JPH06324363A - 高消光比方向性結合器型光機能素子 - Google Patents
高消光比方向性結合器型光機能素子Info
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- JPH06324363A JPH06324363A JP11271493A JP11271493A JPH06324363A JP H06324363 A JPH06324363 A JP H06324363A JP 11271493 A JP11271493 A JP 11271493A JP 11271493 A JP11271493 A JP 11271493A JP H06324363 A JPH06324363 A JP H06324363A
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- optical
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- incident
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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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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 多機能を発揮する高消光比方向性結合器型光
機能素子を提供する。 【構成】 完全結合長Ｌ0 の光導波路Ａ，Ｂから成る全
長Ｌの結合部Ｃと、入射側リード部Ｊi と、出射側リー
ド部Ｊ0 とを有し、結合部Ｃでは、長さｌの反転Δβ構
造の電極対ｆN が互いの間隔ｌC でＮ段（ただし、Ｎは
３以上の整数）連続して配置され、かつ、入射端Ａ1 ，
Ｂ1 から第１段目電極対ｆ1 の入射側端部までの距離は
ｌi 、Ｎ段目電極対ｆN の出射側端部から出射端Ａ2 ，
Ｂ2 までの距離はｌo のとき、Ｌ／Ｌ0 ≧２、Ｌ＝ｌi
＋Ｎ（ｌ＋ｌc ）−ｌc ＋ｌo 、κｌi ＋Ｃi ＝κｌo
＋Ｃo 、κｌi ＋Ｃi ＋κｌo＋Ｃo ＝κｌc （式中、
κは結合部における結合係数、Ｃi は、入射側リード導
波路における結合係数の変化関数の入射端までの積分
値、Ｃo は、出射側リード導波路における結合係数の変
化関数の出射端を起点にした積分値）が成立している。
機能素子を提供する。 【構成】 完全結合長Ｌ0 の光導波路Ａ，Ｂから成る全
長Ｌの結合部Ｃと、入射側リード部Ｊi と、出射側リー
ド部Ｊ0 とを有し、結合部Ｃでは、長さｌの反転Δβ構
造の電極対ｆN が互いの間隔ｌC でＮ段（ただし、Ｎは
３以上の整数）連続して配置され、かつ、入射端Ａ1 ，
Ｂ1 から第１段目電極対ｆ1 の入射側端部までの距離は
ｌi 、Ｎ段目電極対ｆN の出射側端部から出射端Ａ2 ，
Ｂ2 までの距離はｌo のとき、Ｌ／Ｌ0 ≧２、Ｌ＝ｌi
＋Ｎ（ｌ＋ｌc ）−ｌc ＋ｌo 、κｌi ＋Ｃi ＝κｌo
＋Ｃo 、κｌi ＋Ｃi ＋κｌo＋Ｃo ＝κｌc （式中、
κは結合部における結合係数、Ｃi は、入射側リード導
波路における結合係数の変化関数の入射端までの積分
値、Ｃo は、出射側リード導波路における結合係数の変
化関数の出射端を起点にした積分値）が成立している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新規構造の高消光比方向
性結合器型光機能素子に関し、更に詳しくは、極めて高
い消光比特性を示し、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高消光比方向
性結合器型光機能素子に関する。
性結合器型光機能素子に関し、更に詳しくは、極めて高
い消光比特性を示し、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高消光比方向
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６に示す。図６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６に示す。図６で示した素子は２入
力・２出力の素子である。
【０００３】この素子においては、互いに等しい路幅Ｗ
を有する２本の光導波路Ａ，Ｂをこれらが完全結合長Ｌ
0 でエバネッセント結合可能となるように近接した間隔
Ｇで平行配置することにより全長Ｌの結合部Ｃが構成さ
れている。そして、光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの入射端
Ａ1 ，Ｂ1 には、路幅が同じくＷであり曲率半径がＲの
曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 が光接続されて入射側リード部
Ｊ i が形成され、また、光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの出
射端Ａ2 ，Ｂ2 には、路幅が同じくＷであり曲率半径が
Ｒの曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 が光接続されて出射側リー
ド部ＪO 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、路幅が同じく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 における路幅中心間の距
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ＧF になっている。
を有する２本の光導波路Ａ，Ｂをこれらが完全結合長Ｌ
0 でエバネッセント結合可能となるように近接した間隔
Ｇで平行配置することにより全長Ｌの結合部Ｃが構成さ
れている。そして、光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの入射端
Ａ1 ，Ｂ1 には、路幅が同じくＷであり曲率半径がＲの
曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 が光接続されて入射側リード部
Ｊ i が形成され、また、光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの出
射端Ａ2 ，Ｂ2 には、路幅が同じくＷであり曲率半径が
Ｒの曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 が光接続されて出射側リー
ド部ＪO 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、路幅が同じく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 における路幅中心間の距
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ＧF になっている。
【０００４】そして、結合部Ｃにおける光導波路Ａ，Ｂ
の上には、電極Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 が装荷されて、
ここから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Ｑ1 と電極Ｑ3 ，電極Ｑ2 と電極Ｑ4
の間隔はほとんどゼロになっている。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Ｅ
3 ，Ｅ4 はそれぞれスルーポート，クロスポートにな
る。
の上には、電極Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 が装荷されて、
ここから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Ｑ1 と電極Ｑ3 ，電極Ｑ2 と電極Ｑ4
の間隔はほとんどゼロになっている。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Ｅ
3 ，Ｅ4 はそれぞれスルーポート，クロスポートにな
る。
【０００５】この光機能素子の場合、電極Ｑ1 ，Ｑ2 ，
Ｑ3 ，Ｑ4 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、完全なスルー状態を実現
することができず、消光比の低下が引き起こされる。こ
れは、結合部Ｃの入射端や出射端の近傍では、曲線光導
波路Ｄ1 ，Ｄ2 、曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 におけるそれ
ぞれの間隔が狭くなって間隔Ｇに近似してくるため、こ
の結合部近傍では、結局、わずかではあるが結合を生じ
てくるからである。
Ｑ3 ，Ｑ4 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、完全なスルー状態を実現
することができず、消光比の低下が引き起こされる。こ
れは、結合部Ｃの入射端や出射端の近傍では、曲線光導
波路Ｄ1 ，Ｄ2 、曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 におけるそれ
ぞれの間隔が狭くなって間隔Ｇに近似してくるため、こ
の結合部近傍では、結局、わずかではあるが結合を生じ
てくるからである。
【０００６】このような問題を解決するために、本発明
者らは、入射側リード部Ｊi と出射側リード部ＪO にお
ける結合効果を補償し、もってスルー状態とクロス状態
のいずれにおいても消光比を高めることができる構造の
方向性結合器型光スイッチを開発し、それを既に特願平
３−２６８号として出願した。
者らは、入射側リード部Ｊi と出射側リード部ＪO にお
ける結合効果を補償し、もってスルー状態とクロス状態
のいずれにおいても消光比を高めることができる構造の
方向性結合器型光スイッチを開発し、それを既に特願平
３−２６８号として出願した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記出
願の方向性結合器型光スイッチの場合、結合部に装荷す
る電極は２対である。そして、スイッチング速度の高速
化を目的として、結合部に装荷する電極対の数を増加さ
せると、入射側リード部と出射側リード部の結合に基づ
く消光比の劣化を補償することができなくなる。
願の方向性結合器型光スイッチの場合、結合部に装荷す
る電極は２対である。そして、スイッチング速度の高速
化を目的として、結合部に装荷する電極対の数を増加さ
せると、入射側リード部と出射側リード部の結合に基づ
く消光比の劣化を補償することができなくなる。
【０００８】また、上記出願の方向性結合器型光スイッ
チは光偏波スイッチとして機能しないという問題があ
る。本発明は、特願平３−２６８号として提案した方向
性結合器型光スイッチにおける上記した問題を解決し、
優れた消光比特性を有すると同時に、駆動方法によって
は、各種の機能を発揮する高消光比方向性結合器型光機
能素子の提供を目的とする。
チは光偏波スイッチとして機能しないという問題があ
る。本発明は、特願平３−２６８号として提案した方向
性結合器型光スイッチにおける上記した問題を解決し、
優れた消光比特性を有すると同時に、駆動方法によって
は、各種の機能を発揮する高消光比方向性結合器型光機
能素子の提供を目的とする。
【０００９】
【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る屈折率制御が可能な構造
を有する材料から成る等幅な２本の光導波路が完全結合
長Ｌ0 でエバネッセント結合して平行配置されている全
長Ｌ1 の結合部と、前記結合部の入射端で光接続する曲
線または直線の光導波路から成る入射側リード部と、前
記結合部の出射端で光接続する曲線の光導波路から成る
出射側リード部とを有し、前記結合部では、長さｌの反
転Δβ構造の電極対が互いの間隔ｌC でＮ段（ただし、
Ｎは３以上の整数を表す）連続して配置され、かつ、前
記結合部の入射端から第１段目電極対の入射側端部まで
の距離はｌi 、Ｎ段目電極対の出射側端部から前記結合
部の出射端までの距離はｌ o になっている方向性結合器
型光機能素子であって、前記Ｌ，Ｌ0 ，Ｎ，ｌ，ｌc ，
ｌi ，ｌo の間では、次式： Ｌ／Ｌ0 ≧２ ……（１） Ｌ＝ｌi ＋Ｎ（ｌ＋ｌc ）−ｌc ＋ｌo ……（２） κｌi ＋Ｃi ＝κｌo ＋Ｃo ……（３） κｌi ＋Ｃi ＋κｌo ＋Ｃo ＝κｌc ……（４） （式中、κは結合部における結合係数を表し、Ｃi は、
入射側リード導波路における結合係数の変化の関数を光
の進行方向につき結合部の入射端まで積分した値を表
し、Ｃo は、出射側リード導波路における結合係数の変
化の関数を光の進行方向につき結合部の出射端を起点に
して積分した値を表す。）が成立していることを特徴と
する高消光比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る屈折率制御が可能な構造
を有する材料から成る等幅な２本の光導波路が完全結合
長Ｌ0 でエバネッセント結合して平行配置されている全
長Ｌ1 の結合部と、前記結合部の入射端で光接続する曲
線または直線の光導波路から成る入射側リード部と、前
記結合部の出射端で光接続する曲線の光導波路から成る
出射側リード部とを有し、前記結合部では、長さｌの反
転Δβ構造の電極対が互いの間隔ｌC でＮ段（ただし、
Ｎは３以上の整数を表す）連続して配置され、かつ、前
記結合部の入射端から第１段目電極対の入射側端部まで
の距離はｌi 、Ｎ段目電極対の出射側端部から前記結合
部の出射端までの距離はｌ o になっている方向性結合器
型光機能素子であって、前記Ｌ，Ｌ0 ，Ｎ，ｌ，ｌc ，
ｌi ，ｌo の間では、次式： Ｌ／Ｌ0 ≧２ ……（１） Ｌ＝ｌi ＋Ｎ（ｌ＋ｌc ）−ｌc ＋ｌo ……（２） κｌi ＋Ｃi ＝κｌo ＋Ｃo ……（３） κｌi ＋Ｃi ＋κｌo ＋Ｃo ＝κｌc ……（４） （式中、κは結合部における結合係数を表し、Ｃi は、
入射側リード導波路における結合係数の変化の関数を光
の進行方向につき結合部の入射端まで積分した値を表
し、Ｃo は、出射側リード導波路における結合係数の変
化の関数を光の進行方向につき結合部の出射端を起点に
して積分した値を表す。）が成立していることを特徴と
する高消光比方向性結合器型光機能素子が提供される。
【００１０】以下に、２入力・２出力の光機能素子を例
にして添付図面に基づいて本発明の光機能素子を詳細に
説明する。ここで、図１は、本発明の光機能素子の基本
構成の概念を示す平面パターン図である。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Ｃが後述するような構成をとることを除いては、図で
示した従来の２入力・２出力方向性結合器型と変わるこ
とはない。
にして添付図面に基づいて本発明の光機能素子を詳細に
説明する。ここで、図１は、本発明の光機能素子の基本
構成の概念を示す平面パターン図である。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Ｃが後述するような構成をとることを除いては、図で
示した従来の２入力・２出力方向性結合器型と変わるこ
とはない。
【００１１】まず、結合部Ｃは、等幅（路幅Ｗ）の２本
の光導波路Ａ，Ｂを完全結合長Ｌ0でエバネッセント結
合が可能な間隔Ｇとなるように互いに近接して平行配置
されることにより形成され、その全長はＬになってい
る。これら光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの入射端Ａ1 ，Ｂ
1 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Ｊi を構成
し、また光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの出射端Ａ2 ，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Ｊ0 を構成している。更
にこれら曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 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Ｇ2 で路幅Ｗの直線光導波路Ｅ3 ，Ｅ
4 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。
の光導波路Ａ，Ｂを完全結合長Ｌ0でエバネッセント結
合が可能な間隔Ｇとなるように互いに近接して平行配置
されることにより形成され、その全長はＬになってい
る。これら光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの入射端Ａ1 ，Ｂ
1 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Ｊi を構成
し、また光導波路Ａ，Ｂのそれぞれの出射端Ａ2 ，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Ｊ0 を構成している。更
にこれら曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 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Ｇ2 で路幅Ｗの直線光導波路Ｅ3 ，Ｅ
4 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。
【００１２】なお、本発明においては、入射側リード部
Ｊi と出射側リードＪ0 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Ｅ
2 ，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構成してよい。
Ｊi と出射側リードＪ0 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Ｅ
2 ，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構成してよい。
【００１３】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。この結合部Ｃにおいては、光導波路Ａ，Ｂの長
手方向に、１段の長さがｌである反転Δβ構造の電極対
ｆN が互いにｌc の間隔を置いてＮ段連続して装荷され
ている。ただし、Ｎは３以上の整数、すなわち電極対ｆ
N は３段以上装荷されている。それゆえ、図で示したよ
うに、第１段目電極対ｆ1 を＋Δβ型とすれば、第２段
目電極対ｆ2 は−Δβ型となり、総じて、Ｎが奇数の場
合には、最終段電極対ｆN は＋Δβ型になり、Ｎが偶数
の場合には最終段電極対ｆN は−Δβ型になる。
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。この結合部Ｃにおいては、光導波路Ａ，Ｂの長
手方向に、１段の長さがｌである反転Δβ構造の電極対
ｆN が互いにｌc の間隔を置いてＮ段連続して装荷され
ている。ただし、Ｎは３以上の整数、すなわち電極対ｆ
N は３段以上装荷されている。それゆえ、図で示したよ
うに、第１段目電極対ｆ1 を＋Δβ型とすれば、第２段
目電極対ｆ2 は−Δβ型となり、総じて、Ｎが奇数の場
合には、最終段電極対ｆN は＋Δβ型になり、Ｎが偶数
の場合には最終段電極対ｆN は−Δβ型になる。
【００１４】このＮ段の電極対のうち、Ｍ段目とＭ＋１
段目とＭ＋２段目（ただし、Ｍは１，２，３，……，Ｎ
−１の整数である）における電極対ｆM ，ｆM+1 ，ｆ
M+2 の構造と相互の接続状態は図２で示したようになっ
ている。すなわち、光導波路Ａに長さｌの電極Ｆ1 が間
隔ｌc で連続して装荷され、また光導波路Ｂには長手方
向で電極Ｆ1 と同じ位置に電極Ｆ1 と同じ長さｌの電極
Ｆ2 が間隔ｌc で連続して装荷されている。ここで、電
極Ｆ1 と電極Ｆ2 で、それぞれ、Ｍ段目，Ｍ＋１段目，
Ｍ＋２段目の電極対ｆM ，ｆM+1 ，ｆM+2 が構成されて
いる。
段目とＭ＋２段目（ただし、Ｍは１，２，３，……，Ｎ
−１の整数である）における電極対ｆM ，ｆM+1 ，ｆ
M+2 の構造と相互の接続状態は図２で示したようになっ
ている。すなわち、光導波路Ａに長さｌの電極Ｆ1 が間
隔ｌc で連続して装荷され、また光導波路Ｂには長手方
向で電極Ｆ1 と同じ位置に電極Ｆ1 と同じ長さｌの電極
Ｆ2 が間隔ｌc で連続して装荷されている。ここで、電
極Ｆ1 と電極Ｆ2 で、それぞれ、Ｍ段目，Ｍ＋１段目，
Ｍ＋２段目の電極対ｆM ，ｆM+1 ，ｆM+2 が構成されて
いる。
【００１５】そして、電極対ｆM の電極Ｆ2 と電極対ｆ
M+1 の電極Ｆ1 と電極対ｆM+2 の電極Ｆ2 とが交互にリ
ードによって接続され、また電極ｆM の電極Ｆ1 と電極
ｆM+ 1 の電極Ｆ2 と電極対ｆM+2 の電極Ｆ1 とが交互に
リードによって接続されている。このように、各電極対
の間では、光導波路Ａに装荷された電極と光導波路Ｂに
装荷された電極を交互に電気的に接続することにより、
全体として反転Δβ構造の電極対がＮ段形成される。
M+1 の電極Ｆ1 と電極対ｆM+2 の電極Ｆ2 とが交互にリ
ードによって接続され、また電極ｆM の電極Ｆ1 と電極
ｆM+ 1 の電極Ｆ2 と電極対ｆM+2 の電極Ｆ1 とが交互に
リードによって接続されている。このように、各電極対
の間では、光導波路Ａに装荷された電極と光導波路Ｂに
装荷された電極を交互に電気的に接続することにより、
全体として反転Δβ構造の電極対がＮ段形成される。
【００１６】また、結合部Ｃにおいては、上記した構造
の電極対のうち第１段目の電極対ｆ 1 の入射側端部と結
合部Ｃの入射端Ａ1 ，Ｂ1 との距離はｌi であり、また
最終段の電極対ｆN の出射側端部と結合部Ｃの出射端Ａ
2 ，Ｂ2 との距離はｌ0 になっている。本発明の光機能
素子では、以上説明した構成において、前記した各パラ
メータは前記した式（１）〜式（４）に基づき次のよう
にして決定される。
の電極対のうち第１段目の電極対ｆ 1 の入射側端部と結
合部Ｃの入射端Ａ1 ，Ｂ1 との距離はｌi であり、また
最終段の電極対ｆN の出射側端部と結合部Ｃの出射端Ａ
2 ，Ｂ2 との距離はｌ0 になっている。本発明の光機能
素子では、以上説明した構成において、前記した各パラ
メータは前記した式（１）〜式（４）に基づき次のよう
にして決定される。
【００１７】まず、結合部Ｃの全長Ｌは、この結合部Ｃ
における完全結合長Ｌ0 との関係で、大きくは、式
（１）を満足する長さとして設定されることが必要であ
る。例えば、Ｈ．Kogelnikが、ＩＥＥＥ，Journal of Q
uantum Electronics, vol.ＱＥ−１２，No. １７，Jul
y, 1976, pp.396〜401 の論文で提案した反転Δβ構造
の電極対を２対備えている方向性結合器型光スイッチの
場合、クロス状態とスルー状態を実現するためには、Ｌ
とＬ0 の間では１≦Ｌ／Ｌ0 ≦３の関係を成立させるこ
とを必要としている。
における完全結合長Ｌ0 との関係で、大きくは、式
（１）を満足する長さとして設定されることが必要であ
る。例えば、Ｈ．Kogelnikが、ＩＥＥＥ，Journal of Q
uantum Electronics, vol.ＱＥ−１２，No. １７，Jul
y, 1976, pp.396〜401 の論文で提案した反転Δβ構造
の電極対を２対備えている方向性結合器型光スイッチの
場合、クロス状態とスルー状態を実現するためには、Ｌ
とＬ0 の間では１≦Ｌ／Ｌ0 ≦３の関係を成立させるこ
とを必要としている。
【００１８】また、一般には、結合部Ｃの光導波路に電
極対が３以上装荷される場合には、１≦Ｌ／Ｌ0 を満た
すことが必要になる。しかしながら、同一の素子で後述
するような多機能を発現させるためには、２≦Ｌ／Ｌ0
の関係が成立していなければならない。本発明の光機能
素子は、この式（１）で示される関係を満たすことによ
って、少なくとも光変調機能も可能な光スイッチ、モー
ドスプリッタあるいは光偏波スイッチとしての機能をも
発現できるようにしたものである。
極対が３以上装荷される場合には、１≦Ｌ／Ｌ0 を満た
すことが必要になる。しかしながら、同一の素子で後述
するような多機能を発現させるためには、２≦Ｌ／Ｌ0
の関係が成立していなければならない。本発明の光機能
素子は、この式（１）で示される関係を満たすことによ
って、少なくとも光変調機能も可能な光スイッチ、モー
ドスプリッタあるいは光偏波スイッチとしての機能をも
発現できるようにしたものである。
【００１９】式（１）の成立を前提として結合部Ｃの全
長Ｌを決定したのち、本発明の光機能素子における結合
部Ｃにおける各構成部分の値は次のようにして決められ
る。その場合、入射側リード部Ｊi における曲線光導波
路Ｄ1 ，Ｄ2 の曲率半径Ｒ 1 ，出射側リード部Ｊ0 にお
ける曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 の曲率半径Ｒ2 ，結合部Ｃ
の光導波路に装荷する電極対ｆN の段数Ｎ，および結合
部Ｃにおける距離ｌ i ，ｌo のいずれか一方はいずれも
独立変数であって、設計基準に基づいて一義的に設定す
ることができる。したがって、本発明の光機能素子の製
造に当たっては、電極対ｆN の長さｌ，電極対間の距離
ｌc ，及び結合部Ｃにおける距離ｌi，ｌo のいずれか
一方が従属変数となる。
長Ｌを決定したのち、本発明の光機能素子における結合
部Ｃにおける各構成部分の値は次のようにして決められ
る。その場合、入射側リード部Ｊi における曲線光導波
路Ｄ1 ，Ｄ2 の曲率半径Ｒ 1 ，出射側リード部Ｊ0 にお
ける曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 の曲率半径Ｒ2 ，結合部Ｃ
の光導波路に装荷する電極対ｆN の段数Ｎ，および結合
部Ｃにおける距離ｌ i ，ｌo のいずれか一方はいずれも
独立変数であって、設計基準に基づいて一義的に設定す
ることができる。したがって、本発明の光機能素子の製
造に当たっては、電極対ｆN の長さｌ，電極対間の距離
ｌc ，及び結合部Ｃにおける距離ｌi，ｌo のいずれか
一方が従属変数となる。
【００２０】まず、式（３），式（４）におけるＣi ，
Ｃo が次のようにして決められる。ここで、Ｃi は、入
射側リード導波路間の結合係数κを光の進行方向につき
結合部Ｃの入射端Ａ1 ，Ｂ1 まで積分した値である。し
たがって、図１で示したように入射端Ａ1 ，Ｂ1 を原点
とし、光の進行方向をＺとして、入射端Ａ1 ，Ｂ1 にま
で至るκの変化の関数をκRi（Ｚ）とすると、Ｃi は次
式：
Ｃo が次のようにして決められる。ここで、Ｃi は、入
射側リード導波路間の結合係数κを光の進行方向につき
結合部Ｃの入射端Ａ1 ，Ｂ1 まで積分した値である。し
たがって、図１で示したように入射端Ａ1 ，Ｂ1 を原点
とし、光の進行方向をＺとして、入射端Ａ1 ，Ｂ1 にま
で至るκの変化の関数をκRi（Ｚ）とすると、Ｃi は次
式：
【００２１】
【数１】
【００２２】に基づいて計算することができる。また、
Ｃ0 は、出射側リード導波路間の結合係数κを光の進行
方向につき結合部Ｃの出射端Ａ2 ，Ｂ2 を起点にして積
分した値である。したがって、図１で示したように入射
端Ａ1 ，Ｂ1 を原点とし、光の進行方向をＺとして、出
射端Ａ2 ，Ｂ2 からのκの変化の関数をκR0（Ｚ）とす
ると、Ｃ 0 は次式：
Ｃ0 は、出射側リード導波路間の結合係数κを光の進行
方向につき結合部Ｃの出射端Ａ2 ，Ｂ2 を起点にして積
分した値である。したがって、図１で示したように入射
端Ａ1 ，Ｂ1 を原点とし、光の進行方向をＺとして、出
射端Ａ2 ，Ｂ2 からのκの変化の関数をκR0（Ｚ）とす
ると、Ｃ 0 は次式：
【００２３】
【数２】
【００２４】に基づいて計算することができる。さて、
入射側リード部Ｊi の曲率半径Ｒ1 を決めることによ
り、式（５）に基づいてＣi を決定することができ、出
射側リード部Ｊ0 の曲率半径Ｒ2 を決めることにより、
式（６）に基づいてＣ0 を決定することができる。つい
で、ｌi ，ｌ0 のいずれかを決定すれば、式（３）に基
づいて他方の値が決定される。したがって、式（４）に
基づき電極対の間隔ｌc が決定される。
入射側リード部Ｊi の曲率半径Ｒ1 を決めることによ
り、式（５）に基づいてＣi を決定することができ、出
射側リード部Ｊ0 の曲率半径Ｒ2 を決めることにより、
式（６）に基づいてＣ0 を決定することができる。つい
で、ｌi ，ｌ0 のいずれかを決定すれば、式（３）に基
づいて他方の値が決定される。したがって、式（４）に
基づき電極対の間隔ｌc が決定される。
【００２５】最後に、設定した結合部Ｃの長さＬの領域
に装荷する電極対の段数Ｎに対応して、式（２）に基づ
き電極対ｆN の長さｌが決定される。かくして、結合部
Ｃにおける全ての構成部分の寸法が決定される。
に装荷する電極対の段数Ｎに対応して、式（２）に基づ
き電極対ｆN の長さｌが決定される。かくして、結合部
Ｃにおける全ての構成部分の寸法が決定される。
【００２６】
【作用】通常の２入力・２出力方向性結合器の入射側リ
ード部と出射側リードには曲線導波路が光接続される
が、その場合、両者の対称性を確保するために、曲線導
波路の曲率半径は同じ値に設定される。しかしながら、
１入力・２出力方向性結合器の場合や、ｋ個の２入力・
２出力方向性結合器またはｋ個の１入力・２出力方向性
結合器を集積して多入力・多出力方向性結合器にした場
合には、各単位方向性結合器の接続時に、入射側リード
部と出射側リード部では必ずしも対称性が確保されると
は限らない。
ード部と出射側リードには曲線導波路が光接続される
が、その場合、両者の対称性を確保するために、曲線導
波路の曲率半径は同じ値に設定される。しかしながら、
１入力・２出力方向性結合器の場合や、ｋ個の２入力・
２出力方向性結合器またはｋ個の１入力・２出力方向性
結合器を集積して多入力・多出力方向性結合器にした場
合には、各単位方向性結合器の接続時に、入射側リード
部と出射側リード部では必ずしも対称性が確保されると
は限らない。
【００２７】そのため、入射側リード部と出射側リード
部における結合が異なり、その結果、クロス状態のスイ
ッチングにおける消光比は大幅に低下することがある。
本発明の光機能素子の場合は、式（３）が成立している
ので、入射側リード部Ｊi と距離ｌi を合わせた部分が
新たに等価的な入射側リード部（Ｊi ＋ｌi ）になり、
また出射側リード部Ｊ0 と距離ｌ0 を合わせた部分が新
たに等価的な出射側リード部（Ｊ0 ＋ｌ0 ）になる。し
たがって、入・出射側リード部Ｊi ，Ｊ 0 における曲率
半径Ｒ1 ，Ｒ2 が互いに異なってこれらリード部Ｊi ，
Ｊ0 の結合が対称でない場合であっても、前記した等価
的な入・出射側リード部の全体の作用で、クロス状態に
おける消光比劣化が防止される。
部における結合が異なり、その結果、クロス状態のスイ
ッチングにおける消光比は大幅に低下することがある。
本発明の光機能素子の場合は、式（３）が成立している
ので、入射側リード部Ｊi と距離ｌi を合わせた部分が
新たに等価的な入射側リード部（Ｊi ＋ｌi ）になり、
また出射側リード部Ｊ0 と距離ｌ0 を合わせた部分が新
たに等価的な出射側リード部（Ｊ0 ＋ｌ0 ）になる。し
たがって、入・出射側リード部Ｊi ，Ｊ 0 における曲率
半径Ｒ1 ，Ｒ2 が互いに異なってこれらリード部Ｊi ，
Ｊ0 の結合が対称でない場合であっても、前記した等価
的な入・出射側リード部の全体の作用で、クロス状態に
おける消光比劣化が防止される。
【００２８】また、本発明の光機能素子においては、式
（２）〜式（６）に基づいて結合部Ｃにおける電極対の
長さｌと電極対間の間隔ｌc を決めているので、入射側
リード部や出射側リード部における結合が生じている場
合であっても、スルー状態の消光比劣化が防止されるこ
とになる。
（２）〜式（６）に基づいて結合部Ｃにおける電極対の
長さｌと電極対間の間隔ｌc を決めているので、入射側
リード部や出射側リード部における結合が生じている場
合であっても、スルー状態の消光比劣化が防止されるこ
とになる。
【００２９】
実施例１ 図３の平面パターン図で示すような本発明の光機能素子
を製造した。この素子は、図１で示した素子において、
結合部Ｃにおける電極対を３段設け、図２で示したよう
に相互を電気的に接続したものである。すなわち、Ｎ＝
３の場合の光機能素子である。
を製造した。この素子は、図１で示した素子において、
結合部Ｃにおける電極対を３段設け、図２で示したよう
に相互を電気的に接続したものである。すなわち、Ｎ＝
３の場合の光機能素子である。
【００３０】図において、結合部Ｃの長さＬは８．０mm
に設定されている。そして、光導波路Ａ，Ｂの間隔Ｇは
３．０μｍ，スルーポートＥ3 とクロスポートＥ4 の間
隔および入射ポートＥ1 と入射ポートＥ2 の間隔はいず
れも同じでＧ1 μｍ，入射側リード部Ｊi におけ
る曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 の曲率半径Ｒ1 は５０μｍ，
出射側リード部Ｊ0 における曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 の
曲率半径Ｒ2 は３０μｍ，全ての光導波路の路幅Ｗは７
μｍになっている。
に設定されている。そして、光導波路Ａ，Ｂの間隔Ｇは
３．０μｍ，スルーポートＥ3 とクロスポートＥ4 の間
隔および入射ポートＥ1 と入射ポートＥ2 の間隔はいず
れも同じでＧ1 μｍ，入射側リード部Ｊi におけ
る曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 の曲率半径Ｒ1 は５０μｍ，
出射側リード部Ｊ0 における曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 の
曲率半径Ｒ2 は３０μｍ，全ての光導波路の路幅Ｗは７
μｍになっている。
【００３１】この素子は、素子全体の構成として上記し
た平面パターンと後述する断面構造を採用することによ
り、完全結合長Ｌ0 は3.０３６mmであり、結合係数κ
は、κ＝π／（２Ｌ0 ）からκ＝0.５１７３９（ /mm）
になっている。この素子では、入射側リード部Ｊi と出
射側リード部Ｊ0 における曲線光導波路の曲率半径がＲ
1 ＞Ｒ2 の関係にあるため、入射側リード部Ｊi と出射
側リード部Ｊ0 では結合が異なり、しかも入射側リード
部Ｊi における結合強度は出射側リード部Ｊ0 における
結合強度よりも強くなる。
た平面パターンと後述する断面構造を採用することによ
り、完全結合長Ｌ0 は3.０３６mmであり、結合係数κ
は、κ＝π／（２Ｌ0 ）からκ＝0.５１７３９（ /mm）
になっている。この素子では、入射側リード部Ｊi と出
射側リード部Ｊ0 における曲線光導波路の曲率半径がＲ
1 ＞Ｒ2 の関係にあるため、入射側リード部Ｊi と出射
側リード部Ｊ0 では結合が異なり、しかも入射側リード
部Ｊi における結合強度は出射側リード部Ｊ0 における
結合強度よりも強くなる。
【００３２】したがって、この光機能素子の製造に当た
っては、図１におけるｌi をゼロに設計した。すなわ
ち、入射側リード部Ｊi の曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 を、
直接、結合部Ｃにおける光導波路Ａ，Ｂの入射端Ａ1 ，
Ｂ1 にそれぞれ光接続した。式（５），式（６）に基づ
いて、Ｃi ，Ｃ0 をそれぞれ計算し、その値を式（３）
に代入し、かつ、ｌi ＝０を代入することによって、ｌ
0 は、５８．５μｍに設定されている。
っては、図１におけるｌi をゼロに設計した。すなわ
ち、入射側リード部Ｊi の曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 を、
直接、結合部Ｃにおける光導波路Ａ，Ｂの入射端Ａ1 ，
Ｂ1 にそれぞれ光接続した。式（５），式（６）に基づ
いて、Ｃi ，Ｃ0 をそれぞれ計算し、その値を式（３）
に代入し、かつ、ｌi ＝０を代入することによって、ｌ
0 は、５８．５μｍに設定されている。
【００３３】したがって、電極対の間隔ｌc は、式
（４）にｌ0 ＝５８．５を代入した計算値に基づき６５
３．５μｍに設定されている。また、全ての電極対の長
さｌは、式（２）から計算して２２１１．５μｍに設定
されている。この結合部Ｃにおける電極対ｆ1 ，ｆ2 ，
ｆ3 が装荷されている個所の断面構造は、いずれも、図
３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である図４で示したよう
な構成になっている。
（４）にｌ0 ＝５８．５を代入した計算値に基づき６５
３．５μｍに設定されている。また、全ての電極対の長
さｌは、式（２）から計算して２２１１．５μｍに設定
されている。この結合部Ｃにおける電極対ｆ1 ，ｆ2 ，
ｆ3 が装荷されている個所の断面構造は、いずれも、図
３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である図４で示したよう
な構成になっている。
【００３４】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+ ＧａＡｓか
ら成る基板２，ｎ+ ＧａＡｓから成る厚み０．５μｍの
バッファ層３，ｎ+ Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓから成る厚み
３．０μｍの部分クラッド層４，ｎ- ＧａＡｓから成る
厚み１．０μｍ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- Ａｌ0.1 Ｇａ0.9
Ａｓから成る厚み０．９μｍのクラッド６ａ，ｐ- Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓから成る厚み０．６μｍのクラッド６
ｂ，ｐ+ Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓから成るキャップ６ｃ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（７μｍ）である２本の光導波
路Ａ，Ｂが間隔Ｇ（３．０μｍ），路高１．０μｍでリ
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+ ＧａＡｓか
ら成る基板２，ｎ+ ＧａＡｓから成る厚み０．５μｍの
バッファ層３，ｎ+ Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓから成る厚み
３．０μｍの部分クラッド層４，ｎ- ＧａＡｓから成る
厚み１．０μｍ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- Ａｌ0.1 Ｇａ0.9
Ａｓから成る厚み０．９μｍのクラッド６ａ，ｐ- Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓから成る厚み０．６μｍのクラッド６
ｂ，ｐ+ Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓから成るキャップ６ｃ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（７μｍ）である２本の光導波
路Ａ，Ｂが間隔Ｇ（３．０μｍ），路高１．０μｍでリ
ッジ状に形成されている。
【００３５】そして、電極対ｆ2 （ｆ1 ，ｆ3 ）が装荷
される個所では、それぞれの光導波路Ａ，Ｂ表面の絶縁
膜７の一部をスリット状に除去して窓７ａ，７ａを形成
し、ここからそれぞれのキャップ６ｃの上面にＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕを例えば蒸着して電極Ｆ1 ，Ｆ2 が形成されて
いる。次に、この光機能素子の動作と機能について説明
する。 （１）光スイッチとしての動作 曲線光導波路Ｅ1 から結合部Ｃにおける入射端Ａ1 に波
長１．３μｍのＴＥモード光を入射し、その状態で、第
１段目の電極対ｆ1 の電極Ｆ1 ，第２段目の電極対ｆ2
の電極Ｆ2 、および第３段目の電極対ｆ3 の電極Ｆ
1 （または、第１段目の電極対ｆ1 の電極Ｆ2 ，第２段
目の電極対ｆ2 の電極Ｆ1 、および第３段目の電極対ｆ
3 の電極Ｆ2 ）に逆電圧を印加した。ある電圧値Ｖ1 で
スルー状態が得られた。
される個所では、それぞれの光導波路Ａ，Ｂ表面の絶縁
膜７の一部をスリット状に除去して窓７ａ，７ａを形成
し、ここからそれぞれのキャップ６ｃの上面にＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕを例えば蒸着して電極Ｆ1 ，Ｆ2 が形成されて
いる。次に、この光機能素子の動作と機能について説明
する。 （１）光スイッチとしての動作 曲線光導波路Ｅ1 から結合部Ｃにおける入射端Ａ1 に波
長１．３μｍのＴＥモード光を入射し、その状態で、第
１段目の電極対ｆ1 の電極Ｆ1 ，第２段目の電極対ｆ2
の電極Ｆ2 、および第３段目の電極対ｆ3 の電極Ｆ
1 （または、第１段目の電極対ｆ1 の電極Ｆ2 ，第２段
目の電極対ｆ2 の電極Ｆ1 、および第３段目の電極対ｆ
3 の電極Ｆ2 ）に逆電圧を印加した。ある電圧値Ｖ1 で
スルー状態が得られた。
【００３６】そして、上記電圧値Ｖ1 より高い電圧値Ｖ
2 を印加したところクロス状態が得られた。なお、両状
態における消光比はいずれも３０数ｄＢ程度であって、
充分に光スイッチとして機能することができた。 （２）光偏波スプリッタとしての動作 曲線光導波路Ｅ1 から結合部Ｃにおける入射端Ａ1 に波
長１．３μｍのＴＥモードとＴＭモードが共存している
光を入射し、その状態で、第１段目の電極対ｆ1 の電極
Ｆ1 ，第２段目の電極対ｆ2 の電極Ｆ2 、および第３段
目の電極対ｆ 3 の電極Ｆ1 （または、第１段目の電極対
ｆ1 の電極Ｆ2 ，第２段目の電極対ｆ 2 の電極Ｆ1 、お
よび第３段目の電極対ｆ3 の電極Ｆ2 ）から順バイアス
方向に電流を注入した。
2 を印加したところクロス状態が得られた。なお、両状
態における消光比はいずれも３０数ｄＢ程度であって、
充分に光スイッチとして機能することができた。 （２）光偏波スプリッタとしての動作 曲線光導波路Ｅ1 から結合部Ｃにおける入射端Ａ1 に波
長１．３μｍのＴＥモードとＴＭモードが共存している
光を入射し、その状態で、第１段目の電極対ｆ1 の電極
Ｆ1 ，第２段目の電極対ｆ2 の電極Ｆ2 、および第３段
目の電極対ｆ 3 の電極Ｆ1 （または、第１段目の電極対
ｆ1 の電極Ｆ2 ，第２段目の電極対ｆ 2 の電極Ｆ1 、お
よび第３段目の電極対ｆ3 の電極Ｆ2 ）から順バイアス
方向に電流を注入した。
【００３７】ある電流値Ｉ0 で、ＴＥモード光とＴＭモ
ード光の全てが直線光導波路Ｅ3 （スルーポート）から
出射し、スルー状態が得られた。この状態を保持したま
ま、つぎに、第１段目の電極対ｆ1 の電極Ｆ2 ，第２段
目の電極対ｆ2 の電極Ｆ1 ，および第３段目の電極対ｆ
3 の電極Ｆ2 （または、第１段目の電極対ｆ1 の電極Ｆ
1 ，第２段目の電極対ｆ2 の電極Ｆ2 ，および第３段目
の電極対ｆ3 の電極Ｆ1 ）に逆バイアスの電圧を印加し
たところ、ある電圧値Ｖ10で直線光導波路Ｅ4 （クロス
ポート）からは全てのＴＥモード光が出射した。
ード光の全てが直線光導波路Ｅ3 （スルーポート）から
出射し、スルー状態が得られた。この状態を保持したま
ま、つぎに、第１段目の電極対ｆ1 の電極Ｆ2 ，第２段
目の電極対ｆ2 の電極Ｆ1 ，および第３段目の電極対ｆ
3 の電極Ｆ2 （または、第１段目の電極対ｆ1 の電極Ｆ
1 ，第２段目の電極対ｆ2 の電極Ｆ2 ，および第３段目
の電極対ｆ3 の電極Ｆ1 ）に逆バイアスの電圧を印加し
たところ、ある電圧値Ｖ10で直線光導波路Ｅ4 （クロス
ポート）からは全てのＴＥモード光が出射した。
【００３８】すなわち、ＴＭモード光はスルー状態で、
ＴＭモード光はクロス状態で出射し、入射した両モード
光は分離されたことになる。なお、両偏波の消光比はい
ずれも３０数ｄＢ程度であって、充分に光偏波スプリッ
タとして機能することができた。 （３）偏波スイッチとしての動作 また、上記した動作において、電極対ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3
への注入電流を、前記したＩ10より大きい電流値Ｉ20に
すると、ＴＥモード光とＴＭモード光の全ては直線光導
波路Ｅ3 （クロスポート）から出射した。
ＴＭモード光はクロス状態で出射し、入射した両モード
光は分離されたことになる。なお、両偏波の消光比はい
ずれも３０数ｄＢ程度であって、充分に光偏波スプリッ
タとして機能することができた。 （３）偏波スイッチとしての動作 また、上記した動作において、電極対ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3
への注入電流を、前記したＩ10より大きい電流値Ｉ20に
すると、ＴＥモード光とＴＭモード光の全ては直線光導
波路Ｅ3 （クロスポート）から出射した。
【００３９】そして、この状態を保持したまま、つぎに
電極対ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 に逆バイアス電圧を印加して、
その電圧値がある電圧値Ｖ20（Ｖ20≠Ｖ10）になると、
全てのＴＥモード光はスルーポートＥ3 から出射した。
すなわち、最初はスルーポートＥ3 からＴＭモード光
が、クロスポートＥ4 からＴＥモード光が出射していた
状態を、スルーポートＥ3 からＴＥモード光，クロスポ
ートＥ4 からＴＭモード光を出射させる状態に切替える
ことができ、偏波スイッチとして機能した。
電極対ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 に逆バイアス電圧を印加して、
その電圧値がある電圧値Ｖ20（Ｖ20≠Ｖ10）になると、
全てのＴＥモード光はスルーポートＥ3 から出射した。
すなわち、最初はスルーポートＥ3 からＴＭモード光
が、クロスポートＥ4 からＴＥモード光が出射していた
状態を、スルーポートＥ3 からＴＥモード光，クロスポ
ートＥ4 からＴＭモード光を出射させる状態に切替える
ことができ、偏波スイッチとして機能した。
【００４０】なお、この場合も、両偏波の消光比はいず
れも３０数ｄＢ程度であり、充分に光偏波スイッチとし
て機能することができた。 実施例２ 図５の平面パターンで示すような本発明の光機能素子を
製造した。この素子は、１入力・２出力の光機能素子で
あり、入射側リード部Ｊi と出射側リード部Ｊ 0 は完全
に非対称な構造になっている。
れも３０数ｄＢ程度であり、充分に光偏波スイッチとし
て機能することができた。 実施例２ 図５の平面パターンで示すような本発明の光機能素子を
製造した。この素子は、１入力・２出力の光機能素子で
あり、入射側リード部Ｊi と出射側リード部Ｊ 0 は完全
に非対称な構造になっている。
【００４１】この素子の断面構造は実施例１の素子の場
合と同じであり、また、出射側リード部Ｊ0 における曲
線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 の曲率半径はＲ2 ＝５０μｍにな
っている以外、路幅Ｗ，間隔Ｇ，電極対は実施例１の素
子と同じである。この機能素子の場合は、出射側リード
部Ｊ0 でのみ結合が生ずるので、図１におけるｌ0 をゼ
ロとした。
合と同じであり、また、出射側リード部Ｊ0 における曲
線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 の曲率半径はＲ2 ＝５０μｍにな
っている以外、路幅Ｗ，間隔Ｇ，電極対は実施例１の素
子と同じである。この機能素子の場合は、出射側リード
部Ｊ0 でのみ結合が生ずるので、図１におけるｌ0 をゼ
ロとした。
【００４２】すなわち、出射側リード部Ｊ0 の曲線光導
波路Ｄ3 ，Ｄ4 を、直接、結合部Ｃにおける光導波路
Ａ，Ｂの出射端Ａ2 ，Ｂ2 にそれぞれ光接続した構造に
なっている。式（５），式（６）に基づいて、Ｃi ，Ｃ
0 をそれぞれ計算し、その値を式（３）に代入し、か
つ、ｌ0 ＝０を代入することによって、ｌi は、３２
６．７μｍに設定されている。
波路Ｄ3 ，Ｄ4 を、直接、結合部Ｃにおける光導波路
Ａ，Ｂの出射端Ａ2 ，Ｂ2 にそれぞれ光接続した構造に
なっている。式（５），式（６）に基づいて、Ｃi ，Ｃ
0 をそれぞれ計算し、その値を式（３）に代入し、か
つ、ｌ0 ＝０を代入することによって、ｌi は、３２
６．７μｍに設定されている。
【００４３】したがって、電極対の間隔ｌc は、式
（４）にｌi ＝３２６．７を代入した計算値に基づき６
５３．５μｍに設定されている。また、全ての電極対の
長さは式（２）から計算して２１２２．１μｍに設定さ
れている。この光機能素子も、実施例１の素子と同じよ
うに動作させることにより、各種の機能を発揮した。
（４）にｌi ＝３２６．７を代入した計算値に基づき６
５３．５μｍに設定されている。また、全ての電極対の
長さは式（２）から計算して２１２２．１μｍに設定さ
れている。この光機能素子も、実施例１の素子と同じよ
うに動作させることにより、各種の機能を発揮した。
【００４４】なお、その場合、消光比は同じく３０数ｄ
Ｂであって、充分に、光スイッチ，光偏波スプリッタ，
偏波スイッチとして機能することができた。
Ｂであって、充分に、光スイッチ，光偏波スプリッタ，
偏波スイッチとして機能することができた。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
光機能素子は、駆動方法によっては、高速な光スイッチ
あるいは光変調器や光偏波スプリッタ，偏波スイッチと
して機能することができ、そのときの消光比は３０数ｄ
Ｂ程度と高い消光比特性を示している。
光機能素子は、駆動方法によっては、高速な光スイッチ
あるいは光変調器や光偏波スプリッタ，偏波スイッチと
して機能することができ、そのときの消光比は３０数ｄ
Ｂ程度と高い消光比特性を示している。
【００４６】したがって、本発明の光機能素子は、光通
信において漏話による誤り信号を発生する心配がない高
消光比方向性結合器型光機能素子としてその工業的価値
は大である。
信において漏話による誤り信号を発生する心配がない高
消光比方向性結合器型光機能素子としてその工業的価値
は大である。
【図１】本発明の光機能素子の基本構成を示す概念的な
平面パターン図である。
平面パターン図である。
【図２】電極対の装荷と電極相互の接続状態を示す平面
図である。
図である。
【図３】実施例の光機能素子を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】別の実施例の光機能素子を示す平面図である。
【図６】従来の２入力・２出力方向性結合器を示す平面
パターン図である。
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 ７ 絶縁膜 ７ａ 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） Ｃ 結合部 Ｊi 入射側リード部 Ｊ0 出射側リード部 ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 ，ｆM ，ｆM+1 ，ｆN −１，ｆN 電
極対 Ｆ1 光導波路Ａに装荷される電極 Ｆ2 光導波路Ｂに装荷される電極 Ｌ 結合部Ｃの全長 ｌ 電極対の長さ ｌc 電極対間の距離 ｌi 入射端Ａ1 ，Ｂ1 と第１段目電極対ｆ1 の出射側
端部との距離 ｌ0 第Ｎ段目電極対ｆN の出射側端部と出射端Ａ2 ，
Ｂ2 との距離 Ｗ 光導波路の路幅 Ｇ 光導波路Ａ，Ｂ間の間隔 Ｇ1 直線光導波路Ｅ1 ，Ｅ2 間の路幅中心間の距離 Ｇ2 直線光導波路Ｅ3 ，Ｅ4 間の路幅中心間の距離 Ｒ1 曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 の曲率半径 Ｒ2 曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 の曲率半径
極対 Ｆ1 光導波路Ａに装荷される電極 Ｆ2 光導波路Ｂに装荷される電極 Ｌ 結合部Ｃの全長 ｌ 電極対の長さ ｌc 電極対間の距離 ｌi 入射端Ａ1 ，Ｂ1 と第１段目電極対ｆ1 の出射側
端部との距離 ｌ0 第Ｎ段目電極対ｆN の出射側端部と出射端Ａ2 ，
Ｂ2 との距離 Ｗ 光導波路の路幅 Ｇ 光導波路Ａ，Ｂ間の間隔 Ｇ1 直線光導波路Ｅ1 ，Ｅ2 間の路幅中心間の距離 Ｇ2 直線光導波路Ｅ3 ，Ｅ4 間の路幅中心間の距離 Ｒ1 曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 の曲率半径 Ｒ2 曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4 の曲率半径
Claims (1)
- 【請求項１】 電気光学効果を発現する材料または電気
信号の導入による屈折率制御が可能な構造を有する材料
から成る等幅な２本の光導波路が完全結合長Ｌ0でエバ
ネッセント結合して平行配置されている全長Ｌ1 の結合
部と、前記結合部の入射端で光接続する曲線または直線
の光導波路から成る入射側リード部と、前記結合部の出
射端で光接続する曲線の光導波路から成る出射側リード
部とを有し、前記結合部では、長さｌの反転Δβ構造の
電極対が互いの間隔ｌC でＮ段（ただし、Ｎは３以上の
整数を表す）連続して配置され、かつ、前記結合部の入
射端から第１段目電極対の入射側端部までの距離は
ｌi 、Ｎ段目電極対の出射側端部から前記結合部の出射
端までの距離はｌo になっている方向性結合器型光機能
素子であって、前記Ｌ，Ｌ0 ，Ｎ，ｌ，ｌc ，ｌi ，ｌ
o の間では、次式： Ｌ／Ｌ0 ≧２ Ｌ＝ｌi ＋Ｎ（ｌ＋ｌc ）−ｌc ＋ｌo κｌi ＋Ｃi ＝κｌo ＋Ｃo κｌi ＋Ｃi ＋κｌo ＋Ｃo ＝κｌc （式中、κは結合部における結合係数を表し、Ｃi は、
入射側リード導波路における結合係数の変化の関数を光
の進行方向につき結合部の入射端まで積分した値を表
し、Ｃo は、出射側リード導波路における結合係数の変
化の関数を光の進行方向につき結合部の出射端を起点に
して積分した値を表す。）が成立していることを特徴と
する高消光比方向性結合器型光機能素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11271493A JPH06324363A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 高消光比方向性結合器型光機能素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11271493A JPH06324363A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 高消光比方向性結合器型光機能素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324363A true JPH06324363A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14593680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11271493A Pending JPH06324363A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 高消光比方向性結合器型光機能素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06324363A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105829933A (zh) * | 2013-12-25 | 2016-08-03 | 华为技术有限公司 | 波导偏振分离和偏振转换器 |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP11271493A patent/JPH06324363A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105829933A (zh) * | 2013-12-25 | 2016-08-03 | 华为技术有限公司 | 波导偏振分离和偏振转换器 |
| JP2017504830A (ja) * | 2013-12-25 | 2017-02-09 | 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 導波路偏光スプリッタ兼偏光回転子 |
| CN105829933B (zh) * | 2013-12-25 | 2019-04-12 | 华为技术有限公司 | 波导偏振分离和偏振转换器 |
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