JP2580088Y2 - 方向性結合器型光制御デバイス - Google Patents
方向性結合器型光制御デバイスInfo
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- optical
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は光波の変調、光路切換え
等を行う光制御デバイスに関し、特に電気光学結晶基板
中に形成された光導波路を用いて制御を行う導波型の光
制御デバイスに関する。
等を行う光制御デバイスに関し、特に電気光学結晶基板
中に形成された光導波路を用いて制御を行う導波型の光
制御デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムの実用化に伴い、大容量
で多機能の高度なシステムが求められており、より高速
の光信号の発生や光伝送路の切換え、交換等の新たな機
能の付加が必要とされている。現在の実用システムで
は、光信号は直接半導体レーザや発光ダイオードの注入
電流を変調することによって得られている。しかし、直
接変調では緩和振動等の効果のため数ＧHz以上の高速変
調が難しく、また、波長変動を発生するためコヒーレン
ト光伝送方式には適用が難しい等の欠点がある。これを
解決する手段としては、外部光変調器を使用する方法が
あり、特に電気光学結晶基板中に形成された光導波路に
より構成される導波型の光変調器は、小型、高効率、高
速という特長がある。
で多機能の高度なシステムが求められており、より高速
の光信号の発生や光伝送路の切換え、交換等の新たな機
能の付加が必要とされている。現在の実用システムで
は、光信号は直接半導体レーザや発光ダイオードの注入
電流を変調することによって得られている。しかし、直
接変調では緩和振動等の効果のため数ＧHz以上の高速変
調が難しく、また、波長変動を発生するためコヒーレン
ト光伝送方式には適用が難しい等の欠点がある。これを
解決する手段としては、外部光変調器を使用する方法が
あり、特に電気光学結晶基板中に形成された光導波路に
より構成される導波型の光変調器は、小型、高効率、高
速という特長がある。
【０００３】一方、光伝送路の切換えやネットワークの
交換機能を得る手段としては、光スイッチが使用されて
いる。現在実用化されている光スイッチは、プリズム、
ミラー、ファイバ等を機械的に移動させて光路を切換え
るものであり、速度が小さい上形状が大きく、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
光導波路を用いた導波型の光スイッチの開発が進められ
ており、高速、多素子の集積化が可能、高信頼性が得ら
れる等の特長がある。特に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ3 ）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り、方向性結合型
光変調器あるいは光スイッチ、全反射型光スイッチ等の
種々の方式の光制御デバイスが報告されている。このよ
うな導波型の光制御デバイスを実際の光通信システムに
適用する場合、低損失や高速性等の基本的性能と同時
に、動作の安定性や長期的な信頼性が実用上不可欠であ
る。
交換機能を得る手段としては、光スイッチが使用されて
いる。現在実用化されている光スイッチは、プリズム、
ミラー、ファイバ等を機械的に移動させて光路を切換え
るものであり、速度が小さい上形状が大きく、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
光導波路を用いた導波型の光スイッチの開発が進められ
ており、高速、多素子の集積化が可能、高信頼性が得ら
れる等の特長がある。特に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ3 ）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り、方向性結合型
光変調器あるいは光スイッチ、全反射型光スイッチ等の
種々の方式の光制御デバイスが報告されている。このよ
うな導波型の光制御デバイスを実際の光通信システムに
適用する場合、低損失や高速性等の基本的性能と同時
に、動作の安定性や長期的な信頼性が実用上不可欠であ
る。
【０００４】図２に従来の光制御デバイスの一例とし
て、方向性結合型光スイッチの平面図(a) およびこの図
をＣＤで切断してＣＤ方向を左右にして描いた断面図
(b) を示す。図２(a) において、光学軸に垂直に切り出
したニオブ酸リチウム結晶基板（以下、単に基板と呼
ぶ）１の上にチタンを熱拡散して屈折率を基板１よりも
大きい２本の帯状の光導波路２，３が形成されており、
基板１の中央部で互いに数μm 程度まで近接し、方向性
結合器４を構成している。また、方向性結合器４を構成
する光導波路上には、電極による光吸収を防ぐためのバ
ッファ膜６を介して制御電極５が形成されている。図２
(b) は方向性結合器４の部分の光導波路２，３に垂直な
断面図を示している。
て、方向性結合型光スイッチの平面図(a) およびこの図
をＣＤで切断してＣＤ方向を左右にして描いた断面図
(b) を示す。図２(a) において、光学軸に垂直に切り出
したニオブ酸リチウム結晶基板（以下、単に基板と呼
ぶ）１の上にチタンを熱拡散して屈折率を基板１よりも
大きい２本の帯状の光導波路２，３が形成されており、
基板１の中央部で互いに数μm 程度まで近接し、方向性
結合器４を構成している。また、方向性結合器４を構成
する光導波路上には、電極による光吸収を防ぐためのバ
ッファ膜６を介して制御電極５が形成されている。図２
(b) は方向性結合器４の部分の光導波路２，３に垂直な
断面図を示している。
【０００５】図２において、光導波路２に入射した入射
光７は方向性結合器４の部分を伝搬するに従って近接し
た光導波路３へ徐々に光エネルギーが移り、方向性結合
器４を通過後は光導波路３にほぼ１００％エネルギーが
移って出射光８となる。一方、制御電極５に電圧を印加
した場合、電気光学効果により制御電極５下の光導波路
の屈折率が変化し、光導波路２と３を伝搬する導波モー
ドの間に位相速度の不整合が生じ、両者の間の結合状態
は変化し、出射光９を生じることになる。
光７は方向性結合器４の部分を伝搬するに従って近接し
た光導波路３へ徐々に光エネルギーが移り、方向性結合
器４を通過後は光導波路３にほぼ１００％エネルギーが
移って出射光８となる。一方、制御電極５に電圧を印加
した場合、電気光学効果により制御電極５下の光導波路
の屈折率が変化し、光導波路２と３を伝搬する導波モー
ドの間に位相速度の不整合が生じ、両者の間の結合状態
は変化し、出射光９を生じることになる。
【０００６】
【考案が解決しようとする課題】上述した従来の方向性
結合器型光制御デバイスでは、強誘電体結晶（例えば、
ニオブ酸リチウム）の基板上に金属（例えばチタン）を
熱拡散して、光導波路型の方向性結合器を形成する際、
結晶育成ロットごとに完全結合長を満足する金属膜厚が
異なる。このため、あらかじめ同一の結晶育成ロットか
ら一部を抜取り、完全結合長を満足する金属膜厚を決定
し、それに基づいて残りの結晶基板上に方向性結合器型
光制御デバイスを形成している。その結果、同一の結晶
育成ロットでも金属膜の成膜ロットで金属膜厚が変動し
たり、結晶基板の研磨ロットが異なると、完全結合長を
満足する方向性結合器型光制御デバイスが得られないと
いう欠点があった。特に、ＴＥ、ＴＭの両モードで完全
結合長が等しくなるような方向性結合器型光制御デバイ
スを得ようとすると、金属膜厚を極めて精度良く（チタ
ン膜で±５〜１０Ａ）制御しなければならないという問
題があった。
結合器型光制御デバイスでは、強誘電体結晶（例えば、
ニオブ酸リチウム）の基板上に金属（例えばチタン）を
熱拡散して、光導波路型の方向性結合器を形成する際、
結晶育成ロットごとに完全結合長を満足する金属膜厚が
異なる。このため、あらかじめ同一の結晶育成ロットか
ら一部を抜取り、完全結合長を満足する金属膜厚を決定
し、それに基づいて残りの結晶基板上に方向性結合器型
光制御デバイスを形成している。その結果、同一の結晶
育成ロットでも金属膜の成膜ロットで金属膜厚が変動し
たり、結晶基板の研磨ロットが異なると、完全結合長を
満足する方向性結合器型光制御デバイスが得られないと
いう欠点があった。特に、ＴＥ、ＴＭの両モードで完全
結合長が等しくなるような方向性結合器型光制御デバイ
スを得ようとすると、金属膜厚を極めて精度良く（チタ
ン膜で±５〜１０Ａ）制御しなければならないという問
題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本考案によれば、同一基
板上に同一のプロセスで形成された、互いに僅かに異な
る光導波路幅および互いに僅かに異なる光導波路ギャッ
プを結合部に持つ複数の方向性結合器と、これら方向性
結合器のうち結合長が最も完全結合長に近い方向性結合
器の上部にバッファ層を介して形成された制御電極と、
前記結合長が最も完全結合長に近い方向性結合器の光導
波路に接続された光ファイバとを備えたことを特徴とす
る方向性結合器型光制御デバイス。
板上に同一のプロセスで形成された、互いに僅かに異な
る光導波路幅および互いに僅かに異なる光導波路ギャッ
プを結合部に持つ複数の方向性結合器と、これら方向性
結合器のうち結合長が最も完全結合長に近い方向性結合
器の上部にバッファ層を介して形成された制御電極と、
前記結合長が最も完全結合長に近い方向性結合器の光導
波路に接続された光ファイバとを備えたことを特徴とす
る方向性結合器型光制御デバイス。
【０００８】
【０００９】
【実施例】図１は、本考案による方向性結合器型光制御
デバイスの一実施例例を示す平面図(a) および方向性結
合部の断面図(b) である。断面図(b) の(a) に対する関
係は図２の場合と同じである。ニオブ酸リチウムの基板
１の上にチタンを成膜し、約１０００℃程度で数時間熱
拡散して、深さ３〜１０μm 程度の光導波路２，３，２
０，３０，２１，３１，２２，３２，２３，３３が形成
されている。これらの導波路は、２本で１組となって、
基板１の中央部でそれぞれの光導波路が数μｍまで近接
した方向性結合器４，４０，４１，４２，４３を形成し
ている。各方向性結合器を形成する光導波路ごとに光導
波路幅を０．５μm づつ変化させてある。また、方向性
結合器の結合部の光導波路ギャップも０．５μm づつ変
化させてある。
デバイスの一実施例例を示す平面図(a) および方向性結
合部の断面図(b) である。断面図(b) の(a) に対する関
係は図２の場合と同じである。ニオブ酸リチウムの基板
１の上にチタンを成膜し、約１０００℃程度で数時間熱
拡散して、深さ３〜１０μm 程度の光導波路２，３，２
０，３０，２１，３１，２２，３２，２３，３３が形成
されている。これらの導波路は、２本で１組となって、
基板１の中央部でそれぞれの光導波路が数μｍまで近接
した方向性結合器４，４０，４１，４２，４３を形成し
ている。各方向性結合器を形成する光導波路ごとに光導
波路幅を０．５μm づつ変化させてある。また、方向性
結合器の結合部の光導波路ギャップも０．５μm づつ変
化させてある。
【００１０】基板１にチタンを所望のパターンに熱拡散
して形成した光導波路を用いた方向性結合器は、結合部
の光導波路ギャップを可変パラメータとすることで完全
結合長を変化させることができ、また光導波路幅を可変
パラメータとすることで、チタン膜厚が若干変化しても
ＴＥ、ＴＭ両偏光で一致する完全結合長が得られる。す
なわち、光導波路幅および光導波路ギャップを変化させ
た方向性結合器を同一基板上に形成しておけば、チタン
膜厚が成膜装置の制御精度により多少変化しても、同一
基板上の別の方向性結合器において、ＴＥ、ＴＭ両モー
ドにおいて最も完全結合長の一致した方向性結合器を、
測定によって選び出すことができる。
して形成した光導波路を用いた方向性結合器は、結合部
の光導波路ギャップを可変パラメータとすることで完全
結合長を変化させることができ、また光導波路幅を可変
パラメータとすることで、チタン膜厚が若干変化しても
ＴＥ、ＴＭ両偏光で一致する完全結合長が得られる。す
なわち、光導波路幅および光導波路ギャップを変化させ
た方向性結合器を同一基板上に形成しておけば、チタン
膜厚が成膜装置の制御精度により多少変化しても、同一
基板上の別の方向性結合器において、ＴＥ、ＴＭ両モー
ドにおいて最も完全結合長の一致した方向性結合器を、
測定によって選び出すことができる。
【００１１】この方向性結合器の上に、二酸化ケイ素か
らなるバッファー層６を介して制御電極５を形成し、光
ファイバ１０，１１，１２，１３を光導波路と結合すれ
ば、ＴＥ、ＴＭ共モードに対して制御電極に電圧を印加
しない場合のクロストーク特性のよい方向性結合器型光
制御デバイスを安定して得ることが出来る。
らなるバッファー層６を介して制御電極５を形成し、光
ファイバ１０，１１，１２，１３を光導波路と結合すれ
ば、ＴＥ、ＴＭ共モードに対して制御電極に電圧を印加
しない場合のクロストーク特性のよい方向性結合器型光
制御デバイスを安定して得ることが出来る。
【００１２】
【考案の効果】以上説明したように本考案では、方向性
結合器結合部の光導波路幅、光導波路ギャップをわずか
づつ異なる複数の方向性結合器を同一の基板上に同時に
形成し、その中から最も完全結合長が結合長と一致して
いる方向性結合器を選ぶことによって、一定の歩留まり
以上で所望の特性の方向性結合器型光制御デバイスを得
る効果がある。また、光導波路幅と光導波路ギャップの
双方を異ならせることにより設計の自由度が増し、しか
も、複数の方向性結合器の長さを変更する必要がないた
め、どの方向性結合器を選択しても、同一の工程でバッ
ファ層及び電極を作成することができ、作成が容易にな
るという効果がある。
結合器結合部の光導波路幅、光導波路ギャップをわずか
づつ異なる複数の方向性結合器を同一の基板上に同時に
形成し、その中から最も完全結合長が結合長と一致して
いる方向性結合器を選ぶことによって、一定の歩留まり
以上で所望の特性の方向性結合器型光制御デバイスを得
る効果がある。また、光導波路幅と光導波路ギャップの
双方を異ならせることにより設計の自由度が増し、しか
も、複数の方向性結合器の長さを変更する必要がないた
め、どの方向性結合器を選択しても、同一の工程でバッ
ファ層及び電極を作成することができ、作成が容易にな
るという効果がある。
【図１】本考案による方向性結合器型光制御デバイスの
一実施例を示す平面図(a) および断面図(b) である。
一実施例を示す平面図(a) および断面図(b) である。
【図２】従来の方向性結合器型光制御デバイスの一例を
示す平面図(a) および断面図(b) である。
示す平面図(a) および断面図(b) である。
１ 基盤（ニオブ酸リチウム結晶基板） ２，３，２０，３０，２１，３１，２２，３２，２３，
３３ 光導波路 ４，４０，４１，４２，４３ 方向性結合器 ５ 制御電極 ６ バッファ層 ７ 入射光 ８，９ 出射光 １０，１１，１２，１３ 光ファイバ
３３ 光導波路 ４，４０，４１，４２，４３ 方向性結合器 ５ 制御電極 ６ バッファ層 ７ 入射光 ８，９ 出射光 １０，１１，１２，１３ 光ファイバ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/00 - 1/05 505 G02F 1/29 - 1/313 G02B 6/12 - 6/14
Claims (2)
- 【請求項１】 方向性結合器と該方向性結合器の上部に
バッファ層を介して形成された制御電極とを有し、方向
性結合器を通過する光を前記制御電極に印加する電圧に
よって制御する光導波路基板と、 ＴＥモードとＴＭモードの両モードを含む光を前記方向
性結合器に入力する光入力手段と、 前記光導波路基板において制御された前記光を出力する
少なくとも１の光出力手段とを備えた方向性結合器型光
制御デバイスであって、 前記光導波路基板は、 同一基板上に同一のプロセスで形成された、光導波路幅
と光導波路ギャップがそれぞれ互いに僅かに異なる複数
の方向性結合器を含んでおり、 前記制御電極が形成された方向性結合器は、前記複数の
方向性結合器のうち前記ＴＥモードと前記ＴＭモードの
両方のモードの光に対して結合長が最も完全結合長に近
い方向性結合器であることを特徴とする方向性結合器型
光制御デバイス。 - 【請求項２】 前記光導波路基板は、 ニオブ酸リチウム基板であることを特徴とする請求項１
記載の方向性結合器型光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10308091U JP2580088Y2 (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 方向性結合器型光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10308091U JP2580088Y2 (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 方向性結合器型光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0550436U JPH0550436U (ja) | 1993-07-02 |
| JP2580088Y2 true JP2580088Y2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=14344664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10308091U Expired - Fee Related JP2580088Y2 (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 方向性結合器型光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2580088Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009192955A (ja) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Tokyo Keiki Inc | 光機能素子及びその製造方法 |
| JP6300437B2 (ja) * | 2012-09-26 | 2018-03-28 | 沖電気工業株式会社 | 光導波路素子 |
-
1991
- 1991-12-13 JP JP10308091U patent/JP2580088Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 西原浩，春名正光，栖原敏明著、「光集積回路」第１版（昭和６０年２月２５日発行）オーム社 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0550436U (ja) | 1993-07-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |