JP2754774B2 - 導波路型光回路素子 - Google Patents
導波路型光回路素子Info
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- JP2754774B2 JP2754774B2 JP1219246A JP21924689A JP2754774B2 JP 2754774 B2 JP2754774 B2 JP 2754774B2 JP 1219246 A JP1219246 A JP 1219246A JP 21924689 A JP21924689 A JP 21924689A JP 2754774 B2 JP2754774 B2 JP 2754774B2
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- waveguide
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- light
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、方向性結合器を用いた導波路型光回路素
子に関し、特に光導波路内に光の閉じ込め効果が高く且
つ偏光依存性を低減した、光ファイバ通信等に用いる導
波路型光回路素子に関する。
子に関し、特に光導波路内に光の閉じ込め効果が高く且
つ偏光依存性を低減した、光ファイバ通信等に用いる導
波路型光回路素子に関する。
従来、この種の導波路型光回路素子は、その主要部を
形成する方向性結合器として、第10図の概略構成図に示
すものがあった。同図において、従来の導波路型光回路
素子、例えば偏光無依存光スイッチは、ニオブ酸リチウ
ム（以下、LiNbO3）の基板（１）上に二本の導波路
（２）、（３）を形成し、該導波路（２）、（３）の一
部が接近して結合部（６）を形成する構成である。上記
一の導波路（２）の左側入射端面より強度POの光を入射
すると、上記一部接近した結合部（６）の結合部長Ｌの
長さに依存して変化し、この変化した強度PA、PBの光を
各導波路（２）、（３）の右側出射端面から射出する。
この射出される強度PA、PBの各光がPA／（PA＋PB）≒０
の関係が成立する最初の長さｌを完全結合長と呼ぶ。こ
の完全結合長ｌについての射出光PA、PBとの関係を第11
図（Ａ）に示す。また、完全結合長ｌは、一般に入射光
の偏光状態、即ち、TEモードかTMモードかにより異なる
長さをとる。ここでTEモードとは電界成分が基板（１）
に平行な偏光状態をさし、TMモードとは電界成分が基板
（１）に垂直な偏光状態をさしている。なお、上記二本
の導波路（２）、（３）はその構造を互いに等しく構成
される。
形成する方向性結合器として、第10図の概略構成図に示
すものがあった。同図において、従来の導波路型光回路
素子、例えば偏光無依存光スイッチは、ニオブ酸リチウ
ム（以下、LiNbO3）の基板（１）上に二本の導波路
（２）、（３）を形成し、該導波路（２）、（３）の一
部が接近して結合部（６）を形成する構成である。上記
一の導波路（２）の左側入射端面より強度POの光を入射
すると、上記一部接近した結合部（６）の結合部長Ｌの
長さに依存して変化し、この変化した強度PA、PBの光を
各導波路（２）、（３）の右側出射端面から射出する。
この射出される強度PA、PBの各光がPA／（PA＋PB）≒０
の関係が成立する最初の長さｌを完全結合長と呼ぶ。こ
の完全結合長ｌについての射出光PA、PBとの関係を第11
図（Ａ）に示す。また、完全結合長ｌは、一般に入射光
の偏光状態、即ち、TEモードかTMモードかにより異なる
長さをとる。ここでTEモードとは電界成分が基板（１）
に平行な偏光状態をさし、TMモードとは電界成分が基板
（１）に垂直な偏光状態をさしている。なお、上記二本
の導波路（２）、（３）はその構造を互いに等しく構成
される。
上記従来の導波路型光回路素子としての偏光無依存光
スイッチの方向性結合器は、結合部（６）に一対の電極
（図示を省略する）を設けて一様Δβ型に構成し、電界
を印加することにより電気光学効果に基づき入射光をス
イッチングすることができる。このスイッチング状態を
第11図（Ｂ）に一様Δβのスイッチングダイアグラムと
して示す。同図において、状態（バー状態）は入射光
の強度POが射出光の強度PAとなり他の射出光の強度PB＝
０の状態を示し、状態（クロス状態）は入射光の強度
POが射出光の強度PBとなり、他の射出光の強度PA＝０の
状態を示す。また、電界（Δβ・L/π）を印加すると複
数の円弧上において上記状態となる。
スイッチの方向性結合器は、結合部（６）に一対の電極
（図示を省略する）を設けて一様Δβ型に構成し、電界
を印加することにより電気光学効果に基づき入射光をス
イッチングすることができる。このスイッチング状態を
第11図（Ｂ）に一様Δβのスイッチングダイアグラムと
して示す。同図において、状態（バー状態）は入射光
の強度POが射出光の強度PAとなり他の射出光の強度PB＝
０の状態を示し、状態（クロス状態）は入射光の強度
POが射出光の強度PBとなり、他の射出光の強度PA＝０の
状態を示す。また、電界（Δβ・L/π）を印加すると複
数の円弧上において上記状態となる。
次に、結合部長Ｌと完全結合長ｌとの比（L/l）がTM
モード及びTEモードについて共に「１」（L/l＝１）と
して電界を印加した場合のTE/TM両モードのスイッチン
グダイアグラムを第12図に示す。同図において、電界を
印加して（Δβ・L/π）を増加していくとTEモードが
（Δβ・L/π）≒5.2で状態となり、さらに電界を印
加して（Δβ・L/π）を増加していくと、TMモードが
（Δβ・L/π）≒5.9で状態となる。このようにTE/TM
両モードを状態から状態へ切へ替えることにより入
射光をスイッチングすることができる。
モード及びTEモードについて共に「１」（L/l＝１）と
して電界を印加した場合のTE/TM両モードのスイッチン
グダイアグラムを第12図に示す。同図において、電界を
印加して（Δβ・L/π）を増加していくとTEモードが
（Δβ・L/π）≒5.2で状態となり、さらに電界を印
加して（Δβ・L/π）を増加していくと、TMモードが
（Δβ・L/π）≒5.9で状態となる。このようにTE/TM
両モードを状態から状態へ切へ替えることにより入
射光をスイッチングすることができる。
また、他の従来の導波路型光回路素子である偏光無依
存光スイッチとしてELECTRONICS LETTERS8th Octorber
1987 Vol.23,No.21第1167頁〜第1168頁に記載されたも
のがありこれを第13図に示す。同図において、従来の偏
光無依存光スイッチは、LiNbO3の基板（１）上に二本の
導波路（２）、（３）が形成され、該二本の導波路
（２）、（３）上に一対の電極（４）、（５）と該一対
の電極（４）、（５）の外側に別の一対の電極（45）、
（55）とが各々配設される構成である。
存光スイッチとしてELECTRONICS LETTERS8th Octorber
1987 Vol.23,No.21第1167頁〜第1168頁に記載されたも
のがありこれを第13図に示す。同図において、従来の偏
光無依存光スイッチは、LiNbO3の基板（１）上に二本の
導波路（２）、（３）が形成され、該二本の導波路
（２）、（３）上に一対の電極（４）、（５）と該一対
の電極（４）、（５）の外側に別の一対の電極（45）、
（55）とが各々配設される構成である。
上記構成において、上記電極（４）、（５）、（4
5）、（55）に電圧を印加し、状態となる上記電圧をT
E/TM両モードで一致させる条件は、LiNbO3の基板（１）
の電気光学係数γ13とγ33で決定される。この場合にお
けるΔβ（印加電圧に対応）に対するTE/TM両モードの
クロストークを第14図に示す。同図においてα＝ΔβTE
／ΔβTMである（ΔβTE、ΔβTMはそれぞれTE、TMモー
ドに対する方向性結合器の位相不整合）。このαが0.25
≦α≦0.34である場合には、印加電圧の調整により両モ
ードでクロストーク−20dB以下とすることができる。波
長1.3μｍ付近での実測値はα＝0.29であり、上記条件
を満足していることから状態になる電圧をTE/TM両モ
ードで一致させることができることなる。
5）、（55）に電圧を印加し、状態となる上記電圧をT
E/TM両モードで一致させる条件は、LiNbO3の基板（１）
の電気光学係数γ13とγ33で決定される。この場合にお
けるΔβ（印加電圧に対応）に対するTE/TM両モードの
クロストークを第14図に示す。同図においてα＝ΔβTE
／ΔβTMである（ΔβTE、ΔβTMはそれぞれTE、TMモー
ドに対する方向性結合器の位相不整合）。このαが0.25
≦α≦0.34である場合には、印加電圧の調整により両モ
ードでクロストーク−20dB以下とすることができる。波
長1.3μｍ付近での実測値はα＝0.29であり、上記条件
を満足していることから状態になる電圧をTE/TM両モ
ードで一致させることができることなる。
さらに、他の従来の導波路型光回路素子である偏光無
依存光スイッチとしてELECTRONICS LETTERS 15th Septe
mber 1988 Vol.24,No.19第1198頁ないし第1200頁に記載
されたものがあり、この従来の偏光無依存光スイッチは
LiNbO3のような光学的結晶の場合に電気光学効果がTE/T
M両コードに対して等しく作用するＸ−cutの結晶を用い
ることにより偏光無依存性を確保していた。
依存光スイッチとしてELECTRONICS LETTERS 15th Septe
mber 1988 Vol.24,No.19第1198頁ないし第1200頁に記載
されたものがあり、この従来の偏光無依存光スイッチは
LiNbO3のような光学的結晶の場合に電気光学効果がTE/T
M両コードに対して等しく作用するＸ−cutの結晶を用い
ることにより偏光無依存性を確保していた。
従来の導波路型光回路素子は以上のように構成されて
いたので、前記第12図のスイッチングダイアグラムに示
すようにTEモードとTMモードとのモード切替に関する
（Δβ・L/π）が異なり、偏光無依存性を完全すること
ができないという課題を有していた。また他の従来の導
波路型光回路素子はTE/TMの両モードの完全結合長の一
致を比較的遮断条件に近い所で得られるが、導波路にお
ける光の閉じ込め効果が弱いため、導波路伝搬損失や導
波路曲がり部分での放射損失が大きくなりやすく、その
ため該曲がり部分で導波路幅を大きくする等の対策が必
要になるという課題を有していた。また他の従来の導波
路型光回路素子では利用できる電気光学効果の作用が弱
いため、必要な駆動電圧が大きくなるという課題を有し
ていた。
いたので、前記第12図のスイッチングダイアグラムに示
すようにTEモードとTMモードとのモード切替に関する
（Δβ・L/π）が異なり、偏光無依存性を完全すること
ができないという課題を有していた。また他の従来の導
波路型光回路素子はTE/TMの両モードの完全結合長の一
致を比較的遮断条件に近い所で得られるが、導波路にお
ける光の閉じ込め効果が弱いため、導波路伝搬損失や導
波路曲がり部分での放射損失が大きくなりやすく、その
ため該曲がり部分で導波路幅を大きくする等の対策が必
要になるという課題を有していた。また他の従来の導波
路型光回路素子では利用できる電気光学効果の作用が弱
いため、必要な駆動電圧が大きくなるという課題を有し
ていた。
この発明はかかる課題を解決するためになされたもの
で、偏光依存性を小さくでき、かつ光閉じ込め効果の強
い導波路とすることができる導波路型光回路素子を得る
ことを目的とする。
で、偏光依存性を小さくでき、かつ光閉じ込め効果の強
い導波路とすることができる導波路型光回路素子を得る
ことを目的とする。
この発明に係る導波路型光回路素子は、二つの導波路
を近接して配置するとともに、該導波路上に電界印加用
の電極を設置して両導波路間で光強度を変換する方向性
結合器を備えた導波路型光回路素子において、上記方向
性結合器の結合部長を、TEモードについてTEモードの完
全結合長の約３倍とすると共に、TMモードについてTMモ
ードの完全結合長の約１倍とし、かつ上記電極を、３分
割電極とするとともに電界方向を交互に反転させる反転
Δβ電極としたものである。
を近接して配置するとともに、該導波路上に電界印加用
の電極を設置して両導波路間で光強度を変換する方向性
結合器を備えた導波路型光回路素子において、上記方向
性結合器の結合部長を、TEモードについてTEモードの完
全結合長の約３倍とすると共に、TMモードについてTMモ
ードの完全結合長の約１倍とし、かつ上記電極を、３分
割電極とするとともに電界方向を交互に反転させる反転
Δβ電極としたものである。
この発明における導波路型光回路素子は、方向性結合
器の結合部長をTEモードの完全結合長の３倍及びTMモー
ドの完全結合長の約１倍として形成することにより、TE
/TM両モードの状態から状態への移行を極めて近い
印加電圧値で行なう。
器の結合部長をTEモードの完全結合長の３倍及びTMモー
ドの完全結合長の約１倍として形成することにより、TE
/TM両モードの状態から状態への移行を極めて近い
印加電圧値で行なう。
以下、この発明の一実施例を第１図〜第９図（Ａ）〜
（Ｆ）に基づいて説明する。第１図は本実施例の原理を
説明するための、導波路型光回路素子としての偏光無依
存光スイッチの概略構成図である。この図において、導
波路型光回路素子は、LiNbO3の基板（１）上に二本の導
波路（２）、（３）を形成し、該導波路（２）、（３）
の一部が接近して結合部（６）を形成し、該結合部
（６）の結合部長ＬをTEモードについてTEモードの完全
結合長の約３倍とすると共に、TMモードについてTMモー
ドの完全結合長の約１倍として形成し、上記結合部
（６）を形成する導波路（２）、（３）上にスイッチン
グ電圧Ｖを印加する電極（４）、（５）を形成して両導
波路（２）、（３）間で光強度を変換する方向性結合器
を備えた構成である。
（Ｆ）に基づいて説明する。第１図は本実施例の原理を
説明するための、導波路型光回路素子としての偏光無依
存光スイッチの概略構成図である。この図において、導
波路型光回路素子は、LiNbO3の基板（１）上に二本の導
波路（２）、（３）を形成し、該導波路（２）、（３）
の一部が接近して結合部（６）を形成し、該結合部
（６）の結合部長ＬをTEモードについてTEモードの完全
結合長の約３倍とすると共に、TMモードについてTMモー
ドの完全結合長の約１倍として形成し、上記結合部
（６）を形成する導波路（２）、（３）上にスイッチン
グ電圧Ｖを印加する電極（４）、（５）を形成して両導
波路（２）、（３）間で光強度を変換する方向性結合器
を備えた構成である。
上記素子の動作をチャンネル出力強度に関し第２図に
基づき詳述する。この第２図は完全結合長に対する状
態のチャンネル出力強度の関係を示す光強度グラフであ
る。同図において、TEモードについて2.7≦L/lTE≦3.3
とし、TMモードについて0.7≦L/lTM≦1.3とする数値範
囲が定められ、この数値範囲は挿入損失の観点より定め
たものである。この各完全結合長が2.7≦L/lTE≦3.3、
0.7≦L/lTM≦1.3とした場合には、状態におけるチャ
ンネル出力光強度は約75％程度を下限とする範囲とする
ことができる。このチャンネル出力光強度約75％は挿入
損失が約−1.25dBとなることから、実用範囲としては挿
入損失をより多くしても許容できる。よって挿入損失を
約−2dBの範囲とすれば、TE/TM両モードの完全結合長は
2.6≦L/lTE≦3.4、0.6≦L/lTM≦1.4とすることもでき
る。
基づき詳述する。この第２図は完全結合長に対する状
態のチャンネル出力強度の関係を示す光強度グラフであ
る。同図において、TEモードについて2.7≦L/lTE≦3.3
とし、TMモードについて0.7≦L/lTM≦1.3とする数値範
囲が定められ、この数値範囲は挿入損失の観点より定め
たものである。この各完全結合長が2.7≦L/lTE≦3.3、
0.7≦L/lTM≦1.3とした場合には、状態におけるチャ
ンネル出力光強度は約75％程度を下限とする範囲とする
ことができる。このチャンネル出力光強度約75％は挿入
損失が約−1.25dBとなることから、実用範囲としては挿
入損失をより多くしても許容できる。よって挿入損失を
約−2dBの範囲とすれば、TE/TM両モードの完全結合長は
2.6≦L/lTE≦3.4、0.6≦L/lTM≦1.4とすることもでき
る。
次に、上記導波路型光回路素子を製造方法との関係で
説明する。一般にLiNbO3の基板（１）に導波路（２）、
（３）を形成する方法としては、Ti（チタン）拡散法が
最も一般的に用いられる。このTi拡散法により形成した
導波路（２）、（３）では異常光線に対する屈折率変化
Δneの方が常光線に対する屈折率変化Δnoよりも大きく
することが容易である。即ち、Ｚ−cut結晶のLiNbO3基
板（１）ではTMモードの完全結合長をTEモードの完全結
合長よりも長くすることが容易である。導波路（２）、
（３）の幅や二本の導波路間隔、そしてTi拡散条件を適
当に設定することで、方向性結合器の結合部長Ｌの長さ
が、TE/TM両モードの完全結合長に対してそれぞれ約３
倍、１倍とすることは容易に可能であり、このような導
波路は光の閉じ込め効果が十分に大きなものである。
説明する。一般にLiNbO3の基板（１）に導波路（２）、
（３）を形成する方法としては、Ti（チタン）拡散法が
最も一般的に用いられる。このTi拡散法により形成した
導波路（２）、（３）では異常光線に対する屈折率変化
Δneの方が常光線に対する屈折率変化Δnoよりも大きく
することが容易である。即ち、Ｚ−cut結晶のLiNbO3基
板（１）ではTMモードの完全結合長をTEモードの完全結
合長よりも長くすることが容易である。導波路（２）、
（３）の幅や二本の導波路間隔、そしてTi拡散条件を適
当に設定することで、方向性結合器の結合部長Ｌの長さ
が、TE/TM両モードの完全結合長に対してそれぞれ約３
倍、１倍とすることは容易に可能であり、このような導
波路は光の閉じ込め効果が十分に大きなものである。
次に第３図〜第５図（Ａ）、（Ｂ）に基づいて上記実
施例を説明する。第３図、第４図に示すように、本実施
例は、電極（４）、（５）を３分割電極（11）、（1
2）、（13）とするとともに、電界方向を交互に反転さ
せる反転Δβ電極として構成している。即ち、この方向
性結合器の結合部長はＬで、各電極（11）〜（13）の電
極長さは（L/3）となっており、隣あう電極対は互いに
逆極性で等しい電圧が印加される。ところで上記結合部
長Ｌが、既述の如く、TEモード、TMモードの完全結合長
lTE、lTMに対して2.7≦L/lTE≦3.3、0.7≦L/lTM≦1.3の
関係を満たすように上記方向性結合器は製作されてい
る。上記電極構成により、各分割区間内で導波光は、第
３図に示すように＋Δβ、−Δβ、＋Δβという伝搬定
数変化を受ける。この伝搬定数変化は、TEモード、TMモ
ードで異なり、その差は次式で示される。
施例を説明する。第３図、第４図に示すように、本実施
例は、電極（４）、（５）を３分割電極（11）、（1
2）、（13）とするとともに、電界方向を交互に反転さ
せる反転Δβ電極として構成している。即ち、この方向
性結合器の結合部長はＬで、各電極（11）〜（13）の電
極長さは（L/3）となっており、隣あう電極対は互いに
逆極性で等しい電圧が印加される。ところで上記結合部
長Ｌが、既述の如く、TEモード、TMモードの完全結合長
lTE、lTMに対して2.7≦L/lTE≦3.3、0.7≦L/lTM≦1.3の
関係を満たすように上記方向性結合器は製作されてい
る。上記電極構成により、各分割区間内で導波光は、第
３図に示すように＋Δβ、−Δβ、＋Δβという伝搬定
数変化を受ける。この伝搬定数変化は、TEモード、TMモ
ードで異なり、その差は次式で示される。
ここでΔβTE:TEモードの受ける伝搬定数変化 ΔβTM:TMモードの受ける伝搬定数変化 ne：異常光線屈折率 no：常光線屈折率 γ33、γ13：電気光学定数 ΓTE:TEモードに対する印加電界の重なり積分 ΓTM:TMモードに対する印加電界の重なり積分 第５図（Ａ）、（Ｂ）は、第３図、第４図に示す３分
割電極の本実施例素子の素子特性である。この図で横軸
はTMモードに対する（Δβ・L/π）を示し、縦軸は、導
波路（２）から強度R0として入射する光電力を「１」と
し、導波路（３）から入射する光電力を「０」とした場
合において、導波路（3a）から強度Ｓとして出力される
TEモード光及びTMモード光の光電力の、上記R0の入射光
の光電力に対する電力比｛−10log（S/So）｝を示して
いる。図中実線TMモード光を、破線はTEモード光をそれ
ぞれ示している。第５図（Ａ）は、L/lTM＝1.0、L/lTE
＝3.0、ａ＝3.6の条件の下での素子特性を示し、第５図
（Ｂ）は、L/lTM＝0.8、L/lTE＝2.8、ａ＝3.8の条件の
下での素子特性を示している。第５図（Ａ）は、本実施
例素子が光スイッチとしての特性を有することを示して
いる。即ち、（Δβ・L/π）＝０では入射光はすべてＳ
として出力されているが、（Δβ・L/π）≒5.8では挿
入損失＝−20dB以下が得られている。一方第５図（Ｂ）
は、方向性結合器の結合部長Ｌを若干変化させ、かつａ
＝3.8とした場合を示しており、図示するように、TE/TM
両モードの出力光強度は、（Δβ・L/π）の変化に対し
てほとんど等しく変化している。但し結合部長Ｌを若干
変更したため、（Δβ・L/π）＝０で約0.5dBの挿入損
失を許容しなければならない。このような挿入損失の発
生にもかかわらず（Δβ・L/π）の変化に対してTE/TM
両モード光の出力強度が等しく変化するという特徴は他
の手段では得がたいものであり、この特性を利用するこ
とにより、偏光依存生の小さい分岐比可変型光分岐器や
情報分配形光スイッチ等の導波路型光回路素子を実現す
ることができる。
割電極の本実施例素子の素子特性である。この図で横軸
はTMモードに対する（Δβ・L/π）を示し、縦軸は、導
波路（２）から強度R0として入射する光電力を「１」と
し、導波路（３）から入射する光電力を「０」とした場
合において、導波路（3a）から強度Ｓとして出力される
TEモード光及びTMモード光の光電力の、上記R0の入射光
の光電力に対する電力比｛−10log（S/So）｝を示して
いる。図中実線TMモード光を、破線はTEモード光をそれ
ぞれ示している。第５図（Ａ）は、L/lTM＝1.0、L/lTE
＝3.0、ａ＝3.6の条件の下での素子特性を示し、第５図
（Ｂ）は、L/lTM＝0.8、L/lTE＝2.8、ａ＝3.8の条件の
下での素子特性を示している。第５図（Ａ）は、本実施
例素子が光スイッチとしての特性を有することを示して
いる。即ち、（Δβ・L/π）＝０では入射光はすべてＳ
として出力されているが、（Δβ・L/π）≒5.8では挿
入損失＝−20dB以下が得られている。一方第５図（Ｂ）
は、方向性結合器の結合部長Ｌを若干変化させ、かつａ
＝3.8とした場合を示しており、図示するように、TE/TM
両モードの出力光強度は、（Δβ・L/π）の変化に対し
てほとんど等しく変化している。但し結合部長Ｌを若干
変更したため、（Δβ・L/π）＝０で約0.5dBの挿入損
失を許容しなければならない。このような挿入損失の発
生にもかかわらず（Δβ・L/π）の変化に対してTE/TM
両モード光の出力強度が等しく変化するという特徴は他
の手段では得がたいものであり、この特性を利用するこ
とにより、偏光依存生の小さい分岐比可変型光分岐器や
情報分配形光スイッチ等の導波路型光回路素子を実現す
ることができる。
尚、上記実施例では、第５図（Ｂ）に示すような最適
な素子特性を得る場合、電極長をそれぞれL/3と均等分
割した上で、ａの値をａ≒3.8としている。しかし、一
般にａの値は導波路が光を閉じ込めている状態、及び電
気光学定数などによって決定されるため、ａの値を自由
に選んで最適な素子特性を得るのは困難である。このこ
とから、製作された方向性結合器のａの値を知り、この
値から光スイッチ或は分岐比可変型光分岐器として最適
な素子特性を得るように各電極の長さuL，vL，wLを設定
してもよい。
な素子特性を得る場合、電極長をそれぞれL/3と均等分
割した上で、ａの値をａ≒3.8としている。しかし、一
般にａの値は導波路が光を閉じ込めている状態、及び電
気光学定数などによって決定されるため、ａの値を自由
に選んで最適な素子特性を得るのは困難である。このこ
とから、製作された方向性結合器のａの値を知り、この
値から光スイッチ或は分岐比可変型光分岐器として最適
な素子特性を得るように各電極の長さuL，vL，wLを設定
してもよい。
上記のような観点から設計された方向性結合器として
第６図に示すものがある。第３図に示す方向性結合器と
異なる点は、各電極長が均等に３分割されたL/3でな
く、各電極長がａの値に応じて異ならせていることであ
る。
第６図に示すものがある。第３図に示す方向性結合器と
異なる点は、各電極長が均等に３分割されたL/3でな
く、各電極長がａの値に応じて異ならせていることであ
る。
次にａ（ΔβTM／ΔβTE）＝３の方向性結合器をL/l
TM＝1,L/lTE＝3,u＝0.4,v＝0.3,w＝0.4の値にし、光ス
イッチを構成した場合のスイッチ特性を計算した結果を
第７図（Ａ）に示す。又、ａ＝４の方向性結合器に上記
各値を設定し、光スイッチとしての特性を計算した結果
を同図（Ｂ）に示す。これらの特性図から明らかなよう
に、３≦ａ≦４の広い範囲において、TE/TM両モード光
ともクロストーク−20dBの特性を得ることができる。
又、同図（Ｃ）から明らかなように、L/lTM＝1,L/lTE＝
3,u＝0.3,v＝0.4,w＝0.3の値は、ａ＝3.4の方向性結合
器の時最も光スイッチとしての特性が優れている。この
ように、ａの値を知った上で、u,v,wの値を決めること
で、光スイッチとしての最適な特性を得ることができ
る。
TM＝1,L/lTE＝3,u＝0.4,v＝0.3,w＝0.4の値にし、光ス
イッチを構成した場合のスイッチ特性を計算した結果を
第７図（Ａ）に示す。又、ａ＝４の方向性結合器に上記
各値を設定し、光スイッチとしての特性を計算した結果
を同図（Ｂ）に示す。これらの特性図から明らかなよう
に、３≦ａ≦４の広い範囲において、TE/TM両モード光
ともクロストーク−20dBの特性を得ることができる。
又、同図（Ｃ）から明らかなように、L/lTM＝1,L/lTE＝
3,u＝0.3,v＝0.4,w＝0.3の値は、ａ＝3.4の方向性結合
器の時最も光スイッチとしての特性が優れている。この
ように、ａの値を知った上で、u,v,wの値を決めること
で、光スイッチとしての最適な特性を得ることができ
る。
更に、ａ＝3.4の方向性結合器にL/lTM＝1,L/lTE＝3,u
＝0.375,v＝0.25,w＝0.375の値を設定し、分岐比可変型
光分岐器を構成した時の特性を計算した結果を第８図
（Ａ）に示すが、この特性図からも明らかなように（Δ
β・L/π）の変化に対してTM/TE両モード光の出力強度
は等しく変化する。
＝0.375,v＝0.25,w＝0.375の値を設定し、分岐比可変型
光分岐器を構成した時の特性を計算した結果を第８図
（Ａ）に示すが、この特性図からも明らかなように（Δ
β・L/π）の変化に対してTM/TE両モード光の出力強度
は等しく変化する。
更に又、ａ＝3.6,L/lTM＝1,L/lTE＝3,u＝0.3675,v＝
0.265,w＝0.375として分岐比可変型光分岐器を構成した
時の特性を計算した結果を同図（Ｂ）に示すが、この例
でも（Δβ・L/π）の変化に対してTM/TE両モード光の
出力強度は等しく変化する。
0.265,w＝0.375として分岐比可変型光分岐器を構成した
時の特性を計算した結果を同図（Ｂ）に示すが、この例
でも（Δβ・L/π）の変化に対してTM/TE両モード光の
出力強度は等しく変化する。
以上のように、電極長の値を必ずしも均等にせず、ａ
の値に応じて各電極長uL，vL，WL、（ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）
を設計することで、光スイッチの場合も、可変型光分岐
器の場合も特性を最適化することが可能である。
の値に応じて各電極長uL，vL，WL、（ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）
を設計することで、光スイッチの場合も、可変型光分岐
器の場合も特性を最適化することが可能である。
第９図（Ａ）〜（Ｆ）は本実施例素子の製造順序を示
すもので、図示するように、Ｚ−cutのLiNbO3基板
（１）上に光露光技術を用いて光導波路パターンのホト
レジスト（61）を形成し（同図（Ａ））、次いでホトレ
ジスト（61）を有する基板（１）上にTi（62）を拡散源
として蒸着し（同図（Ｂ））、次いで、ホトレジスト
（61）を有機溶剤を用いて基板（１）より除去して幅
Ｗ、間隔Ｇ、高さＴの、Tiで形成されるリフトオフ部
（63）を形成する（同図（Ｃ））。次いで光導波路パタ
ーンのリフトオフ部（63）を有する基板（１）を高温で
加熱して拡散源としてのTiを基板（１）中に拡散して光
導波路（64）を作製する（同図（Ｄ））。次いでこの光
導波路（64）が形成された基板（１）の表面に例えば約
4000Å厚みのSiO2膜（65）をバッファ層として形成した
後（同図（Ｅ））、このSiO2膜（65）の表面に、光導波
路（64）上に位置するように電極（66）を形成する（同
図（Ｆ））。ところでSiO2膜（65）を形成したのは、電
極（66）が金属で構成されていることから、この金属に
よる光の吸収を避けるためである。なお、上記結合部の
条件を満たすために、第６図（Ｃ）中のＷ、Ｇ、Ｔの寸
法や拡散条件を適当に設定する必要がある。
すもので、図示するように、Ｚ−cutのLiNbO3基板
（１）上に光露光技術を用いて光導波路パターンのホト
レジスト（61）を形成し（同図（Ａ））、次いでホトレ
ジスト（61）を有する基板（１）上にTi（62）を拡散源
として蒸着し（同図（Ｂ））、次いで、ホトレジスト
（61）を有機溶剤を用いて基板（１）より除去して幅
Ｗ、間隔Ｇ、高さＴの、Tiで形成されるリフトオフ部
（63）を形成する（同図（Ｃ））。次いで光導波路パタ
ーンのリフトオフ部（63）を有する基板（１）を高温で
加熱して拡散源としてのTiを基板（１）中に拡散して光
導波路（64）を作製する（同図（Ｄ））。次いでこの光
導波路（64）が形成された基板（１）の表面に例えば約
4000Å厚みのSiO2膜（65）をバッファ層として形成した
後（同図（Ｅ））、このSiO2膜（65）の表面に、光導波
路（64）上に位置するように電極（66）を形成する（同
図（Ｆ））。ところでSiO2膜（65）を形成したのは、電
極（66）が金属で構成されていることから、この金属に
よる光の吸収を避けるためである。なお、上記結合部の
条件を満たすために、第６図（Ｃ）中のＷ、Ｇ、Ｔの寸
法や拡散条件を適当に設定する必要がある。
したがって、この発明に係る導波路型光回路素子は、
方向性結合器の結合部長を、TEモードについてTEモード
の完全結合長の約３倍（本実施例では2.6〜3.4倍）とす
ると共にTMモードについてTMモードの完全結合長の約１
倍（本実施例では0.6〜1.4倍）とする構成を採ったこと
から、導波路の光閉じ込め効果を極めて高く確保できる
こととなり、導波路曲がり部分での放射損失が小さくな
り、このため導波路曲がり部分で導波路幅を大きくする
などの対策は不要となる。
方向性結合器の結合部長を、TEモードについてTEモード
の完全結合長の約３倍（本実施例では2.6〜3.4倍）とす
ると共にTMモードについてTMモードの完全結合長の約１
倍（本実施例では0.6〜1.4倍）とする構成を採ったこと
から、導波路の光閉じ込め効果を極めて高く確保できる
こととなり、導波路曲がり部分での放射損失が小さくな
り、このため導波路曲がり部分で導波路幅を大きくする
などの対策は不要となる。
以上説明したように、この発明においては、偏光依存
性を小さくできかつ光閉じ込め効果を強くすることがで
きる。
性を小さくできかつ光閉じ込め効果を強くすることがで
きる。
又、各電極長を適当に設定することでTE/TE両モード
光とも電圧変化に対して等しく変化するようにすること
ができる。
光とも電圧変化に対して等しく変化するようにすること
ができる。
第１図はこの発明に係る導波路型光回路素子の原理を示
す概略構成図、第２図は完全結合長に対する状態のチ
ャンネル出力強度の関係のグラフ、第３図はこの発明の
一実施例に係る素子の平面構造図、第４図は同じく素子
の電極の印加状態を示す平面構造図、第５図（Ａ），
（Ｂ）は本実施例に係る素子の素子特性を示すグラフ、
第６図はこの発明の他の実施例に係る素子の平面構造
図、第７図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び第８図（Ａ），
（Ｂ）は他の実施例に係る素子の素子特性を示すグラ
フ、第９図（Ａ）〜（Ｆ）は該素子の製造順序を示す素
子正面図、第10図は従来の導波路型光回路素子の概略構
成図、第11図（Ａ）は完全結合長に対する射出光強度の
関係グラフ、第11図（Ｂ）は一様Δβのスイッチングダ
イアグラム、第12図はTE/TM両モードのスイッチングダ
イアグラム、第13図は他の従来の素子の概略構成図、第
14図はTEモードのスイッチング電圧に対する挿入損失の
関係グラフを示す。 （１）…基板 （２），（３）…導波路 （４），（５）…電極 （６）…結合部 （11）〜（13）…３分割電極、Ｌ…結合部長、lTE…TE
モードの完全結合長、lTM…TMモードの完全結合長。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
す概略構成図、第２図は完全結合長に対する状態のチ
ャンネル出力強度の関係のグラフ、第３図はこの発明の
一実施例に係る素子の平面構造図、第４図は同じく素子
の電極の印加状態を示す平面構造図、第５図（Ａ），
（Ｂ）は本実施例に係る素子の素子特性を示すグラフ、
第６図はこの発明の他の実施例に係る素子の平面構造
図、第７図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び第８図（Ａ），
（Ｂ）は他の実施例に係る素子の素子特性を示すグラ
フ、第９図（Ａ）〜（Ｆ）は該素子の製造順序を示す素
子正面図、第10図は従来の導波路型光回路素子の概略構
成図、第11図（Ａ）は完全結合長に対する射出光強度の
関係グラフ、第11図（Ｂ）は一様Δβのスイッチングダ
イアグラム、第12図はTE/TM両モードのスイッチングダ
イアグラム、第13図は他の従来の素子の概略構成図、第
14図はTEモードのスイッチング電圧に対する挿入損失の
関係グラフを示す。 （１）…基板 （２），（３）…導波路 （４），（５）…電極 （６）…結合部 （11）〜（13）…３分割電極、Ｌ…結合部長、lTE…TE
モードの完全結合長、lTM…TMモードの完全結合長。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】二つの導波路を近接して配置するととも
に、該導波路上に電界印加用の電極を設置して両導波路
間で光強度を変換する方向性結合器を備えた導波路型光
回路素子において、上記方向性結合器の結合部長を、TE
モードについてTEモードの完全結合長の約３倍とすると
共に、TMモードについてTMモードの完全結合長の約１倍
とし、かつ上記電極を、３分割電極とするとともに電界
方向を交互に反転させる反転Δβ電極としたことを特徴
とする導波路型光回路素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1219246A JP2754774B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-08-25 | 導波路型光回路素子 |
| US07/566,460 US5103491A (en) | 1989-03-31 | 1990-01-04 | Waveguide type optical circuit element |
| DE69017564T DE69017564T2 (de) | 1989-03-31 | 1990-01-04 | Verfahren und vorrichtung für fernsehrundfunk. |
| PCT/JP1990/000005 WO1990012341A1 (en) | 1989-03-31 | 1990-01-04 | Optical circuit element of waveguide type |
| EP90901661A EP0417295B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-01-04 | Optical circuit element of waveguide type |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8245889 | 1989-03-31 | ||
| JP1-82458 | 1989-03-31 | ||
| JP1219246A JP2754774B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-08-25 | 導波路型光回路素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH037910A JPH037910A (ja) | 1991-01-16 |
| JP2754774B2 true JP2754774B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=26423468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1219246A Expired - Lifetime JP2754774B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-08-25 | 導波路型光回路素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5103491A (ja) |
| EP (1) | EP0417295B1 (ja) |
| JP (1) | JP2754774B2 (ja) |
| DE (1) | DE69017564T2 (ja) |
| WO (1) | WO1990012341A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2668615B1 (fr) * | 1990-10-31 | 1992-12-11 | France Etat | Separateur de polarisations pour lumiere guidee. |
| US5375180A (en) * | 1993-10-04 | 1994-12-20 | At&T Corp. | Process tolerant reverse delta-beta directional coupler switch and method of fabricating same |
| JPH07318986A (ja) * | 1994-05-25 | 1995-12-08 | Nec Corp | 導波路型光スイッチ |
| US7236708B2 (en) * | 2001-10-25 | 2007-06-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical communication system with optical output level control function |
| CN108307658B (zh) * | 2013-09-12 | 2020-11-13 | 罗格斯(新泽西州立)大学 | 高密度光子集成的波导超晶格 |
| JP6662616B2 (ja) * | 2015-11-26 | 2020-03-11 | ダイキョーニシカワ株式会社 | 車両の内装構造 |
| WO2022051021A2 (en) * | 2020-07-02 | 2022-03-10 | President And Fellows Of Harvard College | Electromagnetic waveguides using cascaded mode conversion |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4291939A (en) * | 1978-03-24 | 1981-09-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Polarization-independent optical switches/modulators |
| US4243295A (en) * | 1979-09-19 | 1981-01-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Polarization-independent optical directional coupler switch/modulator |
| JPS56110916A (en) * | 1980-02-06 | 1981-09-02 | Nec Corp | Magnetic-optical thin film optical switch |
| US4390236A (en) * | 1981-03-19 | 1983-06-28 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Tunable polarization independent wavelength filter |
| US4679893A (en) * | 1983-08-26 | 1987-07-14 | Hughes Aircraft Company | High switching frequency optical waveguide switch, modulator, and filter devices |
| US4711515A (en) * | 1984-05-29 | 1987-12-08 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Electrooptic polarization multiplexer/demultiplexer |
| JPH0785151B2 (ja) * | 1986-06-19 | 1995-09-13 | 富士通株式会社 | 導波路光スイツチ |
| JPS63142333A (ja) * | 1986-12-05 | 1988-06-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイツチ |
| JPH01118821A (ja) * | 1987-11-02 | 1989-05-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイッチ |
| EP0317531B1 (en) * | 1987-11-20 | 1993-08-25 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson | Method of disposing a polarization directing optoelectronic coupler and a coupler for carrying out the method |
| US4865408A (en) * | 1989-01-09 | 1989-09-12 | American Telephone And Telegraph Company | Low crosstalk reversed Δβ electrodes for directional coupler switch |
| US4997245A (en) * | 1990-01-04 | 1991-03-05 | Smiths Industries Aerospace & Defense Systems Incorporated | Polarization independent optical switches |
-
1989
- 1989-08-25 JP JP1219246A patent/JP2754774B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-01-04 US US07/566,460 patent/US5103491A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-04 DE DE69017564T patent/DE69017564T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-04 EP EP90901661A patent/EP0417295B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-01-04 WO PCT/JP1990/000005 patent/WO1990012341A1/ja active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．ＱＥ−１３ Ｎｏ．４ ＰＰ．１２２〜１２８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1990012341A1 (en) | 1990-10-18 |
| US5103491A (en) | 1992-04-07 |
| DE69017564D1 (de) | 1995-04-13 |
| DE69017564T2 (de) | 1995-11-02 |
| EP0417295A1 (en) | 1991-03-20 |
| EP0417295A4 (en) | 1992-07-22 |
| EP0417295B1 (en) | 1995-03-08 |
| JPH037910A (ja) | 1991-01-16 |
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