JPH037910A - 導波路型光回路素子 - Google Patents
導波路型光回路素子Info
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- JPH037910A JPH037910A JP1219246A JP21924689A JPH037910A JP H037910 A JPH037910 A JP H037910A JP 1219246 A JP1219246 A JP 1219246A JP 21924689 A JP21924689 A JP 21924689A JP H037910 A JPH037910 A JP H037910A
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- waveguide
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- light
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/06—Polarisation independent
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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。
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、方向性結合器を用いた導波路型光回路素子
に関し、特に先導波路内に光の閉じ込め効果が高く且つ
偏光依存性を低減した、光フアイバ通信等に用いる導波
路型光回路素子に関する。
に関し、特に先導波路内に光の閉じ込め効果が高く且つ
偏光依存性を低減した、光フアイバ通信等に用いる導波
路型光回路素子に関する。
(従来の技術)
従来、この種の導波路型光回路素子は、その主要部を形
成する方向性結合器として、第10図の概略構成図に示
すものがあった。同図において、従来の導波路型光回路
素子、例えば偏光無依存光スィッチは、ニオブ酸リチウ
ム(以下% LINb Os)の基板(1)上に二本の
導波路(2) (3)を形成し、該導波路(2)
、(3)の一部が接近して結合部(6)を形成する構成
である。上記−の導波路(2)の左側入射端面より強度
P0の光を入射すると、上記一部接近した結合部(6)
の結合部長りの長さに依存して変化し、この変化した強
度P^、paの光を各導波路(2) (3)の右側出
射端面から射出する。この射出される強度PA−Paの
多光がPA/(PA+ I)a) = oの関係が成立
する最初の長さ1を完全結合長と呼ぶ、この完全結合長
ぶについての射出光PA、 paとの関係を第11図(
^)に示す、また、完全結合長りは、一般に入射光の偏
光状態、即ち、TEそ−ドかTMモードかにより異なる
長さをとる。ここでTEモードとは電界成分が基板(1
)に平行な偏光状態をさし、TMモードとは電界成分が
基板(1)に垂直な偏光状態をさしている。なお、上記
二本の導波路(2) 、 (3)はその構造を互いに
等しく構成される。
成する方向性結合器として、第10図の概略構成図に示
すものがあった。同図において、従来の導波路型光回路
素子、例えば偏光無依存光スィッチは、ニオブ酸リチウ
ム(以下% LINb Os)の基板(1)上に二本の
導波路(2) (3)を形成し、該導波路(2)
、(3)の一部が接近して結合部(6)を形成する構成
である。上記−の導波路(2)の左側入射端面より強度
P0の光を入射すると、上記一部接近した結合部(6)
の結合部長りの長さに依存して変化し、この変化した強
度P^、paの光を各導波路(2) (3)の右側出
射端面から射出する。この射出される強度PA−Paの
多光がPA/(PA+ I)a) = oの関係が成立
する最初の長さ1を完全結合長と呼ぶ、この完全結合長
ぶについての射出光PA、 paとの関係を第11図(
^)に示す、また、完全結合長りは、一般に入射光の偏
光状態、即ち、TEそ−ドかTMモードかにより異なる
長さをとる。ここでTEモードとは電界成分が基板(1
)に平行な偏光状態をさし、TMモードとは電界成分が
基板(1)に垂直な偏光状態をさしている。なお、上記
二本の導波路(2) 、 (3)はその構造を互いに
等しく構成される。
上記従来の導波路型光回路素子としての偏光無依存光ス
ィッチの方向性結合器は、結合部(δ)に一対の電極(
図示を省略する)を設けて一様Δβ型に構成し、電界を
印加することにより電気光学効果に基づき入射光をスイ
ッチングすることができる。このスイッチング状態を第
11図(B) に−様Δβのスイッチングダイアグラム
として示す。同図において、e状態(バー状態)は入射
光の強度PGが射出光の強度PAとなり他の射出光の強
度Pa=0の状態を示し、■状態(クロス状態)は入射
光の強度P0が射出光の強度P5となり、他の射出光の
強度pA= oの状態を示す。また、電界(Δβ・L/
π)を印加すると複数の円弧上において上記e状態とな
る。
ィッチの方向性結合器は、結合部(δ)に一対の電極(
図示を省略する)を設けて一様Δβ型に構成し、電界を
印加することにより電気光学効果に基づき入射光をスイ
ッチングすることができる。このスイッチング状態を第
11図(B) に−様Δβのスイッチングダイアグラム
として示す。同図において、e状態(バー状態)は入射
光の強度PGが射出光の強度PAとなり他の射出光の強
度Pa=0の状態を示し、■状態(クロス状態)は入射
光の強度P0が射出光の強度P5となり、他の射出光の
強度pA= oの状態を示す。また、電界(Δβ・L/
π)を印加すると複数の円弧上において上記e状態とな
る。
次に、結合部長りと完全結合長℃との比(L/U)がT
Mモード及びTEモードについて共に’1」 (L/l
1=t)として電界を印加した場合のTE/TM両モー
ドのスイッチングダイアグラムを第12図に示す。同図
において、電界を印加して(Δβ・L/π)を増加して
いくとTEモードが(Δβ・L/π)#5.2でθ状態
となり、さらに電界を印加して(Δβ・L/π)を増加
していくと、TMモードが(Δβ・L/π)師5.9で
θ状態となる。このようにT E/T M両モードを■
状態からθ状態へ切り替えることにより入射光をスイッ
チングすることができる。
Mモード及びTEモードについて共に’1」 (L/l
1=t)として電界を印加した場合のTE/TM両モー
ドのスイッチングダイアグラムを第12図に示す。同図
において、電界を印加して(Δβ・L/π)を増加して
いくとTEモードが(Δβ・L/π)#5.2でθ状態
となり、さらに電界を印加して(Δβ・L/π)を増加
していくと、TMモードが(Δβ・L/π)師5.9で
θ状態となる。このようにT E/T M両モードを■
状態からθ状態へ切り替えることにより入射光をスイッ
チングすることができる。
また、他の従来の導波路型光回路素子である偏光無依存
光スィッチとしてELECTRONICS LETTE
R58th 0ctorber 1987 Vol、2
3. No、21第1167頁〜第1188頁に記載さ
れたものがありこれを第13図に示す。同図において、
従来の偏光無依存光スィッチは、t、t N、 o3の
基板(1)上に二本の導波路(2)(3)が形成され、
該二本の導波路(2) 、 (3)上に一対の電極(4
) 、(5)と該一対の電極(4) (5)の外側
に別の一対の電極(45)、(55)とが各々配設され
る構成である。
光スィッチとしてELECTRONICS LETTE
R58th 0ctorber 1987 Vol、2
3. No、21第1167頁〜第1188頁に記載さ
れたものがありこれを第13図に示す。同図において、
従来の偏光無依存光スィッチは、t、t N、 o3の
基板(1)上に二本の導波路(2)(3)が形成され、
該二本の導波路(2) 、 (3)上に一対の電極(4
) 、(5)と該一対の電極(4) (5)の外側
に別の一対の電極(45)、(55)とが各々配設され
る構成である。
上記構成において、上記電極(4)、 (5)、(45
)、(55)に電圧を印加し、e状態となる上記電圧を
TE/TM両モードで一致させる条件は、LI NbO
3の基板(1)の電気光学係数γ8.とγ5.で決定さ
れる。この場合におけるΔβ(印加電圧に対応)に対す
るTE/TM両モードのクロストークを第14図に示す
。同図においてα=Δβ丁e/ΔβTllである(Δβ
T!、631MはそれぞれTE、TMモードに対する方
向性結合器の位相不整合)。このαが0.25≦α≦0
.34である場合には、印加電圧の調整により両モード
でクロストーク−20dB以下とすることができる。波
長193μm付近での実測値はα= 0.29であり、
上記条件を満足していることがらe状態になる電圧をT
E/TM両モードで一致させることができることなる。
)、(55)に電圧を印加し、e状態となる上記電圧を
TE/TM両モードで一致させる条件は、LI NbO
3の基板(1)の電気光学係数γ8.とγ5.で決定さ
れる。この場合におけるΔβ(印加電圧に対応)に対す
るTE/TM両モードのクロストークを第14図に示す
。同図においてα=Δβ丁e/ΔβTllである(Δβ
T!、631MはそれぞれTE、TMモードに対する方
向性結合器の位相不整合)。このαが0.25≦α≦0
.34である場合には、印加電圧の調整により両モード
でクロストーク−20dB以下とすることができる。波
長193μm付近での実測値はα= 0.29であり、
上記条件を満足していることがらe状態になる電圧をT
E/TM両モードで一致させることができることなる。
さらに、他の従来の導波路型光回路素子である偏光無依
存光スィッチとしてELECTRONICSLETTE
R515th September 1988 Vol
、 24.No、19第1198頁ないし第1200頁
に記載されたものがあり、この従来の偏光無依存光スィ
ッチはLI N+、 03のような光学的結晶の場合に
電気光学効果がTE/TM両モードに対して等しく作用
するX−cutの結晶を用いることにより偏光無依存性
を確保していた。
存光スィッチとしてELECTRONICSLETTE
R515th September 1988 Vol
、 24.No、19第1198頁ないし第1200頁
に記載されたものがあり、この従来の偏光無依存光スィ
ッチはLI N+、 03のような光学的結晶の場合に
電気光学効果がTE/TM両モードに対して等しく作用
するX−cutの結晶を用いることにより偏光無依存性
を確保していた。
従来の導波路型光回路素子は以上のように構成されてい
たので、前記第12図のスイッチングダイアグラムに示
すようにTEモードとTMモードとのモード切替に関す
る(Δβ・L/π)が異なり、偏光無依・存性を完全す
ることができないという課題を有していた。また他の従
来の導波路型光回路素子はTE/TMの両モードの完全
結合長の一致を比較的遮断条件に近い所で得られるが、
導波路における光の閉じ込め効果が弱いため、導波路伝
搬損失や導波路面がり部分での放射損失が大きくなりや
すく、そのため該曲がり部分で導波路幅を大きくする等
の対策が必要になるという課題を有していた。また他の
従来の導波路型光回路素子では利用できる電気光学効果
の作用が弱いため、必要な駆動電圧が大館くなるという
課題を有していた。
たので、前記第12図のスイッチングダイアグラムに示
すようにTEモードとTMモードとのモード切替に関す
る(Δβ・L/π)が異なり、偏光無依・存性を完全す
ることができないという課題を有していた。また他の従
来の導波路型光回路素子はTE/TMの両モードの完全
結合長の一致を比較的遮断条件に近い所で得られるが、
導波路における光の閉じ込め効果が弱いため、導波路伝
搬損失や導波路面がり部分での放射損失が大きくなりや
すく、そのため該曲がり部分で導波路幅を大きくする等
の対策が必要になるという課題を有していた。また他の
従来の導波路型光回路素子では利用できる電気光学効果
の作用が弱いため、必要な駆動電圧が大館くなるという
課題を有していた。
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、偏光依存性を小さくでき、かつ光閉じ込め効果の強い
導波路とすることができる導波路型光回路素子を得るこ
とを目的とする。
、偏光依存性を小さくでき、かつ光閉じ込め効果の強い
導波路とすることができる導波路型光回路素子を得るこ
とを目的とする。
この発明に係る導波路型光回路素子は、二つの導波路を
近接して配置するとともに、該導波路上に電界印加用の
電極を設置して両導波路間で光強度を変換する方向性結
合器を備えた導波路型光回路素子において、上記方向性
結合器の結合部長を、TEモードについてTEモードの
完全結合長の約3倍とすると共に、TMモードについて
TMモードの完全結合長の約1倍とし、かつ上記電極を
、3分割電極とするとともに電界方向を交互に反転させ
る反転Δβ電極としたものである。
近接して配置するとともに、該導波路上に電界印加用の
電極を設置して両導波路間で光強度を変換する方向性結
合器を備えた導波路型光回路素子において、上記方向性
結合器の結合部長を、TEモードについてTEモードの
完全結合長の約3倍とすると共に、TMモードについて
TMモードの完全結合長の約1倍とし、かつ上記電極を
、3分割電極とするとともに電界方向を交互に反転させ
る反転Δβ電極としたものである。
この発明における導波路型光回路素子は、方向性結合器
の結合部長をTEそ−ドの完全結合長の3倍及びTMモ
ードの完全結合長の約1倍として形成することにより、
TE/TM両モードの■状態からe状態への移行を極め
て近い印加電圧値で行なう。
の結合部長をTEそ−ドの完全結合長の3倍及びTMモ
ードの完全結合長の約1倍として形成することにより、
TE/TM両モードの■状態からe状態への移行を極め
て近い印加電圧値で行なう。
(実施例〕
以下、この発明の一実施例を第1図〜第9図(^)〜(
F)に基づいて説明する。第1図は本実施例の原理を説
明するための、導波路型光回路素子としての偏光無依存
光スィッチの概略構成図である。この図において、導波
路型光回路素子は、L、 NbO,の基板(1)上に二
本の導波路(2) 、 (3)を形成し、該導波路(2
) 、(3)の一部が接近して結合部(6)を形成し、
該結合部(6)の結合部長りをTEモードについてTE
モードの完全結合長の約3倍とすると共に、TMモード
についてTMモードの完全結合長の約1倍として形成し
、上記結合部(6)を形成する導波路(2) (3
)上にスイッチング電圧Vを印加する電極(4)
(5)を形成して両導波路(2) 、 (3)間で光強
度を変換する方向性結合器を備えた構成である。
F)に基づいて説明する。第1図は本実施例の原理を説
明するための、導波路型光回路素子としての偏光無依存
光スィッチの概略構成図である。この図において、導波
路型光回路素子は、L、 NbO,の基板(1)上に二
本の導波路(2) 、 (3)を形成し、該導波路(2
) 、(3)の一部が接近して結合部(6)を形成し、
該結合部(6)の結合部長りをTEモードについてTE
モードの完全結合長の約3倍とすると共に、TMモード
についてTMモードの完全結合長の約1倍として形成し
、上記結合部(6)を形成する導波路(2) (3
)上にスイッチング電圧Vを印加する電極(4)
(5)を形成して両導波路(2) 、 (3)間で光強
度を変換する方向性結合器を備えた構成である。
上記素子の動作をチャンネル出力強度に関し第2図に基
づき詳述する。この第2図は完全結合長に対する■状態
のチャンネル出力強度の関係を示す光強度グラフである
。同図において、TEモードについて2.7≦L/It
丁、≦3.3とし、TMモードについて0,7≦L /
It ?M≦1.3とする数値範囲が定められ、この
数値範囲は挿入損失の観点より定めたものである。この
各完全結合長が2.7≦L/ltE≦3.3 、0.7
≦L / j2 ?M≦1.3 とした場合には、■状
態におけるチャンネル出力光強度は約75%程度を下限
とする範囲とすることができる。このチャンネル出力光
強度約75%は挿入損失が約−1,25dBとなること
から、実用範囲としては挿入損失をより多くしても許容
できる。よって挿入損失を約−2dBの範囲とすれば、
TE/TM両モードの完全結合長は2.6≦L/j2〒
、≦3.4.0.6≦L/j!tv≦1.4とすること
もできる。
づき詳述する。この第2図は完全結合長に対する■状態
のチャンネル出力強度の関係を示す光強度グラフである
。同図において、TEモードについて2.7≦L/It
丁、≦3.3とし、TMモードについて0,7≦L /
It ?M≦1.3とする数値範囲が定められ、この
数値範囲は挿入損失の観点より定めたものである。この
各完全結合長が2.7≦L/ltE≦3.3 、0.7
≦L / j2 ?M≦1.3 とした場合には、■状
態におけるチャンネル出力光強度は約75%程度を下限
とする範囲とすることができる。このチャンネル出力光
強度約75%は挿入損失が約−1,25dBとなること
から、実用範囲としては挿入損失をより多くしても許容
できる。よって挿入損失を約−2dBの範囲とすれば、
TE/TM両モードの完全結合長は2.6≦L/j2〒
、≦3.4.0.6≦L/j!tv≦1.4とすること
もできる。
次に、上記導波路型光回路素子を製造方法との関係で説
明する。一般にLiNbO2の基板(1)に導波路(2
) 、(3)を形成する方法としては、Tl(チタン)
拡散法が最も一般的に用いられる。このTl拡散法によ
り形成した導波路(2) 、(3)では異常光線に対す
る屈折率変化Δn、の方が常光線に対する屈折率変化Δ
noよりも大きくすることが容易で−ある。即ち、Z−
cut結晶のり、 N11O,基板(1)ではTMモー
ドの完全結合長をTEモードの完全結合長よりも長くす
ることが容易である。導波路(2) 、(3)の幅や二
本の導波路間隔、そしてT、拡散条件を適当に設定する
ことで、方向性結合器の結合部長しの長さが、TE/T
M両モードの完全結合長に対してそれぞれ約3倍、1倍
とすることは容易に可能であり、このような導波路は光
の閉じ込め効果が十分に大きなものである。
明する。一般にLiNbO2の基板(1)に導波路(2
) 、(3)を形成する方法としては、Tl(チタン)
拡散法が最も一般的に用いられる。このTl拡散法によ
り形成した導波路(2) 、(3)では異常光線に対す
る屈折率変化Δn、の方が常光線に対する屈折率変化Δ
noよりも大きくすることが容易で−ある。即ち、Z−
cut結晶のり、 N11O,基板(1)ではTMモー
ドの完全結合長をTEモードの完全結合長よりも長くす
ることが容易である。導波路(2) 、(3)の幅や二
本の導波路間隔、そしてT、拡散条件を適当に設定する
ことで、方向性結合器の結合部長しの長さが、TE/T
M両モードの完全結合長に対してそれぞれ約3倍、1倍
とすることは容易に可能であり、このような導波路は光
の閉じ込め効果が十分に大きなものである。
次に第3図〜第5図(^) 、(B)に基づいて上記実
施例を説明する。第3図、第4図に示すように、本実施
例は、電極(4) (5)を3分割電極(11)、
(12)、(13)とするとともに、電界方向を交互に
反転させる反転Δβ電極として構成している。即ち、こ
の方向性結合器の結合部長はしで、各電極(11)〜(
13)の電極長さは(L/3)となっており、隣あう電
極対は互いに逆極性で等しい電圧が印加される。ところ
で上記結合部長しが、既述の如く、TEモード、TMモ
ードの完全結合長iTE、iTMに対して2.7≦L/
J!yz≦3.3 、0.7≦t、/JZT、≦1.3
の関係を満たすように上記方向性結合器は製作されてい
る。上記電極構成により、各分割区間内で導波光は、第
3図に示すように+Δβ、−Δβ、+Δβという伝搬定
数変化を受ける。この伝搬定数変化は、TEモード、T
Mモードで異なり、その差は次式で示される。
施例を説明する。第3図、第4図に示すように、本実施
例は、電極(4) (5)を3分割電極(11)、
(12)、(13)とするとともに、電界方向を交互に
反転させる反転Δβ電極として構成している。即ち、こ
の方向性結合器の結合部長はしで、各電極(11)〜(
13)の電極長さは(L/3)となっており、隣あう電
極対は互いに逆極性で等しい電圧が印加される。ところ
で上記結合部長しが、既述の如く、TEモード、TMモ
ードの完全結合長iTE、iTMに対して2.7≦L/
J!yz≦3.3 、0.7≦t、/JZT、≦1.3
の関係を満たすように上記方向性結合器は製作されてい
る。上記電極構成により、各分割区間内で導波光は、第
3図に示すように+Δβ、−Δβ、+Δβという伝搬定
数変化を受ける。この伝搬定数変化は、TEモード、T
Mモードで異なり、その差は次式で示される。
ここでΔβTE:TEモードの受ける伝搬定数変化Δβ
丁、4:TMモードの受ける伝搬定数変化n6:異常光
線屈折率 no:常光線屈折率 γ33・γ13:電気光学定数 rT、:TEモードに対する印加電界の重なり積分 子ym:TMモードに対する印加電界の重なり積分 第5図(A> 、(B)は、第3図、第4図に示す3分
割電極の本実施例素子の素子特性である。この図で横軸
はTMモードに対する(Δβ・L/π)を示し、縦軸は
、導波路(2)から強度R8とじて入射する光電力を「
1」とし、導波路(3)から入射する光電力を「0」と
した場合において、導波路(3a)から強度Sとして出
力されるTEモード光及びTMモード光の光電力の、上
記R0の入射光の光電力に対する電力比(−101og
(S/So) )を示している0図中実線はTMモード
光を、破線はTEモード光をそれぞれ示している。第5
図(A)は、L / It 7 M ;1−0 、L
/ 11 〒E =3−0 、a =3−6の条件の下
での素子特性を示し、第5図(8)は、L/ j2Ti
g=0.8 、L/ ft1=2.8 、 a =3.
8の条件の下での素子特性を示している。第5図(^)
は、本実施例素子が光スィッチとしての特性を有するこ
とを示している。即ち、(Δβ・L/π)=0では入射
光はすべてSとして出力されているが、(Δβ・L/π
)45.8では挿入損失=−20dB以下が得られてい
る。−1第5図(B)は、方向性結合器の結合部長りを
若干変化させ、かつa=3.8とした場合を示しており
、図示するように、TE/TM両モードの出力光強度は
、(Δβ・L/π)の変化に対してほとんど等しく変化
している。但し結合部長りを若干変更したため、(Δβ
・L/π)=0で約0.5dBの挿入損失を許容しなけ
ればならない。このような挿入損失の発生にもかかわら
ず(Δβ・L/π)の変化に対してTE/TM両モード
光の出力強度が等しく変化するという特徴は他の手段で
は得がたいものであり、この特性を利用することにより
、偏光依存性の小さい分岐比可変型光分岐器や情報分配
形光スイッチ等の導波路型光回路素子を実現することが
できる。
丁、4:TMモードの受ける伝搬定数変化n6:異常光
線屈折率 no:常光線屈折率 γ33・γ13:電気光学定数 rT、:TEモードに対する印加電界の重なり積分 子ym:TMモードに対する印加電界の重なり積分 第5図(A> 、(B)は、第3図、第4図に示す3分
割電極の本実施例素子の素子特性である。この図で横軸
はTMモードに対する(Δβ・L/π)を示し、縦軸は
、導波路(2)から強度R8とじて入射する光電力を「
1」とし、導波路(3)から入射する光電力を「0」と
した場合において、導波路(3a)から強度Sとして出
力されるTEモード光及びTMモード光の光電力の、上
記R0の入射光の光電力に対する電力比(−101og
(S/So) )を示している0図中実線はTMモード
光を、破線はTEモード光をそれぞれ示している。第5
図(A)は、L / It 7 M ;1−0 、L
/ 11 〒E =3−0 、a =3−6の条件の下
での素子特性を示し、第5図(8)は、L/ j2Ti
g=0.8 、L/ ft1=2.8 、 a =3.
8の条件の下での素子特性を示している。第5図(^)
は、本実施例素子が光スィッチとしての特性を有するこ
とを示している。即ち、(Δβ・L/π)=0では入射
光はすべてSとして出力されているが、(Δβ・L/π
)45.8では挿入損失=−20dB以下が得られてい
る。−1第5図(B)は、方向性結合器の結合部長りを
若干変化させ、かつa=3.8とした場合を示しており
、図示するように、TE/TM両モードの出力光強度は
、(Δβ・L/π)の変化に対してほとんど等しく変化
している。但し結合部長りを若干変更したため、(Δβ
・L/π)=0で約0.5dBの挿入損失を許容しなけ
ればならない。このような挿入損失の発生にもかかわら
ず(Δβ・L/π)の変化に対してTE/TM両モード
光の出力強度が等しく変化するという特徴は他の手段で
は得がたいものであり、この特性を利用することにより
、偏光依存性の小さい分岐比可変型光分岐器や情報分配
形光スイッチ等の導波路型光回路素子を実現することが
できる。
尚、上記実施例では、′s5図(B)に示すような最適
な素子特性を得る場合、電極長をそれぞれL/3と均等
分割した上で、aの値をa43.8としている。しかし
、一般にaの値は導波路が光を閉じ込めている状態、及
び電気光学定数などによって決定されるため、aの値を
自由に選んで最適な素子特性を得るのは困難である。こ
のことから、製作された方向性結合器のaの値を知り、
この値から光スィッチ或は分岐比可変型光分岐器として
最適な素子特性を得るように各電極の長さUいVいwL
を設定してもよい。
な素子特性を得る場合、電極長をそれぞれL/3と均等
分割した上で、aの値をa43.8としている。しかし
、一般にaの値は導波路が光を閉じ込めている状態、及
び電気光学定数などによって決定されるため、aの値を
自由に選んで最適な素子特性を得るのは困難である。こ
のことから、製作された方向性結合器のaの値を知り、
この値から光スィッチ或は分岐比可変型光分岐器として
最適な素子特性を得るように各電極の長さUいVいwL
を設定してもよい。
上記のような観点から設計された方向性結合器として第
6図に示すものがある。第3図に示す方向性結合器と異
なる点は、各電極長が均等に3分割されたL/3でなく
、各電極長がaの値に応じて異ならせていることである
。
6図に示すものがある。第3図に示す方向性結合器と異
なる点は、各電極長が均等に3分割されたL/3でなく
、各電極長がaの値に応じて異ならせていることである
。
次にa(ΔβTl1l/ΔβTE)=3の方向性結合器
をt、/ j!tv−1、L/ 17(= 3 、 u
=0.4 。
をt、/ j!tv−1、L/ 17(= 3 、 u
=0.4 。
v = 0.3 、 w w O,4の値にし、光スィ
ッチを構成した場合のスイッチ特性を計算した結果を第
7図(^)に示す、又、a=4の方向性結合器に上記多
値を設定し、光スィッチとしての特性を計算した結果を
同図(B)に示す。これらの特性図から明らかなように
、3≦a≦4の広い範囲において、TE/TM両モード
光ともクロストーク−20dBの特性を得ることができ
る。又、同図(C)から明らかなように、L、/f1丁
−=1.L/uT、=3゜u=0.3 、 v=0.
4 、 w=0.3の値は、a=3.4の方向性結合器
の特設も光スィッチとしての特性が優れている。このよ
うに、aの値を知った上で、U、V、Wの値を決めるこ
とで、光スィッチとしての最適な特性を得ることができ
る6更に、a=3.4の方向性結合器にL/J2tm=
1 、 L/1tte=3. u=0.375 、 V
=0.25. W=OJ75の値を設定し、分岐比可変
型光分岐器を構成した時の特性を計算した結果を第8図
(A)に示すが、この特性図からも明らかなように(Δ
β・L/π)の変化に対してT M/T E両モード光
の出力強度は等しく変化する。
ッチを構成した場合のスイッチ特性を計算した結果を第
7図(^)に示す、又、a=4の方向性結合器に上記多
値を設定し、光スィッチとしての特性を計算した結果を
同図(B)に示す。これらの特性図から明らかなように
、3≦a≦4の広い範囲において、TE/TM両モード
光ともクロストーク−20dBの特性を得ることができ
る。又、同図(C)から明らかなように、L、/f1丁
−=1.L/uT、=3゜u=0.3 、 v=0.
4 、 w=0.3の値は、a=3.4の方向性結合器
の特設も光スィッチとしての特性が優れている。このよ
うに、aの値を知った上で、U、V、Wの値を決めるこ
とで、光スィッチとしての最適な特性を得ることができ
る6更に、a=3.4の方向性結合器にL/J2tm=
1 、 L/1tte=3. u=0.375 、 V
=0.25. W=OJ75の値を設定し、分岐比可変
型光分岐器を構成した時の特性を計算した結果を第8図
(A)に示すが、この特性図からも明らかなように(Δ
β・L/π)の変化に対してT M/T E両モード光
の出力強度は等しく変化する。
更に又、a=3.6 、L/j2ty= 1 、L/、
Q丁g=3 、 u =0.3675. v =0.2
65 、 w−0,375として分岐比可変型光分岐器
を構成した時の特性を計算した結果を同図(B)に示す
が、この例でも(Δβ・L/π)の変化に対してTM/
TE両モード光の出力強度は等しく変化する。
Q丁g=3 、 u =0.3675. v =0.2
65 、 w−0,375として分岐比可変型光分岐器
を構成した時の特性を計算した結果を同図(B)に示す
が、この例でも(Δβ・L/π)の変化に対してTM/
TE両モード光の出力強度は等しく変化する。
以上のように、電極長の値を必ずしも均等にせず、aの
値に応じて各電極長Uい■いWL、(U+v+w= 1
)を設計することで、光スィッチの場合も、可変型光
分岐器の場合も特性を最適化することが可能である。
値に応じて各電極長Uい■いWL、(U+v+w= 1
)を設計することで、光スィッチの場合も、可変型光
分岐器の場合も特性を最適化することが可能である。
第9図(^)〜(F)は本実施例素子の製造順序を示す
もので、図示するように、Z−cutのL+ Nb O
3基板(1)上に光露光技術を用いて光導波路パターン
のホトレジスト(61)を形成しく同図(A))、次い
でホトレジスト(61)を有する基板(1)上にTI
(62)を拡散源として蒸着しく同図(B))、次いで
、ホトレジスト(61)を有機溶剤を用いて基板(1)
より除去して幅W5間隔G、高さTの、T1で形成さ
れるリフトオフ部(63)を形成する(同図(C))。
もので、図示するように、Z−cutのL+ Nb O
3基板(1)上に光露光技術を用いて光導波路パターン
のホトレジスト(61)を形成しく同図(A))、次い
でホトレジスト(61)を有する基板(1)上にTI
(62)を拡散源として蒸着しく同図(B))、次いで
、ホトレジスト(61)を有機溶剤を用いて基板(1)
より除去して幅W5間隔G、高さTの、T1で形成さ
れるリフトオフ部(63)を形成する(同図(C))。
次いで光導波路パターンのりフトオフ部(63)を有す
る基板(1)を高温で加熱して拡散源としてのTIを基
板(1)中に拡散して光導波路(64)を作製する(同
図(D))。次いでこの先導波路(64)が形成された
基板(1)の表面に例えば約4000人厚みの5102
11i (65)をバッファ層として形成した後(同図
(El)、このs、 o□膜(65)の表面に、先導波
路(64)上に位置するように電極(66)を形成する
(同図(F))、ところでsi o2膜(65)を形成
したのは、電極(66)が金属で構成されていることか
ら、この金属による光の吸収を避けるためである。なお
、上記結合部の条件を満たすために、第6図(CJ中の
W、G、Tの寸法や拡散条件を適当に設定する必要があ
る。
る基板(1)を高温で加熱して拡散源としてのTIを基
板(1)中に拡散して光導波路(64)を作製する(同
図(D))。次いでこの先導波路(64)が形成された
基板(1)の表面に例えば約4000人厚みの5102
11i (65)をバッファ層として形成した後(同図
(El)、このs、 o□膜(65)の表面に、先導波
路(64)上に位置するように電極(66)を形成する
(同図(F))、ところでsi o2膜(65)を形成
したのは、電極(66)が金属で構成されていることか
ら、この金属による光の吸収を避けるためである。なお
、上記結合部の条件を満たすために、第6図(CJ中の
W、G、Tの寸法や拡散条件を適当に設定する必要があ
る。
したがって、この発明に係る導波路型光回路素子は、方
向性結合器の結合9部長を、TEモードについてTEモ
ードの完全結合長の約3倍(本実施例では2.6〜3.
4倍)とすると共にTMモードについてTMモードの完
全結合長の約1倍(本実施例では0.6〜1.4倍)と
する構成を採ったことから、導波路の光閉じ込め効果を
極めて高く確保できることとなり、導波路曲がり部分で
の放射損失が小さくなり、このため導波路曲がり部分で
導波路幅を大きくするなどの対策は不要となる。
向性結合器の結合9部長を、TEモードについてTEモ
ードの完全結合長の約3倍(本実施例では2.6〜3.
4倍)とすると共にTMモードについてTMモードの完
全結合長の約1倍(本実施例では0.6〜1.4倍)と
する構成を採ったことから、導波路の光閉じ込め効果を
極めて高く確保できることとなり、導波路曲がり部分で
の放射損失が小さくなり、このため導波路曲がり部分で
導波路幅を大きくするなどの対策は不要となる。
以上説明したように、この発明においては、偏光依存性
を小さくできかつ光閉じ込め効果を強くすることができ
る。
を小さくできかつ光閉じ込め効果を強くすることができ
る。
又、各電極長を適当に設定することでTE/TE両モー
ド光とも電圧変化に対して等しく変化するようにするこ
とができる。
ド光とも電圧変化に対して等しく変化するようにするこ
とができる。
第1図はこの発明に係る導波路型光回路素子の原理を示
す概略構成図、第2図は完全結合長に対する■状態のチ
ャンネル出力強度の関係のグラフ、第3図はこの発明の
一実施例に係る素子の平面構造図、第4図は同じく素子
の電極の印加状態を示す平面構造図、第5図(^)、(
B)は本実施例に係る素子の素子特性を示すグラフ、第
6図はこの発明の他の実施例に係る素子の平面構造図、
第7図(A) 、 (B) 、 (C)及び第8図(^
)、(B)は他の実施例に係る素子の素子特性を示すグ
ラフ、第9図(A)〜(F)は該素子の製造順序を示す
素子正面図、第1O図は従来の導波路型光回路素子の概
略構成図、第11図(^)は完全結合長に対する射出光
強度の関係グラフ、第11図(B)は−様Δβの・スイ
ッチングダイアダラム、第12図はTE/TM両モード
のスイツチングダイアグラム、第13図は他の従来の素
子の概略構成図、第14図はTEモードのスイッチング
電圧に対する挿入損失の関係グラフを示す(1)・・・
基板 (2) 、 (3)・・・導波路 (4) 、 (5)・・・電極 (6)・・・結合部 (11)〜(13)・・・3分割電極、L・・・結合部
長、 1丁ε・・・TEモードの完全結合長、l1T−・・・
TMモードの完全結合長。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分をす。
す概略構成図、第2図は完全結合長に対する■状態のチ
ャンネル出力強度の関係のグラフ、第3図はこの発明の
一実施例に係る素子の平面構造図、第4図は同じく素子
の電極の印加状態を示す平面構造図、第5図(^)、(
B)は本実施例に係る素子の素子特性を示すグラフ、第
6図はこの発明の他の実施例に係る素子の平面構造図、
第7図(A) 、 (B) 、 (C)及び第8図(^
)、(B)は他の実施例に係る素子の素子特性を示すグ
ラフ、第9図(A)〜(F)は該素子の製造順序を示す
素子正面図、第1O図は従来の導波路型光回路素子の概
略構成図、第11図(^)は完全結合長に対する射出光
強度の関係グラフ、第11図(B)は−様Δβの・スイ
ッチングダイアダラム、第12図はTE/TM両モード
のスイツチングダイアグラム、第13図は他の従来の素
子の概略構成図、第14図はTEモードのスイッチング
電圧に対する挿入損失の関係グラフを示す(1)・・・
基板 (2) 、 (3)・・・導波路 (4) 、 (5)・・・電極 (6)・・・結合部 (11)〜(13)・・・3分割電極、L・・・結合部
長、 1丁ε・・・TEモードの完全結合長、l1T−・・・
TMモードの完全結合長。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分をす。
Claims (1)
- 二つの導波路を近接して配置するとともに、該導波路上
に電界印加用の電極を設置して両導波路間で光強度を変
換する方向性結合器を備えた導波路型光回路素子におい
て、上記方向性結合器の結合部長を、TEモードについ
てTEモードの完全結合長の約3倍とすると共に、TM
モードについてTMモードの完全結合長の約1倍とし、
かつ上記電極を、3分割電極とするとともに電界方向を
交互に反転させる反転Δβ電極としたことを特徴とする
導波路型光回路素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1219246A JP2754774B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-08-25 | 導波路型光回路素子 |
| EP90901661A EP0417295B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-01-04 | Optical circuit element of waveguide type |
| DE69017564T DE69017564T2 (de) | 1989-03-31 | 1990-01-04 | Verfahren und vorrichtung für fernsehrundfunk. |
| PCT/JP1990/000005 WO1990012341A1 (fr) | 1989-03-31 | 1990-01-04 | Element de circuit optique du type guide d'ondes |
| US07/566,460 US5103491A (en) | 1989-03-31 | 1990-01-04 | Waveguide type optical circuit element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8245889 | 1989-03-31 | ||
| JP1-82458 | 1989-03-31 | ||
| JP1219246A JP2754774B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-08-25 | 導波路型光回路素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH037910A true JPH037910A (ja) | 1991-01-16 |
| JP2754774B2 JP2754774B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=26423468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1219246A Expired - Lifetime JP2754774B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-08-25 | 導波路型光回路素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5103491A (ja) |
| EP (1) | EP0417295B1 (ja) |
| JP (1) | JP2754774B2 (ja) |
| DE (1) | DE69017564T2 (ja) |
| WO (1) | WO1990012341A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017090523A1 (ja) * | 2015-11-26 | 2017-06-01 | マツダ株式会社 | 車両の内装構造 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2668615B1 (fr) * | 1990-10-31 | 1992-12-11 | France Etat | Separateur de polarisations pour lumiere guidee. |
| US5375180A (en) * | 1993-10-04 | 1994-12-20 | At&T Corp. | Process tolerant reverse delta-beta directional coupler switch and method of fabricating same |
| JPH07318986A (ja) * | 1994-05-25 | 1995-12-08 | Nec Corp | 導波路型光スイッチ |
| US7236708B2 (en) * | 2001-10-25 | 2007-06-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical communication system with optical output level control function |
| US9784914B2 (en) * | 2013-09-12 | 2017-10-10 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Waveguide superlattices for high density photonics integrations |
| WO2022051021A2 (en) * | 2020-07-02 | 2022-03-10 | President And Fellows Of Harvard College | Electromagnetic waveguides using cascaded mode conversion |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4291939A (en) * | 1978-03-24 | 1981-09-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Polarization-independent optical switches/modulators |
| US4243295A (en) * | 1979-09-19 | 1981-01-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Polarization-independent optical directional coupler switch/modulator |
| JPS56110916A (en) * | 1980-02-06 | 1981-09-02 | Nec Corp | Magnetic-optical thin film optical switch |
| US4390236A (en) * | 1981-03-19 | 1983-06-28 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Tunable polarization independent wavelength filter |
| US4679893A (en) * | 1983-08-26 | 1987-07-14 | Hughes Aircraft Company | High switching frequency optical waveguide switch, modulator, and filter devices |
| US4711515A (en) * | 1984-05-29 | 1987-12-08 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Electrooptic polarization multiplexer/demultiplexer |
| JPH0785151B2 (ja) * | 1986-06-19 | 1995-09-13 | 富士通株式会社 | 導波路光スイツチ |
| JPS63142333A (ja) * | 1986-12-05 | 1988-06-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイツチ |
| JPH01118821A (ja) * | 1987-11-02 | 1989-05-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイッチ |
| DE3883492T2 (de) * | 1987-11-20 | 1993-12-23 | Ericsson Telefon Ab L M | Verfahren zur Anordnung eines polarisationsrichtenden optoelektronischen Schalters und ein Schalter dafür. |
| US4865408A (en) * | 1989-01-09 | 1989-09-12 | American Telephone And Telegraph Company | Low crosstalk reversed Δβ electrodes for directional coupler switch |
| US4997245A (en) * | 1990-01-04 | 1991-03-05 | Smiths Industries Aerospace & Defense Systems Incorporated | Polarization independent optical switches |
-
1989
- 1989-08-25 JP JP1219246A patent/JP2754774B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-01-04 EP EP90901661A patent/EP0417295B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-01-04 WO PCT/JP1990/000005 patent/WO1990012341A1/ja not_active Ceased
- 1990-01-04 DE DE69017564T patent/DE69017564T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-04 US US07/566,460 patent/US5103491A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017090523A1 (ja) * | 2015-11-26 | 2017-06-01 | マツダ株式会社 | 車両の内装構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69017564T2 (de) | 1995-11-02 |
| US5103491A (en) | 1992-04-07 |
| EP0417295A4 (en) | 1992-07-22 |
| DE69017564D1 (de) | 1995-04-13 |
| WO1990012341A1 (fr) | 1990-10-18 |
| JP2754774B2 (ja) | 1998-05-20 |
| EP0417295A1 (en) | 1991-03-20 |
| EP0417295B1 (en) | 1995-03-08 |
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