JPS6123530B2 - - Google Patents
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- JPS6123530B2 JPS6123530B2 JP50062774A JP6277475A JPS6123530B2 JP S6123530 B2 JPS6123530 B2 JP S6123530B2 JP 50062774 A JP50062774 A JP 50062774A JP 6277475 A JP6277475 A JP 6277475A JP S6123530 B2 JPS6123530 B2 JP S6123530B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- waveguide
- axis
- electro
- crystal
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、２段縦続した小形の導波形光変調素
子に関するものである。
子に関するものである。
従来、LiNbO3またはLiTaO3からなる電気光学
結晶の電気光学効果を利用し、またその温度補償
を行つた導波構造の光変調素子は、第１図に示し
たように構成されていた。即ち、第１図におい
て、１，２は同じ長さｌの前段及び後段の電気光
学結晶、３はこの電気光学結晶１，２の光学軸で
あるＣ軸を示す矢印、４は電気光学結晶１，２よ
り高い屈折率を持つ電気光学結晶で、拡散または
エピタキシヤル成長によつて作成した光導波路、
５は光導波路４の屈折率より小さいクラツド物
質、６は電極、７は光の伝ぱん方向、８はＹ軸、
９はＺ軸、１０はＺ軸９より45゜方向にある入射
光の偏光を示す方向、１１は高周波電源である。
この構成で光変調を行つた場合、Ｚ軸９から45゜
をなす方向すなわち前段の電気光学結晶１のＣ軸
から45゜をなす方向１０の直線偏光の入射光を前
段の光導波路４に入れると、この光導波路４の出
射光は前段の電気光学結晶１の複屈折性によつて
楕円偏光になる。しかし、前段の結晶１と同じ長
さの後段の結晶２のＣ軸３を前段の結晶１のＣ軸
３と90゜となるように設定すると、前段の光導波
路４で生じた楕円偏光は、この楕円偏光となる位
相差が後段の導波路４を通過する際に相殺され、
出力光は再び直線偏光となる。したがつて、この
ように構成すれば、前段と後段の間に波長板を入
れなくても、温度変化による結晶の複屈折の影響
は除去でき、光変調の温度補償が可能となる。こ
の状態で、前段の電極６と後段の電極６を並列に
高周波電源１１に接続すると、この光変調素子に
おいて100％光変調するのに必要な電圧（半波長
電圧）V1は次式で表わされる。
結晶の電気光学効果を利用し、またその温度補償
を行つた導波構造の光変調素子は、第１図に示し
たように構成されていた。即ち、第１図におい
て、１，２は同じ長さｌの前段及び後段の電気光
学結晶、３はこの電気光学結晶１，２の光学軸で
あるＣ軸を示す矢印、４は電気光学結晶１，２よ
り高い屈折率を持つ電気光学結晶で、拡散または
エピタキシヤル成長によつて作成した光導波路、
５は光導波路４の屈折率より小さいクラツド物
質、６は電極、７は光の伝ぱん方向、８はＹ軸、
９はＺ軸、１０はＺ軸９より45゜方向にある入射
光の偏光を示す方向、１１は高周波電源である。
この構成で光変調を行つた場合、Ｚ軸９から45゜
をなす方向すなわち前段の電気光学結晶１のＣ軸
から45゜をなす方向１０の直線偏光の入射光を前
段の光導波路４に入れると、この光導波路４の出
射光は前段の電気光学結晶１の複屈折性によつて
楕円偏光になる。しかし、前段の結晶１と同じ長
さの後段の結晶２のＣ軸３を前段の結晶１のＣ軸
３と90゜となるように設定すると、前段の光導波
路４で生じた楕円偏光は、この楕円偏光となる位
相差が後段の導波路４を通過する際に相殺され、
出力光は再び直線偏光となる。したがつて、この
ように構成すれば、前段と後段の間に波長板を入
れなくても、温度変化による結晶の複屈折の影響
は除去でき、光変調の温度補償が可能となる。こ
の状態で、前段の電極６と後段の電極６を並列に
高周波電源１１に接続すると、この光変調素子に
おいて100％光変調するのに必要な電圧（半波長
電圧）V1は次式で表わされる。
V1＝λ／ｒ３３ｎｅ ３−ｒ１３ｎｐ ３・ｄ／２ｌ
ここで、λは光の波長、ｄは電極間隔、ｌは一
段当りの導波路の長さ、ｎeは異常光線の屈折
率、ｎpは常光線の屈折率、r13、r33はLiNbO3ま
たはLiTaO3の電気光学定数である。
段当りの導波路の長さ、ｎeは異常光線の屈折
率、ｎpは常光線の屈折率、r13、r33はLiNbO3ま
たはLiTaO3の電気光学定数である。
しかしながら、一般に導波路の大きさが５〜10
μｍと非常に小さいため、第１図に示したような
従来の構成では、前段と後段の光導波路の光軸合
わせの調整を上下（Ｚ軸方向）及び左右（Ｙ軸方
向）で行わなければならず、非常に難しい技術を
必要とする欠点があり、一方後段の結晶を直角に
回転しない代りに、前段と後段の結晶の間に1/2
波長板を入れると、各素子を一平面上で構成する
ことができるが、導波形の1/2波長板を作成する
ことが困難であり、したがつて、この構成も実現
性の点で難点があるという欠点があつた。
μｍと非常に小さいため、第１図に示したような
従来の構成では、前段と後段の光導波路の光軸合
わせの調整を上下（Ｚ軸方向）及び左右（Ｙ軸方
向）で行わなければならず、非常に難しい技術を
必要とする欠点があり、一方後段の結晶を直角に
回転しない代りに、前段と後段の結晶の間に1/2
波長板を入れると、各素子を一平面上で構成する
ことができるが、導波形の1/2波長板を作成する
ことが困難であり、したがつて、この構成も実現
性の点で難点があるという欠点があつた。
本発明は、上記従来例の欠点を解消するため
に、２段縦続接続して温度補償をした光変調素子
の光軸合わせを容易にするように構成した導波形
光変調素子を提供するものである。以下、実施例
により本発明を詳細に説明する。
に、２段縦続接続して温度補償をした光変調素子
の光軸合わせを容易にするように構成した導波形
光変調素子を提供するものである。以下、実施例
により本発明を詳細に説明する。
第２図は、本発明の実施例を示したもので、第
１図と同一符号のものは同一のものを示す。この
実施例では、電気光学結晶基板１，２のＣ軸３が
光の伝ぱん方向７の周囲に各々逆向きに45゜回転
している点が従来例と異なつている。即ち、本実
施例は結晶１と結晶２の主面が同一平面上にあ
り、前段の結晶１のＣ軸３はＹ軸８に対して時計
方向に、後段の結晶２のＣ軸３はＹ軸８に対して
反時計方向にそれぞれ45゜とし、この電気光学結
晶基板１及び２の表面に等しい長さを有する凸状
に構成した光導波路４を互いに密着して設け、光
導波路４の両側に変調信号電圧を印加する電極６
が付着されてなる導波形光変調素子である。
１図と同一符号のものは同一のものを示す。この
実施例では、電気光学結晶基板１，２のＣ軸３が
光の伝ぱん方向７の周囲に各々逆向きに45゜回転
している点が従来例と異なつている。即ち、本実
施例は結晶１と結晶２の主面が同一平面上にあ
り、前段の結晶１のＣ軸３はＹ軸８に対して時計
方向に、後段の結晶２のＣ軸３はＹ軸８に対して
反時計方向にそれぞれ45゜とし、この電気光学結
晶基板１及び２の表面に等しい長さを有する凸状
に構成した光導波路４を互いに密着して設け、光
導波路４の両側に変調信号電圧を印加する電極６
が付着されてなる導波形光変調素子である。
このように構成すると、一平面で前段と後段の
結晶１，２のＣ軸３は互いに直角になり、光導波
路４の入射光の直線偏光の方向１０をＹ軸８また
はＺ軸９と平行にすれば、この直線偏光の方向１
０はＣ軸３に対して45゜傾くことになり、従来例
と同様に、結晶１及び２を複屈折性により分離し
て通過した光の常光線と異常光線との位相差は
次式で表わされる。
結晶１，２のＣ軸３は互いに直角になり、光導波
路４の入射光の直線偏光の方向１０をＹ軸８また
はＺ軸９と平行にすれば、この直線偏光の方向１
０はＣ軸３に対して45゜傾くことになり、従来例
と同様に、結晶１及び２を複屈折性により分離し
て通過した光の常光線と異常光線との位相差は
次式で表わされる。
＝２πＶ／λｄ（ｎe 3r33−ｎp 3r13）ｌ
ここで、結晶１及び２上の光導波路長は等しい
ので、２つの光導波路長の差による位相差は生じ
ない。また、Ｖは印加電圧である。
ので、２つの光導波路長の差による位相差は生じ
ない。また、Ｖは印加電圧である。
一方、上記の条件における出射光の強度Ｉと入
射光I0との関係は次式で表わされる。
射光I0との関係は次式で表わされる。
Ｉ＝I0 sin2（／２）
従つて、Ｖ＝０のとき上記の両式よりＩ＝０と
なる。これは印加電圧が零のとき、直線偏光の入
射光が結晶の複屈折の影響を受けることなく（即
ち、ｎe、ｎpの値に無関係に）直線偏光として出
射することを意味する。即ち、結晶１及び２が同
じ温度変化で複屈折率が変化している限り（通常
の設置条件では満足される）、周囲温度が変化し
ても、結晶１及び２を通過する２つの成分間の位
相差は見かけ上零となるため、光変調の温度補
償が可能となる。
なる。これは印加電圧が零のとき、直線偏光の入
射光が結晶の複屈折の影響を受けることなく（即
ち、ｎe、ｎpの値に無関係に）直線偏光として出
射することを意味する。即ち、結晶１及び２が同
じ温度変化で複屈折率が変化している限り（通常
の設置条件では満足される）、周囲温度が変化し
ても、結晶１及び２を通過する２つの成分間の位
相差は見かけ上零となるため、光変調の温度補
償が可能となる。
また、この実施例では、基板として、平行平面
の結晶１，２上に光導波路４を形成し、結晶１，
２の底面から光導波路４までの高さを一定とすれ
ば、２つの光導波路４の上下方向の光軸合せは、
結晶１，２を一つの定盤または基準面となる一つ
の平面上に置き、二つの光導波路４をそれぞれ突
き合わせ、結晶２を左右に移動して２つの光導波
路４の光軸を合わせればよい。このように、この
実施例の光軸合わせの調整は一軸方向だけでよ
く、従来の二軸方向の調整に比べ、光軸調整装置
が極めて簡単になり、また高精度の調整が可能に
なる。また、光変調をするために必要な半波長電
圧V2は、LiNbO3またはLiTaO3を用いる場合、光
の伝ぱん方向７を結晶のＹ軸とすると、次式で表
わされる。
の結晶１，２上に光導波路４を形成し、結晶１，
２の底面から光導波路４までの高さを一定とすれ
ば、２つの光導波路４の上下方向の光軸合せは、
結晶１，２を一つの定盤または基準面となる一つ
の平面上に置き、二つの光導波路４をそれぞれ突
き合わせ、結晶２を左右に移動して２つの光導波
路４の光軸を合わせればよい。このように、この
実施例の光軸合わせの調整は一軸方向だけでよ
く、従来の二軸方向の調整に比べ、光軸調整装置
が極めて簡単になり、また高精度の調整が可能に
なる。また、光変調をするために必要な半波長電
圧V2は、LiNbO3またはLiTaO3を用いる場合、光
の伝ぱん方向７を結晶のＹ軸とすると、次式で表
わされる。
ここで、r22はLiNbO3またはLiTaO3の電気光学
定数である。
定数である。
今、比較のために、LiNbO3の光変調素子を考
えると、λ＝6328Åにおいて、ｎe＝2.208、ｎp
＝2.288、r13＝8.6×10-12m/V、r22＝3.4×10-12
m/V、r33＝30.8×10-12m/Vであるから、同じ寸
法の導波路を用いた場合、V2／V1＝２（r13np 3−
r33ne 3）／｛（r13−r22）ｎp ３−r33ne 3｝＝1.20とな
り、本発明の半波長電圧V2は従来例の半波長電
圧V1に比べて２割だけ大きくなるが、光導波路
４の長さを２割大きくすれば、従来例の半波長電
圧V1と等しくできるので、本発明の本質的な欠
点とはならない。
えると、λ＝6328Åにおいて、ｎe＝2.208、ｎp
＝2.288、r13＝8.6×10-12m/V、r22＝3.4×10-12
m/V、r33＝30.8×10-12m/Vであるから、同じ寸
法の導波路を用いた場合、V2／V1＝２（r13np 3−
r33ne 3）／｛（r13−r22）ｎp ３−r33ne 3｝＝1.20とな
り、本発明の半波長電圧V2は従来例の半波長電
圧V1に比べて２割だけ大きくなるが、光導波路
４の長さを２割大きくすれば、従来例の半波長電
圧V1と等しくできるので、本発明の本質的な欠
点とはならない。
第３図は、一平面上にハイブリツド形に構成
し、LiNbO3を用いた本発明による光変調器の応
用例で、１２はLiNbO3のＣ軸をＹ軸に平行にし
て結晶のｘ面またはｙ面に拡散法等によつて埋め
込んだ導波路４′を形成した基板結晶、１３はｘ
面またはｙ面のLiNbO3１２の上にＣ軸をＺ軸と
平行にしたｚ面を接着したLiNbO3、１４はＣ軸
をＺ軸と平行にしたｚ面のLiNbO3からなる基板
結晶、１５はｚ面のLiNbO3１４の上にＣ軸をＹ
軸に平行にして結晶のｘ面またはｙ面を接着した
LiNbO3である。このLiNbO3１２，１３及び１
４，１５から構成された二つの素子はいずれも導
波形偏光素子である。すなわち、導波路４′が基
板結晶１２，１４の屈折率より２×103大きいと
仮定すると、前段の導波路４′では、Ｙ軸方向の
偏光に対して、ｎe＝2.208（結晶１２）＜ｎe＝
2.210（導波路４′）＜ｎp＝2.288（結晶１３）と
なる屈折率の関係にあるから、この偏光は結晶１
３側に洩れてしまう。またＺ軸方向の偏光に対し
てはｎp＝2.288（結晶１２）＜ｎp＝2.290（導波路
４′）＞ｎe＝2.208（結晶１３）となる屈折率の関
係から、この偏光は導波される。したがつて、こ
の素子はＺ軸方向のみの偏光が出される通常の偏
光板と同じ機能を持つ。同様に、後段の導波形偏
光素子の屈折率の関係は、Ｙ軸方向に対して、ｎ
p＝2.288（結晶１４）＜ｎp＝2.290（導波路４′）＞
ｎe＝2.208（結晶１５）であり、またＺ軸方向に
対しては、ｎp＝2.208（結晶１４）＜ｎp＝2.210
（導波路４′）＜ｎe＝2.288（結晶１５）であるか
ら、この素子ではＹ軸方向の偏光が導波されるこ
とになる。したがつて、前段及び後段の導波形偏
光素子を突き合わせると、偏光方向が直角に交差
した状態になり、入射光は消光される。
し、LiNbO3を用いた本発明による光変調器の応
用例で、１２はLiNbO3のＣ軸をＹ軸に平行にし
て結晶のｘ面またはｙ面に拡散法等によつて埋め
込んだ導波路４′を形成した基板結晶、１３はｘ
面またはｙ面のLiNbO3１２の上にＣ軸をＺ軸と
平行にしたｚ面を接着したLiNbO3、１４はＣ軸
をＺ軸と平行にしたｚ面のLiNbO3からなる基板
結晶、１５はｚ面のLiNbO3１４の上にＣ軸をＹ
軸に平行にして結晶のｘ面またはｙ面を接着した
LiNbO3である。このLiNbO3１２，１３及び１
４，１５から構成された二つの素子はいずれも導
波形偏光素子である。すなわち、導波路４′が基
板結晶１２，１４の屈折率より２×103大きいと
仮定すると、前段の導波路４′では、Ｙ軸方向の
偏光に対して、ｎe＝2.208（結晶１２）＜ｎe＝
2.210（導波路４′）＜ｎp＝2.288（結晶１３）と
なる屈折率の関係にあるから、この偏光は結晶１
３側に洩れてしまう。またＺ軸方向の偏光に対し
てはｎp＝2.288（結晶１２）＜ｎp＝2.290（導波路
４′）＞ｎe＝2.208（結晶１３）となる屈折率の関
係から、この偏光は導波される。したがつて、こ
の素子はＺ軸方向のみの偏光が出される通常の偏
光板と同じ機能を持つ。同様に、後段の導波形偏
光素子の屈折率の関係は、Ｙ軸方向に対して、ｎ
p＝2.288（結晶１４）＜ｎp＝2.290（導波路４′）＞
ｎe＝2.208（結晶１５）であり、またＺ軸方向に
対しては、ｎp＝2.208（結晶１４）＜ｎp＝2.210
（導波路４′）＜ｎe＝2.288（結晶１５）であるか
ら、この素子ではＹ軸方向の偏光が導波されるこ
とになる。したがつて、前段及び後段の導波形偏
光素子を突き合わせると、偏光方向が直角に交差
した状態になり、入射光は消光される。
この二つの導波形偏光素子の間に本発明の温度
補償形の光変調素子を第３図に示したように挿入
すると、一平面上に構成された温度補償形の導波
形光変調器が実現できる。これらの素子はすべて
LiNbO3を用いているから、個々の素子の作成が
容易であり、また光軸合せも同一平面上で一軸方
向の調整でよいという特徴がある。さらに、本発
明の導波路の構成は、まずＣ軸を45゜回転したカ
ツト面の基板結晶に拡散等によつて光導波路を形
成し、スパツタエツチング等によつて凸状導波路
を形成し、また電極を形成したのち、これを二分
割して、一方を同一平面上で180゜回転し接続す
ればよい。したがつて二つの光変調素子の導波路
の作成条件は同一となり、光学的に均一で、同一
導波モード条件の導波路を形成することができる
長所がある。
補償形の光変調素子を第３図に示したように挿入
すると、一平面上に構成された温度補償形の導波
形光変調器が実現できる。これらの素子はすべて
LiNbO3を用いているから、個々の素子の作成が
容易であり、また光軸合せも同一平面上で一軸方
向の調整でよいという特徴がある。さらに、本発
明の導波路の構成は、まずＣ軸を45゜回転したカ
ツト面の基板結晶に拡散等によつて光導波路を形
成し、スパツタエツチング等によつて凸状導波路
を形成し、また電極を形成したのち、これを二分
割して、一方を同一平面上で180゜回転し接続す
ればよい。したがつて二つの光変調素子の導波路
の作成条件は同一となり、光学的に均一で、同一
導波モード条件の導波路を形成することができる
長所がある。
以上の実施例では、凸状の導波路を持つ構造を
例にとつて説明したが、埋め込み形導波路によつ
ても実施することができる。
例にとつて説明したが、埋め込み形導波路によつ
ても実施することができる。
すなわち、第４図、第５図は、本発明の他の実
施例を示したもので、第２図と同一符号のものは
同一のものを示しているが、第４図の実施例で
は、埋め込み形導波路４の両側に一対のプラナ形
電極６を形成しており、また、第５図の実施例で
は、埋め込み形導波路４の上下面に電極６を形成
して光変調を行つている。これらの実施例の光変
調素子についても、同様にＣ軸を結晶１，２の表
面から互いに反対方向に45゜傾ける構成が可能で
あり、またこれらの変調素子の特性も、上述した
特性と全く同じである。
施例を示したもので、第２図と同一符号のものは
同一のものを示しているが、第４図の実施例で
は、埋め込み形導波路４の両側に一対のプラナ形
電極６を形成しており、また、第５図の実施例で
は、埋め込み形導波路４の上下面に電極６を形成
して光変調を行つている。これらの実施例の光変
調素子についても、同様にＣ軸を結晶１，２の表
面から互いに反対方向に45゜傾ける構成が可能で
あり、またこれらの変調素子の特性も、上述した
特性と全く同じである。
以上説明したように、本発明によれば、導波形
光変調素子の温度補償に必要な光軸合わせを一面
上で行うことができるので、光の損失を低減で
き、波長板を必要としない素子構成が可能であ
り、高速、高能率、小型の導波形光変調素子を提
供することができる。
光変調素子の温度補償に必要な光軸合わせを一面
上で行うことができるので、光の損失を低減で
き、波長板を必要としない素子構成が可能であ
り、高速、高能率、小型の導波形光変調素子を提
供することができる。
第１図は、従来の電気光学効果を利用し、温度
補償を行つた光変調素子の構成図であり、第２図
は、本発明の実施例による導波形光変調素子の構
成図であり、第３図は、第２図の応用例の構成図
であり、第４図、第５図は、本発明の他の実施例
の構成図である。 １……前段の電気光学結晶基板、２……後段の
電気光学結晶基板、３……結晶の主軸であるＣ
軸、４……導波路、５……クラツド物質、６……
電極、７……光の伝ぱん方向、８……Ｙ軸、９…
…Ｚ軸、１０……入射光の偏光方向、１１……高
周波電源。
補償を行つた光変調素子の構成図であり、第２図
は、本発明の実施例による導波形光変調素子の構
成図であり、第３図は、第２図の応用例の構成図
であり、第４図、第５図は、本発明の他の実施例
の構成図である。 １……前段の電気光学結晶基板、２……後段の
電気光学結晶基板、３……結晶の主軸であるＣ
軸、４……導波路、５……クラツド物質、６……
電極、７……光の伝ぱん方向、８……Ｙ軸、９…
…Ｚ軸、１０……入射光の偏光方向、１１……高
周波電源。
Claims (1)
- １ 結晶軸の方向が同一である電気光学結晶基板
及び該電気光学結晶基板内又は基板面上に該電気
光学結晶の光学軸と直角方向を光の伝ぱん方向と
して形成された光導波路と、変調用信号電圧を印
加する二つの電極とを有する導波構造の第１及び
第２の光変調素子を光の伝ぱん方向に、該導波路
の各々の端面が一致するように縦続接続した導波
型光変調素子において、上記第１の光変調素子の
光導波路長と上記第２の光変調素子の光導波路長
とは等しく、上記電気光学結晶基板面が上記光学
軸と45度をなし、上記第１及び第２の光変調素子
の基板が同一平面上にあり、上記第１の電気光学
結晶の光学軸と第２の電気光学結晶の光学軸が互
いに直角をなし、さらに上記第１及び第２の光変
調素子の給電電極及び接地電極が第１及び第２の
光変調素子の間で同一平面上に形成されたことを
特徴とした導波型光変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6277475A JPS51138457A (en) | 1975-05-26 | 1975-05-26 | Wave guide shape light modulating element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6277475A JPS51138457A (en) | 1975-05-26 | 1975-05-26 | Wave guide shape light modulating element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS51138457A JPS51138457A (en) | 1976-11-30 |
| JPS6123530B2 true JPS6123530B2 (ja) | 1986-06-06 |
Family
ID=13210046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6277475A Granted JPS51138457A (en) | 1975-05-26 | 1975-05-26 | Wave guide shape light modulating element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS51138457A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6057043B2 (ja) * | 1980-05-07 | 1985-12-13 | 富士通株式会社 | 光導波板をもつ光導波装置 |
| JP4494257B2 (ja) * | 2005-03-08 | 2010-06-30 | 日本電信電話株式会社 | 光変調器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5119044B2 (ja) * | 1971-08-12 | 1976-06-15 |
-
1975
- 1975-05-26 JP JP6277475A patent/JPS51138457A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS51138457A (en) | 1976-11-30 |
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