d. h. die gewünschte Nennwellenlänge und auch die Durchlaßcharakteristik werden mittels der zugehörigen Muster für Belegungszustände der Elektroden eingestellt. Die Durchlaßbreite ermöglicht Kanalabstände von 1 nm.The transmission curves - Fig. 5 - of a filter as an embodiment of the invention show for three nominal wavelengths, 1450 nm, 1550 nm and 1650 nm, the same shape for tapered coupling (solid lines), at 1550 nm for comparison (shown in dashed lines) also for uniform Coupling. The filter can be tuned, ie the desired nominal wavelength and also the transmission characteristic are set by means of the associated patterns for occupancy states of the electrodes. The pass width enables channel spacing of 1 nm.
Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung entspricht weitgehend der von Fig. 1 mit dem Unterschied, daß ein asymmetrischer Koppler zwei gekoppelte Wellenleiter W1, W2 (vgl. auch Fig. 3) aus unterschiedlichen quaternären Materialien aufweist (λQ1 = 1,3 µm, t₁ = 0,5 µm und λQ2 = 1,05 µm, t₂ = 1,0 µm). Der Brechzahlenunterschied beträgt Δn1/2 = 0,055. Elektroden Ei (ΔnEO = 0,004) oberhalb des Wellenleiters mit der höheren Brechzahl bewirken eine gleichförmige Kopplung in einer Anordnung der Gesamtlänge L = 10 mm in nur 440 Schwebungsperioden, bei getaperter Kopplung bei einer Gesamtlänge L = 20 mm in 880 Schwebungsperioden.The arrangement shown in FIG. 6 largely corresponds to that of FIG. 1 with the difference that an asymmetrical coupler has two coupled waveguides W1, W2 (cf. also FIG. 3) made of different quaternary materials (λ Q1 = 1.3 μm, t₁ = 0.5 µm and λ Q2 = 1.05 µm, t₂ = 1.0 µm). The difference in refractive index is Δn 1/2 = 0.055. Electrodes E i (Δn EO = 0.004) above the waveguide with the higher refractive index result in a uniform coupling in an arrangement with a total length L = 10 mm in only 440 beat periods, with tapered coupling with a total length L = 20 mm in 880 beat periods.
Die Änderung der Modenverteilung und die Dispersion beeinflussen selbstverständlich die Kopplungsverhältnisse. Der Koppelfaktor wird deshalb nicht konstant über den gesamten Abstimmbereich gehalten, was zu einer geringen Minderung der Filterdurchlaßeigenschaften führt (reduzierter Wirkungsgrad, geringe Variation der Halbwertsbreite - FWHM). Dies kann durch Einstellung der Gesamtspannung vollständig kompensiert werden.The change in the mode distribution and the dispersion of course influence the Coupling ratios. The coupling factor is therefore not constant over the entire Kept tuning range, resulting in a slight reduction in the Filter passage properties leads (reduced efficiency, little variation of the Half width - FWHM). This can be done completely by adjusting the total voltage be compensated.
In Fig. 7 ist ein monolithisch integrierter Schaltungsaufbau als Blockschaltbild angedeutet. Es sind zwei erfindungsgemäße Stellglieder CD (control device) vorgesehen. Eine eintreffende Lichtwelle wird in zwei Arme für je eine Polarisation - TE und TM - getrennt, in jedem Arm filtert z. B. das dort befindliche Stellglied CD die gleiche Wellenlänge aus - wobei die Schaltmuster für beide Polarisationen unterschiedlich sein können -, die sodann zur weiteren Übertragung auf einen gemeinsamen Lichtleiter gegeben werden. In beiden Armen sind die Stellglieder CD baugleiche Produkte. Die Prozessoren µP liefern die Muster für die Beschaltungszustände der Elektroden in den Stellgliedern CD und führen gegebenenfalls auch weitere Steuer- und Regelfunktionen aus.In Fig. 7 is a monolithic integrated circuit structure is indicated as a block diagram. Two actuators CD (control device) according to the invention are provided. An incoming light wave is separated into two arms for one polarization - TE and TM - in each arm filters z. B. the actuator CD located there has the same wavelength - the switching pattern can be different for both polarizations - which are then given for further transmission to a common light guide. In both arms, the actuators CD are identical products. The processors µP supply the patterns for the wiring states of the electrodes in the actuators CD and, if necessary, also carry out further control and regulating functions.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944404777 DE4404777A1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Electro=optical actuator for high-density WDM optical waveguides |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944404777 DE4404777A1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Electro=optical actuator for high-density WDM optical waveguides |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4404777A1 true DE4404777A1 (en) | 1995-08-17 |
Family
ID=6510288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944404777 Withdrawn DE4404777A1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Electro=optical actuator for high-density WDM optical waveguides |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4404777A1 (en) |
-
1994
- 1994-02-10 DE DE19944404777 patent/DE4404777A1/en not_active Withdrawn
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