Either for signal switching in optical communication networks or fiber sensor
24 Januar 2012 - 26 Januar 2012
Österreich
Sowohl in der optischen Telekommunikation als auch für Faser-
Sensornetzwerke werden optische Schalter benötigt, die dynamisch steuerbar
sind. Optische Schalter und Router sind typische Geräte für diesen Markt
in Netzwerkapplikationen. Anforderungen sind hohe Zuverlässigkeit und
Stabilität des Schaltvorgangs, die gleichzeitige Steuerung einer hohen Anzahl
von Kanälen sowie geringe optische Verluste, niedriger Crosstalk und kleine
Schaltzeiten.
Optische Schalter, die auf Flüssigkristallen basieren und damit ohne bewegliche
Teile auskommen, gewährleisten hohe Zuverlässigkeit und Stabilität. Dies
ist einer der Gründe, weshalb das Fraunhofer IPMS vor einiger Zeit die
Entwicklung entsprechender Bauelemente gestartet hat. Hohe Attraktivität
gewinnt diese Technologie durch die Verwendung isotroper Flüssigkristalle.
Hierbei wird der zugrunde liegende elektrooptische Kerr-Effekt ausgenutzt,
der zu Schaltzeiten unterhalb einer Mikrosekunde und einer exzellenten
Transparenz über einem breiten Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1600 nm
führt, bei vergleichsweise geringen Betriebsspannungen. Darüber hinaus sind
die Bauelemente aufgrund ihres unkomplizierten Designs in planarer Silizium-
Wafer-Technologie einfach herstellbar und integrierbar.
Der in der Abbildung gezeigte optische Schalter des Fraunhofer IPMS
besteht aus zwei gegeneinander gebondeten Silizium-Wafern, die jeweils
strukturierte Metallelektroden aufweisen. Die Wafer schließen eine isotrope
Flüssigkristall-Schicht ein. Ein elektrisches Feld, das mittels der Metallelektroden
vertikal im Flüssigkristall eingeprägt wird, führt zu einer lokalen Änderung
des Brechungsindexes in der betreffenden Region. In den sich ausbildenden
Pfaden kann Licht geführt werden, mit einem optischen Verlust kleiner 2 dB/
cm. Basierend auf diesem Prinzip der aktiven optischen Wellenleiter können
durch einfache Strukturierung der Elektroden auf den Wafern komplexere
Bauelemente mit einer größeren Anzahl von optischen Eingängen und
Ausgängen ohne Probleme hergestellt werden, sowohl für Mono-Mode- als
auch für Multi-Mode-Betrieb.
Der optische Flüssigkristall-Schalter des Fraunhofer IPMS bietet daher
außerordentliche Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit und Stabilität des
Schaltvorgangs, da keine mechanisch beweglichen Teile involviert sind. Das
Herstellungsprinzip unter Nutzung von Silizium-Wafern ermöglicht große
Flexibilität und Skalierbarkeit, zudem ist eine kostengünstige Fertigung auch
in hohen Stückzahlen gewährleistet. Die Funktionalität der Bauelemente kann
ohne großen Aufwand auf optische Kopplung, Dämpfung und Modulation
erweitert werden. Maßgeschneiderte Lösungen für optische Netzwerke,
Sensoranwendungen und sonstige Applikationen in der Lasertechnologie
werden ermöglicht.
Sensornetzwerke werden optische Schalter benötigt, die dynamisch steuerbar
sind. Optische Schalter und Router sind typische Geräte für diesen Markt
in Netzwerkapplikationen. Anforderungen sind hohe Zuverlässigkeit und
Stabilität des Schaltvorgangs, die gleichzeitige Steuerung einer hohen Anzahl
von Kanälen sowie geringe optische Verluste, niedriger Crosstalk und kleine
Schaltzeiten.
Optische Schalter, die auf Flüssigkristallen basieren und damit ohne bewegliche
Teile auskommen, gewährleisten hohe Zuverlässigkeit und Stabilität. Dies
ist einer der Gründe, weshalb das Fraunhofer IPMS vor einiger Zeit die
Entwicklung entsprechender Bauelemente gestartet hat. Hohe Attraktivität
gewinnt diese Technologie durch die Verwendung isotroper Flüssigkristalle.
Hierbei wird der zugrunde liegende elektrooptische Kerr-Effekt ausgenutzt,
der zu Schaltzeiten unterhalb einer Mikrosekunde und einer exzellenten
Transparenz über einem breiten Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1600 nm
führt, bei vergleichsweise geringen Betriebsspannungen. Darüber hinaus sind
die Bauelemente aufgrund ihres unkomplizierten Designs in planarer Silizium-
Wafer-Technologie einfach herstellbar und integrierbar.
Der in der Abbildung gezeigte optische Schalter des Fraunhofer IPMS
besteht aus zwei gegeneinander gebondeten Silizium-Wafern, die jeweils
strukturierte Metallelektroden aufweisen. Die Wafer schließen eine isotrope
Flüssigkristall-Schicht ein. Ein elektrisches Feld, das mittels der Metallelektroden
vertikal im Flüssigkristall eingeprägt wird, führt zu einer lokalen Änderung
des Brechungsindexes in der betreffenden Region. In den sich ausbildenden
Pfaden kann Licht geführt werden, mit einem optischen Verlust kleiner 2 dB/
cm. Basierend auf diesem Prinzip der aktiven optischen Wellenleiter können
durch einfache Strukturierung der Elektroden auf den Wafern komplexere
Bauelemente mit einer größeren Anzahl von optischen Eingängen und
Ausgängen ohne Probleme hergestellt werden, sowohl für Mono-Mode- als
auch für Multi-Mode-Betrieb.
Der optische Flüssigkristall-Schalter des Fraunhofer IPMS bietet daher
außerordentliche Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit und Stabilität des
Schaltvorgangs, da keine mechanisch beweglichen Teile involviert sind. Das
Herstellungsprinzip unter Nutzung von Silizium-Wafern ermöglicht große
Flexibilität und Skalierbarkeit, zudem ist eine kostengünstige Fertigung auch
in hohen Stückzahlen gewährleistet. Die Funktionalität der Bauelemente kann
ohne großen Aufwand auf optische Kopplung, Dämpfung und Modulation
erweitert werden. Maßgeschneiderte Lösungen für optische Netzwerke,
Sensoranwendungen und sonstige Applikationen in der Lasertechnologie
werden ermöglicht.