JP2646558B2 - 光偏波制御素子 - Google Patents

光偏波制御素子

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    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136Devices 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 intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光導波路が設けられている高誘電率の電気光学結晶の
表面に,低誘電率のバッファ層を形成し,この薄膜上と
電気光学結晶の裏面とに電極を設け,光導波路の光軸,
すなわち光導波路における光の進行方向,に垂直な電界
を発生させることにより、偏波を制御するとともに、任
意の偏波を得るために該電極の組み合わせを該光軸上の
2ケ所に設けることを特徴とする低電圧騒動の導波路型
光偏波制御素子を提供する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はコヒーレント光通信に用いられる導波路型の
光偏波制御素子に関する。
〔従来の技術〕
光通信技術の発展とともに,光の波動性を利用した通
信技術(コヒーレント光通信)の開発が行われている。
現在のコヒーレント光通信においては,一般に,受信局
で信号光と他の光(局部発振光)を混合し,両者の干渉
を利用して信号光によって運ばれてきた情報を読み取る
方式が用いられている。この場合,信号光と局部発振光
の偏光状態が一致していないと損失が生じ,甚だしい場
合には,信号が完全に消滅してしまう。この対策とし
て,「信号光を直交する二つの偏光に分離して処理す
る」とか「円偏光と混合する」等の方法が採られている
が,なお損失が避けられない。
このために,局部発振光の偏光状態を,信号光の偏光
状態に完全に一致するように制御する技術が期待されて
いる。これを実現するためには,任意の偏光状態をある
一定の偏光状態に変換する手段が必要である。一方,受
信された信号光の偏光状態は時々刻々と変化しているた
め,この変換手段は,受信光の偏光状態に無限に追随で
きることが要求される。
上記の偏光状態を変換する手段として,第2図(a)
および(b)に示すような構造を有するバルク型の光偏
波制御素子が知られている。これは,ニオブ酸リチゥム
(LiNbO3)のような電気光学結晶のブロック20の表面
に,電極21−1,21−2,21−3,21−4から成る一組と,電
極22−1,22−2,22−3,22−4から成る別の一組との二組
を設ける。
次いで、互いに対向する電極21−1と21−3,21−2と
21−4の間に,それぞれ,電源23および24により電圧を
印加する。それぞれの電圧を制御することにより電界の
方向および強度を制御し,任意の方向に1/2波長板と等
価な屈折率変化を生じさせる。これにより,矢印の方向
に電気光学結晶ブロック20の内部を通過する直線偏光25
の偏波の方向が,1/2波長板を通過したと等価なだけ回転
される。このようにして,直線偏光25は任意の角度傾い
た直線偏光に変換される。
同様に,互いに対向する電極22−1と22−3,22−2と
22−4の間にも,図示しない電源により電圧を印加し,
これらの電圧を制御することにより電界の方向および強
度を制御し,任意の方向に1/4波長板を通過したと等価
な屈折率変化を生じさせる。これにより,前記のように
して傾斜された直線偏光の位相が変化され,任意の楕円
率を有する楕円偏光に変換される。このようにして,1/4
波長板を回転させたことに相当する偏光の楕円率の制御
を行うことができる。
上記の光偏波制御素子を用い,局部発振光(受信局側
の変調用レーザから発生される)を,光ファィバー中を
伝送されてきた信号光に偏波状態を追従させて混合され
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら,第2図に示す素子では,電気光学結晶
ブロック20の厚さを小さくすることが困難であり,通
常,数ミリメートルであり,高度の熟練を以て精密加工
を行っても高々数100μm程度である。このために,例
えば,数100Vのような高い動作電圧が必要となるという
難点があった。したがって,低電圧駆動が可能な光偏波
制御素子が要望されていた。
〔問題点を解決するための手段〕
上記従来のバルク型光偏波制御素子の問題点は,互い
に並行な平面から成る二つの表面を有する電気光学結晶
基板と,この基板内における第一の前記表面の近傍に,
この表面に並行な光軸を有するようにして形成された光
導波路と, 前記電気光学結晶基板に比して小さい誘電率を有し,
前記第一の表面に形成されたバッファ層と, 前記第1の表面に設けられた2つの上部電極と第2の
表面に設けられた下部電極の間に光信号の光軸に垂直な
電界を発生させ、基板の電気光学効果により信号光の偏
波を制御し、さらに任意の偏波をえるために、これ等の
組み合わせを光軸状に2ケ所備えたことを特徴とする本
発明に係る光偏波制御素子により解決される。
〔作用〕
電気光学結晶基板における光導波路が設けられている
表面に,基板より低誘電率の薄膜を形成し,この薄膜上
および基板裏面に電極を設けることにより,低電圧駆動
が可能な導波路型光偏波制御素子を構成する。
〔実施例〕
第1図は本発明に係る光偏波制御素子の一実施例を示
す断面図である。例えばLiNbO3のような電気光学結晶か
ら成る基板10の一方の表面(第一の表面)には,チタン
(Ti)等を拡散して形成した光導波路11が設けられてい
る。さらに,この表面には,例えば二酸化シリコン(Si
O2)から成るバッファ層12が形成されている。さらに,
バッファ層12の上には,例えば金(Au)から成る二つの
上部電極13−1および13−2が,光導波路11から等距離
に形成されており,一方,基板10の裏面(第二の表面)
には,少なくとも光導波路11に最近接する領域を中心と
して,一つの下部電極13−3が形成されている。上部電
極13−1および13−2のそれぞれと下部電極13−3との
間に,電極14および15により電圧を印加することによっ
て,光導波路11に垂直な方向に電界を生じさせる。これ
により,紙面に垂直に光導波路11に入射する光の偏波の
方向が回転される。
本実施例においては,基板10の裏面における光導波路
11の近傍には,光導波路11に平行な溝16が設けられてい
る。この場合には,下部電極13−3は,少なくとも溝16
の底面16−1に形成されていれば十分である。なお,溝
16は,必ずしもその底面16−1が基板10の裏面に平行に
なるように設けられる必要はない。
上記と同様にして,光導波路11の周囲に,さらに別の
一組の上部電極および下部電極を形成する。このように
して,構成された光偏波制御素子におけるそれぞれの組
の上部電極および下部電極間に印加する電圧を制御する
ことにより,第2図に示した素子と同等の機能が得られ
る。
SiO2から成るバッファ層12は,光に対する電極のアイ
ソレーション(光導波路11の外部への光のしみ出しと電
極による吸収の防止)を十分にするバッファ層本来の効
果とともに,LiNbO3から成る基板10に比して,その誘電
率が約1/6と小さいので,電気的に距離を大きくしたと
等価とする効果を有する。
第1図の構造において,SiO2から成るバッファ層12の
厚さは,例えば4000Å,LiNbO3から成る基板10の溝16の
部分における厚さおよび溝16の幅は,例えば50μmであ
る。この場合の駆動電圧は,電極長を3cmとすると,40ボ
ルトで,第2図の従来の素子の1/5ないし1/10に低減さ
れる。なお,上記寸法の溝16の形成は,ダイシングソー
等を用いて,高精度で実施することができる。
第3図は本発明に係る光偏波制御素子の第二の実施例
を示す断面図であって,第1図におけると同一部分は同
一符号で示してある。図示のように,本実施例において
は,基板10の裏面には,光導波路11を挟んで等距離に二
つの下部電極31および32が形成されている。下部電極31
および32は,光導波路11に平行かつ,光導波路11を挟ん
で等距離に設けられた溝33および34の内部に形成しても
よい。この場合,下部電極31および32は,少なくとも,
溝33および34の底面33−1および34−1に形成されてい
ることが必要である。
第3図の光偏波制御素子の場合,上部電極13−1およ
び13−2と下部電極31および32との間には,光導波路11
において電界が交差するように,電源14および15から電
圧を印加する。
なお,本実施例におけるバッファ層12の材料および厚
さ,基板10の材料と溝33および34の底面における厚さ等
の条件は,第1図の実施例の説明において述べたと同じ
である。
第4図は本発明に係る光偏波制御素子の第三の実施例
を示す断面図である。本実施例の光偏波制御素子では、
上部電極13−1および13−2が形成されているバッファ
層12の上に,基板10の電気光学結晶と熱膨脹特性が似て
いる材料から成る補強基板17が接着されている。補強基
板17により,光偏波制御素子は機械的強度が増大され
る。
第5図は本発明に係る光偏波制御素子に設けられた溝
の形状を示す側面図である。前記実施例の光偏波制御素
子における基板10に設けられた溝16(第1図および第4
図)と溝33および34(第3図)は,基板10の全体を横断
するように形成されていてもよいが,第5図に示すよう
に,その長手方向の両端が基板10から成る壁部18−1お
よび18−2によって遮られた構造とすることにより,光
偏波制御素子の機械的強度を増大できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば,コヒーレント光通信に適した,低電
圧で移動できる光偏波制御素子を提供可能とする効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る光偏波制御素子の一実施例を示す
断面図, 第2図は従来の光偏波制御素子の構造を示す模式図, 第3図は本発明に係る光偏波制御素子の第二の実施例を
示す断面図, 第4図は本発明に係る光偏波制御素子の第三の実施例を
示す断面図, 第5図は本発明に係る光偏波制御素子に設けられた溝の
形状を示す側面図である。 図において, 10は基板,11は光導波路,12はバッファ層, 13−1および13−2は上部電極, 13−3,31,32は下部電極, 14および15は電極,16,33,34は溝, 16−1,33−1,34−1は底面,17は補強基板, 18−1および18−2は壁部, である。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに平行な平面から成る第1と第2の二
    つの表面を有する電気光学結晶基板と、 該第一の表面上の、該光導波路の両側に形成された上部
    電極と、該第2の表面上に形成された下部電極を有し、
    該上部電極と下部電極の組み合わせは、該導波路の光軸
    上に2ケ所あって、該上部電極と下部電極間に印加され
    た電圧によって該光導波路の光軸に垂直な任意の電界を
    発生させ、該光導波路中を伝播する信号光に任意の偏波
    を与えることを特徴とする光偏波制御素子。
  2. 【請求項2】該電気光学結晶基板に比して小さい誘電率
    を有し、該第一の表面に形成されたバッファ層を有する
    特許請求の範囲第1項記載の光偏波制御素子。
  3. 【請求項3】該バッファ層上に形成された電極は、該光
    導波路から等距離に設けられた2本の電極であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光偏波制御素
    子。
  4. 【請求項4】該第二の表面に形成された電極は、該光導
    波路から等距離に設けられた2本の電極であることを特
    徴とする特許請求の範囲第2項記載の光偏波制御素子。
  5. 【請求項5】該第二の表面に、該光導波路の光軸に平行
    な底面を有する溝を有し、該第二の表面に形成された該
    電極は該溝の底面に形成されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第4項記載の光偏波制御素子。
  6. 【請求項6】該溝は、該基板の中央部のみに形成されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の光偏
    波制御素子。
  7. 【請求項7】上部電極が形成された該バッファ層上に、
    該電気光学結晶基板と熱膨張係数がほぼ等しい別の基板
    が貼り合わされていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の光偏波制御素子。
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