DE3005395C2

DE3005395C2 -

Info

Publication number: DE3005395C2
Application number: DE3005395A
Authority: DE
Inventors: Alain Fontenay-Aux-Roses Fr Carenco
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1993-07-08
Also published as: GB2042212A; FR2449291A1; JPS55113002A; FR2449291B1; DE3005395A1; GB2042212B; CA1137198A; US4300814A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleichen einer integrierten optischen 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 jeweils einem der beiden Zweige ausbreiten. Die beiden Lichtbündel vereinigen sich anschließend in dem Austrittsleiter. Wenn die in einem der Zweige eingeführte Phasenverschiebung gleich einem ungeradzahligen Vielfachen von π 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 π), 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 LiNbO₃ strip waveguides", in Applied Physics Letters, 32 (15. 5. 1978) 10, S. 644-646, H. Sasaki, "Efficient intensity modulation in a Ti-diffused LiNbO₃ branched optical waveguide device" in Electronics Letters, 13 (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 übertragenen Lichtstärke zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert. In der Praxis weisen die beiden Zweige unvermeidbar eine gewisse Asymmetrie aufgrund von Streuungen bei der Herstellung der Lichtleiter auf. Dabei fällt die Austrittslichtstärke 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, wodurch der Anwendungsbereich erheblich eingeschränkt wird. Darüber hinaus erfordert diese Abgleicheinrichtung die Verwendung einer Spannungshilfsquelle und hat folglich einen zusätzlichen Energieverbrauch zur Folge.

Aus der Druckschrift "Appplied Physics Letters", Vol. 27, No. 10, 15. November 1975, S. 544-546 ist ein Abgleichverfahren für eine integrierte optische Vorrichtung bekannt, mit zwei analogen Zweigen, die jeweils durch einen Lichtleiter gebildet sind, wobei mindestens einer der beiden Zweige mit an eine regelbare Spannungsquelle angeschlossenen Elektroden versehen ist, und wobei die Spannung derart eingestellt wird, daß am Ausgang der Vorrichtung eine minimale Lichtintensität ungleich Null anliegt, wenn die Vorrichtung sich im optischen Gleichgewicht befindet.

Das IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-13, No. 4, April 1977, S. 141-145 offenbart einen metallbeschichteten Wellenleiter, auf dessen Metallschichtdicke eingewirkt wird, um dessen Dämpfung, Wellenfortpflanzungsparameter und Feldverteilung zu beeinflussen. Die Metallschicht hat hier eine unabdingbare Funktion beim Transport der in den Wellenleiter eingeführten Lichtstrahlung. Eine Beeinflussung der Lichttransporteigenschaften durch Änderung der Schichtparameter ist daher zu erwarten.

Aus "Applied Optics", Vol. 14, No. 2, Februar 1975, S. 322-326 ist es bekannt, Abmessungen einer Metallschicht durch chemische Einwirkung zu beeinflussen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das den Einsatz einer Hilfsspannungsquelle unnötig macht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.

In den Unteransprüchen 2 und 3 sind Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäße Vorschlag verwendet eine passive Einrichtung anstelle einer aktiven Einrichtung und ist bei jedem lichtdurchlässigen Material verwendbar ist, ob es nun elektrooptisch ist oder nicht.

Die Dämpfung eines sich nahe einer metallischen Schicht ausbreitenden Lichtstrahlenbündels ist eine an sich bekannte Erscheinung. Bisher wurde diese Einrichtung 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, indem sich das Lichtstrahlenbündel ausbreitet, insbesondere durch die Verwendung einer Isolierschicht zwischen diesen und dem Leiter. Die Erfindung weicht insoweit von dem Stand der Technik ab, als sie im Gegensatz dazu die besondere und freiwillige Einfügung einer Dämpfung mittels einer metallischen Schicht vorschlägt.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei dem Abgleich von inteferometrischen, 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 sie analog sind oder nicht, bei denen es erwünscht ist, den Übertragungskoeffizienten des einen Zweiges gegenüber dem Übertragungskoeffizienten 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 (15. 12. 1976) 12, 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", ion Applied Physics Letters, 33 (1. 7. 1978) 1, S. 33-35) oder auch um Richtkoppler (vergleiche FR-PS 21 77 637 vom 9. 11. 1973, Modulationsvorrichtung für kohärentes Licht unter Verwendung einer Halbleiter-Elektrolumineszenzdiode). Selbstverständlich ist diese Auflistung von Beispielen nicht erschöpfend.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 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.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist in an sich 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 Elemente ist auf einem Substrat 14 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 ε aus, wenn die durch das elektrische Feld erreichte Phasenverschiebung sich zwischen Null und π ändert, wobei die Menge ε 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 16, 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 Fall 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 Metallschicht 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 werden. Zunächst wird die an die Elektroden 10 und 12 angelegte Spannung so eingestellt, daß am Austritt der Vorrichtung eine 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.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung ist ein optischer Richtkoppler (Richtwirkung aufweisender Koppler). Er ist in an sich bekannter Weise durch zwei Zweige 20, 22 gebildet, die Lichtleiter sind, wobei die beiden Zweige 20, 22 durch eine Einrichtung 24 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.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 weist darüber hinaus eine dünne 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.

Claims

1. Verfahren zum Abgleichen einer integrierten optischen Vorrichtung, die wenigstens zwei durch je einen Lichtleiter aus elektrooptischem Material gebildete Zweige aufweist, von denen mindestens einer mit an eine steuerbare Spannungsquelle angeschlossenen Elektroden versehen ist,
bei dem die Spannung an den Elektroden so eingestellt wird, daß am Ausgang der Vorrichtung im Falle des optischen Gleichgewichts eine minimale Lichtintensität auftritt, dadurch gekennzeichnet,
daß auf mindestens einem Teilbereich der Lichtleiter eine dünne Schicht aus Metall angeordnet wird und
daß unter fortlaufender Messung der Lichtintensität am Ausgang der Vorrichtung Material der Metallschicht entfernt wird, bis die gemessene Lichtintensität den Wert Null erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Materialentfernung auf chemischem Wege, mittels Ionenstrahleinwirkung oder durch Bearbeitung mit einem Laserstrahl vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Metall für die Beschichtung Platin, Kupfer, Gold, Silber, Chrom oder Aluminium verwendet wird.