JP2000347149A

JP2000347149A - 方向性結合器

Info

Publication number: JP2000347149A
Application number: JP2000071471A
Authority: JP
Inventors: Makoto Minakata; 皆方　　誠; Jungo Kondo; 順悟近藤; Tatsuo Kawaguchi; 竜生川口; Minoru Imaeda; 美能留今枝
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動電圧が低く、印加電圧の制御のみでｂａｒ
−ｓｔａｔｅ及びｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅを達成するこ
とが可能な、新たな方向性結合器を提供する．【解決手段】電気光学効果を有する基板２と、この基板
２内に形成された方向性結合器型の光導波路３−１及び
３−２と、電極４−１及び４−２とを具えた方向性結合
器において、基板２を、基板２の主面２Ａに対して略垂
直な分極方向Ｐを有する第１の分極反転ドメインと、前
記分極方向Ｐと反対の分極方向Ｑを有する第２の分極反
転ドメインとに分割し、電極４−１及び４−２を、第１
の分極反転ドメイン５−１と、第２の分極反転ドメイン
５−２との境界面７によって２等分割あるいは多分割す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、方向性結合器に関
し、さらに詳しくは、超高速通信分野における超高速ス
イッチなどに好適に使用することのできる、方向性結合
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のマルチメディアの発達に伴って情
報量が拡大に増大している。このため、光通信などの超
高速通信分野においては、これらの情報を制御すべく、
ギガビット／秒クラスの処理能力を有する変換器が要求
されている。このような超高速の変換器、すなわち超高
速スイッチは、従来の電子スイッチで行うことが困難で
あった。このため、超高速スイッチが可能な光スイッチ
の開発が急務となっている。現状では、このような超高
速光スイッチとして、方向性結合器型光スイッチが一般
に用いられている。代表的な方向性結合器としては、一
様Δβ方向性結合器、反転Δβ方向性結合器などがあ
る。

【０００３】一様Δβ方向性結合器は、電気光学効果を
有する基板上に２本の光導波路を所定長近接させて配置
し、これらの光導波路のそれぞれの上に一様な電極を配
置してなるものである。そして、各電極に互いに符号の
異なる電圧を印加して、各光導波路中を導波する光波の
位相を変調させ、これら光波の結合比を調節することに
よって高速スイッチを行うものである。この方向性結合
器では、ｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅをオンにするために
は、各光導波路の結合長Ｌo をπ／２κ（κは結合係
数）に設定する必要があり、作製上困難であった。

【０００４】一方、反転Δβ方向性結合器は、上記同様
に２本の光導波路を配置した後、これらの光導波路のそ
れぞれの上に２つの電極を並置し、見かけ上一様電極が
２つに分割された形態を有するものである。そして、同
一光導波路上の隣接する電極間、及び２つの異なる光導
波路上に形成されて互いに対抗する電極間に、符号の異
なる電圧を印加することによって導波光の位相を変調さ
せ、光波の結合比を調節して高速スイッチを行うもので
ある。この方向性結合器では、光導波路の結合長が上記
のような関係を満たさない場合においても、印加電圧の
制御により、ｂａｒ−ｓｔａｔｅがオンからｃｒｏｓｓ
−ｓｔａｔｅをオンにすることができるという利点があ
る。

【０００５】さらには、反転Δβ方向性結合器を発展さ
せて、見かけ上一様電極が４つに分割された形態で、そ
れぞれ符号の異なる電圧を印加するものも使用されてい
る。

【０００６】電極を多分割しそれぞれ符号の異なる電圧
を印加することにより、ｂａｒ−ｓｔａｔｅ:オンおよび
ｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅ:オンの制御性が広がる。このた
め、同時に駆動電圧も低下させることができる。したがっ
て、上記利点と併せ、上述した方向性結合器の中でも、
反転Δβ方向性結合器、又はこれを発展させたものが好
ましく用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】反転Δβ方向性結合器
などでは、複数の電極が形成されているために、これら
電極の大きさ及び形態のずれに基づいて温度ドリフトが
発生し、結果的に駆動電圧が安定しない場合がある。し
たがって、ドリフト対策として基板と電極間にＳｉＯ２
の他にＳｉなどのバッファ層を設けることが考えられ
る。しかしながら、厚いバッファ層を設けることは、駆
動電圧が高くなるという問題があり、Ｓｉ層では、完全
にドリフトを抑圧できないという問題がある。さらに、
スイッチングについても信号電極を分割する必要がある
ために進行波型電極構造が作製上困難となり、高速化が
不可能となる問題もある。

【０００８】本発明は、駆動電圧が低く、数１０ＧＨｚ
以上の超高速でｂａｒ−ｓｔａｔｅ及びｃｒｏｓｓ−ｓ
ｔａｔｅを完全（１００％）にオンにし、さらに温度ド
リフトを原理的に消失することが可能な、新たな方向性
結合器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電気光学効果
を有する基板と、前記基板内において前記基板の主面と
略平行に形成された、光波を導波するための光導波路
と、前記光導波路の少なくとも一部を覆うようにして形
成された、前記光波を変調するための電極とを具えた方
向性結合器であって、前記基板は、前記光波の進行方向
において、複数の分極反転ドメインに分割されているこ
とを特徴とする、方向性結合器である。

【００１０】図１は、本発明の方向性結合器の一例を示
す斜視図である。図１に示す方向性結合器１は、ニオブ
酸リチウム単結晶などの電気光学効果を有する基板２
と、この基板２内に形成されたチタンなどからなる方向
性結合型の光導波路３−１及び３−２と、これらの光導
波路を覆うようにして形成されたバッファ層８と金など
からなる電極４−１及び４−２とを具えている。

【００１１】基板２は、基板２の主面２Ａに対して略垂
直な分極方向Ｐを有する第１の分極反転ドメインと、前
記分極方向Ｐと反対の分極方向Ｑを有する第２の分極反
転ドメインとに分割されている。すなわち、基板１は、
分極方向が反対の、互いに隣接した２組のドメインであ
る第１の分極反転ドメイン５−１と、第２の分極反転ド
メイン５−２との組からなっている。

【００１２】さらに、電極４−１及び４−２は、第１の
分極反転ドメイン５−１と、第２の分極反転ドメイン５
−２との境界面７によって２等分割されている。また、
光導波路３−１及び３−２は、これら光導波路の中心部
分で幅Ｌに亘って近接し、光導波路３−１及び３−２中
を導波する光波がモード結合するようになっている。す
なわち、方向性結合器１においては、幅Ｌが電極長に相
当する。

【００１３】図２は、本発明の方向性結合器における光
波のスイッチング状態を示す図である。光導波路３−１
に入射した光波６―１のパワーは当初“１”の状態にあ
るが、光導波路３−１が分極反転ドメイン５−１と分極
反転ドメイン５−２との境界面７に到達したときに、伝
搬定数差Δβをもったモード結合による光導波路３−２
へのパワー移行率が１／２になるように、電極４−１及
び４−２間に大きさ

【数１】なる所定の電圧を印加する。

【００１４】境界７を過ぎると、分極反転ドメイン５−
２では分極反転ドメイン５−１に対して分極ドメインが
反転していることにより、光波は

【数２】の電圧を印加されていることに等しい。したがって、先
程と符号だけが逆の伝搬定数差−Δβをもってモード結
合されるので、逆のプロセスをたどって光パワーは光導
波路３−２に移行し“１”の状態になる。したがって、
大きさ

【数３】の電圧が印加された状態においては、光導波路３−１に
入射した光波６−１に対して、ｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅ
が完全（１００％）オン状態となる。

【００１５】これに対しｂａｒ−ｓｔａｔｅをオン状態
にするには、光導波路３−１に入射した光波６−１が境
界面７に到達したときに、パワーが全て光導波路３−１
に戻るように、大きさ

【数４】なる所定の電圧を印加する。これにより、境界面７を過
ぎ、分極反転ドメイン５−２に至った場合においてもｂ
ａｒ−ｓｔａｔｅのオン状態を達成することができる。
したがって、大きさ

【数５】の電圧が印加された状態においては、光導波路３−１に
入射した光波６−１に対して、ｂａｒ−ｓｔａｔｅが完
全（１００％）オン状態となる。

【００１６】尚、光導波路３−２に入射した光波６−２
も同様のプロセスによりｃｔｏｓｓ−ｓｔａｔｅ及びｂ
ａｒ−ｓｔａｔｅをオン状態にすることができる。

【００１７】本発明の方向性結合器型光スイッチのスイ
ッチングダイヤグラムを図８に示す。この図から明らか
なように電極長および信号電圧を変えることによりｂａ
ｒ−ｓｔａｔｅおよびｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅを完全
（１００％）オンすることができ、最適な電極長および
信号電圧を設定することにより駆動電圧（スイッチング
電圧：

【数６】の電圧差）を低減できる。さらに分割電極型反転Δβ方
向性結合器と比較して、本発明の方向性結合器は一様電
極である進行波型電極が使用可能であり、分割数を多数
にすることが可能なので高速かつ低電圧で駆動させるこ
とができ、温度ドリフトも消失できるのが特徴である。

【００１８】本発明では、基板２を光波の進行方向にお
いて複数の分極反転ドメイン５−１及び５−２に分割し
ている。そして、これらの分極反転ドメインの境界面７
が電極４−１及び４−２を２等分割している。したがっ
て、電極４−１及び４−２は境界面７によって実質上分
割され、光導波路上に並置された２つの電極から構成さ
れたものと等価になる。その結果、本発明の方向性結合
器における電極構成は反転Δβ方向性結合器と等しい電
極構成を取るようになり、多分割化することが容易なの
で低電圧化できる。また、本発明の構成では、境界面７
を境に５−１、５−２の分極Ｐｓは反転しており、４−
１、４−２の電極面積は境界面７を境いに各々等大であ
るから、各々の電極内には等大逆向きの電荷が発生する
が相殺されて電荷は発生しない。従って４−１、４−１
の電極間には温度ドリフトのもととなる電荷が全く発生
しないので、原理的にドリフトは生じない。

【００１９】一方、本発明の方向性結合器において、実
際に光波を変調させるための電極は、一様Δβ方向性結
合器と同様に、光導波路上３−１及び３−２上の一様な
２本の電極４−１及び４−２のみである。したがって、
各光導波路上において並置され、見かけ上２つに分割さ
れた電極を含む４本の電極を有する反転Δβ方向性結合
器に比較して、電極の構造が単純であり、進行波型電極
の形成が可能である。その結果、超高速スイッチングが
可能となる。さらに、電極直下の基板の分極方向が反対
で同面積で互いに隣接したドメインの組から構成される
ので、焦電により発生した電荷は打消し合う。この効果
は、バッファ層を設けた場合においても全く同様に温度
ドリフトを抑制することができる。従って、温度ドリフ
ト等の発生が抑制され、駆動電圧の変動をも防止するこ
とができる。

【００２０】すなわち、本発明の方向性結合器は、印加
電圧を変化させることによってｂａｒ−ｓｔａｔｅ及び
ｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅを完全（１００％）にオンにす
ることができるとともに、駆動電圧を低減させることが
できる。さらには、分割電極型反転Δβ方向性結合器に
比較して電極構成が簡易であり、かつ温度ドリフトなど
の好ましくない現象を回避し高速化を容易に達成するこ
とができるという特徴を有している。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図１は、上述したように本
発明の方向性結合器の一例を示す斜視図である。本発明
の方向性結合器は、電気光学効果を有する基板が光波の
進行方向において複数の分極反転ドメインに分割されて
いることが必要である。図１に示す方向性結合器１で
は、基板２は分極方向が反対のドメイン５−１及び５―
２に分割されている。しかしながら、基板中における分
極方向が反対で互いに隣接したドメインの組であればそ
の数については限定されるものではない。特に、４分割
した場合には、駆動電圧を一様Δβ型に比し２２％、あ
るいは反転Δβ型に比し５０％に低減できる。

【００２２】電極の分極ドメインによる分割数Ｓｅｃｔ
ｉｏｎ：Ｎと電極長：Ｌ（Ｎ）および駆動電圧：Ｖ
（Ｎ）との関係をシミュレーションした結果を図７に示
す。図７は、以下の図８及び１０に示すように、各分割
数Ｎにおいて求めた最小駆動電圧Ｖｏ（Ｎ）及び電極長
Ｌをそれぞれプロットしたものである。ここでＬｏ及び
Ｖｏ（１）は、従来型の「電極を分割しない一様電極構
成の方向性結合器」において電圧を印加しない場合の最
小完全結合長Ｌｏ及び駆動電圧を示す。この結果から、
分割数を大きくすると駆動電圧は小さくなるが電極長は
逆に大きくなってしまう。したがって、分極の上限につ
いては、電極長が大きくなり、実用的に多数のスイッチ
を集積化できないという理由から３０分割であることが
好ましく、さらには１０分割であることが好ましい。

【００２３】また、前記分極方向が反対のドメインは、
図１に示す正と負のドメイン５−１及び５−２のよう
に、分極方向が反対の、互いに隣接したドメインの組か
らなることが好ましい。これによって、基板全体として
見た場合において電極直下の正と負のドメインの面積が
等しい場合に焦電作用が打ち消され、温度ドリフトを抑
制することができる。

【００２４】このため、前記光波を変調するための電極
が、前記複数の分極反転ドメインの境界面の少なくとも
一部によって等分割されていることが必要である。図１
に示す方向性結合器１では、電極４−１及び４−２は、
基板２を構成する分極反転ドメイン５−１及び５−２の
唯一の境界面７によって２分割されている。即ちＺカッ
ト板の場合、ドリフト防止の為に偶数分割が望ましい。
しかしながら、焦電作用の影響がない強誘電体単結晶の
Ｘカット板及びＹカット板を用いる場合、境界面の数は
特に限定されるものではない。従って、基板を構成する
分極ドメインが３以上の場合は、これらの２以上の境界
面で等分割することができる。

【００２５】電極が複数の分極ドメインの境界面で等分
割する数については、図１に示すように２分割以上であ
れば特に限定されるものではない。しかしながら、分割
の上限については、電圧を印加しない場合の最小完全結
合長Ｌｏに比し大きくなる理由から３０分割であること
が好ましく、さらには１０分割であることが好ましい。
実用上は、図７に計算例を示すように、２〜４分割でも
スイッチング電圧は十分低減化できる。

【００２６】また、図１に示す分極反転ドメイン５−１
及び５−２は、基板２の主面２Ａに対して略垂直に分極
している。しかしながら、分極反転ドメインの分極方向
は、基板に略垂直であることを必須の要件とするもので
はない。隣接するドメインの分極方向が互いに逆方向で
あれば、基板の主面に対して略水平な方向に分極してい
てもよい。さらには、基板の主面に対して一定の傾斜角
を有して分極していてもよい。

【００２７】本発明の基板として使用することのできる
材料としては、電気光学効果を有する物であれば、特に
限定されない。しかしながら、ニオブ酸リチウム単結
晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウムータ
ンタル酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリチ
ウム単結晶、ニオブ酸カリウムリチウムータンタル酸カ
リウムリチウム固溶体単結晶、及びチタニルリン酸カリ
ウム単結晶の少なくとも一種を用いることが好ましい。
これらの材料は大きな電気光学効果を有するとともに、
加工性に優れる。したがって、板状の基板への加工が容
易になるともに、分極反転ドメインの形成が容易にな
る。

【００２８】また、これらの材料の切り出し面は、前記
分極反転ドメインの分極方向に応じて、Ｘカット面、Ｙ
カット面、Ｚカット面、及びオフカット面のいずれをも
使用することができる。

【００２９】分極反転ドメインの形成方法は特に限定さ
れるものではなく、任意の方法を用いることができる。
しかしながら、図１に示すように、基板２の主面２Ａと
略垂直な分極方向を有するように、上記材料のＺカット
面を用いるような場合は以下のようにして行う。すなわ
ち、図１に示すように、基板２が２つの分極反転ドメイ
ン５−１及び５−２からなるような場合については、図
３に示すように、基板１１の一方の主面１１Ａに板状電
極１２を形成し、主面１１Ａと反対側の主面１１Ｂ上に
一様電極１３を形成する。そして、この電極間に所定の
電圧ＶＡを、所定の立ち上げ速度で印加すると、電圧を
印加した部分の分極方向が反転する。その結果、分極方
向が互いに反対向きの分極反転ドメイン１４−及び１４
−２が形成される。

【００３０】一方、３以上の分極反転ドメインを形成す
る場合は、図４に示すように、基板１１の一方の主面１
１Ａ上に、前記板状電極１２に代わって櫛型あるいはす
かし型電極１５を形成する。そして、この櫛型あるい
は、すかし型電極１５と一様電極１３との間に所定の電
圧ＶＢを所定の立ち上げ速度で印加すると、電圧を印加
した部分の分極方向が反転し、複数の分極反転ドメイン
１６を形成することができる。

【００３１】一方、上記材料のＸカット面などを用い、
基板の主面と略平行な分極方向を有する分極反転構造を
形成する場合は、図５及び６に示すように、基板２１の
同一主面２１Ａ上に板状電極２２及び棒状電極２３、あ
るいは櫛形電極２５及び棒状電極２３を形成する。次い
で、これらの電極間に所定の電圧ＶＣ、あるいはＶＤを
印加すると、２つの分極反転ドメイン２４−１及び２４
−２、あるいは複数の分極反転ドメイン２６を形成す
る。

【００３２】これらの電極１２、１３、及び１５は、タ
ンタル、金、アルミニウム、白金、クロム、銅などから
形成することができる。

【００３３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する実施例１本実施例においては、図１に示すような方向性結合器１
を形成した。（方向性結合器の作製）基板２として、厚さ０．５ｍｍ
の３インチＺカットのニオブ酸リチウム単結晶ウエハを
用いた。このウエハの一方の主面２Ａ上に図３に示すよ
うな板状電極１２をホトリソグラフィにより形成し、他
方の主面２Ｂ上に同じく一様電極１３を形成した。次い
で、これらの電極間に立ち上げ時間０．５ｍｓｅｃ、大
きさ２０ｋＶ／ｍｍの電圧を印加し、図１に示すよう
な、基板を長さＲ方向に等分する２つの分極反転ドメイ
ン５−１及び５−２を形成した。

【００３４】次いで、ホトリソグラフィによって基板２
の主面２Ａ上をパターニングした後、２００℃の安息香
酸に３０分浸漬させることによってプロトン交換を行っ
た。次いで、３００℃で４時間アニール処理を実施し、
光導波路３−１及び３−２を形成した。このとき導波路
部の実効屈折率と基板との屈折率差Δは４×１０^-3、導
波路間距離は４μm であった。次いで、バッファ層とし
てＳｉＯ₂を０．２μｍの厚さに形成し、蒸着法によっ
て金からなる進行波型の電極４−１及び４−２を、結合
部Ｌに亘って形成し、長さＲが５０ｍｍ、幅が５ｍｍに
チップ切断した。なお、このときの電極Ｌは、２５ｍｍ
であった。その後チップの両端面を研磨し図１に示すよ
うな方向性結合器１を形成した。

【００３５】（方向性結合器の特性評価：温度ドリフト
評価）上記によって得られた方向性結合器１の光導波路
３−１及び３−２に光ファイバを結合し、波長１５５０
ｎｍの光波を導入して温度ドリフトの評価を行なった。
その結果、電極４−１および４−２は分極方向の反対の
ドメインで面積が２等分されているので、温度変化にと
もない誘起され焦電電荷を打ち消しあうために温度ドリ
フトは観察されなかった。

【００３６】さらに波長１５５０ｎｍの光波を導入して
ｂａｒ−ｓｔａｔｅ及びｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅがオン
になる印加電圧の差（駆動電圧）および電極長Ｌのシミ
ュレーションを下記式（１）及び（２）に基づいて行っ
たところ図８のようになり、Ｌ／Ｌｏが２．７のとき駆
動電圧が最小になった(図9)。上記のように電極長２５
ｍｍの方向性結合器を作製したところ駆動電圧は２．９
Ｖとなり最大変調速度は１０ＧＨｚであった。

【数７】Ｌ：電極長Ｌｏ：一様電極Δβ型方向性結合器における最小完全結
合長ｋ：結合係数 Δβ：伝搬定数差

【００３７】実施例２実施例１と同様に分極反転ドメイン、光導波路、進行波
電極を形成した後に、ＫｒＦエキシマレーザを使用し、
スポットスキャン方式によって導波路および進行波電極
を形成した基板面と反対側の面を溝加工した。照射した
スポットのサイズは操作方向１．０ｍｍ、幅０．２ｍ
ｍ、照射エネルギー６Ｊ／ｃｍ²とした。また、パルス
幅は１５ｎｓｅｃ、パルス周波数は６００Ｈｚ、操作速
度は０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。その結果、最大変調速
度は４０ＧＨｚまで広帯域化した。また、温度ドリフト
も観察されなかった。

【００３８】実施例３（方向性結合器の作製）本実施例は基板を４つに等分割
し、図１に示すような分極反転ドメイン５−１及び５−
２が２組隣接して存在し、これら４つのドメインを分割
する３つの境界面が電極を４等分割しているような方向
性結合器を形成した。方向性結合器の作製は、図３に示
す板状電極１２の代わりに、図４に示す櫛型電極１５を
用いた以外は、実施例１と同様にして実施した。なお、
この場合の電極長は４１ｍｍであった。

【００３９】実施例１と同様にして電極長Ｌおよび駆動
電圧のシミュレーションを下記式（３）及び（４）に基
づいて行ったところ図１０のようになり、Ｌ／Ｌｏが
４．５のとき駆動電圧が最小になった（図１１）。実際
に電極長４１ｍｍの方向性結合器を作製したところ駆動
電圧は１．６Ｖであり最大変調速度は１０ＧＨｚであっ
た。さらに、実施例１と同様に温度ドリフトは観察され
なかった。

【数８】Ｌ：電極長Ｌｏ：一様電極Δβ型方向性結合器における最小完全結
合長ｋ：結合係数 Δβ：伝搬定数差

【００４０】実施例４（方向性結合器の作製）本実施例では、基板の主面と略
平行の分極方向を有する分極反転ドメインを基板中に形
成した。実際の方向性結合器の作製に当たっては、実施
例１と同じ大きさのＸカットのニオブ酸リチウム単結晶
を用いた。次いで、この基板上に図５に示すような板状
電極２２及び棒状電極２３をホトリソグラフィによって
形成した。次いで、これらの電極間に立ち上げ時間０．
５ｍｓｅｃ、大きさ２０ｋＶ／ｍｍの電圧を印加し、基
板を長さＲ方向に等分し、基板の主面と略平行な分極方
向を有する２つの分極反転ドメインを形成した。次い
で、実施例１と同様にして光導波路及び進行波型の電極
を形成し、最終的な方向性結合器を得た。この場合の電
極長は、実施例１と同様に３０ｍｍであった。また、温
度ドリフトは、観察されなかった。

【００４１】（方向性結合器の特性評価）実施例１と同
様にして光ファイバを接続した後、駆動電圧及び最大変
調速度を調べた。その結果、駆動電圧は４Ｖであり、最
大変調速度は１０ＧＨｚであった。

【００４２】実施例５本実施例は、まずＴｉ拡散により方向性結合器型光導波
路を形成した後に、実施例１と同様に基板の長さＲ方向
に等分する２つの分極反転ドメインおよび進行波型の電
極を形成し、図１に示すような方向性結合器型を作製し
た。このとき導波路部の実効屈折率と基板との屈折率差
Δｎは３×１０^-3、導波路間隔は４μｍであった。その
結果、実施例１と比較し電極長は１６ｍｍと短くなり、
駆動電圧は逆に４．４Ｖと高くなった。この原因は、Ｔ
ｉ拡散導波路の屈折率差Δｎが小さいことによる導波路
６−１と６−２のモード間結合が大きくなり電極長が低
減し、逆に導波路のモードサイズが大きくなったためＺ
方向電界が小さくなったことにより駆動電圧が上昇した
と考えられる。また、温度ドリフトは、実施例１と同様
に観察されなかった。

【００４３】実施例６導波路部の実効屈折率と基板との屈折率差Δｎを大きく
するためにｚカットのニオブ酸リチウム基板にＺｎドー
プのＬＰＥ膜を形成した後に、エッチングにより方向性
結合器型光導波路を形成した。次いで実施例１と同様に
基板長さＲ方向の等分する２つの分極反転ドメインおよ
び進行波型電極を形成し、図１に示すような方向性結合
器型光スイッチを作製した。このとき導波路部の実効屈
折率と基板との屈折率差Δｎは５×１０^-3導波路間隔は
４μｍであった。その結果、実施例１と比較し電極長は
３６ｍｍと長くなり、駆動電圧は逆に１．８Ｖと低くな
った。温度ドリフトは、実施例と同様に観察されなかっ
た。

【００４４】比較例１（方向性結合器の作製）実施例１と同様に基板材料とし
てＺカットのニオブ酸リチウムを用い、基板中に分極反
転ドメインを形成しなかった以外は、実施例１と同様に
して方向性結合器を作製した。

【００４５】（方向性結合器の特性評価）実施例１と同
様にして駆動電圧及び最大変調速度を調べたところ、温
度ドリフリトが観察された。また、駆動電圧は７．３Ｖ
であり、最大変調速度は１００ＭＨｚであった。

【００４６】比較例２基板２として、実施例１と同じ大きさのｚカットのニオ
ブ酸リチウムを用い、実施例１と同様にプロトン交換光
導波路を形成した。次いで、ホトリソグラフィによりＳ
ｉＯ₂バッファ層さらには、反転Δβ型の電極パターン
を形成し蒸着法によりＡｕからなる電極を形成した。そ
の結果、駆動電圧は５Ｖとなり最大スイッチング速度は
１ＧＨｚであった。

【００４７】以上、実施例１〜３から明らかなように、
本発明の方向性結合器は印加電圧の制御によってｂａｒ
−ｓｔａｔｅ及びｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅのオン、すな
わち、スイッチングが可能であることが分かる。さら
に、実施例１〜６と比較例１，２とから、本発明の方向
性結合器は、基板中に分極反転ドメインを有しない一様
Δβあるいは反転Δβ方向性結合器と比べ、低い駆動電
圧でかつ温度ドリフトフリー高速変調可能となることが
分かる。

【００４８】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してたが、本発明は上
記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱
しない範囲において、あらゆる変更や変形が可能であ
る。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方向性結
合器によれば、温度ドリフトなどの発生もなく、駆動電
圧が低く、印加電圧の制御のみでｂａｒ−ｓｔａｔｅ及
びｃｒｏｓｓ−ｓｔａｔｅの状態、すなわち、スイッチ
ングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方向性結合器の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の方向性結合器における光波のスイッチ
ング状態を示す図である。

【図３】分極反転ドメインの形成方法の一例を示す斜視
図である。

【図４】分極反転ドメインの形成方法の他の例を示す斜
視図である。

【図５】分極反転ドメインの形成方法のさらに他の例を
示す斜視図である。

【図６】分極反転ドメインの形成方法のその他の例を示
す斜視図である。

【図７】電極の各分割数における最小駆動電圧及び電極
長のシュミレーション結果を示すグラフである。

【図８】駆動電圧及び電極長のシュミレーション結果の
一例を示すグラフである。

【図９】規格化スイッチング電圧と規格化相互作用長と
の関係を示すグラフである。

【図１０】駆動電圧及び電極長のシュミレーション結果
の他の例を示すグラフである。

【図１１】規格化スイッチング電圧と規格化相互作用長
との関係を示す他のグラフである。

【符号の説明】

１方向性結合器、２，１１，２１基板、３−１，３
−１光導波路、４−１，４−２電極、５−１，５−
２，１４−１，１４−２，２４−１，２４−１分極反転
ドメイン、６−１，６−１光導波路に入射した光波、
７境界面、８バッファ層、１２，２２板状電極、
１３一様電極、１５，２５櫛形電極、１６，２６
複数の分極反転ドメイン，２３棒状電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川口竜生愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者今枝美能留愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 BA01 CA05 DA03 DA18 EA04 EB04 HA12 HA23 2K002 AB04 BA06 CA02 CA03 CA13 DA07 EA04 FA27 HA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学効果を有する基板と、前記基板内
において前記基板の主面と略平行に形成された、光波を
導波するための光導波路と、前記光波を変調するための
電極とを具えた方向性結合器であって、前記基板は、前
記光波の進行方向において複数の分極反転ドメインに分
割されているとともに、前記電極は、前記複数の分極反
転ドメインの境界面の少なくとも一部によって等分割さ
れていることを特徴とする、方向性結合器。
【請求項２】前記分極反転ドメインの分極方向は、前記
基板の主面に対して略垂直であることを特徴とする、請
求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】前記複数の分極反転ドメインは、分極方
向が反対の、互いに隣接した偶数のドメインの組からな
ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方向性結
合器。
【請求項４】前記基板は、ニオブ酸リチウム単結晶、タ
ンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウムータンタル
酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリチウム単
結晶、ニオブ酸カリウムリチウムータンタル酸カリウム
リチウム固溶体単結晶、チタニルリン酸カリウム単結
晶、及びガリウムーヒ素単結晶の少なくとも一種から構
成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一
に記載の方向性結合器。