JPS5936248B2 - 光方向性結合器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光方向性結合器に関し特に２本の導波路間の
位相不整合を補償しつつ、結合長を調整する方法に関す
る。

光方向性結合器は、２本の導波路をある長さにわたつて
平行に近接させたとき、一方の導波路の入射光が完全に
他方の導波路に移る現象を利用したものである。

導波路としては結晶板の表面にナタン等の金属を熱拡散
させて部分的に屈折率を大とすることにより光を全反射
させるものが用いられる。光方向性結合器においては（
１）２本の光導波路の伝搬定数β、、β、が等しいこと
及び（゛）結合部の長さｌが完全結合長Ｌｏの奇数倍で
あること、の２つの条件が満足された時１００％の光結
合が生じることが理論的に知られている。

ここで、完全結合長Ｌｏは光方向性結合器の構造によつ
て定まる定数である。しかしながらこれらの条件を満足
する素子を作成することは極めて困難である。従来この
種の調整法としては（Ｉ）及び（１１）を独立に調整し
ていた゜（ｉ）については導波路間の伝搬定数のずれを
零とするため、可変屈折率膜を装荷したり、あるいはバ
イアス電圧を印加する方法などが試みられていた。また
（ｉｉ）については、例えば、１＜Ｌ０＜３１なる結合
長を有する素子において、２本の線路状光導波路が平行
近接した結合部を２分割し、それぞれの結合部における
導波路間に、絶対値が等しく且つ異符号の位相差を与え
て調整することが試みられていた゜この技術については
コゲルニツク（Ｈ、Ｋｏｇｅｌｎｉｋ）による論文（Ｊ
ｏｕｒｎａｌｏｆＱ「ａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ２ＶｏｌＱＥ−１２３ｐ３９６（１９７６））に詳し
くのべられている。第１図は従来の光方向性結合器をし
めす。

電気光学効果を有する物質、例えばｃ板 Ｌ１ＮｂＯ３を基板としてその表面に作成された２本の
導波路上に、第１図に示すような２分割電極を設けてい
る。

但しここでは１＜Ｌ０＜３１と仮定している゜同図にお
いて１、２は２本の光導波路であり、伝搬定数をβ１、
β２とする゜また３は基板ＬｉＮｂＯ３のｃ軸を示す。
４−１、４−２、４一３、４−４は導波路の上にもうけ
られる分割された電極である。

５は２本の導波路が近接した結合部である。

４−２、４−３を共通接地し、４−１、４−４に同一電
圧を印加することにより、導波路間に位相差±Δβ（Ｄ
を与えている。

Δβ（Ｄｌ／π■Ｐ、Δβ（Ｅ）ｌ／π＝Ｑの時は、そ
れぞれ完全非結合、完全結合が実現される。ここでＰ，
Ｑは素子によつて決まる定数である〇例えば第２図はｌ
＝１．５Ｌ０の場合における出力光強度Ｐｌ，Ｐ２の比
（たて軸）と両導波路の間の位相差Δβ（ト）ｌ／π（
横軸）の関係をしめす０ここでパラメータは初期位相差
δβ０２／πの値である。

初期位相差は印加電圧がＯの場合の両導波路の位相差で
、初期位相差はＯであることが望ましいが、実際には製
造誤差などにより初期位相差０の光方向性結合器を得る
ことは困難である。第２図から初期位相差がＯの場合に
はＰ１とＰ２の比は３０ｄＢ以上得られている。ところ
が導波路の間に初期位相差δβｏ＝β１−β２が存在す
る場合には強度比は著しく低下する０この様子を同じく
第２図に示す０例えばδβｏｌ／π＝０．５の時、各電
極４−１，４−４に同一電圧を印加すると強度比は９ｄ
Ｂに低下する。これは初期位相差のため、結合部の前部
、後部における最終的な位相差の絶対値が異なることに
よる０そこでこれを補償するには初期位相差を考慮して
それぞれの電極に印加する電圧を、調整しなければなら
ず、実用上極めて不都合であつた０例えば駆動電源を二
種類必要とした〇従つて本発明は従来の技術の上記欠点
を解決することを目的とし、その特徴は結合部の分割比
すなわち電極の分割比を、導波路の間の位相不整合（初
期位相差）の大きさに対応しただけずらしたことにある
０以下図面について詳細に説明する〇第３図は本発明に
よる光方向性結合器の構造例で、各参照番号は第１図の
場合と同じ部材をしめす０２分割した結合部の長さをそ
れぞれ１１，１２としてその差をδ２＝１１−１２とす
る（従来の技術では１１＝１２＝−２，δｌ＝０である
）。

また２本の導波路の伝搬定数の初期位相差をδβｏ−β
１−β２とする。電極４−２，４−３は共通接地し、電
極４一１，４−４に同一の電圧を外部から印加し、導波
路の間に同一の大きさで且つ異符号の位相差Δβ（Ｅ）
，−Δβ（Ｅ）を結合部の前、後において与えるものと
する。初期位相差δβｏをパラメータとして分割ずれδ
２を変えた時に得られる最大の強度比を計算した結果を
第４図に示す０ここで横軸は（１１−１２）／ｌの値、
たて軸は光強度比（Ｐ２／Ｐ１）を示し、２＝１．５Ｌ
０の場合を示す０初期位相差δβｏ＝０の場合には分割
ずれ（１１−１２）／２が零の時最大の強度比が実現さ
れるが、δｌ−（１１−１２）／２の値が増大するにつ
れて達成し得る強度比は低下する。すなわち結合長の調
整が不十分になる０これに対してδβｏ〆Ｏの場合には
、強度比を最大にする適当な分割ずれδｌが存在するこ
とが明らかになる０したがつて初期位相差δβｏを予備
実験より求めた後、これに対応する分割ずれδｌを導き
出し、電極を作成すれば、電極４−１，４−４に印加す
る電圧の大きさを同一に保つたまま、最大の強度比を実
現することが可能になるｏ例えば初期位相差δβｏｌ／
π＝＋０．５の時には、δｌ／ｌ＝−０．１５の分割ず
れを与えることにより、強度比を３０ｄＢ以上得ること
が可能になる０この状態で従来の技術により分割ずれδ
２＝０．０の時には強度比は高々９ｄＢしか実現されな
い。ここではｌ＝１．５Ｌ０の場合に限つて説明したが
、それ以外の場合（ｌ＜ＬＯ〈３１の場合）においても
同様に２分割電極の分割比を変えるのみで、位相不整合
を補償しつつ結合長の調整ができる〇以上説明したよう
に本発明によれば、位相不整合の素子においても、結合
部の前部、後部における印加電圧の大きさを同一のまま
、結合長の調整ができるので、一種類の駆動電源を準備
すれば十分である。

したがつて光通信、光交換などにおける光方向性結合器
を用いた光スイツチとして極めて実用性がある。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気光学効果を有する基板中に作成された１対の線
   路状の光導波路と、該光導波路が平行に近接した結合部
   と、該結合部の上に各光導波路毎にもうけられ光導波路
   の長手方向に２分割される電極を有し、該電極の分割比
   が各光導波路の伝搬定数の差に対応して定められ、該電
   極に印加される外部電界により結合部の導波路の間に分
   割電極を介して絶対値が等しくかつ異符号の伝播定数ず
   れを与えることにより、各光導波路の伝播定数の差を補
   償すると共に結合長を調整することを特徴とする光方向
   性結合器。