DE2828802A1

DE2828802A1 - Koppelelement zum verkoppeln zweier wellenleiter miteinander

Info

Publication number: DE2828802A1
Application number: DE19782828802
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Phys Dr Rer Mahlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1980-01-10
Also published as: US4278322A; JPS559599A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA _

78 P 70 5 9 BRD

Koppelelement zum Verkoppeln zweier Wellenleiter miteinander^

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf ein Koppelelement zum Verkoppeln zweier optischer Wellenleiter miteinander, insbesondere zum Verkoppeln eines Schichtleiters mit einem Streifenleiter.

Zur Herstellung eines Lasersenders für die optische Nachrichtentechnik, der aus einem Wellenleiterlaser, beispielsweise mit einer stöchiometrischen Neodym-Verbindung gebildet, und einem nachfolgenden Wellenleitermodulator aus elektrooptischen! Material, beispielsweise Lithiumniobat besteht, ist es notwendig, die Wellenleiter der beiden Bauteile verlustarm miteinander zu koppeln. Die wesentlichen Probleme, die eine solche Koppelanordnung lösen muß, sind die Querschnittsanpas sung, beispielsweise die Anpassung eines

2 Querschnitts von etwa 100 χ 30/um beim Laser an einen

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Querschnitt von etwa 4 χ 3 /um beim Wellenleitermodulator, und die Phasenanpassung, beispielsweise die An-Ed 1 Sti/26.6.78

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passung eines Brechungsindex von etwa 1,6 beim Laser an den Brechungsindex von etwa 2,2 "beim Wellenleitermodulator.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verlustarmes Koppelelement der eingangs genannten Art anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Kombination eines den Strahlquerschnitt des einfallenden Lichtes verengenden teleskopischen Systems mit einem neben der Lichtaustrittsseite des teleskopischen Systems angeordneten, vom System weg sich verjüngenden optischen Wellenleiter gelöst.

Das teleskopische System ist vorzugsweise mit zwei koaxialen Gradientenlinsen unterschiedlicher Brennweiten gebildet.

Das teleskopische System kann auch vorteilhaft mit einer konischen Gradientenlinse gebildet sein. Bei geeigneter Dimensionierung der konischen Gradientenlinse ist es sogar möglich, daß das teleskopische System nur mit einer konischen. Gradientenlinse gebildet ist. In einem solchen Fall kann das teleskopische System aus einem Stück gefertigt sein.

Beim Vorhandensein mehrerer Gradientenlinsen oder konischer Gradientenlinsen sind diese zweckmäßigerweise miteinander verkittet.
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Vorzugsweise ist der sich verjüngende Wellenleiter von der gleichen Art wie der daran anzukoppelnde und davon wegführende Wellenleiter.

Das vorgeschlagene Koppelelement kann in kompakter Bau-

• H-

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weise realisiert werden, ist "besonders verlustarm und läßt sich sehr einfach herstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Figur zeigt in perspektivischer Darstellung den Aufbau eines Lasersenders für die optische Nachrichtentechnik mit einem Wellenleiterlaser, welcher über ein vorgeschlagenes Koppelelement an einen nachfolgenden Wellenleitermodulator gekoppelt ist.

In der Figur ist mit 1 ein Substrat aus elektrooptischem Material, beispielsweise Lithiumniobat,bezeichnet. Dieses Substrat weist drei Stufen auf, welche beispielsweise durch Ätzen herstellbar sind. Auf der untersten Stufe ist ein Lasersubstrat 3 mittels eines Kittes 2 befestigt. Die laseraktive Schicht des Lasers ist mit 5 bezeichnet und seine Laserspiegel mit 4 und 7. Auf der Oberfläche des Lasers sind Lumineszenzdioden 61, 62, 63 und 64 angeordnet, welche das Pumplicht liefern. Als Beispiel für einen solchen Laser kann ein Neodymlaser vorgestellt werden.

Die laseraktive Schicht 5 des Lasers 3 bildet den einen der beiden zu verkoppelnden Wellenleiter und stellt im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Schichtleiter dar.

Auf der zweiten Stufe des Substrats 1 ist ein teleskopisches System 8 mittels eines Kittes 83 befestigt. Dieses teleskopische System besteht aus zwei koaxialen,zylinderisch geformten Gradientenlinsen. Die Gradientenlinse 81 weiche mit einer ihrer Stirnflächen an den Laser stößt, besitzt eine größere Brennweite als die Gradientenlinse 82, welche mit einer ihrer beiden Stirnflächen an die

andere Stirnfläche der einen Gradientenlinse 81 stößt. Die beiden besagten Stufen des Substrats, der Laser und das teleskopische System sind so bemessen, daß die Zylinderachse des teleskopischen Systems 8 in Höhe der laseraktiven Schicht liegt.

Die dritte Stufe des Substrats 1 trägt den vom teleskopischen System weg sich verjüngenden Wellenleiter 9 und den daran angekoppelten wegführenden Wellenleiter 10. Die beiden Wellenleiter 9 und 10 sind als Streifenleiter ausgebildet. Sie liegen auf der gleichen Höhe wie der Schichtleiter 5 des Lasers 3. Der Wellenleiter 9 ist als Breitentaper ausgebildet und dient zur Breitenanpassung an den wegführenden Wellenleiter 10. Die Dicke der Wellenleiter 9 und 10 ist gleich groß gewählt. Die Berandung des Wellenleiters könnte gerade sein, jedoch treten dann Knicke beim Übergang zum Wellenleiter 10 auf. Für die Lichtübertragung ist jedoch ein glatter bzw. allmählicher Übergang vorzuziehen. Eine exponentielle Verjüngung oder eine Verjüngung mit parabelförmigem Randverlauf ist besser geeignet, als ein Übergang mit Knicken am Anfang und am Ende der geraden Berandung.

Die Herstellung des sich verjüngenden Wellenleiters kann so erfolgen, wie die Herstellung des weiterführenden Wellenleiters 10, nämlich mittels Masken, welche bis auf den Bereich, in welchem der Wellenleiter entstehen soll, alle Teile des betreffenden Substrats abdecken. Im angegebenen Ausführungsbeispiel ist das Substrat 1 ein elektrooptisches Material und es kann daher der Wellenleiter in einem Diffusionsschritt unmittelbar unter der Substratoberfläche, genauer unter der dritten Stufe, hergestellt werden.

Das im Ausführungsbeispiel gezeigte Koppelelement ist insbesondere für die Kopplung eines Schichtleiters an

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einen Streifenleiter besonders geeignet. Der Querschnitt des Schichtleiters ist in der Regel eine Größenordnung größer als der Querschnitt des Streifenleiters, aber in etwa von derselben Form.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können auch Wellenleiter unterschiedlicher Querschnittsformen miteinander gekoppelt werden. Zur Anpassung der einen Querschnittsform an die andere, beispielsweise eines kreisförmigen Querschnitts an einen rechteckförmigen Querschnitt können allgemeinere Formen für den sich verjüngenden Wellenleiter 9 verwendet werden. Denkbar ist beispielsweise ein Tiefentaper, also ein im Ausführungsbeispiel in vertikaler Richtung sich verjüngender Wellenleiter oder ein kombinierter Tiefen- und Breitentaper. Mit einem solchen kombinierten Taper kann sowohl eine Breiten- als auch eine Tiefenanpassung erreicht werden.

Im Ausführungsbeispiel ist das teleskopische System aus zwei koaxialen zylinderischen Gradientenlinsen unterschiedlicher Brennweiten hergestellt. Solchen Gradientenlinsen können Brennweiten, Hauptebenen, usw. kurz die Bestimmungstücke der Gausschen Optik zugeordnet werden und Systeme aus solchen Gradientenlinsen können nach den Regeln der Gausschen Optik berechnet werden. Das teleskopische System der vorliegenden Erfindung hat die Aufgabe, eine erste Verkleinerung des Strahlquer-Schnitts des einfallenden Lichtes herzustellen und der angekoppelte Taper verkleinert den verkleinerten Strahlquerschnitt noch einmal und paßt ihn dem abgehenden Wellenleiter an.

Ein solches teleskopisches System muß nicht notwendig

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aus zwei Gradientenlinsen gebildet sein, sondern kann beispielsweise auch aus einer einzigen konischen Gradientenlinse bestehen. Alle Gradientenlinsen oder Linsensysteme, welche den Durchmesser eines einfallenden Lichtstrahls wenigstens in einer Richtung verkleinern, sind geeignet. Beispielsweise muß der radiale Brechungsindexverlauf in der Gradientenlinse nicht notwendig rotationssymmetrisch sein.

Aus dem Vorstehenden geht deutlich hervor, daß durch die erfindungsgemäße Kombination für ein Koppelelement ein höchst flexibles und anpassungsfähiges Koppelelement geschaffen ist, welches zudem höchst einfach in einer kompakten Bauweise herstellbar ist.

1 Figur

5 Patentansprüche

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Koppelelement zum Verkoppeln zweier optischer Wellenleiter miteinander, insbesondere zum Verkoppeln eines Schichtleiters mit einem Streifenleiter, gekennzeichnet durch die Kombination eines, den Strahlquerschnitt des einfallenden Lichtes verengenden teleskopischen Systems (8) mit einem neben der Lichtaustrittsseite des teleskopischen Systems (S) angeordneten, vom System weg sich verjüngenden optischen Wellenleiter (9).
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2. Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das teleskopische System mit zwei koaxialen Gradientenlinsen (81, 82) unterschiedlicher Brennweiten gebildet ist.

3. Koppelelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das teleskopische System mit einer konischen Gradientenlinse gebildet ist.

4·· Koppelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Gradientenlinsen miteinander verkittet sind.

5. Koppelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende Wellenleiter (9) von der gleichen Art wie der daran anzukoppelnde und davon wegführende Wellenleiter ist.