JPH03255420A

JPH03255420A - 自己保持型光スイッチ

Info

Publication number: JPH03255420A
Application number: JP5340790A
Authority: JP
Inventors: Naoto Sugimoto; 直登杉本; Atsushi Shibukawa; 渋川　篤; Takashi Inukai; 犬飼　隆; Kenichi Ono; 小野　堅一
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1991-11-14

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、光通信の分野において光信号の透過、遮断を
する光スィッチに関する。

〈従来の技術〉光フアイバ通信において使用される端末装置等では、信
号担体である導波光を遮断する光スィッチが必要である
。このような機能を有する光スィッチに対して要求され
る性能は、光透過時に光の透過損失が少ないこと、光遮
断時の光の漏洩が少ないことのほか、スイッチングに要
する駆動電圧、消費電力が少ないこと等である。

従来、このような機能を有する光スィッチとしては、電
気光学的効果による光の偏光面回転を利用するものが提
案されている。

しかし、このような電気光学的効果型光スイッチは電気
光学的効果が小さいため、駆動電圧が高いこと、光遮断
時に電流を継続的に流し続けなければならない等の欠点
があった。

これらの欠点を解決するため、磁気光学結晶の磁気光学
効果による偏光面回転及び半硬質磁性材料の磁化の自己
保持性を利用し、電力の消費がスイッチング時に限られ
るように工夫した自己保持型光スィッチが提案されてい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、この種の自己保持型光スィッチは、光学
レンズを用いて光ファイバに結合していおり、また、磁
気光学結晶が３ｍｍ　Ｘ　Ｏ，２ｍｍ　Ｘ２ｍ１［ｌと
比較的大きいため、スイッチングに１００エルステッ、
ド以上の磁場が必要になり、磁気光学結晶に磁場を印加
する電磁石が大きくなる等の理由により、素子全体が大
型化する欠点がある。

また、光ファイバと光学レンズを組み合わせる際のアラ
イメントが難しい欠点がある。

更に、素子の一部を構成する偏光子に高価なバルク状の
複屈折性単結晶及び磁気光学結晶を使用するため、素子
が高価になる欠点があった。

一方、小型且つ安価な偏光子として、数ｎｌ１１の金属
と数百ｎａ＋の誘導体の交互多層膜を利用した積層囚偏
光子（特許第１３５１１８４号）や、ＬｉＮｂＯ５基板
上にプロトン拡散により形成した複屈折回折格子を用い
た複屈折回折格子型偏光子（昭和６３年電子情報通信学
会春期全国大会講演論文集第１集ｐ、　１３６）等の厚
さが５０μｍ以下で４０ｄＢ以上の高い消光比を示す薄
板型偏光子が提案されている。

しかし、これらの薄板型偏光子を用いることにより、光
スィッチの小型化、経済化が可能になるが、これまでに
光スィッチに応用されたことはなかった。

本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、
光ファイバとの結合が容易な小型で低優格な実用に供し
つる自己保持型光スィッチを提供することを目的とする
。

〈課題を解決するための手段〉斯かる目的を達成する本発明の構成はコア部がファラデ
ー効果を有する光導波路と、前記光導波路の光入射端及
び光出射端に接続した薄板型偏光子と、前記光導波路の
導波光に対して平行に磁場を印加する半硬質磁性材料を
鉄心とする電磁石からなることを特徴とする。

〈作用〉光導波路のコア部を導波光が通過すると、ファラデー効
果により、通過距離に応じて偏光面が回転する。そして
、その回転方向は非相反性により、磁場が印加される方
向により反転する。

このため、薄板型偏光子を、その偏光方向を相互に交差
するように配置しておけば、磁場の方向により、導波光
が透過し、又は遮断される光スィッチとして機能する。

更に、半硬質磁性材は、磁場を保存する自己保持性を有
するため、電磁石に対しては継続的に電流を流し続けな
くても、磁場が保存される。

〈実施例〉以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図に本発明の第１の実施例を示す。本実施例は、本
発明の基本的な構成に係るものである。同図に示すよう
に、磁気光学導波路ｌの光入射端及び光出力端に薄板型
偏光子２ａ、２ｂが配置される共にこの磁気光学導波路
１に対して平行に磁場８を印加できるように自己保持性
電磁石３が設けられいおり、更に薄板型偏光子２ａ、２
ｂを介して磁気光学導波路ｌに光ファイバｌｌａ、Ｉｌ
ｂが接続されている。

ここで、磁気光学導波路ｌは、導波光の透過するコア部
がファラデー効果を有する磁気光学材料か°らなる三次
元導波路であり、この磁気光学材料のファラデー回転係
数をθｒ（ｄｅｇ／ｃｍ）とし、その導波路長をｌとす
ると、：θ、１・１＝４５°の関係を満たすように設計
されており、非相反４５度偏光面回転素子の動作をする
。また、磁気光学導波路Ｉは、単一モード伝搬するよう
に設計されており、且つ良好な直線偏光性を保つために
、導波光の電界主成分をか磁気光学導波路１の基板面の
法線４に垂直な準ＴＥモードと平行な準ＴＭモードの伝
搬定数が一致するように設計されている。両者の伝搬時
間が一致しない場合には、導波光の偏光面が４５度回転
されても両者の位相がずれてしまうために、導波光の直
線偏光性が劣化しスイッチの消光比の低下を招く。

磁気光学導波路１の具体例を第２図に示す。

同図に示す磁気光学導波８１は埋め込み型の構造となっ
ている。即ち、基板９上に、下部クラッド層１３、上部
クラッドＮ１２が積層されると共に下部クラッド層１３
の凸部と上部クラッドＩ２の凹部の間にコア部１４が形
成されている。下部クラッド層１３、上部クラッド層１
２の屈折率は等しく設計した。コア部１４は、準ＴＥモ
ードと準ＴＭモードの伝搬定数を等しくするため、その
断面形状の輻及び高さを等しくして方形とした。また、
コア部１４の断面幅Ｗは、光ファイバＩＩａ、Ｉｌｂと
の接続する際に接続損失が少なくなるように、光ファイ
バ１１ａ、１１ｂの幅と等しい８μｍとした。この磁気
光学導波路ｌを作製するためには、例えば、基板９上に
ＬＰＥ法、スパッタ法等により２層ガーネット薄膜を形
成し、コア部１４をイオンミリング、反応性イオンエツ
チング（ＲＩ　Ｅ）等のエツチング法で加工し、最後に
ＬＰＥ法、スパッタ法等により上部クラッド層１２によ
り埋め込むのである。

薄板型偏光子２ａ、２ｂは、厚さが５０μｍ以下の偏光
材料の薄板からなり、それぞれの透過偏光方向軸が互い
に４５度傾くように設定されている。薄板型偏光子２ａ
、２ｂは、厚さが５０μｍ以下では、レンズなしで光フ
ァイバｌｌａ。

１１ｂに低損失で接続できるが、５０μｍを越える場合
には、光ファイバＩｌａ、Ｉｌｂとの接続における損失
が大きくなる。

自己保持性電磁石３は、コ字状に折り曲げられた半硬質
磁性材料よりなる鉄心５にコイル６を１！回したもので
あり、その両端部の間に磁気光学導波路ｌ及び薄板型偏
光子２ａ、２ｂを挟み込んだ状態に配置されている。コ
イル６に流通させる電流を方向を切り換えることにより
、磁気光学導波路ｌに印加される電界８の方向を図中左
向き、右向きと方向を変化させることができる。鉄心５
は半硬質磁性材料よりなるため、磁化の方向を自己保持
できる性質がある。このため、スイッチラグ電流遮断後
も、磁場８が保持されることになる。

上記構成を有する本実施例の自己保持型光は次のように
使用される。

例えば、光ファイバＩｌａに光ＩＩ＄１５を入射させて
図中ＡからＢへと通過させると、薄板型偏光子２ａを透
過した直線偏光は、磁気光学導波路１内を進行する際に
、その偏光面が４５度回転する。この時の回転方向は、
非相反性のために、磁気光学導波路１に印加される磁場
８の方向が図中ＡからＢへ向かう場合と、逆に図中Ｂか
らＡへ向かう場合では、正反対である。このため、磁気
光学導波路ｌを通過した後の光の偏光方向と、薄板型偏
光子２ｂとの偏光方向との成す角は、０度又は９０度で
ある。従って、磁気光学導波路ｌを通過後の光は、磁場
８の向きにより、薄板型偏光子２ｂを１０（１％通過す
るか、薄板型偏光子２ｂで１００％遮断されるかのどち
らかである。つまり、光スィッチとして動作するのであ
る。

また、この際に、コイル６に流すスイッチング電流によ
り制御される電流の向きは、スイッチング電流遮断後も
自己保持性電磁石３の特性により保持されるため、電力
の消費がスイッチング時に限られる。このため、電流を
継続的に流す必要はなく、消費電力は極僅かでよい。

更に、従来型の自己保持型光スィッチに比べ、偏光面を
回転させる素子として、磁気光学結晶の代わりに磁気光
学導波路１を使用するため、光学レンズが不要になり、
直接に光ファイバ１１ａ、ｌｌｂに結合できるという効
果を奏する。

以下、具体な実施例について説明する。

−塞ｊＬ例」− 磁気光学導波路ｌの具体的構成については、基板９とし
て０．５１１１１１１（７）ＧＧＧ　（ガドリウムガリ
ウムガーネット）を使用し、コア部１４、上部クラッド
層１２及び下部クラッド層１３として置換型のＹＩＧ　
（イツトリウム鉄ガーネット）をそれぞれ用いた。具体
的なＹＩＧの組成は、素子が動作するのに必要な外部磁
場８を小さくするために面内磁化となる組成が望ましい
ので、（Ｓｃ、Ｇａ）Ｙ　Ｉ　Ｇを用いた。コア部１４
が単一モード伝搬し、且つ幅が８μｍとなるようにする
ために、コア部１４と上部クラッド層１２及び下部クラ
ッド層１３の屈折率をＧａ置換■を変えることにより、
２．２００と２．１９９及び２．１９９に設定した。　
　（Ｓｃ、Ｇａ）Ｙ　Ｉ　Ｇのθ、が使用波長１．３　
ｕ　ｔｎで１５０ｄｅｇ／ｃｔｎであるため、磁気光学
導波路１を４５度偏光面回転素子として動作させるため
に、その素子長を約３．０ｍｍとした。また、磁気光学
導波路１の幅は０．５ｍｍ、厚さは約０．５ｍｍとした
。

このようにして得られた磁気光学導波路ｌは、第１図に
示すように、厚さ３０μｍで消光比５６ｄＢ。

挿入損失０．３ｄＢを示す積層型偏光子タイプの薄板型
偏光子２ａ、２ｂと、保持力２０エルステツドを示す半
硬質磁性材料（Ｆｅ７７ａｔ％、Ｃｏ１０ａｔ９６゜Ｗ
１３ａｔ％）からなる鉄心３を持つ自己保持性電磁石３
を組み合わせて自己保持型光スィッチを構成した。本実
施例の自己保持型光スィッチの全体的な大きさは、従来
の自己保持型スイッチに比べて光ファイバｌｌａ、ｌｌ
ｂを直接接続でき、光学レンズが不要であることから、
大幅な小型化が可能になった。具体的には、本実施例の
自己保持型光スィッチは、長さ約５ｍｍ　Ｘ高さ１０ｍ
ｍ　Ｘ幅３ｍｍであり、従来の自己保持型スイッチの大
きさ（７０ｍｍ　ｘ　２０ａｕｏ　Ｘ　２０ｍｍ）より
も格段に小さい。

本実施例の自己保持型光スィッチのスイッチング特性を
、実際に光ファイバ１２ａ、Ｉｌｂに接続して測定した
ところ、波長１．３μｍにおいて、その遮断時の消光比
が４０ｄＢであり、透過時の挿入損失が１．３ｄＢであ
った。従来の自己保持型光スィッチのスイッチング特性
（消光比３０ｄＢ。

挿入損失１．４ｄＢ）と同等以上の性能を示した。本実
施例の光スィッチは、スイッチングに必要な磁場の大き
さは６０エルステツドであり、従来型の自己保持型光ス
ィッチの１００エルステツドに比べて小さく、スイッチ
ングの駆動電圧が３Ｖと従来の駆動電圧５Ｖよりも小さ
い。

遺」穀量ＩＪ− 磁気光学導波路１の具体的構成については、基板９とし
て厚さ０．５ｎ＋ｍＧ　Ｇ　Ｇ　（ガドリウムガリウム
ガーネット）基板を使用し、コア部１４及び下部クラッ
ド層１３として置換型ＹＩＧ（イツトリウム鉄ガーネッ
ト）を使用し、上部クラッド層１２としてＴａとＴｉと
の混合アモルファス酸化物を使用した。具体的な置換型
ＹＩＧの組成は、実施例１でも述べたように、素子が動
作するのに必要な外部磁場８を小さくする為に面内磁場
となる組成が望ましいので、実施例１で使用した（Ｓｃ
、Ｇａ）Ｙ　Ｉ　Ｇと同様な面内磁場を示す（Ｌａ、Ｇ
ａ）Ｙ　Ｉ　Ｇを用いた。コア部１４が単一モード伝搬
し、且つ輻Ｗが８μｍとなるようにするために、コア部
１４と下部クラッド１３の屈折率を、Ｇａ！換量を変え
ることにより、２、２００と２．１９９に、又上部クラ
ッド層１２の屈折率を、ＴａとＴｉの組成を変えること
によりそれぞれ設定した。（Ｓｅ、Ｇａ）Ｙ　Ｉ　Ｇの
θ、が使用波長１゜３μｍで１５０ｄｅｇ／ｃｍである
ため、磁気光学導波路ｌを４５度偏光面回転素子として
動作させるために、その素子長を約３．０ｍｍとした。

また、磁気光学導波路１の幅は０．５ｍｍ、厚さは約０
．５ｍａ＋とした。

このようにして得られた磁気光学導波路１に第３図に示
す薄板型偏光子２ａ、２ｂ及び円筒状鉄心１０を有する
自己保持性電磁石３を組み合わせて自己保持型光スィッ
チを構成した。ここで、薄板型偏光子２ａ、２ｂとして
は、厚さ５０　μｍ、消光比５０ｄＢ　、挿入損失０．
４ｄＢを示す複屈折回折格子型偏光子タイプのものを使
用した。

また、円筒状の鉄心工０としては、保持力２０エルステ
ツドを示す半硬質磁性材料（Ｐｅ７７ａｔ％、Ｃ０１０
ａｔ％、ＷＩ３ａｔ％）を使用した。本実施例では、実
施例Ｉに比較し自己保持性電磁石３の大きさを５ｍ＋ｏ
　Ｘ　ｌ　Ｏｍｍ　Ｘ　３ｍｍから３．５ｍｍ　Ｘ直径
１ｍｍに縮小でき、素子全体の大きさも３．５ｍｍ　Ｘ
直径１ｍｍに縮小できる。

本実施例のスイッチング特性は、波長１．３μｍにおい
て、その遮断時の消光比が３５ｄＢであり、透過時にお
ける挿入損失が１．４ｄＢであった。従来型の自己保持
型光スィッチのスイッチング特性（消光比３５ｄＢ　、
挿入損失１．４ｄＢ）に比べて同等以上の性能を示した
。

更に、本実施例の自己保持型光スィッチは、円筒状鉄心
ｌＯの反磁界のために、スイッチングに必要な磁場の大
きさが８０エルステツドと、実施例１の自己保持型光フ
ァイバ（磁場６０エルステッド）に比較して大きいが、
従来の自己保持型光ファイバ（１００エルステツド）に
比較して小さいため、そのスイッチングの駆動電流が４
Ｖと従来の自己保持型光スィッチの駆動電圧５Ｖよりも
小さい。

尚、上記実施例１．２では磁気光学導波路１として埋め
込み型導波路を使用して説明したが、本発明としては、
これに限るものではなく、例えば、準ＴＥモードと準Ｔ
Ｍモードの伝搬定数を等しくしたリッジ型導波路や装荷
型導波路を使用しても同様の効果を奏するものである。

又、上記実施例１．２では、磁気光学導波路Ｉのコア部
１４として、（Ｓｃ、Ｇａ）Ｙ　Ｉ　Ｇ又は（Ｌａ、　
Ｇａ）　ＹｒＧを使用していたが、他のファラデー効果
を示す鉄ガーネツト材料を使用しても、同様の効果を奏
するものである。

〈発明の効果〉以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明の自己保持型光スィッチは、磁気光学導波路と薄板型
偏光子を組み合わせることにより、磁気光学結晶とバル
ク状の複屈折性単結晶偏光子を組み合わせた従来型の自
己保持型光スイツチ比較して、磁気光学導波路と光ファ
イバとの接続に光学レンズが不要で直接に接続できるた
め、組立の際のアライメントが容易であり、小型化でき
るという利点がある。また、高価の磁気光学結晶、複屈
折性単結晶偏光子が不要であるので、経済的であるとい
う利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施例
に係る自己保持型光スィッチの正面図、側面図、Ｗｃ２
図は磁気光学導波路の断面図、第３図（ａ）　（ｂｌは
それぞれ本発明の第２の実施例に係る自己保持型光スィ
ッチの正面図、側面図である。図面中、１は磁気光学導波路、２ａ、２ｂは薄板型偏光子、３は自己保持性電磁石、４は磁気光学導波路の基板の法線、５は半硬質磁性材料よりなる鉄心、６はコイル、８は外部磁場、９は基板、１２は上部クラッド、１３は下部クラッド、１４はコア部、ｌは磁気光学導波路の導波路長である。

Claims

【特許請求の範囲】

コア部がファラデー効果を有する光導波路と、前記光導
波路の光入射端及び光出射端に接続した薄板型偏光子と
、前記光導波路の導波光に対して平行に磁場を印加する
半硬質磁性材料を鉄心とする電磁石からなることを特徴
とする自己保持型光スイッチ。