JPS6044647B2 - 光制御型電気光学素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光制御型電気光学素子にかかり、電気光学効果
を用いた光スイッチの駆動を、従来は電圧を印加するこ
とにより行なつていたものを、光の照射のみで行ない、
電圧を供給する給電線を不要にした、全光御型の光スイ
ッチを実現することを目的とする。

光て電気光学効果を制御しようとする試みは従来にも二
、Ξの例はある。

第１図、第２図および第３図はそれらの方式を示すもの
である。第１図において、１は上下面に電極を設けた電
気光学効果素子で、反射鏡２、２’を含めてフアブリペ
ロー型光共振器を構成している。

今、図面左方から入射した光３は共振器が共振条件を満
足するか否かに応じて符号３’側に現われたり現われな
かつたりする。共振条件の制御は光ビーム３″を光検出
器４て光電変換し、増巾器５て増巾して電気光学効果素
子１に電圧を印加して行なう。６はビーム分割器で、共
振器の光の一部をバイアス光として使うためのものであ
る。この装置においては、光ビーム３’は、光ビーム３
″により制御されるが、検出器４、増巾器５には電圧を
印加する給電線が必要であり、電線の全くない光制御系
とはなつていない。第２図ａは光導波路を応用した光ス
イッチの構成を示し、同図ｂはその等価回路図である。

図にいて、１１、１１′は電気光学効果を有する導波路
で、光１２、１２′がそれぞれ導かれる。１３、１３′
は導波路１１、１１′に電圧を印加するための電極であ
る。

電極１３の上には光導電膜（たとえばＣｄＳ膜）１４が
設けられている。導波、路１１に入射した光１２は光導
電膜１４に吸収されて、その抵抗を低下させる。その結
果、導波路１１′に分圧されている電圧が高くなり（図
をの等価回路参照）、出射光１２″が変化する。しかし
この場合も、光導電膜１４に対する光て出射光１フ２″
の光量を制御しているものの、導波路１１、１１′に印
加する電圧の電源ＶＢから給電線て電圧を供給する必要
があり、全光型とはいえない。第３図は給電線不要の光
スイッチの構成を示す。図において、２１は電気光学効
果を有する導５波路で、２２、２２’はそれぞれ入射光
、出射光である。導波路２１への印加電圧は焦電効果素
子２３に光２４，２４″を照射して得る。この電圧によ
り導波路２１中の光の偏光方向を制御し、検光子２５て
光強度の変化量として取り出す。この方法では給電線が
不要となるが、焦電効果により電圧を得るための光は断
続光とする必要がある。その上、短波長の光（焦電物質
ＬｉＴａＯ３：Ｃｒに対しては４６００Ａのダイレーザ
の光を照射）を用いる必要があり、そのため光ファイバ
で制御光を伝送する場合などは損失が大きくて実用的で
ない。さらに、スイッチの駆動には約７ｍＪの光エネル
ギを要し、半導体レーザや発光ダイオードの光をファイ
バで伝送して用いるには波長の点と光パワーの点で不可
能となる。本発明は、電気光学効果を用いた導波路スイ
ッチに、光照射により高起電力を発生する■−■族化合
物膜あるいは■−■族化合物膜、その他Ｓｉ膜やｅ膜等
を組合せて、全光制御型の光スイッチを構成し、上述の
問題点を解決したものである。

以下、本発明の実施例について、第４図を用いい説明す
る。ここでは方向性結合型の導波路スイッチを例にあげ
たが、電気光学効果を用いる素子にはすべて本発明を適
用することができる。第４図ａにおいて、３１は導波路
用の基板（たとえはＬｌＮｂＯ３，円１Ｔ等）、３２，
３２″は基板３１上に設けられた導波路で、方向性結合
器型スイッチを構成している。今、電極３４に電圧を印
加しないときには、導波路３２に入射した光３３は導波
路３２を伝播中に導波路３２″に移り、光３３″となり
、出射する。一方、電極３４に電圧を印加したときには
、光３３は直進し、光３３″として出射する。この電圧
の印加の有無を図ｂに示す光起電力層３５により制御す
る。光起電力層３５は、たとえはＣｄＴｅ，ＧａＡｓ，
Ｓｌ，Ｇｅを用いて構成する。それぞれの照度と光起電
力との関係を第５図に示す。導波路３２，３２″、電極
３牡光起電力層３５等の配置関係を明確にするため、第
４図ｂにおけるＡ−Ａ″断面を同図ｃに示す。

光起電力層３５は電極３４に接して設けられており、導
波路３２，３２″、基板３１と光起電力層３５との間に
−はガラス膜３６が設けられている。このガラス膜３６
は導波路３２，３２″のクラッド層の役割と光起電力層
３５の基板ガラスの役割とを兼ねている。光起電力層３
５への光の供給法としては、直接空間伝播の光ビームを
用いるほか、光ファイバを利用する方法をよい方法であ
る。なお、図の３７はファイバ３８に接線されたロッド
レンズで、ファイバ３８からの光は図の破線の如く平行
光線となり、光起電力層３５に入射する。なお、ロッド
レンズ３７の代りにファイババンドルを用いてもよい。
次に本発明の具体例について、数値をあげて説明する。

ノ 第５図はＣｄＴｅ，ＧａＡｓ，Ｓｉ，Ｇｅの斜め蒸
着膜の照度と光起電力の関係を示したものである。Ｃｄ
Ｔｅの場合、５×１０１′ｘで４５０Ｖ以上の電圧を示
している。（温度２０℃）、５×１０１ｅＸの光は、赤
色の場合１ｄの積当り１２０ｐＷの光パワー・に相当す
る。ＣｄＴｅの場合は８５０ｒ１ｍより短かい波長の光
で起電力が発生する。一方、ＣｄＴｅの光起電力は約１
０ｎｍ間隔の電極間の電圧に相当し、１？間隔であると
き４５■程度となる。現在、最も一般的な材料であるＬ
ｉＮｂＯ３基板を・用いた方向性結合器型スイッチは４
〜１０Ｖ程度の電圧て動作する故、寸法的には１００〜
２００ｐｍ巾のＣｄＴｅ層があれば光でスイッチを駆動
できることになる。

さらに導波路材料にＰＬｎを用いたとすれば、ＰレＴの
電気光学定数はＬｊＮｂＯ３のそれの３皓以上の値であ
るため、同条件の光スイッチを製作すればＬｉＮｌＯ３
を用いたときの１１３咽度の電圧て動作が可能となる。

この場合には、ＧａＡｓ等の光起電力層も使用すること
がてきる。また、必要とされる光起電力層の面積か導波
路の電極間隔よりも大きい場合には、第６図に示すよう
な電極構造とすればよい。すなわち、電極３４の間隔を
図面上下方向に広げ、その上に光起電力層（粗いハッチ
を付した部）３５を設ける。電極３４は、黒い部分が光
起電力層３５と絶縁されており、細かいハッチを付した
部分て光起電力層３５と接続されている。以上は方向性
結合器型の光スイッチについての実施例を述べて来たが
、本発明は前述したように電気光学効果を応用するすべ
ての場合に適用可能てあり、その他の例を第７図に示す
。

第７図において、４１は基板、４２は導波路で、Ｙ型の
分岐路を持ち、分岐点に回折格子４５が設けられている
。

電極４４により電圧を印加すれば回折格子４５のフラッ
グ条件が緩和され、光４３は直進し、光４３″となつて
出射する。電圧無印加の状態ではフラッグ格子４５の反
射により光４３は光４３″として出射する。この構造光
スイッチに関しても、電極上に光起電力層を設けること
により、前述の例と同様に光制御スイッチを構成するこ
とができる。以上の如き本発明の構成の光制御型電気光
学素子は、電圧を印加するための電源および給電線が不
要て、光のみ動作が可能なものであり、それを駆動する
ための光パワーが少なくてすむ。

そして、光起電力層に起電力を発生させるための光の波
長も光ファイバの損失の少ない領域の光が使え、ファイ
バが半導体レーザが発光ダイオードの光を伝送すること
により光スイッチの駆動が可能となる。さらに、電気を
全く用いないため引火性の強い雰囲気中ても安全てある
等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はそれぞれ従来の光制御型
光スイッチの代表例の構成を示す図である。 第４図は本発明の一実施例である光のみで制御可能な光
スイッチの構成を示し、同図ａは導波路と電極の配置図
、同図ｂは図ａの配置に光起電力層を設けた図、同図ｃ
は図ｂのＡ−Ａ″断面および光の供給用のレンズとファ
イバの配置関係を示す図てある。第５図は各種材料の斜
め蒸着膜の照度と光起電力の関係を示す図てある。第６
図は本発明において電極間隔を広げ光起電力を大きくす
る方法を示す図てある。第７図は本発明の他の実施例の
導波路スイッチの構成を示す図である。３１・・・・・
・導波路用基板、３２，３２″・・・・・導波路、３４
・・・・・・電極、３５・・・・・・光起電力層、３６
・・・・・・ガラス膜、３７・・・・・・ロッドレンズ
、３８・・・・・・ファイバ、４１・・・・導波路用基
板、４２・・・・・・導波路、４４・・・・・・電極、
４５・・・・・・回折格子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気光学効果を用いた光スイッチと、前記光スイッ
   チと同一基板上に形成され、光により電圧を発生する光
   起電力膜を備え、前記光起電力膜に発生する電圧を前記
   光スイッチに印加することを特徴とする光制御型電気光
   学素子。 ２ 光起電力膜に供給する光パワーを光ファイバで伝送
   することとを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   光制御型電気光学素子。