JPH03200937A - 導波型光スイッチ - 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） この発明は、ディジタル的に光の出力制御を行なえる導
波型光スイッチに間する。

（従来の技術） 近年、Ｙ分岐型光スイッチは作成条件が緩くまたディジ
タル的なＯＮ・ＯＦ「動作が行なえるので使用し易いと
いう利点を有するため、注目されている。この種の光ス
ィッチとしては、例えば文献Ｉ　：　’Ｉｎｔｅ９ｒａ
ｔｅｄ　ａｎｄ　Ｇｕｉｄｅｄ−ＷａｖｅＯｐｔｉｃｓ
　（インテグレーテッド　アンド　ガイデッド−ウェー
ブ　オブティクス）ＪＯＳＡ　１９８９　Ｔｅｃｈｎｉ
ｃａｌ　Ｄｉ９ｅｓｔ５ｅｒｉｅｓ　（テクニカルダイ
ジェスト　シリーズ）。

Ｖｏｌ、４　ｐｐ、２２５−２２８や、文献Ｈ：　’Ｉ
ＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＱｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ　　（アイイーイーイー　ジャーナル
　オン　エレクトロニクスＪ　ＱＥ−１６，４４６（１
９８０）に開示されでいるものがある。これら光スィッ
チは、固有モードを保存する導波路系を形成する２つの
導波路を備え、駆動電圧を一定以上の電圧にして導波路
間の屈折率差或は伝搬定数差を制御すると、２つの導波
路の一方から光が出力され他方からは光が出力されない
状態、或は、２つの導波路の他方から光が出力され一方
からは光が出力されない状態を形成でき、従ってディジ
タル的な０Ｎ−ＯＦＦ動作が行なえる。

第２２図は文献工に開示されている導波型光スイッチの
構成を概略的に示す平面図である。

文献Ｉの導波型光スイッチ１は、Ｙ分岐を形成する導波
路２．３及び４と、分岐する導波路３．４に対して設け
た電極部材５ａ、５ｂ及び５Ｇとを基板６に設けて威る
。導波路３及び４は直線状の形状を有し固有モードを保
存する導波路系を構成する。電極部材５ａ、５ｂ及び５
ｃによりこれら導波路３．４に電界を及ぼして電気光学
効果により導波路３．４間の屈折率差又は伝搬定数差を
制御する。動作につき一例を挙げて簡単に説明する。こ
こで導波路３．４が形成する導波路系の固有モード光を
偶モード光とする。このとき、導波路２に偶モード光Ｌ
１を励起して光Ｌ１を導波路３．４の分岐部に入力し、
一方の導波路３の屈折率が他方の導波路４の屈折率より
もある一定量以上高くなるように導波路３．４間の伝搬
定数差を制御する。すると、光Ｌ１の光パワーは導波路
３の終端部に集中し、この終端部から偶モード光Ｌ２が
出力される。

一方文献ＩＩの従来の導波型光スイッチでは、固有モー
トを保存する導波路系を形成する２つの導波路を、特定
の駆動電圧でのみ実用に適したクロストーク特性が得ら
れるように、設計しその導波路形状を特殊な形状として
いる。尚、文献Ｈの光スィッチの実験報告については文
献ｍ　：　ＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏ
ｎ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　’
８９　　（ヨーロピアン　コンファレンス　オン　オプ
ティカル　コミュニケーション１９８９年）講演番号Ｗ
ｅＡ１３を参照されたい。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、文献工の従来の光スィッチでは上述の導
波路系を形成する２つの導波路が直線導波路であるので
、低い動作電圧で実用上充分なりロストーク特性を得る
ためには交差角を小さくしてデバイス長（電極長）を非
常に長くすることが必要であり、また短いデバイス長で
実用上充分なりロストーク特性を得るためには動作電圧
を非常に高くする必要があった。

また文献Ｈの従来の光スィッチでは、特定の駆動電圧で
のみ実用に適したクロストーク特性が得られるように導
波路を設計することによって駆動電圧を低減しているも
のの、駆動電圧がその特定電圧からはずれると実用に適
したクロストーク特性が得られなくなり、従って実用に
適したクロストーク特性が得られる駆動電圧の範囲が非
常に狭いという問題点があった。

この発明の目的は上述した従来の問題点を解決し、駆動
電圧又はデバイス長を従来と同一として従来と比較した
場合に実用に適したクロストーク特性を従来よりも短い
デバイス長で又は低い駆動電圧で実現でき、しかも実用
に適したクロストーク特性を従来よりも広い駆動電圧の
範囲で実現することができる導波型光スイッチを提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） この目的を遠戚するため、この発明の導波型光スイッチ
は、 分岐する２つの導波路と、２つの導波路間の屈折率差又
は伝搬定数差を制御する電極とを備え、２つの導波路間
の間隔を導波路の分岐部から終端部へ向けて広げて成る
導波型光スイッチにおいて、 ２つの導波路それぞれの少なくとも一部に曲り部を設け
、 曲り部の始端の側での２つの導波路の開き角を大きくし
、曲り部の終端の側での２つの導波路の開き角を小ざく
したことを特徴とする。

（作用） この出願の発明者が、導波路系を形成する２つの導波路
を直線導波路とし、これら２つの導波路に関してモード
変換の指標γの値の変化を数値解析により調べてみたと
ころ、この数値解析によれば指標γの値は２つの導波路
の分岐部及び終端部の間で山なりに分布することがわか
った。しかも駆動電圧の増加に伴ない、指標γの最大値
の位置が２つの導波路の終端部の側から分岐部の側へと
移行すると共に指標γの最大値が減少することを見い出
した。

指標γはモード変換の大きざの目安を表すもので指標γ
の値が大きい箇所ではモード変換が多くなりまた指標γ
の値が小さい箇所ではモード変換が小さくなると推定で
きる。従って指標γの最大値が減少することはクロスト
ーク特性が駆動電圧の増加と共に良くなっていくと考え
られるが、導波型光スイッチは、そのクロストーク特性
が一定の水準例えば−１５〜−２０ｄＢに達していれば
実用に供することができるので、分岐部の側へと移行し
てきた指標γの最大値の値をその一定の水準が得られる
程度まで増加させても実用上問題はない。

そこでこの発明では、２つの導波路それぞれの一部に曲
り部を設け、曲り部の始端の側での２つの導波路の開き
角を大きくし、曲り部の終端の側での２つの導波路の開
き角を小さくする。開き角が大きくなれば、この開き角
が大きくなった箇所での指標γの最大値も大きくなるが
、上述した点からも理解できるように指標γの最大値を
ある程度まで増加させても実用に適したクロストーク特
性ヲ得ることができると考えられる。

しかも上述の曲り部を設けることによって、次のｉ）及
び１１）＠同時に遠戚することが可能であると考えらえ
る。

ｉ）駆動電圧を従来と同一として従来と比較した場合に
は、実用に適したクロストーク特性を従来よりも短いデ
バイス長で実現できる。或はデバイス長を従来と同一と
して従来と比較した場合には、実用に適したクロストー
ク特性を従来よりも低い駆動電圧で実現できる。

ｉｉ）実用に適したクロストーク特性を従来よりも広い
駆動電圧の範囲で実現することができる。

（実施例） 以下、図面を参照し、この発明の実施例につき説明する
。尚、図面はこの発明が理解できる程度に概略的に示さ
れているにすぎず、従って各構成成分の形状、寸法及び
配設位Ｈを図示例に限定するものではない。

第：ｊむ転倒 第１図はこの発明の実施例の構成を概略的に示す平面図
である。

同図にも示すように、第一実施例の導波型光スイッチ１
０は、分岐する２つの導波路１２．１４と、２つの導波
路１２．１４間の屈折率差又は伝搬定数差を制御する電
極１６とを備え、２つの導波路１２．１４間の間隔りを
導波路１２．１４の分岐部■から終端部＋２ｂ、　＋４
ｂへ向けて広げて成る。

そして２つの導波路１２．１４それぞれの少なくとも一
部に曲り部■を設け、曲り部ＩＩの始端（ｚ＝Ｏ）の側
での導波路１２．１４の開き角を大きくし、曲り部Ｈの
終端（ｚ＝Ｌ）の側での導波路１２．１４の開き角を小
ざくする。しかも導波路１２．１４の曲り部ＩＩての開
き角を、曲り部ＴＩでの導波路形状がスムースに曲る曲
線状となるように、曲り部■の始端２＝０から終端ｚ＝
Ｌまで徐々に小ざくする。尚、曲り部ＩＩでの導波路形
状を、多段に折れ曲る折れ線状とすることも可能である
。

より詳細に説明する。この実施例の導波型光スイッチ１
０は、Ｙ分岐を構成する導波路１８．１２．１４と、分
岐する２つの導波路１２．１４に対して設けた電極１６
とを備えて成る。

そして導波路１８の一方の端部１８ａを導波路１２の一
方の端部１２ａ及び導波路１４の一方の端部１４ａとそ
れぞれ結合してＹ分岐を構成し、これら導波路１８．１
２．１４を基板２０に設ける。従って導波路１２．１４
の終端部＋２ｂ、＋４ｂは導波路１２．１４の他方の端
部となる。

また電極１６を電極部材１６ａ、　１６ｂ、　１６ｃか
ら構成し、電極部材１６ａを導波路゛１２の導波路１４
とは反対側の側部に配置し、電極部材＋６ｂを導波路１
２及び１４の間に配置し、さらに電極部材１６ｃ　ＩＦ
ｒ導波路１４の導波路１２とは反対側の側部に配置して
これら電極部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃを基板２０に設
ける。電極始端値Ｍ％ｚ＝Ｏ及び電極終端部Ｍをｚ＝Ｌ
とし、各電極部材１６ａ、　１６ｂ、　１６ｃを２＝０
からｚ＝Ｌまで延在させて設ける。

また２つの導波路１２．１４は、これら導波路１２．１
４の分岐部Ｉ及び終端部＋２ｂ、＋４ｂの間において固
有モードを保存する導波路系を形成し、従ってこの導波
路系は少なくとも２つの導波路１２．１４の分岐部工と
曲り部ＩＩとを備えて成る。

そして分岐部Ｉは、この導波路系の固有モードの光パワ
ーを２つの導波路１２．１４へ等分するための部分であ
り、光パワーを等分するため後述するＺ軸に関し線対称
な形状を有する。

また２つの導波路１２ｄ４の曲り部の終端部（２＝し及
びその近傍の導波路部分）は、導波路系の固有モートの
光パワーを２つの導波路１２．１４のいずれか一方へ集
中させるための部分である。２つの導波路１２．１４の
曲り部ＩＩの終端部は、電極１６に電圧を印加した状態
で固有モードの界分布か導波路１２ｄ４の一方の曲り部
ＩＩの終端部に存在できるか他方の曲り部ＩＩの終端部
に存在できないような距離たけ、互いにｇ１間しており
、これと共に導波路１２．１４の曲り部ＩＩの終端部か
ら終端部１２ｂ。

＋４ｂまでの間（ｚ＞Ｌでの導波路部分）における導波
路間隔は、曲り部ＩＩの終端部での導波路間隔と同等か
それよりも広くなっている。従０て電極１６に電圧を印
加して一方の電極終端部に光パワーを集中させれば、こ
のときの導波路１２．１４の電極終端部における光パワ
ー比と同等の光パワー比で、一方の導波路の終端部から
光を出力させることかできる。尚、導波路１２．１４の
ｚ＞Ｌの部分を省略するようにしてもよい。

例えば、電極１６に電圧を印加すること（こまって導波
路１２の電極終端部での光パワーと導波路１４の電極終
端部での光パワーとの比をに〇又はＯ：１とすれば、導
波路１２．１４の終端部＋２ｂ、　＋４ｂがら出力され
る光の光パワー比！１：Ｏ又はＯ：１とすることかでき
従って理想的なディジタル的動作か行なえる。

次に、数値解析により得られる曲り部の形状について説
明する。

第２図は第−実施例の導波型光スイッチの導波路形状を
概略的に示す平面図である。

同図においては、導波路１２．１４の分岐点Ｐを通るＺ
軸を基板２０面上に設定し曲り部■の開始位置２＝０か
らのＺ軸方向における光の伝搬距離２を２軸上に取って
示した。またＤはＺ軸と直交しかつ基板２０面に沿う方
向においで導波路１２の側端縁ａ１と導波路１４の側端
縁ｂ１とか離間する距離（導波路間隔）を表す。側端縁
ａ１は導波路１２の導波路１４の側の側端縁及び側端縁
ｂ１は導波路１４の導波路１２の側の側端縁である。

導波路１２及び１４の光パワー比ｆは次式（１）ｔこよ
り定量的に表せる。

ｆ　＝−Ｘ＋　（Ｘ２＋　１）”２　　　・・・・−（
１）但し、Ｘ＝ΔＢ／（２・Ｋ）であり、ΔＢは導波路
間の伝搬定数差及びＫは導波路間の結合係数を表す。

導波路１２．１４の２＝０においてｆ→１となるとき光
パワーは等分されこのとき（１）式よりＸ→Ｏ１また導
波ｗ！Ｉ１２．１４のｚ＝Ｌにおいてｆ　＋Ｏとなると
き光パワーが一方の導波路に集中して固有モートの界分
布は一方の導波路のみに存在しこのとき（１）式よりＸ
→■となる。

結合係数Ｋ及び伝搬定数差ΔＢのいずれを変化させても
Ｘ→■又はＸ→０とすることができるか、伝搬定数差△
Ｂは電極１６に印加する電圧に応しで変化しまた結合係
数には導波路間ｗＡＤに応して変化するので、駆動電圧
を低減するためには、伝搬定数差ΔＢｔ大きくしてＸ→
ωとするよりも結合係数Ｋを小さくしてＸ−＋■とする
ほうが有利である。

従って結合係数Ｋを変化させること１こよって光パワー
を等分しまた集中させる場合を考えると、導波路！２．
１４の２＝０においてはに一＋■とすればＸ→０となり
ｆ→１が得られ、及び導波路１２．１４のｚ＝Ｌにおい
てはに−４０とすればΔＢ＞ＯのときＸ＋■となりｆ→
１／（２Ｘ）→Ｏが得られる（尚、ΔＢ＜Ｏのときはｆ
−＋ωとなる）。

このように導波路１２．１４の２＝０がらｚ＝１までの
間でＸがＸ＝０からＸ＝ωまて変化するように導波路１
２．１４ヲ形成しなければならない、しかも導波路１２
．１４のいずれか一方から光を選択的に出力させるため
には、導波路１２．１４の２＝０の側においては導波路
間隔りを狭く、また導波路１２．１４のｚ＝Ｌの側にお
いては導波路間隔りを広くする必要かある。従って２＝
０からｚ＝Ｌまでの間てＸ＝ＯからＸ＝■まで変化させ
ながら導波路間隔りを広げてゆかなければならないか、
この際実用１こ適したクロストーク特性を得るためには
固有モードの変換をできるたけ低く抑えて導波路１２．
１４の導波路系で固有モードを保存することが必要であ
る。尚、指標γが大きくなれば固有モードの変換は多く
なり、また指標γが小ざくなれば固有モードのモード変
換は少なくなると推定できる。

そこでこの固有モードの変換率の指標γにつき考える。

指標γは次式（２）で表せる。

（２） 一方、（１）式で定義したように×＝ΔＢ／（２・Ｋ）
であり、また結合係数には次式（３）により表せるので
、ω＝Ｓ・（ＤＤｏ）と置けば（４）式か得られる。

Ｋ＝に、−ｅｘｐ　（−ｓ・（Ｄ−Ｄｏ　））・・・・
・・（３） 但し、Ｋｏは２＝０における導波路間の結合係数及びＳ
は結合係数の低下率を規定するための定数（導波路から
の光のしみ出し量を表すパラメータ）であり、これらＫ
。及びＳは設計に応じて任意好適に設定される。またＯ
８は２＝０での導波間隔である。

Ｘ＝（ΔＢ／（２・Ｋｏ））　・ｅＸｐω＝Ｘ、−ｅｘ
ｐω　　　　　　　　・・・・・・（４）但しＸ。は２
＝０のときのＸを表す。

従って（２）式は（４）式を用いて次式（５）に表すよ
うに変形できる。

に適したクロストーク特性を得るためｌこは、近似的に
はこのωでの指標γを小ざくすれば良い。

ここてωをω＝α・ｚｌｌと表せば、Ｘ＝１．２におい
て、次式（７）か得られる。α、ｎは導波路の形状を指
定するパラメータである。

化した規格化された開き角を表す。

ここでＸ２＝１０’と置き、「をｙの間数で表せば、Ｆ
及びｙにつき第３図に示すような関係が得られる。第３
図の横軸にｙ＝２４２ｏ９（ｘ。

ｅ″）を及び縦軸に「を取って示した。

第３図にも示すように、はぼＶ＝０．１４のときＦが最
大となる。「が最大となるとき、Ｘ＝１．２及びω＝１
２．．（１、２／Ｘｏ　）となり指標γが最大となる。

導波路１２．１４の２＝０から２＝Ｌまでの間において
モード変換を小さくして実用・・・（７） 但し、γ□８及びω１は指標γが最大となるときのγ及
びωを表す。

ところで素子終端ｚ＝Ｌでは、素子長（電極長）をしと
すればω＝αＬ’となり、次式（８）％式％ ） （８） 従ってαを次式（９）のように表せる。

・・・・・・（９） よって（７）及び（９）式より、 Ｔ′″１Ｘ２４・Δ１３−Ｌ” ０　ω７ ところでω、は次式（７７）のようにも表せる。

・・・（１１） ｚ＝ｏ″Ｃ−Ｘ＝Ｘｏ−＊Ｏ及び２ してＸ Ｘ。

従って（１０）及び（１１）式より、次式（１２）か得
られる。

・・・　（１２） よってγ□Ｘを小さくするためにはｎは小さい方がよい
ことが理解できる。ｎＶｏ＜ｎ＜１とするのかよい。

そこでこの実施例では、規格化された開き角ｄω　ｄω −か−＝ｎ　・ａ−（ｚ＋ｚｏ　）　ｒ′−’　、Ｏｗ
ｎｚ　　ｄｚ く１（α、ｚｏは設計上任意好適に設定される定数）と
なるように導波路１２．１４の一方の側端縁ａｌ　、ｂ
ｌを形成し、そして導波路１２の他方の側端ｍａ２＠側
端Ｒａ１と平行に及び導波路１４の他方の側縁ｂ２を側
端縁ｂ１と平行に形成する。但し、ｚ＝ｏのときｏ’＜
互！く２°とするのが好ｚ ましい。また好ましくは０．００３＞Ｒｈ０．０３より
好ましくはＲ＝０．０１とするのがよい。

ｄω ここで２゜は最大開き角（２＝０での□）をｄｚ 指定するパラメータである。２０　＝Ｑてあり、上述の
解析に影響しないと考えられる。

尚、導波路１２．１４が固有モードを保存する導波路系
を形成するためには、２＝０からｚ＝Ｌまての間で次式
を満足させるのが好ましい。

２・Ｋ　（２）　＞　ｏ　、　４３ ｄω／ｄｚ 但し、Ｋ　（ｚ）は距Ｍｚの位置における結合係数を表
す。

第４図にＸ＝１０−’としたときの、ｎに対する指標γ
の変化の様子を示す、第４図においては、縦軸に指標γ
及び横軸にＸを取り、ｎ＝０．５．１及び２としたとき
のγ及びＸの関係を曲線■、■及び■て示した。

これら曲線■〜■からも理解できるように、ｎの値か小
さいほど指標γが小ざくなり、また指標γが最大となる
×（図中×１で示した）の位置はほぼ１．２となりｎの
変化に対してあまり変化しない、従って上述の近似解析
が許されることが理解できる。

文献１１の従来素子では素子全体にわたりγ：１／（２
・ΔＢ−Ｌ）の固有モード変換があった。しかしこの実
施例では、指標γがω６＝１７（１，２／Ｘｏ）となる
素子の部分でγ６．つとなりこれ以外の素子の部分では
γ６．８よりも小さく、しかもγ□８は式（１２）で表
せるので、０＜ｎ＜１では、文献Ｈの従来素子よりもモ
ード変換が少なくなり、従ってクロストーク特性を改善
することができる。

次に結合方程式を解くことにより、この実施例及び文献
Ｉの従来例のクロストーク特性につきシミュレートする
。この実施例のクロストーク特性は最小、最大結合係数
比Ｒ＝Ｘｏ／Ｘ、と、ΔＢ・Ｌと、素子長結合長比＝素
子長／結合長とを用いて一義的に表すことができる。

第５図（Ａ）及び（Ｂ）はＲ＝０．０１及び１０−４と
したときの文献Ｉの従来例のクロストーク特性を示す図
であり、これら図の縦軸はクロストーク及び横軸は素子
長／結合長を表す。

第５図（Ａ）の曲線■、■、■及び■はΔＢ・Ｌ／Ｔ［
＝３．２．１．５及び１としたときのクロストーク特性
を表し、第５図（Ｂ）の曲線■、■、［相］及び■はΔ
Ｂ−Ｌ／ｍ＝４．３．２及び１としたときのクロストー
ク特性を表す。

従来の場合、図には示していないがＲ＝０．１では素子
長／結合長によりクロストークが大きく変動し実用上充
分なりロストーク特性が得られない。

また第５図に示すように、Ｒ＝０．０１ではΔ［３−Ｌ
＝１．５でようやく平均約−１５ｄＢのクロストークが
得られる０ｎ＝１０ｍ”では平均約−１５ｄＢのクロス
トークを得るためにはΔＢ・Ｌ／Ｔ［ｔ３以上に増大さ
せる必要がある。

第６図（Ａ）及び（Ｂ）は円＝０．０１とし、ｎ＝１／
３及び１／２としたときの第一実施例のクロストーク特
性を示す図であり、同図の縦軸はクロストーク及び横軸
は素子長／結合長を表す。

但し、第６図（Ａ）及び（Ｂ）のいずれの場合もとした
。

第６図（Ａ）の曲線■、■、■、■及び■は、ΔＢ−Ｌ
／Ｔ［＝４．３．２．１．５及び１としたときのクロス
トーク特性、同様に第６図（Ｂ）の曲線■、■、■、■
及び■はΔＢ−Ｌ／ｍ＝４．３．２．１．５及び１とし
たときのクロストーク特性を表す。尚、図には示してい
ないか、従来及びこの実施例においてはＲ＝０．１では
素子長／結合長によりクロストークが大きく変動し実用
上充分なりロストーク特性が得られない。好ましくは０
．００３＜日＜０．０３特に好ましくはＢ＝０．０１と
するのよい。

文献■の従来の光スィッチ及びこの実施例の光スィッチ
を比較すれば、従来の場合には、第５図に示すように、
Ｒ＝０．０１ではΔＢ・し＝１゜５でようやく平均約−
１５ｄＢのクロストークが得られる。Ｒ＝１０−’では
平均約−１５ｄＢのクロストークを得るためにはΔＢ　
−Ｌ／ｖ［８３以上に増大させる必要がある。

一方、この実施例においては、第６図（Ａ）及び（Ｂ）
からも理解できるように、ｎ＝１／３（このときω＝α
Ｖ７１）コー）及びｎ＝１／２（このときω＝αｒ）の
いずれの場合も、 はぼ△Ｂ−Ｌ／ＴＩ＝１．５で平均クロストーク−２０
ｄＢを得ることができる。

従ってこの実施例ではほぼΔＢ・Ｌ＝１．５において素
子長／結合長によらず一２０ｄＢのクロストークが得ら
れ、文献Ｉの従来例に比べ５ｄＢ以上のクロストークの
改善が得られる。

次に、この第一実施例に関し上述の解析とは別の解析を
行なう、尚、各パラメータの定義は特に断わりがない限
り、上述したの解析の場合と同様である。

規格化された導波路間隔ωを次式（１３）のように表す
。

ω＝Ｓ・（ＤＤｏ） ＝α・圧・す丁　　　　　・・・（１３）但し、ｍは１
より大きい実数であり前述のｎとはｎ＝１７ｍの関係を
有する。またＴは距離２を素子長（電極長）して規格化
した規格化距離でありτ＝Ｏは曲り部Ｈの始端値！（ｚ
＝○に対応する位置）及びて＝１は曲り部Ｈの終端値＠
　（ｚ　＝　Ｌに対応する位Ｍ）を表す。

（１３）式のように表した場合、指標γは次式（１４）
のように表せる。

・・・（１４） 指標γΦ値はｘ＝ＪＴ（−ＸＰ）のときピークとなる。

Ｘｐは次式（１５）のようにも表せる。

・・・（１５） （１４）及び（１５）式より、ピークでの指標γ（γ、
）は次式（１６）のように表せる。

但し、ＫｏはＴ＝○での結合係数（最小結合係数）及び
に、はτ＝１での結合係数（最大詰合体数）を表す。日
は最小最大結合係数比を表し、Ｒ＝Ｘｏ　／Ｘ−＝に−
／Ｋｏ　、Ｘｏ　＝ΔＢ／（２”Ｋｏ）及びＸ、＝ΔＢ
／（２−に、）である。

ここで、Ｋｏ−Ｌ及びＲｔ最適化することを考える。

第７図は円の最適化のための数値解析から得た解析結果
の一例を示す図である。第７図において縦軸はクロスト
ーク及び横軸は最小最大結合係数比Ｒを表し、曲線１１
及び１２は曲り部終端の導波路での固有モードの片寄り
（光パワー比）から計算されるクロストーク特性を、ま
た曲線ｉｉ１及びｉｉ２はγ、かう予想されるクロスト
ーク特性（このクロストーク特性はあくまで目安であっ
て正確なものではない）を表す。第７図の数値解析では
、ｍ＝２及びＫｏ−ｍ＝６０とし、ΔＢ・Ｌ／ｖｔ＝１
としたときのクロストーク特性ヲ曲線ｉ１及びｉｉｌで
またΔＢ−Ｌ／ｙｔ＝２としたときのクロストーク特性
を曲線１２及びｉｉ２て表した。

Ｒの増加とともに、γＰは小さくなり従ってγ、から予
想されるクロストークは第７図にも示すように良くなる
。一方、８の増加とともに、導波路１２．１４の曲り部
終端における固有モードの光パワー比ｔｌ：ｏ又は０：
１とすることは難しくなり従ってこの曲り部終端におけ
る光パワー比から求められるクロストークは第７図にも
示すように悪くなる。従ってＲには最適値が存在するこ
とが理解できるが、数値解析によれば、０．００３く日
＜０．０３より好ましくはＲ＝０．０１とするのがよい
ことがわかった。

第８図はに０・Ｌの最適化のための数値解析から得た解
析結果の一例を示す図である。第８図において、縦軸は
Δ１３．．．／ΔＢ　ｍｉｎ及び横軸は最小最大結合係
数比日を表す。第８図の数値解析では、ｍ＝２とし、Ｋ
ｏ−ｍ＝３０としたときのΔＢ、、、／ΔＢ０゜と日と
の関係を曲線１ｖでまたＫ。−ｍ＝６０としたときのΔ
Ｂ　１ｌｌａＸ／ΔＢ　ｌ’１ｌｉｎと日との関係を曲
線Ｖで表した。

駆動電圧「Ｏ」から駆動電圧を印加して駆動電圧を増加
させるとクロストークは良くなってゆくか、ΔＢ□。は
この良くなってゆく過程においてクロストークが最初に
−１５ｄＢとなったときのΔＢを表す。そしてΔ１３１
ｎからざらに駆動電圧を増加させでゆくとΔＢの増加に
伴なう電極の分岐側境界でのモード変換が大きくなりク
ロストークは悪くなっでゆくが、ΔＢ　ｆｆ１ａＸはこ
の悪くなってゆく過程において最初に−１５ｄＢとなっ
たときのΔＢｔ表す。従って八Ｂ□ａｘ　／ΔＢ　ｍｉ
ｎが大きくなるほど、実用に適したクロストーク特性が
得られる駆動電圧の範囲が広くなる。数値解析によれば
、０．００３＜Ｒｈ０．０３より好ましくはＲ＝０．０
１としかつＫ。・Ｌ＞４０とするのかよいことかわかっ
た。しかし導波路幅ωを（１３）式のように表した場合
、Ｋｏ・Ｌの特性変化に与える影響は弱いので必ずしも
Ｋ。・し〉４０としなくともよい。

第９図は指標γのど−クγ、のｍに対する依存性の説明
に供する図であり、第９図の縦軸にど−りγ、の値を及
び横軸にｘＰ／Ｘ、１＝取って示した。第９図の解析で
は、Ｒ＝０．０１とし、ｍ＝１．２及び３とした場合の
ビークγの変化の様子を曲線ｖｉ、ｖｉｉ及びｖｉｉｉ
で表した。尚、Ｘｐ／Ｘ、は駆動電圧の逆数に比例する
量である。

ｍ＝１の場合導波路１２．１４のＴ＝Ｏからτ＝１まで
の部分を直線導波路とした場合に相当し、ｍ＝２及び３
の場合導波路１２．１４のＴ・０からて＝１までの部分
を曲線導波路とした場合に相当する。曲線ｖｉ、ｖｉｉ
及びｖｉｉｉからも理解できるように、導波路１２．１
４のτ＝ＯからＴ＝１の部分を曲線導波路としたほうが
、低い動作電圧でもビークγ、を小さくでき全体的にど
−クγ、を小ざくてきるので、クロストーク特性の向上
を期待できる。

ｍ＝２．３とした場合Ｘｐ／Ｘ、＝Ｒ近傍で開き角か大
きくなりこれによりγ２が大きくなるので、ω＝α・、
ｆ”−ｆ〒コー〒コーとするのが好ま関して上述の解析
が近似的に許されると考えられる。

ｍ！（但し、ｍは１より大きな実数）とすればよいこと
がわかった、α、て。は設計に応じて任意好適に設定さ
れる定数であり、τ。＝ｚ。

／Ｌとも表せる。好ましくは０．００３＜白く０．０３
より好ましくはＲ＝０．０１とするのがよい。また好ま
しくは次式を満足するように、固有モードを保存する導
波路系の導波路を形成するのがよい。

導波路１２．１４の形成では、導波路１２の側縁ａ１及
び導波路１４の側縁ｂ１をＺ軸に間して対称な位置に配
置すればよく、従って導波路１２の側縁ａ１の位置及び
導波路１４の側縁ｂ］の位置をそれぞれＺ軸からＺ軸に
垂直な方向にＤ／２Ｍれた位置とすればよい。

第１０図はｍ＝１として導波路のＴ＝Ｏがらτ＝１まで
の部分を直線導波路とした場合のクロストーク特性の一
例を示す図である。第１０図は第７図と同様の図であり
、曲線ｉｘ１及びｉｘ２は電極終端の導波路での固有モ
ードの片寄りから計１１Ｋされるクロストーク特性を、
また曲線Ｘ１及び×２はγ、から予想されるクロストー
ク特′ｌ！ヲ表す。第１０図の数値解析では、ｍ＝１及
びＫ。

・Ｌ＝６０とし、ΔＢ−Ｌ／ＴＴ＝１としたときのクロ
ストーク特性を曲線ｉｘｌ及びＸｌでまたΔＢ−Ｌ／Ｔ
Ｔ＝２としたときのクロストーク特性を曲線ｉｘ２及び
×２で表した。

第７図及び第１０図からも理解できるように、Ｔ＝○か
らＴ＝１までの導波路形状を直線状とするよりも曲線状
としたほうかクロストーク特性を向上できると考えられ
る。

星；」藁転倒 第１１図はこの発明の第二実施例の構成を概略的に示す
平面図である。尚、第−実施例の構成成分に対応する構
成成分についでは同一の符号を付して示す。

以下、第一実施例と相違する点につき説明し、第一実施
例と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。

第一実施例ではＹ分岐構造の光スィッチにこの発明を適
用した例を示したが、この第二実施例ではＸ分岐構造の
光スィッチにこの発明を適用した例を示す。

第１１図にも示すように、第二実施例ではＸ分岐の一方
の直進導波路２２を一方の端部同志を結合した導波路１
２及び導波路２６から、及びＸ分岐の他方の直進導波路
２４を一方の端部同志モ結合した導波路１４及び導波路
２８から構成する。これら直進導波路２２及び２４が交
差してＸ分岐を構成する。

この実施例では、導波路１３の導波路幅を導波路１５の
導波路幅より細くし、構造的にΔＢを生じさせる。導波
路１２及び１４の導波路幅は等しくする。

導波路２８の導波路２６の側の側縁Ｃ１及び導波路２６
の導波路２８の側の側１１ｄ１は、導波路１２及び１４
の側縁ａ１及びｂｌと同様にして配Ｍされており、導波
路２８の導波路２６とは反対側の側縁ｃ２及び導波路２
６の導波路２８とは反対側の側［ｄ２はそれぞれ、側Ｋ
ｃｌ及びｄｌと平行に配Ｍｃ５れでいる。

匙二失鷹３ 第１２図はこの発明の第三実施例の構成を概略的ｌこ示
す平面図である。尚、上述した実施例の構成成分に対応
する構成成分については同一の符号を付して示す。

第三実施例の導波型光スイッチは、導波路２４及び２６
を直線導波路としている他は、第二実施例と同様の構成
を有する。

笈ヱレ（紋別 第１３図はこの発明の第四実施例の構成を概略的に示す
平面図である。

第四実施例の導波型光スイッチは、分岐する２つの導波
路４０．４２と、２つの導波路４０．４２間の屈折率差
又は伝搬定数差を制御する電極４４とを備え、２つの導
波路４０．４２間の間隔ωを導波路４０．４２の分岐部
工から終端部４０ｂ、　４２ｂへ向けで広げて成る。

そして２つの導波路４０．４２それぞれの少なくとも一
部に曲り部ＩＩヲ設け、曲り部ＩＩの始端（τ＝Ｏ）の
側での導波路４０．４２の開き角を大きくし、曲り部１
１の終端（τ＝１）の側での導波路４０．４２の開き角
を小さくする。しかも導波路４０．４２の曲り部ＩＩて
の開き角を、曲り部ＩＩでの導波路形状がスムースに曲
る曲線状となるように、曲り部の始端（Ｔ＝○）から終
端（τ＝１）まで徐々に小ざくする。

より詳細に説明する。この実施例の導波型光スイッチは
、Ｙ分岐を構成する導波路４４．４０．４２と、分岐す
る２つの導波路４０．４２に対して設けた電極４６とを
備えて成る。

そして導波路４４の一方の端部を導波路４０及び４２の
一方の端部とそれぞれ結合してＹ分岐を構成し、これら
導波路４４．４０．４２ヲ基板４８に設ける。基板４８
は電気的に屈折率を変化させることができる基板例えば
２カツトＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓ基板である。

また電極４６ヲ電極部材４６ａ、　４６ｂ、　４６ｃ、
　４６ｄから構威し、電極部材４６ａを導波路４０の導
波路４２とは反対側の側部に配置し、電極部材４６ｂを
導波路４０上に配置し、電極部材４６ｃを導波路４２上
に配置し、ざらに電極部材４６ｄ　！導波路４２の導波
路４０とは反対側の側部に配置し、これら電極部材４６
ａ〜４６ｄを基板４８に設ける。電極始端位Ｎをて＝Ｏ
及び電極終端部Ｍをτ＝１とし、各電極部材４６ａ〜４
６ｄｌ＝Ｔ＝ｏからτ＝１まで延在させて設ける。

また２つの導波路４０．４２は、これら導波路４０．４
２の分岐部工及び終端部４０ｂ、　４２ｂの間において
固有モードを保存する導波路系を形成し、従ってこの導
波路系は少なくとも２つの導波路４ｑ、４２の分岐部■
及び曲り部ＩＩを備えて成る。

そして分岐部Ｉは、この導波路系の固有モードの光パワ
ーを２つの導波路４０．４２へ等分するための部分であ
り、光パワーを等分するため後述するＴ軸に関し線対称
な形状を有する。

また２つの導波路４０．４２の曲り部ＩＩの終端部（て
＝１及びその近傍の導波路部分）は、導波路系の固有モ
ードの光パワーを２つの導波路４０．４２のいずれか一
方へ集中させるための部分である。

２つの導波路４０．４２の曲り部ＩＩの終端部は、電極
４６に電圧を印加した状態で固有モードの界分布か導波
路４０．４２の一方の電極終端部に存在できるか他方の
電極終端部に存在できないような距離だけ、互いにＭ間
しており、これと共に導波路４０．４２の電極終端部か
ら終端部４０ｂ、４２ｂまでの間（て〉１となる導波路
部分）における導波路間隔は、曲り部ＩＩの終端部での
導波路間隔と同等かそれよりも広くなっている。尚、Ｔ
＞１となる導波路部分を省略するようにしてもよい。

次に数値解析により、この実施例の曲り部Ｈの形状につ
いて説明する。

導波路間隔りを規格化距離Ｔの関数と考える。

規格化距ＭＴは距ｆｌｌｚを素子長（電極長）して規格
化した距離でありτ＝Ｏは曲り部ＴＩの始端位置（ｚ　
＝０に対応する位り及びて＝１は曲り部Ｈの終端値＠　
（ｚ　＝　１に対応する位Ｎ）を表す、以下の解析では
Ｏ≦て≦１の範囲についで考える。

τ軸は分岐点Ｐを通り基板面上に設定した軸である。

クロストーク特性を良くするためには、偶モード及び奇
モード間の変換を小さく抑える必要がある。そこで、導
波路間隔りを規格化距離での関数と考えた場合の指標γ
を次式（１７）のように表す。

ここで５（ＤＤｏ）＝ωであり、Ｄｏはて＝Ｏでの導波
路間隔を表す。

ΔＢは曲り部Ｈにおいて導波路４０．４２間で電気的に
生しきせる伝搬定数差、しは曲り部Ｈの始端から終端ま
で（τ＝Ｏからで＝１まで）の距離、Ｘ＝ΔＢ／（２・
Ｋ（τ））、及びＫ　（Ｔ）は規格化距離Ｔにおける導
波路４０．４２間の結合係数を表す。Ｋ　（Ｔ）　％次
式（１８）のように表現する。

Ｋ（て）＝Ｋｏ　−ｅｘｐ　（−８・　（Ｄ（τ）Ｄｏ
　）　）　　　　　　　　　　　・・・（１８）（１７
）式からも理解できるように指標γはＦはＫ（τ）を含
みての関数であるがｘ＝、／７”　Ｘ　ｐにピークを有
する。Ｘｐの位置τ、は電表せるので位置τ２は△Ｂの
変化とともにＴＰ＝はＫの逆関数である。

ここで、２つのＭ線溝波路の一方の端部同士を結合して
分岐と成すと共に分岐から遠ざかるにつれて導波路間ｌ
＠Ｏを広くし、これら直線導波路により固有モードを保
存する導波路系を形成した場合（例えば第２２図に示す
導波路３及び４の場合）のモード変換の指標γの変化の
様子について説明する。

第１４図は指標γの変化の様子の説明に供する図である
。第１４図の作成に当っては、例えば第２２図に示す導
波路３及び４の場合のモード変換の指標γの分布状態が
、駆動電圧の増加と共にどのよう１こ変化するかを数値
解析により調べた。そしてその解析結果を縦軸に指標γ
及び横軸にこれら直線導波路の導波路間隔Ｄｖ！取って
第１４図に示した。但し、数値解析では固有モードの波
長１．３ｕｍ、導波路の屈折率、Δ＝０．１％及び導波
路幅７ｕｍとし、駆動電圧の印加により２つの導波路間
に生しる屈折率差ΔｎをΔｎ＝５×１０−３１Ｘ１０−
’、２Ｘ１０−’及び５Ｘ１０−’とした場合の導波路
間隔りの位置における導波路での指標γΦ値をプロット
して示した曲線をそれぞれ符号ｘｉ、ｘｉｉ、ｘｉｉｉ
及びｘｉｖｔ付しで示した。尚、ΔＢ＝（２・ＴＩ／固
有モードの波長）・△ｎである。

第１４図にも示すように、指標γの値は２つの導波路の
分岐部及び終端部の間で山なりに分布し、指標γは特定
の導波路間隔りでビークγｐ％有する。しかも駆動電圧
の増加とともにΔｎが増加すると、ピークγ２の位置が
導波路間１ｆｉＩＤの広い側から導波路間隔りの狭い側
へと移行すると共にピークγ２の値が減少する。

（１７）参照）、導波路間隔りの小さいところ、すなわ
ｔ５２つの導波路の分岐部で開き角を大とするようｌこ
すればど−りγ２の値をΔＢが増加しても一定とするこ
とができる。

式より、ピークγ、が生しる位置での導波路間隔Ｏｐは
次式（１９）で表せる。

そこで、この実施例ではど−クγ、をΔＢによらずに一
定とすることを考える。

ピークγ、となる位Ｍ（ピーク位Ｍ）では、ΔＢ”Ｘｐ
　・２・Ｋ（Ｔ）となる（Ｄで、（１７）式より次式（
１９）を得る。

ｄω ｃｊｒ　　　　　　　　　　　　　　・・・（１９１）
（１８）式を用いて（１９１）式を変形して次式（２０
）を得る。

（２０）式の左辺＝ｃｏｎｓｔ、と考えれば、（２０）
式の両辺を積分して次式（２１）を得る。

・　Ｋｏ　−Ｌ　　・ Ｔ　＋　Ｃｏ） ・Ｔ＋ＧＯ）　　　　　　　　・・・（２１）ここでτ
＝０７：に＝ＫＯとして、ｃｏ＝＝１である。

従ってωをＴの対数開数で表せば、ΔＢの太き古にかか
わらず、従って駆動電圧の大きさにががわらす、γ２の
Ｉａを一定することができ、モード変換の！ｌを一定と
することができると考えられる。

光スイツチ作成上、γ、塩以外重要なパラメータとしで
、τ＝Ｏ及びＴ＝１における結合係数の比（最小最大結
合係数比）８がある。Ｔ＝０で固有モードの界分布を一
方の導波路に集中させる度合を大きくして導波路４０．
４２ので＝１での、固有モードの光パワー比を１：０又
はＯ：１に近づけ、しかも、電圧印加により生しるΔＢ
の影響によつＴ＝Ｏで生しるモード変換を小さくするた
めにはＲを小さくする必要がある。τ＝Ｏではモード変
換を小さくするため、Ｘ。＝Δ８／に０（ＸＯはτ＝Ｏ
てのＸ）Ｍ小さくする必要がありＴ＝１ではモードの集
中を大きくするためＸ、＝ΔＢ／に、（Ｘ、はＴ＝　１
　テ（７）Ｘ）　＠大きくする必要があり、従ってＸｏ
　／ｘ、　”Ｋｅ　／Ｋｏ　＝Ｒを小さくする必要があ
る。

しかし光がＴ＝ＯからＴ＝１まで伝搬するどきモード変
換は８が小さくなるにつれて増大しゆくため、Ｒを最適
化する必要がある。Ｒの好適範囲は導波路の形状を表す
関数型によらす０．００３＜Ｒ＜０．０３より好ましく
はＲ＝０．０１である。

またＫｓ／Ｋｏ　＝ｅｘｐ　［−（ｓ−Ｄ（１）Ｓ−Ｄ
ｏ）］＝Ｒであるので、（２１）式より、ｏ　Ｒ 従って次式（２２）が得られる。

Ｔ＝ＯからＴ＝１までを直線導波路とした場合にはγＰ
を次式（２３）のように表せる。

（−ｕ、、Ｒ）　　　　　　　　　　　−（２３）第１
５図はＸｐ　／ｘ、に対するγ２の変化の様子を示す図
であって、縦軸にγ、及び横軸にＸｐ／Ｘ、を取って示
す０曲線ｘｖ及びｘｖｉは（２２）式及び（２３）式か
ら求められるγ、の変化を表す曲線である。

ｘｐ　／ｘ、＝　（２・Ｋ、・Ｘ、）／ΔＢであり駆動
電圧の逆数に比例する。Ｘｐ　／Ｘ、＝　１のときビー
クγ２の位置はて＝１の位置にあり、×２／Ｘ、＝Ｒの
ときビークγＰの位置は、１となるので７２の位置はＴ
＝Ｏの位置にある。

曲線ＸＶ及びｘｖｉからも理解できるように、Ｔ＝Ｏか
らτ＝１までの間を直線導波路とするよりも導波路幅を
τの対数関数で表した導波路（対数型の導波路）とする
ほうが、γ、が７／Ｘ。

＝１で小さくなり、従ってより低い駆動電圧でモート変
換を小さくでき実用に適したクロストーク特性を得るこ
とができると考えられる。

ビークγＰを１／（２・Ｊ］７）〜１／（３・ＪＹ７）
以下としないとモード変換を十分小さく１／（３・戸コ
）以下となるビークγ、をγ１．ｄと表す。

導波路作成では、通常Ｋ。−Ｌが３０〜６０程度になる
がこの場合には、（２２）式によれば、Ｔ＝０かうて＝
１までの闇を対数型の導波路のみから構成したのでは十
分小さいγ、を得るのは若干無理かある。

そこでＴ＝Ｏの側で対数型の導波路を及びて＝１の側で
直線導波路を用い、開き角を大きくしてもγｐを小ざく
できるＴ＝Ｏの側、特にＴ＝Ｏの近傍で開き角を大きく
することによって、所望のＲ＝に、／に、が得られる間
隔まで導波路間＠Ｄを開き、Ｔ＝１の側では直線導波路
によって所望のＲ＝に、／ＫＯか得られる間隔まで導波
路間隔Ｄを開くことを考える。

デバイス長（電極長）を短くするには対数型の導波路を
用いるのが非常に効率が良い。γ、＝γ。０．とするよ
うな対数型の導波路で導波路間隔りを広げてから、残り
ので＝１までの間で直線導波路を用いて所望の間隔まで
導波路間隔りを広げる。このようにＴ＝ＯからＴ＝１ま
での間の導波路形状をした場合の、γ、の変化の様子を
、Ｍ１５図中に曲線ｘｖｉｉで表Ｔ、　ｆｔｌ［Ｉｘ　
ｖ　ｉ　ｉ　（７）、１まで変化する間がそれぞれ、対
数型の導波路及び直線導波路でのγ、の変化の様子を表
す。

デバイス長を短くするには対数型の導波路を用いるのが
有利であることの説明を行なう。

例えば、Ｋ／Ｋｏ＝Ｒ１となるまで導波路間隔を開くに
要する距ＭＬ１を考えれば、対数型の導波路では（２２
）式から、 また直線導波路では（２３）式から、 路では、 （−Ａ。日、） となり、従って対数型の導波路の場合の距離り、を直線
導波路の場合の距離Ｌｉの約（−２゜Ｒ１）−’倍とす
ることができる。

次にて＝Ｏからτ＝１までの間のどこまでを対数型の導
波路としどこまでを直線導波路とするかについて考える
。

ひとつの考えは、直線導波路の傾きを最小にするもので
ある。この場合、対数型の導波路の素子内での長さの割
合ｒは、近似的に、 と表せる。第１３図にも示すように、Ｔ＝０からτ＝ｒ
まてを対数型の導波路及びＴ＝ｒからτ＝１までを直線
導波路とすればよい。

第１６図にこの場合のクロストーク特性について解析し
た結果の一例を示す、第１６図においては縦軸にクロス
トーク及び横軸にΔＢ　−Ｌ／Ｔ［ｅ取り、第、１６図
（Ａ）の解析ではＲ＝０．０１、γ、、、、＝　１　／
　（３・Ｊ］７）として、Ｋｏ・し＝３０及び６０とし
た場合のクロストーク特’［？曲線ｘｖｉｉｉ及びｘｉ
ｘで、また第１６図（Ｂ）の解析ではＲ＝０．０１、γ
。、、、＝　１　／　（２・戸７）として、Ｋｏ　・Ｌ
＝３０及び６０とした場合のクロストーク特性を曲線Ｘ
Ｘ及びｘｘｉで表した。

またもうひとつの考えは、固有モードの界分布を一方の
導波路へ集中させるのに、理想的にはで＝１において導
波路４０．４２の光パワー比ｔｏ：１又は１：０とする
のに最低限必要な値のＸ、を求め（このときのＸ、をＸ
、と表す）、Ｘ、をＸｓｆとしたときのど−クγ２の位
ｍｌＦｒ求め、Ｔ＝Ｏがらこのときのピーク位置までを
対数型導波路としこのときのピーク位置からて＝１まで
を直線導波路とするというものである。Ｘ、！Ｘ−＋と
したときのビークγ、の位置での結合係数Ｋｐは、ＲＩ
　’　Ｋ−＝Ｋｐとすれば、 γ、。ｄ） となる。

第１７図１ここの場合のクロストーク特性について解析
した結果の一例を示す。第１７図の解析では、Ｒ＝０．
０１、γ。−ｄ＝　１　／　（３・戸７）としで、Ｋｏ
　−Ｌ＝３０及び６０とした場合のりロストーク特性を
曲線ｘｘｉｉ及びｘｘｉｉｉて表した。

第１８図はτ＝０からＴ＝１までを直線導波路とした場
合のクロストーク特性について解析した結果の一例を示
す図である。第１８図の解析ではＲ＝０．０１として、
Ｋｏ・Ｌ＝３０及び６０とした場合のクロストーク特性
を曲線ｘｘｉｖ及びｘｘｖで表した。

第１６図〜第１８図において、Ｔ＝Ｏからτ＝１までを
直線導波路とした場合ｆこ実用に適したクロストーク特
性を得るためのΔＢ−Ｌ／Ｔ［は、τ＝Ｏからτ＝ｒま
でを対数型の導波路及びＴ＝ｒからＴ＝１までを直線導
波路とした場合のほぼ１．５倍となり、従ってこの実施
例によれば駆動電圧を従来に比して７０％以上低減する
ことができると考えられる。

この実施例では、１０ｄ８以上の消光比となる場合のΔ
Ｂ　−Ｌ／ＴＩは、１以下であり従来の場合の６０〜７
０％程度となる。従ってその分駆動電圧を低減できる。

また第１６図及び第１７図にも示すように、−２０ｄＢ
以下のクロストークを得られる駆動電圧の範囲を広くで
きる。

尚、上述した実施例の説明において、第１３図に示した
実施例では、直線導波路の開き角をτ＝ｒにおける対数
型の導波路の開き角よりも広くしているが、より好まし
くは直線導波路の開き角をτ＝ｒにおける対数型の導波
路の開き角と等しくするのがよい。

（第四実施例の変形例） 第１９図は第四実施例の変形例の構成を概略的に示す平
面図である。この変形例では、基板４８として例えばＸ
カットＬｉＮｂ○３基板を用い、電極４６を電極部材４
６ｅ、４６ｆ及び４６９から構成する。

電極部材４６ｅ　％導波路４０の導波路４２とは反対側
の側部に配置し、電極部材４６ｆを導波路４０．４２の
間に配置し、電極部材４６９を導波路４２の導波路４０
とは反対側の側部に配置する。このように電極構造は基
板材料に応じて任意好適に変更することができる。

第ｆｆｉ虹倒 第２０図はこの発明の第五実施例の構成を概略的に示す
平面図である。尚、上述した構成成分に対応する構成成
分については同一の符号を付して示す。

第五実施例の光スィッチは、Ｘ分岐を構成する導波路４
０．４２．５０及び５２と、電極部材４６ｈ、４６ｉ、
４６ｊから成る電極４６とを備えて成る。

導波路４０及び４２の全体を上述の（２２）式で表され
る対数型の、分岐する導波路とし、同様に導波路５０．
５２の全体を上述の（２２）式で表される対数型の、分
岐する導波路とする。

また導波路４０．４２の導波路幅を等しくし、導波路４
０及びこの導波路４０よりも導波路幅の広い導波路５０
の一方の端部同士を結合し、導波路４２及びこの導波路
４２よりも導波路幅の狭い導波路５２の一方の端部同士
を結合する。導波路４０．５０の結合部分に符号ｐ及び
導波路４２．５２の結合部分に符号ｑを付して示す。

そして結合部分ｐ及びｑを互いに離間させる。

さらに電極部材４６ｈを導波路４０の、導波路４２とは
反対側の側部に、電極部材４６ｉを導波路４０．４２の
間に、及び電極部材４６ｊを導波路４２の。導波路４０
とは反対側の側部に配置し、これら電極部材４６ｈ〜４
６ｊ　８曲り部の始端から終端まで延在させで設ける。

次にこの実施例の光スィッチの動作につき簡単に説明す
る。

導波路５０に光が入力されると導波路５０に偶モード光
が励起され、この偶モード光は結合部分ｐ、ｑの部分で
パワーを等分され分岐部工の導波路４０．４２にそれぞ
れ等しいパワーの偶モード光が入力する。この場合には
、電極４６に電圧を印加して導波路４０．４２の曲り部
Ｈにおいて屈折率差を生じさせると、偶モード光を、屈
折率の高い方の導波路から出力させ屈折率の低い方の導
波路からは出力させないようにすることができる。

また導波路５２に光が入力されると奇モード光が励起さ
れ、この奇モード光は結合部分ｐ、ｑの部分でパワーを
等分され導波路４０．４２の分岐部工に等しいパワーの
奇モード光が入力する。この場合には電極４６に電圧を
印加して導波路４０．４２の曲り部Ｈにおいて屈折率差
を生じさせると、奇モード光を、屈折率の低い方の導波
路から出力させ屈折率の高い方の導波路からは出力させ
ないことができる。

導波路５０ｔ７．は５２に光を入力すると、Ｙ分岐の逆
過程が生じ、結合部分ｐ、ｑにおいてパワーが等分され
た界分布をもつ偶モード或は奇モードを励起することが
できる。

第２１図にこの実施例のクロストーク特性について解析
した結果の一例を示す。

尚、曲り部ＴＩでの導波路４０，４２の導波路幅を曲り
部ＩＩ以外での導波路４０．４２の導波路幅よりも広く
したり狭くしたりしてもよい。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、従って各構成成分の形状、寸法、配設位置、数値的
条件そのほかの条件を任意好適に変更できる。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の導波型
光スイッチによれば、分岐する２つの導波路それぞれの
一部に曲り部を設け、曲り部の始端の側での２つの導波
路の開き角を大きくし、曲り部の終端の側での２つの導
波路の開き角を小ざくするので、次のｉ）及びｉｉ）を
同時に達成することが可能になると考えられる。

ｌ）駆動電圧を従来と同一として従来と比較した場合に
は、実用に適したクロストーク特性を従来よりも短いデ
バイス長で実現できる。或はデバイス長を従来と同一と
して従来と比較した場合には、実用に適したクロストー
ク特性を従来よりも低い駆動電圧で実現できる。

ｉｉ）実用に適したクロストーク特性を従来よりも広い
駆動電圧の範囲で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一実施例の構成を概略的に示す平
面図、 第２図は第一実施例の導波路形状の説明に供する図、 第３図はパラメータＦ及びｙの間係を示す図、第４図は
パラメータｎに対するモード変換率の指標γの変化の様
子を示す図、 第５図（Ａ）〜（Ｂ）は従来素子のクロストーク特性を
示す図、 第６図（Ａ）〜（Ｂ）は第一実施例のクロストーク特性
を示す図、 第７図は最小最大結合係数比Ｒの最適化のための解析結
果の一例を示す図、 第８図はＫ。Ｌの最適化のための解析結果の一例を示す
図、 第９図はビークγ２のｍ依−脊柱の説明に供する図、 第１０図は導波路のτ：ＯからＴ＝１までの部分を直線
導波路とした場合のクロストーク特性の一例を示す図、 第１１図はこの発明の第二実施例の構ＩＩｉ、を概略的
に示す平面図、 第１２図はこの発明の第三実施例の構成を概略的に示す
平面図、 第１３図はこの発明の第四実施例の構成を概略的に示す
平面図、 第１４図はモード変換の指標γの変化の様子の説明に供
する図、 第１５図はＸｐ／Ｘ−に対するど−りγＰの変化の様子
を示す図、 第１６図（Ａ）〜（Ｂ）及び第１７図は第四実施例のク
ロストーク特性を示す図、 第１８図は導波路ので＝０かうて＝１までの部分を直線
導波路とした場合のクロストーク特性の一例を示す図、 第１９図はこの発明の第四実施例の変形例の構成を概略
的に示す平面図、 第２０図はこの発明の第五実施例の構成を概略的に示す
平面図、 第２１図はこの発明の第五実施例のクロストーク特性の
一例を示す図、 第２２図は従来の導波型光スイッチの構成を概略的に示
す平面図である。 １０・・・導波型光スイッチ １２．１４．１８．２６．２８．４０．４２．４４．５
０．５２１６．４６−・・電極、　　　２０・・・基板
２２．２４・・・直進導波路。 ・・・導波路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）分岐する２つの導波路と、２つの導波路間の屈折
   率差又は伝搬定数差を制御する電極とを備え、２つの導
   波路間の間隔を導波路の分岐部から終端部へ向けて広げ
   て成る導波型光スイッチにおいて、 前記２つの導波路それぞれの少なくとも一部に曲り部を
   設け、 該曲り部の始端の側での２つの導波路の開き角を大きく
   し、曲り部の終端の側での２つの導波路の開き角を小さ
   くしたことを特徴とする導波型光スイッチ。
2. （２）前記曲り部の開き角を、曲り部の始端から終端へ
   向けて徐々に小さくしてゆくことを特徴とする請求項１
   に記載の導波型光スイッチ。
3. （３）前記２つの導波路は、これら導波路の分岐部及び
   終端部の間において固有モードを保存する導波路系を形
   成することを特徴とする請求項１に記載の導波型光スイ
   ッチ。
4. （４）前記２つの導波路の分岐部を、固有モードの光パ
   ワーを２つの導波路へ等分するための部分とし、 前記２つの導波路の曲り部の終端部を、固有モードの光
   パワーを２つの導波路のいずれか一方へ集中させるため
   の部分としたことを特徴とする請求項１に記載の導波型
   光スイッチ。