Fokussierendes integriert-optisches Transmissionsgitter als Wellenlängendemultiplexer

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Müller
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 1999 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5216130

Ziel des Vorhabens ist der Entwurf, die Realisierung und Untersuchung eines integriert-optischen Wellenlängen-Demultiplexers für die optische Nachrichtentechnik als Mikrosystem auf einem Siliziumsubstrat. Dieses System basiert auf einem selbstfokussierenden Transmissionsgitter-Spektrometer, das als Filmwellenleiterstruktur zwischen dem integriert optischen streifenbelasteten Eigangswellenleiter und den der Kanalzahl entsprechenden Anzahl von Ausgangswellenleitern eingefügt ist. Die streifenbelasteten Wellenleiter werden zum Erreichen geringer Dämpfung bei 1.55 µm als SiO2-Al2O3-Wellenleiter, abgeschieden in einem PECVD-Prozeß aus metallorganischen Verbindungen, mit einem effektiven Index um 1.5 realisiert. Um den für das Transmissionsgitterspektrometer notwendigen hohen Indexsprung zu erhalten, besteht der Filmwellenleiter aus einem Al2O3-TiO2-Wellenleiter mit einem effektiven Index nahe 2. Damit läßt sich eine hohe Dispersion des Gitters erreichen. Zur Fokkussierung werden die einzelnen Gitterzähne so variiert, daß eine Fokusebene, ggf. auch eine gekrümmte Fokusfläche entsteht, an der die einzelnen Kanäle aus dem Gitter folgenden SiO2-Al2O3-Filmwellenleiter in separate Wellenleiter eingekoppelt werden. Zur Verringerung der Baulänge und Ausleuchtung des Gitters mit parallelem Licht wird das Licht des Eingangswellenleiters in einem mehrfach gefalteten, durch dielektrische Spiegel reflektierten Strahlengang aufgeweitet und schließlich in einem dielektrischen Parabolspiegel parallelisiert. Aufgrund der konzentrierten und für den engen Spektralbereich optimierten Blazewinkel des Gitters sind eine hohe Effektivität, geringe Verluste und insbesondere wegen der niedrigen Beugungsordnung eine vernachlässigbare kleine Temperaturabhängigkeit dieses Systems zu erwarten. Da außerdem die Gitterstruktur nahezu rein periodisch ist, sind auch Fertigungstoleranzen relativ unkritisch und die Herstellung erfordern nur eine klassische Photolithographie und Plasmaätztechnik. In einem späteren Zeitpunkt könnte außerdem der TiO2-Wellenleiter SE-dotiert werden, so daß in diesem Bereich gleichzeitig eine optische Vorverstärkung erfolgen könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen