Herstellung und Charakterisierung von holographischen Reflexionsgittern in Lithiumniobat-Streifenwellenleitern für Anwendungen als Wellenlängenmultiplexer und optische Sensoren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Vorhaben wurden in LiNbO3-Streifenwellenleitern mit sichtbarem Licht Reflexionsgitter für den infraroten Spektralbereich um 1.55 (im erzeugt. Die Eignung solcher thermisch fixierter, schmalbandiger Gitter für Anwendungen als Wellenlängenfilter für das optische Multiplexen und als Sensoren für elektrische Wechselfelder konnte erfolgreich gezeigt werden. Thermisch fixierte holographische Gitter in kupferdotierten Lithiumniobat-Wellenleitern eignen sich sehr gut als schmalbandige Filter für das Wellenlängenmultiplexen. Die Gitter in den erstmals hergestellten Add/Drop-Multiplexern weisen eine Beugungseffizienz von über 96 % auf, wobei dieser Wert durch größere Gitterlängen oder verbesserte Schreibparameter noch gesteigert werden kann. Sowohl das Addieren als auch das Entfernen eines Kanals mit geneigten Gittern zur Modenkonversion konnte gezeigt werden, wobei der modenselektive Koppler mit einem Wellenleiterabstand von 5 um eine Kanaltrennung von >22 dB ermöglicht. Die Einfügeverluste eines undotierten Multiplexers liegen bei (0.13+0.1) dB/cm. Dagegen bewirken kupferdotierte Proben Verluste von ~1 dB/cm. Die bei der Wellenleiterherstellung auftretende Oberflächenrauhigkeit von Proben, die nachträglich mit Kupfer dotiert werden, kann durch Kontrolle der Diffusionsbedingungen nicht vollständig unterdrückt werden. Jedoch zeigen die Rückseiten volumendotierter Proben nur minimale Rauhigkeiten, so dass diese für den Einsatz als Wellenleiter vorzuziehen sind. Prinzipiell kann durch Verwendung von Eisen anstelle von Kupfer die Dämpfung deutlich verringert werden. Abschätzungen lassen eine gesamte Einfügedämpfung des Multiplexers von unter 5dB erwarten. Die elektrische Abstimmbarkeit holographischer Filter in LiNbO3 über koplanare Elektroden konnte gezeigt werden. Mit einer Feldstärke von etwa 3 kV/mm können herstellungsbedingte Abweichungen der Filterwellenlänge kompensiert und das Filter polarisationsunabhängig gemacht werden. Ein Umpolen des Feldes erlaubt ein schnelles Schalten des Filters. Mit dem hergestellten Sensor für elektrische Wechselfelder lassen sich Felder im Bereich von 0.05-5.6 kV/mm messen. Der Messbereich wird hier nach oben nur durch den verwendeten Aufbau beschränkt. Kleinere Feldstärken unter 50 V/cm können aufgrund zu hohen Signalrauschens der verwendeten Detektoren nicht gemessen werden. Eine Einschränkung der messbaren Feldstärken oberhalb von 5.6 kV/cm wird durch die Überschlagsfeldstärke an Luft von etwa 10 kV/cm und durch die begrenzte spektrale breite der Flanke des Reflexionsmaximums gegeben. Das Reflexionsmaximum kann durch eine Reduzierung der Gitterlänge jedoch verbreitert werden, so dass auch höhere Feldstärken messbar werden. Durch einfache Rotation des Sensors um die Ausbreitungsrichtung kann die Orientierung des elektrischen Feldes im dreidimensionalen Raum bestimmt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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C. E. Rüter, D. Runde, D. Kip, Integrated optical sensor based on refractive index gratings in photorefractive LiNb03'.Ti:Fe channel waveguides. Trends in Optics and Photonics, TOPS 99, 777 (2005)
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D. Kip, M. Wesner, Photorefractive Waveguides. Springer Series in Optical Sciences 113, 289-315 (2006)
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D. Runde, S. Breuer, D. Kip, Holographic reflection filters in photorefractive LiNbOs channel waveguides for applications as add/drop multiplexers. Trends in Optics and Photonics, TOPS 99, 772 (2005
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D. Runde, S. Kostritskii, D. Kip, Holographic reflection filters in photorefractive LiNbO3 channel waveguides for applications as add/drop multiplexers, 10th Microoptics Conference - MOC '04, Jena, 1. - 3. September (2004).
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D. Runde, St. Breuer, D. Kip, Holographie reflection filters in photorefractive LiNbOs channel waveguides for applications as add/drop multiplexers. European Conference on Integrated Optics - ECIO '05, Grenoble, 6. - 8. April (2005).
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F. Chen, D. Kip, V. Shandarov, D. Runde, M. Stepic, C. E. Rüter, Propagation of a light beam in lithium niobate waveguide arrays: from discrete diffraction to discrete self-focusing. Proc. SPIE 5851, 96 (2005)
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F. Chen, M. Stepic, C. E. Rüter, D, Runde, D. Kip, V. Shandarov, O. Manela, M. Segev, Discrete solitons in a one-dimensional waveguide array in photorefractive lithium niobate. Opt. Express 13, 4314 (2005)
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M. Stepic, V. Shandarov, A. Maluckov, F. Chen, D. Runde, C. E. Rüter, D. Kip, Steering of bright discrete photovoltaic solitons in lithium niobate waveguide arrays. Proc. SPIE 6023, 154 (2005)
