JPH04172316A - 導波型光制御デバイス - Google Patents

導波型光制御デバイス

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JPH04172316A
JPH04172316A JP29928190A JP29928190A JPH04172316A JP H04172316 A JPH04172316 A JP H04172316A JP 29928190 A JP29928190 A JP 29928190A JP 29928190 A JP29928190 A JP 29928190A JP H04172316 A JPH04172316 A JP H04172316A
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waveguide
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    • 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
    • G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—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 intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—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 intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • G02F1/0356—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 intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure

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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〕 本発明は光波の変調、光路切換え等を行なう光制御デバ
イスに関し、特に基板中に設けた先導波路を用いて制御
を行なう導波型光制御デバイスに関する。
〔従来の技術〕
光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量や
多機能をもつ高度のシステムが求められている。このよ
うなシステムはより高速の光信号の発生や光伝送路の切
換え、交換等の新たな機能の付加が必要とされている。
現在の実用システムでは光信号は直接半導体レーザや発
光ダイオードの注入電流を変調することによって得られ
ているが、直接変調では緩和振動等の効果のため数GH
z以上の高速変調が難しいこと、波長変動が発生するた
めコヒーレント光伝送方式には適用が難しいこと等の欠
点がある。これを解決する手段としては、外部光変調器
を使用する方法がある。この方法に用いる光変調器とし
ては、特に基板中に形成した光導波路により構成した導
波形の光変調器が小形、高効率、高速動作という特長か
あり、適している。
一方、光伝送路の切換えやネットワークの交換機能を得
る手段としては光スィッチが使用される。現在実用され
ている光スィッチは、プリズム、ミラー、ファイバー等
を機械的に移動させるものであり、低速であること、信
頼性か不十分、形状が大きくマトリクス化に不適当の欠
点がある。これを解決する手段としてやはり導波形の光
スィッチがある。この導波形光スイッチは高速動作、多
素子の集積化が可能、高信頼等の特長かある。特にニオ
ブ酸リチウム(SiNbOs)結晶等の強誘電体材料を
用いたものは、光吸収が小さく低損失であること、大き
な電気光学効果を有しているため高効率である等の特長
があり、従来がらも方向性結合形光変調器またはスイッ
チ、全反射形光スイッチ等の種々の方式の光制御デバイ
スか報告されている。
第4図に従来の光制御テハイスの一例として、分岐干渉
形光変調器の斜視図を示す。第4図において、z軸に垂
直に切り出しなニオブ酸リチウム(L、 i N b○
3)結晶基板1上にチタンを拡散して屈折率を基板より
大きくして形成した帯状の入射側の光導波路2、光導波
路2がら分岐した長さ数mm〜30mm程度の光導波#
13及び4、さらに光導波路3.4か合流した出射側の
光導波路5が形成され、分岐干渉器を構成している。ま
た、電極による光吸収を防ぐためのバッファ層6を介し
て、光導波路3上には接地電極7が、光導波路4上には
信号電極8がそれぞれ形成され、信号電極8の出射端は
線路インピーダンスに近い抵抗R6で終端されている。
第4図において、光導波路2への入射光9は分岐により
エネルギーか分割され、光導波路3,4を通過後、光導
波路5へ合流する。このとき、光導波路3,4を通過し
た光が同位相で合流すれば損失は小さく出射光10は大
きな光量となるが、光導波路3.4を通過した光が互い
に逆相となる場合は、合流部分で大きな損失となり出射
光10の光量は小さい。そこで、信号電極8への印加電
圧の大きさによって電極下の光導波路の屈折率が電気光
学効果によって変化し、そこを通過する光の位相が変化
するので、印加電圧に対応した光出力が得られ、出射光
10は変調される。また、第3図では、信号電極8.接
地電極7間のインピーダンスを入力電気信号線のインピ
ーダンス(通常50Ω)に近づけ、電極をそのインピー
タンスに近い抵抗ROで終端して分布定数化、即ち、進
行波形電極とすることにより広帯域化をはかっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
通常の駆動回路では高速で高電圧を出力するのは難しく
、光制御デバイスには出来るだけ低い動作電圧が要求さ
れる。第4図の分岐干渉型光変調器や方向性結合型光ス
ィッチでは低電圧化をはかるためには素子長を大きくす
る必要がある。しかしこのような従来の導波型光制御デ
バイスでは、変調電気信号であるマイクロ波と導波路中
の光波の位相速度か大きく異なるため、長い素子長にわ
たって有効に電界が印加されなくなり、速度が制限され
てしまう。このマイクロ波と光波の位相速度を近づける
ためには誘電率の小さいバッファ層の厚さを厚くする方
法や、電極を厚くしてマイクロ波の速度を早くする方法
が報告されているが、前者の方法では動作電圧が大きく
、後者の方法では、製作か非常に難しいという欠点があ
る。
本発明の目的は、製作か容易て、低い動作電圧で、高速
動作が可能な導波型光制御デバイスを提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば電気光学効果を有する結晶基板上に形成
された光導波路、該光導波路上に形成されたバッファ層
、及び少くとも一部分が該バッファ上に設置された少く
とも一対の電極より構成され、前記一対の電極の少くと
も一方の下の前記バッファ層の厚さが、前記光導波路に
近接した部分よりも前記先導波路より離れた部分の方が
厚くなつていることを特徴とする導波型光制御デバイス
及び、電気光学効果を有する結晶基板上に形成された光
導波路、該光導波路上に形成された少くとも一対の電極
、該電極上に形成された誘電率が前記結晶基板よりも小
さな誘電体膜、該誘電体膜上に形成され、前記一対の電
極の一方に電気的に接続された電極膜より構成される導
波型光制御デバイスが得られる。
〔作用〕
本発明の導波型光制御デバイスでは光導波路より離れた
部分の電極下のバッファ層の厚さを厚くすることにより
マイクロ波の位相速度を早くして、光波の位相速度に近
づけている。このとき、本発明では光導波路に近い部分
、すなわち、光導波路中への電界を発生させる部分では
バッファ層は薄いままであるので動作電圧の増加は小さ
い。
進行波電極の場合、電極全体の面積は通常、光導波路よ
り離れた部分の方が大きいので、そこでのバッファ層を
厚くすればマイクロ波の位相速度に対しては十分に効果
を及ぼすことができ、マイクロ波と光波の位相速度整合
と、低電圧動作の両方を同時に満たすことができる。ま
た、バッファ層の厚さを変えることはエツチング等の方
法により容易に実現でき、また、電極パターンのように
高精度を必要としないので製作が容易である。
本発明のもう1つの導波型光制御デバイスでは、信号電
極上に誘電率の小さい誘電体膜を設け、その上にさらに
接地電極と接続された電極膜を設けることによって、信
号電極と前記電極膜の間に信号電極に印加するマイクロ
波エネルギーの少くとも一部を伝搬させることによって
、上記マイクロ波の位相速度を小さくし、光波との位相
速度整合を得るものである。上記誘電体膜の厚さ及び誘
電率を選ぶことによって、バッファ層の厚さ及び電極の
厚さを薄くできるので、低動作電圧が可能であり、かつ
、製作も容易である。
〔実施例〕
第1図は本発明による導波型光制御デバイスの一実施例
である分岐干渉型光変調器を示し、第11図(a)に斜
視図、第1図(b)に断面図を示す。第4図の例と同様
に、L、1Nb03基板1の上にチタンを900〜11
00℃の温度で数時間熱拡散して形成された幅5〜12
μm、深さ3〜10μm程度の光導波路2,3,4.5
が設!され、分岐干渉器が形成されている。光導波路上
には5i02膜からなるバッファ層16が形成され、そ
の上に幅10〜30μm程度の信号電極8、幅100〜
1000μmの接地電極7が設置されている。ここで、
バッファ層16の厚さは光導波路3及び4の上ではt、
=Q、3〜1.0μmとなっており、それより外側では
t2=2.0〜10.0μmとなっている。従来の第3
図の光制御デバイスではバッファ層6の厚さは一様で0
゜5〜5.0umであり、バッファ層が厚いときには変
調帯域は広いが、変調電圧は高く、バッファ層が薄いと
きは変調電圧が低いが変調帯域が狭くなり、両者同時に
満足させる特性は得られていない。
一方、本実施例では光導波路上のバッファ層は薄いので
有効に光導波路へ電界が印加され、変調電圧は小さく、
一方、変調信号のマイクロ波はバッファ層の厚い部分を
より多く伝搬し、位相速度が光波に近づくので広い変調
帯域が得られる。
第2図は本発明による導波型光制御デバイスの他の実施
例の断面図を示す。
第2図(a)はX軸に垂直に切り出しなLiNb0.結
晶基板1の上に形成された分岐干渉形光変調器の断面図
であり、本実施例では基板表面に平行な方向の電界成分
を利用するので、分岐された光導波路3.4の横に信号
電極8.接地電極7が設置されている。この場合、光吸
収を防ぐためのバッファ層は必ずしも必要とされないの
で、本実施例では、光導波路3.4の近傍ではバッファ
層の厚さをOとし、そこから離れた部分で厚いバッファ
層26を設けている。
また、信号電極8の幅が狭い場合には第2図(b)に示
すようにその下のバッファ層をすべて除いても良い。
第3図は本発明による導波型光制御デバイスの一実施例
である分岐干渉型光変調器を示し、第3図(a)に平面
図、第3図(b)に断面図を示す。第1図の例と同様に
LiNbO3基板1の上にチタンを900〜1100°
Cの温度で数時間熱拡散して形成された幅5〜12μm
、深さ3〜10μm程度の光導波路2,3,4.5が設
置され、分岐干渉器が形成されている。光導波路上には
SiO□膜からなるバッファ層6か形成されその上に幅
10〜30μm程度の信号電極8、幅100〜1000
μmの接地電極7が設置されている。ここて、バッファ
層6の厚さは0,5〜3.0μmで、−様である。さら
に、上記信号電極8上にはSiC2膜からなる厚さ5〜
20μmの誘電体膜20がコーティングされ、その上に
電極膜21が設置され、その一端は接地型$i7に接続
されている。
本実施例では、バッファ層の厚さは薄くできるので低動
作電圧が得られ、電極の厚さも通常の1〜4μm程度で
良いので製作が容易である。
以上は、分岐干渉形光変調器へ本発明を適用した場合に
ついて説明したが、方向性結合形スイッチ及び光変調器
や交差形光スイッチ等、先導波路に近接して1対以上の
電極を設置した光制御テハイスに本発明を適用できるの
は言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明の導波型光制御デバイスは製作
か容易で、低動作電圧及び高速動作か得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図は本発明による導波型光制御テ
ハイスの実施例を示す図、第4図は従来の導波型光制御
デバイスの一例を示す図である。 図において、1はLiNb○2結晶基板、2゜3.4.
5は光導波路、6,16.26はバッファ層、7は接地
電極、8・・信号電極である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電気光学効果を有する結晶基板上に形成された光導
    波路、該光導波路上に形成されたバッファ層、及び少く
    とも一部分が該バッファ上に設置された少くとも一対の
    電極より構成され、前記一対の電極の少くとも一方の下
    の前記バッファ層の厚さが、前記光導波路に近接した部
    分よりも前記光導波路より離れた部分の方が厚くなって
    いることを特徴とする導波型光制御デバイス。 2、電気光学効果を有する結晶基板上に形成された光導
    波路、該光導波路上に形成された少くとも一対の電極、
    該電極上に形成された誘電率が前記結晶基板よりも小さ
    な誘電体膜、該誘電体膜上に形成され、前記一対の電極
    の一方に電気的に接続された電極膜より構成される導波
    型光制御デバイス。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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