JPH04360128A - 方向性結合器型光機能素子 - Google Patents
方向性結合器型光機能素子Info
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- JPH04360128A JPH04360128A JP13628991A JP13628991A JPH04360128A JP H04360128 A JPH04360128 A JP H04360128A JP 13628991 A JP13628991 A JP 13628991A JP 13628991 A JP13628991 A JP 13628991A JP H04360128 A JPH04360128 A JP H04360128A
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- JP
- Japan
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- coupling
- optical waveguides
- optical
- side lead
- length
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- 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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- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新規構造の方向性結合器
型光機能素子に関し、更に詳しくは、極めて高い消光比
特性を有し、光スイッチ，光偏波スプリッタ，光変調器
，光合分波器などに用いて好適な方向性結合器型光機能
素子に関する。
型光機能素子に関し、更に詳しくは、極めて高い消光比
特性を有し、光スイッチ，光偏波スプリッタ，光変調器
，光合分波器などに用いて好適な方向性結合器型光機能
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、導波路型の方向性結合器構造を有
する各種の光機能素子が開発され、それを用いた光スイ
ッチ，光偏波スプリッタ，光変調器，光合分波器などが
提案されている。従来の方向性結合器型の光機能素子例
の平面パターンを図１３に示す。図１３で示した素子は
２入力・２出力の素子である。
する各種の光機能素子が開発され、それを用いた光スイ
ッチ，光偏波スプリッタ，光変調器，光合分波器などが
提案されている。従来の方向性結合器型の光機能素子例
の平面パターンを図１３に示す。図１３で示した素子は
２入力・２出力の素子である。
【０００３】図１３において、互いに等しい路幅Ｗを有
する２本の光導波路Ａ，Ｂをこれらがエバネッセント結
合可能となるように近接して間隔Ｇで平行配置し、長さ
Ｌの結合部Ｃｏ が構成されている。光導波路Ａ，Ｂの
それぞれ入射端Ａ１ ，Ｂ１ および出射端Ａ２，Ｂ２
には、路幅がＷで曲率半径Ｒの曲線光導波路Ｄ１ ，
Ｄ２ ，Ｄ３ ，Ｄ４ が光接続されて入射側リード
部Ｃ１ ，出射側リード部Ｃ２ が形成されている。更
に、曲線光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ３ ，Ｄ４ には
、それぞれ、路幅がＷである直線光導波路Ｅ１ ，Ｅ２
，Ｅ３ ，Ｅ４ が光接続されている。直線光導波路
Ｅ１ ，Ｅ２ 路幅中心間の距離、および直線光導波路
Ｅ３ ，Ｅ４における路幅中心間の距離は、いずれもＧ
Ｆ になっている。
する２本の光導波路Ａ，Ｂをこれらがエバネッセント結
合可能となるように近接して間隔Ｇで平行配置し、長さ
Ｌの結合部Ｃｏ が構成されている。光導波路Ａ，Ｂの
それぞれ入射端Ａ１ ，Ｂ１ および出射端Ａ２，Ｂ２
には、路幅がＷで曲率半径Ｒの曲線光導波路Ｄ１ ，
Ｄ２ ，Ｄ３ ，Ｄ４ が光接続されて入射側リード
部Ｃ１ ，出射側リード部Ｃ２ が形成されている。更
に、曲線光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ３ ，Ｄ４ には
、それぞれ、路幅がＷである直線光導波路Ｅ１ ，Ｅ２
，Ｅ３ ，Ｅ４ が光接続されている。直線光導波路
Ｅ１ ，Ｅ２ 路幅中心間の距離、および直線光導波路
Ｅ３ ，Ｅ４における路幅中心間の距離は、いずれもＧ
Ｆ になっている。
【０００４】そして、結合部Ｃ０ における光導波路Ａ
，Ｂの上には、電極Ｆ１ ，Ｆ２ ，Ｆ３ ，Ｆ４ が
装荷されていて、ここから各光導波路へ電気信号を導入
できるようになっている。なお、電極Ｆ１ と電極Ｆ３
，電極Ｆ２ と電極Ｆ４ の間隔はほとんどゼロであ
る。ここで、例えば直線光導波路Ｅ１を入射ポートとす
ると、直線光導波路Ｅ３ ，Ｅ４ はそれぞれスルーポ
ート，クロスポートになる。また、直線光導波路Ｅ２
を入射ポートとすると、直線光導波路Ｅ３ ，Ｅ４ は
それぞれクロスポート，スルーポートになる。
，Ｂの上には、電極Ｆ１ ，Ｆ２ ，Ｆ３ ，Ｆ４ が
装荷されていて、ここから各光導波路へ電気信号を導入
できるようになっている。なお、電極Ｆ１ と電極Ｆ３
，電極Ｆ２ と電極Ｆ４ の間隔はほとんどゼロであ
る。ここで、例えば直線光導波路Ｅ１を入射ポートとす
ると、直線光導波路Ｅ３ ，Ｅ４ はそれぞれスルーポ
ート，クロスポートになる。また、直線光導波路Ｅ２
を入射ポートとすると、直線光導波路Ｅ３ ，Ｅ４ は
それぞれクロスポート，スルーポートになる。
【０００５】この光機能素子の場合、電極Ｆ１ ，Ｆ２
，Ｆ３ ，Ｆ４ から適当な電気信号を与えることに
より、理論的には完全なクロス状態を実現することがで
きる。しかし、スルー状態においては、入射側リード部
Ｃ１ および出射側リード部Ｃ２ の結合によって完全
なスルー状態は得られず、その場合の消光比は１５〜３
０ｄＢ程度である。
，Ｆ３ ，Ｆ４ から適当な電気信号を与えることに
より、理論的には完全なクロス状態を実現することがで
きる。しかし、スルー状態においては、入射側リード部
Ｃ１ および出射側リード部Ｃ２ の結合によって完全
なスルー状態は得られず、その場合の消光比は１５〜３
０ｄＢ程度である。
【０００６】このように、従来の素子は、スルー状態ま
たはクロス状態のいずれかの状態で消光比が低くなり、
両方の状態で高い消光特性を示すということはない。そ
して、光機能素子における消光比特性は、スルー状態ま
たはクロス状態の消光比のうち低い消光比で規定される
ので、結局、素子全体の消光比としては低い値しか得ら
れないことになる。
たはクロス状態のいずれかの状態で消光比が低くなり、
両方の状態で高い消光特性を示すということはない。そ
して、光機能素子における消光比特性は、スルー状態ま
たはクロス状態の消光比のうち低い消光比で規定される
ので、結局、素子全体の消光比としては低い値しか得ら
れないことになる。
【０００７】なお、ここでいう消光比とは、スルーポー
トの出力パワーを｜ｒ｜２ とし、クロスポートの出力
パワーを｜ｓ｜２ としたとき、次式： １０ｌｏｇ１０（｜ｒ｜２ ／｜ｓ｜２ ）で算出され
る値をいう。上記した構造の光機能素子においても、比
較的高い消光比特性を有するものとしては、例えば、Ｐ
．Ｇｒａｎｅｓｔｒａｎｄ らがＴｅｃｈ Ｄｉｇ．
ＩＧＷＯ ’８６で発表した消光比２７ｄＢ程度の光ス
イッチや、Ｈ．Ｍ．Ｍａｋらが電子情報通信学会１９９
０秋季全国大会Ｃ−２１６で発表した消光比２８ｄＢ程
度の光偏波スプリッタなどが知られている。
トの出力パワーを｜ｒ｜２ とし、クロスポートの出力
パワーを｜ｓ｜２ としたとき、次式： １０ｌｏｇ１０（｜ｒ｜２ ／｜ｓ｜２ ）で算出され
る値をいう。上記した構造の光機能素子においても、比
較的高い消光比特性を有するものとしては、例えば、Ｐ
．Ｇｒａｎｅｓｔｒａｎｄ らがＴｅｃｈ Ｄｉｇ．
ＩＧＷＯ ’８６で発表した消光比２７ｄＢ程度の光ス
イッチや、Ｈ．Ｍ．Ｍａｋらが電子情報通信学会１９９
０秋季全国大会Ｃ−２１６で発表した消光比２８ｄＢ程
度の光偏波スプリッタなどが知られている。
【０００８】また、Ｈ．Ｍ．Ｍａｋらは、電子情報通信
学会１９９１春季全国大会Ｃ−２２４において、図１４
で示したような構造の素子を提案した。この素子は、長
さＬの結合部Ｃ０ を、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ がｐ１
＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠０）を満足す
る小数またはゼロであるとしたとき、長さｐ１×Ｌの前
段部分結合部Ｃ３ 、長さ（１−ｐ１ −ｐ２ −ｐ３
）×Ｌ／２の前段電極付き部分結合部Ｃ４ 、長さｐ
２ ×Ｌの中央部分結合部Ｃ５ 、前記前段電極付き部
分結合部と同じ長さの後段電極付き部分結合部Ｃ６ 、
長さｐ３ ×Ｌの後段部分結合部Ｃ７ を光接続して構
成したものである。
学会１９９１春季全国大会Ｃ−２２４において、図１４
で示したような構造の素子を提案した。この素子は、長
さＬの結合部Ｃ０ を、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ がｐ１
＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠０）を満足す
る小数またはゼロであるとしたとき、長さｐ１×Ｌの前
段部分結合部Ｃ３ 、長さ（１−ｐ１ −ｐ２ −ｐ３
）×Ｌ／２の前段電極付き部分結合部Ｃ４ 、長さｐ
２ ×Ｌの中央部分結合部Ｃ５ 、前記前段電極付き部
分結合部と同じ長さの後段電極付き部分結合部Ｃ６ 、
長さｐ３ ×Ｌの後段部分結合部Ｃ７ を光接続して構
成したものである。
【０００９】この素子の場合は、理論上は、少なくとも
４０ｄＢ程度の消光比を得ることができる。
４０ｄＢ程度の消光比を得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図１４で示した素子は
、たしかに理論上は高消光比を実現することができるが
、それは、上記した各部分結合部の寸法パラメータ等が
理論値と略同一になっている場合のときに限られる。 しかしながら、実際に素子を製造するときには、これら
各部分結合部等は理論値通りの寸法精度で作製できると
は限らず、微妙に理論値からはずれることがある。
、たしかに理論上は高消光比を実現することができるが
、それは、上記した各部分結合部の寸法パラメータ等が
理論値と略同一になっている場合のときに限られる。 しかしながら、実際に素子を製造するときには、これら
各部分結合部等は理論値通りの寸法精度で作製できると
は限らず、微妙に理論値からはずれることがある。
【００１１】このような問題が起こると、各部分結合部
における光導波路間の実際の結合状態は理論上で計算さ
れる状態から逸脱することになり、クロス状態やスルー
状態において消光比の低下が不可避となる。本発明は、
図１４で示した素子において、製造時における上記した
寸法パラメータの精度のばらつきが引き起こす問題を解
決し、クロス状態，スルー状態のいずれにおいても、消
光比特性が３０ｄＢ以上である新規構造の方向性結合器
型光機能素子の提供を目的とする。
における光導波路間の実際の結合状態は理論上で計算さ
れる状態から逸脱することになり、クロス状態やスルー
状態において消光比の低下が不可避となる。本発明は、
図１４で示した素子において、製造時における上記した
寸法パラメータの精度のばらつきが引き起こす問題を解
決し、クロス状態，スルー状態のいずれにおいても、消
光比特性が３０ｄＢ以上である新規構造の方向性結合器
型光機能素子の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、電気光学効果を発現する材
料または電気信号の導入により屈折率制御が可能な構造
を有する材料から成る等幅の２本の光導波路を平行配置
した長さＬの結合部を有し、前記結合部の２本の光導波
路の入射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光接
続して入射側リード部を形成し、前記結合部の２本の光
導波路の出射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と
光接続して出射側リード部を形成している２入力・２出
力の方向性結合器において、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ が
ｐ１ ＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠０）を満
足する小数またはゼロとしたとき、前記結合部は、光導
波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷され
た長さｐ１×Ｌの前段部分結合部、長さ（１−ｐ１ −
ｐ２ −ｐ３ ）×Ｌ／２の前段電極付き部分結合部、
光導波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷
された長さｐ２ ×Ｌの中央部分結合部、前記前段電極
付き部分結合部と同じ長さの後段電極付き部分結合部、
および光導波路間の結合係数または結合状態の制御手段
が装荷された長さｐ３ ×Ｌの後段部分結合部を前記入
射端からこの順序で光接続して成り、かつ、前記入射側
リード部および前記出射側リード部にはそれぞれ光導波
路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷されて
いることを特徴とする方向性結合器型光機能素子が提供
される。
ために、本発明においては、電気光学効果を発現する材
料または電気信号の導入により屈折率制御が可能な構造
を有する材料から成る等幅の２本の光導波路を平行配置
した長さＬの結合部を有し、前記結合部の２本の光導波
路の入射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光接
続して入射側リード部を形成し、前記結合部の２本の光
導波路の出射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と
光接続して出射側リード部を形成している２入力・２出
力の方向性結合器において、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ が
ｐ１ ＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠０）を満
足する小数またはゼロとしたとき、前記結合部は、光導
波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷され
た長さｐ１×Ｌの前段部分結合部、長さ（１−ｐ１ −
ｐ２ −ｐ３ ）×Ｌ／２の前段電極付き部分結合部、
光導波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷
された長さｐ２ ×Ｌの中央部分結合部、前記前段電極
付き部分結合部と同じ長さの後段電極付き部分結合部、
および光導波路間の結合係数または結合状態の制御手段
が装荷された長さｐ３ ×Ｌの後段部分結合部を前記入
射端からこの順序で光接続して成り、かつ、前記入射側
リード部および前記出射側リード部にはそれぞれ光導波
路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷されて
いることを特徴とする方向性結合器型光機能素子が提供
される。
【００１３】本発明の光機能素子の基本構成を平面パタ
ーン図として図１に示す。図から明らかなように、本発
明の光機能素子の平面パターンは、結合部Ｃ０ ，入射
側リード部Ｃ１ および出射側リード部Ｃ２ が後述す
るような構成をとることを除いては、図１３で示した従
来の２入力・２出力方向性結合器型光機能素子と変わる
ことはない。
ーン図として図１に示す。図から明らかなように、本発
明の光機能素子の平面パターンは、結合部Ｃ０ ，入射
側リード部Ｃ１ および出射側リード部Ｃ２ が後述す
るような構成をとることを除いては、図１３で示した従
来の２入力・２出力方向性結合器型光機能素子と変わる
ことはない。
【００１４】まず、結合部Ｃ０ においては、等幅（路
幅Ｗ）の２本の光導波路Ａ，Ｂが微小間隔Ｇで平行配置
され、これら光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの入射端Ａ１
，Ｂ２ には、曲率半径がＲ１ で路幅がＷの曲線光導
波路Ｄ１ ，Ｄ２ が光接続されて入射側リード部Ｃ１
を構成し、また光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの出射端Ａ
２ ，Ｂ２ には曲率半径がＲ２ で路幅Ｗの曲線光導
波路Ｄ３ ，Ｄ４ が光接続されて出射側リード部Ｃ２
を構成している。更にこれら曲線光導波路Ｄ１ ，Ｄ
２ には、導波路の中心間距離がＧ１ で路幅Ｗの直線
光導波路Ｅ１ ，Ｅ２ がそれぞれ光接続され、また曲
線光導波路Ｄ３ ，Ｄ４ には、導波路の中心間距離が
Ｇ０ で路幅の直線光導波路Ｅ３ ，Ｅ４ がそれぞれ
光接続されている。ここで、直線光導波路Ｅ１ を入射
ポートにすると、直線光導波路Ｅ３，Ｅ４ はそれぞれ
スルーポート，クロスポートになる。
幅Ｗ）の２本の光導波路Ａ，Ｂが微小間隔Ｇで平行配置
され、これら光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの入射端Ａ１
，Ｂ２ には、曲率半径がＲ１ で路幅がＷの曲線光導
波路Ｄ１ ，Ｄ２ が光接続されて入射側リード部Ｃ１
を構成し、また光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの出射端Ａ
２ ，Ｂ２ には曲率半径がＲ２ で路幅Ｗの曲線光導
波路Ｄ３ ，Ｄ４ が光接続されて出射側リード部Ｃ２
を構成している。更にこれら曲線光導波路Ｄ１ ，Ｄ
２ には、導波路の中心間距離がＧ１ で路幅Ｗの直線
光導波路Ｅ１ ，Ｅ２ がそれぞれ光接続され、また曲
線光導波路Ｄ３ ，Ｄ４ には、導波路の中心間距離が
Ｇ０ で路幅の直線光導波路Ｅ３ ，Ｅ４ がそれぞれ
光接続されている。ここで、直線光導波路Ｅ１ を入射
ポートにすると、直線光導波路Ｅ３，Ｅ４ はそれぞれ
スルーポート，クロスポートになる。
【００１５】なお本発明においては、入射側リード部Ｃ
１ と出射側リード部Ｃ２ は図のような曲線光導波路
で構成することに限定されるものではなく、例えば、入
射端Ａ１ と直線光導波路Ｅ１ ，入射端Ｂ１ と直線
光導波路Ｅ２ ，出射端Ａ２ と直線光導波路Ｅ３ ，
出射端Ｂ２ と直線光導波路Ｅ４ の間を、それぞれ、
微小テーパ角から成る直線光導波路で光接続してもよい
。
１ と出射側リード部Ｃ２ は図のような曲線光導波路
で構成することに限定されるものではなく、例えば、入
射端Ａ１ と直線光導波路Ｅ１ ，入射端Ｂ１ と直線
光導波路Ｅ２ ，出射端Ａ２ と直線光導波路Ｅ３ ，
出射端Ｂ２ と直線光導波路Ｅ４ の間を、それぞれ、
微小テーパ角から成る直線光導波路で光接続してもよい
。
【００１６】これら各光導波路は、いずれも電気光学効
果を発現する材料や電気信号を導入することによってそ
の屈折率を制御することができる構造の材料で構成され
ている。例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのような半導
体材料をＭＯＣＶＤ法で多層に積層して形成することが
できる。入射側リード部Ｃ１ の光導波路Ｄ１ ，Ｄ２
には両光導波路間の結合係数または結合状態の制御手
段Ｋ１ ，Ｋ１ がそれぞれ装荷され、出射側リード部
Ｃ２ の光導波路Ｄ３ ，Ｄ４ には両光導波路間の結
合係数または結合状態の制御手段Ｋ５ ，Ｋ５がそれぞ
れ装荷されている。
果を発現する材料や電気信号を導入することによってそ
の屈折率を制御することができる構造の材料で構成され
ている。例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのような半導
体材料をＭＯＣＶＤ法で多層に積層して形成することが
できる。入射側リード部Ｃ１ の光導波路Ｄ１ ，Ｄ２
には両光導波路間の結合係数または結合状態の制御手
段Ｋ１ ，Ｋ１ がそれぞれ装荷され、出射側リード部
Ｃ２ の光導波路Ｄ３ ，Ｄ４ には両光導波路間の結
合係数または結合状態の制御手段Ｋ５ ，Ｋ５がそれぞ
れ装荷されている。
【００１７】また、結合部Ｃ０ は、その入射端Ａ１
，Ｂ１ から出射端Ａ２ ，Ｂ２ にかけて、光導波路
Ａ，Ｂに結合係数または結合状態の制御手段Ｋ２ ，Ｋ
２ がそれぞれ装荷されている前段部分結合部Ｃ３ ，
光導波路Ａ，Ｂに前段電極Ｆ１ ，Ｆ２ がそれぞれ装
荷されている前段電極付き部分結合部Ｃ４ ，光導波路
Ａ，Ｂに結合係数または結合状態の制御手段Ｋ３ ，Ｋ
３ がそれぞれ装荷されている中央部分結合部Ｃ５ ，
光導波路Ａ，Ｂに後段電極Ｆ３ ，Ｆ４ がそれぞれ装
荷されている後段電極付き部分結合部Ｃ６ ，および、
光導波路Ａ，Ｂに結合係数または結合状態の制御手段Ｋ
４ ，Ｋ４ がそれぞれ装荷されている後段部分結合部
Ｃ７ をこの順序で光接続して構成されている。
，Ｂ１ から出射端Ａ２ ，Ｂ２ にかけて、光導波路
Ａ，Ｂに結合係数または結合状態の制御手段Ｋ２ ，Ｋ
２ がそれぞれ装荷されている前段部分結合部Ｃ３ ，
光導波路Ａ，Ｂに前段電極Ｆ１ ，Ｆ２ がそれぞれ装
荷されている前段電極付き部分結合部Ｃ４ ，光導波路
Ａ，Ｂに結合係数または結合状態の制御手段Ｋ３ ，Ｋ
３ がそれぞれ装荷されている中央部分結合部Ｃ５ ，
光導波路Ａ，Ｂに後段電極Ｆ３ ，Ｆ４ がそれぞれ装
荷されている後段電極付き部分結合部Ｃ６ ，および、
光導波路Ａ，Ｂに結合係数または結合状態の制御手段Ｋ
４ ，Ｋ４ がそれぞれ装荷されている後段部分結合部
Ｃ７ をこの順序で光接続して構成されている。
【００１８】各部分結合部の長さは、今、結合部Ｃ０
の全体の長さをＬとし、また、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３
を次式：ｐ１ ＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠
０）を満足する小数または０としたとき、前段部分結合
部Ｃ３ はｐ１ ×Ｌ、前段電極付き部分結合部Ｃ４
は（１−ｐ１ −ｐ２ −ｐ３ ）×Ｌ／２、中央部分
結合部Ｃ５ はｐ２ ×Ｌ、後段電極付き部分結合部Ｃ
６ は（１−ｐ１ −ｐ２ −ｐ３ ）×Ｌ／２、後段
部分結合部Ｃ７ はｐ３ ×Ｌになっている。
の全体の長さをＬとし、また、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３
を次式：ｐ１ ＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠
０）を満足する小数または０としたとき、前段部分結合
部Ｃ３ はｐ１ ×Ｌ、前段電極付き部分結合部Ｃ４
は（１−ｐ１ −ｐ２ −ｐ３ ）×Ｌ／２、中央部分
結合部Ｃ５ はｐ２ ×Ｌ、後段電極付き部分結合部Ｃ
６ は（１−ｐ１ −ｐ２ −ｐ３ ）×Ｌ／２、後段
部分結合部Ｃ７ はｐ３ ×Ｌになっている。
【００１９】部分結合部Ｃ４ ，Ｃ６ において光導波
路Ａ，Ｂの伝搬定数を制御する電極Ｆ１ ，Ｆ２ ，Ｆ
３ ，Ｆ４ は反転Δβ構造となるように装荷される。 例えば光導波路の構成材料が半導体である場合には、図
２で示したように、光導波路Ａ，Ｂに電極Ｆ１ 〜Ｆ４
を装荷し、電極Ｆ１ と電極Ｆ４ ，電極Ｆ２ と電
極Ｆ３ をリードｆ１ ，ｆ２ でそれぞれ接続すれば
よい。
路Ａ，Ｂの伝搬定数を制御する電極Ｆ１ ，Ｆ２ ，Ｆ
３ ，Ｆ４ は反転Δβ構造となるように装荷される。 例えば光導波路の構成材料が半導体である場合には、図
２で示したように、光導波路Ａ，Ｂに電極Ｆ１ 〜Ｆ４
を装荷し、電極Ｆ１ と電極Ｆ４ ，電極Ｆ２ と電
極Ｆ３ をリードｆ１ ，ｆ２ でそれぞれ接続すれば
よい。
【００２０】また光導波路材料が誘電体の場合、例えば
ＬｉＮｂＯ３ の場合には図３，図４の平面パターンで
示したように装荷すればよい。すなわち、図３は、Ｌｉ
ＮｂＯ３ の結晶方向がＺカットの場合を示し、各電極
Ｆ１ 〜Ｆ４ を図のような電圧印加ができるように光
導波路Ａ，Ｂに装荷すればよい。また、ＬｉＮｂＯ３
の結晶方向がＹカットの場合は、図４で示したように、
接地した共通電極を光導波路Ａ，Ｂの中間に配置し、光
導波路の両側に図のような電圧印加ができるように電極
を配置すればよい。
ＬｉＮｂＯ３ の場合には図３，図４の平面パターンで
示したように装荷すればよい。すなわち、図３は、Ｌｉ
ＮｂＯ３ の結晶方向がＺカットの場合を示し、各電極
Ｆ１ 〜Ｆ４ を図のような電圧印加ができるように光
導波路Ａ，Ｂに装荷すればよい。また、ＬｉＮｂＯ３
の結晶方向がＹカットの場合は、図４で示したように、
接地した共通電極を光導波路Ａ，Ｂの中間に配置し、光
導波路の両側に図のような電圧印加ができるように電極
を配置すればよい。
【００２１】前記した制御手段Ｋ１ 〜Ｋ５ は、入射
側リード部Ｃ１ ，出射側リード部Ｃ２ および各部分
結合部Ｃ３ ，Ｃ５ ，Ｃ７ ，Ｃ２ における光導波
路に電極を装荷したり、または光導波路の近傍に電極を
配置し、これら電極から電気信号を導入することによっ
て形成することができる。例えば、光導波路Ａ，Ｂや光
導波路Ｄ１ 〜Ｄ４ が半導体で構成されている場合、
前記した各部分結合部Ｃ３ ，Ｃ５ ，Ｃ７ ，Ｃ２
や入射側リード部Ｃ１ ，出射側リード部Ｃ２ の位置
にそれぞれ電極を装荷してそれぞれを図示しない電気信
号導入システムに接続すればよい。 ここで、各制御手段Ｋ１ 〜Ｋ５ から適宜な電気信号
をその直下の光導波路に導入すると、２本の光導波路Ａ
，Ｂや光導波路Ｄ１ 〜Ｄ４ の屈折率を同程度増減さ
せることができ、各光導波路間では、伝播定数Δβを生
じさせないでそのまま結合係数ｋを変化させることがで
きる。また、上記制御手段（電極）を互いに接続しない
場合でも、各制御手段に導入された電気信号が同じもの
であれば、上記と同様の効果を得ることができる。
側リード部Ｃ１ ，出射側リード部Ｃ２ および各部分
結合部Ｃ３ ，Ｃ５ ，Ｃ７ ，Ｃ２ における光導波
路に電極を装荷したり、または光導波路の近傍に電極を
配置し、これら電極から電気信号を導入することによっ
て形成することができる。例えば、光導波路Ａ，Ｂや光
導波路Ｄ１ 〜Ｄ４ が半導体で構成されている場合、
前記した各部分結合部Ｃ３ ，Ｃ５ ，Ｃ７ ，Ｃ２
や入射側リード部Ｃ１ ，出射側リード部Ｃ２ の位置
にそれぞれ電極を装荷してそれぞれを図示しない電気信
号導入システムに接続すればよい。 ここで、各制御手段Ｋ１ 〜Ｋ５ から適宜な電気信号
をその直下の光導波路に導入すると、２本の光導波路Ａ
，Ｂや光導波路Ｄ１ 〜Ｄ４ の屈折率を同程度増減さ
せることができ、各光導波路間では、伝播定数Δβを生
じさせないでそのまま結合係数ｋを変化させることがで
きる。また、上記制御手段（電極）を互いに接続しない
場合でも、各制御手段に導入された電気信号が同じもの
であれば、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２２】光導波路Ａ，Ｂや光導波路Ｄ１ 〜Ｄ４
が誘電体の場合、例えば結晶方向がＺカットのＬｉＮｂ
Ｏ３ の場合には、図５，図６で示したように、制御手
段Ｋを装荷すればよい。例えば、図５で示したように、
部分結合部Ｃ３ ，Ｃ５ ，Ｃ７ ，Ｃ２ における光
導波路Ａ，Ｂ、入射側リード部Ｃ１ の光導波路Ｄ１
，Ｄ２ および出射側リード部Ｃ２ の光導波路Ｄ３
，Ｄ４ の上に制御手段（電極）Ｋを装荷して図示した
ような電圧印加が可能なようにすると、光導波路Ａ，Ｂ
間、光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ 間、光導波路Ｄ３ ，Ｄ４
間の結合係数を減ずることができるようになる。また
、図６で示したように、接地した共通電極Ｋを光導波路
Ａ，Ｂの中間に配置し、光導波路Ａ，Ｂの両側に図のよ
うな電圧印加ができるように電極を配置すると、光導波
路Ａ，Ｂ間の結合係数を増すことができるようになる。
が誘電体の場合、例えば結晶方向がＺカットのＬｉＮｂ
Ｏ３ の場合には、図５，図６で示したように、制御手
段Ｋを装荷すればよい。例えば、図５で示したように、
部分結合部Ｃ３ ，Ｃ５ ，Ｃ７ ，Ｃ２ における光
導波路Ａ，Ｂ、入射側リード部Ｃ１ の光導波路Ｄ１
，Ｄ２ および出射側リード部Ｃ２ の光導波路Ｄ３
，Ｄ４ の上に制御手段（電極）Ｋを装荷して図示した
ような電圧印加が可能なようにすると、光導波路Ａ，Ｂ
間、光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ 間、光導波路Ｄ３ ，Ｄ４
間の結合係数を減ずることができるようになる。また
、図６で示したように、接地した共通電極Ｋを光導波路
Ａ，Ｂの中間に配置し、光導波路Ａ，Ｂの両側に図のよ
うな電圧印加ができるように電極を配置すると、光導波
路Ａ，Ｂ間の結合係数を増すことができるようになる。
【００２３】この場合、入射側リード部Ｃ１ と前段部
分結合部Ｃ３ を合わせた部分が新たに等価的な入射側
リード部（Ｃ１ ＋Ｃ３ ）になり、また出射側リード
部Ｃ２ と後段部分結合部Ｃ７ を合わせた部分が新た
に等価的な出射側リード部（Ｃ２ ＋Ｃ７ ）になる。 したがって、各部分結合部の長さを規定する係数ｐ１
，ｐ２ ，ｐ３ のうち、係数ｐ１ とｐ３ は、前記
等価的な入射側リード部（Ｃ１ ＋Ｃ３ ）における結
合状態を前記等価的な出射側リード部（Ｃ２ ＋Ｃ７
）における結合状態と一致させ、この等価的な入射側リ
ード部（Ｃ１ ＋Ｃ３ ）における結合とを相殺し、も
って素子全体としては完全対称な入射側リード部と出射
側リード部とを有する素子の場合と等価になるような値
として選定される。
分結合部Ｃ３ を合わせた部分が新たに等価的な入射側
リード部（Ｃ１ ＋Ｃ３ ）になり、また出射側リード
部Ｃ２ と後段部分結合部Ｃ７ を合わせた部分が新た
に等価的な出射側リード部（Ｃ２ ＋Ｃ７ ）になる。 したがって、各部分結合部の長さを規定する係数ｐ１
，ｐ２ ，ｐ３ のうち、係数ｐ１ とｐ３ は、前記
等価的な入射側リード部（Ｃ１ ＋Ｃ３ ）における結
合状態を前記等価的な出射側リード部（Ｃ２ ＋Ｃ７
）における結合状態と一致させ、この等価的な入射側リ
ード部（Ｃ１ ＋Ｃ３ ）における結合とを相殺し、も
って素子全体としては完全対称な入射側リード部と出射
側リード部とを有する素子の場合と等価になるような値
として選定される。
【００２４】また、係数ｐ２ は中央部分結合部Ｃ５
の長さを変えてスルー状態における消光比を測定したと
きに、その値が極大値を示すときの長さ、すなわち、入
射側リード部Ｃ１ 、前段部分結合部Ｃ３，後段部分結
合部Ｃ７ および出射側リード部Ｃ２ の各結合状態の
総和と等しい結合状態が得られるような係数として選定
される。 なお、各部分結合部に装荷されている電極や制御手段の
間には、適宜な幅でギャップｇ１ 〜ｇ１２がそれぞれ
形成されていることが好ましい。これは、各電極Ｆ１
〜Ｆ４ や制御手段Ｋ１ 〜Ｋ５ に導入した電気信号
によって隣接する部分結合部の電極Ｆ１ 〜Ｆ４ や制
御手段Ｋ１ 〜Ｋ５ が影響を受けることを防止するた
めである。
の長さを変えてスルー状態における消光比を測定したと
きに、その値が極大値を示すときの長さ、すなわち、入
射側リード部Ｃ１ 、前段部分結合部Ｃ３，後段部分結
合部Ｃ７ および出射側リード部Ｃ２ の各結合状態の
総和と等しい結合状態が得られるような係数として選定
される。 なお、各部分結合部に装荷されている電極や制御手段の
間には、適宜な幅でギャップｇ１ 〜ｇ１２がそれぞれ
形成されていることが好ましい。これは、各電極Ｆ１
〜Ｆ４ や制御手段Ｋ１ 〜Ｋ５ に導入した電気信号
によって隣接する部分結合部の電極Ｆ１ 〜Ｆ４ や制
御手段Ｋ１ 〜Ｋ５ が影響を受けることを防止するた
めである。
【００２５】
【作用】本発明の光機能素子においては、まず、入射側
リード部Ｃ１ と前段部分結合部Ｃ３ とから成る等価
的な入射側リード部（Ｃ１＋Ｃ３ ），および出射側リ
ード部Ｃ２ と後段部分結合部Ｃ７ とから成る等価的
な出射側リード部（Ｃ２ ＋Ｃ７ ）の働きにより、そ
れぞれの結合が相殺されるようになっているので、素子
全体としては完全対称の入・出射リード部を有すること
になり、その結果、クロス状態における消光比の劣化を
除去することができる。
リード部Ｃ１ と前段部分結合部Ｃ３ とから成る等価
的な入射側リード部（Ｃ１＋Ｃ３ ），および出射側リ
ード部Ｃ２ と後段部分結合部Ｃ７ とから成る等価的
な出射側リード部（Ｃ２ ＋Ｃ７ ）の働きにより、そ
れぞれの結合が相殺されるようになっているので、素子
全体としては完全対称の入・出射リード部を有すること
になり、その結果、クロス状態における消光比の劣化を
除去することができる。
【００２６】また、中央部分結合部Ｃ５ の長さはスル
ー状態における消光比が極大となるような長さに設定さ
れていて、スルー状態における消光比は、理論上、６０
ｄＢ以上になる。更には、入射側リード部Ｃ１ に装荷
されている制御手段Ｋ１ ，Ｋ１ 、出射側リード部Ｃ
２ に装荷されている制御手段Ｋ５ ，Ｋ５ を動作す
ることにより、素子の製造時における寸法精度のばらつ
きに基づく各部分結合部に関する実際の結合状態と理論
上の結合状態とのずれを調整して、素子を高消光比状態
に回復させることができる。
ー状態における消光比が極大となるような長さに設定さ
れていて、スルー状態における消光比は、理論上、６０
ｄＢ以上になる。更には、入射側リード部Ｃ１ に装荷
されている制御手段Ｋ１ ，Ｋ１ 、出射側リード部Ｃ
２ に装荷されている制御手段Ｋ５ ，Ｋ５ を動作す
ることにより、素子の製造時における寸法精度のばらつ
きに基づく各部分結合部に関する実際の結合状態と理論
上の結合状態とのずれを調整して、素子を高消光比状態
に回復させることができる。
【００２７】したがって、この光機能素子は、クロス状
態，スルー状態のいずれの場合においても、従来の構造
のものに比べて、消光比が大幅に向上するようになる。
態，スルー状態のいずれの場合においても、従来の構造
のものに比べて、消光比が大幅に向上するようになる。
【００２８】
【実施例】図７の平面パターン図で示した本発明の光機
能素子を製造した。この光機能素子は、図１に示した素
子においてｐ１ ＝ｐ３ ＝０としたもの、すなわち、
光導波路Ａ，Ｂの各出射端Ａ１ ，Ｂ１ と各出射端Ａ
２ ，Ｂ２ はそれぞれ直接曲線光導波路Ｄ１ ，Ｄ２
，Ｄ３ ，Ｄ４ が光接続されていて、前段部分結合
部と後段部分結合部が存在しない構造のものである。
能素子を製造した。この光機能素子は、図１に示した素
子においてｐ１ ＝ｐ３ ＝０としたもの、すなわち、
光導波路Ａ，Ｂの各出射端Ａ１ ，Ｂ１ と各出射端Ａ
２ ，Ｂ２ はそれぞれ直接曲線光導波路Ｄ１ ，Ｄ２
，Ｄ３ ，Ｄ４ が光接続されていて、前段部分結合
部と後段部分結合部が存在しない構造のものである。
【００２９】図において、結合部Ｃ０ の長さは８．０
ｍｍ 、光導波路Ａ，Ｂの間隔Ｇは３．５ μｍ、スル
ーポートＥ３ とクロスポートＥ４ の間隔Ｇ０ およ
び入射ポートＥ１ と入射ポートＥ２ の間隔Ｇ１ は
いずれも２５０μｍ、曲線光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ の曲
率半径Ｒ１ および曲線光導波路Ｄ３ ，Ｄ４ の曲率
半径Ｒ２ はいずれも３０μｍ、路幅Ｗは７μｍである
。
ｍｍ 、光導波路Ａ，Ｂの間隔Ｇは３．５ μｍ、スル
ーポートＥ３ とクロスポートＥ４ の間隔Ｇ０ およ
び入射ポートＥ１ と入射ポートＥ２ の間隔Ｇ１ は
いずれも２５０μｍ、曲線光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ の曲
率半径Ｒ１ および曲線光導波路Ｄ３ ，Ｄ４ の曲率
半径Ｒ２ はいずれも３０μｍ、路幅Ｗは７μｍである
。
【００３０】そして、中央部分結合部Ｃ５ の長さ：ｐ
２ ×Ｌは５４０μｍ（ｐ２ ＝０．０６７５）、前段
電極付き部分結合部Ｃ４ ，後段電極付き部分結合部Ｃ
６ の長さはいずれも３．７３ｍｍになっている。この
結合部Ｃ０ における前・後段電極付き部分結合部Ｃ４
，Ｃ６ 、中央部分結合部Ｃ５ 、および入・出射側
リード部Ｃ１ ，Ｃ２ は、それぞれ図７のＶＩＩＩ−
ＶＩＩＩ線に沿う断面図である図８、ＩＸ−ＩＸ線に沿
う断面図である図９で示したような構成になっている。
２ ×Ｌは５４０μｍ（ｐ２ ＝０．０６７５）、前段
電極付き部分結合部Ｃ４ ，後段電極付き部分結合部Ｃ
６ の長さはいずれも３．７３ｍｍになっている。この
結合部Ｃ０ における前・後段電極付き部分結合部Ｃ４
，Ｃ６ 、中央部分結合部Ｃ５ 、および入・出射側
リード部Ｃ１ ，Ｃ２ は、それぞれ図７のＶＩＩＩ−
ＶＩＩＩ線に沿う断面図である図８、ＩＸ−ＩＸ線に沿
う断面図である図９で示したような構成になっている。
【００３１】すなわち、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成る下
部電極１の上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ＋ ＧａＡ
ｓから成る基板２，ｎ＋ ＧａＡｌＡｓから成る厚み０
．５ μｍのバッファ層３，ｎ＋ ＧａＡｌＡｓから成
る厚み３．０μｍの下部クラッド層４，ｎ− ＧａＡｓ
から成る厚み１．０ μｍのコア層５がこの順序で積層
されている。更にこのコア層５の上には、ｎ− ＧａＡ
ｌＡｓから成るクラッド６ａ，ｐ− ＧａＡｌＡｓから
成るクラッド６ｂ，ｐ＋ ＧａＡｓから成るキャップ６
ｃが順次ＭＯＣＶＤ法で積層されて上部クラッド層６を
形成し、その上面はＳｉＯ２ 膜のような絶縁膜７で被
覆されることにより、路幅がＷ（７．０μｍ）である２
本の光導波路Ａ，Ｂ、光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ 、光導波
路Ｄ３ ，Ｄ４ がリッジ状に形成されている。
部電極１の上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ＋ ＧａＡ
ｓから成る基板２，ｎ＋ ＧａＡｌＡｓから成る厚み０
．５ μｍのバッファ層３，ｎ＋ ＧａＡｌＡｓから成
る厚み３．０μｍの下部クラッド層４，ｎ− ＧａＡｓ
から成る厚み１．０ μｍのコア層５がこの順序で積層
されている。更にこのコア層５の上には、ｎ− ＧａＡ
ｌＡｓから成るクラッド６ａ，ｐ− ＧａＡｌＡｓから
成るクラッド６ｂ，ｐ＋ ＧａＡｓから成るキャップ６
ｃが順次ＭＯＣＶＤ法で積層されて上部クラッド層６を
形成し、その上面はＳｉＯ２ 膜のような絶縁膜７で被
覆されることにより、路幅がＷ（７．０μｍ）である２
本の光導波路Ａ，Ｂ、光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ 、光導波
路Ｄ３ ，Ｄ４ がリッジ状に形成されている。
【００３２】この光導波路Ａ，Ｂ，Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ
３，Ｄ４ は、前記した各層を積層して成る積層体に常
用のホトリソグラフィーとエッチングを適用することに
より、所定の深さｈと所定の路幅Ｗを有するリッジとし
て形成される。このようにして形成された光導波路Ａ，
Ｂ，Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ３ ，Ｄ４ においては、クラ
ッド６ａとクラッド６ｂの界面がｐｎ接合界面６ｄにな
っている。したがって、電極Ｆ１ 〜Ｆ４ や制御手段
Ｋ１ ，Ｋ３，Ｋ５ から所定の電気信号を導入すると
、その直下における光導波路のｐｎ接合界面では電気光
学効果，プラズマ効果やバンドフィリング効果などが発
現して電極直下に位置するコア層５の屈折率が変化して
光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ 間、光導波路Ａ，Ｂ間、光導波
路Ｄ３ ，Ｄ４ 間における光の結合状態が変化する。
３，Ｄ４ は、前記した各層を積層して成る積層体に常
用のホトリソグラフィーとエッチングを適用することに
より、所定の深さｈと所定の路幅Ｗを有するリッジとし
て形成される。このようにして形成された光導波路Ａ，
Ｂ，Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ３ ，Ｄ４ においては、クラ
ッド６ａとクラッド６ｂの界面がｐｎ接合界面６ｄにな
っている。したがって、電極Ｆ１ 〜Ｆ４ や制御手段
Ｋ１ ，Ｋ３，Ｋ５ から所定の電気信号を導入すると
、その直下における光導波路のｐｎ接合界面では電気光
学効果，プラズマ効果やバンドフィリング効果などが発
現して電極直下に位置するコア層５の屈折率が変化して
光導波路Ｄ１ ，Ｄ２ 間、光導波路Ａ，Ｂ間、光導波
路Ｄ３ ，Ｄ４ 間における光の結合状態が変化する。
【００３３】なお、以上の設定値は、いずれも、各光導
波路のリッジの深さｈを１．０μｍにしたときの最適値
になっている。電極Ｆ１ ，Ｆ２ ，Ｆ３ ，Ｆ４ が
装荷される個所は、図８で示したように、絶縁膜７の一
部をスリット状に除去して窓７ａ，７ｂを形成し、ここ
からキャップ６ｃの上面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを例えば蒸
着して電極Ｆ３ ，Ｆ４ （Ｆ１ ，Ｆ２ ）が形成さ
れ、電極Ｆ３ はリードｆ１ を介して電極Ｆ２ と接
続され、電極Ｆ４ はリードｆ２ を介して電極Ｆ１
と接続されて反転Δβ構造を形成している（図７）。
波路のリッジの深さｈを１．０μｍにしたときの最適値
になっている。電極Ｆ１ ，Ｆ２ ，Ｆ３ ，Ｆ４ が
装荷される個所は、図８で示したように、絶縁膜７の一
部をスリット状に除去して窓７ａ，７ｂを形成し、ここ
からキャップ６ｃの上面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを例えば蒸
着して電極Ｆ３ ，Ｆ４ （Ｆ１ ，Ｆ２ ）が形成さ
れ、電極Ｆ３ はリードｆ１ を介して電極Ｆ２ と接
続され、電極Ｆ４ はリードｆ２ を介して電極Ｆ１
と接続されて反転Δβ構造を形成している（図７）。
【００３４】制御手段Ｋ１ ，Ｋ１ ，Ｋ３ ，Ｋ３
およびＫ５ ，Ｋ５ が装荷されている個所は、図９で
示したように、同じく絶縁膜７に窓７ａ，７ｂを形成し
、ここに例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着して制御手段Ｋ
３ ，Ｋ３ （Ｋ１ ，Ｋ１ ，Ｋ５ ，Ｋ５ ）が形
成され、各制御手段Ｋ３ ，Ｋ３ の間はリードｆ４
（制御手段Ｋ１ ，Ｋ１ の間はリードｆ３ 、制御手
段Ｋ５ ，Ｋ５ の間はリードｆ５ ）で接続されてい
る（図７）。
およびＫ５ ，Ｋ５ が装荷されている個所は、図９で
示したように、同じく絶縁膜７に窓７ａ，７ｂを形成し
、ここに例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着して制御手段Ｋ
３ ，Ｋ３ （Ｋ１ ，Ｋ１ ，Ｋ５ ，Ｋ５ ）が形
成され、各制御手段Ｋ３ ，Ｋ３ の間はリードｆ４
（制御手段Ｋ１ ，Ｋ１ の間はリードｆ３ 、制御手
段Ｋ５ ，Ｋ５ の間はリードｆ５ ）で接続されてい
る（図７）。
【００３５】この素子において、入射ポートＥ１ に波
長１．３μｍのＴＥモード光を励起し、電極に逆バイア
ス電圧を印加して電気光学効果のみを発現せしめた場合
のスイッチング特性の理論特性図を図１０に示す。実際
にこの素子を逆バイアス電圧で駆動したとき、測定系の
都合により、クロス状態における印加電圧が−７Ｖであ
ると消光比は３０ｄＢ以上で、またスルー状態における
印加電圧が−１５Ｖで消光比はやはり３０ｄＢ以上にな
るものと評価することができる。
長１．３μｍのＴＥモード光を励起し、電極に逆バイア
ス電圧を印加して電気光学効果のみを発現せしめた場合
のスイッチング特性の理論特性図を図１０に示す。実際
にこの素子を逆バイアス電圧で駆動したとき、測定系の
都合により、クロス状態における印加電圧が−７Ｖであ
ると消光比は３０ｄＢ以上で、またスルー状態における
印加電圧が−１５Ｖで消光比はやはり３０ｄＢ以上にな
るものと評価することができる。
【００３６】次に、この素子において係数ｐ２ を変化
させて中央部分結合部Ｃ５ の長さｐ２ ×Ｌを変えた
ときの消光比の変動をｐ２ との関係として図１１に示
す。図中、○印はスルー状態，黒四角印はクロス状態を
表す。 図１１から明らかなように、ｐ２ を０．０６６〜０．
０６８の値にして中央部分結合部Ｃ５ を形成すると、
この素子は、スルー状態，クロス状態のいずれの場合で
も理論的には、６０ｄＢ以上の消光比を得ることが可能
である。
させて中央部分結合部Ｃ５ の長さｐ２ ×Ｌを変えた
ときの消光比の変動をｐ２ との関係として図１１に示
す。図中、○印はスルー状態，黒四角印はクロス状態を
表す。 図１１から明らかなように、ｐ２ を０．０６６〜０．
０６８の値にして中央部分結合部Ｃ５ を形成すると、
この素子は、スルー状態，クロス状態のいずれの場合で
も理論的には、６０ｄＢ以上の消光比を得ることが可能
である。
【００３７】また、この素子が最大消光比を示すために
は、係数ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ をある値に選定すべき
であることがわかる。例えばＧ０ ，Ｇ１ ，Ｇ，Ｒ１
，Ｒ２ ，Ｗを上記した値に設定したとき、ｐ１ ＝
０，ｐ３ ＝０に設定しないとクロス状態における消光
比の劣化は避けられず、また、ｐ２ が０．０６７５か
らずれた場合には７４．２９ｄＢというスルー状態にお
ける最大の消光比を得ることができない。
は、係数ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ をある値に選定すべき
であることがわかる。例えばＧ０ ，Ｇ１ ，Ｇ，Ｒ１
，Ｒ２ ，Ｗを上記した値に設定したとき、ｐ１ ＝
０，ｐ３ ＝０に設定しないとクロス状態における消光
比の劣化は避けられず、また、ｐ２ が０．０６７５か
らずれた場合には７４．２９ｄＢというスルー状態にお
ける最大の消光比を得ることができない。
【００３８】ところで、この素子において、図１１によ
れば、ｐ２ の値が少なくとも０．０６７５から０．０
６２以下に変化すると、その消光比は最大消光比から３
０ｄＢ以下に劣化することがわかる。すなわち、長さｐ
２ ×Ｌの中央部分結合部Ｃ５ の寸法パラメータが、
光導波路のリッジの深さｈを１．０μｍとしたときの理
論上の設定値から４４μｍのずを生じているときに、そ
の素子の消光比は３０ｄＢ以下に劣化する。
れば、ｐ２ の値が少なくとも０．０６７５から０．０
６２以下に変化すると、その消光比は最大消光比から３
０ｄＢ以下に劣化することがわかる。すなわち、長さｐ
２ ×Ｌの中央部分結合部Ｃ５ の寸法パラメータが、
光導波路のリッジの深さｈを１．０μｍとしたときの理
論上の設定値から４４μｍのずを生じているときに、そ
の素子の消光比は３０ｄＢ以下に劣化する。
【００３９】通常、素子の製造は、前記したように、ホ
トリソグラフィーとエッチングを組み合わせて行われて
いて、その場合のホトマスクの精度は少なくとも１μｍ
以下に管理されているので、中央部分結合部Ｃ５ の長
さに関する寸法パラメータの精度を、前記した許容値：
４４μｍの範囲内に制御することは技術上充分に可能で
ある。
トリソグラフィーとエッチングを組み合わせて行われて
いて、その場合のホトマスクの精度は少なくとも１μｍ
以下に管理されているので、中央部分結合部Ｃ５ の長
さに関する寸法パラメータの精度を、前記した許容値：
４４μｍの範囲内に制御することは技術上充分に可能で
ある。
【００４０】しかしながら、エッチングによって食刻さ
れるリッジの深さｈは、消光比に大きな影響を与える。 ここで、リッジの深さｈを変化させた素子において、１
．０−ｈ（μｍ）の値、すなわちエッチング残量と、最
大消光比が得られるときの係数ｐ２ との関係を測定し
た場合、両者は図１２で示すような関係にある。
れるリッジの深さｈは、消光比に大きな影響を与える。 ここで、リッジの深さｈを変化させた素子において、１
．０−ｈ（μｍ）の値、すなわちエッチング残量と、最
大消光比が得られるときの係数ｐ２ との関係を測定し
た場合、両者は図１２で示すような関係にある。
【００４１】図１２から明らかなように、リッジの深さ
ｈが例えば１．０μｍから±０．０５μｍずれた値のと
きは、最大消光比を得るために最適な中央部分結合部Ｃ
５ の長さは、ｈが１．０μｍのときの上記設定値５４
０μｍから６０８μｍまたは４９６μｍに変化させなけ
ればならないことになる。例えば、図７の素子において
、リッジの深さｈの目標値を１．０μｍに設定して素子
の各寸法パラメータを上記した値で素子を製造したにも
かかわらず、実際のリッジの深さｈは設定値より約０．
０５μｍ浅い約０．９５μｍであったとすると、クロス
状態では全体の対称性が崩れていないために、やはり測
定系の都合により、電極Ｆ１ 〜Ｆ４ への印加電圧が
−７Ｖの場合、素子の消光比は３０ｄＢ以上である。し
かし、スルー状態においては、印加電圧が−１５Ｖのと
き、得られる最大消光比は２５ｄＢ程度であり、理論値
よりも大幅に低下してしまう。
ｈが例えば１．０μｍから±０．０５μｍずれた値のと
きは、最大消光比を得るために最適な中央部分結合部Ｃ
５ の長さは、ｈが１．０μｍのときの上記設定値５４
０μｍから６０８μｍまたは４９６μｍに変化させなけ
ればならないことになる。例えば、図７の素子において
、リッジの深さｈの目標値を１．０μｍに設定して素子
の各寸法パラメータを上記した値で素子を製造したにも
かかわらず、実際のリッジの深さｈは設定値より約０．
０５μｍ浅い約０．９５μｍであったとすると、クロス
状態では全体の対称性が崩れていないために、やはり測
定系の都合により、電極Ｆ１ 〜Ｆ４ への印加電圧が
−７Ｖの場合、素子の消光比は３０ｄＢ以上である。し
かし、スルー状態においては、印加電圧が−１５Ｖのと
き、得られる最大消光比は２５ｄＢ程度であり、理論値
よりも大幅に低下してしまう。
【００４２】そこで、入射側リード部Ｃ１ の制御手段
（電極）Ｋ１ ，Ｋ１ 、中央部分結合部Ｃ５ の制御
手段（電極）Ｋ３ ，Ｋ３ 、および出射側リード部Ｃ
２ の制御手段（電極）Ｋ５ ，Ｋ５ に約−１６Ｖの
逆電圧を印加し、同時に、電極Ｆ１ 〜Ｆ４ に−１５
Ｖの逆電圧を印加すると消光比が３０ｄＢ以上のスルー
状態が得られた。 これは、入射側リード部Ｃ１ ，中央部分結合部Ｃ５
，出射側リード部Ｃ２ において、逆電圧印加による光
導波路の電気光学効果が発現して前記光導波路の屈折率
増大が引き起こされることにより光の閉じ込めが強くな
って両光導波路間の結合係数は小さくなり、その結果、
中央部分結合部Ｃ５ の長さｐ２×Ｌは、ｈ＝０．９５
μｍに相当する４９６μｍであった状態から、ｈ＝１．
０μｍに相当する設定値５４０μｍに等価的に近づいた
からである。
（電極）Ｋ１ ，Ｋ１ 、中央部分結合部Ｃ５ の制御
手段（電極）Ｋ３ ，Ｋ３ 、および出射側リード部Ｃ
２ の制御手段（電極）Ｋ５ ，Ｋ５ に約−１６Ｖの
逆電圧を印加し、同時に、電極Ｆ１ 〜Ｆ４ に−１５
Ｖの逆電圧を印加すると消光比が３０ｄＢ以上のスルー
状態が得られた。 これは、入射側リード部Ｃ１ ，中央部分結合部Ｃ５
，出射側リード部Ｃ２ において、逆電圧印加による光
導波路の電気光学効果が発現して前記光導波路の屈折率
増大が引き起こされることにより光の閉じ込めが強くな
って両光導波路間の結合係数は小さくなり、その結果、
中央部分結合部Ｃ５ の長さｐ２×Ｌは、ｈ＝０．９５
μｍに相当する４９６μｍであった状態から、ｈ＝１．
０μｍに相当する設定値５４０μｍに等価的に近づいた
からである。
【００４３】なお、リッジの深さｈが大きくなった場合
は、各制御手段から電流注入してその直下の光導波路に
おけるプラズマ効果を利用することにより光導波路の屈
折率の増大効果を発現させ、それに伴う光導波路間の結
合係数を増大させ、部分結合部Ｃ５ の長さが等価的に
短くなるようにすればよい。
は、各制御手段から電流注入してその直下の光導波路に
おけるプラズマ効果を利用することにより光導波路の屈
折率の増大効果を発現させ、それに伴う光導波路間の結
合係数を増大させ、部分結合部Ｃ５ の長さが等価的に
短くなるようにすればよい。
【００４４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
方向性結合器側光機能素子は、電気光学効果を発現する
材料または電気信号の導入により屈折率制御が可能な構
造を有する材料から成る等幅の２本の光導波路を平行配
置した長さＬの結合部を有し、前記結合部の２本の光導
波路の入射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光
接続して入射側リード部を形成し、前記結合部の２本の
光導波路の出射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路
と光接続して出射側リード部を形成している２入力・２
出力の方向性結合器において、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３
がｐ１ ＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠０）を
満足する小数またはゼロとしたとき、前記結合部は、光
導波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷さ
れた長さｐ１ ×Ｌの前段部分結合部、長さ（１−ｐ１
−ｐ２ −ｐ３ ）×Ｌ／２の前段電極付き部分結合
部、光導波路間の結合係数または結合状態の制御手段が
装荷された長さｐ２ ×Ｌの中央部分結合部、前記前段
電極付き部分結合部と同じ長さの後段電極付き部分結合
部、および光導波路間の結合係数または結合状態の制御
手段が装荷された長さｐ３ ×Ｌの後段部分結合部を前
記入射端からこの順序で光接続して成り、かつ、前記入
射側リード部および前記出射側リード部にはそれぞれ光
導波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷さ
れていることを特徴とするので、入射側リード部および
前段部分結合部から成る等価的な入射側リード部におけ
る結合状態と、後段部分結合部および出射側リード部か
ら成る等価的な出射側リード部における結合状態とを適
切に設計することにより、従来の方向性結合器における
入射側リード部と出射側リード部の結合の非対称性に基
づくクロス状態時の消光比劣化や、また、製造時におけ
る寸法パラメータ精度のばらつきに基づくクロス状態時
の消光比劣化を除去することができる。更に、中央部分
結合部はスルー状態における消光比を極大にするような
長さで形成されているので、スルー状態の消光比も高水
準を実現することができる。 すなわち、本発明の光機能素子は、スルー状態，クロス
状態のいずれにおいても高消光比を示す。
方向性結合器側光機能素子は、電気光学効果を発現する
材料または電気信号の導入により屈折率制御が可能な構
造を有する材料から成る等幅の２本の光導波路を平行配
置した長さＬの結合部を有し、前記結合部の２本の光導
波路の入射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光
接続して入射側リード部を形成し、前記結合部の２本の
光導波路の出射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路
と光接続して出射側リード部を形成している２入力・２
出力の方向性結合器において、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３
がｐ１ ＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠０）を
満足する小数またはゼロとしたとき、前記結合部は、光
導波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷さ
れた長さｐ１ ×Ｌの前段部分結合部、長さ（１−ｐ１
−ｐ２ −ｐ３ ）×Ｌ／２の前段電極付き部分結合
部、光導波路間の結合係数または結合状態の制御手段が
装荷された長さｐ２ ×Ｌの中央部分結合部、前記前段
電極付き部分結合部と同じ長さの後段電極付き部分結合
部、および光導波路間の結合係数または結合状態の制御
手段が装荷された長さｐ３ ×Ｌの後段部分結合部を前
記入射端からこの順序で光接続して成り、かつ、前記入
射側リード部および前記出射側リード部にはそれぞれ光
導波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷さ
れていることを特徴とするので、入射側リード部および
前段部分結合部から成る等価的な入射側リード部におけ
る結合状態と、後段部分結合部および出射側リード部か
ら成る等価的な出射側リード部における結合状態とを適
切に設計することにより、従来の方向性結合器における
入射側リード部と出射側リード部の結合の非対称性に基
づくクロス状態時の消光比劣化や、また、製造時におけ
る寸法パラメータ精度のばらつきに基づくクロス状態時
の消光比劣化を除去することができる。更に、中央部分
結合部はスルー状態における消光比を極大にするような
長さで形成されているので、スルー状態の消光比も高水
準を実現することができる。 すなわち、本発明の光機能素子は、スルー状態，クロス
状態のいずれにおいても高消光比を示す。
【００４５】なお、実施例では光スイッチとして駆動さ
せる場合を説明したが、本発明の光機能素子は、例えば
電極から順方向電流の注入と逆電圧の印加を同時に行な
ってＴＥモード光とＴＭモード光の分離を行なう光偏波
スプリッタとして使用することもできる。更に、光変調
器や光合分波器として使用したときに、高消光比特性を
得ることができる。
せる場合を説明したが、本発明の光機能素子は、例えば
電極から順方向電流の注入と逆電圧の印加を同時に行な
ってＴＥモード光とＴＭモード光の分離を行なう光偏波
スプリッタとして使用することもできる。更に、光変調
器や光合分波器として使用したときに、高消光比特性を
得ることができる。
【図１】本発明の光機能素子の基本構成を示す平面パタ
ーン図である。
ーン図である。
【図２】電極の装荷状態を示す平面パターン図である。
【図３】電極の他の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
る。
【図４】電極の別の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
る。
【図５】制御手段の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
る。
【図６】制御手段の他の装荷状態を示す平面パターン図
である。
である。
【図７】実施例の光機能素子を示す平面パターン図であ
る。
る。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図であ
る。
る。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】実施例素子のスイッチング特性の理論特性図
である。
である。
【図１１】実施例素子において、ｐ１ ＝ｐ３ ＝０の
ときの係数ｐ２ と消光比との関係を示すグラフである
。
ときの係数ｐ２ と消光比との関係を示すグラフである
。
【図１２】光導波路のエッチング深さに対する係数ｐ２
の変化を示すグラフである。
の変化を示すグラフである。
【図１３】２入力・２出力方向性結合器の従来例を示す
平面パターン図である。
平面パターン図である。
【図１４】２入力・２出力方向性結合器の別の従来例を
示す平面パターン図である。
示す平面パターン図である。
１ 下部電極
２ 基板
３ バッファ層
４ 下部クラッド層
５ コア層
６ 上部クラッド層
６ａ，６ｂ クラッド
６ｃ キャップ
６ｄ ｐｎ接合界面
７ 絶縁膜
７ａ，７ｂ 窓
Ａ 光導波路
Ａ１ 光導波路Ａの入射端
Ａ２ 光導波路Ａの出射端
Ｂ 光導波路
Ｂ１ 光導波路Ｂの入射端
Ｂ２ 光導波路Ｂの出射端
Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ３ ，Ｄ４ 曲線光導波路Ｅ１
，Ｅ２ 直線光導波路（入射ポート）Ｅ３
直線光導波路（スルーポート）Ｅ４ 直線光導波路
（クロスポート）Ｃ０ 結合部 Ｃ１ 入射側リード部 Ｃ２ 出射側リード部 Ｃ３ 前段部分結合部 Ｃ４ 前段電極付き部分結合部 Ｃ５ 中央部分結合部 Ｃ６ 後段電極付き部分結合部 Ｃ７ 後段部分結合部 ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５ リードＦ１，Ｆ２
，Ｆ３，Ｆ４ 電極 Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５ 光導波路間の結合
係数または結合状態の制御手段 Ｌ 結合部Ｃ０ の長さ ｈ 光導波路Ａ，Ｂのエッチング深さｇ１，ｇ２，ｇ
３，ｇ４，ｇ５，ｇ６，ｇ７，ｇ８，ｇ９，ｇ１０，ｇ
１１，ｇ１２ ギャップ ｐ１，ｐ２，ｐ３， ｐ１ ＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（
ただしｐ１ ≠０）を満足する小数またはゼロ Ｗ 光導波路の路幅 Ｇ 光導波路Ａ，Ｂの間隔
，Ｅ２ 直線光導波路（入射ポート）Ｅ３
直線光導波路（スルーポート）Ｅ４ 直線光導波路
（クロスポート）Ｃ０ 結合部 Ｃ１ 入射側リード部 Ｃ２ 出射側リード部 Ｃ３ 前段部分結合部 Ｃ４ 前段電極付き部分結合部 Ｃ５ 中央部分結合部 Ｃ６ 後段電極付き部分結合部 Ｃ７ 後段部分結合部 ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５ リードＦ１，Ｆ２
，Ｆ３，Ｆ４ 電極 Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５ 光導波路間の結合
係数または結合状態の制御手段 Ｌ 結合部Ｃ０ の長さ ｈ 光導波路Ａ，Ｂのエッチング深さｇ１，ｇ２，ｇ
３，ｇ４，ｇ５，ｇ６，ｇ７，ｇ８，ｇ９，ｇ１０，ｇ
１１，ｇ１２ ギャップ ｐ１，ｐ２，ｐ３， ｐ１ ＋ｐ２ ＋ｐ３ ＜１（
ただしｐ１ ≠０）を満足する小数またはゼロ Ｗ 光導波路の路幅 Ｇ 光導波路Ａ，Ｂの間隔
Claims (1)
- 【請求項１】 電気光学効果を発現する材料または電
気信号の導入により屈折率制御が可能な構造を有する材
料から成る等幅の２本の光導波路を平行配置した長さＬ
の結合部を有し、前記結合部の２本の光導波路の入射端
はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光接続して入射
側リード部を形成し、前記結合部の２本の光導波路の出
射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光接続して
出射側リード部を形成している２入力・２出力の方向性
結合器において、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ がｐ１ ＋ｐ
２ ＋ｐ３ ＜１（ただしｐ１ ≠０）を満足する小数
またはゼロとしたとき、前記結合部は、光導波路間の結
合係数または結合状態の制御手段が装荷された長さｐ１
×Ｌの前段部分結合部、長さ（１−ｐ１ −ｐ２−ｐ
３ ）×Ｌ／２の前段電極付き部分結合部、光導波路間
の結合係数または結合状態の制御手段が装荷された長さ
ｐ２ ×Ｌの中央部分結合部、前記前段電極付き部分結
合部と同じ長さの後段電極付き部分結合部、および光導
波路間の結合係数または結合状態の制御手段が装荷され
た長さｐ３×Ｌの後段部分結合部を前記入射端からこの
順序で光接続して成り、かつ、前記入射側リード部およ
び前記出射側リード部にはそれぞれ光導波路間の結合係
数または結合状態の制御手段が装荷されていることを特
徴とする方向性結合器型光機能素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13628991A JP2994081B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 方向性結合器型光機能素子 |
| US07/891,411 US5255334A (en) | 1991-06-03 | 1992-05-29 | Directional coupler type optical device and a driving method therefor |
| CA002070259A CA2070259A1 (en) | 1991-06-03 | 1992-06-02 | Directional coupler type optical device and a driving method therefor |
| DE69216299T DE69216299T2 (de) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | Richtkoppleroptische Vorrichtung und Steuerverfahren dafür |
| EP92305080A EP0517499B1 (en) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | Directional coupler type optical device and a driving method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13628991A JP2994081B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 方向性結合器型光機能素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360128A true JPH04360128A (ja) | 1992-12-14 |
| JP2994081B2 JP2994081B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=15171694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13628991A Expired - Lifetime JP2994081B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-07 | 方向性結合器型光機能素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2994081B2 (ja) |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP13628991A patent/JP2994081B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2994081B2 (ja) | 1999-12-27 |
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