JPH02262127A - 導波路形光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光通信、光測定などに用いる導波路形光スイッ
チに関するものである。

〔従来の技術〕

現在、導波路形光スイッチとしては、Ｔｉ（チタン）拡
散ＬｉＮｂＯ３にオブ酸リチウム）をベースとした方向
性結合器形光スイッチが勇も良く知られている。この形
式の光スイッチでは、第４図（ａ）。

（ｂ）に示すように２木の先導波路（１）　、　（２）
が近接して光方向性結合器部（３）を形成し、この結合
器部（３）の先導波路（１）　、　（２）の上部には電
極（４）。

（５）が設置されている。電圧が印加されていない状態
では、先導波路（１）のボート（６）から入射した光は
、方向性結合器部（３）で近接した他の光導波路（２）
に結合し、結合器部（３）の長さに応じて出力側のボー
ト（８）へ移行する。ボート（６）からの入射光が完全
にボート（８）へ移行した状態を■状態（クロス状態）
と言い（第４図（ｂ）中の曲線Ａ）、この時の結合器部
（３）の長さを、完全結合長Ｌｃという。

一方、電極（４）　、　（５）に電圧を印加すると、電
気光学効果（ポッケルス効果）により導波路（１）。

（２）の屈折率が変化し、結合器部（３）の２木の先導
波路（１）　、　（２）間に位相不整合Δβ（Δβは伝
１搬定数差）が生じ、ボート（８）から出射されていた
光はボート（７）から出射されるようになりスイッチン
グが行われる。この状態をｅ状態（バー状態）という（
第４図（ｂ）中の曲線Ｂ）。

〔発明が解決しようとする劃１ かかる導波路形光スイッチは、光交換機、高速ＬＡＮノ
ード、光計測器等のキーデバイスとして使用されるもの
であるが、通常の単一モードファイバを用いたシステム
の適用上の制約となっている入射偏光依存性をなくすこ
とが重要な課題である。

この偏光無依存化の試みとして、クロス状態（即ち電圧
は０）で、ＴＥモード及びＴＭモードの完全結合長Ｌｃ
が一致するとともに、バー状態になる時の電圧が両モー
ドで一致するように、導波路構造や結合長等を調整して
該各条件を満足させるものが提案されている。ここでＴ
Ｅモードとは、光の伝搬方向をＺ方向としたとき、電界
成分Ｅ、と磁界成分Ｈｘ、　Ｈ，からなり、電界成分Ｅ
、、　Ｅ、と磁界成分Ｈ，は存在しないものをいい、Ｔ
Ｍモードとは、電界成分Ｅ、、　Ｅ、と磁界成分Ｈ，と
からなり、Ｅ、、　Ｈ，、）ｌ。

は存在しないものをいう。

しかしながら、上記のような偏光無依存式の光スイッチ
における導波路は光の閉じ込め効果が弱いため、導波路
伝搬損失や導波路臼がり部分での放射損失が大きくなる
という課題があり、また、上記各条件を満足させるよう
な導波路構造とするには製作条件が厳しく、そのため製
作が難しいという課題があった。

また偏光無依存化の別の試みとして、ＬｉＮｂ０゜の２
軸を光の伝搬方向に採る（即ちＸカット（ｘ　ｃｕｔ）
）ことにより、ＴＥモード及びＴＭモードに関する電気
光学定数を一致させるものが提案されているが、このＸ
カットのものは、利用できる電気光学定数が小さいこと
から、電気光学効果の作用が弱く、そのため、光のスイ
ッチングに必要な駆動電圧が大きくなるという課題があ
った。

本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、
製作条件を改善することができる導波路形光スイッチを
得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る導波路形光スイッチは、無偏光の入射光を
ＴＥモード偏波とＴＭモード偏波とに分離するモードス
プリッタと、上記ＴＥモード偏波のスイッチングを行な
うＴＥ光スイッチと、上記ＴＭモード偏波のスイッチン
グを行なうＴＭ光スイッチと、上記各光スイッチから出
力される各偏波を合流させる合流部と、上記モードスプ
リッタ、各光スイッチ及び合流部を取付けた基板とを備
えたものである。

（作用〕 本発明においては、ＴＥモード偏波とＴＭモード偏波と
を独立にスイッチングするため、ＴＥ光スイッチ及びＴ
Ｍ光スイッチはそれぞれの偏波に合ったスイッチ構造を
選定することができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１〜３図に基づいて説明する
。第１図は導波路形光スイッチの外観図で、光は図中左
から右方に移動する。第１図において、（２１）は電気
光学効果を有する材料で形成された基板で、例えばＬｉ
ＮｂＯ３結晶、ＬＩＴａ０３結晶、ＢａＴｉ０．結晶又
はＧａＡｓ結晶等が利用できるが、ＺカットのＬｉＮｂ
０．結晶を用いるのが最も好ましい。

（２２）〜（２６）は基板（２１）にＴｉ拡散法によっ
て形成された導波路、（２７）は導波路（２２）に接続
され、無偏光の入射光（２８）が入射する入口側シング
ルモードファイバ、（２９）は導波路（２２）から入射
した無偏光の入射光（２８）をＴＥモード偏波とＴＭモ
ード偏波とに分離し、ＴＥモード偏波は導波路（２３）
に、ＴＭモード偏波は導波路（２４）に出射するモード
スプリッタである。

（３０）は、導波路（２３）から入射するＴＥモード偏
波のスイッチングを行ない、導波路（２３）又は（２５
）に出射するＴＥ光スイッチであり、このＴＥ光スイッ
チ（３０）は、２木の先導波路（２３）、　（２５）が
近接して光方向性結合器部を形成し、この結合器部の先
導波路（２３）、　　（２５）の上部には電圧Ｖ、を印
加する電極（３１）が設置されている。このＴＥ光スイ
ッチ（３０）において、電極（３１）に電圧Ｖ。が印加
されていない状態ではクロス状態となり、導波路（２３
）から入射したＴＥモード偏波は導波路（２５）のみに
出射するが、電圧ｖ０を印加した状態ではバー状態とな
り、ＴＥモード偏波は導波路（２３）のみに出射する。

（３２）は導波路（２４）から入射するＴＭモード偏波
のスイッチングを行ない、導波路（２４）又は（２６）
に出射するＴＭ光スイッチであり、このＴＭ光スイッチ
（３２）は、２木の先導波路（２４）、　（Ｈ）が近接
して光方向性結合器部を形成し、この結合器部の先導波
路（２４）、　　（２６）の上部には電圧ｖ０を印加す
る電極（３３）が設置されている。このＴＭ光スイッチ
（３２）において、電極（３３）に電圧が印加されてい
ない状態ではクロス状態となり、導波路（２４）から入
射したＴＭモード偏波は導波路（２６）のみに出射する
が、電圧Ｖ。を印加した状態ではバー状態となりＴＭモ
ード偏波は導波路（２４）のみに出射する。

（３４）は、光スイッチ（３０）、　　（３２）から出
力される各偏波を合流させる合流部であり、導波路（２
３）。

（２６）からの光は合流点（３５）で合流した後導波路
（２３）を通って出口端（３６）から出射され、一方、
導波路（２４）、　（２５）からの光は合流点（３７）
で合流した後導波路（２４）を通って出口端（３８）か
ら出射されるようになっている。また、導波路出口端（
３６）（３８）にはそれぞれ出口側シングルモードファ
イバ（３９）、　　（４０）が接続されている。

上記モードスプリッタ（２９）、光スイッチ（３０）。

（３２）、合流部（３４）は基板（２１）に取付けられ
ており、特に光スイッチ（３０）、　　（３２）におい
ては、導波路（２３）、　　（２５）及び導波路（２４
）　、　　（２Ｂ）をＴｉ拡散法等により形成した後、
５ｉｎ２等のバッファ層をコーティングし、最後に電極
パターンを設けて形成している。

ところで、光スイッチ（３０）、　　（３２）の構造に
ついてはバリエーションが複数考えられるが、例えば光
スイッチ（３０）　、　　（３２）を共に一様Δβとし
た場合、無電界で、両スイッチ（３０）、　　（３２）
ともクロス状態となってしまうので、導波路形光スイッ
チ全体としてスイッチングを行なうには、各スイッチ（
３０）、　（３２）毎にそれぞれ駆動用の電気回路が必
要となる。これに対して、ＴＭ光スイッチ（３２）を−
様Δβ、ＴＥ光スイッチ（３０）を反転Δβのスイッチ
構造にとると、電極（３１）、　（３３）が無電界の状
態では、　ＴＭ光スイッチ（３２）をクロス状態に、Ｔ
Ｅ光スイッチ（３０）をバー状態にするとともに、電極
（３１）、　　（３３）に電界をかけた状態では、ＴＭ
光スイッチ（３２）をバー状態に、ＴＥ光スイッチ（３
０）をクロス状態にすることが可能となり、駆動を一括
して行なうことができることとなり好ましい。いずれに
しても、駆動電圧は両スイッチ（３０）、　　（３２）
とも同じになるように結合長を調整することが望ましい
。

次に第２図、第３図により動作を説明する。まず第２図
に示すように光を出口端（３６）から出射させる場合に
ついて説明すると、無偏光の入射光（２８）は、入射後
入口側シングルモードファイバ（２７）、導波路（２２
）を通り、モードスプリッタ（２９）でＴＥモード偏波
とＴＭモード偏波とに分離される。

モードスプリッタ（２９）は、光スイッチ（３０）、　
　（３２）のクロス状態、バー状態にかかわらず常に一
定の電界がかけられているため、入射光（２８）は常に
ＴＥモード偏波とＴＭモード偏波とに分離される。

また、光スイッチ（３０）　、　（３２）は、それぞれ
電極（３１）、　　（３３）を制御して、ＴＥ光スイッ
チ（３０）はバー状態にし、ＴＭ光スイッチ（３２）は
クロス状態にして招く。かかる状態にされた場合ＴＥモ
ード偏波は導波路（２３）を通った後、バー状態のＴＥ
光スイッチ（３０）に入り、ここでは移行せず導波路（
２３）を通り出口端（３６）に至る。一方ＴＭモード偏
波は導波路（２４）を通った後、クロス状態のＴＭ光ス
イッチ（３２）に入り、ここで移行が行なわれて導波路
（２６）を通り合流点（３５）でＴＥモード偏波と合流
した後出口端（３６）に至る。これにより出口端（３６
）からはＴＥモード偏波及びＴＭモード偏波が出射され
、出口端（３８）からの出力は零となる。

次に、第３図に示すように光を出口端（３８）から出射
させる場合について説明する。入射光（２８）がモード
スプリッタ（２９）でＴＥモード偏波とＴＭモード偏波
とに分離されるのは第２図と同様であるが、この場合に
はＴＥ光スイッチ（３０）をクロス状態にし、　ＴＭ光
スイッチ（３２）をバー状態にしておく。この状態にお
いて、ＴＥモード偏波は導波路（２３）を通った後、ク
ロス状態のＴＥ光スイッチ（３０）に入り、ここで移行
が行なわれて導波路（２５）を通り合流点（３７）を介
して出口端（３８）に至る。一方ＴＭモード偏波は導波
路（２４）を通った後、バー状態のＴＭ光スイッチ（３
２）に入り、ここでは移行せず導波路（２４）を通り、
合流点（３７）でＴＥモード偏波と合流した後出口端（
３８）に至る。これにより出口端（３８）からはＴＥモ
ード偏波及びＴＭモード偏波が出射され、出口端（３６
）からの出力は零となる。

したがって、本実施例においては、偏光無依存が実現で
き、また２カツト基板（２１）を使用しているので、高
い電気光学定数を利用できる。またＴＥモード偏波及び
ＴＭモード偏波を独立にスイッチングしてるため、光ス
イッチ（３０）、　　（３２）をそれぞれの偏波に合っ
たスイッチ構造とすることができることとなり、両モー
ド個別に結合長を選定でき、それぞれの偏波状態に合っ
た導波路構造が利用でき、トレランスが良くなり、その
結果として伝搬損失アイソレーションの改善が実現でき
る。

また、モードスプリッタ（２９）、光スイッチ（３０）
（３２）等が基板（２１）に一体集積化されているので
製作、取扱いが容易となり、小型化が実現できる。

なお、本発明は、入射光（２８）を出口端（３６）又は
（３８）にふり分けるスイッチングの他に、例えば出口
端（３６）にはＴＥモード偏波を送るとともに出口端（
３８）にはＴＭモード偏波を送ることもでき、又はこれ
と逆にすることもでき、変調にバリエーションができる
。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したとおり、各偏波のスイッチングを
ＴＥ光スイッチとＴＭ光スイッチとで行なうとともに合
流部で各偏波を合流させるという構成をとったことから
、各偏波に合ったスイッチ構造を選定できることとなり
、製作条件を改善することがで診る。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の一実施例を示す図で、第１図は導
波路形光スイッチの外観図、第２図、第３図はそれぞれ
動作を示す説明図、第４図（ａ）は方向性結合器形導波
路光スイッチの動作原理を示す説明図、第４図（ｂ）は
、第４図（ａ）の動作を示すためのグラフである。 （２１）・・・基板、 （２８）・・・入射光、 （２９）・・・モードスプリッタ、 （３０）・・・ＴＥ光スイッチ、 （３２）・・・ＴＭ光スイッチ、 （３４）・・・合流部。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 特許出願人　株式会社　島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 無偏光の入射光をＴＥモード偏波とＴＭモード偏波とに
   分離するモードスプリッタと、上記ＴＥモード偏波のス
   イッチングを行なうＴＥ光スイッチと、上記ＴＭモード
   偏波のスイッチングを行なうＴＭ光スイッチと、上記各
   光スイッチから出力される各偏波を合流させる合流部と
   、上記モードスプリッタ、各光スイッチ及び合流部を取
   付けた基板とを備えたことを特徴とする導波路形光スイ
   ッチ。