DE3932369A1 - Optical waveguide device for integrated optics - has strip waveguides at 90 degrees to one another on either side of mirrored bend - Google Patents
Optical waveguide device for integrated optics - has strip waveguides at 90 degrees to one another on either side of mirrored bendInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtwellenleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an optical waveguide arrangement according to the preamble of claim 1.
Ein wesentliches Anwendungsgebiet der Erfindung sind opti sche Verbindungen von integrierten elektronischen Halblei terschaltungen (VLSI Chips) in einer Schaltungsanordnung mit mehreren getrennten solchen Schaltungen. Dabei erfolgt eine Datenübertragung zwischen den Chips (zum Beispiel Prozessorschips, Memorychips) nicht ausschließlich über elektrische Leitungen, sondern zumindest teilweise auch über optische Verbindungen. Eine derartige optische Ver bindung besteht beispielsweise aus einem Halbleiterlaser, der das elektrische Signal eines Chips in ein optisches Signal wandelt, aus einem Lichtwel lenleiter, in den das Lichtsignal eingespeist und zum emp fangenden Chip geführt wird, und aus einer Photodiode, die das ankommende optische Signal wieder in ein elektrisches Signal wandelt und an den empfangenden Chip gibt. Komplexe Schaltungsanordnungen mit vielen Chips benötigen eine große Anzahl von optischen Verbindungen. Dafür ist es vor teilhaft, statt einzelner Laserdioden Laserdiodenarrays und statt einzelner Photodioden Photodiodenarrays zu ver wenden. Um eine möglichst dichte Packung von optischen Verbindungsleitungen zu erhalten, ist die Verwendung von Lichtwellenleitern, vorzugsweise Streifenwellenleitern in integrierter Optik vorteilhaft. Optische Verbindungen ha ben gegenüber elektrischen Verbindungen eine Reihe von Vorteilen, vor allem bei hohen Übertragungsfrequenzen. Ein prinzipieller Vorteil besteht darin, daß Photonen im Ge gensatz zu Elektronen nicht wechselwirken. Im Gegensatz zu elektronischen Verbindungen ist es daher bei optischen Verbindungen prinzipiell möglich, daß sich die Datenströme in einer Ebene ohne Verluste und ohne Übersprechen kreu zen.An essential area of application of the invention is opti connections of integrated electronic semiconductors circuits (VLSI chips) in a circuit arrangement with several separate such circuits. This is done data transfer between the chips (for example Processor chips, memory chips) not exclusively via electrical lines, but at least partially via optical connections. Such an optical ver binding consists for example of a semiconductor laser, which is the electrical signal of a Converts chips into an optical signal from a world of light conductor into which the light signal is fed and to the emp catching chip, and from a photodiode that the incoming optical signal back into an electrical one Signal converts and gives it to the receiving chip. Complexes Circuit arrangements with many chips require one large number of optical connections. That's what it's for partial, instead of individual laser diodes laser diode arrays and instead of individual photodiodes, ver turn. To get the closest possible pack of optical Obtaining connecting lines is the use of Optical waveguides, preferably strip waveguides in integrated optics advantageous. Optical connections ha a number of electrical connections Advantages, especially at high transmission frequencies. A principle advantage is that photons in Ge Do not interact with electrons. In contrast to electronic connections it is therefore in optical Connections in principle possible that the data streams cross in a plane without losses and without crosstalk Zen.
Für komplexe Schaltungsanordnungen mit einer großen Anzahl optischer Verbindungen sind ausschließlich geradlinig ver laufende Wellenleiter nicht ausreichend, die Richtung der Wellenleiter muß geändert werden können. Richtungsänderun gen können im Prinzip durch Krümmungen mit definiertem Krümmungsradius erreicht werden. Aus der Optik der Glasfa ser-Lichtwellenleiter ist bekannt, daß für die oben ange gebenen Daten der Wellenleiter Radien von 10 bis 20 mm er forderlich sind, um Verluste von nur wenigen Zehntel dB zu erhalten (siehe z. B. S.E. Miller, A.G. Chynoweth, "Optical fiber telecommunications", Academic Press, New York 1979). Derartig große Radien sind jedoch wenig vorteilhaft, da Richtungsänderungen dann einen zu großen Flächenbedarf aufweisen. Wesentlich vorteilhafter sind abrupte Rich tungsänderungen über geknickte Lichtwege in Lichtleitern mit Spiegelflächen, wie sie zum Beispiel in der Publika tion: C.T. Sullivan, "Optical waveguide circuits for prin ted wire-board interconnections", SPIE Vol. 994, 92-100 (1988), beschrieben sind.For complex circuit arrangements with a large number optical connections are only straightforward running waveguide not sufficient the direction of the It must be possible to change the waveguide. Change of direction can in principle be defined by curvatures with a defined Radius of curvature can be reached. From the optics of the glass fa water-optical waveguide is known for the above given data of the waveguide radii from 10 to 20 mm are required to reduce losses by just a few tenths of a dB (see, e.g., S.E. Miller, A.G. Chynoweth, "Optical fiber telecommunications ", Academic Press, New York 1979). Such large radii are not very advantageous, however Changes in direction then require too much space exhibit. Abrupt riches are much more advantageous changes in direction via kinked light paths in light guides with mirror surfaces, such as those in the audience tion: C.T. Sullivan, "Optical waveguide circuits for principle ted wire-board interconnections ", SPIE Vol. 994, 92-100 (1988).
Bei einer solchen bekannten Anordnung können in Verbindung mit der abrupten Richtungsänderung des Lichtweges aber im Knickbereich Verluste dadurch auftreten, daß ein Teil des Lichts aus dem Lichtwellenleiter austritt. Quantitativ sind diese Verluste gleich den Verlusten von zwei axial optimal ausgerichteten Glasfaser-Lichtwellenleitern mit einem Spalt zwischen den Stirnflächen. Aus der Publika tion: T. C. Chu and A. R. McCormick, "Measurements of loss due to offset, end separation, and angular misalignment in graded index fibers excited by an incoherent source", ver offentlicht in Bell System Technical Journal Vol. 57, 1978, p.595-602 können die zu erwartenden Verluste entnom men werden. Die Verluste sind abhängig vom Brechzahlprofil und der numerischen Apertur des Lichtwellenleiters und liegen typischerweise im Bereich von 0,2 dB bis 0,4 dB (5% bis 10%). Bei Schaltungsanordnungen mit einer Mehrzahl von Chips und Verbindungs-Lichtwellenleitern ist jedoch von wesentlicher Bedeutung, die Verluste möglichst niedrig zu halten. Da die optischen Verluste durch eine Erhöhung der elektrischen Treiberleistung kompensiert werden müssen und im allgemeinen mit einer Mehrzahl von Richtungsänderungen zu rechnen ist, sind möglichst ver lustarme Richtungsänderungen essentiell.With such a known arrangement can be in connection with the abrupt change in direction of the light path but in Buckling range losses occur because part of the Light emerges from the optical fiber. Quantitatively these losses are equal to the losses of two axially optimally aligned fiber optic cables a gap between the end faces. From the audience tion: T.C. Chu and A.R. McCormick, "Measurements of loss due to offset, end separation, and angular misalignment in graded index fibers excited by an incoherent source ", ver published in Bell System Technical Journal Vol. 57, 1978, p.595-602, the expected losses can be found men. The losses depend on the refractive index profile and the numerical aperture of the optical waveguide and are typically in the range of 0.2 dB to 0.4 dB (5% until 10%). In circuit arrangements with a plurality of chips and connecting optical fibers, however essential, the losses as low as possible to keep. Because the optical losses from an increase the electrical driver power must be compensated and generally with a plurality of Changes in direction are to be expected if possible Essential low-lust changes of direction.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, eine Lichtwellenleiteranordnung der in Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art anzugeben, bei welcher die Verluste im Knickbereich des Lichtweges deutlich ver ringert sind.The present invention is therefore based on the object reasons, an optical waveguide arrangement in the preamble of claim 1 specified type, in which the losses in the kink area of the light path are clearly ver are struggling.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in claim 1. The Un Claims include advantageous refinements and Developments of the invention.
Wesentlich bei der Erfindung ist, daß durch die Ausbildung des Knickbereichs als zwei sich kreuzende Wellenführungen in den Richtungen des zugeführten und des reflektierten Lichts auch im Knickbereich keine Strahlaufweitung, die bei herkömmlicher Ausbildung im wesentlichen die Verluste verursacht, auftritt.It is essential in the invention that through training of the kink area as two crossing wave guides in the directions of the fed and the reflected No beam expansion in the kink area, either with conventional training essentially the losses causes occurs.
Verluste treten im wesentlichen nur noch als Reflexions verluste an den jeweils quer verlaufenden Wellenführungen auf, die aber quantitativ vernachlässigbar sind.Losses essentially only occur as reflections losses on the transverse shaft guides that are quantitatively negligible.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch einge hend erläutert. Dabei zeigtThe invention is based on exemplary embodiments still play with reference to the pictures explained. It shows
Fig. 1 zwei Formen von Streifenwellenleitern in inte grierter Optik, Fig. 1 shows two types of channel waveguides in inte grated optics,
Fig. 2 eine herkömmliche Ausführung einer Streifenwellen leiter-Anordnung zur abrupten Richtungsänderung, Fig. 2 shows a conventional embodiment of a strip conductor arrangement for shafts abrupt change in direction,
Fig. 3 eine erste Ausführung der Erfindung, Fig. 3 shows a first embodiment of the invention,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 shows a further embodiment of the invention,
Fig. 5, 6 Anordnungen zur Querauskopplung von Licht aus einem Streifenwellenleiter durch abrupte Richtungsänderung. Fig. 5, 6, arrangements for cross-coupling light out of a strip waveguide by abrupt change in direction.
Die in Fig. 1(a) skizzierte Ausführung eines Lichtwellen leiters in integrierter Optik ist vom Typ eines vergrabe nen Wellenleiters (buried waveguide) und weist einen annä hernd runden Kern als Lichtwellenleiter L aus Material mit Brechungsindex n2 auf, der umgeben ist von Trägermaterial S mit niedrigerem Brechungsindex n1′ (n1<n2). Die Skizze in Fig. 1(b) zeigt als andere Ausführungsform einen balken förmigen Streifenwellenleiter, bei welchem die lichtlei tende Schicht L mit Brechungsindex n2 eingegrenzt ist von zwei Schichten D1, D2 mit niedrigerem Brechungsindex n′1 (n′1<n2) und seitlich umgeben von einem Medium mit Bre chungsindex n′′1<n2). Der aus D1, L und D2 aufgebaute Wel lenleiter-Balken ist fest mit einem Träger S verbunden.The one bury NEN waveguide (buried waveguide) and has a Annae hernd round core as an optical waveguide L of material having a refractive index in Fig. 1 (a) outlined embodiment of a light wave is guide in integrated optics of the type n 2 which is surrounded by support material S with a lower refractive index n 1 ′ (n 1 <n 2 ). The sketch in Fig. 1 (b) shows, as another embodiment, a bar-shaped strip waveguide, in which the light-conducting layer L with refractive index n 2 is delimited by two layers D 1 , D 2 with a lower refractive index n ' 1 (n' 1 < n 2 ) and laterally surrounded by a medium with refractive index n ′ ′ 1 <n 2 ). The constructed from D 1, L and D 2 Wel lenleiter-beam is firmly connected to a carrier S.
Die Herstellung von derartigen Wellenleitern kann bei spielsweise entweder durch Ionenaustausch in Glas, durch Abscheiden von dotierten SiO2-Schichten auf Si-Substrat mit Flammenhydrolyse oder durch Aufschleudern einer Poly imidschicht auf ein Glassubstrat erreicht werden. In allen Fällen kann die Strukturierung der Streifenwellenleiter photolithographisch erfolgen. Ein Vergraben kann beim Io nenaustausch durch einen zusätzlichen Austauschschritt und bei den anderen Verfahren durch Aufbringen weiterer Schichten erreicht werden. Beispielhafte Daten derartiger Streifenwellenleiter sind: Brechungsindexprofil stufenför mig, Kerndurchmesser 0.03 bis 0.05 mm, numerische Apertur NA = 0,2, Abstand benachbarter Wellenleiter 0.05 bis 0.25 mm.The production of such waveguides can be achieved, for example, either by ion exchange in glass, by depositing doped SiO 2 layers on Si substrate with flame hydrolysis or by spinning a polyimide layer onto a glass substrate. In all cases, the stripe waveguides can be structured photolithographically. Burying can be achieved by an additional exchange step in ion exchange and by applying additional layers in the other methods. Exemplary data of such strip waveguides are: refractive index profile step-shaped, core diameter 0.03 to 0.05 mm, numerical aperture NA = 0.2, distance between adjacent waveguides 0.05 to 0.25 mm.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze einer herkömmlichen Anord nung zur Richtungsänderung des Lichtwegs in einem Strei fenwellenleiter mit einem zuführenden Streifenwellenleiter Lx und einem wegführenden Streifenwellenleiter Ly in Draufsicht auf die Ebene der Streifenwellenleiter. Die lichtleitende Schicht weist durchgehend einen Brechungsin dex n2, die Außenbereiche einen Brechungsindex n1<n2 auf. Eingetragen sind drei Lichtstrahlen B1, B2 und B3 im Wel lenleiter Lx. Strahl B1 trifft auf die Spiegelfläche Sp des Knickbereichs und wird ohne Verluste in den wegführen den Wellenleiter Ly reflektiert. Strahl B2 dagegen trifft nach der Reflexion an der Spiegelfläche Sp nicht in den wegführenden Wellenleiter Ly ein, sondern trifft in stei lem Winkel auf die seitliche Wellenführung des Wellenlei ters Lx und tritt in den Außenbereich aus. Strahl B3 schließlich trifft erst gar nicht auf die Spiegelfläche Sp, sondern geht in den Außenbereich verloren. Fig. 2 shows a schematic diagram of a conventional Anord voltage for changing the direction of the light path in a Strei fen waveguide with a feeding strip waveguide Lx and a leading strip waveguide Ly in plan view of the plane of the strip waveguide. The light-conducting layer has a refractive index n 2 throughout, and the outer regions have a refractive index n 1 <n 2 . Three light rays B 1 , B 2 and B 3 are entered in the wave guide Lx. Beam B 1 strikes the mirror surface Sp of the kink region and is reflected without loss in the waveguide Ly leading away. Beam B 2, on the other hand, does not hit the leading waveguide Ly after reflection on the mirror surface Sp, but strikes the lateral waveguide of the waveguide Lx at a steep angle and emerges into the outside area. Finally, beam B 3 does not hit the mirror surface Sp at all, but is lost in the outside area.
Demgegenüber wird bei der vorliegenden Erfindung ein Di vergieren des aus einem Lichtwellenleiter dem Knickbereich zugeführten Lichts vermieden, indem der Knickbereich für beide Lichtwellenleiter die Wellenführung fortsetzt bis zur Spiegelfläche. In contrast, in the present invention, a Di embellish the kink area from an optical fiber supplied light avoided by the kink area for both optical fibers continue the wave guide up to the mirror surface.
Die Spiegelfläche kann beispielsweise durch Ionenstrahlät zen senkrecht zur Oberfläche der lichtleitenden Schicht hergestellt werden. Die Spiegelwirkung kann z. B. durch aufgedampfte metallische oder dielektrische Schichten oder durch Totalreflexion am Übergang zu einem optisch dünneren Medium eingestellt werden.The mirror surface can, for example, by ion beam zen perpendicular to the surface of the light-guiding layer getting produced. The mirror effect can e.g. B. by evaporated metallic or dielectric layers or through total reflection at the transition to an optically thinner one Medium can be set.
In Fig. 3 ist ein Knickbereich für zwei Streifenwellenlei ter mit stufenförmigem Brechzahlprofil skizziert. Die Wel lenleiter Lx, Ly weisen jeweils einen Brechungsindex n2 auf, der höher ist als der Brechungsindex n1 der umgeben den Außenbereiche. In dem zentralen dreieckförmigen Knick bereich K, der durch die Spiegelfläche Sp und die Verlän gerung der Grenzflächen der Streifenwellenleiter einge grenzt ist, ist der Brechungsindex n3 soweit erhöht, daß die Grenzflächen Fx, Fy durch den Übergang von einem höhe ren (n3) zu einem niedrigeren (n2) Brechungsindex als die Wellenleiter Lx bzw. Ly fortsetzende Wellenführungen wir ken und somit für alle in der vollen Apertur der Streifen wellenleiter Lx, Ly geführten Strahlen auch im Knickbe reich Wellenführung bis zur Spiegelfläche Sp existiert. Die für das Licht aus einem Wellenleiter (z. B. Lx) als Wellenführung wirksamen Übergänge (Fx) sind für im jeweils anderen Wellenleiter (Ly) und der zugehörigen Wellenfüh rung (Fy) geführtes Licht annähernd verlustlos durchläs sig. Die verbleibenden Verluste bei der abrupten Rich tungsänderung treten nur als Reflexionsverluste auf durch den Indexsprung beim Übergang von n2 nach n3 und n3 nach n2. Diese Verluste liegen beispielsweise für inkohärents Licht bei ca. 1,5×10-4dB (= 0.004%) und für kohärentes Licht zwischen 0 und 3×10-4dB (= 0.008%) und sind damit gegenüber einer Richtungsänderung ohne Wellenführungen wie in Fig. 2 skizziert um rund einen Faktor 1000 reduziert.In Fig. 3, a kink area for two strip wave guide with a step-shaped refractive index profile is outlined. The Wel lenleiter Lx, Ly each have a refractive index n 2 , which is higher than the refractive index n 1 of the surrounding areas. In the central triangular kink region K, which is delimited by the mirror surface Sp and the extension of the interfaces of the strip waveguides, the refractive index n 3 is increased to such an extent that the interfaces Fx, Fy due to the transition from a higher (n 3 ) to a lower (n 2 ) refractive index than the waveguides Lx or Ly, which leads to all waveguides in the full aperture of the strip waveguide Lx, Ly. The transitions (Fx) which act as waveguides for the light from a waveguide (e.g. Lx) are almost losslessly permeable to light guided in the other waveguide (Ly) and the associated waveguide (Fy). The remaining losses in the abrupt change in direction occur only as reflection losses due to the index jump during the transition from n 2 to n 3 and n 3 to n 2 . These losses are, for example, about 1.5 × 10 -4 dB (= 0.004%) for incoherent light and between 0 and 3 × 10 -4 dB (= 0.008%) for coherent light and are therefore like a change of direction without wave guides sketched in Fig. 2 reduced by around a factor of 1000.
Vorzugsweise sind die Brechungsindizes so eingestellt, daß sich für die Streifenwellenleiter und für die Wellenfüh rungen im Knickbereich dieselben numerischen Aperturen er geben. In einem Beispiel mit einem Brechungsindex n1 = 1.46 und einer numerischen Apertur NA = 0,2 errechnen sich die optimalen Brechzahlen für gleiche numerische Apertur zu n2 = 1,4736 und n3 = 1′4871.The refractive indices are preferably set such that the same numerical apertures are obtained for the strip waveguides and for the waveguides in the kink region. In an example with a refractive index n 1 = 1.46 and a numerical aperture NA = 0.2, the optimal refractive indices for the same numerical aperture are calculated as n 2 = 1.4736 and n 3 = 1'4871.
Werden Wellenleiter mit Gradientenprofil statt Stufenpro fil verwendet, ist ebenfalls die Beibehaltung der Profil form im Knickbereich möglich. Z.B. gilt für ein paraboli sches Brechzahlprofil mit n2 als Maximalwert des Bre chungsindex auf den Mittelachsen zweier senkrecht aufein anderstehender Streifenwellenleiter der BreiteIf waveguides with gradient profiles are used instead of step profiles, it is also possible to maintain the profile shape in the kink area. For example, for a parabolic refractive index profile with n 2, the maximum value of the refractive index on the central axes of two mutually perpendicular strip waveguides of width applies
|x| a: n² (x, y) = n₂² - (n₂²-n₁²) (y/a)²
|y| a: n² (x, y) = n₂² - (n₂²-n₁²) (x/a)²| x | a: n² (x, y) = n₂² - (n₂²-n₁²) (y / a) ²
| y | a: n² (x, y) = n₂² - (n₂²-n₁²) (x / a) ²
Brechzahlprofil im Knickbereich:Refractive index profile in the kink area:
|x|, |y|< a: n² (x, y) = n₂² + (n₂²-n₁²) - (n₂²-n₁²) (x/a)² - (n₂²-n₁²) (y/a)²| x |, | y | <a: n² (x, y) = n₂² + (n₂²-n₁²) - (n₂²-n₁²) (x / a) ² - (n₂²-n₁²) (y / a) ²
mit x, y als Koordinaten in Richtung der Wellenleiter mit Koordinatenursprung 0 im auf der Spiegelfläche Sp liegen den Schnittpunkt der optischen Achsen der beiden Wellen leiter. with x, y as coordinates in the direction of the waveguide Coordinate origin 0 lies on the mirror surface Sp the intersection of the optical axes of the two waves ladder.
Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 4 für einen Strei fenwellenleiter mit stufenförmigem Brechzahlprofil skiz ziert. Diese Ausführungsform ist vor allem für balkenför mige Wellenleiter mit stufenförmigem Brechzahlprofil ge eignet. Die Brechzahl n2 im inneren Bereich K ist die gleiche wie in den Wellenleitern Lx, Ly. Die Wellenführung wird durch schmale Gräben Gx, Gy mit einer Brechzahl von n1 erreicht. Die Gräben weisen senkrechte, zueinander par allele Wände auf, wobei die inneren Wände Wx, Wy mit den Wänden der einzelnen Wellenleiter fluchten. Die Zusatzver luste bei dieser Ausführungsform sind lediglich doppelt so hoch wie bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 3 und damit ebenfalls vernachlässigbar.A second embodiment is sketched in Fig. 4 for a Strei fen waveguide with a stepped refractive index profile. This embodiment is particularly suitable for balkenför shaped waveguides with a step-shaped refractive index profile. The refractive index n 2 in the inner region K is the same as in the waveguides Lx, Ly. The wave guidance is achieved by narrow trenches Gx, Gy with a refractive index of n 1 . The trenches have perpendicular walls parallel to one another, the inner walls Wx, Wy being flush with the walls of the individual waveguides. The Zusatzver losses in this embodiment are only twice as high as in the first embodiment of FIG. 3 and thus also negligible.
Die oben angegebenen Brechzahlverläufe stellen die optima len Lösungen dar. Die erzielten Verbesserungen sind jedoch so groß, daß auch für nicht optimale Brechzahlverläufe eine erhebliche Verminderung der Verluste erzielt werden kann.The refractive index curves given above represent optima len solutions. However, the improvements achieved are so large that even for non-optimal refractive index curves a significant reduction in losses can be achieved can.
Die Herstellung von erfindungsgemäßen Anordnungen kann mit verschiedenen Techniken erreicht werden, so zum Beispiel:The manufacture of arrangements according to the invention can be carried out with different techniques can be achieved, for example:
- - Beim Ionenaustausch in Glas ist die Anzahl der in den zentralen Knickbereich eingebrachten Ionen zu erhöhen; dies kann erreicht werden durch eine Verlängerung der Austauschzeit für diesen Bereich (Abdecken des restlichen Bereichs durch Maskierung) oder durch eine Vergrößerung der nicht maskierten Fläche im Knickbereich. - When ion exchange in glass is the number of in ions introduced into the central kink area increase; this can be achieved by an extension the exchange time for this area (covering the remaining area by masking) or by an increase in the non-masked area in the Kink area.
- - Schmale, vertikale Gräben können durch Ionen strahlätzen hergestellt werden; diese Gräben kön nen mit Glas oder organischem Material wie Poly imid aufgefüllt werden.- Narrow, vertical trenches can be caused by ions beam etching are produced; these trenches can with glass or organic material such as poly imid to be replenished.
Die Streifenwellenleiter können unter einem Winkel von 90° oder auch unter einem anderen Winkel aufeinandertreffen. Dabei darf der durch die numerische Apertur vorgegebene Winkel nicht unterschritten werden.The strip waveguide can be at an angle of 90 ° or meet at a different angle. The one specified by the numerical aperture may be used Angles must not be exceeded.
Die in Fig. 5 und Fig. 6 skizzierten Ausführungsformen stellen Sonderfälle der Ausführungsformen nach Fig. 3 und Fig. 4 dar in der Hinsicht, daß die Richtungsänderung nicht in einer durch einen zuführenden und einen wegfüh renden Lichtwellenleiter (Lx, Ly in Fig. 3, 4) aufgespann ten Ebene erfolgt, sondern einer der Lichtwellenleiter (z. B. Ly) entfällt und das über einen Lichtwellenleiter Lx zugeführte Licht aus der lichtleitenden Schicht ausgekop pelt wird, vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche eines den Lichtwellenleiter tragenden Substrats, beispielsweise auf ein über dem Substrat angeordnetes optoelektrisches Bau element oder eine weitere Lichtwellenleiteranordnung. Selbstverständlich ist der Lichtweg umkehrbar, d. h. die selbe Anordnung ist auch zur Einkopplung von Licht in den Lichtwellenleiter Lx gleichermaßen geeignet. Damit werden vor allem Verluste bei der Ankopplung aktiver Bauelemente wie Laser oder Photodiode erheblich reduziert. Die Fig. 5 und 6 sind als Schnittbilder in einer Ebene durch die Längsachse eines Streifenwellenleiter und senkrecht zum Substrat gezeichnet. Für den Wellenleiter ist ein stufen förmiges Brechzahlprofil angenommen. Der Lichtwellenleiter Lx verläuft auf der Oberfläche des Substrats S. Auf der Oberfläche der lichtführenden Schicht des Streifenwellen leiters kann noch eine Vergütungsschicht V aufgebracht sein.In Fig. 5 and Fig. 6 sketched embodiments are special cases of the embodiments of Fig. 3 and Fig. 4 shows in the sense that the change of direction not in a by a feeding and a wegfüh leaders optical waveguide (Lx, Ly in Fig. 3 , 4) spanned plane, but one of the optical fibers (e.g. Ly) is omitted and the light supplied via an optical fiber Lx is decoupled from the light-guiding layer, preferably perpendicular to the surface of a substrate carrying the optical waveguide, for example to an over the substrate arranged optoelectric component or another optical waveguide arrangement. The light path is of course reversible, ie the same arrangement is equally suitable for coupling light into the optical waveguide Lx. In particular, this significantly reduces losses when coupling active components such as lasers or photodiodes. FIGS. 5 and 6 are shown as sectional views in a plane through the longitudinal axis of a strip waveguide and perpendicular to the substrate. A step-shaped refractive index profile is assumed for the waveguide. The optical waveguide Lx runs on the surface of the substrate S. A coating layer V can also be applied to the surface of the light-guiding layer of the strip waveguide.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist wie im Beispiel der Fig. 3 in einem zentralen prismatischen Knickbereich K, der durch die Spiegelfläche Sp, die Verlängerung der Grenzflächen des Wellenleiters Lx und eine plane Fläche Fy senkrecht zum Streifenwellenleiter begrenzt ist, der Bre chungsindex n3 soweit erhöht, daß auch für an der Spiegel fläche Sp in Richtung a des vorgesehenen Lichtaustritts reflektierte Strahlen Wellenführung bis zur Oberfläche der lichtführenden Schicht besteht. Wellenführung für aus Ein fallsrichtung e im Streifenwellenleiter Lx ankommendes Licht ist durch die durchgehende Grenzfläche von lichtfüh render Schicht und Vergütungsschicht V bzw. Luft (n=1) in dieser Anordnung ohnehin gegeben. Die quantitativen Anga ben zu beispielhaften Brechungsindizes und Verlusten kön nen aus der Erläuterung zu Fig. 3 übernommen werden.In the embodiment according to FIG. 5, as in the example of FIG. 3, the refractive index n is in a central prismatic kink region K, which is limited by the mirror surface Sp, the extension of the interfaces of the waveguide Lx and a flat surface Fy perpendicular to the strip waveguide 3 so far increased that there is also a wave guide up to the surface of the light-guiding layer for the surface Sp reflected in direction a of the intended light exit. Wave guidance for light arriving from an incident direction e in the strip waveguide Lx is given by the continuous interface of light-guiding layer and coating layer V or air (n = 1) in this arrangement anyway. The quantitative information on exemplary refractive indices and losses can be taken from the explanation of FIG. 3.
Die Ausführungsform nach Fig. 6 unterscheidet sich von der nach Fig. 5 im wesentlichen dadurch, daß die Wellenführung in Richtung a ähnlich wie im Beispiel der Fig. 4 durch einen schmalen Graben Gx mit parallelen Wänden senkrecht zum Streifenwellenleiter Lx erzielt wird. Der Graben ist mit Material mit einem Brechungsindex n1 aufgefüllt.The embodiment according to FIG. 6 differs from that according to FIG. 5 essentially in that the wave guidance in direction a is achieved similar to the example in FIG. 4 by a narrow trench Gx with parallel walls perpendicular to the strip waveguide Lx. The trench is filled with material with a refractive index n 1 .
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