JP2812974B2 - 偏光無依存性光スイッチ - Google Patents
偏光無依存性光スイッチInfo
- Publication number
- JP2812974B2 JP2812974B2 JP1023968A JP2396889A JP2812974B2 JP 2812974 B2 JP2812974 B2 JP 2812974B2 JP 1023968 A JP1023968 A JP 1023968A JP 2396889 A JP2396889 A JP 2396889A JP 2812974 B2 JP2812974 B2 JP 2812974B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- optical switch
- polarization
- interference type
- branch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
- G02F1/3136—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of interferometric switch type
-
- 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
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/06—Polarisation independent
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は光通信および光計測用などの光信号処理デ
バイスに係り、特にシングルモード光ファイバにより伝
送された光信号をその偏光に依存することなくスイッチ
ングする導波路形光デバイスに関するものである。
バイスに係り、特にシングルモード光ファイバにより伝
送された光信号をその偏光に依存することなくスイッチ
ングする導波路形光デバイスに関するものである。
（発明の概要） この発明は、シングルモード光ファイバにより伝送さ
れてきた光をその光信号のまゝスイッチングするデバイ
スに関し、 ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの基板上
に分岐干渉形光変調部と少なくともその分岐干渉形光変
調部の後段に１つの非対称Ｙ分岐部とを備え、さらに分
岐干渉形光変調部に印加電界に依存する動的位相制御部
のほかに印加電界に依存しない静的位相制御部を設けて
いる。
れてきた光をその光信号のまゝスイッチングするデバイ
スに関し、 ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの基板上
に分岐干渉形光変調部と少なくともその分岐干渉形光変
調部の後段に１つの非対称Ｙ分岐部とを備え、さらに分
岐干渉形光変調部に印加電界に依存する動的位相制御部
のほかに印加電界に依存しない静的位相制御部を設けて
いる。
かくすることにより任意の偏光モードを有する光の光
路を切り換える偏光無依存性光スイッチを実現し、かつ
低電圧で動作させることを可能としている。
路を切り換える偏光無依存性光スイッチを実現し、かつ
低電圧で動作させることを可能としている。
（従来の技術） 従来この種の光スイッチは、LiNbO3結晶を基板とし、
結晶のＺ軸方向に電界を印加している。この場合LiNbO3
基板上の導波路を伝搬するTEモード光およびTMモード光
により屈折率が異なるため、従来の光スイッチと標準の
シングルモード光ファイバーとの直接結合ができなかっ
た。このため最近になって偏光に依存しない偏光無依存
性光スイッチの研究が盛んになってきている。以下従来
技術について説明する。
結晶のＺ軸方向に電界を印加している。この場合LiNbO3
基板上の導波路を伝搬するTEモード光およびTMモード光
により屈折率が異なるため、従来の光スイッチと標準の
シングルモード光ファイバーとの直接結合ができなかっ
た。このため最近になって偏光に依存しない偏光無依存
性光スイッチの研究が盛んになってきている。以下従来
技術について説明する。
従来光スイッチとしては、第２図に示すように２つの
光導波路が近接した光方向性結合形光スイッチ（ａ）、
光導波路の等価屈折率が異なる非対称なＹ分岐路を少な
くとも１つ有する非対称Ｙ分岐形光スイッチ（ｂ）およ
び全反射形光スイッチ（ｃ）などがある。なかでも光方
向性結合形光スイッチが主流である。
光導波路が近接した光方向性結合形光スイッチ（ａ）、
光導波路の等価屈折率が異なる非対称なＹ分岐路を少な
くとも１つ有する非対称Ｙ分岐形光スイッチ（ｂ）およ
び全反射形光スイッチ（ｃ）などがある。なかでも光方
向性結合形光スイッチが主流である。
光方向性結合形光スイッチは一方の光導波路1aまたは
1bを伝搬する導波光の漏れ電界の結合により他方1bまた
は1aに光エネルギーを移行するものである。ただし完全
なクロス状態を実現するためには、高度な製作技術が要
求される。非対称Ｙ分岐形光スイッチは出力側の二つの
光導波路の等価屈折率を変えることにより基本モード光
と１次モード光とを分離するという原理を利用したもの
で、設計および製作が極めて簡単であるという特徴を有
している。また全反射形光スイッチはその構成が極めて
単純であるが印加電界により光導波路交差部に高屈折部
分を誘起するのが困難である。
1bを伝搬する導波光の漏れ電界の結合により他方1bまた
は1aに光エネルギーを移行するものである。ただし完全
なクロス状態を実現するためには、高度な製作技術が要
求される。非対称Ｙ分岐形光スイッチは出力側の二つの
光導波路の等価屈折率を変えることにより基本モード光
と１次モード光とを分離するという原理を利用したもの
で、設計および製作が極めて簡単であるという特徴を有
している。また全反射形光スイッチはその構成が極めて
単純であるが印加電界により光導波路交差部に高屈折部
分を誘起するのが困難である。
これら光スイッチの多くは特定の直線偏波光しか利用
できないいわゆる偏光依存性光スイッチである。一方偏
光無依存性光スイッチの従来例はごく僅かな例に限られ
ており、そのほとんどが光方向性結合形光スイッチであ
り、その例としては以下に記述する文献（ｉ），（ii）
がある。また非対称Ｙ分岐光スイッチとしては文献（ii
i）があり、これら偏光無依存性光スイッチはいずれもL
iNbO3結晶で構成され、該結晶のＺ軸方向に電界を印加
するものである。
できないいわゆる偏光依存性光スイッチである。一方偏
光無依存性光スイッチの従来例はごく僅かな例に限られ
ており、そのほとんどが光方向性結合形光スイッチであ
り、その例としては以下に記述する文献（ｉ），（ii）
がある。また非対称Ｙ分岐光スイッチとしては文献（ii
i）があり、これら偏光無依存性光スイッチはいずれもL
iNbO3結晶で構成され、該結晶のＺ軸方向に電界を印加
するものである。
参考文献名 （ｉ）K.Kondo,Y.Ohta,Y.Tanisawa,T.Aoyama,R.Ishikaw
a:Low−Drive−Voltage and Low−Loss Polarization−
Independent LiNbO3 Optical Waveguide Switches （偏光無依存性１×２光スイッチ）,Electron Lett.,
Vol.23,No.21,P.1167,1987 （ii）J.E.Watson,M.A.Milbrodt and T.C.Rice:A Polar
ization−Independent1×16Guided−Wave Optical Swit
ch Integrated on LiNbO3 （偏光無依存性１×16光スイッチ）,Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT−4,No.11,P.1717,Nov.1986 （iii）Y.Silberberg,P.Perlmutter and J.E.Baran:Dig
ital optical switch（デジタル光スイッチ）,Appl.Phy
s.Lett.,51（16）,19,P.1230,Oct.1987 （発明が解決しようとする問題点） 方向性結合形偏光無依存性光スイッチは完全なクロス
状態を実現するのが難しく、光導波路の形状（位相定
数）、結合の強さ、結合の長さの３つのパラメータを精
度よく合わせる必要があり、そのため厳しい製作条件お
よび高い製作精度が要求される。さらに光の波長や温度
の違いにより特性が変化する。文献（ｉ），（ii）記載
の方向性結合形偏光無依存性光スイッチでは、いずれも
製作条件が厳しいうえに、30〜70Vという高い動作電圧
が必要であるなどの欠点がある。また文献（iii）記載
の非対称Ｙ分岐形偏光無依存性光スイッチも研究されて
いるが、動作電圧が高いのが大きな欠点である。
a:Low−Drive−Voltage and Low−Loss Polarization−
Independent LiNbO3 Optical Waveguide Switches （偏光無依存性１×２光スイッチ）,Electron Lett.,
Vol.23,No.21,P.1167,1987 （ii）J.E.Watson,M.A.Milbrodt and T.C.Rice:A Polar
ization−Independent1×16Guided−Wave Optical Swit
ch Integrated on LiNbO3 （偏光無依存性１×16光スイッチ）,Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT−4,No.11,P.1717,Nov.1986 （iii）Y.Silberberg,P.Perlmutter and J.E.Baran:Dig
ital optical switch（デジタル光スイッチ）,Appl.Phy
s.Lett.,51（16）,19,P.1230,Oct.1987 （発明が解決しようとする問題点） 方向性結合形偏光無依存性光スイッチは完全なクロス
状態を実現するのが難しく、光導波路の形状（位相定
数）、結合の強さ、結合の長さの３つのパラメータを精
度よく合わせる必要があり、そのため厳しい製作条件お
よび高い製作精度が要求される。さらに光の波長や温度
の違いにより特性が変化する。文献（ｉ），（ii）記載
の方向性結合形偏光無依存性光スイッチでは、いずれも
製作条件が厳しいうえに、30〜70Vという高い動作電圧
が必要であるなどの欠点がある。また文献（iii）記載
の非対称Ｙ分岐形偏光無依存性光スイッチも研究されて
いるが、動作電圧が高いのが大きな欠点である。
従って本発明の目的は、上述の問題点を解決し、製作
条件および精度が厳しくない、設計も容易な非対称Ｙ分
岐形の偏光無依存性光スイッチを提供せんとするもので
ある。
条件および精度が厳しくない、設計も容易な非対称Ｙ分
岐形の偏光無依存性光スイッチを提供せんとするもので
ある。
（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明偏光無依存性光スイ
ッチは、任意の偏光モードを有する光の光路を切り換え
る光スイッチにおいて、当該光スイッチがその光導波路
構成として分岐干渉形光変調部と少なくともその分岐干
渉形光変調部の後段に１つの非対称Ｙ分岐部とを具備
し、該非対称Ｙ分岐部がＹ分岐した２つの光導波路の等
価屈折率が異なる非対称なＹ分岐路であり、前記分岐干
渉形光変調部が、印加電界に依存する電気光学効果を有
する動的位相制御部のほかにさらに、前記分岐干渉形光
変調部の光導波路の一方もしくは両方に印加電界に依存
しない光変調動作点を制御する静的位相制御部を有し
て、所定の印加電界で互いに異なった偏光モードの光の
前記光スイッチの光出力を同時に最小にするよう前記光
変調動作点が設定されることを特徴とするものである。
ッチは、任意の偏光モードを有する光の光路を切り換え
る光スイッチにおいて、当該光スイッチがその光導波路
構成として分岐干渉形光変調部と少なくともその分岐干
渉形光変調部の後段に１つの非対称Ｙ分岐部とを具備
し、該非対称Ｙ分岐部がＹ分岐した２つの光導波路の等
価屈折率が異なる非対称なＹ分岐路であり、前記分岐干
渉形光変調部が、印加電界に依存する電気光学効果を有
する動的位相制御部のほかにさらに、前記分岐干渉形光
変調部の光導波路の一方もしくは両方に印加電界に依存
しない光変調動作点を制御する静的位相制御部を有し
て、所定の印加電界で互いに異なった偏光モードの光の
前記光スイッチの光出力を同時に最小にするよう前記光
変調動作点が設定されることを特徴とするものである。
（作 用） すなわち従来の光スイッチの構成では、静的位相制御
部を有せず電気光学効果のみで位相制御をしており、偏
光無依存性光スイッチの実現が困難であったのを、本発
明の構成では静的位相制御部を設けて電気光学効果に依
存せずに導波光に静的な位相変化を与えている。かくて
偏光に依存することなく光スイッチングすることが容易
になった。さらに本発明光スイッチによれば、偏光無依
存性光スイッチと他のデバイスを同一基板上に容易に構
成でき、しかも低電圧化がはかれるので、将来の光ファ
イバ通信並びに光情報処理などのキーデバイスとなり得
る。
部を有せず電気光学効果のみで位相制御をしており、偏
光無依存性光スイッチの実現が困難であったのを、本発
明の構成では静的位相制御部を設けて電気光学効果に依
存せずに導波光に静的な位相変化を与えている。かくて
偏光に依存することなく光スイッチングすることが容易
になった。さらに本発明光スイッチによれば、偏光無依
存性光スイッチと他のデバイスを同一基板上に容易に構
成でき、しかも低電圧化がはかれるので、将来の光ファ
イバ通信並びに光情報処理などのキーデバイスとなり得
る。
（実施例） 以下添付図面を参照し実施例により本発明を詳細に説
明するが、実施例の説明に先立ち本発明光スイッチの動
作原理に言及する。
明するが、実施例の説明に先立ち本発明光スイッチの動
作原理に言及する。
第１図に本発明光スイッチの基本構成を示す。同図
（ａ）に示す素子は入力側としての基本モード光導波路
６、分岐干渉形光変調部３および出力側の非対称Ｙ分岐
路４、かつ変調部には導波光に静的な位相変化を与える
静的位相制御部５を具備している。同図（ｂ）に示す素
子は同図（ａ）の入力の一本の光導波路を非対称Ｙ分岐
路に置き換えた構成である。
（ａ）に示す素子は入力側としての基本モード光導波路
６、分岐干渉形光変調部３および出力側の非対称Ｙ分岐
路４、かつ変調部には導波光に静的な位相変化を与える
静的位相制御部５を具備している。同図（ｂ）に示す素
子は同図（ａ）の入力の一本の光導波路を非対称Ｙ分岐
路に置き換えた構成である。
非対称Ｙ分岐路４はＸ交差点Ｏで発生した基本および
１次モード光をそれぞれ太い光導波路と細い光導波路に
分離するためであり、分岐干渉形光変調部３は２つの光
導波路に分かれた光波を交差点Ｏで干渉させて、上記基
本および１次モード光を発生させるためのものである。
さらに静的位相制御部５はTEモード光とTMモード光に対
して一定の位相差を与えるものである。この位相差を適
当な値に制御することにより偏光無依存性光スイッチが
実現できる。
１次モード光をそれぞれ太い光導波路と細い光導波路に
分離するためであり、分岐干渉形光変調部３は２つの光
導波路に分かれた光波を交差点Ｏで干渉させて、上記基
本および１次モード光を発生させるためのものである。
さらに静的位相制御部５はTEモード光とTMモード光に対
して一定の位相差を与えるものである。この位相差を適
当な値に制御することにより偏光無依存性光スイッチが
実現できる。
静的位相制御部および電圧印加時のTE/TMモード光の
位相変化θE,θＭは一般に θＥ＝ａ＋αＶ （１） θＭ＝ｂ＋βＶ （２） と表わされる。a,bは静的位相制御部によるTEモード光
及びTMモード光の位相変化分で、各式の右辺第２項は電
圧（Ｖ）印加に基く電気光学効果によりTEモード光およ
びTMモード光に誘起される位相変化分である。αとβは
電気光学係数に依存する比例定数である。本発明の光デ
バイスの非対称Ｙ分岐路を構成する一方の光導波路の光
出力P01はPiを入力光強度とすると P01＝Pisin2（θ/2） （３） で与えられる。また他方の光導波路の光出力P02は P02＝Picos2（θ/2） （４） で与えられる。ただし、θ＝θＥあるいはθＭである。
従ってTE/TMモード光に対するこの素子の光出力対印加
電圧特性の変調動作点は静的位相制御部の位相変化分a,
bのみに依存する。
位相変化θE,θＭは一般に θＥ＝ａ＋αＶ （１） θＭ＝ｂ＋βＶ （２） と表わされる。a,bは静的位相制御部によるTEモード光
及びTMモード光の位相変化分で、各式の右辺第２項は電
圧（Ｖ）印加に基く電気光学効果によりTEモード光およ
びTMモード光に誘起される位相変化分である。αとβは
電気光学係数に依存する比例定数である。本発明の光デ
バイスの非対称Ｙ分岐路を構成する一方の光導波路の光
出力P01はPiを入力光強度とすると P01＝Pisin2（θ/2） （３） で与えられる。また他方の光導波路の光出力P02は P02＝Picos2（θ/2） （４） で与えられる。ただし、θ＝θＥあるいはθＭである。
従ってTE/TMモード光に対するこの素子の光出力対印加
電圧特性の変調動作点は静的位相制御部の位相変化分a,
bのみに依存する。
一例として第１図（ａ）の構成においてLiNbO3結晶の
Ｘ軸に沿って光を伝搬させ、該結晶のＺ軸方向に電界を
印加する場合を例にとり本発明による素子の動作を説明
すると、 α：β＝ne 3γ33:no 3γ13 ≒2.9:1 （５） ただしno,neはLiNbO3結晶の常屈折率および異常屈折率
で与えられるため、TEモード光およびTMモード光の光出
力対印加電圧特性は一般に第３図（ａ）のように与えら
れる。αとβはほぼ整数比の関係にあるから、静的位相
制御部を適当に制御し第３図（ｂ）に示すように、TE,T
Mモード光の強度の最小点がほぼ一致するよに前記a,bを
制御すれば、偏光無依存性光スイッチとなる。
Ｘ軸に沿って光を伝搬させ、該結晶のＺ軸方向に電界を
印加する場合を例にとり本発明による素子の動作を説明
すると、 α：β＝ne 3γ33:no 3γ13 ≒2.9:1 （５） ただしno,neはLiNbO3結晶の常屈折率および異常屈折率
で与えられるため、TEモード光およびTMモード光の光出
力対印加電圧特性は一般に第３図（ａ）のように与えら
れる。αとβはほぼ整数比の関係にあるから、静的位相
制御部を適当に制御し第３図（ｂ）に示すように、TE,T
Mモード光の強度の最小点がほぼ一致するよに前記a,bを
制御すれば、偏光無依存性光スイッチとなる。
また、第１図（ａ）に示す素子構成においてLiNbO3結
晶のＺ軸方向に光を伝搬し、該結晶のＹ軸方向に電界を
印加する素子では、前記比例定数α，βには大きさが等
しく符号だけが異なる電気光学係数が含まれるため、β
＝−αとなり、光出力対印加電圧特性は第４図（ａ）の
ように周期が一致する。いま静的位相制御部を適当にコ
ントロールして第４図（ｂ）に示すように、ａ＋ｂ＝±
2Nπ（Ｎは整数）なる位相差を与えれば偏光無依存性光
スイッチとなる。この素子構成の特徴は、印加電界によ
り比対称Ｙ分岐路の各出力を連続的に変化することがで
きることである。
晶のＺ軸方向に光を伝搬し、該結晶のＹ軸方向に電界を
印加する素子では、前記比例定数α，βには大きさが等
しく符号だけが異なる電気光学係数が含まれるため、β
＝−αとなり、光出力対印加電圧特性は第４図（ａ）の
ように周期が一致する。いま静的位相制御部を適当にコ
ントロールして第４図（ｂ）に示すように、ａ＋ｂ＝±
2Nπ（Ｎは整数）なる位相差を与えれば偏光無依存性光
スイッチとなる。この素子構成の特徴は、印加電界によ
り比対称Ｙ分岐路の各出力を連続的に変化することがで
きることである。
次にこれらの位相差を与える静的位相制御部の具体的
な操作方法について説明するが、これはたとえば以下の
通りである。
な操作方法について説明するが、これはたとえば以下の
通りである。
分岐干渉形光変調部を構成する２つの光導合路の一
方もしくは両方の長さを変える。
方もしくは両方の長さを変える。
分岐干渉形光変調部を構成する２つの光導波路の一
方もしくは両方の一部の光導波路幅を変える。
方もしくは両方の一部の光導波路幅を変える。
分岐干渉形光変調部を構成する２つの光導波路の一
方もしくは両方の一部の光導波路を形成するTi膜厚を変
える。
方もしくは両方の一部の光導波路を形成するTi膜厚を変
える。
分岐干渉形光変調部を構成する２つの光導波路の一
方もしくは両方の一部に、光導波路の屈折率より小さい
屈折をもつ透明な絶縁材料を装荷する。
方もしくは両方の一部に、光導波路の屈折率より小さい
屈折をもつ透明な絶縁材料を装荷する。
などの手段がある。
からの手段は一般にTE/TMモード光に対して適当
な位相変化量を与えることができる。の手段は、特に
TMモード光に対して大きな位相変化を与えることができ
る。なおからの手段を組み合わせることにより、零
バイアス動作の偏光無依存性光スイッチを実現すること
が可能である。例えば、前述の第１図（ａ）に示す構成
においてLiNbO3結晶のＺ軸方向に光を伝搬し、該結晶の
Ｙ軸方向に電界を印加する素子では、ａ＋ｂ＝±2Nπと
ａ＝π/2±2Mπ（Ｍは整数）の両条件を満たすように静
的位相制御部を適当に制御することで得られる。
な位相変化量を与えることができる。の手段は、特に
TMモード光に対して大きな位相変化を与えることができ
る。なおからの手段を組み合わせることにより、零
バイアス動作の偏光無依存性光スイッチを実現すること
が可能である。例えば、前述の第１図（ａ）に示す構成
においてLiNbO3結晶のＺ軸方向に光を伝搬し、該結晶の
Ｙ軸方向に電界を印加する素子では、ａ＋ｂ＝±2Nπと
ａ＝π/2±2Mπ（Ｍは整数）の両条件を満たすように静
的位相制御部を適当に制御することで得られる。
また第１図（ａ）に示す素子において非対称分岐路か
ら光を入力し一本の基本モード光導波路から光を出力す
る構成にすると、２入力対１出力の光スイッチとして利
用することができる。すなわち、第３図（ｂ）の特性を
もつ素子では、適当な電圧を印加することにより非対称
分岐路の一方の光導波路を伝搬する光のみを取り出すこ
とができる。
ら光を入力し一本の基本モード光導波路から光を出力す
る構成にすると、２入力対１出力の光スイッチとして利
用することができる。すなわち、第３図（ｂ）の特性を
もつ素子では、適当な電圧を印加することにより非対称
分岐路の一方の光導波路を伝搬する光のみを取り出すこ
とができる。
さらに第１図（ｂ）に示す構成の素子においても、入
力側の非対称分岐路の一方の光導波路のみにTE/TMモー
ド光を入力すると、同図（ａ）の素子と同様の機能を発
揮することができる。また入力側の非対称分岐路の両方
にTE/TMモード光を入力すると２入力対２出力のマトリ
ックス光スイッチを構成することが可能である。
力側の非対称分岐路の一方の光導波路のみにTE/TMモー
ド光を入力すると、同図（ａ）の素子と同様の機能を発
揮することができる。また入力側の非対称分岐路の両方
にTE/TMモード光を入力すると２入力対２出力のマトリ
ックス光スイッチを構成することが可能である。
以下本発明の実施例について順次にこれを説明する。
実施例１ この例では基板材料にLiNbO3結晶を使用し、該結晶の
Ｚ軸方向に光を伝搬し、Ｙ軸方向に電界を印加する、い
わゆるＺ軸伝搬LiNbO3素子上に構成した本発明による偏
光無依存性光スイッチについて述べる。
Ｚ軸方向に光を伝搬し、Ｙ軸方向に電界を印加する、い
わゆるＺ軸伝搬LiNbO3素子上に構成した本発明による偏
光無依存性光スイッチについて述べる。
ここで採用した静的位相操作手段は、前述の手段に
示す絶縁材料を装荷する方法であり、材料としてはフォ
トレジスト（屈折率ｎ＝1.64）を使用した。このときの
構成を第５図に示す。フォトレジストによりクラッド層
８を形成している。
示す絶縁材料を装荷する方法であり、材料としてはフォ
トレジスト（屈折率ｎ＝1.64）を使用した。このときの
構成を第５図に示す。フォトレジストによりクラッド層
８を形成している。
第６図はフォトレジスト長ｌに対する静的位相差（Δ
φ＝ａ＋ｂ）を示したものであり、直線９は第５図の分
岐干渉形光変調部を構成する２つの光導波路の下側の光
導波路1aに、直線10は上側の光導波路1bにそれぞれフォ
トレジストを装荷したときの特性である。いずれもほぼ
直線的に変化している。フォトレジストを装荷しないと
きでも静的位相差（約0.7π）があるが、これは分岐干
渉形光変調部を構成する２つの光導波路1a,1bの分岐長
の違いによるもので前述の手段の操作を予め施したこ
とに相当する。いずれにしてもフォトレジスト長を適当
に選ぶことにより偏光無依存性光スイッチが構成でき
る。位相差Δφ＝０すなわちｌ＝6mm（第５図におい
て、２つの分岐路のうち上側の光導波路1bに長さ6mmの
フォトレジストを装荷）のとき偏光無依存性光スイッチ
ができる。
φ＝ａ＋ｂ）を示したものであり、直線９は第５図の分
岐干渉形光変調部を構成する２つの光導波路の下側の光
導波路1aに、直線10は上側の光導波路1bにそれぞれフォ
トレジストを装荷したときの特性である。いずれもほぼ
直線的に変化している。フォトレジストを装荷しないと
きでも静的位相差（約0.7π）があるが、これは分岐干
渉形光変調部を構成する２つの光導波路1a,1bの分岐長
の違いによるもので前述の手段の操作を予め施したこ
とに相当する。いずれにしてもフォトレジスト長を適当
に選ぶことにより偏光無依存性光スイッチが構成でき
る。位相差Δφ＝０すなわちｌ＝6mm（第５図におい
て、２つの分岐路のうち上側の光導波路1bに長さ6mmの
フォトレジストを装荷）のとき偏光無依存性光スイッチ
ができる。
第７図はｌ＝6mmのときのTEモード光およびTMモード
光に対する非対称Ｙ分岐路の各出力（ａ），（ｂ）の光
出力対印加電圧特性である。TE/TM両モード光に対して
ほぼ同じ特性を示している。即ち偏光に依存しない偏光
無依存性光スイッチとして動作している。TE/TM両モー
ド光を含む円偏光を入射したときの消光比は20dB以上と
高く、動作電圧も±7Vと低い。
光に対する非対称Ｙ分岐路の各出力（ａ），（ｂ）の光
出力対印加電圧特性である。TE/TM両モード光に対して
ほぼ同じ特性を示している。即ち偏光に依存しない偏光
無依存性光スイッチとして動作している。TE/TM両モー
ド光を含む円偏光を入射したときの消光比は20dB以上と
高く、動作電圧も±7Vと低い。
このように本発明によれば、極めて容易にシングルモ
ード光ファイバーと直接結合でき、将来の光ファイバ通
信に不可欠な光スイッチおよびマトリックス光スイッチ
を構成することができる。
ード光ファイバーと直接結合でき、将来の光ファイバ通
信に不可欠な光スイッチおよびマトリックス光スイッチ
を構成することができる。
実施例２ 第８図（ａ）は、本発明の構成において、特に静的位
相制御部として分岐干渉型光変調部を構成する２つの光
導波路の長さ（l1及びl2）を変えることにより実現した
偏光無依存性光スイッチの実施例である。
相制御部として分岐干渉型光変調部を構成する２つの光
導波路の長さ（l1及びl2）を変えることにより実現した
偏光無依存性光スイッチの実施例である。
実施例３ 第８図（ｂ）は、本発明の構成において、特に静的位
相制御部として分岐干渉型光変調部の光導波路を形成す
るTi膜厚（t1,t2）を変えることにより実現した偏光無
依存性光スイッチの実施例である。
相制御部として分岐干渉型光変調部の光導波路を形成す
るTi膜厚（t1,t2）を変えることにより実現した偏光無
依存性光スイッチの実施例である。
実施例４ 第８図（ｃ）は、本発明の構成において、特に静的位
相制御部として分岐干渉形光変調部を構成する二つの光
導波路の幅（w1,w2）を変えることにより実現した偏光
無依存性光スイッチの実施例である。
相制御部として分岐干渉形光変調部を構成する二つの光
導波路の幅（w1,w2）を変えることにより実現した偏光
無依存性光スイッチの実施例である。
実施例５ 第８図（ｄ）は、本発明の構成において、特に静的位
相制御部として複数の操作を行った場合で、分岐干渉形
光変調部を構成する２つの光導波路の長さ（l1及びl2）
及び該光導波路の一部に絶縁材料を装荷９することによ
り実現した偏光無依存性光スイッチの実施例である。
相制御部として複数の操作を行った場合で、分岐干渉形
光変調部を構成する２つの光導波路の長さ（l1及びl2）
及び該光導波路の一部に絶縁材料を装荷９することによ
り実現した偏光無依存性光スイッチの実施例である。
（発明の効果） 以上詳細に説明してきたように本発明によれば以下に
のべる種々の利点がある。
のべる種々の利点がある。
まず本発明に係る光スイッチは、光方向性結合器でな
く非対称Ｙ分岐形光スイッチであるので、製作条件およ
び精度が厳しくなく、設計も容易であるから製作が容易
である。偏光無依存性光スイッチを静的位相制御部を設
けるだけで形成できるので構成が簡易である。製作条件
を適当に選べば零バイアス動作の偏光無依存性光スイッ
チを構成できるのでバイアス電圧が不要となる。
く非対称Ｙ分岐形光スイッチであるので、製作条件およ
び精度が厳しくなく、設計も容易であるから製作が容易
である。偏光無依存性光スイッチを静的位相制御部を設
けるだけで形成できるので構成が簡易である。製作条件
を適当に選べば零バイアス動作の偏光無依存性光スイッ
チを構成できるのでバイアス電圧が不要となる。
特にLiNbO3結晶のＺ軸方向に光を伝搬し、Ｙ軸方向に
電界を印加するいわゆるＺ軸伝搬LiNbO3結晶上に構成し
た偏光無依存性光スイッチは、光に対して損傷が少なく
Ti拡散時にTi2Oの外拡散がなく、容易に基本モード光導
波路を形成することができる。さらに印加電界により非
対称分岐路の各出力を連続的に変化することができるの
でアナログ光変調が可能となる。
電界を印加するいわゆるＺ軸伝搬LiNbO3結晶上に構成し
た偏光無依存性光スイッチは、光に対して損傷が少なく
Ti拡散時にTi2Oの外拡散がなく、容易に基本モード光導
波路を形成することができる。さらに印加電界により非
対称分岐路の各出力を連続的に変化することができるの
でアナログ光変調が可能となる。
また、特にＺ軸伝搬LiNbO3素子は、LiNbO3結晶の自然
複屈折の影響を避けた構成のため位相整合が容易で、静
的位相制御部を設けるだけでTE/TMモード光分離器を他
の光導波路形光デバイスとともに同一基板上に形成する
ことができ、将来の高機能デバイスの実現が可能である
（機能の異なる素子の集積化が可能である）。
複屈折の影響を避けた構成のため位相整合が容易で、静
的位相制御部を設けるだけでTE/TMモード光分離器を他
の光導波路形光デバイスとともに同一基板上に形成する
ことができ、将来の高機能デバイスの実現が可能である
（機能の異なる素子の集積化が可能である）。
第１図は、本発明光スイッチの基本構成図を示し、 第２図は、従来の光スイッチの各種構成図を示し、 第３図，第４図は本発明光スイッチ素子の光出力対印加
電圧特性と光出力位相特性とをそれぞれ示し、 第５図は、本発明光スイッチの一実施例を示し、 第６図，第７図は、第５図示実施例におけるフォトレジ
スト長対静的位相差特性と光出力対印加電圧特性とをそ
れぞれ示し、 第８図は、本発明光スイッチのいくつかの実施例を示
す。 1,1a,1b……光導波路、２……電極 ３……分岐干渉形光変調部 ４……非対称Ｙ分岐路、５……静的位相制御部 ６……入力光、7,7a,7b……出力光 ８……クラッド層、11……装荷絶縁材料
電圧特性と光出力位相特性とをそれぞれ示し、 第５図は、本発明光スイッチの一実施例を示し、 第６図，第７図は、第５図示実施例におけるフォトレジ
スト長対静的位相差特性と光出力対印加電圧特性とをそ
れぞれ示し、 第８図は、本発明光スイッチのいくつかの実施例を示
す。 1,1a,1b……光導波路、２……電極 ３……分岐干渉形光変調部 ４……非対称Ｙ分岐路、５……静的位相制御部 ６……入力光、7,7a,7b……出力光 ８……クラッド層、11……装荷絶縁材料
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−160405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−147145（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−147146（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−116118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−39826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−202406（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−33710（ＪＰ，Ａ) 米国特許4291939（ＵＳ，Ａ) 欧州公開267708（ＥＰ，Ａ１) 西原浩，春名正光，栖原敏明著「光集 積回路」（オーム社）Ｏｐｔｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７ Ｎｏ．11 ｐｐ．549−551（1982) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/00 - 1/313 G02B 6/12 - 6/14
Claims (8)
- 【請求項１】任意の偏光モードを有する光の光路を切り
換える光スイッチにおいて、 当該光スイッチがその光導波路構成として分岐干渉形光
変調部と少なくともその分岐干渉形光変調部の後段に１
つの非対称Ｙ分岐部とを具備し、該非対称Ｙ分岐部がＹ
分岐した２つの光導波路の等価屈折率が異なる非対称な
Ｙ分岐路であり、 前記分岐干渉形光変調部が、印加電界に依存する電気光
学効果を有する動的位相制御部のほかにさらに、前記分
岐干渉形光変調部の光導波路の一方もしくは両方に印加
電界に依存しない光変調動作点を制御する静的位相制御
部を有して、所定の印加電界で互いに異なった偏光モー
ドの光の前記光スイッチの光出力を同時に最小にするよ
う前記光変調動作点が設定されることを特徴とする偏光
無依存性光スイッチ。 - 【請求項２】請求項１記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部を構成する２
つの光導波路の長さを変える制御部であることを特徴と
する偏光無依存性光スイッチ。 - 【請求項３】請求項１記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部の２つの光導
波路のうち一方または両方の光導波路の等価屈折率を変
える制御部であることを特徴とする偏光無依存性光スイ
ッチ。 - 【請求項４】請求項３記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路の
屈折率より小さい屈折率を有し、透明な絶縁材料を該光
導波路上に装荷する制御部であることを特徴とする偏光
無依存性光スイッチ。 - 【請求項５】請求項３記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路幅
を変える制御部であることを特徴とする偏光無依存性光
スイッチ。 - 【請求項６】請求項３記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路を
形成するチタン膜厚を変える制御部であることを特徴と
する偏光無依存性光スイッチ。 - 【請求項７】請求項１から６いずれかに記載の光スイッ
チの基板材料が結晶のＺ軸方向に光を伝搬し、Ｙ軸方向
に電界を印加するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウムであることを特徴とする偏光無依存性光スイッ
チ。 - 【請求項８】請求項１から６いずれかに記載の光スイッ
チの基板材料が結晶のＸ軸方向に光を伝搬し、Ｚ軸方向
に電界を印加するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウムであることを特徴とする偏光無依存性光スイッ
チ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1023968A JP2812974B2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 偏光無依存性光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1023968A JP2812974B2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 偏光無依存性光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02204728A JPH02204728A (ja) | 1990-08-14 |
| JP2812974B2 true JP2812974B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=12125352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1023968A Expired - Fee Related JP2812974B2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 偏光無依存性光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2812974B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2792482B2 (ja) * | 1995-09-28 | 1998-09-03 | 日本電気株式会社 | 半導体マッハツェンダ変調器 |
| JP2005077987A (ja) * | 2003-09-03 | 2005-03-24 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器 |
| JP2006154145A (ja) | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Fujitsu Ltd | 光学素子及び光スイッチ |
Citations (1)
| 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 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE450173B (sv) * | 1985-08-15 | 1987-06-09 | Ericsson Telefon Ab L M | Polarisationsoberoende elektrooptisk omkopplare |
| JPS62160405A (ja) * | 1986-01-09 | 1987-07-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 分波素子 |
| JPH0660982B2 (ja) * | 1986-12-11 | 1994-08-10 | 日本電信電話株式会社 | 導波形マツハ・ツエンダ光干渉計 |
| JPS63116118A (ja) * | 1986-11-04 | 1988-05-20 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 方向性結合器 |
| JPH0750285B2 (ja) * | 1986-12-10 | 1995-05-31 | 日本電気株式会社 | 光スイッチング方法 |
-
1989
- 1989-02-03 JP JP1023968A patent/JP2812974B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| 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 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 西原浩，春名正光，栖原敏明著「光集積回路」（オーム社）Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７ Ｎｏ．１１ ｐｐ．５４９−５５１（１９８２） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02204728A (ja) | 1990-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4291939A (en) | Polarization-independent optical switches/modulators | |
| US4070094A (en) | Optical waveguide interferometer modulator-switch | |
| US6876782B2 (en) | Integrated type optical waveguide device | |
| JP2679570B2 (ja) | 偏光分離素子 | |
| JPH04338929A (ja) | 案内光用偏光ビーム・スプリッタ | |
| CA2052923C (en) | Polarization-independent optical switches/modulators | |
| US4983006A (en) | Polarization-independent optical waveguide switch | |
| GB2271192A (en) | Optical switch | |
| JP3272064B2 (ja) | ４セクション光結合器 | |
| JPH04264531A (ja) | 案内された光に対する偏光ビームスプリッタ | |
| JP2812974B2 (ja) | 偏光無依存性光スイッチ | |
| JPH07325276A (ja) | 偏波無依存光制御素子 | |
| JP3573180B2 (ja) | マッハ・ツェンダ干渉計アームのポーリング方法 | |
| US7013053B2 (en) | Polarization independent electro-optical device for modulation of light | |
| Kaplan et al. | Layout for polarization insensitive modulation in LiNbO/sub 3/waveguides | |
| JP2659786B2 (ja) | モード光分離器 | |
| JP2659787B2 (ja) | 導波路形モード光選択器 | |
| JP3164124B2 (ja) | 光スイッチ | |
| JP2898066B2 (ja) | 光デバイス | |
| JPH0588123A (ja) | 可変波長フイルタ | |
| JPH02262127A (ja) | 導波路形光スイッチ | |
| JPH0553157A (ja) | 光制御デバイス | |
| JP3418391B2 (ja) | 導波型光デバイスの製造方法 | |
| JPS5891425A (ja) | 導波形偏光調整器 | |
| WO1996029626A1 (en) | Polarization-independent electro-optically switched directional coupler |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |