JPH0379691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光フアイバ通信および光フアイバ計
測・制御の分野に関するものである。

従来の技術 第４図は従来の光制御型光スイツチの技術の例
を示す断面図を示す。同図において、基板１に形
成された光スイツチ制御用の電圧を供給するため
の光起電力素子４を、光フアイバ２１、スペーサ
２２、プリズム２３を通過し、ビーム成形された
制御光２４が照射する。制御光２４の断続により
光スイツチの切換えを行つていた。従来はこの様
に微小光学部品の組立てたものにより、制御光の
ビーム変形および光起電力素子への照射を行つて
いた。

発明が解決しようとする問題点 従来技術においては、制御光のビーム変形のた
めの微小光学部品の光軸あわせが多くなり、製作
に時間を要し、また固定箇所も多いので製作後の
安定性にも問題があつた。また、光起電力素子の
受光部分にできるだけ均一な強度の制御光を照射
する必要があるが、従来技術では困難か、出来て
も複雑化、大型化し、製作工数の上昇と構造不安
性を増加させることになつていた。

問題点を解決するための手段 本発明の光制御型光スイツチ装置においては、
前記従来の技術において問題点であつた、制御光
のビーム変形のための光学部品の光軸あわせを少
なくすべく、また、ビーム変形を容易にすべく透
明基板の光起電力素子および光スイツチの形成さ
れている表面の裏側の基板面に、光導波路とグレ
ーテイングを設け、また、従来の技術のもう一つ
の問題点である固定箇所をへらすために、光導波
路を用い、制御光の入力のための接続箇所を光導
波路端部のみとなる様にした。

作 用 本発明のごとく、制御光を伝搬させる光導波路
を設けることにより、制御光を伝搬させる光フア
イバとの接続部と、光起電力素子に制御光を照射
する部分とを分離することが出来かつ、基板上に
一体化構成されるために構造的に安定である。ま
た、本発明において、制御光を伝搬させる光導波
路とグレーテイングを用いることにより、光導波
路と基板モードとのカツプリングをおこさせて、
制御光をグレーテイング部分の光導波路中から透
明基板中へと放射させ、光起電力素子を基板側か
ら照射する作用を生ぜしめる。光導波路とグレー
テイングの形状を適当に設計することにより、制
御光のビーム形状を任意に変形でき、光起電力素
子の構造に適したビーム形状とすることが可能と
なる。

実施例 第１図は本発明の光制御型光スイツチの一実施
例を示す正面断面図、第２図は同下面図、第３図
は同鳥瞰図を示す。以下これらの実施例をもとに
詳細に述べる。

第１図において、透明基板１の表面には光起電
力素子４が形成され、基板１の裏面には光導波路
３とその外側にグレーテイング２が形成されてお
り、光導波路３の端部から制御光５が入力され、
導波光６となる。導波光６はグレーテイング２の
部分で回折を受け、基板１への基板モードにがプ
ルし出射光７となる。この時、光導波路３の実効
屈折率をn_effとし、基板１の屈折率をn_s周囲の屈
折率をn_a、導波光６の波長をλ。、グレーテイン
グのピツチをΛとすると、 n_a＜n_eff−λ。／Λ＜n_sとすることにより導波
光６は基板１への基板モードのみと結合すること
ができる。出射光７となる。出射光７が光起電力
素子４を基板１側から照射する様にグレーテイン
グの位置と形状が決定されている。第２図におい
て、基板１の裏面に設けられた光導波路３中を伝
搬する制御光６が、光導波路３の形状により、光
強度分布形状に変化を受ける。その後グレーテイ
ング２により、基板光起電力素子モードとモード
結合を行う。

第３図において、本発明の光制御型光スイツチ
の全体像を示している。同図において、制御光５
の一部の出力光７の照射を受けた光起電力素子４
に発生する光起電圧は、基板１の表面に形成され
た光スイツチ部１０の制御電極１２に供給され、
光スイツチ部１０の光導波路１１中に伝搬する信
号光１３の切換えを行う。

以下に具体的な製作方法について述べる。基板
１にはサフアイア単結晶（Ｃ面）基板（ｎ＝
1.77、波長0.14μm〜6.5μmで透明）を用いた。１
mm厚のサフアイア基板上に、PLZT（28／０／
100）組成のターゲツトを用いて、マグネトロン
パツタ法により、PLZT薄膜をエピタキシヤル成
長させた。厚みは0.35μmであつた。これ交差型
導波路パーン化し、その上にTa₂O₅バツフア層
（0.18μm）を形成した後制御電極１２を形成し
て、TIR型（内部全反射型）導波路光スイツチ部
１０を形成した。次に、サフアイア基板１の裏面
に、フオトリソグラフイ技術を用い、スパツタ法
により、Ta₂O₅膜を光導波路３を形成した。膜厚
は約1μmで、幅は入力部で50μmグレーテイング
部で１mmとした。その上にグレーテイング２を形
成した。グレーテイング２は、PMMAを用い、
電子ビーム描画により作成した。ピツチは約
0.3μmのものを作成した。

制御光波長0.8μmのものを用いた時、ほほグレ
ーテイング２の直下の基板へ制御光が出射し、光
起電力素子１×1.2mm□ を照射するのを確認した。
光起電力素子側から観測すると、制御光ビームは
約１mm×1.4mmの楕円状となつていた。

その後光起電力素子４を所定の位置に形成し
た。光起電力素子４は真空斜め蒸着法により
CdTe薄膜を形成しその後Al電極を真空蒸着する
ことにより形成し、光スイツチ部１０の制御電極
と接続した。CdTeの蒸着条件は、真空度＜
10^-4Pa基板法線に対し30°の角度で、基板温度300
℃で、約1μm厚さに形成した。実験には、制御光
をレンズで絞つて入射させ、100μWの制御光入
力で、約10Vの開放電圧を得た。制御光の入射部
分の結合を確実に安定化した時に、特性の変化は
みられず構造安定性が確認できた。

また、制御光照射のための光軸あわせは入力部
分のみであり、工数の大幅削減がはかれた。

波長0.85μmの信号光１３を光導波路１１に入
射させ、制御光５により光制御型光スイツチの動
作実験を行つたところ、スイツチ動作が確認でき
た。なお、光スイツチだけの特性は、約5Vで信
号光の切り換えが行われていた。

また、従来の技術の光制御型光スイツチでは、
制御光を伝搬させる光フアイバの振動により出射
した制御光の分布がかわり、光起電力素子に均一
な光照射がおこらず内部抵抗の大きな変化がおこ
り特性変動を誘起していたが、本発明によればこ
の様な変動はわずかであり、著しい安定性の改善
を得た。これは、制御光用の光導波路３の部分で
のモードスクランプル効果と、グレーテイング部
分でのモード結合効果によるものと考えられる。

以上の様に、本発明により構造安定性、特性安
定性に優れかつ、製作性に優れた光制御型光スイ
ツチを得た。

なお、本発明において、基板１にサフアイヤ
（Ｃ面）基板を、光スイツチ部１０にPLZT薄膜
を用いたTIR型光スイツチを採用したが、これに
限定するこことはなく、透明基板上に形成された
電気光学効果を用いた光スイツチであれば何でも
よい。例えば、LiNbO₃を用いた光スイツチ等で
もよい。光スイツチ構造はTIRに限定することは
なく、方向性結合器型でもよい。

また、光起電力素子はCdTe斜め蒸着膜を用い
たが、これに限定することはなく、GaAs太陽電
池を用いた光起電力素子の受光部を基板側に向け
て配置して用いても良い。

発明の効果 本発明により、制御光のビーム形状変形のため
の光学系の調整箇所が結合部の１箇所のみとな
り、製作性が向上し、かつ、基板面上に制御光を
導波させるため、構造安定性が向上した。また、
小型軽量化が計られた。また光学系が導波構造と
グレーテイング使用のため、特性が安定化した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光制御型光スイツチ装置の一
実施例を示す正面断面図、第２図は同下面図、第
３図は同鳥瞰図、第４図は従来の技術の光制御型
光スイツチを示す正面断面図である。 １……基板、５……グレーテイング、３……光
導波路、４……光起電力素子、５……制御光、６
……導波光、７……出射光、１０……光スイツチ
部、１２……制御電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 透明基板の表面に、電気光学効果を用いた導
   波路型光スイツチ素子部と、その基板側に受光部
   を有する光起電力素子とが形成され、その導波路
   型光スイツチ素子の制御電極とその光起電力素子
   の端子電極とが電気的に接続され、前記透明基板
   の裏面に、光導波路とグレーテイングとを具備
   し、その光導波路を伝搬する制御光が、そのグレ
   ーテイングにより前記透明基板中への放射モード
   のみに変換されて、前記光起電力素子を前記透明
   基板の裏面より照射することを特徴とする光制御
   型光スイツチ装置。