DE4328777A1

DE4328777A1 - Optische Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE4328777A1
Application number: DE4328777A
Authority: DE
Inventors: Olof Goeran Sahlen
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: SE470454B; GB2270174A; US5416866A; DE4328777B4; SE9202446L; SE9202446D0; GB9317245D0; FR2695212B1; GB2270174B; FR2695212A1; JPH06194613A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine abstimmbare optische Filtervorrichtung, die aus einem eine Wellenlänge auswählenden optischen Filter besteht, das eine Gitterstruktur besitzt, die in einer Wellenleiterstruktur angeordnet ist.

Wichtige Anwendungen für optische Filter zum Abstimmen von Wellenlängen gibt es beispielsweise bei der optischen Übertra gungstechnologie und beim optischen Schalten bei der Telekom munikation. Weitere Anwendungsgebiete sind optische Verbin dungen, z. B. zwischen Leiterplatten, Teilsysteme etc. in ei nem Computer oder einer Telefonstation. Insbesondere kann ein Wellenlängenmultiplexen bemerkenswerte Wichtigkeit bei Tele- Netzen haben, und zwar teilweise aufgrund der Schwierigkeiten, die sich aufgrund einer Dispersion in optischen Fasern beim Aufbau von Übertragungssystemen auftreten, die für weite Entfernungen (beispielsweise mehr als 50 km) und mit Bit- Frequenzen (pro einzelnem Wellenlängenkanal), die höher als 20-40 Gb/S sind, benutzt werden sollen. Darüber hinaus wird die Flexibilität mit einem Wellenlängenmultiplexen bei dem Aufbau optischer Vermittlungsstellen größer, da verschiedene Kanäle durch die Verwendung der Wellenlänge getrennt werden können. Mit der Hilfe von Filtern, wie sie oben angegeben sind, ist es beispielsweise möglich, einen aus vielen Wellenlängenkanälen herauszufiltern, und die Möglichkeiten sowohl zur Übertragung als auch zum Schalten einer großen Informationsbandbreite wachsen, und die Filter finden auch Anwendung sowohl auf der Empfangsseite als auch bei den Vermittlungsstellen (Schaltern), wo unterschiedliche Kanäle voneinander getrennt werden können.

Es ist somit erstrebenswert, daß das System, in dem die Filter benutzt werden, mit sovielen Kanälen wie möglich umgehen kön nen sollte, d. h. eine Informationsbandbreite besitzen, die so groß wie möglich ist.

Bei einer Vielzahl unterschiedlicher Situationen ist es auch vorteilhaft, abstimmbare optische Filter in demselben Mate rialsystem herstellen zu können wie Laser, Detektoren, Opto- Schaltmatrizen und Modulatoren, und zwar insbesondere In- GaAsP/InP für lange Wellenlängen, nämlich 1300-1600 nm, und GaAs/AlGaAs für Wellenlängen zwischen 800 und 900 nm.

Es ist ein Problem, daß der Abstimmbereich für solche Filter aus physikalischen Gründen beschränkt ist. Der genaue Wert ist daher abhängig von der Wahl der Materialzusammensetzung (Bandlücke) in dem Wellenleitermaterial, des optischen Füll faktors (der Wellenleitermaterialdicke und der Brechzahl), des Dotierungspegels in dem Wellenleitermaterial und dem Mantelma terial und der thermischen Dissipationskapazität des Bauele ments (thermischer Widerstand). Je größer der Abstimmbereich ist, um so mehr Kanäle können benutzt werden. Bei einem Wellenlängen-Multiplexsystem ist die gesamte Informationsband breite (Anzahl von Wellenlängenkanälen mal Bitgeschwindig keit/Kanal) proportional zu dem Abstimmbereich des Filters. Normalerweise erreicht der Abstimmbereich eines optischen Fil ters bis zu etwa 5 bis 15 nm. Es ist daher von Bedeutung, ei nen Abstimmbereich erhalten zu können, insbesondere für eine vorgegebene Kombination von Wellenleiter- und Material parametern, der so groß wie möglich ist.

Zum Erhöhen des nutzbaren Wellenlängenbereichs von abstimmba ren Filtern, insbesondere von Gitterfiltern auf Wellenleiter basis, ist eine Anzahl von Lösungen vorgeschlagen worden.

Eine Anzahl verschiedener Filtertypen ist gezeigt worden, die aus verschiedenen Materialsystemen hergestellt sind, wie bei spielsweise Glas, Halbleitern, Polymeren und Lithiumniobat.

Eine Filterart besteht aus einem Monomode-Wellenleiter mit einem Gitter, das in den Wellenleiter geätzt ist, und zwar entweder in der Wellenleiterschicht selbst oder in einer sepa raten Gitterschicht, die von der Wellenleiterschicht um einen Abstand von etwa einigen 100 nm getrennt sein kann. Diese Fil ter können entweder per se als wellenlängen-selektive Bauele mente benutzt werden oder können dann einen Teil der Bauele mente von sogenannten wellenlängen-selektiven DBR-(distributed Bragg-Reflektor)-Lasern bilden. Ein Gitterfilter dieser Art arbeitet derart, daß Licht nur in einem schmalen Wellenlängen bereich reflektiert wird, der um λ₀ zentriert ist, und zurück in den Wellenleiter läuft, wohingegen der Rest in der Vor wärtsrichtung durchläuft. Durch Einsetzen des Materials mit hohem Index (InGaAsP oder GaAs) in einem P-I-N-Übergang mit p- und n-dotierten Schichten mit niedrigem Index darüber und dar unter (Doppelheterostruktur) kann ein Strom injiziert werden. Durch Verwenden dieses Stroms wird eine Veränderung Δn der Brechzahl n des Wellenleitermaterials verursacht. Diese Ände rung der Brechzahl impliziert, daß die Wellenlänge, die reflektiert wird, sich zu einer kürzeren Wellenlänge, Δλ₀ = (λ₀/n_eff) · Δn_eff, verschiebt. Die Resonanz-Wellenlänge λ₀ ist gemäß λ₀= 2 · n_eff · Λ durch eine Gitterperiode gegeben, wobei A die Git terperiode ist. Die Änderung des effektiven Index Δn_eff ist dann näherungsweise gemäß Δn_eff≈Δn·Γ auf die Änderung des Index Δn des Wellenleitermaterials bezogen, wobei Γ der Füllfaktor ist, der angibt, wieviel der Leistung des optischen Modes in der Wellenleiterschicht liegt. Die Selektivität und das Refle xionsvermögen des Filters ist im wesentlichen durch die Länge L des Gitters und den Gitter-Kopplungskoeffizienten bzw. die Gitter-Kopplungskonstante gegeben. Wenn das Produkt ·L 2 (ungefähr) überschreitet, wird ein hohes Reflexionsvermögen erhalten, und die Linienbreite des Filters ist eindeutig durch den Wert von definiert. Zum Erhalten einer guten Leitungsfä higkeit des Filters, wenn es als diskretes Bauelement benutzt wird, d. h. wenn es nicht mit anderen Bauelementen auf demsel ben Substrat monolithisch integriert ist, müssen die elektri schen Schichten auf beiden Endoberflächen abgeschieden werden, um das Reflexionsvermögen zu minimieren. Beispiele von Filtern sind weiterhin in der EP-A-0 391 334 beschrieben.

Eines der Probleme bei diesen Filtern besteht darin, daß der Abstimmbereich Δλ_0max im wesentlichen auf zwischen 5 und 15 nm beschränkt ist, wobei der exakte Wert von einer Anzahl von Faktoren abhängt, wie beispielsweise der Materialzusammen setzung, dem optischen Füllfaktor, dem Dotierungspegel, etc. Die eigene physikalische Beschränkung hängt von der maximalen Ladungsträgerdichte ab, die in die aktive Schicht injiziert werden kann. Normalerweise ist es erstrebenswert, einen Ab stimmbereich zu haben, der so groß wie möglich ist, und zwar insbesondere größer als 5 bis 15 nm, da dann unter anderem mehr Kanäle in dem System benutzt werden können. In Telekommu nikationssystemen wird oft ein Abstimmbereich von etwa 20 bis 30 nm angestrebt, der insbesondere dem Wellenlängenfenster entspricht, in dem optische Verstärker, insbesondere sogenannte Erbium-dotierte Faserverstärker oder Halbleiter- Laserverstärker leicht verwendet werden können.

In der EP-A-0 391 334 ist ein abstimmbares Halbleiter- Laserelement beschrieben, wobei der sogenannte Stark-Effekt benutzt wird. Bei dieser Anwendung wird ein Abnehmen der Ver luste erreicht, während kein bemerkenswertes Anwachsen des Abstimmbereichs erhalten wird.

Die EP-A-0 397 045 beschreibt einen Halbleiterlaser, der Licht in einem größeren Wellenlängenbereich emittieren kann. Ein Liniengitter wird benutzt, das wenigstens aus zwei unter schiedlichen Untergittern besteht. Diese Untergitter sind je doch durch doppeltes Belichten auf demselben Wellenleiterab schnitt übereinander gelagert. Die Erfindung, die in dem Doku ment offenbart ist, betrifft einen Laser und nicht ein separa tes optisches Filter. Weiterhin bietet diese Vorrichtung kein zufriedenstellendes Erhöhen des Abstimmbereichs.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine abstimm bare optische Filtervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1 mit einem Abstimmbereich zu schaffen, der so groß wie möglich ist. Insbesondere soll der Abstimmbereich für eine vorgegebene Kombination von Wellenleiter- und Materialpara metern bemerkenswert größer als für herkömmliche auf Gittern basierenden Filtern sein. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die leicht herzustel len ist und die nicht teuer ist, oder aufgrund einer hohen Komplexität oder ähnlichem schwierig herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine sogenannte Gesamt- Abstimmbarkeit zu erhalten, was bedeutet, daß alle Wellenlän gen innerhalb des betrachteten Wellenlängenbereichs ausgewählt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einer geringen und gut steuerbaren Filterband breite, einer geringen Durchgangsdämpfung und einem geringen Übersprechen zwischen verschiedenen Kanälen zu schaffen.

Weiterhin sollte es möglich sein, die Vorrichtung aus demsel ben Material wie beispielsweise Laser, Detektoren, optische Schaltmatrizen oder Modulatoren herstellen zu können. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Filter zu schaffen, das selbst ein Bauelement bildet. Gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem oder mehreren anderen Bauelement(en) integriert sein.

Eine Vorrichtung, durch die diese wie auch andere Aufgaben erreicht werden, ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gegeben. Weiter Ausführungsbeispiele sind durch die Merkmale der Unteransprüche gegeben.

Die Erfindung wird im folgenden weiterhin unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsseiten auf eine darstellende und keineswegs beschränkende Weise beschrieben, wobei

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Filters zeigt, das aus zwei Gitterabschnitten besteht,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungs beispiels eines Filters gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 3a informationsführende Kanäle in einem Wellenlängenbe reich schematisch darstellt,

Fig. 3b schematisch darstellt, wie die Wellenlängen der Fig. 3a durch jeden der zwei Abschnitte abgedeckt sind,

Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch darstellt, die aus einem Verstärkungsabschnitt besteht,

Fig. 5 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, die als Richtkoppler mit Gitter ausgebildet ist.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine akti ve Schicht 5, insbesondere aus Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid (InGaAsP), das intrinsisch und nicht dotiert ist, und somit Änderungen der Brechzahl verursacht, auf einem Substrat 3 aus beispielsweise Indiumphosphid (InP) angeordnet, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel n-dotiert, n⁺, ist und eine Dicke von etwa 500 µm hat. Diese aktive Schicht 5 ist insbesondere auf dem Substrat 1 aufgewachsen, wie möglicherweise auch eine Pufferschicht aus demselben Materials wie das Substrat 3, das auf dem Substrat 1 zum Ermöglichen des Aufwachsens angeordnet ist. Das Aufwachsen wird durch Epitaxie erreicht und die Größe der möglicherweise vorhandenen Pufferschicht 4 kann etwa 1 µm erreichen. Auf der aktiven Schicht 5 ist eine Schicht 6 an geordnet, die vorzugsweise aus InGaAsP besteht, das jedoch eine Zusammensetzung hat, die etwas unterschiedlich von jener der aktiven Schicht 5 ist; beispielsweise kann sie eine größe re Bandlücke und eine andere Brechzahl besitzen. Auf dieser Wellenleiterschicht 6 sind ein erstes Gitter 1a und ein zwei tes Gitter 2a mit unterschiedlichen Gitterperioden Λ₁ bzw. Λ₂ geätzt, die einen ersten 1 und einen zweiten Gitterabschnitt 2 bilden. Auf dem ersten bzw. dem zweiten Gitter ist eine Schicht 7 angeordnet, die beispielsweise aus reinem Indium phosphid InP besteht. Das erste Gitter 1a bzw. das zweite Git ter 2a bilden eine Grenzfläche zwischen der Wellenleiter schicht 6 und der Schicht 7. Strominjektionselektroden 11 bzw. 12 sind auf der Schicht 7 bzw. dem Substrat 3 angeordnet. In der Figur stellt I₁ den Strom dar, der zu dem ersten Gitterab schnitt 1 injiziert wird, wohingegen I₂ den Strom darstellt, der zu dem Gitterabschnitt 2 injiziert wird. P_in stellt zu der Vorrichtung einfallendes Licht dar, wohingegen P_out herauskom mendes Licht darstellt.

Somit stellt Fig. 1 zwei Gitterabschnitte 1 und 2 dar, die voneinander elektrisch isoliert sind, wobei der erste Ab schnitt 1 eine Gitterperiode Λ₁ besitzt, die länger als die Gitterperiode Λ₂ des zweiten Gitterabschnitts 2 ist. Die un terschiedlichen Gitterabschnitte können beispielsweise durch Elektronenstrahllithographie erhalten werden, wodurch Gitter mit einer optionalen und variablen Periode hergestellt werden können. Die elektrische Isolierung kann durch eine Kombination von Ätzen und Implantation von beispielsweise Protonen oder Heliumionen erreicht werden. Die Gitterabschnitte 1 und 2 be sitzen jeweils einen Abstimmbereich (Δλ₀)_max, der beispielsweise etwa 10 nm sein kann, wobei sich die zwei Abstimmbereiche et was überlappen; prinzipiell ist es ausreichend, daß sie einan der kontaktieren, aber aus praktischen Gründen ist es erstre benswert, einen gewissen Überschuß in der Form einer Überlap pung zu haben.

Im folgenden wird auf eine vereinfachte Art beschrieben, wie die Vorrichtung benutzt werden kann. Von dem tatsächlichen Wellenlängenbereich, d. h. dem Bereich, in dem die unterschied lichen Kanäle angeordnet sind, wird angenommen, daß er von λ_L bis λ_H geht, wie es in Fig. 3a schematisch dargestellt ist. Die zwei Gitterperioden Λ₁ und Λ₂ werden, wie es in Fig. 3b darge stellt ist, nun derart ausgewählt, daß der Abschnitt 1 über die obere Hälfte des Intervalls abstimmbar ist, während der Abschnitt 2 an der unteren Hälfte des Intervalls abstimmbar ist. Die Gitterperiode Λ₁ des Abschnitts 1 wird ausreichend groß gewählt, so daß der Abschnitt vollständig durchlässig ist, wenn der Strom durch den Abschnitt 1 Null ist, was für alle Wellenlängen in dem Intervall [λ_L, λ_H] gültig sein sollte. Daher wird, wenn ein Kanal mit einer Wellenlänge, die in die untere Hälfte des Intervalls fällt, herauszufiltern ist, kein Strom in den Abschnitt 1 injiziert, so daß der erste Abschnitt 1 in einer Position A in Fig. 3b "geparkt" werden wird. Danach wird der Strom I₂ durch den Abschnitt 2 derart gewählt, daß der gewünschte Kanal, beispielsweise B, herausgefiltert wird. Wenn andererseits ein Kanal C in der oberen Hälfte des Intervalls herauszufiltern ist, wird ein geeigneter Strom I₁ in den Ab schnitt 1 injiziert. Zur gleichen Zeit wird der Strom durch den Abschnitt 2 ausreichend groß gewählt, so daß die Resonan zwellenlänge des Gitters zur Position D versetzt wird, d. h. zu einer Wellenlänge, die kürzer als irgendeine der Wellenlängen ist, die den Kanälen in dem Intervall [λ_L, λ_H] entspricht. Somit wird es klar, daß es im allgemeinen nicht möglich ist, den gesamten Abstimmbereich zu verdoppeln, und zwar hauptsächlich aus zwei Gründen. Als erstes ist eine gewisse Überlappung zwischen den Gitterfiltern 1, 2 aus praktischen Gründen zweck mäßig. Ein derartiges Überlappen kann beispielsweise etwa 1 nm erreichen. Weiterhin muß ein Teil des zugreifbaren Abstimmbe reichs jedes Gitterabschnitts oder der Gitterfilter 1, 2 zum "Parken" des jeweiligen Gitters außerhalb des Intervalls [λ_L, λ_H] benutzt werden. Die interne Abfolge der zwei Abschnitte 1, 2 ist wichtig. Wenn ein Strom in den Wellenleiter zum Än dern der Brechzahl injiziert wird, wird ein bestimmtes Anwach sen der Absorption erhalten, d. h. die Verluste werden gleich zeitig größer. Somit ist es wesentlich, daß der Abschnitt 1 eine Gitterperiode Λ₁besitzt, die länger als die Gitterperiode Λ₂ des Abschnitts 2 ist, so daß der Abschnitt 1 in seiner Ru heposition, der Position A, ohne irgendeine Strominjektion "geparkt" werden kann, d. h. ohne daß der Wellenlängenkanal, der durch den Abschnitt 2 herausgefiltert wird, bei seinem doppelten Durchgang durch den Abschnitt 1 irgendwelche Verlu ste erleidet. Weiterhin wird, wenn beide Abschnitte 1, 2 in ihren jeweiligen Endpositionen (in der Fig. 2b entsprechend A bzw. D) "geparkt" sind, die gesamte Vorrichtung für alle Wel lenlängen in dem Intervall [λ_L, λ_H] durchlässig. Mit der Vor richtung ist es beispielsweise möglich, entweder einen aus allen Kanälen herauszufiltern oder alle Kanäle unverändert durch die Vorrichtung durchzulassen.

Im folgenden sind mögliche Wellenlängenwerte, etc. angegeben, um darzustellen, um wieviel der Abstimmbereich eines optischen Filters dadurch größer werden würde, daß er in zwei Gitterab schnitte 1, 2 aufgeteilt wird, verglichen mit einem ungeteil ten optischen Filter. Bei dem beschriebenen Ausführungsbei spiel wird angenommen, daß die Lichtsignale um eine Wellenlän ge von 1550 nm zentriert sind. Weiterhin ist angenommen, daß das Wellenleitermaterial 6 aus 300 nm undotiertem InGaAsP (Gitter ist angepaßt an InP) besteht, und eine Lumineszenzwel lenlänge von 1400 nm hat, während die Filterabschnitte 1, 2 jeweils durch einen Gitter-Kopplungskoeffizienten von 15 cm^-1 charakterisiert sind. In diesem Fall ist der Abstimmbereich eines Gitterabschnitts 1 bzw. 2 etwa 10 nm, während der klein ste mögliche Abstand zwischen unterschiedlichen Kanälen etwa 1 nm ist, und zwar unter der Annahme, daß das Übersprechen ge ringer als -10 dB ist. Bei der Vorrichtung gemäß der Erfin dung hat sich die Anzahl von zugreifbaren Kanälen von 10, was einem einzelnen Abschnitt entspricht, auf 17 erhöht, was den zwei Abschnitten 1, 2 entspricht. Folglich wächst der gesamte Abstimmbereich in Abhängigkeit von der exakten Form der Vor richtung, insbesondere der Linienbreite des Filters und der Anzahl von Kanälen in dem gewünschten Wellenlängenintervall um etwa 60-80% an, im Vergleich zu dem Fall mit nur einem ho mogenen Gitterabschnitt.

Durch die Erfindung kann man auf alle Wellenlängen in dem In tervall [λ_L, λ_H] zugreifen.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung 20 dargestellt, die der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 10 ähnlich ist und aus einem optischen Monomode-Wellenleiter besteht, der auf einem Halbleitersub strat mit zwei separaten elektrisch isolierten Gitterabschnit ten 1′, 2′ hergestellt ist. Auf einem dicken Substrat 3′, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus n-dotiertem Indium phosphid (n⁺-InP) mit einer Pufferschicht 4′ aus demselben Ma terial wie das Substrat 3′ besteht, ist beispielsweise mittels MBE (Molekularstrahlepitaxie) oder MOVPE (metallorganische Aufdampfphasenepitaxie) eine aktive Schicht 5′ aus undotiertem Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid (i-InGaAsP) aufgewachsen, wel che Schicht somit die Änderung der Brechzahl verursacht, und eine Schicht aus p-dotiertem Indiumphosphid (p⁺-InP), in der das Gitter mit der Hilfe von Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid ausgebildet ist, das in der Indiumphosphid-Schicht 6′ derart angeordnet ist, daß eine Gitterperiode Λ₁ in dem Abschnitt 1 erhalten wird, während eine weitere und kleinere Gitterperiode Λ₂ in dem Abschnitt 2 erhalten wird. Bei dem Übergang zwischen den zwei Abschnitten 1, 2 ist das Material teilweise mit der Hilfe von beispielsweise Protonenbeschuß oder ähnlichem amor phorisiert, was einen hohen elektrischen Widerstand ergibt, der der Zone entspricht, die in Fig. 2 durch das Bezugszeichen 15 angezeigt ist. Darauf sind zwei Elektroden 11′, 11′ zur Injektion eines Stroms I₁, I₂ dargestellt, die jedem Abschnitt 1, 2 entsprechen, während an dem Boden eine Metallelektrode 12′ angeordnet ist.

Im allgemeinen ist die Vorrichtung für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wie auch für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 in einer Form einer Doppelheterostruktur in einem Halbleiter (z. B. dem GaAs/AlGaAs-System oder dem InGaAsP/InP-System) her gestellt, wobei die Gitter beispielsweise durch Elektronenstrahl-Lithographie oder irgendeine andere ähnliche lithographische Technologie, der ein Ätzen folgt, bestimmt werden können.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 30 in Verbindung mit einem opti schen Verstärker in der Form eines zusätzlichen Wellenlei terabschnitts 16 ohne Gitter und mit einer kleineren Bandlücke als die abstimmbaren Gitterabschnitte 1, 2, die monolithisch integriert sein können. Diese (Verstärker) wird mit einer Vor wärtsspannung betrieben und mit einer ausreichenden Stromin jektion I_g, dem Verstärkungsstrom, wird eine stimulierte Ver stärkung erhalten. Verwendet man die Vorrichtung gemäß Fig. 4, kann sie bezüglich der Dämpfung und der Verluste beim Ein- und Auskoppeln von Licht zu/aus dem Bauelement abgeglichen werden, um ein Filter ohne Verluste zu erhalten. Das aktive Material oder die Schicht 17 in dem Verstärkungsabschnitt 16 hat eine Bandlücke, die kleiner als jene in der aktiven Schicht 5′ der Gitterabschnitte 1, 2 ist, die dem Filter entsprechen, so daß eine stimulierte Verstärkung bei der Signalwellenlänge erhal ten wird, wenn ein Strom injiziert wird. Zu dem Verstärkungs abschnitt 16 wird ein Strom I_g zu der Elektrode 18 injiziert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel könnte die Bandlücke E_g des aktiven Material in dem Verstärker etwa 0,8 eV erreichen, wäh rend die Bandlücke des aktiven Materials des Filters 20 etwa E_g=1,0 eV erreichen könnte. Der Verstärkungsabschnitt besteht aus einer Anti-Reflexionsschicht oder einem Überzug 19.

Gemäß einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel besteht die Erfindung aus einem gitterunterstützenden Richtkoppler 40 bzw. Richtkoppler 40 mit Gitter. Mit einem derartigen Koppler ist es möglich, einfallende von reflektierten Signalen durch Verwendung zweier gekoppelter Wellenleiter 21, 22 zu trennen. Die zwei Wellenleiter 21, 22 können parallel sein, wobei der zweite Wellenleiter 22 eine Dispersionscharakteristik besitzt, die unterschiedlich von jener des ersten Wellenleiters 21 ist, und beispielsweise lateral oder höhenmäßig von dem ersten Wel lenleiter getrennt ist.

In Fig. 5 sind zwei parallel gekoppelte Wellenleiter schema tisch dargestellt, und zwar einer für einfallendes Licht und der andere für reflektiertes Licht, die im wesentlichen paral lel angeordnet sind. Die Dicke (W_a) und die Materialzusammen setzung des zweiten Wellenleiters 22 sind etwas unterschied lich von dem ersten Wellenleiter 21 (W_b), so daß diese Disper sionscharakteristiken besitzen, die sich voneinander unter scheiden. Die Gitterperiode ist derart gewählt, daß eine Re flexion in der Rückwärtsrichtung von dem Wellenleiter 21 zu dem Wellenleiter 22 erhalten wird. In der Fig. sind die Ab schnitte, die den unterschiedlichen Gitterkonstanten entspre chen, schematisch dargestellt und sind mit Λ₁ und Λ₂ bezeichnet. Der Abstand d zwischen den Wellenleitern kann bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 0,5-5 µm und vorzugs weise 0,2-2 µm betragen.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es statt des sen möglich, eine Brechzahländerung in der Form eines Erhöhens durch Anlegen einer Rückspannung zu erzeugen, z. B. über die sogenannte Stark-Verschiebung in Potentialtopf- bzw. QW- (=quantum well)- bzw. Quantenmulden-Strukturen. Auf diese Wei se wird die Brechzahl somit in einer positiven Weise mit an wachsender Rückwärtsspannung geändert, genauso wie die Absorp tion mit anwachsender Rückwärtsspannung anwächst. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die innere Folge der zwei Abschnitte umgekehrt, so daß Λ₁ kleiner als Λ₂ ist, um eine Minimierung der Absorptionsverluste zu erreichen. Dies bedeutet folglich, daß man den Abschnitt 1 in der kurzwelligen Endposition "par ken" kann, entsprechend der Nullspannung an der Zuführelektro de des Abschnitts und somit unbedeutenden Verlusten für die Signalwellenlängen, die durch den ersten Abschnitt laufen, um durch den zweiten Abschnitt reflektiert zu werden.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausfüh rungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutz umfangs der Ansprüche frei abgeändert werden. Somit können beispielsweise unterschiedliche Materialien oder Material systeme benutzt werden, unterschiedliche Abschnitte können hinzugefügt werden, etc., und auch das Prinzip und die Art, auf die ein Gitter erhalten wird, können unterschiedlich sein. Unterschiedliche Kombinationen mit weiteren Bauelementen ver schiedener Arten etc. sind auch möglich.

Claims

1. Abstimmbare optische Filtervorrichtung mit einem wellen längenselektiven optischen Filter, das aus einer Gitter struktur besteht, die in einer Wellenleiterstruktur an geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur aus zwei steuerbaren Gitterab schnitten (1, 2) besteht, die voneinander elektrisch iso liert sind, und daß die Gitterabschnitte (1, 2) unter schiedliche Gitterperioden (Λ₁, Λ₂) besitzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterstruktur aus einem Monomode-Wellenleiter besteht, der in einem Halbleitersubstrat hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß an jedem Abschnitt (1, 2) Ein richtungen zum Ändern der Brechzahl des entsprechenden Gitterabschnitts (1, 2) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Ändern der Brechzahl Einrichtungen zum Injizieren von Strom (I₁, I₂) zu jedem der jeweiligen Abschnitte sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gitterabschnitte (1, 2) aufeinander folgend in der Ausbreitungsrichtung angeordnet sind, und daß jedem Gitterabschnitt (1, 2) ein Abstimmbereich (Δλ_L, Δλ_H) entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmbereiche (Δλ_L, Δλ_H), die den jeweiligen Gitterabschnitten (1, 2) entsprechen, etwas überlappen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung etwa 1 nm beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Gitterperiode (Λ₁) des ersten Gitterabschnitts (1) in der Ausbreitungsrichtung länger als die Gitterperiode (Λ₂) des zweiten Gitterabschnitts (2) ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Gitterab schnitte (1, 2) derart angeordnet sind, daß Verluste aufgrund induzierter Absorption minimiert werden, wenn ein Gitterabschnitt (2) in Folge mit einem anderen Gitterab schnitt (1) benutzt wird, um einen gewünschten Kanal oder eine Wellenlänge herauszufiltern.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die niedrigsten und höchsten Wellenlängen, die jeweils dem gesamten Abstimmbereich der Vorrichtung entsprechen, kleiner bzw. größer als (λ_L) bzw. (λ_H) sind, so daß das Intervall [λ_L-λ_H] völlig abgedeckt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die aktive Schicht aus Quantenmulden anstelle von Substratmaterial besteht, und daß eine Ände rung der Brechzahl in den jeweiligen Gitterabschnitten (1, 2) durch Anlegen einer Rückwärtsspannung erreicht wird, so daß die Brechzahl erhöht wird.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß parallel zu einem ersten Wel lenleiter (21), der in der Wellenleiterstruktur enthalten ist, ein zweiter paralleler Wellenleiter (22) angeordnet ist, dessen Dispersionscharakteristik unterschiedlich von jener des ersten Wellenleiters (21) ist, und der höhenmä ßig oder lateral von dem ersten Wellenleiter (21) um einen Abstand (d) getrennt ist, um einen Richtkoppler (40) mit Gitter zu bilden.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß sie einen weiteren Wellen leiterabschnitt (16) besitzt, der einen Verstärkungsab schnitt (16) bildet, wobei die Vorrichtung (30) somit eine Vorrichtung (30) für eine stimulierte Verstärkung bildet.