JP2651271B2 - 導波型光スイッチ - Google Patents
導波型光スイッチInfo
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- JP2651271B2 JP2651271B2 JP2251515A JP25151590A JP2651271B2 JP 2651271 B2 JP2651271 B2 JP 2651271B2 JP 2251515 A JP2251515 A JP 2251515A JP 25151590 A JP25151590 A JP 25151590A JP 2651271 B2 JP2651271 B2 JP 2651271B2
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- 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
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、導波路中を伝搬する光の進行方向を電気
的に制御する導波型光スイッチに関するものである。
的に制御する導波型光スイッチに関するものである。
（従来の技術） 光集積回路を構築するための重要な素子の一つとし
て、Ｙ分岐構造を有する導波型光スイッチが知られてい
る。そして、Ｙ分岐構造を有する導波型光スイッチの一
種として、例えば文献（電子通信学会技術研究報告OQ
E83−87）に開示されているように、各分岐導波路にこ
れら導波路の非対称性を電気的に制御するための電極を
有しさせた構成の導波型光スイッチがある。
て、Ｙ分岐構造を有する導波型光スイッチが知られてい
る。そして、Ｙ分岐構造を有する導波型光スイッチの一
種として、例えば文献（電子通信学会技術研究報告OQ
E83−87）に開示されているように、各分岐導波路にこ
れら導波路の非対称性を電気的に制御するための電極を
有しさせた構成の導波型光スイッチがある。
この導波型光スイッチは、具体的には、第９図に概略
的な平面図で示すように、LiNbO3基板11のＣ面に、導波
路13と、該導波路13から分岐角θをもってＹ字状に分岐
している分岐導波路15a及び15bとを具え、さらに、両分
岐導波路15a,15bの分岐開始点Ｐから、両分岐導波路の
間隔が両分岐導波路の結合を十分弱くし得る間隔になる
までの領域に（図中ｌで示す長さの領域）これら分岐導
波路15a,15bの屈折率を制御するための電極17（図中、
斜線を付して示すもの。）を具えて成っていた。
的な平面図で示すように、LiNbO3基板11のＣ面に、導波
路13と、該導波路13から分岐角θをもってＹ字状に分岐
している分岐導波路15a及び15bとを具え、さらに、両分
岐導波路15a,15bの分岐開始点Ｐから、両分岐導波路の
間隔が両分岐導波路の結合を十分弱くし得る間隔になる
までの領域に（図中ｌで示す長さの領域）これら分岐導
波路15a,15bの屈折率を制御するための電極17（図中、
斜線を付して示すもの。）を具えて成っていた。
この導波型光スイッチは、偶モードにおける光パワー
が分岐導波路15a,15bのうちの屈折率の高い側に集中す
ることを利用しており、干渉作用を利用していないた
め、ディジタル的ON・OFF動作が可能であるという特
徴、また作製条件・動作条件のトレランスが大きいとい
う特徴を有していた。
が分岐導波路15a,15bのうちの屈折率の高い側に集中す
ることを利用しており、干渉作用を利用していないた
め、ディジタル的ON・OFF動作が可能であるという特
徴、また作製条件・動作条件のトレランスが大きいとい
う特徴を有していた。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この従来の導波型光スイッチでは、駆
動電圧を低く抑えたい場合、文献にも記載の通り分岐
導波路の分岐角θを小さくしなければならなかった。従
って両分岐導波路の結合が弱くなるまで設ける電極の長
さｌ（第９図参照）も当然に長くなるため、素子の全長
（第９図のｌ方向（水平方向）の全長。以下、同様。）
が長くなってしまうという問題点があった。
動電圧を低く抑えたい場合、文献にも記載の通り分岐
導波路の分岐角θを小さくしなければならなかった。従
って両分岐導波路の結合が弱くなるまで設ける電極の長
さｌ（第９図参照）も当然に長くなるため、素子の全長
（第９図のｌ方向（水平方向）の全長。以下、同様。）
が長くなってしまうという問題点があった。
この発明はこのような点に鑑みてなされたものであ
り、従ってこの発明の目的は、Ｙ分岐構造を有する導波
型光スイッチであって、分岐導波路各々はこれら導波路
の非対称性を電気的に制御するための電極を有する導波
型光スイッチにおいて、従来より素子の全長を短縮出来
る構造の導波型光スイッチを提供することにある。
り、従ってこの発明の目的は、Ｙ分岐構造を有する導波
型光スイッチであって、分岐導波路各々はこれら導波路
の非対称性を電気的に制御するための電極を有する導波
型光スイッチにおいて、従来より素子の全長を短縮出来
る構造の導波型光スイッチを提供することにある。
（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るために、この発明によれば、Ｙ
分岐構造を有する導波型光スイッチであって、分岐導波
路各々はこれら導波路の非対称性を電気的に制御するた
めの電極を有する導波型光スイッチにおいて、 分岐導波路各々を互いの開き角がθ１となるように配
設し、 これら分岐導波路を分岐角θ２（ただし、θ２＞
θ１）のＹ字導波路で接続して成ることを特徴とする。
分岐構造を有する導波型光スイッチであって、分岐導波
路各々はこれら導波路の非対称性を電気的に制御するた
めの電極を有する導波型光スイッチにおいて、 分岐導波路各々を互いの開き角がθ１となるように配
設し、 これら分岐導波路を分岐角θ２（ただし、θ２＞
θ１）のＹ字導波路で接続して成ることを特徴とする。
ここで、開き角とは、分岐導波路が直線の場合は、分
岐導波路各々を互いが接近する側に延長した際にその延
長線同士が交差する部分で規定される角度を意味するも
のとする（第１図参照）。また、分岐導波路が曲率を持
っている場合は、このような分岐導波路各々の前述のＹ
字導波路との接続点における接線同士が交差する部分で
規定される角度を意味するものとする（第８図（Ａ）参
照）。
岐導波路各々を互いが接近する側に延長した際にその延
長線同士が交差する部分で規定される角度を意味するも
のとする（第１図参照）。また、分岐導波路が曲率を持
っている場合は、このような分岐導波路各々の前述のＹ
字導波路との接続点における接線同士が交差する部分で
規定される角度を意味するものとする（第８図（Ａ）参
照）。
なお、この発明の実施に当たり、前述のＹ字導波路と
前述の各分岐導波路との接続点におけるこれら分岐導波
路間の結合係数Koと、これら分岐導波路の末端における
これら分岐導波路間の結合係数Keとの比Ke/KoをＲとし
たとき、0.003＜Ｒ＜0.3を満足するように、各分岐導波
路を配設するのが好適である。
前述の各分岐導波路との接続点におけるこれら分岐導波
路間の結合係数Koと、これら分岐導波路の末端における
これら分岐導波路間の結合係数Keとの比Ke/KoをＲとし
たとき、0.003＜Ｒ＜0.3を満足するように、各分岐導波
路を配設するのが好適である。
（作用） 次に、この発明の作用について説明する。第１図は、
その説明に供する図であり、この発明の導波型光スイッ
チの基本構造例を概略的に示した図である。
その説明に供する図であり、この発明の導波型光スイッ
チの基本構造例を概略的に示した図である。
この発明の構成によれば、第１図の如く、開き角θ１
を構成する２本の分岐導波路21a,21bであって電極（図
示せず）を有し、始端での導波路間隔がdo末端での導波
路間隔がdeである２本の分岐導波路21a,21bに、分岐角
θ２（ただし、θ２＞θ１）のＹ字導波路23を接続した
導波型光スイッチが得られる。これは、分岐開始点から
電極が直に設けられ分岐角がθ１である場合の従来の導
波型光スイッチ（第１図においてＹ字導波路23を除外し
分岐導波路21a,21bを破線のように延長し構成した導波
型光スイッチ）の、分岐導波路各々の途中位置より後段
の部分Ｌを、分岐角θ２（ただし、θ２＞θ１）のＹ字
導波路23によって短絡しこの部分以外の分岐導波路部分
（第１図中ΔＬで示す部分）を除去した構成の導波型光
スイッチに相当する。従って、破線部分ΔＬの導波路部
分が不要となった分、素子の全長の短縮が図れる。
を構成する２本の分岐導波路21a,21bであって電極（図
示せず）を有し、始端での導波路間隔がdo末端での導波
路間隔がdeである２本の分岐導波路21a,21bに、分岐角
θ２（ただし、θ２＞θ１）のＹ字導波路23を接続した
導波型光スイッチが得られる。これは、分岐開始点から
電極が直に設けられ分岐角がθ１である場合の従来の導
波型光スイッチ（第１図においてＹ字導波路23を除外し
分岐導波路21a,21bを破線のように延長し構成した導波
型光スイッチ）の、分岐導波路各々の途中位置より後段
の部分Ｌを、分岐角θ２（ただし、θ２＞θ１）のＹ字
導波路23によって短絡しこの部分以外の分岐導波路部分
（第１図中ΔＬで示す部分）を除去した構成の導波型光
スイッチに相当する。従って、破線部分ΔＬの導波路部
分が不要となった分、素子の全長の短縮が図れる。
そして、このような構成であっても、分岐導波路の配
設位置を適正に選択することにより、従来同様低電圧駆
動が可能になる。この適正配設位置とは、Ｙ字導波路23
と各分岐導波路21a,21bとの接続点（第１図中Po）にお
けるこれら分岐導波路間の結合係数Koと、これら分岐導
波路21a,21bの末端（第１図中Pe）におけるこれら分岐
導波路間の結合係数Keとの比Ke/KoをＲとしたとき、0.0
03＜Ｒ＜0.3を満足するように、両分岐導波路21a,21bを
配設することにより得られる。
設位置を適正に選択することにより、従来同様低電圧駆
動が可能になる。この適正配設位置とは、Ｙ字導波路23
と各分岐導波路21a,21bとの接続点（第１図中Po）にお
けるこれら分岐導波路間の結合係数Koと、これら分岐導
波路21a,21bの末端（第１図中Pe）におけるこれら分岐
導波路間の結合係数Keとの比Ke/KoをＲとしたとき、0.0
03＜Ｒ＜0.3を満足するように、両分岐導波路21a,21bを
配設することにより得られる。
（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の導波型光スイッチの
実施例について説明する。なお、説明に用いる各図は、
この発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状、
配置関係を概略的に示してあるにすぎない。
実施例について説明する。なお、説明に用いる各図は、
この発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状、
配置関係を概略的に示してあるにすぎない。
第１〜第４実施例 第２図〜第５図は、第１〜第４実施例の導波型光スイ
ッチの説明に供する平面図である。
ッチの説明に供する平面図である。
第２図〜第５図において、31は基板、33a,33bは互い
の開き角がθ１（第１図参照）となるように基板31に配
設された第１の分岐導波路及び第２の分岐導波路であ
る。両分離導波路33a,33bの始端Poでの間隔はdo、末端P
eでの間隔はde（do＜de）となっている。なお、Po、
Pe、Po及びdeの記号は、第３図〜第５図では一部図示を
省略してある。
の開き角がθ１（第１図参照）となるように基板31に配
設された第１の分岐導波路及び第２の分岐導波路であ
る。両分離導波路33a,33bの始端Poでの間隔はdo、末端P
eでの間隔はde（do＜de）となっている。なお、Po、
Pe、Po及びdeの記号は、第３図〜第５図では一部図示を
省略してある。
さらに、第２図〜第５図において、35は分岐導波路の
屈折率又は伝搬定数を変化させて第１及び第２分岐導波
路33a,33b間に非対称性を生じさせるための電極（図中
ハッチングを付して示す。）、37は分岐角θ２（但し、
θ２＞θ１）を有するＹ字導波路であって各分岐導波路
33a,33bの各始端Po（第２図参照）と接続されているＹ
字導波路、39は出力ポート接続用導波路、40aは入力ポ
ート、40bは出力ポートである。
屈折率又は伝搬定数を変化させて第１及び第２分岐導波
路33a,33b間に非対称性を生じさせるための電極（図中
ハッチングを付して示す。）、37は分岐角θ２（但し、
θ２＞θ１）を有するＹ字導波路であって各分岐導波路
33a,33bの各始端Po（第２図参照）と接続されているＹ
字導波路、39は出力ポート接続用導波路、40aは入力ポ
ート、40bは出力ポートである。
基板21としては、基板の厚さ方向の電界に対して電気
光学効果が大となる基板を用いるのが好適である。例え
ばLiNbO3は、そのような基板として好適である。
光学効果が大となる基板を用いるのが好適である。例え
ばLiNbO3は、そのような基板として好適である。
また、各導波路33a,33b,37,39及び電極35は、従来公
知の技術により作製出来る。
知の技術により作製出来る。
なお、第２図〜第５図に示した各実施例の導波型光ス
イッチは、導波路構造は同じとしているが、基板31の厚
さ方向と直交する方向の電界を制御するために基板31の
分岐導波路33a、33b上に或いはその近傍に設ける電極35
の構成例を、違えてある。
イッチは、導波路構造は同じとしているが、基板31の厚
さ方向と直交する方向の電界を制御するために基板31の
分岐導波路33a、33b上に或いはその近傍に設ける電極35
の構成例を、違えてある。
第２図に示した導波型光スイッチでは、電極35は、第
１の分岐導波路33aの、第２の分岐導波路33b側とは反対
の側部に沿って設けた電極41aと、第１の分岐導波路33a
上に設けた電極41bと、第２の分岐導波路33bの、第１の
分岐導波路33a側とは反対の側部に沿って設けた電極41c
と、第２の分岐導波路33b上に設けた電極41dとで構成し
てある。
１の分岐導波路33aの、第２の分岐導波路33b側とは反対
の側部に沿って設けた電極41aと、第１の分岐導波路33a
上に設けた電極41bと、第２の分岐導波路33bの、第１の
分岐導波路33a側とは反対の側部に沿って設けた電極41c
と、第２の分岐導波路33b上に設けた電極41dとで構成し
てある。
また、第３図に示した導波型光スイッチでは、電極35
は、第１の分岐導波路33aの、第２の分岐導波路33b側と
は反対の側部に沿って設けた電極43aと、第１及び第２
の分岐導波路33a,33b間に設けた電極43bと、第２の分岐
導波路33bの、第１の分岐導波路33a側とは反対の側部に
沿って設けた電極43cとで構成してある。
は、第１の分岐導波路33aの、第２の分岐導波路33b側と
は反対の側部に沿って設けた電極43aと、第１及び第２
の分岐導波路33a,33b間に設けた電極43bと、第２の分岐
導波路33bの、第１の分岐導波路33a側とは反対の側部に
沿って設けた電極43cとで構成してある。
また、第４図に示した導波型光スイッチでは、電極35
は、第１の分岐導波路33aの、第２の分岐導波路33b側と
は反対の側部に沿ってかつＹ字導波路37側に延在するよ
うに設けた電極45aと、第１の分岐導波路33a上及びＹ字
導波路37側に延在するように設けた電極45bと、第２の
分岐導波路33bの、第１の分岐導波路33a側とは反対の側
部に沿ってかつＹ字導波路37側に延在するように設けた
電極45cと、第２の分岐導波路33b上及びＹ字導波路37側
に延在するように設けた電極45dとで構成してある。
は、第１の分岐導波路33aの、第２の分岐導波路33b側と
は反対の側部に沿ってかつＹ字導波路37側に延在するよ
うに設けた電極45aと、第１の分岐導波路33a上及びＹ字
導波路37側に延在するように設けた電極45bと、第２の
分岐導波路33bの、第１の分岐導波路33a側とは反対の側
部に沿ってかつＹ字導波路37側に延在するように設けた
電極45cと、第２の分岐導波路33b上及びＹ字導波路37側
に延在するように設けた電極45dとで構成してある。
また、第５図に示した導波型光スイッチでは、電極35
は、第１の分岐導波路33aの、第２の分岐導波路33b側と
は反対の側部に沿ってかつＹ字導波路37側に延在するよ
うに設けた電極47aと、第１及び第２の分岐導波路33a,3
3b間及びＹ字導波路37の分岐側に延在するように設けた
電極47bと、第２の分岐導波路33bの、第１の分岐導波路
33a側とは反対の側部に沿ってかつＹ字導波路37側に延
在するように設けた電極47cとで構成してある。
は、第１の分岐導波路33aの、第２の分岐導波路33b側と
は反対の側部に沿ってかつＹ字導波路37側に延在するよ
うに設けた電極47aと、第１及び第２の分岐導波路33a,3
3b間及びＹ字導波路37の分岐側に延在するように設けた
電極47bと、第２の分岐導波路33bの、第１の分岐導波路
33a側とは反対の側部に沿ってかつＹ字導波路37側に延
在するように設けた電極47cとで構成してある。
第２図又は第３図に示した導波型光スイッチは、電極
35を分岐導波路部分のみに設けた構成となるので、屈折
率をＹ字導波路37と分岐導波路33a,33bとの接続部で急
に変化させたい場合に好適なものになる。一方、第４図
又は第５図に示した導波型光スイッチは、電極35をＹ字
導波路37側まで及んで設けた構成であるので屈折率をＹ
字導波路37から分岐導波路33a,33bに至る間で徐々に変
化させたい場合に好適なものになる。
35を分岐導波路部分のみに設けた構成となるので、屈折
率をＹ字導波路37と分岐導波路33a,33bとの接続部で急
に変化させたい場合に好適なものになる。一方、第４図
又は第５図に示した導波型光スイッチは、電極35をＹ字
導波路37側まで及んで設けた構成であるので屈折率をＹ
字導波路37から分岐導波路33a,33bに至る間で徐々に変
化させたい場合に好適なものになる。
＜素子設計の説明＞ ここで、第９図を用いて説明した導波型光スイッチ及
びこの発明の導波型光スイッチのように、Ｙ分岐構造を
有し分岐導波路各々はこれら導波路の非対称性を電気的
に制御するための電極を有する種類の導波型光スイッチ
では、分岐導波路の末端（実施例の素子でいえば分岐導
波路33a又は33bの末端Pe（第２図参照））部分で、下記
式で定義される値Xeが十分大きいと、Xeが大きい側の
分岐導波路へ界分布が集中する。これについては、例え
ば文献（ガイディド ウエーブ オプトエレクトロニ
クス（Guided Wave Optoelectronics）,Springer社,198
8,3章）に開示され、良く知られている。なお、式
中、Keは、分岐導波路33a,33bの末端におけるこれら分
岐導波路間の結合係数である。また、Δβは、分岐導波
路33aの伝搬定数と分岐導波路33bの伝搬定数との差であ
り、電極35への印加電圧に比例する量である。
びこの発明の導波型光スイッチのように、Ｙ分岐構造を
有し分岐導波路各々はこれら導波路の非対称性を電気的
に制御するための電極を有する種類の導波型光スイッチ
では、分岐導波路の末端（実施例の素子でいえば分岐導
波路33a又は33bの末端Pe（第２図参照））部分で、下記
式で定義される値Xeが十分大きいと、Xeが大きい側の
分岐導波路へ界分布が集中する。これについては、例え
ば文献（ガイディド ウエーブ オプトエレクトロニ
クス（Guided Wave Optoelectronics）,Springer社,198
8,3章）に開示され、良く知られている。なお、式
中、Keは、分岐導波路33a,33bの末端におけるこれら分
岐導波路間の結合係数である。また、Δβは、分岐導波
路33aの伝搬定数と分岐導波路33bの伝搬定数との差であ
り、電極35への印加電圧に比例する量である。
Xe＝Δβ/2Ke …… また，ここで、「Xeが十分大きい値」とは、両分岐導
波路33a,33bの末端部分でのこれら分岐導波路間で許容
されるクロストーク量をXtとした場合、下記式で与え
られる値程度以上必要であることも知られている（文献
より引用）。
波路33a,33bの末端部分でのこれら分岐導波路間で許容
されるクロストーク量をXtとした場合、下記式で与え
られる値程度以上必要であることも知られている（文献
より引用）。
2Xe。＝Xt −1/2 …… 従って、Δβが小さい値のままで、即ちΔβは印加電
圧に比例するので電極35への印加電圧が小さいままで、
Xeを大きくするには、式より、分岐導波路末端での両
導波路の結合係数Keが小さいことが必要なことが分る。
但し、Δβを小さくすると、式及び式より、クロス
トークXtは大となるので、Δβの下限（印加電圧の下
限）に留意する必要はある。
圧に比例するので電極35への印加電圧が小さいままで、
Xeを大きくするには、式より、分岐導波路末端での両
導波路の結合係数Keが小さいことが必要なことが分る。
但し、Δβを小さくすると、式及び式より、クロス
トークXtは大となるので、Δβの下限（印加電圧の下
限）に留意する必要はある。
この結合係数Keと、分岐導波路末端Peにおける両分岐
導波路33a,33b間の間隔de（第２図参照）との関係は、
文献によれば、下記式のようである。なお、式
中、Kiは定数であり、γ３は分岐導波路の光界分布のし
み出しパラメータである。
導波路33a,33b間の間隔de（第２図参照）との関係は、
文献によれば、下記式のようである。なお、式
中、Kiは定数であり、γ３は分岐導波路の光界分布のし
み出しパラメータである。
de＝−ln（Ke/Ki）／γ３ …… また、モード変換（偶モードから奇モードへの変換）
があると、この種の光スイッチではクロストーク特性が
劣化することが知られている。そして、モード変性の生
じ易しの指標のピーク値γは、下記式で示される（文
献より引用）。ここで、θ１は、第９図の導波型光ス
イッチでは分岐導波路15a,15bの分岐角θに相当し、こ
の実施例の導波型光スイッチでは分岐導波路33a,33bの
開き角θ１（第１図参照）に相当する。
があると、この種の光スイッチではクロストーク特性が
劣化することが知られている。そして、モード変性の生
じ易しの指標のピーク値γは、下記式で示される（文
献より引用）。ここで、θ１は、第９図の導波型光ス
イッチでは分岐導波路15a,15bの分岐角θに相当し、こ
の実施例の導波型光スイッチでは分岐導波路33a,33bの
開き角θ１（第１図参照）に相当する。
従って、式から明らかなように、第９図の光スイッ
チでは分岐角が小さい方が、また、この発明の光スイッ
チでは開き角θ１は小さい方が、モード変化が生じにく
いことが分る。
チでは分岐角が小さい方が、また、この発明の光スイッ
チでは開き角θ１は小さい方が、モード変化が生じにく
いことが分る。
しかし、第９図を用いて説明した従来の導波型光スイ
ッチの構成では、既に説明したように、分岐角が小さい
と電極長は長くしなければならず、このため素子長が長
くなってしまうという問題があった。これに対し、この
発明では、第１図を用いて説明したように、開き角θ１
で配設され始端Poにおいて既に間隔doで離間している分
岐導波路33a,33bに、分岐角θ２（θ２＞θ１）のＹ字
導波路37を接続して導波型光スイッチを構成し、素子長
の短縮を図る。
ッチの構成では、既に説明したように、分岐角が小さい
と電極長は長くしなければならず、このため素子長が長
くなってしまうという問題があった。これに対し、この
発明では、第１図を用いて説明したように、開き角θ１
で配設され始端Poにおいて既に間隔doで離間している分
岐導波路33a,33bに、分岐角θ２（θ２＞θ１）のＹ字
導波路37を接続して導波型光スイッチを構成し、素子長
の短縮を図る。
従って、次に、間隔doのとり方について説明する。
電極35を有する分岐導波路33a,33bの始端Poでは、光
の伝搬方向でΔβ（伝搬定数差）が急激に生じることに
よるモード変換が生じる。
の伝搬方向でΔβ（伝搬定数差）が急激に生じることに
よるモード変換が生じる。
始端Poでのモード変換のパワーとしての量は、文献
より下記式で与えられるXoをパラメータとして約Xo 2/
4となる。なお、式中、Koは、各分岐導波路33a,33bの
始端Po（つまり、Ｙ字導波路と角分岐導波路との接続
点）におけるこれら分岐導波路33a,33b間の結合係数で
ある。
より下記式で与えられるXoをパラメータとして約Xo 2/
4となる。なお、式中、Koは、各分岐導波路33a,33bの
始端Po（つまり、Ｙ字導波路と角分岐導波路との接続
点）におけるこれら分岐導波路33a,33b間の結合係数で
ある。
Xo＝Δβ/2Ko …… 従って、式より、Δβが大であると、Xoが増加する
ことが分り、その結果始端におけるモード変換のパワー
が増すことから、クロストークは劣化することが分る。
ことが分り、その結果始端におけるモード変換のパワー
が増すことから、クロストークは劣化することが分る。
そこで、分岐導波路末端Peでのクロストーク量Xt0.
032（クロストークが−15dB）を与えるΔβをΔβと
し、分岐導波路始端Poでクロストーク量−15dBを与える
モード変換のパワー量Xo 2/40.032を与えるΔβをΔ
β′とすると、Δβ′／Δβ４であればクロストーク
が少い実用的な導波型光スイッチが得られる。つまり、
この条件であれば、クロストーク量15dBを得ることが出
来る最小印加電圧の４倍の大きさの電圧までクロストー
ク量が−15dB程度の導波型光スイッチが得られることを
意味する。
032（クロストークが−15dB）を与えるΔβをΔβと
し、分岐導波路始端Poでクロストーク量−15dBを与える
モード変換のパワー量Xo 2/40.032を与えるΔβをΔ
β′とすると、Δβ′／Δβ４であればクロストーク
が少い実用的な導波型光スイッチが得られる。つまり、
この条件であれば、クロストーク量15dBを得ることが出
来る最小印加電圧の４倍の大きさの電圧までクロストー
ク量が−15dB程度の導波型光スイッチが得られることを
意味する。
そこで、Xt0.032を式に代入しこれにより得られ
た結果を式に代入して、 Δβ/Ke＝5.6 …… を得る。
た結果を式に代入して、 Δβ/Ke＝5.6 …… を得る。
また、Δβ′／Δβ４及び式と、Xo 2/40.032と
から、 Δβ′/Ko＝４Δβ/Ko0.72 …… を得る。
から、 Δβ′/Ko＝４Δβ/Ko0.72 …… を得る。
そして、式及び式より、Ke/Koで与えられる結合
係数比Ｒを求めると、 Ｒ＝Ke/Ko0.03 …… が得られる。
係数比Ｒを求めると、 Ｒ＝Ke/Ko0.03 …… が得られる。
また、結合係数Koと、分岐導波路間隔doとの関係は、
式と同様に考えられるので、下記式のようになる。
式と同様に考えられるので、下記式のようになる。
do＝−ln（Ko/Ki）／γ３ …… 従って、分岐導波路の末端での間隔がdeでありかつ分
岐導波路の末端の結合係数がKeである場合、式中のKo
を、Ke/Ko0.030を満足するような値としてdoを決定す
れば良い。なお、Ke/Ko即ちＲは、Ｒ0.030に限られ
ず、数値計算結果によれば0.003＜Ｒ＜0.30を満足する
値で実用上問題ない導波型光スイッチが得られる。
岐導波路の末端の結合係数がKeである場合、式中のKo
を、Ke/Ko0.030を満足するような値としてdoを決定す
れば良い。なお、Ke/Ko即ちＲは、Ｒ0.030に限られ
ず、数値計算結果によれば0.003＜Ｒ＜0.30を満足する
値で実用上問題ない導波型光スイッチが得られる。
また、分岐導波路33a又は33bの長さがＬ（但し、第２
図に示すように水平方向の長さである。）、これら導波
路の開き角がθ１、分岐導波路の光界分布のしみ出しパ
ラメータがγ３、分岐導波路の始端の間隔がdo、末端間
隔がde、結合係数比がＲの場合これらの関係は、文献
を基に考えれば、 γ３θ1L＝γ３（de−do）＝−lnR である。これをγ３で表わしてこの結果を式に代入す
ると、 となる。
図に示すように水平方向の長さである。）、これら導波
路の開き角がθ１、分岐導波路の光界分布のしみ出しパ
ラメータがγ３、分岐導波路の始端の間隔がdo、末端間
隔がde、結合係数比がＲの場合これらの関係は、文献
を基に考えれば、 γ３θ1L＝γ３（de−do）＝−lnR である。これをγ３で表わしてこの結果を式に代入す
ると、 となる。
より、Δβが大である程モード変換の生じ易さの指
標のピーク値γは小さくなることが分かる。
標のピーク値γは小さくなることが分かる。
そして、最小スイッチング電圧でのΔβ/Keはより
Δβ/Ke＝5.6であることから、これをΔβで表わして
式に代入し、さらにＲ＝Ke/Koを用い式を変形する
と、 となる。
Δβ/Ke＝5.6であることから、これをΔβで表わして
式に代入し、さらにＲ＝Ke/Koを用い式を変形する
と、 となる。
クロストークを−15dB以下と十分低くするには、 程度の条件が必要であるので、この条件と式とから となり、ここでＲ0.03とした場合は、 KoL＞42 となる。そして、この条件を満足するには、Ｌが1cmで
ある場合、式よりdoは１μｍ程度になる。また、この
場合deは８μｍ程度になる。
ある場合、式よりdoは１μｍ程度になる。また、この
場合deは８μｍ程度になる。
また、実施例１〜４の構造の導波型光スイッチにおい
て、導波路幅をＷとし、また第９図の導波型光スイッチ
に比べて素子長が短縮される寸法をΔＬとすると、第１
図から明らかなように、 となる。従って、 となる。この式に、例えば、Ｗ＝７μｍ、do＝１μｍ、
de＝８μｍを代入すると、 となり、第９図のものに比べ素子長は1/3近くに短縮さ
れることが分る。
て、導波路幅をＷとし、また第９図の導波型光スイッチ
に比べて素子長が短縮される寸法をΔＬとすると、第１
図から明らかなように、 となる。従って、 となる。この式に、例えば、Ｗ＝７μｍ、do＝１μｍ、
de＝８μｍを代入すると、 となり、第９図のものに比べ素子長は1/3近くに短縮さ
れることが分る。
次に、Ｗ＝７μｍ、do＝１μｍ、de＝８μｍとした分
岐導波路33a,33bについて、Ｒ＝0.03とした場合でKoLを
パラメータとして結合方程式を解くことにより、両導波
路間でのクロストークとΔβとの関係を求める。
岐導波路33a,33bについて、Ｒ＝0.03とした場合でKoLを
パラメータとして結合方程式を解くことにより、両導波
路間でのクロストークとΔβとの関係を求める。
この結果を第６図に縦軸にクロストーク（dB）を取り
横軸にΔβL/πを取って示した。
横軸にΔβL/πを取って示した。
第６図からも明らかなように、KoL＝57,45とした場合
では良好な特性が得られることが分る。KoL＜42では既
に説明したようにモード変換の生じ易さの指標のピーク
値γが大となるので、特性が悪化するはずであるが、Ko
L＝17の例で示すように、モード間の干渉により特性が
改善される場合もある。このことについて考察すると、
この発明の導波型光スイッチにおいてKoは支配的なパラ
メータではなく＜Ke/Koが重要になる。
では良好な特性が得られることが分る。KoL＜42では既
に説明したようにモード変換の生じ易さの指標のピーク
値γが大となるので、特性が悪化するはずであるが、Ko
L＝17の例で示すように、モード間の干渉により特性が
改善される場合もある。このことについて考察すると、
この発明の導波型光スイッチにおいてKoは支配的なパラ
メータではなく＜Ke/Koが重要になる。
次に、試作した素子の特性を、縦軸に光出力及び横軸
に印加電圧をとって第７図に示した。なお、動作確認に
あたっては、波長1.55μｍの光を用いている。１×２光
スイッチとして動作していることが分る。なお、試作し
た素子は、構造的には第４図に示したものであり、具体
的には、基板としてLiNbO3のＺ板を用い、開き角θ１＝
1.6mradとし、分岐導波路33a,33b末端での間隔de＝８μ
ｍとし、導波路幅は全て７μｍとし、Ｙ字導波路37の分
岐開始点Ｙ（第４図参照）から分岐導波路の始端までの
長さ（水平方向の長さ）ｚ（第４図参照）を2mmとし、
分岐導波路の長さＬを1cmとした。なお、導波路は膜厚6
00Åのチタンを1050℃の温度で８時間拡散させ作製して
いる。また、電極35は膜厚2000ÅのAu薄膜で構成した、
分岐導波路上ではこの電極は膜厚3000ÅのSiO2膜を介し
て設けている。勿論、これら作製条件は単なる一例にす
ぎない。
に印加電圧をとって第７図に示した。なお、動作確認に
あたっては、波長1.55μｍの光を用いている。１×２光
スイッチとして動作していることが分る。なお、試作し
た素子は、構造的には第４図に示したものであり、具体
的には、基板としてLiNbO3のＺ板を用い、開き角θ１＝
1.6mradとし、分岐導波路33a,33b末端での間隔de＝８μ
ｍとし、導波路幅は全て７μｍとし、Ｙ字導波路37の分
岐開始点Ｙ（第４図参照）から分岐導波路の始端までの
長さ（水平方向の長さ）ｚ（第４図参照）を2mmとし、
分岐導波路の長さＬを1cmとした。なお、導波路は膜厚6
00Åのチタンを1050℃の温度で８時間拡散させ作製して
いる。また、電極35は膜厚2000ÅのAu薄膜で構成した、
分岐導波路上ではこの電極は膜厚3000ÅのSiO2膜を介し
て設けている。勿論、これら作製条件は単なる一例にす
ぎない。
分岐角を1.6mradとし、分岐導波路末端の間隔deを８
μｍとして第９図に示した従来の導波型光スイッチを構
築した場合分岐導波路寸法（Ｌ＋ΔＬ）は2cm程度にな
る。これに対し、試作した素子では上述のようにＬ＝1c
mであるから、素子寸法を約1/2に出来ることが分る。
μｍとして第９図に示した従来の導波型光スイッチを構
築した場合分岐導波路寸法（Ｌ＋ΔＬ）は2cm程度にな
る。これに対し、試作した素子では上述のようにＬ＝1c
mであるから、素子寸法を約1/2に出来ることが分る。
変形例 上述の実施例では、分岐導波路を直線導波路としてい
たが、分岐導波路を曲線導波路としても良い。
たが、分岐導波路を曲線導波路としても良い。
第８（Ａ）図は、この一例を示した図である。電極
（図示せず）を有する分岐導波路51a,51bは開き角θ１
で配設してあり、これらの始端での間隔がdo、末端での
間隔がdeとなっている。そして、これら分岐導波路51a,
51bの始端は、分岐角θ２のＹ字導波路37と接続してあ
る。なお、この構成において、開き角θ２は、Ｙ字導波
路53と分岐導波路51a,51b各々との接続点における接線5
3をＹ字導波路側にそれぞれ延長した際にこれら接線の
交差部分で規定される角度とする。
（図示せず）を有する分岐導波路51a,51bは開き角θ１
で配設してあり、これらの始端での間隔がdo、末端での
間隔がdeとなっている。そして、これら分岐導波路51a,
51bの始端は、分岐角θ２のＹ字導波路37と接続してあ
る。なお、この構成において、開き角θ２は、Ｙ字導波
路53と分岐導波路51a,51b各々との接続点における接線5
3をＹ字導波路側にそれぞれ延長した際にこれら接線の
交差部分で規定される角度とする。
また、設計によっては、Ｙ字導波路の分岐側部分を曲
線導波路としても良い。この場合、第８図（Ｂ）に示す
ようなＹ字導波路61とするのが良い。具体的には、Ｙ字
導波路61の分岐側の導波路間隔が、分岐開始点Ｙから遠
ざかるに従い指数的に増加するようなものとするのが好
適である。この際の分岐角は、当該Ｙ字導波路61と分岐
導波路33a,33b或いは51a,51bとの接続点での接線63同士
の交差部での角度θ２とする。
線導波路としても良い。この場合、第８図（Ｂ）に示す
ようなＹ字導波路61とするのが良い。具体的には、Ｙ字
導波路61の分岐側の導波路間隔が、分岐開始点Ｙから遠
ざかるに従い指数的に増加するようなものとするのが好
適である。この際の分岐角は、当該Ｙ字導波路61と分岐
導波路33a,33b或いは51a,51bとの接続点での接線63同士
の交差部での角度θ２とする。
（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明によれ
ば、Ｙ分岐構造を有する導波型光スイッチであって、分
岐導波路各々はこれら導波路の非対称性を電気的に制御
するための電極を有する導波型光スイッチの素子長を従
来より短縮することが出来る。
ば、Ｙ分岐構造を有する導波型光スイッチであって、分
岐導波路各々はこれら導波路の非対称性を電気的に制御
するための電極を有する導波型光スイッチの素子長を従
来より短縮することが出来る。
第１図は、この発明の導波型光スイッチの基本構造例を
示す図、 第２図〜第５図は、実施例の導波型光スイッチの説明に
供する図、 第６図は、実施例の導波型光スイッチのクロストーク特
性を示す図、 第７図は、試作した導波型光スイッチのスイッチング特
性を示す図、 第８図（Ａ）及び（Ｂ）は、変形例の説明に供する図、 第９図は、従来技術の説明に供する図である。 21a,21b,33a,33b……開き角θ１で配設した分岐導波路 31……基板 23,37……分岐角θ２（θ２＞θ１）のＹ字導波路 35……分岐導波路の非対称性を制御する電極 39……出力ポート接続用導波路 40a……入力ポート、40b……出力ポート 51a,51b……開き角θ１で配設した曲線分岐導波路 53、63……接線 61……分岐側が曲線導波路のＹ字導波路。
示す図、 第２図〜第５図は、実施例の導波型光スイッチの説明に
供する図、 第６図は、実施例の導波型光スイッチのクロストーク特
性を示す図、 第７図は、試作した導波型光スイッチのスイッチング特
性を示す図、 第８図（Ａ）及び（Ｂ）は、変形例の説明に供する図、 第９図は、従来技術の説明に供する図である。 21a,21b,33a,33b……開き角θ１で配設した分岐導波路 31……基板 23,37……分岐角θ２（θ２＞θ１）のＹ字導波路 35……分岐導波路の非対称性を制御する電極 39……出力ポート接続用導波路 40a……入力ポート、40b……出力ポート 51a,51b……開き角θ１で配設した曲線分岐導波路 53、63……接線 61……分岐側が曲線導波路のＹ字導波路。
Claims (2)
- 【請求項１】Ｙ分岐構造を有する導波型光スイッチであ
って、分岐導波路各々はこれら導波路の非対称性を電気
的に制御するための電極を有する導波型光スイッチにお
いて、 分岐導波路各々を互いの開き角がθ１となるように配設
し、 これら分岐導波路を分岐角θ２（ただし、θ２＞θ１）
のＹ字導波路で接続して成ることを特徴とする導波型光
スイッチ。 - 【請求項２】請求項１に記載の導波型光スイッチにおい
て、 前記Ｙ字導波路と前記各分岐導波路との接続点における
これら分岐導波路間の結合係数Koと、これら分岐導波路
の末端におけるこれら分岐導波路間の結合係数Keとの比
Ke/KoをＲとしたとき、0.003＜Ｒ＜0.3を満足するよう
に、各分岐導波路を配設して成ること を特徴とする導波型光スイッチ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2251515A JP2651271B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 導波型光スイッチ |
| EP91308549A EP0478226B1 (en) | 1990-09-20 | 1991-09-19 | Waveguide-type optical switch |
| DE69129351T DE69129351T2 (de) | 1990-09-20 | 1991-09-19 | Optischer Schalter für Wellenleiter |
| US07/763,196 US5163106A (en) | 1990-09-20 | 1991-09-20 | Waveguide-type optical switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2251515A JP2651271B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 導波型光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04128820A JPH04128820A (ja) | 1992-04-30 |
| JP2651271B2 true JP2651271B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=17223965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2251515A Expired - Fee Related JP2651271B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 導波型光スイッチ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5163106A (ja) |
| EP (1) | EP0478226B1 (ja) |
| JP (1) | JP2651271B2 (ja) |
| DE (1) | DE69129351T2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2670589B1 (fr) * | 1990-12-14 | 1994-04-15 | Thomson Csf | Dispositif de modulation electrooptique integre. |
| US5524154A (en) * | 1994-08-31 | 1996-06-04 | At&T Corp. | Hybrid architecture for an optical switching fabric implemented with 1×2 switching devices |
| JP2746216B2 (ja) * | 1995-08-04 | 1998-05-06 | 日本電気株式会社 | 光スイッチ |
| SE513864C2 (sv) * | 1995-09-01 | 2000-11-20 | Ericsson Telefon Ab L M | Logikkretsar innefattande Y-grenelektronvågomkopplare |
| US5623568A (en) * | 1995-09-15 | 1997-04-22 | Lucent Technologies Inc. | Compact and fabrication tolerant high speed digital optical Y-switches |
| US5640471A (en) * | 1995-12-28 | 1997-06-17 | Lucent Technologies Inc. | Adiabatic tapered S-bends for compact digital switch arrays |
| JPH11231358A (ja) | 1998-02-19 | 1999-08-27 | Nec Corp | 光回路及びその製造方法 |
| JP2001091774A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光集積回路装置 |
| WO2001038934A2 (en) * | 1999-11-23 | 2001-05-31 | Corning O.T.I. S.P.A. | Optical switching device |
| US10642074B2 (en) | 2016-09-30 | 2020-05-05 | University Of Utah Research Foundation | Photonic modulator structures and methods of manufacture |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4165225A (en) * | 1975-04-17 | 1979-08-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Distributor for optical signals |
| EP0130223B1 (de) * | 1983-06-25 | 1988-11-02 | ANT Nachrichtentechnik GmbH | Symmetrischer Wellenleiter-Koppler |
| US4820009A (en) * | 1987-08-13 | 1989-04-11 | Trw Inc. | Electrooptical switch and modulator |
-
1990
- 1990-09-20 JP JP2251515A patent/JP2651271B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-09-19 EP EP91308549A patent/EP0478226B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-19 DE DE69129351T patent/DE69129351T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-20 US US07/763,196 patent/US5163106A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69129351D1 (de) | 1998-06-10 |
| EP0478226A1 (en) | 1992-04-01 |
| JPH04128820A (ja) | 1992-04-30 |
| DE69129351T2 (de) | 1998-11-12 |
| US5163106A (en) | 1992-11-10 |
| EP0478226B1 (en) | 1998-05-06 |
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