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Title:
INTEGRATED OPTICAL 1xN SPLITTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/032228
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an integrated optical 1xN splitter with an input waveguide (1) and N output waveguides, at least the outermost output waveguides (2a,b) slanting in relation to each other. The 1xN splitter also has a divider (3) containing a region (5) which is upstream of the intersection point (4) of the inner edges (9, 10) of the outermost output waveguides (2a,b) and has the same refractive index as the waveguide cladding (16). The 1xN splitter is characterised by a low attenuation while providing a wide branching angle. The width of the divider (3) may, for example, increase or decrease. There may also be a closed region (3, 5), the two output waveguides (2a, b) being connected to each other via a cross-member (15) made of nuclear material.

Inventors:
PAATZSCH THOMAS (DE)
SMAGLINSKI INGO (DE)
Application Number:
PCT/EP1997/001019
Publication Date:
September 04, 1997
Filing Date:
February 28, 1997
Export Citation:
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Assignee:
INST MIKROTECHNIK MAINZ GMBH (DE)
PAATZSCH THOMAS (DE)
SMAGLINSKI INGO (DE)
International Classes:
G02B6/122; G02B6/125; G02B6/12; (IPC1-7): G02B6/12; G02B6/42
Other References:
ICHIRO TANAKA ET AL: "GLASS WAVEGUIDE 1XN BRANCHING DEVICES", IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, vol. E75 - B, no. 9, 1 September 1992 (1992-09-01), pages 886 - 892, XP000321324
CHAN H P ET AL: "LOW LOSS WIDE-ANGLE SYMMETRIC Y-BRANCH WAVEGUIDE", ELECTRONICS LETTERS, vol. 32, no. 7, 28 March 1996 (1996-03-28), pages 652 - 654, XP000584164
RANGARAJ M ET AL: "LOW LOSS INTEGRATED OPTICAL Y-BRANCH", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 7, no. 5, 1 May 1989 (1989-05-01), pages 753 - 757, XP000093552
WEISSMANN Z ET AL: "NOVEL PASSIVE MULTIBRANCH POWER SPLITTERS FOR INTEGRATED OPTICS", APPLIED OPTICS, vol. 29, no. 30, 20 October 1990 (1990-10-20), pages 4426 - 4428, XP002033132
BANBA S ET AL: "NOVEL SYMMETRICAL THREE-BRANCH OPTICAL WAVEGUIDE WITH EQUAL POWER DIVISION", IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS, vol. 2, no. 5, May 1992 (1992-05-01), pages 188 - 190, XP000255114
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Claims:
Patentansprüche
1. Inicgi ici toptischei l xNVerzweiger mit einem Eingangswellenleitei ( 1) und N Ausgangswellenleitei n, wobei zumindest die außei sten Ausgangswellenleitei (2a. b) zueinandei geneigt sind, und mit einer Aulteilungsvorπchtung (3), die den gleichen Brechungs index wie dei Wellenleitei mantel ( 16) aufweist, daduich gekennzeichnet, daß die Autteilungsvoi πchtung (3) einen Bereich (5) umfaßt, dei vor dem Schnittpunkt (4) dei inneien Kanten (9, 10) dei äußersten Ausgangswellenleitei (2a, b) liegt l xNVerzweigei nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dei IxN Verzweiger eine parallel zum Eingangswellenleitei" ( 1 ) liegende Symmetrieachse (8) aufweist Ver/weiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß N =.
2. ist und der Neigungswinkel zwischen den Ausgangswellenleitei n (2a, b) und dem Emgangswellenleiter (1).
3. ° bis 5° betragt KNVeizweigei nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß Emgangswellenleiter (1 ) und Ausgangswellenleitei (2a. b) dieselbe Biene autweisen 1 \N Vei zweiget nach einem dei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dei Abstand des Bereichs (5) vom Schnittpunkt (6) aus Eingangswellenleitei kante (14) und zugeoidnetei Kante (12.13) des außeisten Ausgangswellenleiters (2a. b) kleiner ist als seine 1 angsei su eckung vom Schnittpunkt (4) o 1 \NVeι zueιgeι nach einem dei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (5) sich bis in den Eingangswellenleitei ( 1 ) erstreckt 7 1 \N Verzweiget" nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilungsvornchtung (3) ein zusammenhangendes Gebiet ist 8 1 \NVerzweιgeι nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilungsvornchtung (3) mindestens im Bereich des Schnittpunktes (4) eine im wesentlichen konstante Breite aufweist 9 1 \NVeιzweιgeι nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilungsvornchtung (3) sich in Richtung des Eingangswellenleiters ( 1 ) verengt. 1U KNVeivweiger nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilungsvornchtung (3) sich in Richtung des Emgangswellenleiters ( 1 ) verbreitert. 1 1 1 \NVeιzweιger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswellenleiter (2a, b) hinter dem Schnittpunkt (4) ubei emen Steg (15) aus Wellenleiterkernmaterial ver bunden sind 12 l λNVerzweiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Eingangswellenleitei ( 1 ) stufenförmig verbreitert 1 \NVeι zweιgeι nach einem dei Anspiuche 1 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet daß dei Emgangswellenleiter (1) sich auf einei Lange 1„ kontinuiei lich vei bleuen und daß 1 , kleiner als die zehnfache Breite des 1 mgangswellenleitei s ( 1 ) ist I xNVei zweigei nach einem dei Ansprüche 12 oder 13, daduich gekennzeichnet, daß die Verbreiterung des Eingangswellenleitei s ( 1 ) vor dei Autteilungsvoi i ichtung (3) liegt I λNVeizweigei nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis dei Eingangswellenleiterbreiten nach und voi dei Verbieiterung großer als 1 5 ist 1 \NVeιzweιgeι nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilungsvoinchtung (3) Eingangswellenleiter ( 1 ) und Ausgangswellenleiter (2a, b) voneinander trennt ßezugszeichenliste Eingangswellenleitei a. b Ausgangswellenleitei Aufleilungsvoi richtung Schnittpunkt Bereich Schnittpunkt Symmetrieachse innere Kante 0 innere Kante 2 zugeoidnete Kante 3 zugeoi dnete Kante 4 Lmgangswellenleilerkante 5 Steg 6 Wellenleitermantel 7 Unterbrechung.
Description:
Integriert-optischer 1 xN- Verzweiger

Die Li rindung betrifft einen integriert-optischen IxN- Verzweiger nach dem Obei begriff des Anspruchs 1 Derartige Verzweiger können beispielsweise in der optischen Nachnchtentechnik oder in der Sensorik eingesetzt werden

Die Ubeitiagung von Signalen und Daten in der Nachrichtentechnik und Sensorik ei folgt zunehmend auf optischei Basis Anstelle elektrischer Verbindungen weiden mit Hilfe von Lichtwellenleitern optische Verbindungen geschaffen, die in ihrer Gesamtheit ein optisches Netz darstellen Eine besondere Bedeutung kommen dabei den sogenannten passiven optischen Netzen zu, in denen die Datensignale auf eine Vielzahl von Kanälen gleichzeitig verteilt werden Zum Aufbau solcher Netze werden optische lxN-Verzweiger in großen Stuckzahlen zu möglichst geringen Kosten benotigt

Integnert-optische lxN-Verzweigei werden derzeit vor allem in Glas-, Silizium- oder Polymer-Technik hergestellt Im Vergleich zu den anderen Materialien haben Polymeie den großen Vorteil, daß sie durch Abformverfahren wie z B Spritzguß odei Heißpragen sehi kostengünstig verarbeitet werden können Außerdem können in dei Polymertechnik neben den wellenleitenden Bereichen auch Fasei tuhiungsstrukturen in das Bauteil integriert werden, in welche die Fasern ohne Naüηustage lediglich eingebracht werden müssen Daraus resultiert eine ei liebliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses

Integπeit-optische Wellenleitei weisen in der Regel einen Wellenleiterkern und einen Wellenleitei mantel auf Die Kern-Brechzahl ist dabei großer als die Mantelbiechzahl Der Transpoi t des optischen Signals findet im wesentlichen im Kei n des Wellenleitei s statt Insbesondere im Bereich der Fernubertrat-um. von

BESWIGUNGSK0P1E

Daten und in der Sensorik wird eine sogenannte einmodige Wellenleitung benötigt. Solche zur einmodigen Übertragung geeignete Wellenleiter weisen bei den gangigen Wellenlängen (0.4- 1.6 μm) Kernabmessungen im Bereich von 3-10 μm auf.

Die Berechnung der optischen Eigenschaften von wellenleitenden Strukturen kann beispielsweise durch " Beam-Propagation-Simulation' (BPM-Simulationen) erfolgen. Dabei wird ein optisches Eingangsfeld vorgegeben und das weitere Feld entlang der wellenleitenden Struktur schrittweise durch numerische Verfahren berechnet. Bei diesen Rechnungen ist darauf zu achten, daß sowohl die Diskretisierung des Brechzahlfeldes als auch die 'Propagations'-Schrittweite nicht zu groß gewählt werden. Zur BPM sind derzeit verschiedene kommerzielle Programme erhältlich, die zum Teil auf unterschiedlichen numerischen Verfahren aufbauen. Zur Kontrolle der Ergebnisse ist es von Vorteil, die mit den verschiedenen numerischen Verfahren erhaltenen Werte auf Übereinstimmung zu überprüfen.

Einen Überblick zu integriert-optischen Verzweigern ist beispielsweise in W. Kart he: 'Integrierte Optik' : Akademische Verlagsgesellschaft Leipzig 1991 , S. 180-185 enthalten. Darin wird ein ' Standard- Verzweiger' mit einem Eingangswellenleiter und zwei Ausgangswellenleitern beschrieben. Zwischen den Ausgangswellenleitern ist eine Aufteilungsvorrichtung vorgesehen, welche den Eingangswellenleiter in die beiden Ausgangswellenleiter überführt und einen Brechungsindex aufweist, der sich vom Kern- und Mantelmaterial der Wellenleiter unterscheidet. In einer Ausführungsform sind die beiden Ausgangswellenleiter gegenüber dem Eingangswellenleiter geneigt und die Aufteilungsvorrichtung ist als spitz zulaufender Bereich zwischen den inneren Kanten der Ausgangswellenleiter ausgebildet.

In einer anderen Ausgestaltung des Y- Verzweigers wird die Spitze der Aufteilungsvorrichtung durch eine Abrundung ersetzt. Nachteilig daran ist, daß eine geringe Einfügedämpfung des Verzweigers nur erreicht werden kann, wenn

dei Radius dei Abiundung sein klein (z B 0 1 μm) gewählt wird Aufgrund des sich dabei ergebenden sehi hohen Aspektvei haltnisses (Wellenleiterhohe z B 8 μm) ist eine solche Ausgestaltung abei mit erheblichen technischen Schu ld igkeiten vei bunden Dies gilt insbesondere fui die Herstellung eines lxN- Vei zu eigei s in Abtoimtethnik. da bei zu großem Aspektverhaltnis eine Trennung von 1 oi mwei kzeug und Foi mteil (sog Entformung) nicht zerstörungsfrei duich/utuhien ist

Als ueiteiei Nachteil dei Ausgestaltung ergibt sich, daß für eine gute Funktion des Veizweigei s die Ausgangswellenleiter gegenüber dem Eingangswellenleiter nui um einen kleinen Winkel (z B < 1 °) geneigt sein dürfen Ein solch kleiner Neigungswinkel fühl t abei zu einer unerwünschten großen Gesamtlange der weilenleitenden Bei eiche des Verzweigers Dies beruht daiauf, daß die Ausgangsai me des Veizweigeis pπnzipiell so weit auseinander geführt werden müssen bis ein Ankoppeln dei Fasern möglich ist (d h mindestens zwei Fasern nebeneinander passen)

Fui gioßeie Winkel ist zwischen dem Eingangswellenleitei und den beiden Ausgangswellenleitei n ein lechieckiger Bereich vorgesehen, der einen Biechungsindex autweist, dei niedriger ist als der des Eingangswellenleiters und dei dei Ausgangswellenleitei

In dei Veioftentlichung von M Seino, M. Shina. T Mekada, N Nakajima ' Lou loss Mach-Zehndei modulatoi using mode coupling Y-branch waveguide", Pioc 13ιh Euiop Conf Opt Commun. ECOC, Helsinki 1987. S 113-1 16 wird ein iniegnei i-optischei Y-Vei zweiger beschrieben, in welchem die Autteilungsvoi nchtung im voideien Teil als im wesentlichen rechteckigei Bereich ausgebildet ist Dieser Bei eich leicht über den Schnittpunkt der inneren Kanten dei Ausgangswellenleitei hinaus und hat einen andeien Biechungsindex als Wellenleuei kei n und Mantel Als bevorzugter Weit für den Brechungsindex im feil dei Autteilungsvorπchtung wird das arithmetische Mittel aus Kern- und Mantelbiechzdhl annetieben

Nachteilig an diesem Y- Verzweiger ist, daß der vordere Teil der Aufteilungsvorrichtung einen Bereich mit einem anderen Brechzahlwert als im Wellenleiterkern und Mantel aufweist. Dadurch ist keine Kompatibilität zu gängigen Herstellungsverfahren (die nur zwei Brechzahl werte vorsehen) mehr gewährleistet. Zur Herstellung des Verzweigers muß also mit hohem Aufwand ein geeignetes, neues Herstellungsverfahren entwickelt werden.

In Z. Weissman. E. Maroni, A. Hardy: 'Very low loss Y-junction power divider ' : Optics Lett. Vol 14 No. 5, S. 293 (1989) wird ein Y- Verzweiger beschrieben, in welchem die Aufteilungsvorrichtung einen im wesentlichen rechteckigen Bereich aufweist, der genau bis an den Schnittpunkt der inneren Kanten des Ausgangswellenleiters ausgedehnt ist und einen Brechungsindex besitzt, der dem des Wellenleitermantels entspricht. Weiterhin haben Eingangs¬ und Ausgangswellenleiter eine unterschiedliche Breite.

Die in dieser Veröffentlichung durchgeführten BPM-Rechnungen zeigen, daß eine gute Funktion des Verzweigers mit einer Aufteilungsdämpfung kleiner 1 dB nur gewährleistet ist. wenn am Eingangswellenleiter die erste (antisymmetrische) Mode anliegt. Dies ist aber in der Regel nicht der Fall, da z.B. nach Austritt des Lichts aus der Einkoppelfaser im wesentlichen die nullte (symmetrische) Mode angeregt wird. Dieser Y- Verzweiger hat daher den entscheidenen Nachteil, daß vor dem Verzweiger spezielle Elemente zur selektiven Anregung der ersten Mode vorgesehen werden müssen. Durch solche Elemente wird aber die Gesamtdämpfung des Bauteils erheblich erhöht, da einerseits die Modenkonvertierung nicht verlustfrei erfolgen kann und außerdem die Gesamtlänge der wellenleitenden Bereiche zunimmt. Letzteres ist insbesondere für polymere Wellenleiter nachteilig, weil diese aufgrund ihrer hohen Materialabsorption auf kurze Wellenleiterlängen angewiesen sind.

Ein möglichst niedriger Dämpfungsverlust der lxN-Verzweiger ist aber insbesondere für den Einsatz in der Telekommunikation wichtig, weil dadurch z. B. größere Übertragungsstrecken möglich werden.

km ueiteiei Nachteil bestellt dann, daß die Breite des parallel zum vorderen Teil dei Aulteilungsvoπ ichtung lautenden Wellenleiterkerns lediglich 1-2 μm ( Wellenleitei hohe 3 μm) betiagt Das Aspektverhaltnis (Hohe Breite) von ca 2 1 bei üleichzeitigen Strukturbieiten von ca 1 μm fuhrt aber zu einer erheblichen \eι ι ιngeι ung dei möglichen Piazision bei der Wellenleiterherstellung Autgrund von Beugungselfekten ist dies insbesondere dann der Fall, wenn mittels UV- Lithogiaphie ein Formwerkzeug zur Wellenleiterabformung hergestellt werden soll

In Z Weissman. k Mai om, A Hardy 'Novel passive mulübranch power splittcis toi integiated optics . Appl Optics, Vol 29 No 30, S 4426 (1990) wird ein 1 x4-Veι zweiget beschrieben, dei eine im vorderen Teil im wesentlichen i echteckige Autteilungsvoπ ichtung autweist Die voiderste Kante dei Autteilungsvorπchtung liegt dabei genau am Schnittpunkt der inneren Kanten der Ausgangswellenleitei Hinzu kommt, daß der Eingangswellenleiter in etwa vier mal bieiter als die Ausgangswellenleiter ist Nachteilig an dieser Austuhi ungstorm ist, daß voi dem Verzweiger ein Taper integriert werden muß, dei das Eingangsteld vom anfanglichen Durchmesser um einen Faktor 4 auf weitet Durch diesen Taper wird aber die Gesamtlange des Bauteils erheblich ei hohi. was insbesondere fui polymere Wellenleiter von Nachteil ist

Die 1P 63-60405 beschreibt einen Y- Verzweiger mit einem Einschnitt im Veizweigungsbereich. dei einen Biechungsindex aufweist, der im Bereich zwischen dem des Wellenieitermateπals und des Substratmateπals liegt. Dieser kinsehmtt ei streckt sich bis in die Nahe des Eingangswellenleiters

Ls ist dabei, ausgehend von Z Weissman et al , Optics Lett Vol 14 No 5. S 293 ( 1 °89) die Autgabe dei Ei hndung. einen lxN-Verzweiger zu schaffen, dei eine möglichst kleine Einfugedampfung autweist und auf einfache Weise hei gestelll weiden kann

Du. \utgabe wnd mit einem mtegneit-optischen IxN-Veizweigei nach Anspruch

1 gelost

BPM-Rechnungen haben zu dem überraschenden Ergebnis geführt, daß dadurch, daß die Auttetiungsvoi richtung einen Bereich umfaßt, der vor dem Schnittpunkt dei inneien Kanten dei äußersten Ausgangswellenleiter liegt, die ei lindungsgemaße Ausgestaltung dei Autteilungsvorπchtung eine sehr geringe Lintugedampfung eneiLht weiden kann Für einen Y-Verzweiger ist diese beispielsweise kleinei 0 1 dB bei einer Optimierung dei Strukturmaße tur eine einzelne Wellenlänge (z B λ = 1 3 μm) und kleiner 0 2 dB bei Optimierung auf zwei Wellenlangen (7 B 1 3/ 1 55 μm) Der Bereich, der denselben Biechungsindex autweist wie dei Wellenleitermantel, tragt in geradezu optimaler Weise /ui rianstoi mation des optischen Feldes vom Eingangswellenleitei in die Ausgangswellenleitei bei. wodurch sich eine kleine Einfugedamptung bei gleichzeitig gioßen Autzweigungswinkeln ergibt

In einei bevoizugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Verzweiger eine paidllel zum Eingangswellenleitei liegende Symmetrieachse auf Dadurch wird eine gleichmaßige Aufteilung fui jeweils symmetrisch zueinander liegenden Ausgangswellenleitei eneicht Es kann aber auch gewünscht sein, daß der \eι zu eιgeι keine Svmnietneachse autweist und das optische Feld auf die einzelnen Ausgangsarme mit unterschiedlichen Anteilen aufgeteilt wnd

Weitei hm weiden duich die Ausgestaltung der Autteilungsvorπchtung ver gleichsweise gioße Veizweigungswinkel 2° bis 5° für einen Y-Verzweiger ei moglicht Dies hat den gioßen Vorteil, daß dadurch die Ldnge der uellenleuenden Beieiche erheblich reduziert werden kann Dies ist insbesondere lui polv meie Wellenleitei aufgrund ihrer hohen intπnsischen Matenalabsorption voi teilhall Fei nei kann daduich eine kleine Einfugedamptung bei gleichzeitig gioßem Veizweigungswinkel eneicht weiden

Die ei tindungsgemaße Ausgestaltung des lxN-Verzweigers sieht vor daß rmgangswellenleitei und Ausgangswellenleitei die gleiche Breite autweisen Daduich weiden keine Tapei υdei Modenkonverter vor dem Verzweigungspunkt benotigt woduich die Lange des Verzweigers beträchtlich reduzieit weiden kann

Es ist vveitei hiπ von Voπeil wenn der Abstand des Bereichs vom Schnittpunkt aus Eingangswellenleitei kante und zugeordneter Kante des äußersten Ausgangswellenleitei s kleinei ist als seine Langserstreckung vom Schnittpunkt der inneien Kanten dei außeisten Ausgangswellenleiter

In einei weiteien bevoizugten Ausgestaltung erstreckt sich der Bereich bis in den Eingangswellenleitei

Die Aufteilungsvoπ ichtung kann entweder verschiedene voneinandei getiennte Bei eiche enthalten odei ein zusammenhangendes Gebiet sein Letzteres ist insbesoiideie fui die Herstellung von Wellenleitern in Abformtechnik von Vorteil, weil daduich die Stabilität des Formeinsatzes erhöht wird und eine problemlose Enttoi mung möglich ist

In emei voi teilhatten Ausgestaltung weist die Aufteilungsvorrichtung im vorderen Bei eich eine im wesentlichen konstante Breite auf Dadurch werden kleine Aspekt veihaltnisse vei mieden welches insbesondere tur die Trennung von Bauteil und Foi meinsatz (sog Enttoimung) von Voiteil ist Es kann aber gewünscht sein, daß die Biene dei Aufteilungsvomchtung im vordeien Beieich kontinuierlich zunimmt und daduich die Bieite des dazu parallel laufenden Wellenleiterkerns ei hυht wnd

Die Aufteilungsvoi nchtung weist vorzugsweise mindestens im Bereich des Schnittpunktes eine im wesentlichen konstante Breite auf Es besteht auch die Möglichkeit daß die Aufteilungsvoinchtung und dies beti ifft im wesentlichen den Beieich voi dem Schnittpunkt sich in Richtung des Eingangswellenleitei s verengt odei vei bl euen

Die Ausgangswellenleitei können hintet dem Schnittpunkt dei inneien Kanten dei außeisten Ausgangswellenleitei ubei einen Steg aus Wellenleitei kernmateπal miteinandei vei bunden sein

In einei voi teilhatten Ausgestaltung der Eihndung wird dei Eingangsweilenleiter voi dei Aufteilungsvoi nchtung im wesentlichen stufenförmig veibreitert Dies hat den gioßen Voiteil daß daduich auch der zum vorderen Bereich der Λufieiiungsvon ichtung paiallel liegende Wellenleiterkern verbreiten wnd Eine gi oßcie Bieite fuhi t abei zu einem kleineren Aspektverhaltnis, wodurch eine emiacheie und piaziseie Hei Stellung des IxN- Verzweigers möglich ist Autgrund dei im Vei gleich 7uι UV-Stiahlung großen Strukturabmessungen ist es dabei insbesondei e möglich, ein Foi mweikzeug tur Wellenleitei in Abformtechnik auch mittels UV Lithogiaplne hei/ustellen Außeidem wnd aufgrund dei größeren Biene des Wellenleitei kei ns daas Einfüllen des Kernmateπals in das Formteil beti acht! ich veieintacht

Anstatt einei stutentoimigen Vei bieiterung kann der Eingangswellenleiter auch auf einei Lange 1 kontinuiei lich verbreitert sein solange das optische Feld in der Autvveitungsstiecke seine Bieite nicht wesentlich vergroßeit Dieses ist bei luni eichend kleinem 1„ (z B gleich der zehnfachen Wellenleiterbreite des Eingangswellenleitei s) gewaln leistet Durch die kontinuierliche Aufweitung ergibt sieh dei Voi teil daß keine Eckbeieiche wie bei der stufenförmigen Vei breiterung mein auTtieten Daiaus folgt eine erheblich einfachere Herstellung der Wellenleitei in Abtoimtechnik Außerdem wird durch die fehlenden Eckbeieiche das Liiitullen des Kei nmatei ιals in das Formteil vereinfacht

\oi zugsweise liegt die Vei bieiteiung des Eingangswellenleiters vor dei Autteilungsvoi i ichtung

Das Vei lialtnis dei kingdiigswellenleiterbreiten voi und nach dei Vei breitei ung ist voi teilhaltei weise gioßei als 1 5

Die Λufteilungsvυrnchtung kann auch so ausgestaltet sein, daß Eingangswellenleitei und Ausgangswellenleiter voneinander getrennt sind Daduich wnd das Kei nmatei tat durch den Bereich vor dem Schnittpunkt vollständig untei biochen Die Autteilungsvorπchtung weist hierbei vorzugsweise dieselbe Bl eue auf wie dei Wellenleiterkern

Die Unterbrechung des wellenleitenden Bereichs hat den Vorteil, daß die Aufteilungsvornchtung durch die seitlichen Bereiche zusätzlich stabilisiert wird Dadurch wird eine hohe Zentπzitat der Aufteilungsvornchtung gegenüber Eingangswellenleitei und Ausgangswellenleiter und somit eine hohe Autteilungsgleichmaßigkeu des Verzweigers erreicht

Die Heistellung der Wellenleitei in Ablormtechnik erfolgt vorteilhaft dadurch. daß das Formwerkzeug mittels Rontgentietenlithographie und nachfolgender Galvanotormung gefertigt wnd Im Gegensatz zur UV-Lithographie sind Beugungsettekte bei der Verwendung von Rontgenstrahlen erheblich reduziert, so daß das mittels BPM-Rechnungen optimierte Design mit großei Präzision in das Formwerkzeug übertragen weiden kann Dadurch ist es insbesondere möglich, den zum vordeien Bereich dei Autteilungsvorπchtung parallel lautende Wellenleitei kern in hohei Qualität herzustellen

Ausfuhrungsbeispiele der Erhndung werden nachfolgend anhand dei Zeichnungen nahei ei lauten

Es zeigen

Fig 1 Y-Vei zueigei gemäß einei ersten Ausführungsform,

Fig 2 Y-Verzvveiger mit verbreitertem Eingangswellenleiter,

Hg vei schiedene Austuhrungstormen bezüglich der Lange des vorderen Bei eichs dei Autteilungsvorπchtung,

Tig 4 vei schiedene geometnsche Ausgestaltungen des voi deren Beieichs der Aulteilungsvoπ ichtung und

1 i-i 5 einen Y Vei zweiget mit einer Unterbrechung des Wellenleitei kei nmateπals

Fig 1 zeigt einen 2-dιmensιonalen Querschnitt eines symmetrischen (Sv mmeti ieachse 8) Y-Veizweigeis mit einem Eingangswellenleitei 1 und zwei Λusgangswellenleitern 2a, b Eingangs- und Ausgangswellenleiter haben einen quadiatischen Quei schnitt mit einer Kantenlange von dl = 8 μm (die Wellenleitei hohe ist in dei Figui 1 nicht gezeigt) Die Brechungsindizes liegen bei nM = 1 45 im Wellenleitei mantel 16 und nK = 1 454 im Wellenleiteikern Die angegebenen Wellenleiteipaiameter sind auf eine Standardglastaser (SM 1300) angepaßt und es ist somit eine verlusttreie Einkopplung möglich Die Welleniettung bei den Standaidweilenlangen 1 3/1 55 μm erfolgt monomodig

Die Ausgangswellenleitei 2a, b sind jeweils gegenüber dem Emgangswellenleiter 1 um einen Winkel γ = 2 5° geneigt Zwischen den Ausgangswellenleitern 2a, b befinden sich die Aufteilungsvoi nchtung 3, welche aus Mantelmateπal des Wellenleitei s bestellt und einen Biechungsindex nM = 1 45 aufweist Die \ulteilungsvoi nchiung besitzt einen Beieich 5 der voi dem Schnittpunkt 4 der inneien Kanten 9 10 dei Ausgangswellenleiter 2a. b hegt und sich in den Vei bieiteiungsbeieich odei Taperbeieich 1 1 des Y- Verzweigers eistieckt, der in dei luei gezeigten Dai Stellung am Schnittpunkt 6 aus Eingangswellenleiterkante 14 und zugeoidnetei Kante 12 13 des außeisten Ausgangswellenleitei s 2a beginnt Die λulteilungsvoi nchtung 3 ist vorteilhaft als zusammenhangendes Gebiet mit im Bei eich 5 konstantei Bieite ausgeführt

I in die Hei Stellung dei Wellenleiter ist es vorteilhaft, alle Ecken mit einem Radius von 1 2 μin abzuiunden ( in Fig 1 nicht gezeigt)

1-ιg 2 zeigt einen erfindungsgemaßen Y- Verzweiger mit einer Verbreiterung 11 des Liiiiiangswellenleiters 1 Wellenleiterbreite d l , Brechzahlen nM/nK und Aulieilungswmkel sind gleich den Werten in Figur 1 . Die Verbreiterung 1 1 des Eingangswellenleitei s erfolgt vorteilhaft auf einer Lange 1 ( , = 20 μm auf einen Endwert von d2 = 16 μm Das Verhältnis von Wellenleiterbreite nach und vor dei Verbreiterung hat den Wert 2. Der zum vorderen Teil der Aufteilungsvornchtung 3 parallel laufende Wellenleiterkern 7 hat eine Breite von

4 75 μm

Dei Bei eich 5 der Aufteilungsvorrichtung 3 weist vorteilhaft eine Breite von ca. b = 6 5 μm und eine Lange von ca. Z„ = 95 μm auf .

In den Fig 3a. b und c sind verschiedene Ausgestaltungen der Aufteilungsvornchtung 3 dargestellt. In Fig. 3a befindet sich der vordere Bereich

5 der Aufteilungsvornchtung 3 in der Nahe des Schnittpunktes 4 der inneren Kanten 9. 10 der äußersten Ausgangswellenleiter 2a, b. Der Abstand des vorderen Bereichs 5 vom Schnittpunkt 6 aus Eingangswellenleiterkante 14 und zugeordneter Kante 12 des äußersten Ausgangswellenleiters 2a ist großer als sein Abstand vom .Schnittpunkt 4

In Fig 3b ist dei Abstand des vorderen Bereichs 5 vom Schnittpunkt 6 kleiner als sein Abstand vom Schnittpunkt 4 der inneren Kanten 9, 10 der äußersten Ausgangswellenleiter 2a, b.. In Fig. 3c erstreckt sich der Bereich 5 bis in den Eingangswellenleitei" 1 und liegt vor dem Schnittpunkt 6 von Lingangswellenleiterkante 14 und zugeordneter Kante 12 des äußersten Ausgangswellenleiters 2a Die Breite der Aufteilungsvorrichtung 3 ist geringer als die Bieite des Eingangswellenleiters 1.

fig 4 zeigt einen Y- Verzweiger mit verbreitertem Emgangswellenleiter 1 analog zu Fig 2. wobei verschiedene Ausfuhrungstormen der Aufteilungsvornchtung 3 dargestellt sind. Die Breite der Aufteilungsvorrichtung 3 kann beispielsweise zu- odei abnehmen (Fig 4a. b) Es kann auch ein geschlossener Bereich 3.5 (Fig 4c)

voi liet-eii wobei die beiden Ausgangswellenleitei 2a, b ubei einen Steg 15 aus Ku nmaieπal miteinandei vei bunden sind

le nach vei wendete! Austulnungstoim sind die einzelnen geometi ischen Abmessungen duich Simulationsiechnungen zu optimieren Dabei soll eine möglichst gel inge Vei lustdaniptung des Verzweigers sowie eine möglichst geringe Abhängigkeit dei Autteilungsgleichmaßigkeit von Schwankungen dei geonieu ischen Maße (1 abi ikationstoleranzen) erreicht werden

I ig 5 zeigt einen eihndungsgemaßen Y Verzweigei mit verbreitertei Aufteilungsvoi nchtung 3 In dei gezeigten Ausführungsform entspricht die Breite dei Autteiiungsvoi πchtung 3 geiade der Breite dl des Eingangswellenleiters 1 Wellenleitei hielte dl Biechzahlen nM/nK und Autteilungswinkel sind gleich den

Die Vei bi eitel ung der Aufteilungsvornchtung 3 um den oben angegebenen Wert hat zui Folge daß dei wellenleitende Bereich an dei Verzweigungsstelle untei bi ochen wird Duich Simulationsrechnungen auf Basis dei oben angegebenen Weite fui Biechzahlen Wellenleiterbreite und Autteilungswinkel ergibt sich, daß die Uiuei bi echung 17 des wellenleitenden Bereichs vorteilhaft auf einer Lange von 11 - 40-45 μm ei folgt Dadurch wird erreicht daß der Verzweiger eine sehr kleine Vei lustdaniptung von weniger als 0 1 dB aufweist Wählt man einen Wert im 11 außer halb des angegebenen Bereichs, steigt die Verlustdampfung an