JPS6283730A - 光スイツチ - Google Patents
光スイツチInfo
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- JPS6283730A JPS6283730A JP22527085A JP22527085A JPS6283730A JP S6283730 A JPS6283730 A JP S6283730A JP 22527085 A JP22527085 A JP 22527085A JP 22527085 A JP22527085 A JP 22527085A JP S6283730 A JPS6283730 A JP S6283730A
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- optical
- light
- refractive index
- coupling
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-
- 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
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は光通信等において、光波の変調、光路の切替え
等を行なう光スィッチに関し、特に基板中に設けた光導
波路を用いた導波形の光スィッチに関する。
等を行なう光スィッチに関し、特に基板中に設けた光導
波路を用いた導波形の光スィッチに関する。
（従来技術とその問題点）
光通信システムの実用化が進み、大容量や多機能をもつ
さらに高度のシステムへと開発が進められている。光伝
送路網の交換機能、光データバスにおける端末間の高速
接続、切換え等の新たな機能が求められており、それら
を可能にする光スイツチングネットワークの必要性が高
まっている。現在実用されている光スィッチは、プリズ
ム、ミラー、ファイバー等を機械的に移動させるもので
あり、低速であること、信頼性が不十分、形状が大きく
マトリクス化に不適等の欠点がある。これを解決する手
段として開発が進められているものは基板上に設置した
光導波路を用いた導波形の光スィッチであり、高速、多
素子の集積化が可能、高信頼等の特長がある。特にＬｉ
Ｎｂｏ３結晶等の強誘電体材料を用いたものは、光吸収
が小さく低損失であること、大きな電気光学効果を有し
ているため高効率である等の特長がある。一般に光スィ
ッチは光伝送路中に挿入され、光フアイバ中を伝搬され
た光信号の光路を切換えのために使用される場合が多い
。高速、大容量の光通信システムでは光ファイバとして
単一モード光ファイバが使用され、光源には半導体レー
ザが使われる。
さらに高度のシステムへと開発が進められている。光伝
送路網の交換機能、光データバスにおける端末間の高速
接続、切換え等の新たな機能が求められており、それら
を可能にする光スイツチングネットワークの必要性が高
まっている。現在実用されている光スィッチは、プリズ
ム、ミラー、ファイバー等を機械的に移動させるもので
あり、低速であること、信頼性が不十分、形状が大きく
マトリクス化に不適等の欠点がある。これを解決する手
段として開発が進められているものは基板上に設置した
光導波路を用いた導波形の光スィッチであり、高速、多
素子の集積化が可能、高信頼等の特長がある。特にＬｉ
Ｎｂｏ３結晶等の強誘電体材料を用いたものは、光吸収
が小さく低損失であること、大きな電気光学効果を有し
ているため高効率である等の特長がある。一般に光スィ
ッチは光伝送路中に挿入され、光フアイバ中を伝搬され
た光信号の光路を切換えのために使用される場合が多い
。高速、大容量の光通信システムでは光ファイバとして
単一モード光ファイバが使用され、光源には半導体レー
ザが使われる。
半導体レーザ光は直線偏光を出射するが、単一モード光
ファイバ中を伝搬された光波は、一般に楕円偏光となり
、また、その偏光状態も時間的に変動する。一方、前述
の導波形の光スィッチでは、通常の構成の場合、スイッ
チ電圧、クロストーク等の特性は、入射光の偏光状態に
大きく依存するという欠点がある。第３図は従来の導波
形光スイッチの一例である方向性結合形光スイッチを示
す。光軸すなわちＺ軸方向に垂直に切り出して整形した
ＬｉＮｂＯ３基板３１上にＴｉ等の金属を拡散して光導
波路３２．３３が形成されている。光導波路３２．３３
は数ｐｍ程度の間隔で近接して設置されることにより光
方向性結合器３４を構成しており、光導波路３２．３３
上にバッファ層である５ｉ０２膜（図３では省略）を介
して制御電極３５が設置されている。この光スィッチの
基本的な動作原理は、先ず、片方の光導波路例えば３２
の端面から入射した光波３６は光導波路３２中を伝搬し
、光方向性結合器３４の部分で近接した光導波路３３に
エネルギーが移行し、光方向性結合器３４の長さを完全
結合長Ｌｃに一致させた場合は、はぼ１００％のエネル
ギーが光導波路３３に移って出射光３７どなる。一方、
制御電極に電圧を印加した場合、電気光学効果によって
光導波路３２．３３の屈折率が変化して両者の屈折率が
非対称となり、両者を伝搬する光波の間で位相不整合が
生じて結合状態が変化し、適当な印加電圧の下ではもと
の光導波路３２ヘエネルギーが移り出射光３８となる。
ファイバ中を伝搬された光波は、一般に楕円偏光となり
、また、その偏光状態も時間的に変動する。一方、前述
の導波形の光スィッチでは、通常の構成の場合、スイッ
チ電圧、クロストーク等の特性は、入射光の偏光状態に
大きく依存するという欠点がある。第３図は従来の導波
形光スイッチの一例である方向性結合形光スイッチを示
す。光軸すなわちＺ軸方向に垂直に切り出して整形した
ＬｉＮｂＯ３基板３１上にＴｉ等の金属を拡散して光導
波路３２．３３が形成されている。光導波路３２．３３
は数ｐｍ程度の間隔で近接して設置されることにより光
方向性結合器３４を構成しており、光導波路３２．３３
上にバッファ層である５ｉ０２膜（図３では省略）を介
して制御電極３５が設置されている。この光スィッチの
基本的な動作原理は、先ず、片方の光導波路例えば３２
の端面から入射した光波３６は光導波路３２中を伝搬し
、光方向性結合器３４の部分で近接した光導波路３３に
エネルギーが移行し、光方向性結合器３４の長さを完全
結合長Ｌｃに一致させた場合は、はぼ１００％のエネル
ギーが光導波路３３に移って出射光３７どなる。一方、
制御電極に電圧を印加した場合、電気光学効果によって
光導波路３２．３３の屈折率が変化して両者の屈折率が
非対称となり、両者を伝搬する光波の間で位相不整合が
生じて結合状態が変化し、適当な印加電圧の下ではもと
の光導波路３２ヘエネルギーが移り出射光３８となる。
ここで、基板上に形成された光導波路の伝搬光は一般に
独立な２つのモード即ち、偏光方向が基板表面に垂直な
ＴＭモードとそれに直交する偏光成分をもっＴＥモード
に分離され、光方向性結合器を構成した場合、両モード
間では通常、結合状態が異なり、それに対応して完全結
合長も異なってしまう。さらに通常、電気光学効果によ
って変化する屈折率変化量も偏光方向によって異なり、
その結果スイッチ電圧も偏光方向によって大きく異なる
。例えば、第３図の場合、ＴＭモード、ＴＥモードに対
して得られる屈折率変化はそれぞれ δｎＴＭ＝＋ｒ３３ｎｅ３ＥＺ、δｎＴＥ＝＋ｒ１３ｎ
ｏＥｚとなる。ここで、ｒ３３．ｒ１３はそれぞれ電気
光学定数、ｎｅ、ｎｏはそれぞれ異常光、常光に対する
屈折率、Ｅｚは２方向に印加される電界強度である。Ｌ
ｉＮｂＯ３結晶の場合、ｒ３３〉３ｒ１３であるので、
δｎＴＭ〉３δｎＴＥとなり、ＴＥモードのスイッチ電
圧はＴＭモードのスイッチ電圧の３以上の値となる。そ
こで通常は入射光をＴＭ又はＴＥモードのいずれが一方
の偏光状態に一致させる必要が生じ、第３図の構成の光
スィッチは単一モード光ファイバ伝送路中に挿入して使
用することはできない。
独立な２つのモード即ち、偏光方向が基板表面に垂直な
ＴＭモードとそれに直交する偏光成分をもっＴＥモード
に分離され、光方向性結合器を構成した場合、両モード
間では通常、結合状態が異なり、それに対応して完全結
合長も異なってしまう。さらに通常、電気光学効果によ
って変化する屈折率変化量も偏光方向によって異なり、
その結果スイッチ電圧も偏光方向によって大きく異なる
。例えば、第３図の場合、ＴＭモード、ＴＥモードに対
して得られる屈折率変化はそれぞれ δｎＴＭ＝＋ｒ３３ｎｅ３ＥＺ、δｎＴＥ＝＋ｒ１３ｎ
ｏＥｚとなる。ここで、ｒ３３．ｒ１３はそれぞれ電気
光学定数、ｎｅ、ｎｏはそれぞれ異常光、常光に対する
屈折率、Ｅｚは２方向に印加される電界強度である。Ｌ
ｉＮｂＯ３結晶の場合、ｒ３３〉３ｒ１３であるので、
δｎＴＭ〉３δｎＴＥとなり、ＴＥモードのスイッチ電
圧はＴＭモードのスイッチ電圧の３以上の値となる。そ
こで通常は入射光をＴＭ又はＴＥモードのいずれが一方
の偏光状態に一致させる必要が生じ、第３図の構成の光
スィッチは単一モード光ファイバ伝送路中に挿入して使
用することはできない。
上述のような偏光依存性を改善するために、光方向性結
合器の２つの光導波路の間隔をテーパ状に変化させ、Ｔ
Ｍ、ＴＥモードに対して冗長性をもたせてスイッチする
方向性結合形光スイッチがレオン・マツコーハン（ＬＥ
ＯＮＭＣＣＡＵＧＨＡＮ）によりアイ・イー・イー・イ
ー、ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テ り
ノ ロ ジー（ＩＥＥＥ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）山Ｔ−２巻
、１号、５１〜５５ページに述べられている。しかし、
このようなテテーパ状の結合部を持たせた光スィッチで
も第３図と同様な結晶基板を用いた場合、ＴＭモードに
対してはｒ３３．ＴＥモードに対してはｒ１３の電気光
学定数を用いるため、スイッチ電圧は原理的にＴＭモー
ドだけをスイッチする場合の３倍以上必要であり、また
、テーパ状構造にすることによってもスイッチ電圧はさ
らに増加する。そこで従来の偏光依存性のない光スィッ
チは、スイッチ電圧が非常に大きいという欠点があった
。また、通常、光導波路部分の基板に対する屈折率差Δ
ｎｌ！常光と異常光では異なるので電圧０の状態でＴＥ
、ＴＭ両モードの完全結合長を一致させるためには光導
波路構造をある限定された特別の条件に合わせる必要が
あり製作プロセスの制御が非常に難しいという問題もあ
った。
合器の２つの光導波路の間隔をテーパ状に変化させ、Ｔ
Ｍ、ＴＥモードに対して冗長性をもたせてスイッチする
方向性結合形光スイッチがレオン・マツコーハン（ＬＥ
ＯＮＭＣＣＡＵＧＨＡＮ）によりアイ・イー・イー・イ
ー、ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テ り
ノ ロ ジー（ＩＥＥＥ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）山Ｔ−２巻
、１号、５１〜５５ページに述べられている。しかし、
このようなテテーパ状の結合部を持たせた光スィッチで
も第３図と同様な結晶基板を用いた場合、ＴＭモードに
対してはｒ３３．ＴＥモードに対してはｒ１３の電気光
学定数を用いるため、スイッチ電圧は原理的にＴＭモー
ドだけをスイッチする場合の３倍以上必要であり、また
、テーパ状構造にすることによってもスイッチ電圧はさ
らに増加する。そこで従来の偏光依存性のない光スィッ
チは、スイッチ電圧が非常に大きいという欠点があった
。また、通常、光導波路部分の基板に対する屈折率差Δ
ｎｌ！常光と異常光では異なるので電圧０の状態でＴＥ
、ＴＭ両モードの完全結合長を一致させるためには光導
波路構造をある限定された特別の条件に合わせる必要が
あり製作プロセスの制御が非常に難しいという問題もあ
った。
なお、導波形光スイッチにはここで示した方向性結合形
の他に全反射形、バランスドブリッヂ形、Ｙ分岐形等の
方式があるが、光スィッチにとって重要なスイッチ電圧
やクロストークを比較的容易に低くでき、構成が簡単な
ものは、方向性結合形であり、また、偏光状態に対する
依存性は他方式でも同様に存在する。
の他に全反射形、バランスドブリッヂ形、Ｙ分岐形等の
方式があるが、光スィッチにとって重要なスイッチ電圧
やクロストークを比較的容易に低くでき、構成が簡単な
ものは、方向性結合形であり、また、偏光状態に対する
依存性は他方式でも同様に存在する。
（本発明の目的）
本発明の目的は上述の従来の導波形光スイッチの欠点を
除き、入射光の偏光状態に対する依存性がなく、スイッ
チ電圧が低く、製作の容易な光スィッチを提供すること
にある。
除き、入射光の偏光状態に対する依存性がなく、スイッ
チ電圧が低く、製作の容易な光スィッチを提供すること
にある。
（ｌｆ発明の構成）
本発明の光スィッチは、光学的異方性を有する結晶基板
上に形成された互いに近接した２本の光導波路からなる
光方向性結合器と該先方向性結合器の近傍に設置された
制御電極よりなり、前記結晶基板の光軸は前記光導波路
の光透過方向に対してほぼ垂直で、かつ、該結晶基板の
表面に垂直な方向に対して傾むいており、前記光導波路
の基本モードの伝搬光に対する等価的な屈折率は前記基
板の常光及び異常光に対する屈折率よりも大きくなって
いる。
上に形成された互いに近接した２本の光導波路からなる
光方向性結合器と該先方向性結合器の近傍に設置された
制御電極よりなり、前記結晶基板の光軸は前記光導波路
の光透過方向に対してほぼ垂直で、かつ、該結晶基板の
表面に垂直な方向に対して傾むいており、前記光導波路
の基本モードの伝搬光に対する等価的な屈折率は前記基
板の常光及び異常光に対する屈折率よりも大きくなって
いる。
（構成の詳細な説明）
従来の導波形光スイッチでは光軸に対して垂直又は平行
に切出した結晶基板が使われ、通常その結晶基板方位の
光軸からのずれは±１〜２°以下である。一方、本発明
では上述のように光軸が結晶基板の方位に対して大きく
傾いている。本発明の光スィッチでは光導波路を伝搬す
るＴＭモード、即ち、基板表面に垂直な偏光成分をもつ
伝搬モード、とそれに直交する偏光成分をもつＴＥモー
ドは、両者とも異常光屈折率と常光屈折率の両方の影響
をうける。そこで光導波路近傍に設けた電極に電圧が印
加された場合、光軸（ＬｉＮｂ０３結晶の場合２軸）方
向の電界成分により、電気光学定数ｒ３３．ｒ１３の両
方を介して屈折率変化を与えられる。この結果、従来の
ように単にｒ１３を介した電気光学効果でＴＥモードが
スイッチされる場合に比べてスイッチ電圧を大幅に低く
できる。結晶方位の選び方によっては他の電気光学効果
（例えばＬｉＮｂＯ３結晶の場合光透過方向をＸ軸とす
ると電気光学定数ｒ２２を介した電気光学効果）も利用
することができる。さらに、ＴＭ及びＴＥモードは両者
とも基板との間の等価的な屈折率差が常光及び異常光に
対する屈折率差の両方に依存しているので、従来よりも
両モード間の完全結合長の違いは小さくなる。ま′た、
光導波路構造及び基板方位の光軸とのなす角を適当に選
ぶと、導波光モードをＴＭ、ＴＥモードが光透過方向に
周期に結合したハイブリッドモードとすることができる
。その場合、ＴＭ−ＴＥモード間結合の周期は、結晶の
複屈折により決定され、通常完全結合長に比べて非常に
小さくなる。
に切出した結晶基板が使われ、通常その結晶基板方位の
光軸からのずれは±１〜２°以下である。一方、本発明
では上述のように光軸が結晶基板の方位に対して大きく
傾いている。本発明の光スィッチでは光導波路を伝搬す
るＴＭモード、即ち、基板表面に垂直な偏光成分をもつ
伝搬モード、とそれに直交する偏光成分をもつＴＥモー
ドは、両者とも異常光屈折率と常光屈折率の両方の影響
をうける。そこで光導波路近傍に設けた電極に電圧が印
加された場合、光軸（ＬｉＮｂ０３結晶の場合２軸）方
向の電界成分により、電気光学定数ｒ３３．ｒ１３の両
方を介して屈折率変化を与えられる。この結果、従来の
ように単にｒ１３を介した電気光学効果でＴＥモードが
スイッチされる場合に比べてスイッチ電圧を大幅に低く
できる。結晶方位の選び方によっては他の電気光学効果
（例えばＬｉＮｂＯ３結晶の場合光透過方向をＸ軸とす
ると電気光学定数ｒ２２を介した電気光学効果）も利用
することができる。さらに、ＴＭ及びＴＥモードは両者
とも基板との間の等価的な屈折率差が常光及び異常光に
対する屈折率差の両方に依存しているので、従来よりも
両モード間の完全結合長の違いは小さくなる。ま′た、
光導波路構造及び基板方位の光軸とのなす角を適当に選
ぶと、導波光モードをＴＭ、ＴＥモードが光透過方向に
周期に結合したハイブリッドモードとすることができる
。その場合、ＴＭ−ＴＥモード間結合の周期は、結晶の
複屈折により決定され、通常完全結合長に比べて非常に
小さくなる。
一方、光方向性結合器での２つの光導波路間の空間的結
合はＴＭ、ＴＥ両モード間の結合とは独立に生ずるので
、上記のようなハイブリッドモードとなった場合には、
入射時の偏光状態によらず、常にＴＭ、ＴＥモード両者
が混在した状態で光導波路間の結合が生ずる。すなわち
、従来の光スィッチのようなテーパ状の結合は不要とな
り、低電圧で動作する偏光依存性のない光スィッチが得
られる。
合はＴＭ、ＴＥ両モード間の結合とは独立に生ずるので
、上記のようなハイブリッドモードとなった場合には、
入射時の偏光状態によらず、常にＴＭ、ＴＥモード両者
が混在した状態で光導波路間の結合が生ずる。すなわち
、従来の光スィッチのようなテーパ状の結合は不要とな
り、低電圧で動作する偏光依存性のない光スィッチが得
られる。
但し、このようなハイブリッドモードが伝搬する場合、
光導波路の等価的な屈折率が、基板中を伝搬するいかな
る偏光に対する屈折率よりも大きくないと、伝搬光は漏
洩モードに結合して、損失が大きくなってしまう。そこ
で本発明では、この漏洩モードへの結合による損失の増
加を防ぐため、光導波路の等価的な屈折率を基板の常光
及び異常光に対する屈折率よりも大きくしている。
光導波路の等価的な屈折率が、基板中を伝搬するいかな
る偏光に対する屈折率よりも大きくないと、伝搬光は漏
洩モードに結合して、損失が大きくなってしまう。そこ
で本発明では、この漏洩モードへの結合による損失の増
加を防ぐため、光導波路の等価的な屈折率を基板の常光
及び異常光に対する屈折率よりも大きくしている。
（実施例）
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
図１は本発明による光スィッチの一実施例である偏光依
存性のない方向性結合形光スイッチを示す斜視図である
。第３図に示した従来の方向性結合形光スイッチと同様
の形状のＬｉＮｂＯ３基板１１上に厚さ数百〜千人で幅
が数〜十数ｐｍのＴｉ膜パターンを熱拡散して形成した
光導波路１２．１３が設置され、光方向性結合器１４を
構成している。但し、本実施例では第３図と異なり、Ｌ
ｉＮｂＯ５基板１１は、結晶の光軸（Ｚ）が光導波路１
２．１３の光透過方向ｙに対してほぼ垂直でかつ、基板
表面の法線２′ に対してＯ（但し、５°≦ｅ≦８５°
）の角度をなすように切り出され整形されている。また
、光導波路１２．１３の表面付近はＴｉ膜を拡散後に通
常大きな屈折率変化が容易に得られる安息香酸中でのイ
オン交換を施すことにより異常光に対する屈折率が基板
に比べて０．１以上増加している。光導波路１２．１３
上には厚さ１０００〜３０００人の５ｉ０２膜のバッフ
ァ層（図１では省略）がコーティングされ、その上にＡ
ｕ、ＡＩ膜等からなる制御電極１５が設置される。光方
向性結合器１４の長さはＴＭ、ＴＥモード両者に対して
ほぼ完全結合長（通常数ｍｍ〜数十ｍｍ）に等しくなる
ように設定されている。基本的な動作原理は第３図の例
と同様に制御電極１５に電圧を印加することによって２
つの光導波路１２，１３を伝搬する光波間に位相不整合
を生じさせて結合状態を制御するものである。第２図は
第１図の光スィッチの光方向性結合器１４の部分をｙ軸
方向からみた断面図である。光導波路１２．１３の部分
の異常光、常光に対する屈折率をそれぞれｎｅｇ、ｎｏ
ｇとし、基板の異常光、常光に対する屈折率をそれぞれ
ｎｅ、ｎｏ、Ｔｉ拡散により生ずる屈折率の増加分をΔ
ｎＴ＋イオン交換により生ずる異常光屈折率の増加分を
Δｎ工とするとｎｅｇ−ｎｅ＋ΔｎＴ＋ΔｎＩ、ｎｏｇ
＝ｎｏ＋ΔｎＴとなる。本実施例のＬｉＮｂ０ａ結晶の
場合、ｎｅ＝２．２０．ｎｏ＝２．２９゜ΔｎＴ−１０
−２．Δｎｌ−１０−１と設定されているのでｎｅｇ＞
ｎｏ ＞ ｎｅ、ｎｅｏ ＞ ｎｏ ＞ ｎｅとなって
いる。さらに、それぞれ近似的に下式で表わされる。Ｔ
Ｍ、ＴＥモードに対する等補的な屈折率ｎＴＭ、ｎＴＥ
もｎｅ、ｎｏより大きく分が生ずるので、異常光及び常
光に対してそれぞれ下式に示すδｎｅ、δｎｏの屈折率
変化が生ずる。すなわちｎｅｇ、ｎｏｇはそれぞれ、ｎ
ｅｇ＋δｎｅ、ｎｏｇ＋δｎＯとなる。
存性のない方向性結合形光スイッチを示す斜視図である
。第３図に示した従来の方向性結合形光スイッチと同様
の形状のＬｉＮｂＯ３基板１１上に厚さ数百〜千人で幅
が数〜十数ｐｍのＴｉ膜パターンを熱拡散して形成した
光導波路１２．１３が設置され、光方向性結合器１４を
構成している。但し、本実施例では第３図と異なり、Ｌ
ｉＮｂＯ５基板１１は、結晶の光軸（Ｚ）が光導波路１
２．１３の光透過方向ｙに対してほぼ垂直でかつ、基板
表面の法線２′ に対してＯ（但し、５°≦ｅ≦８５°
）の角度をなすように切り出され整形されている。また
、光導波路１２．１３の表面付近はＴｉ膜を拡散後に通
常大きな屈折率変化が容易に得られる安息香酸中でのイ
オン交換を施すことにより異常光に対する屈折率が基板
に比べて０．１以上増加している。光導波路１２．１３
上には厚さ１０００〜３０００人の５ｉ０２膜のバッフ
ァ層（図１では省略）がコーティングされ、その上にＡ
ｕ、ＡＩ膜等からなる制御電極１５が設置される。光方
向性結合器１４の長さはＴＭ、ＴＥモード両者に対して
ほぼ完全結合長（通常数ｍｍ〜数十ｍｍ）に等しくなる
ように設定されている。基本的な動作原理は第３図の例
と同様に制御電極１５に電圧を印加することによって２
つの光導波路１２，１３を伝搬する光波間に位相不整合
を生じさせて結合状態を制御するものである。第２図は
第１図の光スィッチの光方向性結合器１４の部分をｙ軸
方向からみた断面図である。光導波路１２．１３の部分
の異常光、常光に対する屈折率をそれぞれｎｅｇ、ｎｏ
ｇとし、基板の異常光、常光に対する屈折率をそれぞれ
ｎｅ、ｎｏ、Ｔｉ拡散により生ずる屈折率の増加分をΔ
ｎＴ＋イオン交換により生ずる異常光屈折率の増加分を
Δｎ工とするとｎｅｇ−ｎｅ＋ΔｎＴ＋ΔｎＩ、ｎｏｇ
＝ｎｏ＋ΔｎＴとなる。本実施例のＬｉＮｂ０ａ結晶の
場合、ｎｅ＝２．２０．ｎｏ＝２．２９゜ΔｎＴ−１０
−２．Δｎｌ−１０−１と設定されているのでｎｅｇ＞
ｎｏ ＞ ｎｅ、ｎｅｏ ＞ ｎｏ ＞ ｎｅとなって
いる。さらに、それぞれ近似的に下式で表わされる。Ｔ
Ｍ、ＴＥモードに対する等補的な屈折率ｎＴＭ、ｎＴＥ
もｎｅ、ｎｏより大きく分が生ずるので、異常光及び常
光に対してそれぞれ下式に示すδｎｅ、δｎｏの屈折率
変化が生ずる。すなわちｎｅｇ、ｎｏｇはそれぞれ、ｎ
ｅｇ＋δｎｅ、ｎｏｇ＋δｎＯとなる。
本光スィッチのスイッチ電圧はＴＭモードに対してはｎ
ＴＭ、ＴＥモードに対してはｎＴＥの印加電圧に対する
依存性から決定される。Ｅｚの大きさが第３図に示した
従来の光スィッチと同程度であるとするとＴＭ。
ＴＭ、ＴＥモードに対してはｎＴＥの印加電圧に対する
依存性から決定される。Ｅｚの大きさが第３図に示した
従来の光スィッチと同程度であるとするとＴＭ。
ＴＥモードに対するスイッチ電圧は両方とも第３図に示
した従来の光スィッチのＴＭ、ＴＥモードに対するスイ
ッチ電圧の中間の値となる。よって本実施例ではＴＭ、
ＴＥ両モードとも必要なスイッチ電圧は従来の光スィッ
チのＴＥモードに対するスイッチ電圧よりも小さくでき
る。また、両モード間のスイッチ電圧の遠いも従来より
も小さくできるので偏光依存性を除去するために必要な
テーパ結合等の手段による冗長性は従来よりも小さくて
良い。
した従来の光スィッチのＴＭ、ＴＥモードに対するスイ
ッチ電圧の中間の値となる。よって本実施例ではＴＭ、
ＴＥ両モードとも必要なスイッチ電圧は従来の光スィッ
チのＴＥモードに対するスイッチ電圧よりも小さくでき
る。また、両モード間のスイッチ電圧の遠いも従来より
も小さくできるので偏光依存性を除去するために必要な
テーパ結合等の手段による冗長性は従来よりも小さくて
良い。
特に、ｅ＝４５°付近としたときは印加電圧に対するｎ
ＴＭ、ｎπの変化量がほぼ一致する。またハイブリッド
モードが伝搬する場合、ＴＥ、ＴＭモモ−間の結合が非
常に微小な周期、例えば波長１．３ｐｍの場合１０〜２
０ｐｍ程度の周期で生ずるので光方向性結合器１４の通
常の長さ数〜数十ｍｍにわたってみると、入射光の偏光
状態によらず常にＴＭ、ＴＥモードが約５０％ずつ混在
していると見ることが出来る。テーパ状の結合を用いな
いでもほぼ同一の電圧でＴＭ。
ＴＭ、ｎπの変化量がほぼ一致する。またハイブリッド
モードが伝搬する場合、ＴＥ、ＴＭモモ−間の結合が非
常に微小な周期、例えば波長１．３ｐｍの場合１０〜２
０ｐｍ程度の周期で生ずるので光方向性結合器１４の通
常の長さ数〜数十ｍｍにわたってみると、入射光の偏光
状態によらず常にＴＭ、ＴＥモードが約５０％ずつ混在
していると見ることが出来る。テーパ状の結合を用いな
いでもほぼ同一の電圧でＴＭ。
ＴＥモードをスイッチすることが出来るので、電圧を大
幅に低減できる。また、本実施例ではＴＥ及びＴＭモー
ドの等価屈折率はＬｉＮｂＯ３基板１１の常光及び異常
光に対する屈折率よりも大きいのでハイブリッドモード
の漏洩モードへの結合は十分小さく、伝搬損失も小さい
。
幅に低減できる。また、本実施例ではＴＥ及びＴＭモー
ドの等価屈折率はＬｉＮｂＯ３基板１１の常光及び異常
光に対する屈折率よりも大きいのでハイブリッドモード
の漏洩モードへの結合は十分小さく、伝搬損失も小さい
。
本実施例ではイオン交換によって大きな屈折率変化を得
て光導波路の等価屈折率を大きくしているが、光導波路
上に屈折率の大きい薄膜例えばＴｉＯ２膜等を装荷して
も等価屈折率を大きくすることができる。また、ＬｉＴ
ａＯ３結晶では常光と異常光に対する屈折率の違い即ち
複屈折の大きさが１０−３のオーダであり非常に小さい
ので、単にＣｕ等の金属を拡散しただけでも容易にＴＥ
及びＴＭモード両者の等価屈折率を基板の常光及び異常
光屈折率よりも大きくすることができる。
て光導波路の等価屈折率を大きくしているが、光導波路
上に屈折率の大きい薄膜例えばＴｉＯ２膜等を装荷して
も等価屈折率を大きくすることができる。また、ＬｉＴ
ａＯ３結晶では常光と異常光に対する屈折率の違い即ち
複屈折の大きさが１０−３のオーダであり非常に小さい
ので、単にＣｕ等の金属を拡散しただけでも容易にＴＥ
及びＴＭモード両者の等価屈折率を基板の常光及び異常
光屈折率よりも大きくすることができる。
なお、本実施例の光スィッチにおいて、光軸（２軸）の
角度θに応じて制御電極の位置を光導波路に対してｙ′
方向にずらすことにより、光導波路中に有効に２軸方向
の電界を生じさせることができる。
角度θに応じて制御電極の位置を光導波路に対してｙ′
方向にずらすことにより、光導波路中に有効に２軸方向
の電界を生じさせることができる。
電圧０の状態での完全結合長のＴＭ、ＴＥモード間の違
いは前述のように従来よりも小さいので、そのプロセス
上の制御や製作も従来よりも容易である。
いは前述のように従来よりも小さいので、そのプロセス
上の制御や製作も従来よりも容易である。
以上述べたように本発明によれば入射光の偏光状態に対
する依存性がなく、従来よりもスイッチ電圧が低く、製
作の容易な光スィッチが得られる。
する依存性がなく、従来よりもスイッチ電圧が低く、製
作の容易な光スィッチが得られる。
なお、本発明において使用する結晶基板は上述の実施例
にとられれるものではない。
にとられれるものではない。
第１図は本発明による光スィッチの実施例を示す斜視図
、第２図は本発明による光スィッチの原理を説明するた
めの図、第３図は従来の光スィッチを示す斜視図である
。 図において、１１．３１はＬｉＮｂ０ａ結晶基板、１２
，１３，３２゜３３は光導波路、１４．３４は光方向性
結合器、１５，３５は制御電極である。 丁＼ ＲｅメＬ ブｒＦｌ！ｔ： 内 Ｋ −晋 Ｈ
’：： 、第１ 図 ＩＩ ＬｉＮｂＯ３蟇板 升２０ １ヒモ−ｉ
、第２図は本発明による光スィッチの原理を説明するた
めの図、第３図は従来の光スィッチを示す斜視図である
。 図において、１１．３１はＬｉＮｂ０ａ結晶基板、１２
，１３，３２゜３３は光導波路、１４．３４は光方向性
結合器、１５，３５は制御電極である。 丁＼ ＲｅメＬ ブｒＦｌ！ｔ： 内 Ｋ −晋 Ｈ
’：： 、第１ 図 ＩＩ ＬｉＮｂＯ３蟇板 升２０ １ヒモ−ｉ
Claims (1)
- 光学的異方性を有する結晶基板上に形成された互いに近
接した２本の光導波路からなる光方向性結合器と該光方
向性結合器近傍に設置された制御電極よりなり、前記結
晶基板の光学軸は前記光導波路の光透過方向に対してほ
ぼ垂直な面内にあり、かつ、該結晶基板の表面に対して
θ°（θ≠０°θ≠９０°）だけ傾いており、前記光導
波路の基本モード伝搬光の等価的な屈折率が前記結晶基
板の常光に対する屈折率及び異常光に対する屈折率より
も大きいことを特徴とする光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22527085A JPS6283730A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22527085A JPS6283730A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 光スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6283730A true JPS6283730A (ja) | 1987-04-17 |
Family
ID=16826690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22527085A Pending JPS6283730A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6283730A (ja) |
-
1985
- 1985-10-08 JP JP22527085A patent/JPS6283730A/ja active Pending
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