JP2000066252A - 光学的スイッチングおよび変調のためのポリマ―材料および方法 - Google Patents
光学的スイッチングおよび変調のためのポリマ―材料および方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、光導波路を構成するのに用いられ
る材料に関する。 【解決手段】 １つのブランチの中にポリマー・クラッ
ディングのセクションを採用しているマッハツェンダー
干渉計を提供する。そのポリマー・クラッディングの屈
折率は温度によって変化する。ポリマー・クラッディン
グのセクションの温度はレーザ光の所望のスイッチング
または変調を起こさせるために、ポリマー・クラッディ
ングによって制限されている導波路コアを通して流れる
レーザ光の位相における対応する変化を生じるように調
整される。
る材料に関する。 【解決手段】 １つのブランチの中にポリマー・クラッ
ディングのセクションを採用しているマッハツェンダー
干渉計を提供する。そのポリマー・クラッディングの屈
折率は温度によって変化する。ポリマー・クラッディン
グのセクションの温度はレーザ光の所望のスイッチング
または変調を起こさせるために、ポリマー・クラッディ
ングによって制限されている導波路コアを通して流れる
レーザ光の位相における対応する変化を生じるように調
整される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路の分野に
関し、特に光導波路を構築するために使われる材料に関
する。
関し、特に光導波路を構築するために使われる材料に関
する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】現
在の世界中にわたる通信ネットワークは、音声、ビデ
オ、およびデータの信号に対する伝送構成部品の導管を
提供するために光ファイバ導波路の技術を採用してき
た。光ネットワークは従来の電子ネットワークより遙か
に大きい帯域幅および信頼性を提供する。結果として、
現在の研究努力は現在の電気通信ネットワークから光通
信ネットワークへの変換の加速を支援するために、低コ
ストで光導波路の技術の機能を拡大することに対して向
けられてきている。
在の世界中にわたる通信ネットワークは、音声、ビデ
オ、およびデータの信号に対する伝送構成部品の導管を
提供するために光ファイバ導波路の技術を採用してき
た。光ネットワークは従来の電子ネットワークより遙か
に大きい帯域幅および信頼性を提供する。結果として、
現在の研究努力は現在の電気通信ネットワークから光通
信ネットワークへの変換の加速を支援するために、低コ
ストで光導波路の技術の機能を拡大することに対して向
けられてきている。
【０００３】これらの光通信ネットワークは多くの異な
る構成部品から構成されている。それらは光ファイバ・
ケーブル、スイッチ、減衰器、カプラ、およびさらに多
くのそのようなデバイスを含む。通常、これらのデバイ
スはクラッディング材料によって囲まれたコアから構成
されている。そのコアおよびクラッディングのために使
われる材料は両方とも、シリカまたはドーピングされた
シリカおよび他の多くの同様な材料を含む。これらの材
料はそれぞれの使用を容易にする望ましい屈折率および
他の性質を備えているので採用されている。
る構成部品から構成されている。それらは光ファイバ・
ケーブル、スイッチ、減衰器、カプラ、およびさらに多
くのそのようなデバイスを含む。通常、これらのデバイ
スはクラッディング材料によって囲まれたコアから構成
されている。そのコアおよびクラッディングのために使
われる材料は両方とも、シリカまたはドーピングされた
シリカおよび他の多くの同様な材料を含む。これらの材
料はそれぞれの使用を容易にする望ましい屈折率および
他の性質を備えているので採用されている。
【０００４】これらのデバイスを通じて伝送される光信
号の伝播における特定の効果を創出することが望ましい
場合が多い。たとえば、そのような効果の１つは光信号
を変調するか、あるいは光信号を１つの導波路から別の
導波路へスイッチするかのいずれかである。結果とし
て、光導波路において光信号のスイッチングおよび変調
を容易にする新しい光学的構造に対するニーズが存在す
る。
号の伝播における特定の効果を創出することが望ましい
場合が多い。たとえば、そのような効果の１つは光信号
を変調するか、あるいは光信号を１つの導波路から別の
導波路へスイッチするかのいずれかである。結果とし
て、光導波路において光信号のスイッチングおよび変調
を容易にする新しい光学的構造に対するニーズが存在す
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の導波路
コアおよび第２の導波路コアを備えているマッハツェン
ダー干渉計を必要とする。第１および第２の導波路コア
は第１の方向性カプラおよび第２の方向性カプラにおい
て一緒に密接して並べられている。第１の導波路コアは
第１のクラッディングによって囲まれ、第２の導波路コ
アは第２のクラッディングによって囲まれている。第１
のクラッディングは、第１の方向性カプラと第２の方向
性カプラとの間で第１の導波路コアに接触しているポリ
マー・クラッディングのセクションを含む。ポリマー・
クラッディングのセクションの外側では、第１の導波路
コアは標準のクラッディング材料によって囲まれてお
り、標準のクラッディング材料はその第１の導波路コア
が上に形成されている基板と、第１の導波路コアの残り
の表面領域をカバーしているシリカのクラッディング材
料を含むことができる。第２の導波路コアは、その長さ
全体にわたって標準のクラッディング材料が採用されて
いること以外は、第１の導波路コアと同様である。ポリ
マー・クラッディングの屈折率は温度によって変化す
る。
コアおよび第２の導波路コアを備えているマッハツェン
ダー干渉計を必要とする。第１および第２の導波路コア
は第１の方向性カプラおよび第２の方向性カプラにおい
て一緒に密接して並べられている。第１の導波路コアは
第１のクラッディングによって囲まれ、第２の導波路コ
アは第２のクラッディングによって囲まれている。第１
のクラッディングは、第１の方向性カプラと第２の方向
性カプラとの間で第１の導波路コアに接触しているポリ
マー・クラッディングのセクションを含む。ポリマー・
クラッディングのセクションの外側では、第１の導波路
コアは標準のクラッディング材料によって囲まれてお
り、標準のクラッディング材料はその第１の導波路コア
が上に形成されている基板と、第１の導波路コアの残り
の表面領域をカバーしているシリカのクラッディング材
料を含むことができる。第２の導波路コアは、その長さ
全体にわたって標準のクラッディング材料が採用されて
いること以外は、第１の導波路コアと同様である。ポリ
マー・クラッディングの屈折率は温度によって変化す
る。
【０００６】入力ポートへ送信されるレーザ光は、方向
性カプラ間の導波路のうちの１つにおいて位相を変更す
ることによって識別された比率で第１の導波路コアから
第２の導波路コアへ、そしてその逆に伝送することがで
きる。これはポリマー・クラッディングの温度を変え、
その結果、屈折率が変わることによって達成される。ポ
リマー・クラッディングのセクションの長さに依存し
て、ポリマー・クラッディングによって制限されている
導波路コアの中のレーザ光の位相が所望の量だけ変更さ
れる。
性カプラ間の導波路のうちの１つにおいて位相を変更す
ることによって識別された比率で第１の導波路コアから
第２の導波路コアへ、そしてその逆に伝送することがで
きる。これはポリマー・クラッディングの温度を変え、
その結果、屈折率が変わることによって達成される。ポ
リマー・クラッディングのセクションの長さに依存し
て、ポリマー・クラッディングによって制限されている
導波路コアの中のレーザ光の位相が所望の量だけ変更さ
れる。
【０００７】本発明は、光回路の中のレーザ放射スイッ
チングのための方法として見ることもでき、その方法
は、第１のジョイントと第２のジョイントを形成してい
る第１の方向性カプラと第２の方向性カプラとによっ
て、第１の導波路コアと第２の導波路コアを光学的に結
合するステップと、そして次にポリマー・クラッディン
グ材料の識別可能な領域を含む第１のクラッディングに
よって第１の導波路コアをカバーし、その識別可能な領
域が第１のジョイントと第２のジョイントとの間にある
ようにするステップとを含んでいる。次に、第２の導波
路コアは第２のクラッディングでカバーされ、レーザ・
ビームが第１の導波路コアの中へ送信される。その後、
それ以降のステップは、そのレーザ・ビームを第１のジ
ョイントにおける第１の方向性カプラにおいて、第１の
導波路コアへ向けられる第１のスプリット・ビームと、
第２の導波路コアへ向けられる第２のスプリット・ビー
ムにスプリットするステップと、そして次にポリマー・
クラッディングの温度を制御し、それによってポリマー
・クラッディングの屈折率を変化させ、結果として第１
のスプリット・ビームの位相を変化させるステップとを
含む。最後に、第１および第２のスプリット・ビームは
第２のジョイントにおいて第２の方向性カプラの中で再
び組み合わされ、そのレーザ・ビームは、第１のスプリ
ット・ビームの位相変化の程度によって変わるパワー比
に従って、第１および第２の導波路コアから伝送され
る。
チングのための方法として見ることもでき、その方法
は、第１のジョイントと第２のジョイントを形成してい
る第１の方向性カプラと第２の方向性カプラとによっ
て、第１の導波路コアと第２の導波路コアを光学的に結
合するステップと、そして次にポリマー・クラッディン
グ材料の識別可能な領域を含む第１のクラッディングに
よって第１の導波路コアをカバーし、その識別可能な領
域が第１のジョイントと第２のジョイントとの間にある
ようにするステップとを含んでいる。次に、第２の導波
路コアは第２のクラッディングでカバーされ、レーザ・
ビームが第１の導波路コアの中へ送信される。その後、
それ以降のステップは、そのレーザ・ビームを第１のジ
ョイントにおける第１の方向性カプラにおいて、第１の
導波路コアへ向けられる第１のスプリット・ビームと、
第２の導波路コアへ向けられる第２のスプリット・ビー
ムにスプリットするステップと、そして次にポリマー・
クラッディングの温度を制御し、それによってポリマー
・クラッディングの屈折率を変化させ、結果として第１
のスプリット・ビームの位相を変化させるステップとを
含む。最後に、第１および第２のスプリット・ビームは
第２のジョイントにおいて第２の方向性カプラの中で再
び組み合わされ、そのレーザ・ビームは、第１のスプリ
ット・ビームの位相変化の程度によって変わるパワー比
に従って、第１および第２の導波路コアから伝送され
る。
【０００８】本発明の他の特徴および利点は以下の図面
および詳細な説明を検討することによってこの分野の技
術に熟達した人にとって明らかとなるだろう。そのよう
な追加の特徴および利点のすべてが、特許請求の範囲に
よって定義されているように、本発明の範囲内に本明細
書で含まれていることが意図されている。
および詳細な説明を検討することによってこの分野の技
術に熟達した人にとって明らかとなるだろう。そのよう
な追加の特徴および利点のすべてが、特許請求の範囲に
よって定義されているように、本発明の範囲内に本明細
書で含まれていることが意図されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、従来の光ファ
イバ５０を含む導波路が示されている。光ファイバ５０
はクラッディング６０によって囲まれているコア５５を
含む。そのコアは屈折率がｎ1 の材料から構成されてい
る。クラッディング６０は屈折率がｎ2 の材料から構成
されている。光ファイバ５０はこの分野の技術に熟達し
た人によって知られているように、ｎ1 がｎ2 より大き
い時には光放射６５に対する導波路として動作する。ｎ
1 がｎ2 より小さいか、あるいは等しい時、光放射６５
はコア５５から出てしまい、コア５５に沿っては伝播し
ない。
イバ５０を含む導波路が示されている。光ファイバ５０
はクラッディング６０によって囲まれているコア５５を
含む。そのコアは屈折率がｎ1 の材料から構成されてい
る。クラッディング６０は屈折率がｎ2 の材料から構成
されている。光ファイバ５０はこの分野の技術に熟達し
た人によって知られているように、ｎ1 がｎ2 より大き
い時には光放射６５に対する導波路として動作する。ｎ
1 がｎ2 より小さいか、あるいは等しい時、光放射６５
はコア５５から出てしまい、コア５５に沿っては伝播し
ない。
【００１０】これらの概念を念頭において図２を参照す
ると、本発明の一実施形態によるマッハツェンダー干渉
計１００が示されている。マッハツェンダー干渉計１０
０は本質的に平行になっている第１の導波路コア１０５
と第２の導波路コア１１０とを含む。第１および第２の
導波路コア１０５および１１０は、第１の３ｄＢ方向性
カプラ１１５および第２の３ｄＢ方向性カプラ１２０を
形成している２つの点において互いに接近する。第１お
よび第２の導波路コア１０５および１１０の長さは、第
１および第２の３ｄＢ方向性カプラ１１５および１２０
の間の長さと同じである。第１の導波路コア１０５は入
力ポートＡおよび出力ポートＣを備えている。第２の導
波路コア１１０は、入力ポートＢおよび出力ポートＤを
備えている。
ると、本発明の一実施形態によるマッハツェンダー干渉
計１００が示されている。マッハツェンダー干渉計１０
０は本質的に平行になっている第１の導波路コア１０５
と第２の導波路コア１１０とを含む。第１および第２の
導波路コア１０５および１１０は、第１の３ｄＢ方向性
カプラ１１５および第２の３ｄＢ方向性カプラ１２０を
形成している２つの点において互いに接近する。第１お
よび第２の導波路コア１０５および１１０の長さは、第
１および第２の３ｄＢ方向性カプラ１１５および１２０
の間の長さと同じである。第１の導波路コア１０５は入
力ポートＡおよび出力ポートＣを備えている。第２の導
波路コア１１０は、入力ポートＢおよび出力ポートＤを
備えている。
【００１１】第１および第２の導波路コア１０５および
１１０は、両方とも１つの基板上に形成されている。そ
の基板によって制限されない第１の導波路コア１０５の
残りの表面領域は、標準のクラッディング１２５および
ポリマー・クラッディング１３０のセクションを含むク
ラッディングの中に入れられている。ポリマー・クラッ
ディング１３０のセクションは識別可能な長さＬに対し
て第１の導波路コア１０５をカバーし、第１の３ｄＢ方
向性カプラ１１５と第２の３ｄＢ方向性カプラ１２０と
の間に置かれている。基板と接触していない第２の導波
路コア１１０の残りの表面領域は、標準のクラッディン
グ１２５によって囲まれている。基板および標準のクラ
ッディング１２５は性質が類似していて、マッハツェン
ダー干渉計１００の動作の目的に対しては単独のクラッ
ディング材料とみなすことができることに留意された
い。また、マッハツェンダー干渉計１００は、プレーナ
の導波路の光回路上に実現されることが好ましい。その
ことはこの分野の技術に熟達した人によってよく知られ
ており、ここでは詳細に説明されない。マッハツェンダ
ー干渉計１００の中央を横切って切断線１３３が描かれ
ている。
１１０は、両方とも１つの基板上に形成されている。そ
の基板によって制限されない第１の導波路コア１０５の
残りの表面領域は、標準のクラッディング１２５および
ポリマー・クラッディング１３０のセクションを含むク
ラッディングの中に入れられている。ポリマー・クラッ
ディング１３０のセクションは識別可能な長さＬに対し
て第１の導波路コア１０５をカバーし、第１の３ｄＢ方
向性カプラ１１５と第２の３ｄＢ方向性カプラ１２０と
の間に置かれている。基板と接触していない第２の導波
路コア１１０の残りの表面領域は、標準のクラッディン
グ１２５によって囲まれている。基板および標準のクラ
ッディング１２５は性質が類似していて、マッハツェン
ダー干渉計１００の動作の目的に対しては単独のクラッ
ディング材料とみなすことができることに留意された
い。また、マッハツェンダー干渉計１００は、プレーナ
の導波路の光回路上に実現されることが好ましい。その
ことはこの分野の技術に熟達した人によってよく知られ
ており、ここでは詳細に説明されない。マッハツェンダ
ー干渉計１００の中央を横切って切断線１３３が描かれ
ている。
【００１２】ポリマー・クラッディング１３０は、共有
結合によって一緒にリンクされているいくつかの構造的
ユニットを含んでいる、分子重量の大きい化合物である
ポリマーとして分類される一般的なカテゴリーの材料か
ら取られている。ポリマー・クラッディング１３０とし
て使えるポリマーは、以下に説明されるように、温度に
よって屈折率が変化する光学的特性を一般的に有してい
る必要がある。
結合によって一緒にリンクされているいくつかの構造的
ユニットを含んでいる、分子重量の大きい化合物である
ポリマーとして分類される一般的なカテゴリーの材料か
ら取られている。ポリマー・クラッディング１３０とし
て使えるポリマーは、以下に説明されるように、温度に
よって屈折率が変化する光学的特性を一般的に有してい
る必要がある。
【００１３】図３を参照すると、マッハツェンダー干渉
計１００の切断線１３３（図２）に沿って取られた断面
が示されている。第１および第２の導波路コア１０５は
形状が正方形であり、側面寸法がｄである。第１および
第２の導波路コア１０５および１１０の底面は、屈折率
がｎsである基板１３５と接触している。第２の導波路
コア１１０の残りの側面は標準のクラッディング１２５
と接触している。第１の導波路のコア１０５の残りの側
面は、図に示されているように、ポリマー・クラッディ
ング１３０と接触しているが、ポリマー・クラッディン
グ１３０の長さＬを超える第１の導波路コア１０５の残
りの側面は、標準のクラッディング１２５と接触してい
る。第１および第２の導波路コア１０５および１１０の
屈折率はｎWCである。標準のクラッディング１２５の屈
折率はｎCLであり、ポリマー・クラッディング１３０の
屈折率はｎPである。
計１００の切断線１３３（図２）に沿って取られた断面
が示されている。第１および第２の導波路コア１０５は
形状が正方形であり、側面寸法がｄである。第１および
第２の導波路コア１０５および１１０の底面は、屈折率
がｎsである基板１３５と接触している。第２の導波路
コア１１０の残りの側面は標準のクラッディング１２５
と接触している。第１の導波路のコア１０５の残りの側
面は、図に示されているように、ポリマー・クラッディ
ング１３０と接触しているが、ポリマー・クラッディン
グ１３０の長さＬを超える第１の導波路コア１０５の残
りの側面は、標準のクラッディング１２５と接触してい
る。第１および第２の導波路コア１０５および１１０の
屈折率はｎWCである。標準のクラッディング１２５の屈
折率はｎCLであり、ポリマー・クラッディング１３０の
屈折率はｎPである。
【００１４】ポリマー・クラッディング１３０はポリマ
ーの屈折率が温度によって大幅に変化する可能性がある
ために、温度−光係数∂ｎP ／∂T が比較的大きいのが
特徴であることに留意されたい。たとえば、温度‐光係
数∂ｎP ／∂T は一般的に−０．０００１Ｃ-1程度に高
く、そして−０．０００３Ｃ-1にも上昇する可能性があ
る。ここで、ｎＰはポリマーの屈折率であり、Ｔは温度
である。対照的に、たとえば、シリカの温度−光係数は
ずっと低く、０．００００１Ｃ-1の程度である。結果と
して、溶融シリカおよび他の同様な材料の屈折率は温度
によって大幅には変化せず、一方、ポリマーの屈折率は
大幅に変化する。さらに、この好適な実施形態による
と、コア１０５はドーピングされたシリカを含み、そし
て基板１３５はシリカを含む。しかし、この分野の技術
に熟達した人であれば、他の材料も採用できることは理
解される。結果として、これらの構成部品を作るために
使われる可能性のある材料を網羅したリストはここでは
提供されない。
ーの屈折率が温度によって大幅に変化する可能性がある
ために、温度−光係数∂ｎP ／∂T が比較的大きいのが
特徴であることに留意されたい。たとえば、温度‐光係
数∂ｎP ／∂T は一般的に−０．０００１Ｃ-1程度に高
く、そして−０．０００３Ｃ-1にも上昇する可能性があ
る。ここで、ｎＰはポリマーの屈折率であり、Ｔは温度
である。対照的に、たとえば、シリカの温度−光係数は
ずっと低く、０．００００１Ｃ-1の程度である。結果と
して、溶融シリカおよび他の同様な材料の屈折率は温度
によって大幅には変化せず、一方、ポリマーの屈折率は
大幅に変化する。さらに、この好適な実施形態による
と、コア１０５はドーピングされたシリカを含み、そし
て基板１３５はシリカを含む。しかし、この分野の技術
に熟達した人であれば、他の材料も採用できることは理
解される。結果として、これらの構成部品を作るために
使われる可能性のある材料を網羅したリストはここでは
提供されない。
【００１５】図４を参照すると、ポリマー・クラッディ
ング１３０（図２）として使うことができる３種類のポ
リマーについて、摂氏の温度の関数としての屈折率を示
しているグラフが示されている。ライン１４０はＦ／Ｃ
Ａポリマーの屈折率を示しており、その温度係数は−
０．００００２Ｃ-1であり、ライン１４５はＤ−ＰＭＭ
Ａ／Ｄ−ＦＡポリマーの屈折率を示しており、その温度
係数は−０．０００１Ｃ-1であり、そしてライン１５０
はＦＡポリマーの屈折率を示しており、その温度係数は
−０．０００３Ｃ-1である。ｎ＝１．４６および温度＝
−２０℃における開始点は任意に選定されたものである
ことに留意されたい。究極的に、各種のポリマーの屈折
率はそれぞれの組成に依存し、温度の関数として比較的
広い範囲にわたって変化する可能性がある。
ング１３０（図２）として使うことができる３種類のポ
リマーについて、摂氏の温度の関数としての屈折率を示
しているグラフが示されている。ライン１４０はＦ／Ｃ
Ａポリマーの屈折率を示しており、その温度係数は−
０．００００２Ｃ-1であり、ライン１４５はＤ−ＰＭＭ
Ａ／Ｄ−ＦＡポリマーの屈折率を示しており、その温度
係数は−０．０００１Ｃ-1であり、そしてライン１５０
はＦＡポリマーの屈折率を示しており、その温度係数は
−０．０００３Ｃ-1である。ｎ＝１．４６および温度＝
−２０℃における開始点は任意に選定されたものである
ことに留意されたい。究極的に、各種のポリマーの屈折
率はそれぞれの組成に依存し、温度の関数として比較的
広い範囲にわたって変化する可能性がある。
【００１６】図２へ戻って、マッハツェンダー干渉計１
００の動作が説明される。光ビーム１５５が入力ポート
Ａにおいて第１の導波路コア１０５に入り、第１の３ｄ
Ｂ方向性カプラ１１５へ導かれる。光ビーム１５５は、
第１の導波路コア１０５の入力ポートＡだけではなく、
入力ポートＢにおいて第２の導波路コア１１０に入って
もよいことに留意されたい。光ビーム１５５はここでの
説明の目的のために、入力ポートＡにおいて第１の導波
路コア１０５に入るものとして示されている。
００の動作が説明される。光ビーム１５５が入力ポート
Ａにおいて第１の導波路コア１０５に入り、第１の３ｄ
Ｂ方向性カプラ１１５へ導かれる。光ビーム１５５は、
第１の導波路コア１０５の入力ポートＡだけではなく、
入力ポートＢにおいて第２の導波路コア１１０に入って
もよいことに留意されたい。光ビーム１５５はここでの
説明の目的のために、入力ポートＡにおいて第１の導波
路コア１０５に入るものとして示されている。
【００１７】第１の３ｄＢ方向性カプラ１１５に出会っ
た時、入力ビーム１５５の半分が第２の導波路コア１１
０へ転送され、結果として第１のスプリット光ビーム１
６０が第１の導波路コア１０５を通って伝送され、そし
て第２のスプリット光ビーム１６５が第２の導波路コア
１１０を通って伝送される。この点において、第２のス
プリット光ビーム１６５は第１のスプリット光ビーム１
６０を追跡し、第１のスプリット光ビーム１６０と第２
のスプリット光ビーム１６５とは位相が９０°ずれてい
る。第１および第２の導波路１０５および１１０の長さ
が第１および第２の方向性カプラ１１５および１２０の
間の長さと同じであるとして、第２のスプリット光ビー
ム１６５は、第２の３ｄＢ方向性カプラ１２０によって
第１の導波路コア１０５の中に逆に転送され、光ビーム
１５５が図２に示されているように出力ポートＣから現
われる。しかし、第１の導波路コア１０５を通して伝送
される第１のスプリット光ビームの位相が１８０°だけ
シフトされている場合、光ビーム１５５はポートＤから
現われる。したがって、このマッハツェンダー干渉計１
００はスイッチとして働くようにすることができ、その
場合、スプリット光ビーム１６０または１６５のうちの
１つの位相を適宜シフトすることができる。第１および
第２の３ｄＢ方向性カプラ１１５および１２０は位相シ
フトの程度に依存して、出力ポートＣおよびＤの両方か
ら伝送される光の特定の比率を生じる方向性カプラによ
って置き換えることもできる。
た時、入力ビーム１５５の半分が第２の導波路コア１１
０へ転送され、結果として第１のスプリット光ビーム１
６０が第１の導波路コア１０５を通って伝送され、そし
て第２のスプリット光ビーム１６５が第２の導波路コア
１１０を通って伝送される。この点において、第２のス
プリット光ビーム１６５は第１のスプリット光ビーム１
６０を追跡し、第１のスプリット光ビーム１６０と第２
のスプリット光ビーム１６５とは位相が９０°ずれてい
る。第１および第２の導波路１０５および１１０の長さ
が第１および第２の方向性カプラ１１５および１２０の
間の長さと同じであるとして、第２のスプリット光ビー
ム１６５は、第２の３ｄＢ方向性カプラ１２０によって
第１の導波路コア１０５の中に逆に転送され、光ビーム
１５５が図２に示されているように出力ポートＣから現
われる。しかし、第１の導波路コア１０５を通して伝送
される第１のスプリット光ビームの位相が１８０°だけ
シフトされている場合、光ビーム１５５はポートＤから
現われる。したがって、このマッハツェンダー干渉計１
００はスイッチとして働くようにすることができ、その
場合、スプリット光ビーム１６０または１６５のうちの
１つの位相を適宜シフトすることができる。第１および
第２の３ｄＢ方向性カプラ１１５および１２０は位相シ
フトの程度に依存して、出力ポートＣおよびＤの両方か
ら伝送される光の特定の比率を生じる方向性カプラによ
って置き換えることもできる。
【００１８】光ビームの位相はその光ビームが通過する
導波路の伝播定数ｂを変えることによってシフトするこ
とができる。本発明の１つの実施形態によると、マッハ
ツェンダー干渉計１００の場合、第１の導波路コア１０
５の伝播定数ｂはポリマー・クラッディング１３０の屈
折率を変化させることによって変えられる。したがっ
て、出力ポートＣにおいて第１の導波路コア１０５から
出て来る光ビーム１５５を出力ポートＤにおいて第２の
導波路コア１１０から出て来るようにスイッチするため
に、伝播定数における変化Δβが生じる。ポリマー・ク
ラッディング１３０の長さがＬであるとして、伝播定数
における変化との間の関係は、ΔβＬ＝πとして書くこ
とができる。したがって、スイッチングのために必要な
長さＬは、Ｌ＝π／Δβである。
導波路の伝播定数ｂを変えることによってシフトするこ
とができる。本発明の１つの実施形態によると、マッハ
ツェンダー干渉計１００の場合、第１の導波路コア１０
５の伝播定数ｂはポリマー・クラッディング１３０の屈
折率を変化させることによって変えられる。したがっ
て、出力ポートＣにおいて第１の導波路コア１０５から
出て来る光ビーム１５５を出力ポートＤにおいて第２の
導波路コア１１０から出て来るようにスイッチするため
に、伝播定数における変化Δβが生じる。ポリマー・ク
ラッディング１３０の長さがＬであるとして、伝播定数
における変化との間の関係は、ΔβＬ＝πとして書くこ
とができる。したがって、スイッチングのために必要な
長さＬは、Ｌ＝π／Δβである。
【００１９】次に、図５を参照すると、結果として位相
シフトが１８０°となるポリマー・クラッディング１３
０の屈折率ｎＰの関数としてのポリマー・クラッディン
グ１３０（図２）の長さＬを示しているグラフが示され
ている。ポリマー・クラッディング１３０の屈折率ｎP
は、その温度をそのように変えることによって決定され
る。このグラフは光の波長λ＝１．５５μｍの場合の周
波数、屈折率ｎWC＝１．４５２７６、そして屈折率ｎs
＝１．４４４１の条件で発生されている。このグラフに
従って、ポリマー・クラッディング１３０の長さが図５
の垂直のｙ軸上に示されている長さに等しい場合、ポリ
マー・クラッディング１３０の屈折率ｎPがｎP ＝１．
４４４１（基板１３５（図３Ａ）の屈折率ｎs の値）か
ら、図５のグラフのｘ軸上で示されている値へ上昇する
時に、位相が１８０°だけ変化する。図５のグラフはマ
ッハツェンダー干渉計１００（図２）の構造を仮定して
おり、それは正方形の導波路コア１０５を含み、その側
面の寸法はｄ＝６μｍであり、１つの側面が基板１３５
（図３）によって制限され、残りの３つの側面上では図
３で示されているようにポリマー・クラッディング１３
０（図３）によって制限されている。他の物理的構造も
同様に採用することが可能であり、そして図５に示され
ているグラフに類似の計算が可能であることに留意され
たい。マッハツェンダー干渉計１００（図２）が光スイ
ッチとして使われる場合において、ポリマー・クラッデ
ィング１３０の温度は出力ポートＣまたはＤのどちらか
がスイッチ・オフされる１％以下に漏れを保つために、
その値の１０％以内に安定している必要がある。
シフトが１８０°となるポリマー・クラッディング１３
０の屈折率ｎＰの関数としてのポリマー・クラッディン
グ１３０（図２）の長さＬを示しているグラフが示され
ている。ポリマー・クラッディング１３０の屈折率ｎP
は、その温度をそのように変えることによって決定され
る。このグラフは光の波長λ＝１．５５μｍの場合の周
波数、屈折率ｎWC＝１．４５２７６、そして屈折率ｎs
＝１．４４４１の条件で発生されている。このグラフに
従って、ポリマー・クラッディング１３０の長さが図５
の垂直のｙ軸上に示されている長さに等しい場合、ポリ
マー・クラッディング１３０の屈折率ｎPがｎP ＝１．
４４４１（基板１３５（図３Ａ）の屈折率ｎs の値）か
ら、図５のグラフのｘ軸上で示されている値へ上昇する
時に、位相が１８０°だけ変化する。図５のグラフはマ
ッハツェンダー干渉計１００（図２）の構造を仮定して
おり、それは正方形の導波路コア１０５を含み、その側
面の寸法はｄ＝６μｍであり、１つの側面が基板１３５
（図３）によって制限され、残りの３つの側面上では図
３で示されているようにポリマー・クラッディング１３
０（図３）によって制限されている。他の物理的構造も
同様に採用することが可能であり、そして図５に示され
ているグラフに類似の計算が可能であることに留意され
たい。マッハツェンダー干渉計１００（図２）が光スイ
ッチとして使われる場合において、ポリマー・クラッデ
ィング１３０の温度は出力ポートＣまたはＤのどちらか
がスイッチ・オフされる１％以下に漏れを保つために、
その値の１０％以内に安定している必要がある。
【００２０】図６を参照すると、ポリマー・クラッディ
ング１３０および基板１３５によって囲まれている導波
路コア１０５の部分的断面１７０が示されている。ポリ
マー・クラッディング１３０に隣接して配置されている
のは熱電ヒータ１７５であり、それは電源Ｖ１に対して
電気的に結合されている。ポリマー・クラッディング１
３０の温度は電源Ｖ１を適宜印加することにより、熱電
ヒータ１７５の温度を上げることによって上昇させる。
ポリマー・クラッディングの温度を下げるには、熱をマ
ッハツェンダー干渉計１００（図２）から逃がすように
するか、あるいは熱電クーラを採用することができる。
ング１３０および基板１３５によって囲まれている導波
路コア１０５の部分的断面１７０が示されている。ポリ
マー・クラッディング１３０に隣接して配置されている
のは熱電ヒータ１７５であり、それは電源Ｖ１に対して
電気的に結合されている。ポリマー・クラッディング１
３０の温度は電源Ｖ１を適宜印加することにより、熱電
ヒータ１７５の温度を上げることによって上昇させる。
ポリマー・クラッディングの温度を下げるには、熱をマ
ッハツェンダー干渉計１００（図２）から逃がすように
するか、あるいは熱電クーラを採用することができる。
【００２１】次に、図７を参照すると、ポリマー・クラ
ッディング１３０および基板１３５によって囲まれてい
る導波路コア１０５の部分的な断面１８０が示されてい
る。また、レーザ放射１９０をポリマー・クラッディン
グ１３０上に投射するために配置されているレーザ光源
１８５が示されている。印加された時、レーザ放射１９
０はポリマー・クラッディング１３０の温度を上昇させ
る。ポリマー・クラッディングの温度を下げるには、熱
電ヒータ１７５（図６）の場合と同様に、マッハツェン
ダー干渉計１００（図２）から熱を逃がすか、あるいは
熱電クーラを採用することができる。
ッディング１３０および基板１３５によって囲まれてい
る導波路コア１０５の部分的な断面１８０が示されてい
る。また、レーザ放射１９０をポリマー・クラッディン
グ１３０上に投射するために配置されているレーザ光源
１８５が示されている。印加された時、レーザ放射１９
０はポリマー・クラッディング１３０の温度を上昇させ
る。ポリマー・クラッディングの温度を下げるには、熱
電ヒータ１７５（図６）の場合と同様に、マッハツェン
ダー干渉計１００（図２）から熱を逃がすか、あるいは
熱電クーラを採用することができる。
【００２２】最後に、図８を参照すると、ポリマー・ク
ラッディング１３０の温度を制御するための温度制御シ
ステム２００が示されている。温度制御システム２００
はフィードバック・ループの中に採用されている温度制
御２０５を含む。基準電圧ＶREF が温度制御２０５の入
力に加えられ、それは前に説明したように、マッハツェ
ンダー干渉計１００（図２）におけるスイッチング・ア
クションのために、所望の位相シフト、たとえば、１８
０°を示す。温度制御２０５は熱電ヒータ１７５および
熱電クーラ２１０の両方に対して電気的に結合されてい
る。熱電ヒータ１７５および熱電クーラ２１０は、たと
えば、ポリマー・クラッディング１３０に隣接して配置
され、ポリマー・クラッディングとの間の熱交換を容易
にする。ポリマー・クラッディング１３０は、前に説明
したように、導波路コア１０５をカバーする。ポリマー
・クラッディング１３０の温度は熱電ヒータ１７５に熱
２１５を加えさせることによって上げられる。ポリマー
・クラッディング１３０の温度は、熱電クーラ２１０を
活性化することによって、ポリマー・クラッディング１
０３から熱２２０を引き出し、そして周囲空気へのマッ
ハツェンダー干渉計１００の自然の熱損失２２５を考慮
することによって冷却される。レーザ光２３０は、ポリ
マー・クラッディング１３０によって囲まれている導波
路コア１０５を通して導かれる。ポリマー・クラッディ
ング１３０に出会う前に、レーザ光２３０は初期位相２
３５にあり、そしてポリマー・クラッディング１３０か
らシフトされた位相２４０で脱出する。レーザ光２３０
は、究極的に出力ポートＣおよび／またはＤからマッハ
ツェンダー干渉計１００から回送される。レーザ光の出
力は、光検出デバイス２４５によって測定することがで
き、それに従って、前に説明したように、ポリマー・ク
ラッディング１３０のために適切な位相変化が発生した
かどうかを知ることができる。温度制御２０５はフィー
ドバック信号を受け取り、それは位相情報を中継し、適
切な信号を熱電ヒータ１７５または熱電クーラ２１０に
対して発生する。
ラッディング１３０の温度を制御するための温度制御シ
ステム２００が示されている。温度制御システム２００
はフィードバック・ループの中に採用されている温度制
御２０５を含む。基準電圧ＶREF が温度制御２０５の入
力に加えられ、それは前に説明したように、マッハツェ
ンダー干渉計１００（図２）におけるスイッチング・ア
クションのために、所望の位相シフト、たとえば、１８
０°を示す。温度制御２０５は熱電ヒータ１７５および
熱電クーラ２１０の両方に対して電気的に結合されてい
る。熱電ヒータ１７５および熱電クーラ２１０は、たと
えば、ポリマー・クラッディング１３０に隣接して配置
され、ポリマー・クラッディングとの間の熱交換を容易
にする。ポリマー・クラッディング１３０は、前に説明
したように、導波路コア１０５をカバーする。ポリマー
・クラッディング１３０の温度は熱電ヒータ１７５に熱
２１５を加えさせることによって上げられる。ポリマー
・クラッディング１３０の温度は、熱電クーラ２１０を
活性化することによって、ポリマー・クラッディング１
０３から熱２２０を引き出し、そして周囲空気へのマッ
ハツェンダー干渉計１００の自然の熱損失２２５を考慮
することによって冷却される。レーザ光２３０は、ポリ
マー・クラッディング１３０によって囲まれている導波
路コア１０５を通して導かれる。ポリマー・クラッディ
ング１３０に出会う前に、レーザ光２３０は初期位相２
３５にあり、そしてポリマー・クラッディング１３０か
らシフトされた位相２４０で脱出する。レーザ光２３０
は、究極的に出力ポートＣおよび／またはＤからマッハ
ツェンダー干渉計１００から回送される。レーザ光の出
力は、光検出デバイス２４５によって測定することがで
き、それに従って、前に説明したように、ポリマー・ク
ラッディング１３０のために適切な位相変化が発生した
かどうかを知ることができる。温度制御２０５はフィー
ドバック信号を受け取り、それは位相情報を中継し、適
切な信号を熱電ヒータ１７５または熱電クーラ２１０に
対して発生する。
【００２３】本発明の精神および原理から実質的に逸脱
することなしに、本発明の各種の実施形態に対して多く
の変更および修正が可能である。そのような修正および
変更はすべて、以下の特許請求の範囲によって定義され
ている本発明の範囲内に含められることが意図されてい
る。
することなしに、本発明の各種の実施形態に対して多く
の変更および修正が可能である。そのような修正および
変更はすべて、以下の特許請求の範囲によって定義され
ている本発明の範囲内に含められることが意図されてい
る。
【図１】従来の光ファイバの側面を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に従ってマッハツェンダー
干渉計を示す図である。
干渉計を示す図である。
【図３】図２の切断線に沿って取られた図２のマッハツ
ェンダー干渉計の断面図である。
ェンダー干渉計の断面図である。
【図４】図２のマッハツェンダー干渉計の中で使われて
いる選択されたポリマーの屈折率を温度の関数として示
すグラフ図である。
いる選択されたポリマーの屈折率を温度の関数として示
すグラフ図である。
【図５】図２のマッハツェンダー干渉計の中のポリマー
・セクションの長さを、１８０°の位相変化に対するポ
リマー材料の屈折率の関数として示すグラフ図である。
・セクションの長さを、１８０°の位相変化に対するポ
リマー材料の屈折率の関数として示すグラフ図である。
【図６】熱電ヒータをさらに含む、図２のマッハツェン
ダー干渉計の部分断面を示す図である。
ダー干渉計の部分断面を示す図である。
【図７】加熱用デバイスとして採用されているレーザを
さらに含んでいる、図２のマッハツェンダー干渉計の部
分的な断面図を示す図である。
さらに含んでいる、図２のマッハツェンダー干渉計の部
分的な断面図を示す図である。
【図８】図２のポリマー・クラッディングの温度を制御
するためのフィードバック・ループを含む、本発明の一
実施形態による温度制御システムを示す図である。
するためのフィードバック・ループを含む、本発明の一
実施形態による温度制御システムを示す図である。
１００ マッハツェンダー干渉計 １１０ 導波路コア １１５、１２０ 方向性カプラ １２５ 標準のクラッディング １３０ ポリマー・クラッディング １３３ 切断線 １５５ 光ビーム １６０、１６５ スプリット光ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイトリッヒ マーカス アメリカ合衆国 07738 ニュージャーシ ィ，リンクロフト，マジェスティック ア ヴェニュー 29
Claims (7)
- 【請求項１】 光回路であって、 第１のクラッディングによって囲まれている第１の導波
路コアと、 第２のクラッディングによって囲まれている第２の導波
路コアと、 第１のジャンクションにおいて前記第１の導波路コアと
前記第２の導波路コアとを光学的に結合している第１の
方向性カプラと、 第２のジャンクションにおいて前記第１の導波路コアと
前記第２の導波路コアとを光学的に結合している第２の
方向性カプラと、 前記第１のクラッディングの中に含まれているポリマー
・クラッディング材料のセクションとを含み、前記ポリ
マー・クラッディング材料は前記第１のジャンクション
と前記第２のジャンクションとの間の第１の導波路コア
の識別可能な領域をカバーしており、前記ポリマー・ク
ラッディング材料はその屈折率が温度によって変化し、
それによって第１の導波路コアを通って伝播するレーザ
放射の位相を変化させるようになっている回路。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光回路において、前記
ポリマー・クラッディング材料の前記セクションに隣接
しているヒータをさらに含む回路。 - 【請求項３】 請求項１に記載の導波路において、前記
ポリマー・クラッディング材料の前記セクションに隣接
している熱電クーラをさらに含む導波路。 - 【請求項４】 請求項１に記載の導波路において、前記
ポリマー・クラッディング材料の前記セクションの上に
レーザ放射をフォーカスするように配置され、それによ
って前記ポリマー・クラッディング材料の加熱が行われ
るレーザをさらに含む導波路。 - 【請求項５】 請求項１に記載の導波路において、前記
ポリマー・クラッディング材料の温度を上昇および下降
させるための手段をさらに含む導波路。 - 【請求項６】 請求項１に記載の導波路において、前記
ポリマー・クラッディング材料の前記温度を上昇および
下降させるためのフィードバック・ループをさらに含む
導波路。 - 【請求項７】 光回路におけるレーザ放射をスイッチす
るための方法であって、 第１の導波路コアと第２の導波路コアとを、第１のジョ
イントを形成している第１の方向性カプラによって光学
的に結合するステップと、 前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアとを、第
２のジョイントを形成している第２の方向性カプラによ
って光学的に結合するステップと、 ポリマー・クラッディング材料の識別可能な領域を含む
第１のクラッディングによって前記第１の導波路コアを
カバーし、前記識別可能な領域が前記第１のジョイント
と前記第２のジョイントとの間にあるステップと、 前記第２の導波路コアを第２のクラッディングによって
カバーするステップと、 レーザ・ビームを前記第１の導波路コアの中に送り込む
ステップと、 前記レーザ・ビームを、前記第１のジョイントにある前
記第１の方向性カプラにおいて、前記第１の導波路コア
へ導かれる前記第１のスプリット・ビームと、前記第２
の導波路コアへ導かれる第２のスプリット・ビームとに
スプリットするステップと、 前記ポリマー・クラッディング材料の前記温度を制御
し、前記ポリマー・クラッディング材料の屈折率が前記
温度によって変化し、それによって前記第１のスプリッ
ト・ビームの前記位相を制御するステップと、 前記第１および前記第２のスプリット・ビームを、前記
第２のジョイントにある前記第２の方向性カプラにおい
て再び組み合わせるステップと、 前記第１のスプリット・ビームの前記位相変化の程度に
基づいて、パワー比に従って前記第１の導波路コアおよ
び前記第２の導波路コアから前記レーザ・ビームを送り
出すステップとを含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/133,459 US6240226B1 (en) | 1998-08-13 | 1998-08-13 | Polymer material and method for optical switching and modulation |
| US09/133459 | 1998-08-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000066252A true JP2000066252A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=22458716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11228124A Pending JP2000066252A (ja) | 1998-08-13 | 1999-08-12 | 光学的スイッチングおよび変調のためのポリマ―材料および方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6240226B1 (ja) |
| EP (1) | EP0980018A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000066252A (ja) |
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| JP2007163886A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光導波路型デバイス、温度計測装置および温度計測方法 |
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Families Citing this family (32)
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|---|---|---|---|---|
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