Polarisationsunabhängiger Flüssigkristall
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FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PHOTONISCHE MIKROSYSTEME IPMS 1 1 1 × 2 Flüssigkristall-Schalter / einstellbarer Leistungsteiler 2 Polarisationsunabhängiger 2 POLARISATIONSUNABHÄNGIGER FLÜSSIGKRISTALL-WELLENLEITER Flüssigkristall-Wellenleiter Viele Anwendungen reagieren empfindlich Bedingt durch den elektrooptischen Effekt auf die Polarisation des Lichts und müssen hängt das Ausbreitungsverhalten einer deshalb mit Komponenten zur Stabilisierung Lichtwelle im Flüssigkristall-Wellenleiter zu- der Polarisation ausgestattet werden. Dane- nächst von ihrem Polarisationszustand ab. Fraunhofer-Institut für ben gibt es aber auch Anwendungen, die Ein neues Design-Konzept, welches kürzlich Photonische Mikrosysteme IPMS polarisationsunempfindliche Komponenten vom Fraunhofer IPMS entwickelt wurde, erfordern, beispielsweise wenn die Komple- ermöglicht nun auch eine polarisationsun- Maria-Reiche-Str. 2 xität faseroptischer Netzwerke reduziert und abhängige Wellenleitung: Die optischen 01109 Dresden Kosten gesenkt werden sollen. Verluste können sowohl für TE- als auch Ansprechpartner TM-Moden durch die Variation spezieller Die vom Fraunhofer IPMS entwickelten elektrischer Feldverteilungen gleichzeitig Dr. Michael Scholles elektrooptisch induzierten Wellenleiter mit gesteuert werden. Telefon +49 351 8823-201 Flüssigkristallen auf einer Silizium-Backplane [email protected] eignen sich besonders für optische Schaltan- Bild 3 zeigt die berechneten Übertragungs- wendungen. Die einzigartigen Eigenschaften werte für TE- und TM-Moden als Funktion dieser Technologie sind den hochtransparen- der angelegten Spannung. Diese Daten ten Flüssigkristallmischungen zu verdanken, zeigen, dass mit dem gegenwärtigen die als Wellenleiter-Materialien verwendet Design im Monomode-Betrieb im Wellen- werden. Insbesondere reagieren sie längenbereich um 1550 nm eine Einfüge- aufgrund des elektrooptischen Kerreffektes dämpfung von weniger als 3 dB für extrem äußerst schnell auf elektrische Felder. Die niedrige polarisationsbedingte Verluste über die Wellenleiterstruktur übertragene erreicht wird. Dr. Florența Costache Telefon +49 351 8823-259 [email protected] www.ipms.fraunhofer.de optische Leistung kann sehr präzise im Submikrosekundenbereich variiert werden. lc-waveguide-d 0 Technische Daten T [dB] -2 Parameter TE Einheit -4 TM -6 -8 -10 0.5 0.6 3 0.7 0.8 0.9 Wert Einfügedämpfung (at 1550 nm) dB <3 Polarisationsabhängiger Verlust dB < 0.1 * Dämpfungsbereich dB 0 - 30 Wellenlängenbereich nm 400 - 1600 Optimiert für Wellenlänge nm 1550 Schaltzeit µs <1 Spannung, Umax (entwurfsabhängig) V 40 - 80 * berechnet sowohl für TE- als auch TM-Polarisation U / Umax Bei der Fertigung am Fraunhofer IPMS wird Verwendung Zuverlässig (keine mechanischen Teile) Hochpräzise Silizium-Mikrotechnologie eine hochpräzise Silizium-Wafer-LevelTechnologie verwendet. Damit sind die Optische Bauelemente basierend auf Voraussetzungen für gute Qualität, hohe polarisationsunabhängigen elektrooptisch Stückzahlen und eine kosteneffiziente induzierten Wellenleitern können zur Produktion erfüllt. Ein Demonstrator des Signalübertragung zwischen multiplexierten polarisationsunabhängigen Flüssigkristall- faseroptischen Sensoren und signalverar- Schalters ist verfügbar. beitendem Instrument genutzt werden. Herstellung der Bauelemente auf Wafer-Level Skalier- und Integrierbarkeit mit anderen (Schalt)bauelementen Die erzielten Kanalwechselfrequenzen liegen im MHz-Bereich. Da das Bauteil Vorteile Mögliche Anwendungsfelder keine mechanischen Teile enthält, arbeitet es nahezu verschleißfrei. Es kann somit Das Fraunhofer IPMS konnte zeigen, dass zur ersten Wahl für Anwendungen der sich die elektrooptisch induzierten Wellen- Langzeitsignalüberwachung werden. leiter zu optischen Schaltern und variablen Leistungsteilern mit geringen optischen In optischen Telekommunikationsnetzwer- Verlusten kombinieren lassen. Diese gestat- ken ermöglichen diese Bauteile ein dynami- ten Schaltreaktionen im Submikrosekun- sches Umschalten zwischen verschiedenen denbereich sowie eine kontinuierlich über Kanälen, die Regelung und Verteilung der die Spannung steuerbare voll variable Leis- Leistung auf mehrere Netzwerkknoten, tungsverzweigung. Durch den Einsatz des ein erhöhtes Maß an Effizienz durch die neuen vom Fraunhofer IPMS entwickelten effektive Nutzung optischer Ressourcen Wellenleiter-Designs sind diese Bauteile nun sowie insgesamt niedrigere Kosten. Schnelle Langzeitüberwachung von faseroptischen Sensornetzwerken (MHz) Optische Telekommunikationsnetzwerke Signalüberwachung Lichtwellenleiterkopplung Signaldämpfung Lasertechnologie auch in einer polarisationsunabhängigen Variante möglich. Merkmale Besonders die auf dem neuen WellenleiterKonzept des Fraunhofer IPMS basierenden optischen Schalterbauelemente bringen zahlreiche Vorteile mit sich, vor allem eine hohe Schaltgeschwindigkeit, einen zuverlässigen und stabilen Schaltvorgang, Skalierbarkeit für viele Kanäle, Integrierbarkeit in andere Geräte, eine hohe Zahl von Schaltzyklen, eine geringe Einfügedämpfung und geringes Übersprechen. Ermöglicht wurde die Entwicklung eines pola Geringe Größe Polarisationsunempfindlicher Einsatz Monomode-Ausführung (Multimode- Ausführung möglich) Ankopplung von Lichtwellenleitern Stabiler Schaltvorgang Voll variable Leistungsverzweigung Kontinuierlich über die Spannung steuerbare Ausgangskennlinie risationsunabhängigen Flüssigkristall-Schalters im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Projektes »Elektrooptische Wellenleiter basierend auf Flüssigkristallen für integrierte optische Schaltungen« (EOF-IOS), FKZ 13N12442. Das Projekt ist Teil der Forschungsinitiative »Wissenschaftliche Vorprojekte« (WiVorPro) innerhalb des Förderprogramms »Photonik Forschung Deutschland«. 3 Berechnete Übertragung in polarisationsunabhängigen Flüssigkristall-Wellenleitern
