MÜLLNER, Paul (Gatterburggasse 15/8, Wien, A-1190, AT)
HAINBERGER, Rainer (Puchsbaumgasse 62/21, Wien, A-1100, AT)
MÜLLNER, Paul (Gatterburggasse 15/8, Wien, A-1190, AT)
Patentansprüche:
1. Lichtwellenleiter für Licht, insbesondere eines vorgegebenen
Wellenlängenbereiches von 0,4 bis 2 μm, mit zwei einander gegenüberliegenden, sich in Lichtausbreitungsrichtung erstreckenden und zwischen sich ein Spaltmedium (3) begrenzenden Wellenleiterschichten (2, 4), wobei die Hauptkomponente des elektrischen
Feldes des Lichtes normal zu den Grenzflächen zwischen den Wellenleiterschichten (2, 4) und dem Spaltmedium steht und stirnseitig in die beiden Wellenleiterschichten (2, 4) und das Spaltmedium (3) eingestrahltes Licht im Spaltmedium (3) und in den beiden Wellenleiterschichten (2, 4) weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet,
- dass die jeweils auf die eingesetzte Lichtwellenlänge bezogene bzw. darauf normierte Dicke (di, d 2 ) der jeweiligen Wellenleiterschichten (2, 4) 0,052 bis 0,155, vorzugsweise 0,058 bis 0,142, insbesondere 0,065 bis 0,123, beträgt,
- dass die jeweils auf die eingesetzte Lichtwellenlänge normierte Dicke (s) des Spaltes (3) 0,007 bis 0,226, vorzugsweise 0,02 bis 0,16, insbesondere 0,032 bis 0,13 beträgt,
- dass die jeweils auf die eingesetzte Lichtwellenlänge normierte Breite (b^ einer Wellenleiterschicht (4) der beiden Wellenleiterschichten (2, 4) 0,226 bis 0,97, vorzugsweise 0,26 bis 0,77, beträgt, und die Breite (b-i) dieser einen Wellenleiterschicht (4) kleiner ist als oder gleich groß ist wie die Breite (b 2 ) der jeweils anderen Wellenleiterschicht (2), und
- dass die Brechungsindices (n ki ) der beiden Wellenleiterschichten (2, 4) und der Brechungsindex (n p ) des Spaltmediums (3) folgender Gleichung genügen
4n B 2 - n p 2 > 1,92 (i=1 ,2),
2. Lichtwellenleiter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke
(di) und/oder der Brechungsindex (n ki ) der einen Wellenleiterschicht (2, 4) nicht mehr als 10 % von der Dicke (d 2 ) und/oder dem Brechungsindex (n K2 ) der anderen Wellenleiterschicht (4, 2) abweicht.
3. Lichtwellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die jeweiligen Wellenlänge bezogenen Dicke (di) der eine kleinere oder gleiche Breite Cb 1 ) als die andere Wellenleiterschicht (2) aufweisenden Wellenleiterschicht (4) und die Dicke (s) des Spaltmediums (3) folgender Gleichung genügen: d-i ≤ αs + ß • eγ${-jb λ ) + δ, wobei α einen Wert von 0,23, ß einen Wert von 0,59, γ einen Wert von 5,7 und δ einen Wert von 0,05 besitzen.
4. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltmedium (3) mit im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet ist.
5. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Wellenleiterschichten (2, 4) aus Silizium und das Spaltmedium (3) aus SiO 2 oder die Wellenleiterschichten (2, 4) aus Al x Gai -x As und das Spaltmedium aus AI x Oy oder die Wellenleiterschichten (2, 4) aus Si (1-X) Ge x und das Spaltmedium (3) aus SiO 2 gebildet sind.
6. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltmaterial mit einem Polymer, z.B. Amino Phenylene Isophorone Isoxazolone (APII), gebildet ist.
7. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterschichten (2, 4) mit seltenen Erdelementen, insbesondere Erbium, Ytterbium, Cerium, Terbium, Thulium oder Samarium, dotiert sind, insbesondere in einem Ausmaß von 1 ppm bis 3iO 4 ppm.
8. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Wellenleiterschichten (2, 4) umgebende Mantelmaterial (5) mit Phosphor, Antimon, Arsen, Bor, Gallium, Indium, Germanium, Aluminium und/oder Silizium dotiert ist, wobei die Dotierung 10 14 bis 10 21 Atome/cm 3 beträgt.
9. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die dem Spaltmedium (3) abgewendeten Außenflächen zumindest der schmäleren oder gleich breiten Wellenleiterschicht (4) ein Mantelmaterial (5) anschließt, wobei vorgesehen ist, dass folgende Gleichung erfüllt ist: V n κi 2 -n M 2 > 1,92,1 = 1,2,
wobei n M der Brechungsindex des Mantelmaterials (5) ist.
10. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine (2) der beiden Wellenleiterschichten (2, 4) auf einem Trägersubstrat (1) aufgebracht ist, das einen kleineren Brechungsindex (n s ) als diese Wellenleiterschicht (2) aufweist.
11. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schmälere Wellenleiterschicht (4) auf der Seite des
Spaltmediums (3) angeordnet ist, die dem Trägersubstrat (1) abgewendet ist.
12. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter zweiteilig aufgebaut ist, wobei eine der beiden Wellenleiterschichten (2, 4) mit dem Spaltmedium beschichtet ist und das Spaltmedium (3) mit der jeweils anderen Wellenleiterschicht (4, 2) durch Bonding verbunden ist.
13. Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex (n«i, n k2 ) der Materialien der Wellenleiterschichten (2, 4) zwischen 2,2 und 4,5 liegt und der Brechungsindex des Spaltmediums (3) zwischen 1 und 4 liegt. |
Lichtwellenleiter
Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der GB 2 407 394 ist ein planarer Lichtwellenleiter mit zwei unterschiedlich dimensionierten wellenleitenden Schichten, insbesondere ein Modenwandler, bekannt. Dieser besteht aus einer auf einem Substrat angeordneten ersten Wellenleiterschicht, auf die eine zweite Wellenleiterschicht in Form eines Streifenwellenleiters aufgebracht ist. Die beiden Schichten besitzen unterschiedliche Abmessungen hinsichtlich Breite und Höhe. Der Streifenwellenleiter hat einen höheren Brechungsindex als die erste Wellenleiterschicht, wobei beide Brechungsindices so gewählt sind, dass eine ausgewählte elektromagnetische Mode sich in einem Teilbereich der ersten Wellenleiterschicht mit niedrigerem Brechungsindex ausbreitet. Die Begrenzungen dieses Teilbereiches sind durch die Wahl der horizontalen und vertikalen Dimensionen sowie der Brechungsindices der beiden wellenleitenden Schichten definiert. In der US 5,703,989 A wird eine Einzelmoden-Lichtwellenleiterstruktur beschrieben, die aus einer Kernschicht mit niedrigerem Brechungsindex besteht, die zwischen zwei wellenleitenden Schichten mit höherem Brechungsindex angeordnet ist. Diese aus drei Schichten bestehende Struktur ist von zwei Mantelschichten mit niedrigem Brechungsindex umgeben. Diese Struktur ist so gestaltet, dass die Grundmode in der Kernschicht eine mit jener der Schichten höheren Brechungsindex vergleichbare Lichtintensität aufweist.
Die US 6,519,379 betrifft eine optisch-integrierte Anordnung für optische Aufzeichnungsgeräte. Zwei nebeneinander angeordnete und durch einen entsprechend dimensionierten Spalt getrennte Lichtwellenleiter bilden eine Struktur, die wie ein einziger optischer Wellenleiter funktioniert.
In herkömmlichen optischen Wellenleitern wird Licht aufgrund innerer Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen optisch dichterem Medium (d.h. mit höherem Brechungsindex) und optisch dünnerem Medium (d.h. mit niedrigerem Brechungsindex) geführt. Abb. 1 zeigt eine Höhenliniendarstellung der Lichtintensität sowie die Lichtintensität aufgetragen über den Querschnitt des Wellenleiterkerns. Bewegt sich Licht in einem Material mit einem bestimmten Brechungsindex riκ und trifft es auf die Grenzfläche zu einem Medium mit niedrigerem Brechungsindex n M , tritt ab einem gewissen Einfallswinkel Totalreflexion auf. Das Licht kann sich nicht in das benachbarte Medium weiterbewegen, sondern wird in das Medium mit höherem Brechungsindex reflektiert. Diesen Effekt macht man sich zur Führung von Licht in optischen Wellenleitern zu Nutze, wie zum Beispiel bei Glasfasern. Hierzu wird ein optisch dichteres Medium in zwei Raumrichtungen mit einem optisch dünneren Medium umgeben. Oberhalb des
Grenzwinkels für Totalreflexion ist das Licht in diesen zwei Dimensionen eingesperrt und breitet sich infolge der Reflexion an den Grenzflächen in die dritte Raumrichtung aus. Nur ein kleiner Teil des Lichts dringt in den umgebenden Bereich ein. Die Intensität klingt dort exponentiell mit dem Normalabstand zur Grenzfläche ab. Man bezeichnet diesen Effekt als evaneszentes Feld. Der Großteil der optischen Leistung wird im Bereich mit hohem Brechungsindex geführt.
Dieses Prinzip der Lichtführung findet in Glasfasern und in planar-optischen Wellenleitern seinen Einsatz. Letztere sind Wellenleiterstrukturen, die auf einem ebenen Substrat mithilfe von Beschichtungs- und Strukturierungstechnologien, wie sie aus der Halbleitertechnologie bekannt sind, hergestellt werden.
Aufgrund von überlegungen war man bisher der Ansicht, es sei nicht möglich, dass sich ein größerer Leistungsanteil des Lichts und vor allem der Punkt maximaler Intensität im Medium mit geringerem Brechungsindex ausbreitet. Dies ist jedoch nicht der Fall. Die in Abb. 2 im Prinzip dargestellte Wellenleiterstruktur besteht aus zwei gleich großen rechteckigen Lichtleiterkörpern bzw. Wellenleiterschichten 2, 4 (Breite B und Dicke D) mit hohem Brechungsindex (% = 3,48) eingebettet in ein Material mit niedrigerem Brechungsindex {n M = 1 ,46). Der Spalt 3 zwischen den beiden Wellenleiterschichten 2, 4 hat die Dicke S. Diese Struktur ermöglicht zwei Grundmoden, von denen eine bei geeigneter Wahl der Parameter bzw. der Abmessungen B, D, und S das Maximum der Intensität im Spaltbereich mit niedrigem Brechungsindex, d.h. im Spalt 3, hat. Beispielsweise können die Breite B=600 nm, die Dicke D=160 nm und die Spaltdicke S=100 nm bei einer Wellenlänge von λ=1550 nm betragen.
Aufgabe der Erfindung ist die Erstellung eines Lichtwellenleiters, bei dem das Maximum der Intensität des Lichtes im Spaltmedium weitergeleitet wird. Ferner soll dieses Maximum bei einfachem Aufbau des Lichtwellenleiters so groß wie möglich sein.
Ein erfindungsgemäßer Wellenleiter, bei dem sich das Maximum der Intensität des Lichtes im Spaltmedium weiterbewegt, ist durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale charakterisiert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Abb. 3 zeigt eine Höhenliniendarstellung der Lichtintensität. Abb. 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Wellenleiter sowie den Intensitätsverlauf. Abb. 5 zeigt die Modengrenze bei FEM-Simulation sowie die Bestimmung des Achsenabschnitts. Abb. 6 zeigt die Modengrenze und die Leistungsmaxima bei verschiedenen Bedingungen. Abb. 7 und 8 zeigen schematisch Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen Wellenleiter. Abb. 9 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen
erfindungsgemäßen Wellenleiter. Abb. 10 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Wellenleiters.
Zu beachten ist, dass diese spezielle erfindungsgemäße Weiterleitung des Lichtes, bei der die Lichtleistung bzw. -intensität verstärkt im Spaltmedium transportiert wird bzw. das elektrische Feld aus dem Medium mit hohem Brechungsindex in den Spalt gedrängt wird, nur für die Polarisationsmode mit der Hauptkomponente des elektrischen Feldes normal zur Spaltebene auftritt. Zerlegt man den E- Vektor des Lichtes in Komponenten, so ist die Hauptkomponente die Komponente mit der größten Amplitude bzw. ist die längse Komponente. Die dazu orthogonale Polarisationsmode verhält sich wie bei getrennten herkömmlichen Wellenleitern, d.h. die Leistungsmaxima und der Großteil der optischen Leistung befinden sich im Medium mit größerem Brechungsindex.
Die spezielle Weiterleitung des Lichtes im Spaltmedium bietet eine Reihe von vorteilhaften Anwendungsmöglichkeiten, die mit bisherigen Lichtwellenleitern nicht realisierbar sind. Z.B. kann durch Einflussnahme auf die Lichtwellenleiter das im Spalt weitergeleitete Licht beeinflusst werden und damit Steuervorgänge hervorgerufen werden. Die erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter können vor allem als optische Sensoren bzw. als Lichtleiter in der Spektroskopie bzw. für den Einsatz als integriert-optische Verstärker, nichtlineare Wellenleiterbauteile und opto-elektronische Bauteile, z.B. für Lichtwellenmodulatoren od.dgl., eingesetzt werden. Es zeigte sich, dass bei zu geringen Spaltdicken (S) die Leistung im Spalt stark absinkt und oberhalb einer gewissen Spaltdicke die Leistung in einem weiten Bereich annähernd konstant bleibt. Des Weiteren hat die Dicke der Wellenleiterschichten Einfluss auf den Anteil der Leistung im Spalt.
Wird die Dicke des Wellenleiters bei gleichbleibender Spaltdicke erhöht, so tritt ein Multimodenverhalten auf, bei dem sich zusätzlich zur Grundmode Moden mit mehreren Intensitätsmaxima in der Wellenleiterstruktur ausbilden; dies ist jedoch nicht erwünscht. Von entscheidender Bedeutung ist somit die Kenntnis, bei welchen Werten die in Bezug auf die Wellenlänge normierten Geometrieparameter b=B/λ, d=D/λ, s=S/λ der Wellenleiter noch monomodig sind, also nur eine Mode mit einem einzigen Maximum zulässt. Die Parameter b, d, und s sind die normierte Breite B, die normierte Dicke D sowie die normierte Spaltbreite S.
Abb. 3 zeigt als Beispiel die Verhältnisse bei einer Wellenleiterstruktur mit einer Wellenleiterbreite B von 600 nm und einer Lichtwellenlänge von λ = 1550 nm.
Man erkennt, dass der maximale Leistungsanteil im Spalt bei einer Wellenleiterdicke von etwa 160 nm liegt und >45% der Gesamtleistung ist. Die eingezeichnete Gerade entspricht der Monomodengrenze und liegt über dem Maximum, sodass der Wellenleiter auch noch verbreitert werden könnte. Bei einer Verbreiterung der
Wellenleiterschichten steigt der maximale Leistungsanteil im Spalt. Allerdings verschiebt sich dabei die Monomodengrenze in Richtung geringerer Wellenleiterdicken. Ab einer gewissen Weilerleiterbreite liegt die Wellenleiterdicke, bei der der maximale Leistungsanteil im Spaltmedium auftritt, oberhalb der Monomodengrenze. Diese Struktur ist für die meisten praktischen Anwendungen ungeeignet, da sie multimodiges Verhalten aufweist.
Im Folgenden sind die Dicke der Wellenleiterschichten mit D oder D1 bzw. D2, die Breite der Wellenleiterschichten mit B bzw. B1 und B2, und die Spaltdicke mit S bezeichnet. Die jeweils auf die verwendete Wellenlänge normierten Werte sind mit Kleinbuchstaben, d.h. mit d, b und s bezeichnet.
Abb. 4 zeigt den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter. Das Licht breitet sich in der Richtung normal zur Zeichnungsebene aus bzw. wird das Licht, wie in Abb. 10 dargestellt, durch den Lichtwellenleiter geleitet.
Auf ein Substrat 1 wird eine Wellenleiterschicht 2 mit der Dicke D1 und der Breite B1 aufgebracht. Auf diese Wellenleiterschicht 2 folgt das Spaltmedium 3 mit einer Dicke
S, auf den die weitere Wellenleiterschicht 4 mit einer Dicke D2 und einer Breite B2 aufgebracht ist. Nach außen zu ist der Lichtwellenleiter von einer Mantelschicht 5 abgedeckt.
Das eingesetzte Substrat 1 besitzt einen niedrigen Brechungsindexkoeffizienten für Licht der verwendeten Wellenlänge, z.B. n s =1 ,46.
Die erste Wellenleiterschicht 2 besitzt einen im Vergleich dazu hohen
Brechungsindexkoeffizienten, z.B. n K i = 3,48. Gleiches gilt für den Brechungskoeffizienten n K2 der weiteren Wellenleiterschicht 4. Für beide Wellenleiterschichten 2, 4 gilt, dass die
Wurzel der Differenz des Quadrates des jeweiligen Brechungsindex n Kl jeder der beiden Wellenleiterschichten 2, 4 und des Brechungsindex n P des Mediums im Spalt 3 größer ist als 1 ,92 ist, d.h. -y]n K 2 i ~ n P 2 > 1,92 (i=1 ,2),
Es ist vorgesehen, dass die jeweils auf die Lichtwellenlänge normierten Dicken di, d 2 der jeweiligen Wellenleiterschichten 2, 4 im Wertebereich 0,05 bis 0,15, vorzugsweise
0,058 bis 0,142, insbesondere 0,065 bis 0,123, liegen. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die auf die eingesetzte Lichtwellenlänge bezogene Dicke s des Spaltmediums 3 im Wertebereich 0,007 bis 0,226, vorzugsweise
0,02 bis 0,16, insbesondere 0,032 bis 0,13, liegen.
Dabei ist vorgesehen, dass die auf die eingesetzte Lichtwellenlänge normierte
Breite bi oder b 2 einer der beiden Wellenleiterschichten 2, 4 im Wertebereich 0,226 bis 0,97, vorzugsweise 0,26 bis 0,77, liegt, wobei die Breite bi dieser einen
Wellenleiterschicht kleiner ist als oder gleich groß ist wie die Breite b 2 der jeweils anderen
Wellenleiterschicht. Es ist somit möglich, die Breite bi bzw. b 2 einer der beiden
Wellenleiterschichten 2 bzw. 4 beliebig zu gestalten, sofern lediglich die jeweils andere
Wellenleiterschicht 4 bzw. 2 die erfindungsgemäß vorgesehene Bedingung erfüllt. Die
Breite der weniger breiten Wellenleiterschicht bestimmt damit die Breite des
Spaltmediums 3. Multipliziert man die angegebenen Werte für b1 , b2, d1 , d2 und s mit der verwendeten Wellenlänge λ, so erhält man die tatsächlich zu wählenden Abmessungen des Lichtwellenleiters.
In Abb. 4 ist rechts die Verteilung der Lichtintensität über den Lichtwellenleiter dargestellt. Es zeigt sich, dass deutlich mehr als 30 % der Lichtleistung im Spalt übertragen wird.
In der Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken sich die den
Wellenleiter bildenden Wellenleiterschichten 2, 4 in der gewünschten Länge.
Abb. 5 zeigt die Abhängigkeit der Monomodengrenze von den geometrischen
Größen, nämlich Dicke D bzw. d, Breite B bzw. b und Spaltdicke S bzw. s. Diese Abhängigkeit lässt sich durch die Näherung d = αs + ß " exp(-γb) + δ, (1 ) darstellen, wobei α einen Wert von 0,23, ß einen Wert von 0,59, γ einen Wert von 5,7 und δ einen Wert von 0,05 besitzen. Bei gegebener Wellenleiterbreite b ist diese Gleichung linear abhängig von s, d.h. d=αs + K. Der Achsenabschnitt K ist abhängig vom Wert b und lässt sich in der Form κ= ß ■ exp(-γb) + δ darstellen. Bei der Gleichung für die
Monomodengrenze handelt es sich um die wellenlängenunabhängig ermittelten
Zusammenhänge zwischen der Dicke D und Breite B der Wellenleiterschichten 2, 4 und der Breite bzw. Dicke S des Spaltmediums 3.
Abb. 6 zeigt eine Anzahl von unterschiedlichen Monomodengrenzen, die für unterschiedliche Dicken D der Wellenleiterschichten bzw. Dicken S des Spaltes bei einer
Wellenlänge von 1550nm bzw. normiert auf die Wellenlänge dargestellt wurden. Wie weiter oben beschrieben, verschiebt sich die Monomodengrenze in Richtung geringerer
Wellenleiterdicken, während sich die optimale Wellenleiterdicke mit maximalem
Leistungsanteil im Spaltmedium kaum verschiebt. Die optimierten Parameter und Abmessungen für einen erfindungsgemäßen
Wellenleiter ergeben sich somit aus den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten
Merkmalen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Dicke und/oder der Brechungsindex der einen Wellenleiterschicht bis zu 10 % von der Dicke/Brechungsindex der anderen Wellenleiterschicht abweicht. Es sind somit gewisse Toleranzen in den Dicken und
Brechungsindex der jeweiligen Wellenleiterschichten möglich.
Die Gleichung (1) definiert jenen Wertebereich, in dem die Geometrieparameter
B, D und S variiert werden können, um in dem für die Anwendung notwendigen
Monomodenbereich zu bleiben. Mit Hilfe dieser Gleichung lässt sich der Lichtwellenleiter so dimensionieren, dass ein maximaler Lichttransport durch das Spaltmedium im Monomodenbereich erzielt werden kann.
Für bestimmte Einsatzgebiete, z.B. zum Einsatz als Verstärkerbauteil, können die Merkmale der Ansprüche 5, 6 und 7 von Vorteil sein.
Ein stabiler und gute Lichtleitungseigenschaften aufweisender Lichtwellenleiter ergibt sich mit den Merkmalen der Ansprüche 5, 6 und/oder 9. Ein bevorzugter Aufbau des Lichtwellenleiters ergibt sich mit den Merkmalen der
Ansprüche 10 bis 13. Die Wellenleiterschichten 2, 4 sind vorteilhafterweise von monokristallinen Schichten aus Silizium oder Germanium gebildet.
Abb. 7 zeigt eine Herstellung eines Sandwichwellenleiters nach einem Bonding- Verfahren. Zwei Wellenleiterschichten 2, 4, jeweils versehen mit einer das Spaltmedium bildenden Pufferschicht n P mit einer Dicke S, die die halben Dicke des herzustellenden Spaltmediums 3 beträgt, werden miteinander verbunden (Bonding),. Daraufhin wird in einem fotolithografischen Verfahren zumindest die eine, insbesondere die substratferne Wellenleiterschicht 4 auf die erforderliche Breite B2 gebracht. Es ist auch möglich, durch ein asymmetrisches Bonding-Verfahren erfindungsgemäße Lichtwellenleiter herzustellen. In diesem Fall wird ein Wellenleiterteil hergestellt, der auf einem Substrat eine Wellenleiterschicht besitzt und mit einem anderen Wellenleiterteil verbunden wird, der auf einer Mantelschicht die weitere Wellenleiterschicht trägt, die ihrerseits bereits mit Spaltmaterial bzw. -medium beschichtet ist. Das Spaltmaterial bzw. -medium wird mit der Wellenleiterschicht verbunden. Es ist auch möglich, die beiden Wellenleiterschichten 4, 2 durch Bonding oder mittels aushärtbarem Kleber zu verbinden, wobei der Kleber gleichzeitig als Spaltmedium fungiert.
Abb. 8 zeigt die Herstellung eines Sandwichwellenleiters im SIMOX-Verfahren. Im Zuge dieses Verfahrens wird auf ein Substrat 1 eine Wellenleiterschicht aus Silizium aufgebracht, das einen entsprechend hohen Brechungsindex aufweist. Daraufhin wird durch Einbringen von Sauerstoff eine Pufferschicht aus SiO 2 in der erforderlichen Spaltdicke ausgebildet, sodass zwei getrennte Wellenleiterschichten 2, 4 gebildet werden, die durch das aus SiO 2 gebildete Spaltmedium getrennt sind. Daraufhin kann durch fotolithografische Prozesse der Wellenleiter geformt werden. Es ist zu bemerken, dass die Parameter bzw. Abmessungen der
Wellenleiterschichten und des Spaltes linear von der Wellenlänge abhängen. Dies bedeutet, dass bei Verdopplung der Wellenlänge diese Parameter verdoppelt werden.
Vom Prinzip her ist es möglich, auch asymmetrische Sandwich-Wellenleiter zu erstellen, bei denen die Breiten und Dicken der einander gegenüberliegenden Wellenleiterschichten nicht gleich groß sind.
Wie in Abb. 9 dargestellt, ist es auch möglich, einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter zu erstellen, bei dem sowohl die eine Wellenleiterschicht als auch das auf diese aufgebrachte Spaltmedium (dünne Pufferschicht) bezüglich ihrer Breite beliebig groß sind. Lediglich die auf das Spaltmedium aufgebrachte, der ersten Wellenleiterschicht 2 gegenüberliegende Wellenleiterschicht 4 liegt in dem erfindungsgemäß vorgegebenen Breitenbereich. Durch entsprechende Dotierungen der Wellenleiterschichten 2, 4 und/oder der
Mantelschicht 5 und/oder des Substrates 1 und/oder des Materials des Spaltmediums 3 kann die optische Eigenschaft des Lichtwellenleiters, z.B. durch Anlegen von elektrischen Spannungen, beeinflusst werden.
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