JP2545149B2 - 光交差デバイス - Google Patents
光交差デバイスInfo
- Publication number
- JP2545149B2 JP2545149B2 JP2037552A JP3755290A JP2545149B2 JP 2545149 B2 JP2545149 B2 JP 2545149B2 JP 2037552 A JP2037552 A JP 2037552A JP 3755290 A JP3755290 A JP 3755290A JP 2545149 B2 JP2545149 B2 JP 2545149B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- optical
- waveguides
- intersection
- region
- 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 - Lifetime
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 61
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 4
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
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
- G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
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］ 本発明は伝送損失を低減した交差光導波路に関し、ま
たそのような導波路の交差を含む光通信システムに関す
る。
たそのような導波路の交差を含む光通信システムに関す
る。
［従来の技術］ 光通信の分野が成長し、新たな応用が二三年前可能で
あった能力以上に関連技術の限界を押し上げている。こ
れらの新たな応用の一つは、光信号を電気信号へ変換す
ることなしに多くの電話加入者を相互接続する光スイッ
チの使用である。提案された光スイッチの構成は、比較
的初歩のクロスバー構成と、より高度のバニヨン（bany
on）、ベン、クロス及びシャッフル（shuffle）構成を
含んでいる。これら種々の構成を利用するために考慮す
べき２つの重要な問題は、漏話と損失である。漏話の問
題は上記構成の、種々の“拡張”された変形を使うこと
によって低減し得るし、それらの全ては当技術分野では
周知である。しかし損失の問題はいまだ不明瞭である。
有害な損失は多くの異なる現象のどれか一つと関連して
いる。しかし前述のスイッチ構成に使われる交差光導波
路に関連する損失は、その損失が特別に選ばれた経路で
遭遇する交差の数の関数であり、これ故経路によって変
化するため、特に重要である。光交差に関連する損失
は、大きな光スイッチの開発・製品化にとり、現在の最
大の問題点である。
あった能力以上に関連技術の限界を押し上げている。こ
れらの新たな応用の一つは、光信号を電気信号へ変換す
ることなしに多くの電話加入者を相互接続する光スイッ
チの使用である。提案された光スイッチの構成は、比較
的初歩のクロスバー構成と、より高度のバニヨン（bany
on）、ベン、クロス及びシャッフル（shuffle）構成を
含んでいる。これら種々の構成を利用するために考慮す
べき２つの重要な問題は、漏話と損失である。漏話の問
題は上記構成の、種々の“拡張”された変形を使うこと
によって低減し得るし、それらの全ては当技術分野では
周知である。しかし損失の問題はいまだ不明瞭である。
有害な損失は多くの異なる現象のどれか一つと関連して
いる。しかし前述のスイッチ構成に使われる交差光導波
路に関連する損失は、その損失が特別に選ばれた経路で
遭遇する交差の数の関数であり、これ故経路によって変
化するため、特に重要である。光交差に関連する損失
は、大きな光スイッチの開発・製品化にとり、現在の最
大の問題点である。
［発明の概要］ 本発明は損失を低減した“光導波路交差”に関し、典
型的な実施例では、本発明の交差は、導波路の寸法（交
差する導波路面の中で、伝ぱん方向に直行する面の）が
交差する領域に近付くにつれて減少する少なくとも二つ
の交差する導波路を含んでいる。加えて、結合した導波
路の交差面でかつ交差面内の最小幅は、導波路“変更
前”、（即ち夫々の導波路の伝ぱん方向に直行する寸法
が無変化のままである時）に得られる値以下に減らされ
る。本発明の実施例では、少なくとも二つの導波路は、
良く知られた漏話現象を減らすために選択されたある角
度で交差している。
型的な実施例では、本発明の交差は、導波路の寸法（交
差する導波路面の中で、伝ぱん方向に直行する面の）が
交差する領域に近付くにつれて減少する少なくとも二つ
の交差する導波路を含んでいる。加えて、結合した導波
路の交差面でかつ交差面内の最小幅は、導波路“変更
前”、（即ち夫々の導波路の伝ぱん方向に直行する寸法
が無変化のままである時）に得られる値以下に減らされ
る。本発明の実施例では、少なくとも二つの導波路は、
良く知られた漏話現象を減らすために選択されたある角
度で交差している。
上述した本発明の実施例によれば、交差近傍の所定の
伝送導波路の中では、隣接導波路の存在に起因する電磁
界ひずみが効果的に減少する。従って、本発明は最も普
通の形では、交差近傍の所定の伝送導波路の中で、隣接
導波路の存在に起因する電磁界のひずみを減少させる手
段を含んでいる。
伝送導波路の中では、隣接導波路の存在に起因する電磁
界ひずみが効果的に減少する。従って、本発明は最も普
通の形では、交差近傍の所定の伝送導波路の中で、隣接
導波路の存在に起因する電磁界のひずみを減少させる手
段を含んでいる。
本発明の交差は光スイッチの構成に有効に使われ、又
光通信システムの他の応用、例えば光計算や光センシン
グにも使用可能である。
光通信システムの他の応用、例えば光計算や光センシン
グにも使用可能である。
［実施例の説明］ 本発明は、低損失特性光交差に関するものである。本
発明は、交差に起因する損失は、少くとも一部分は、交
差領域近傍の伝送導路内での光学場ひずみに起因すると
いう本発明者の認識から生まれた。そのようなひずみ
は、光交差領域近傍の所定の導波路のモード形状につい
て、隣接する導波路が影響を与えることによる。交差角
が十分大きくても、僅かなパワーが１つの導波路から他
の導波路に移り、所定の伝送導波路の中の特殊なモード
に関連する光学場ひずみが、隣接導波路の存在によって
起こることを、本発明者は見出した。交差点所定導波路
の中でのひずみは、交差点から離れて行く同一導波路の
中でのひずみとは非対称である。従って、導波路の入口
部分と出口部分の光学場の形状は交差点においては一致
せず、放射損失がその点で起こる。
発明は、交差に起因する損失は、少くとも一部分は、交
差領域近傍の伝送導路内での光学場ひずみに起因すると
いう本発明者の認識から生まれた。そのようなひずみ
は、光交差領域近傍の所定の導波路のモード形状につい
て、隣接する導波路が影響を与えることによる。交差角
が十分大きくても、僅かなパワーが１つの導波路から他
の導波路に移り、所定の伝送導波路の中の特殊なモード
に関連する光学場ひずみが、隣接導波路の存在によって
起こることを、本発明者は見出した。交差点所定導波路
の中でのひずみは、交差点から離れて行く同一導波路の
中でのひずみとは非対称である。従って、導波路の入口
部分と出口部分の光学場の形状は交差点においては一致
せず、放射損失がその点で起こる。
（ここで使われる“光”という用語は、電磁スペクト
ルの単なる可視光領域より広い意味である。ここでは1
0、５又は2dB/Kmより少い損失で誘電媒質中を伝送する
光スペクトルの全領域を含んだ意味である。ここで述べ
るデバイスについては、その伝送損失は、10dB/cm以上
である。そのような損失は、デバイスの物理的寸法が非
常に小さいため、デバイスの中では無視できるし、また
信号の全体の絶対伝送損失からも無視できる。しかし、
例えば、光ファイバの長距離伝送に対しては、すでに言
及された低損失特性が要求され、それゆえ、そのような
損失特性は“光”という用語の定義の中での基準として
ここでは用いている。従って、“光”という用語は光通
信システムに用いられる電磁スペクトルの領域に関係し
て定義される。更に詳しく述べれば、このスペクトル領
域は通常0.2から20又は50ミクロンまでの範囲にある。
最近、光通信で最も多く使われるスペクトルの領域は0.
6から２ミクロンである。ここで使われる“導波路”と
いう用語は、マックスウェル方程式の解に従って電磁エ
ネルギーを少なくとも一方向に回折損失なしに送る誘電
体構造を含む。） 本発明の実施によって減少する伝送損失は、１つの導
波路中を伝ぱんする光に関連する光学場と、２番目の導
波路の光特性間の相互作用によることは、当業者には明
らかなことである。ある意味では、１番目の導波路中の
光伝ぱんは、２番目の導波路の光特性を“感知”するか
又はそれが“拡散”されて、そのためにこの１番目の導
波路の伝送特定は交差点において付随的損失を伴ってひ
ずむ。明らかに、この有害な影響は交差角を減らすと増
大するが、それは交差する導波路の距離が縮まるためで
ある。事実、交差角が５度以下になると、幅が約８ミク
ロンでΔｎ＝0.01（ここでΔｎは導波路の屈折率と隣接
基板材料の屈折率との差である。）の導波路に対して
は、相互作用の総計は非常に大きくなり、結果として
“漏話”が増大する。従って、上述のような物理的特性
の導波路に対しては、５度以下の交差角は通常は実用的
でない。ここで述べる実施例は10度の交差角である。
ルの単なる可視光領域より広い意味である。ここでは1
0、５又は2dB/Kmより少い損失で誘電媒質中を伝送する
光スペクトルの全領域を含んだ意味である。ここで述べ
るデバイスについては、その伝送損失は、10dB/cm以上
である。そのような損失は、デバイスの物理的寸法が非
常に小さいため、デバイスの中では無視できるし、また
信号の全体の絶対伝送損失からも無視できる。しかし、
例えば、光ファイバの長距離伝送に対しては、すでに言
及された低損失特性が要求され、それゆえ、そのような
損失特性は“光”という用語の定義の中での基準として
ここでは用いている。従って、“光”という用語は光通
信システムに用いられる電磁スペクトルの領域に関係し
て定義される。更に詳しく述べれば、このスペクトル領
域は通常0.2から20又は50ミクロンまでの範囲にある。
最近、光通信で最も多く使われるスペクトルの領域は0.
6から２ミクロンである。ここで使われる“導波路”と
いう用語は、マックスウェル方程式の解に従って電磁エ
ネルギーを少なくとも一方向に回折損失なしに送る誘電
体構造を含む。） 本発明の実施によって減少する伝送損失は、１つの導
波路中を伝ぱんする光に関連する光学場と、２番目の導
波路の光特性間の相互作用によることは、当業者には明
らかなことである。ある意味では、１番目の導波路中の
光伝ぱんは、２番目の導波路の光特性を“感知”するか
又はそれが“拡散”されて、そのためにこの１番目の導
波路の伝送特定は交差点において付随的損失を伴ってひ
ずむ。明らかに、この有害な影響は交差角を減らすと増
大するが、それは交差する導波路の距離が縮まるためで
ある。事実、交差角が５度以下になると、幅が約８ミク
ロンでΔｎ＝0.01（ここでΔｎは導波路の屈折率と隣接
基板材料の屈折率との差である。）の導波路に対して
は、相互作用の総計は非常に大きくなり、結果として
“漏話”が増大する。従って、上述のような物理的特性
の導波路に対しては、５度以下の交差角は通常は実用的
でない。ここで述べる実施例は10度の交差角である。
第１図は従来技術の光交差を例である。この従来例で
は、互いにある交差角で配置された２つの導波路を示し
ている。第１図の交差では、導波路の各々の寸法は不変
であり、その結果、交差領域での導波路の幅は交差前よ
り大きくなる。
は、互いにある交差角で配置された２つの導波路を示し
ている。第１図の交差では、導波路の各々の寸法は不変
であり、その結果、交差領域での導波路の幅は交差前よ
り大きくなる。
第１図の導波路は、本発明の実施例と同じく、当業者
に周知の技術で製造可能である。その技術には、1987年
１月15日付のElectronics Letters23巻２号72−73頁に
“Ti:LiNbO3交差導波路”と題するG.A.Bogertの論文で
発表されたTi処理されたLiNbO3を用いたチヤネル導波路
の製造を含まれる。
に周知の技術で製造可能である。その技術には、1987年
１月15日付のElectronics Letters23巻２号72−73頁に
“Ti:LiNbO3交差導波路”と題するG.A.Bogertの論文で
発表されたTi処理されたLiNbO3を用いたチヤネル導波路
の製造を含まれる。
第２図は本発明の光交差の実施例である。第２図に示
す本発明の特徴は第１図と対比すれば容易に理解され
る。その発明の特徴は交差領域に近づく導波路が“先細
り”になっており、交差領域自身の寸法が減少している
点である。本発明者は光交差点に近づく導波路及び交差
領域自身の寸法変更が、従来技術の光交差で発生した光
学場ひずみから生ずる伝送損失を減らす結果となること
を見出した。
す本発明の特徴は第１図と対比すれば容易に理解され
る。その発明の特徴は交差領域に近づく導波路が“先細
り”になっており、交差領域自身の寸法が減少している
点である。本発明者は光交差点に近づく導波路及び交差
領域自身の寸法変更が、従来技術の光交差で発生した光
学場ひずみから生ずる伝送損失を減らす結果となること
を見出した。
第３図は、従来技術の光交差と本発明の光交差の実施
例の典型的な寸法差を示したものである。この図で10と
11は12で交差する埋設チヤネル導波路である。本発明の
実施例においては、導波路はシングルモード導波路であ
る。図の17で与えられる交差角Φは従来技術により、漏
話を減らすように選択されている。導波路の幅は色々あ
るが、第１図では双方の導波路の幅13は同じである。第
３図においては、従来技術の光交差は実線で示され、導
波路の幅は交差部分でも一定である。第３図は交差点で
の光交差の幅14は交差の“腰”と呼ばれ、交差領域及び
交差導波路面での最小幅である。
例の典型的な寸法差を示したものである。この図で10と
11は12で交差する埋設チヤネル導波路である。本発明の
実施例においては、導波路はシングルモード導波路であ
る。図の17で与えられる交差角Φは従来技術により、漏
話を減らすように選択されている。導波路の幅は色々あ
るが、第１図では双方の導波路の幅13は同じである。第
３図においては、従来技術の光交差は実線で示され、導
波路の幅は交差部分でも一定である。第３図は交差点で
の光交差の幅14は交差の“腰”と呼ばれ、交差領域及び
交差導波路面での最小幅である。
本発明の光相互接続は第３図に示すように従来技術と
は異なっており、伝ぱん方向の横断方向でかつ交差導波
路面中での寸法は、導波路が交差点に近づくにつれて変
化−通常は減少−する。これは第３図の点線24,25で示
されている。更に本発明の他の実施例では、交差の腰も
縮小され、それは第３図の点線18で示されている。
は異なっており、伝ぱん方向の横断方向でかつ交差導波
路面中での寸法は、導波路が交差点に近づくにつれて変
化−通常は減少−する。これは第３図の点線24,25で示
されている。更に本発明の他の実施例では、交差の腰も
縮小され、それは第３図の点線18で示されている。
本発明の一実施例によると、導波路は埋設型又はリッ
ジ型のチャネル導波路である。そのような導波路の構造
や製造技術は従来から周知である。例えば、構造はチタ
ン拡張リチュウムニオブ酸塩、又はエピタキシャル成長
半導体のホモ構造又はヘテロ構造である。更に本発明の
実施例は他のプレーナーやチャネルと同じくガラス又は
結晶構造の周知の光ファイバー構造を含んでいる。
ジ型のチャネル導波路である。そのような導波路の構造
や製造技術は従来から周知である。例えば、構造はチタ
ン拡張リチュウムニオブ酸塩、又はエピタキシャル成長
半導体のホモ構造又はヘテロ構造である。更に本発明の
実施例は他のプレーナーやチャネルと同じくガラス又は
結晶構造の周知の光ファイバー構造を含んでいる。
本発明は、導波路の交差部での損失特性を改善するた
めに光導波路の物理的寸法を変更する点にあったが、そ
のような変更は、交差領域に近づく光導波路の寸法減少
より、むしろ屈折率などの適切な指数変更により影響さ
れることが当業者には明らかである。事実、当業者が理
解するように、導波路の寸法に適用した“減らす”とい
う用語は最も一般的には導波路の領域を効果的に“減ら
す”屈折率の適切な変更を意味する。そのような変更は
通常、導波路の中心領域に屈折率に対して導波路の境界
領域の屈折率の減少を含んでいる。
めに光導波路の物理的寸法を変更する点にあったが、そ
のような変更は、交差領域に近づく光導波路の寸法減少
より、むしろ屈折率などの適切な指数変更により影響さ
れることが当業者には明らかである。事実、当業者が理
解するように、導波路の寸法に適用した“減らす”とい
う用語は最も一般的には導波路の領域を効果的に“減ら
す”屈折率の適切な変更を意味する。そのような変更は
通常、導波路の中心領域に屈折率に対して導波路の境界
領域の屈折率の減少を含んでいる。
従って本発明は、例えば、伝ぱん方向を横切る（直
行）方向の導波路の屈折率分布の観点から説明すること
ができる。殆どの光導波路では、そのような横断（直
行）方向の屈折率分布は伝ぱん方向とは無関係である。
しかし本発明の特徴によれば、横断方向の屈折率分布は
軸方向、即ち伝ぱん方向に沿って、交差点に達するまで
変化する。そのような変化は導波領域を“狭める”結果
となる。従来技術の光導波路、例えば光ファイバでは横
断方向の屈折率分布は軸方向に変化する。導波路の横断
方向の屈折率の軸方向の変化の例は、より良い整合特性
を得るためにビームの寸法を変更するために用いられる
公知の“先広がり”である。しかし、そのような可能な
従来技術は、本発明と少なくとも２点で異なっている。
第１点は、横断屈折率分布の軸方向の変化は交差点に接
近した領域の光導波路に用いられたことはなかった。第
２点に、そのような軸方向の変化は、伝ぱん方向に沿う
導波路の対称軸について横断方向に対称である。しか
し、本発明では、横断方向に沿っての屈折率の分布の軸
方向変化は伝ぱん方向に沿う光導波路の対称軸に関して
非対称である。本発明のこの特性を別の方法で表現する
と、“修正された”交差導波路は、伝ぱん方向に沿う修
正前の導波路の対称軸に関して非対称な屈折率の横断分
布を有していることである。
行）方向の導波路の屈折率分布の観点から説明すること
ができる。殆どの光導波路では、そのような横断（直
行）方向の屈折率分布は伝ぱん方向とは無関係である。
しかし本発明の特徴によれば、横断方向の屈折率分布は
軸方向、即ち伝ぱん方向に沿って、交差点に達するまで
変化する。そのような変化は導波領域を“狭める”結果
となる。従来技術の光導波路、例えば光ファイバでは横
断方向の屈折率分布は軸方向に変化する。導波路の横断
方向の屈折率の軸方向の変化の例は、より良い整合特性
を得るためにビームの寸法を変更するために用いられる
公知の“先広がり”である。しかし、そのような可能な
従来技術は、本発明と少なくとも２点で異なっている。
第１点は、横断屈折率分布の軸方向の変化は交差点に接
近した領域の光導波路に用いられたことはなかった。第
２点に、そのような軸方向の変化は、伝ぱん方向に沿う
導波路の対称軸について横断方向に対称である。しか
し、本発明では、横断方向に沿っての屈折率の分布の軸
方向変化は伝ぱん方向に沿う光導波路の対称軸に関して
非対称である。本発明のこの特性を別の方法で表現する
と、“修正された”交差導波路は、伝ぱん方向に沿う修
正前の導波路の対称軸に関して非対称な屈折率の横断分
布を有していることである。
本発明の実施例は上述のごとく交差する導波路の非対
称修正という観点から説明されたが、幾何学的には交差
点に近づく導波路は対称的修正によって本発明が実施さ
れ得るよう構成されている。本発明のそのような対称的
実施例の典型としては、１つの交差点で４つの導波路が
交差するものがある。そのような典型的実施例では、中
央の２つの導波路のみが本発明の実施に伴う損失改善を
示している。しかし伝送に用いられるこれら２つの中央
の導波路は、２つの外側の導波路の存在に影響される不
可欠の光学場ひずみを伴って対称的テーパーになってい
る。これら２つの外側の導波路は、伝送には用いられな
い、本実施例ではそれも又対称的テーパーになってい
る。（本実施例では、テーパーは交差の腰に於いてもや
はり必要である。） しかしもし外側の導波路も低損失でなければならない
ならば、この外側の導波路は非対称なテーパーが好まし
く、一方、中央の導波路は対称的テーパーのままでよ
い。この外側の導波路の非対称性はこの状況下で必要で
ある。それは前述の光導波路の伝送特性への必要有益な
影響を作るため、外側の導波路は隣接導波路を持つてい
ないからである。
称修正という観点から説明されたが、幾何学的には交差
点に近づく導波路は対称的修正によって本発明が実施さ
れ得るよう構成されている。本発明のそのような対称的
実施例の典型としては、１つの交差点で４つの導波路が
交差するものがある。そのような典型的実施例では、中
央の２つの導波路のみが本発明の実施に伴う損失改善を
示している。しかし伝送に用いられるこれら２つの中央
の導波路は、２つの外側の導波路の存在に影響される不
可欠の光学場ひずみを伴って対称的テーパーになってい
る。これら２つの外側の導波路は、伝送には用いられな
い、本実施例ではそれも又対称的テーパーになってい
る。（本実施例では、テーパーは交差の腰に於いてもや
はり必要である。） しかしもし外側の導波路も低損失でなければならない
ならば、この外側の導波路は非対称なテーパーが好まし
く、一方、中央の導波路は対称的テーパーのままでよ
い。この外側の導波路の非対称性はこの状況下で必要で
ある。それは前述の光導波路の伝送特性への必要有益な
影響を作るため、外側の導波路は隣接導波路を持つてい
ないからである。
本発明は種々の特別な実施例について説明された。し
かも最も一般的な形では、本発明は所定の導波路の中
で、隣接導波路の存在に起因する非対称の光学場ひずみ
を平衡させ又は除去（減少）する手段を用いることを含
んでいる。実施例の説明においては、前記ひずみを減ら
すための開示された技術の１つは、交差領域に近づく導
波路の横断方向の寸法を減らすことを含んでいる。もう
１つの技術は、交差領域に近づく導波路の横断方向の屈
折率分布の軸方向の変化を含んでいる。従って導波路の
材料に対する物理的な変化より、むしろ電気光学的手段
が導波路の横断手段の屈折率の軸方向変化を具現するた
めに用いられる。
かも最も一般的な形では、本発明は所定の導波路の中
で、隣接導波路の存在に起因する非対称の光学場ひずみ
を平衡させ又は除去（減少）する手段を用いることを含
んでいる。実施例の説明においては、前記ひずみを減ら
すための開示された技術の１つは、交差領域に近づく導
波路の横断方向の寸法を減らすことを含んでいる。もう
１つの技術は、交差領域に近づく導波路の横断方向の屈
折率分布の軸方向の変化を含んでいる。従って導波路の
材料に対する物理的な変化より、むしろ電気光学的手段
が導波路の横断手段の屈折率の軸方向変化を具現するた
めに用いられる。
各図面では、導波路の境界が明確であるような印象を
与えている。しかし、事実は、本発明の拡散導波路を含
む実施例では、横断方向の屈折率分布は、しばしば連続
的に減衰するため明確な境界を持っているわけではな
い。しかし説明の都合上、各図の導波路は明確な境界を
持っているように示されている。
与えている。しかし、事実は、本発明の拡散導波路を含
む実施例では、横断方向の屈折率分布は、しばしば連続
的に減衰するため明確な境界を持っているわけではな
い。しかし説明の都合上、各図の導波路は明確な境界を
持っているように示されている。
1.3ミクロンで動作するシングルモードの導波路を含
む本発明の実施例の寸法を、第３図の交差点12と関連し
て説明する。導波路の寸法変更（修正）は各導波路に沿
った点a,dから始まり、それらと交差点との軸方向距離
は140ミクロンである。線19はa,d点における導波路の伝
ぱん方向に垂直の長さである。線19の中心と点12との距
離は140ミクロンである。線20は点a,dを結んだ線であ
る。導波路の寸法変更は線19によって定義されたa,d点
から始まり、交差する線ｂ−ｃまで続く。線ｂ−ｃは交
差点より符号22で示された長さだけ離れている。線ｂ−
ｃは線20と平行に引かれ、これら２本の線と線24,25で
形成された台形が寸法変更の領域である。この領域と同
じ領域が図示のごとく交差の出力側にも対称的にある。
本発明のこの実施例では、線ｂ−ｃの長さは２ミクロン
である。線ｂ−ｃから変更前の導波路の点27までの距離
26は2.75ミクロンである。これらの数の全ては、幅13が
８ミクロンの交差する導波路に与えられる。変更された
交差部の腰17は直角三角形の原理から８ミクロン／（co
sΦ/2）で与えられる。Φは導波路の交差角である。本
発明のこの特別の実施例について、コンピュータシミュ
レーションと実験デモンストレーションでは、交差を通
る光放射の横断に関連する損失が約50％の率で減ったこ
とを示した。
む本発明の実施例の寸法を、第３図の交差点12と関連し
て説明する。導波路の寸法変更（修正）は各導波路に沿
った点a,dから始まり、それらと交差点との軸方向距離
は140ミクロンである。線19はa,d点における導波路の伝
ぱん方向に垂直の長さである。線19の中心と点12との距
離は140ミクロンである。線20は点a,dを結んだ線であ
る。導波路の寸法変更は線19によって定義されたa,d点
から始まり、交差する線ｂ−ｃまで続く。線ｂ−ｃは交
差点より符号22で示された長さだけ離れている。線ｂ−
ｃは線20と平行に引かれ、これら２本の線と線24,25で
形成された台形が寸法変更の領域である。この領域と同
じ領域が図示のごとく交差の出力側にも対称的にある。
本発明のこの実施例では、線ｂ−ｃの長さは２ミクロン
である。線ｂ−ｃから変更前の導波路の点27までの距離
26は2.75ミクロンである。これらの数の全ては、幅13が
８ミクロンの交差する導波路に与えられる。変更された
交差部の腰17は直角三角形の原理から８ミクロン／（co
sΦ/2）で与えられる。Φは導波路の交差角である。本
発明のこの特別の実施例について、コンピュータシミュ
レーションと実験デモンストレーションでは、交差を通
る光放射の横断に関連する損失が約50％の率で減ったこ
とを示した。
第２図、第３図の実施例は、周知の原理、及び本明細
書に引用したG.A.Bogertによって述べられた原理によっ
て製造できる。これらの周知の技術に従って、上に述べ
た本発明の交差はチタン拡散を用いたリチュームニオブ
酸塩基板の中に形成された。
書に引用したG.A.Bogertによって述べられた原理によっ
て製造できる。これらの周知の技術に従って、上に述べ
た本発明の交差はチタン拡散を用いたリチュームニオブ
酸塩基板の中に形成された。
交差の働きとそれの損失特性への影響は、1989年２
月、テキサス、ハウストンに於ける『導波光学での数値
シミュレーシュンと分析学会』で、例えばThylenが述べ
た周知のビーム伝ぱん方法によるデバイスの伝送特性を
記述する反復計算機技術を使って分析された。
月、テキサス、ハウストンに於ける『導波光学での数値
シミュレーシュンと分析学会』で、例えばThylenが述べ
た周知のビーム伝ぱん方法によるデバイスの伝送特性を
記述する反復計算機技術を使って分析された。
第１図は光交差の従来例を示す図、 第２図は本発明の光交差の実施例を示す図、 第３図は光交差の従来例と本発明の実施例の寸法差を示
す図である。
す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー オー．マーフィー アメリカ合衆国，07728 ニュージャー ジィ フリーホールド，ウィンザー テ ラス ６エフ (72)発明者 ジョン ジェイ．ヴェセルカ アメリカ合衆国，07728 ニュージャー ジィ フリーホールド，ストークス ス トリート 55 (56)参考文献 特開 昭50−92149（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】交差する少なくとも２本の導波路（10、1
1）からなり、その交差領域（12）に接近する前記少な
くとも２本の導波路の夫々が、他方の導波路に十分接近
し、前記他方の導波路内を伝搬する光に起因して電磁界
形態が非対称にひずむ光交差デバイスにおいて、 前記交差領域（12）近傍においては、前記導波路の光伝
搬軸方向に直行する方向の幅が一定（14,実線11）のま
まではなく、幅が減少して（17,点線18,24,25）おり、 その結果、前記導波路が交差領域（12）に接近する場所
で、前記導波路の光伝搬軸方向に直行する方向の屈折率
分布が、光伝搬軸方向に沿って変化する ことを特徴とする光交差デバイス。 - 【請求項２】交差する少なくとも２本の導波路（10、1
1）からなり、その交差領域（12）に接近する前記少な
くとも２本の導波路の夫々が、他方の導波路に十分接近
し、前記他方の導波路内を伝搬する光に起因して電磁界
形態が非対称にひずむ光交差デバイスにおいて、 前記交差領域（12）近傍に、前記導波路の光伝搬軸方向
に直行する方向の屈指率分布の光伝搬軸方向変化を実現
する電気光学的手段を含む ことを特徴とする光交差デバイス。 - 【請求項３】前記角度は、５度以上10度以下であること
を特徴とする請求項１に記載の光交差デバイス。 - 【請求項４】前記導波路は、チヤネルプレーナー導波路
であることを特徴とする請求項１に記載の光交差デバイ
ス。 - 【請求項５】前記導波路は、ヘテロ構造デバイスの一部
であることを特徴とる請求項４に記載の光交差デバイ
ス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/318,044 US4961619A (en) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | Low loss waveguide intersection |
| US318044 | 1989-03-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02266334A JPH02266334A (ja) | 1990-10-31 |
| JP2545149B2 true JP2545149B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=23236385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2037552A Expired - Lifetime JP2545149B2 (ja) | 1989-03-02 | 1990-02-20 | 光交差デバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4961619A (ja) |
| EP (1) | EP0385671B1 (ja) |
| JP (1) | JP2545149B2 (ja) |
| CA (1) | CA2008901C (ja) |
| DE (1) | DE69021750T2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2894735B2 (ja) * | 1989-08-30 | 1999-05-24 | 日本電気株式会社 | 光回路 |
| DE69031968T2 (de) * | 1989-10-26 | 1998-06-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | Optischer Wellenleiterschalter |
| GB2239715B (en) * | 1990-01-06 | 1994-04-27 | Plessey Co Plc | Integrated optical device |
| FR2680418B1 (fr) * | 1991-08-13 | 1995-01-20 | Corning Inc | Diviseur achromatique en optique integree et coupleur de m entrees vers n sorties incorporant un tel diviseur. |
| FI944253A (fi) * | 1993-09-17 | 1995-03-18 | Iot Integrierte Optik Gmbh | Integroidusti optinen 2 x 2 -kytkin |
| US6134043A (en) * | 1998-08-11 | 2000-10-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Composite photonic crystals |
| US6198860B1 (en) | 1998-09-22 | 2001-03-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical waveguide crossings |
| US6684008B2 (en) | 2000-09-01 | 2004-01-27 | The University Of British Columbia | Planar photonic bandgap structures for controlling radiation loss |
| DE10253438B4 (de) * | 2002-11-12 | 2008-09-18 | Finisar Corp., Sunnyvale | Wellenleiterkreuzung |
| US6934446B2 (en) * | 2003-03-27 | 2005-08-23 | Lucent Technologies Inc. | Optical waveguiding apparatus having reduced crossover losses |
| CA2560845C (en) * | 2004-03-24 | 2011-05-24 | Sioptical, Inc. | Optical crossover in thin silicon |
| US7447397B1 (en) | 2004-06-14 | 2008-11-04 | Dynamic Method Enterprises Limited | Optical switch matrix |
| CN102144179B (zh) * | 2008-09-04 | 2013-06-12 | 惠普开发有限公司 | 损耗得以减少的介电波导相交点 |
| CN103760637B (zh) * | 2014-02-10 | 2017-02-22 | 南京大学 | 一种微型高性能正交硅波导结构 |
| US10642074B2 (en) | 2016-09-30 | 2020-05-05 | University Of Utah Research Foundation | Photonic modulator structures and methods of manufacture |
| WO2018100157A1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | Rockley Photonics Limited | Waveguide optoelectronic device |
| JP2018116115A (ja) * | 2017-01-17 | 2018-07-26 | 古河電気工業株式会社 | 交差光導波路構造及び光導波路素子 |
| US11022825B2 (en) * | 2018-09-03 | 2021-06-01 | Ciena Corporation | Silicon photonics modulator using TM mode and with a modified rib geometry |
| US11067749B2 (en) * | 2019-11-21 | 2021-07-20 | Globalfoundries U.S. Inc. | Waveguides with cladding layers of gradated refractive index |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5323207B2 (ja) * | 1973-12-14 | 1978-07-13 | ||
| US4262992A (en) * | 1979-04-18 | 1981-04-21 | The United States Of America As Represented By The Director Of The National Security Agency | Variable integrated optical logic element |
| US4674827A (en) * | 1982-05-20 | 1987-06-23 | Masayuki Izutsu | Slab-type optical device |
| DE3381598D1 (de) * | 1982-09-30 | 1990-06-28 | Fujitsu Ltd | Optischer bipolarschalter mit spannungssteuerung mittels sich kreuzenden wellenleitern. |
| JPS6227723A (ja) * | 1985-07-29 | 1987-02-05 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイツチ |
| US4693546A (en) * | 1986-02-24 | 1987-09-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Guided-wave optical power divider |
| JPS6371826A (ja) * | 1986-09-16 | 1988-04-01 | Hitachi Ltd | 光半導体装置 |
| JPS63142333A (ja) * | 1986-12-05 | 1988-06-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイツチ |
| US4846540A (en) * | 1988-01-25 | 1989-07-11 | Bell Communications Research, Inc. | Optical wavegide junction |
-
1989
- 1989-03-02 US US07/318,044 patent/US4961619A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-01-30 CA CA002008901A patent/CA2008901C/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-20 JP JP2037552A patent/JP2545149B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-23 EP EP90301953A patent/EP0385671B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-23 DE DE69021750T patent/DE69021750T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0385671A2 (en) | 1990-09-05 |
| DE69021750T2 (de) | 1996-02-29 |
| EP0385671B1 (en) | 1995-08-23 |
| EP0385671A3 (en) | 1992-02-19 |
| CA2008901A1 (en) | 1990-09-02 |
| DE69021750D1 (de) | 1995-09-28 |
| JPH02266334A (ja) | 1990-10-31 |
| US4961619A (en) | 1990-10-09 |
| CA2008901C (en) | 1994-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2545149B2 (ja) | 光交差デバイス | |
| US6980720B2 (en) | Mode transformation and loss reduction in silicon waveguide structures utilizing tapered transition regions | |
| US7587106B2 (en) | Optical crossover in thin silicon | |
| US4130342A (en) | Passive optical channel crossover, switch and bend structure | |
| US7035509B2 (en) | Semiconductor optical waveguide device | |
| US6934446B2 (en) | Optical waveguiding apparatus having reduced crossover losses | |
| EP0365724A1 (en) | Integrated optical waveguide band | |
| CN112711093B (zh) | 一种偏振分束器结构及偏振分束方法 | |
| CN114047578B (zh) | 一种波导层和交叉波导 | |
| CN115166902B (zh) | 一种波导层及其多模干涉交叉波导 | |
| CA1220959A (en) | Wavelength filters | |
| US5590226A (en) | Integrated optical branching arrangement and method using same | |
| CN116224491B (zh) | 狭缝交叉光波导及光学传感器件 | |
| CN111025470B (zh) | 一种基于抛物线型mmi的超紧凑硅基波导交叉结构 | |
| CA2253563C (en) | Optical power divider and fabrication method thereof | |
| US6836600B2 (en) | Optical coupler with low loss interconnections | |
| CN111458795A (zh) | 一种基于硅波导的全波段起偏器 | |
| JPH04346301A (ja) | 光合分岐器 | |
| CN113219587A (zh) | 一种基于硅-二氧化硅-氮化硅结构的集成偏振分束器 | |
| JPH065350B2 (ja) | 全反射型光スイツチ | |
| JPS62212633A (ja) | 光ゲ−トマトリクススイツチ | |
| Haga et al. | Polarization‐independent guided‐wave optical hybrid coupler | |
| JP2000131544A (ja) | Ｙ分岐光導波路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100725 Year of fee payment: 14 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100725 Year of fee payment: 14 |