Wieder verwendbarer Faser-Wellenleiter-Koppler

Die Anwendung von Dünnfilm-Wellenleitern kann durch eine praktikable und effektive Methode zur Einkopplung von Licht aus einer optischen Faser in den planaren Wellenleiter deutlich vereinfacht werden. Ein neu entwickelter Lösungsansatz kombiniert eine Gradientenindex- (GRIN) Linse mit einer Gitterstruktur auf deren Austrittsfläche, um Licht aus einer optischen Single-Mode Faser direkt in den Wellenleiter zu koppeln. Die abnehmbare und wieder verwendbare Mikrooptik wird mit einer präzisen Mechanik einfach auf die Wellenleiteroberfläche aufgesetzt. Der große Vorteil ist, dass die Kosten für die lithografische Strukturierung der üblicherweise verwendeten internen Gitterkoppler in den Wellenleitern entfallen. Dies ist besonders attraktiv in Verbindung mit Einweg-Wellenleitern in Biosensorik-Anwendungen.

Die Effizienz des externen Kopplers hängt von den Eigenschaften des Gitters und dem Abstand zur Wellenleiter Oberfläche ab. Finite-Elemente-Methoden (FEM) werden verwendet, um den Kopplungsprozess zu modellieren. Die numerischen Simulationen legen nahe, dass Koppeleffizienzen über 40% erreicht werden können.

Experimentell wurde mit einem 500 nm-Gitter auf einer kollimierenden GRIN-Linse, hergestellt durch direkte Laserablation bei 157 nm, eine Koppeleffizienz von 13% erreicht.

Eine weitere Vereinfachung kann durch die unmittelbare Verwendung der Faserendfläche als externer Koppler erreicht werden. In diesem Fall wird die optische Faser mit einem Winkelschliff versehen und mit einem Gitter strukturiert. Weitere optische Komponenten sind nicht erforderlich, es muss jedoch eine höhere Einfügedämpfung toleriert werden.

Weiterführende Informationen:

T. Fricke-Begemann, J. Ihlemann
Direct light-coupling to thin-film waveguides using a grating-structured GRIN lens
Optics Express 18, 19860 (2010)