DE3005395A1 - Abgleichverfahren fuer eine integrierte optische vorrichtung sowie durch dieses verfahren erhaltene vorrichtung - Google Patents
Abgleichverfahren fuer eine integrierte optische vorrichtung sowie durch dieses verfahren erhaltene vorrichtungInfo
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Description
Alain CARENCO
68ter, Avenue Foch, 92260 Fontenay-Aux-Roses, Frankreich
68ter, Avenue Foch, 92260 Fontenay-Aux-Roses, Frankreich
Abgleichverfahren für eine integrierte optische Vorrichtung sowie durch dieses Verfahren erhaltene Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Abgleichverfahren für eine integrierte
optische Vorrichtung, sowie eine durch dieses Verfahren erhaltene Vorrichtung. Sie ist insbesondere anwendbar
bei der Herstellung elektrooptischer Modulatoren, die bei
der optischen Nachrichtenübermittlung verwendbar sind.
Unter den integrierten optischen Vorrichtungen, die zur Lichtmodulation
dienen, bildet der interfer ometrische Modulator nach Mach-Zehnder eine besondere Rolle. Es handelt sich dabei
um eine Vorrichtung, die durch einen Eintrittsleiter gebildet ist, der sich in zwei Zweige aufteilt, die sich anschließend
vereinigen zur Bildung eines Austrittsleiters. Eine Einrichtung, um eine einstellbare Phasenverschiebung zu erreichen,
ist auf einem der beiden Zweige angeordnet. Diese Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Ein Lichtbündel wird in die
Vorrichtung über den Eintrittsleiter eingeführt. Es werden zwei Strahlenbündel gleicher Lichtstärke erzeugt, die sich in
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jeweils einem der beiden Zweige ausbreiten. Die beiden Lichtbündel Vereinigen sich anschließend in dem Austrittsleiter.
Wenn die in einen der Zweige eingeführte Phasenverschiebung
gleich einem ungeradzahligen Vielfachen von W ist, ist die Interferenz zwischen den beiden Strahlenbündeln auslöschend
und ist die durch den Austrittsleiter übertragene Lichtstärke Null. Wenn die Phasenverschiebung Null beträgt (nahe 2 f ),
ist die Interferenz konstruktiv und ist die Austrittslichtstärke maximal. Da die Phasenverschiebungseinrichtung im Allgemeinen
durch ein elektrisches Signal gesteuert ist, bildet die Vorrichtung einen elektrooptischen Modulator.
Über* solche Modulatoren wurde bereits berichtet, vergleiche
V. Ramaswamy et al., "Balanced bridge modulator switch using Ti-diffused LiNbO„ strip waveguides", in Applied Physics Letters,
32(15.5.1978TlO, S. 644-646, H. Sasaki, "Efficient intensity ·
modulation in a Ti-diffused LiNbO^ branched optical waveguide device" in Electronics Letters, I3 (10.11.1977)23, und W.E.
Martin, "A new waveguide switch modulator for integrated optics"
in Applied Physics Letters, 26 (15.5.1975)10, S. 562-564.
Grundsätzlich ändert sich die durch einen derartigen Modulator übertragene Lichtstärke zwischen einem Minimalwert, der
Null beträgt und einem Maximalwert, der Eins beträgt, wobei als Einheit die Lichtstärke des einfallenden Strahlenbündels
zu verstehen ist. In der Praxis jedoch, da die beiden Zweige unvermeidbar eine gewisse Asymmetrie aufweisen aufgrund von
Streuungen bei der Herstellung der Lichtleiter, fällt die Austritt
slicht stärke nicht vollständig auf Null ab, wenn die Modulationsspannung
sich ändert.
Zur Kompensation der Asymmetrie zwischen den beiden Zweigen wird üblicherweise (vergleiche die erste Literaturstelle)
eine elektrische Spannung verwendet, die an den einen und/oder den anderen der beiden abzugleichenden Zweige angelegt wird.
Diese Lösung setzt natürlich voraus, daß das die Lichtleiter bildende Material einen elektrooptischen Effekt besitzt, wo
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durch der Anwendungsbereich erheblich eingeschränkt wird.
Darüber hinaus erfordert diese Abgleicheinrichtung die Verwendung einer Spannungshilfsquelle und hat folglich einen
zusätzlichen Energieverbrauch zur Folge.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die unter Vermeidung der erwähnten Nachteile
passiv arbeitet.
Der erfindungsgemäße Vorschlag der Verwendung einer passiven Einrichtung anstelle einer aktiven Einrichtung macht die Verwendung
einer Hilfsspannungsquelle unnötig, wobei die passive
Einrichtung bei jedem lichtdurchlässigen Material verwendbar ist, ob es nun elektrooptisch ist oder nicht.
Dieses Ergebnis wird gemäß der Erfindung durch die Verwendung einer dünnen metallischen Schicht erreicht, die auf mindestens
einem der beiden Zweige der Vorrichtung niedergeschlagen wird, wobei die Schicht eine Dämpfung der Lichtwellen hervorruft, die
sich in dem Zweig ausbreiten. Diese Dämpfung wird dadurch eingestellt,
daß die Abmessungen der metallischen Schicht eingestellt werden, derart, daß ein vollkommener Abgleich der beiden
Zweige erreicht wird.
Die Dämpfung eines sich nahe einer metallischen Schicht ausbreitenden
Lichtstrahlenbündels ist eine ansich bekannte Erscheinung. Bisher wurde diese Erscheinung jedoch stets als
zu vermeidende parasitäre Erscheinung angesehen. Aus diesem Grund werden bei derzeit verwendeten integrierten optischen
Vorrichtungen, die Elektroden zur Anlegung von elektrischen Feldern verwenden, diese Elektroden vom Leiter so weit wie
möglich entfernt, in dem sich das Lichtstrahlenbündel ausbreitet, insbesondere durch die Verwendung einer Isolierschicht
zwischen diesen und dem Leiter. Die Erfindung weicht in.so weit von dem Stand der Technik ab, als sie im Gegensatz
dazu die besondere und freiwillige Einfügung einer Dämpfung mittels einer metallischen Schicht vorschlägt.
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Die Erfindung betrifft also ein Abgleichverfahren für eine
integrierte optische Vorrichtung, die mindestens zwei analoge Zweige enthält, die jeweils durch einen Lichtleiter gebildet
sind, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, daß auf mindestens einem der beiden Leiter eine dünne metallische
Schicht niedergeschlagen wird, daß der Fehlabgleich zwischen den durch die beiden Zweige übertragenen Lichtstärken gemessen
wird und daß die Abmessungen der metallischen Schicht zum Beseitigen des Fehlabgleichs eingestellt werden.
Der Niederschlag der metallischen Schicht, im Folgenden kurz Metallschicht, kann in jeder ansich bekannten Weise erfolgen,
insbesondere durch Vakuumniederschlag unter Verwendung von Masken.
Vorzugsweise wird zum Einstellen der Abmessungen der Metallschicht
das Material entfernt, beispielsweise durch chemische Einwirkung oder durch Ioneneinwirkung oder durch Bearbeitung
mittels eines Laserstrahls.
Vorzugsweise stammt das verwendete Metall aus der Gruppe, die Platin, Kupfer, Gold, Silber, Chrom und Aluminium enthält.
Die Erfindung betrifft auch eine integrierte optische Vorrichtung,
die durch das erläuterte Verfahren erhalten ist, wobei die Vorrichtung mindestens zwei jeweils durch einen
Lichtleiter gebildete Zweige aufweist und sich dadurch auszeichnet, daß mindestens einer der beiden Leiter teilweise
durch eine dünne Metallschicht bedeckt ist, wobei die Abmessungen dieser Schient zur Beseitigung des Fehlabgleichs zwischen
den beiden Zweigen eingestellt ist.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei dem Abgleich von Interferometrischen elektrooptischen Modulatoren nach
Mach-Zehnder. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese einzige Vorrichtung beschränkt. Sie ist ganz allgemein auf jede optische
Vorrichtung anwendbar, die zwei Zweige aufweist, unabhängig ob
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sie analog sind oder nicht, bei denen es erwünscht ist,
den Übertragungskoeffizienten des einen Zweiges gegenüber
dem Überträgungskoeffizienten des anderen Zweiges einzustellen.
Es kann sich dabei beispielsweise um einen Y-Teiler handeln (vergleiche W.K. Burns et al«, "Active branching waveguide
modulator" in Applied Physics Letters, 29 (I5.12.I976)12T
S. 790-792) oder um Vorrichtungen mit vier Zweigen, die mittels
einer Beugungsgitter-Ablenkeinrichtung gekoppelt sind (vergleiche
B. Chen et al., "Bragg switch for optical channel waveguides", in Applied Physics Letters, 33 (1.7.1978)1,
S- 33-35) oder auch um Richtkoppler (vergleiche FR-PS 72 11 65I
vom 9·H«1973j Modulationsvorrichtung für kohärentes Licht
unter Verwendung einer Halbleiter-Elektrolumineszenzdiode). Selbstverständlich ist diese Auflistung von Beispielen nicht
er s chop f end.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen interferometrischen elektrooptischen Modulator
nach Mach-Zehnder,der gemäß der Erfindung abgeglichen
ist,
Fig. 2 einen optischen Richtkoppler, der ebenfalls gemäß der Erfindung abgeglichen ist.
Fig. 2 einen optischen Richtkoppler, der ebenfalls gemäß der Erfindung abgeglichen ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist in ansicht bekannter Weise einen optischen Eintrittsleiter 2 auf, der sich
in zwei quasi identische Zweige 4,6 aufteilt, sowie einen Austrittsleiter
8, der die beiden genannten Zweige vereinigt. Elektroden 10,12 sind beiderseits des Zweiges 6 angeordnet
und sind mit einer (.nicht dargestellten) Spannungsquelle verbunden.
Das elektrische Feld, das zwischen diesen Elektroden 10,12 herrscht, wird an das elektrooptische Material angelegt,
das den Zweig 6 bildet. Die Gesamtanordnung dieser Elements
ist auf einem Substrat Ik angeordnet bzw. niedergeschlagen.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht derjenigen, die weiter oben erläutert worden ist. Eine in den Eintrittsleiter 2 eingeführte Lichtwelle tritt aus der Vorrichtung über
den Austrittsleiter 8 mit einer Lichtstärke zwischen Eins und £ aus, -wenn die durch das elektrische Feld erreichte
Phasenverschiebung sick zwisehen Null und TF ändert, wobei
die Menge £ von dem Fehlabgleich zwischen den durch die beiden
Zweige 4 und 6 übertragenen Lichtstärken abhängt.
Die dargestellte Vorrichtung enthält darüber hinaus gemäß
der Erfindung eine dünne metallische Schicht, kurz dünne Metallschicht l6, die auf mindestens einem der beiden Zweige
4,6 niedergeschlagen ist, wobei beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Niederschlag auf beiden Zweigen erfolgt ist. Die
Abmessungen dieser Metallschicht. 16 sind so eingestellt, daß
die Abweichung zwischen, den Amplituden der durch die beiden Zweige 4,6 übertragenen Wellen kompensiert ist. Beim dargestellten
Fäll bedeckt die Metallschicht 16 mehr den Zweig 4 als den Zweig 6, was dem Fall entspricht, bei dem das Lichtstrahlenbündel,
das durch den ersteren Zweig 4 läuft, stärker ist, als das, das den Zweig 6 durchläuft.
Natürlich kann die Metallschi.cht 16 auch an der Eingangsseite der Vorrichtung, wie die in Strichlinien dargestellte
Metallschicht 16', oder simultan am Eingang und am Ausgang der
Vorrichtung angeordnet sein=
Zum Einstellen der Abmessungen der Metallschicht 16 kann
wie folgt vorgegangen vrerdtii. Zunächst wird die an die Elektroden
10 und 12 angelegte Spannung so eingestellt, daß am Austritt der Vorrichtung el;se minimale Lichtstärke erhalten
wird. Dann wird durch Entfernung oder Abtrag von Material von der einen der Zweige bedeckenden Schicht die Beseitigung
des Austrittssignals gesucht. Wenn das kleinste Minimum nicht erreicht werden kann oder unterschritten ist, wird durch
Entfernung oder Abtrag von Material über dem anderen Zweig fortgefahren. Auf diese Weise wird durch aufeinanderfolgende
Korrekturen eine Austrittsstärke von Null erreicht und damit zusammenhängend eine Eins entsprechende Lichtstärke für eine
Phasenverschiebung von Null.
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BAD ORIGiNAL
Die in Pig. 2 dargestellte Vorrichtung ist ein optischer Richtkoppler (Richtwirkung aufweisender Koppler). Er ist
in ansich bekannter Weise durch zwei Zweige 20,22 gebildet, die Lichtleiter sind, wobei die beiden Zweige 20,22 durch
eine Einrichtung 2,h miteinander gekoppelt sind, die das Anlegen
eines geeigneten elektrischen Feldes an die beiden Leiter ermöglicht. Eine ausführliche Erläuterung einer solchen
Vorrichtung ist der genannten FR-PS entnehmbar.
Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung gemäß Fig. 2 darüber hinaus eine .tiünne Metallschicht 26 über mindestens einem der
beiden Zweige, und zwar hier dem unteren Zweig 22, auf, wobei die Metallschicht 26 eine Dämpfung der Lichtwelle hervorruft,
die sich in dem entsprechenden Zweig (Zweig 22) ausbreitet. Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise einen 3-dB-Koppler
bilden.
«30D3S/Q741
Leerseite
Claims (6)
1. Abgleichverfahren für eine integrierte optische Vorrichtung
mit mindestens zwei analogen Zweigen, die jeweils durch einen Lichtleiter gebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf mindestens einem der beiden Lichtleiter eine dünne metallische Schicht angeordnet wird,
daß der Fehlabgleich zwischen den durch die beiden Zweige übertragenen Lichtstärken gemessen wird, und
daß die Abmessungen'der Metallschicht zur Beseitigung des
Fehlabgleichs eingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen der Abmessungen der Metallschicht Material entfernt
wird, beispielsweise durch chemische Einwirkung oder durch Ioneneinwirkung oder durch Bearbeitung mittels eines
Laserstrahls.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das verwendete Metall aus der Gruppe stammt, die Platin, Kupfer, Gold, Silber, Chrom und Aluminium enthält.
410-(B6594O -MeKl
4. Integrierte optische Vorrichtung, die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3 erhalten ist, mit mindestens
zwei jeweils durch einen Lichtleiter gebildeten Zweigen, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens einer der beiden Lichtleiter (4,6;20,22)
teilweise von einer dünnen metallischen Schicht (16,16',
26) bedeckt ist, und daß die Abmessungen der Schicht (16,
l6',26) so eingestellt sind, daß der Fehlabgleich zwischen den durch die beiden Zweige (4,6;20,22) übertragenen Lichtstärken
beseitigt ist.
5- Optische Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch
ein Interfer.ometer nach Mach-Zehnder.
6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zweige (4,6) einen Y-Teiler bilden.
7- Optische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Zweige (20,22) einen Richtkoppler bilden.
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