JP2674284B2 - 導波路型光デバイス - Google Patents
導波路型光デバイスInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導波路型光デバイスに関し、特に複数の異な
る波長の光に対してスイッチング動作をする導波路型光
デバイスに関する。
る波長の光に対してスイッチング動作をする導波路型光
デバイスに関する。
導波路型光デバイスは、強誘電体や半導体材料からな
る基板中に、光を閉じ込めて導波させるための導波路と
して屈折率の高い領域が形成されており、この導波路の
上部または近傍に電圧を印加するための電極が形成され
ている。すなわち、この電極に外部から電圧を印加する
ことによって基板中の導波路の屈折率を変化させ、光の
位相や強度を変調したり、あるいは光路を切り換えたり
するものである。
る基板中に、光を閉じ込めて導波させるための導波路と
して屈折率の高い領域が形成されており、この導波路の
上部または近傍に電圧を印加するための電極が形成され
ている。すなわち、この電極に外部から電圧を印加する
ことによって基板中の導波路の屈折率を変化させ、光の
位相や強度を変調したり、あるいは光路を切り換えたり
するものである。
こうした導波路型光デバイスの一例として強誘電対材
料の中で比較的高い電気光学効果を有するニオブ酸リチ
ウム基板（LiNbO3基板）を用いた光デバイスがある。こ
れは、基板にチタン膜（Ti膜）を成膜し、所望の導波路
パターンにパターニングした後、1000℃前後の高温で数
時間熱拡散して光導波路を形成し、この上に二酸化シリ
コンバッファ層（SiO2バッファ層）を成膜し、その上面
に金属膜により電極を形成し、これを機能素子とした光
デバイスである。
料の中で比較的高い電気光学効果を有するニオブ酸リチ
ウム基板（LiNbO3基板）を用いた光デバイスがある。こ
れは、基板にチタン膜（Ti膜）を成膜し、所望の導波路
パターンにパターニングした後、1000℃前後の高温で数
時間熱拡散して光導波路を形成し、この上に二酸化シリ
コンバッファ層（SiO2バッファ層）を成膜し、その上面
に金属膜により電極を形成し、これを機能素子とした光
デバイスである。
こうして作製された光デバイスんはウェハを切断した
後、端面を研磨してチップ化され、さらに光導波路と光
ファイバとの間で光軸を調整し、固定された後、筐体に
実装される。そして、筐体に設けられた信号端子と光デ
バイスの電極パッド間がワイヤボンディングにより接続
される。
後、端面を研磨してチップ化され、さらに光導波路と光
ファイバとの間で光軸を調整し、固定された後、筐体に
実装される。そして、筐体に設けられた信号端子と光デ
バイスの電極パッド間がワイヤボンディングにより接続
される。
次に、第３図および第４図を用いて導波路型光デバイ
スの中でスイッチング素子として広く用いられる方向性
結合型光スイッチの動作原理について簡単に説明する。
すなわち、上述の方法を用いてニオブ酸リチウムの導波
路基板１に一定の長さで近接した部分を有する２本の光
導波路２、３を形成し、この２本の光導波路２、３の上
部に二酸化シリコンバッファ層４を解して金属膜からな
る電極５、６が形成される。これらの電極５、６に電圧
が印加されていない状態では２本の光導波路２、３間で
モード結合が起こり、光導波路２から入力された光は他
方の光導波路３へ移行する。近接部分の長さを光導波路
２、３の作製条件に応じて適当に選択すると光導波路２
からの光はほぼ100％光導波路３へ移行させることがで
きる（この場合の近接部の長さは「完全結合長」と呼ば
れる）。一方、光導波路２、３の上部に設けられた一方
の電極６をグランドにし、他方の電極５に正の電圧を印
加すると、第４図に表わすように導波路基板１中の光導
波路２、３に縦方向に電界が発生する。これにより導波
路基板１のもつ電気光学効果によって光導波路２、３の
屈折率が変化し、光導波路２、３間の結合状態が変化す
る。したがって、印加電圧を適当な電圧値に設定する
と、光導波路２の入力ポート2aから入力した光をそのま
ま光導波路2aの出力ポート2bから出力させることができ
る。このようにして光導波路２、３を用いてスイッチン
グ機能を実現できる。
スの中でスイッチング素子として広く用いられる方向性
結合型光スイッチの動作原理について簡単に説明する。
すなわち、上述の方法を用いてニオブ酸リチウムの導波
路基板１に一定の長さで近接した部分を有する２本の光
導波路２、３を形成し、この２本の光導波路２、３の上
部に二酸化シリコンバッファ層４を解して金属膜からな
る電極５、６が形成される。これらの電極５、６に電圧
が印加されていない状態では２本の光導波路２、３間で
モード結合が起こり、光導波路２から入力された光は他
方の光導波路３へ移行する。近接部分の長さを光導波路
２、３の作製条件に応じて適当に選択すると光導波路２
からの光はほぼ100％光導波路３へ移行させることがで
きる（この場合の近接部の長さは「完全結合長」と呼ば
れる）。一方、光導波路２、３の上部に設けられた一方
の電極６をグランドにし、他方の電極５に正の電圧を印
加すると、第４図に表わすように導波路基板１中の光導
波路２、３に縦方向に電界が発生する。これにより導波
路基板１のもつ電気光学効果によって光導波路２、３の
屈折率が変化し、光導波路２、３間の結合状態が変化す
る。したがって、印加電圧を適当な電圧値に設定する
と、光導波路２の入力ポート2aから入力した光をそのま
ま光導波路2aの出力ポート2bから出力させることができ
る。このようにして光導波路２、３を用いてスイッチン
グ機能を実現できる。
この導波路型光デバイスは上述したスイッチング機能
を基板１上に集積できることから、光交換システム用マ
トリクス光スイッチやOTDR（光パルス試験器）の光導波
路切換用スイッチとして開発が進められている。また、
光を高速に変調することができるので大容量光通信用の
外部変調器としても実用化が期待されている。
を基板１上に集積できることから、光交換システム用マ
トリクス光スイッチやOTDR（光パルス試験器）の光導波
路切換用スイッチとして開発が進められている。また、
光を高速に変調することができるので大容量光通信用の
外部変調器としても実用化が期待されている。
こうした導波路型光デバイスでは上述のような従来の
光デバイスにはない優れた性能がある反面、入力光の偏
光状態によって動作状態が変化し一定でないという問題
がある。これが切換動作を行うスイッチにおいては、実
用化を図る上で大きな課題であった。
光デバイスにはない優れた性能がある反面、入力光の偏
光状態によって動作状態が変化し一定でないという問題
がある。これが切換動作を行うスイッチにおいては、実
用化を図る上で大きな課題であった。
この問題を解決する方法の一つとして、特願昭63−02
3189号公報（光導波路スイッチ）や昭和62年電子情報通
信学会半導体・材料部門全国大会354にあるように、方
向性結合型スイッチでチタン膜を所望の厚さに成膜し、
拡散後の導波路基板中のチタン濃度を制御することによ
り、入力光のTEモード成分とTMモード成分に対して完全
結合長を一致させて偏光状態に依存しない一定の動作を
得る方法があり、波長1.3μｍ用の光スイッチはすでに
開発されている。
3189号公報（光導波路スイッチ）や昭和62年電子情報通
信学会半導体・材料部門全国大会354にあるように、方
向性結合型スイッチでチタン膜を所望の厚さに成膜し、
拡散後の導波路基板中のチタン濃度を制御することによ
り、入力光のTEモード成分とTMモード成分に対して完全
結合長を一致させて偏光状態に依存しない一定の動作を
得る方法があり、波長1.3μｍ用の光スイッチはすでに
開発されている。
一方、光通信分野では光ファイバの伝送損失が少ない
ことなどのメリットから波長1.55μｍ帯での通信の研究
・開発も近年盛んに行われており、これに伴って導波路
型光デバイスも1.55μｍ用のスイッチや変調器の必要性
が生じている。この波長帯でも上述のチタン膜厚を制御
することにより、TE/TM両モードの完全結合長を一致さ
せて偏光無依存化を達成できることが原理的に可能であ
る。しかしながら、波長が違うと同じ基板中のチタン濃
度に対しても光の閉じ込め条件が異なり、TE/TM両モー
ドの完全結合長を一致条件（チタン膜厚）が異なってし
まう。
ことなどのメリットから波長1.55μｍ帯での通信の研究
・開発も近年盛んに行われており、これに伴って導波路
型光デバイスも1.55μｍ用のスイッチや変調器の必要性
が生じている。この波長帯でも上述のチタン膜厚を制御
することにより、TE/TM両モードの完全結合長を一致さ
せて偏光無依存化を達成できることが原理的に可能であ
る。しかしながら、波長が違うと同じ基板中のチタン濃
度に対しても光の閉じ込め条件が異なり、TE/TM両モー
ドの完全結合長を一致条件（チタン膜厚）が異なってし
まう。
そこで、従来はこうした異なる波長に対しては第９図
および第10図に表わすように使用波長ごとにチタン膜厚
および光導波路幅を変えて対応していた。ここに、第９
図において、７は波長が1.3μｍの光に対する第１の光
スイッチであり、８は第１の入力光ファイバ、９は第１
の出力光ファイバである。一方、第10図において、10は
波長が1.55μｍの光に対する第２の光スイッチであり、
11は第２の入力光ファイバ、12は第２の出力光ファイバ
である。たとえば、従来は1.3μｍの波長の光に対する
スイッチでは特願昭63−023189号公報に示されるよう
に、光導波路幅９μｍ、光導波路間の間隔９μｍのパタ
ーンでチタン膜厚470Å、チタン拡散温度1050℃、８時
間でTE/TM両モードの完全結合長19mmを得ていた。一
方、1.55μｍの波長の光II対するスイッチでは光導波路
幅10μｍ、間隔８μｍのパターン、チタン膜厚500Å
で、TE/TM両モードの完全結合長20mmを得ていた。な
お、拡散条件は1.3μｍと同じである。
および第10図に表わすように使用波長ごとにチタン膜厚
および光導波路幅を変えて対応していた。ここに、第９
図において、７は波長が1.3μｍの光に対する第１の光
スイッチであり、８は第１の入力光ファイバ、９は第１
の出力光ファイバである。一方、第10図において、10は
波長が1.55μｍの光に対する第２の光スイッチであり、
11は第２の入力光ファイバ、12は第２の出力光ファイバ
である。たとえば、従来は1.3μｍの波長の光に対する
スイッチでは特願昭63−023189号公報に示されるよう
に、光導波路幅９μｍ、光導波路間の間隔９μｍのパタ
ーンでチタン膜厚470Å、チタン拡散温度1050℃、８時
間でTE/TM両モードの完全結合長19mmを得ていた。一
方、1.55μｍの波長の光II対するスイッチでは光導波路
幅10μｍ、間隔８μｍのパターン、チタン膜厚500Å
で、TE/TM両モードの完全結合長20mmを得ていた。な
お、拡散条件は1.3μｍと同じである。
これらの偏光無依存型の導波路型光デバイスの適用例
の一つとして昭和63年電子情報通信学会春季全国大会Ｃ
−490に開示されているようにOTDR用EO−スイッチがあ
る。これも上述のようにニオブ酸リチウム基板に拡散す
るチタン膜の膜厚を制御することにより偏光無依存化を
実現している。光計測用として用いるOTDRでも光通信分
野での使用波長の拡大から、1.3μｍ用と1.55μｍ用の
両方が必要とされており、これに対応するため第９図お
よび第10図に表わした構成を基本とし、第11図に示すよ
うにこれら各波長に対応する２つの独立した従来の導波
路型光スイッチ７、10を２つの波長を分波する光分波器
13で接続して用いている。
の一つとして昭和63年電子情報通信学会春季全国大会Ｃ
−490に開示されているようにOTDR用EO−スイッチがあ
る。これも上述のようにニオブ酸リチウム基板に拡散す
るチタン膜の膜厚を制御することにより偏光無依存化を
実現している。光計測用として用いるOTDRでも光通信分
野での使用波長の拡大から、1.3μｍ用と1.55μｍ用の
両方が必要とされており、これに対応するため第９図お
よび第10図に表わした構成を基本とし、第11図に示すよ
うにこれら各波長に対応する２つの独立した従来の導波
路型光スイッチ７、10を２つの波長を分波する光分波器
13で接続して用いている。
このOTDRでは、２つの波長λ１＝1.3μｍとλ２＝1.5
5μｍの光は、そえぞれ測定に応じて図示しないレーザ
ダイオード（LD）から被測定光ファイバ14に出射され、
この戻り光は光分波器13で各波長λ１、とλ２に分波さ
れる。その後、それぞれ第１の光スイッチ７および第２
の光スイッチ10を経て波長λ１の光は第１のフォトダイ
オード（APD）15に、λ２の光は第２のフォトダイオー
ド（APD）16に結合される。
5μｍの光は、そえぞれ測定に応じて図示しないレーザ
ダイオード（LD）から被測定光ファイバ14に出射され、
この戻り光は光分波器13で各波長λ１、とλ２に分波さ
れる。その後、それぞれ第１の光スイッチ７および第２
の光スイッチ10を経て波長λ１の光は第１のフォトダイ
オード（APD）15に、λ２の光は第２のフォトダイオー
ド（APD）16に結合される。
上述のように従来の偏光無依存型の導波路型光デバイ
スは、異なった複数の波長の光に対しては偏光無依存と
なるチタン膜厚条件が違っていたために、同一基板上に
複数の光スイッチを形成することが困難であった。この
ため、たとえばOTDRなどの複数の波長の光に対して切換
え機能を満たすためには、各使用波長毎に個別の基板を
用意して方向性結合型光スイッチを作製しなければなら
ず、このため集積化して小型化することが困難であり、
製造コストが低減できないなどの欠点があった。
スは、異なった複数の波長の光に対しては偏光無依存と
なるチタン膜厚条件が違っていたために、同一基板上に
複数の光スイッチを形成することが困難であった。この
ため、たとえばOTDRなどの複数の波長の光に対して切換
え機能を満たすためには、各使用波長毎に個別の基板を
用意して方向性結合型光スイッチを作製しなければなら
ず、このため集積化して小型化することが困難であり、
製造コストが低減できないなどの欠点があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その
目的は、同一基板上に複数の光スイッチを形成すること
ができ、小型化が可能であり、製造コストを低減できる
光導波路型デバイスを提供することにある。
目的は、同一基板上に複数の光スイッチを形成すること
ができ、小型化が可能であり、製造コストを低減できる
光導波路型デバイスを提供することにある。
請求項１記載の発明では、（イ）強誘電体基板と、
（ロ）それぞれこの同一の強誘電体基板中にチタン拡散
で方向性結合型パターンに形成された光導波路およびこ
の光導波路の近傍に形成された電極とを有し、各入出力
部が互いに独立して形成されるとともに各光導波路が互
いに平行な位置に形成され、かつ拡散により形成された
前記光導波路のチタン膜厚が複数の波長に対して偏光無
依存の完全結合長となるように設定された複数の方向性
結合型スイッチング素子とを導波路型光デバイスに具備
させている。
（ロ）それぞれこの同一の強誘電体基板中にチタン拡散
で方向性結合型パターンに形成された光導波路およびこ
の光導波路の近傍に形成された電極とを有し、各入出力
部が互いに独立して形成されるとともに各光導波路が互
いに平行な位置に形成され、かつ拡散により形成された
前記光導波路のチタン膜厚が複数の波長に対して偏光無
依存の完全結合長となるように設定された複数の方向性
結合型スイッチング素子とを導波路型光デバイスに具備
させている。
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の導波
路型光デバイスで各光導波路の幅が互いに異なるように
構成してなることを特徴としている。
路型光デバイスで各光導波路の幅が互いに異なるように
構成してなることを特徴としている。
更に請求項３記載の発明では、請求項２記載の導波路
型光デバイスで、波長λ１が1.3μｍで波長λ２が1.55
μｍであるとき、波長λ１の入力光に対して動作する第
１の方向性結合型スイッチング素子と、波長λ２の光に
対して動作する第２の方向性結合型スイッチング素子と
が互いに独立して前記基板上に形成されており、第１の
方向性結合型スイッチング素子を構成する光導波路の幅
W1と第２の方向性結合型スイッチング素子を構成する光
導波路の幅W2が、 0.9×λ1/λ２≦W1/W2≦1.1×λ1/λ２ の関係を満たすように構成してなることを特徴としてい
る。
型光デバイスで、波長λ１が1.3μｍで波長λ２が1.55
μｍであるとき、波長λ１の入力光に対して動作する第
１の方向性結合型スイッチング素子と、波長λ２の光に
対して動作する第２の方向性結合型スイッチング素子と
が互いに独立して前記基板上に形成されており、第１の
方向性結合型スイッチング素子を構成する光導波路の幅
W1と第２の方向性結合型スイッチング素子を構成する光
導波路の幅W2が、 0.9×λ1/λ２≦W1/W2≦1.1×λ1/λ２ の関係を満たすように構成してなることを特徴としてい
る。
また、請求項４記載の発明では、波長λ１と波長λ２
の２種類の波長の光を入射する被測定光ファイバと、こ
の光ファイバの戻り光をこれら波長λ１と波長λ２の２
種類の波長の光に分波する光分波器とを用意し、この光
分波器から出力される波長λ１と波長λ２の２種類の波
長の光をそれぞれ同一強誘電体基板中の対応する方向性
結合型スイッチング素子に入射させると共に、波長λ１
の光は第１のフォトダイオードに入射させ、波長λ２の
光は第２のフォトダイオードに入射させることで、導波
路型光デバイスをOTDR（光パルスの試験器）の光路切換
用スイッチングとして使用することにしている。
の２種類の波長の光を入射する被測定光ファイバと、こ
の光ファイバの戻り光をこれら波長λ１と波長λ２の２
種類の波長の光に分波する光分波器とを用意し、この光
分波器から出力される波長λ１と波長λ２の２種類の波
長の光をそれぞれ同一強誘電体基板中の対応する方向性
結合型スイッチング素子に入射させると共に、波長λ１
の光は第１のフォトダイオードに入射させ、波長λ２の
光は第２のフォトダイオードに入射させることで、導波
路型光デバイスをOTDR（光パルスの試験器）の光路切換
用スイッチングとして使用することにしている。
このような構成により本発明の導波路型光デバイスで
は、ニオブ酸リチウム等の強誘電体基板にチタンを所望
の濃度に拡散させ、TE/TM両モードの完全結合長を一致
させて偏光無依存型の方向性結合型スイッチング素子を
作製する際、複数の異なった波長の光に対して独立に動
作するスイッチング素子を同一の基板上に作製すること
が可能となる。
は、ニオブ酸リチウム等の強誘電体基板にチタンを所望
の濃度に拡散させ、TE/TM両モードの完全結合長を一致
させて偏光無依存型の方向性結合型スイッチング素子を
作製する際、複数の異なった波長の光に対して独立に動
作するスイッチング素子を同一の基板上に作製すること
が可能となる。
本発明の導波路型光デバイスの実現のための基本原理
を、光通信で一般に用いられている波長が1.3μｍの場
合と1.55μｍの場合について簡単に説明する。第５図は
波長1.3μｍの光に対して、方向性結合型スイッチの結
合部の導波路幅と間隔を変えて拡散前のチタン膜厚を変
化させたときのTE/TMモードそれぞれの偏光の完全結合
長を実験により求めた結果である。第６図は波長1.55μ
ｍの光に対する同様の実験結果である。ここに、Ｗは導
波路の幅、Ｇは導波路間の間隔をそれぞれ表わしてい
る。なお、拡散条件はいずれも1050℃、８時間である。
を、光通信で一般に用いられている波長が1.3μｍの場
合と1.55μｍの場合について簡単に説明する。第５図は
波長1.3μｍの光に対して、方向性結合型スイッチの結
合部の導波路幅と間隔を変えて拡散前のチタン膜厚を変
化させたときのTE/TMモードそれぞれの偏光の完全結合
長を実験により求めた結果である。第６図は波長1.55μ
ｍの光に対する同様の実験結果である。ここに、Ｗは導
波路の幅、Ｇは導波路間の間隔をそれぞれ表わしてい
る。なお、拡散条件はいずれも1050℃、８時間である。
第５図からわかるように、1.3μｍの光では光導波路
幅９μｍのスイッチに対してはチタン膜厚450Åで間隔
Ｇに関係なくTE/TM両モードの完全結合長LCは一致す
る。また、その長さは間隔Ｇに応じて変化し、９μｍで
はLC＝18mm、８μｍでは13mm、７μｍでは8mmとなる。
一方、同じ間隔に対しては、光導波路幅を変えると、完
全結合長LCは変わらにいが、TE/TM両モードが一致する
チタン膜厚条件は変化し、光導波路の幅Ｗを10μｍとす
ると所望のチタン約厚は420Å、８μｍとすると480Åと
なる。このようにTE/TM両モードを一致するチタン膜厚
の条件は光導波路幅を変えることにより調整できる。と
ころが、上述の光導波路幅よりも狭いと、チタン膜厚を
厚くしても、TEモードの閉じ込めが弱くなり、導波損失
が増大する。また、逆に光導波路幅を広くしチタン膜厚
を薄くすると、基板中のチタンの濃度分布が横広がりと
なり、光ファイバとの結合損失が増大する。このため上
述の条件よりはずれて光導波路幅とチタン膜厚を設定す
ることは困難である。これは第７図の斜線で示された有
効領域に相当する。
幅９μｍのスイッチに対してはチタン膜厚450Åで間隔
Ｇに関係なくTE/TM両モードの完全結合長LCは一致す
る。また、その長さは間隔Ｇに応じて変化し、９μｍで
はLC＝18mm、８μｍでは13mm、７μｍでは8mmとなる。
一方、同じ間隔に対しては、光導波路幅を変えると、完
全結合長LCは変わらにいが、TE/TM両モードが一致する
チタン膜厚条件は変化し、光導波路の幅Ｗを10μｍとす
ると所望のチタン約厚は420Å、８μｍとすると480Åと
なる。このようにTE/TM両モードを一致するチタン膜厚
の条件は光導波路幅を変えることにより調整できる。と
ころが、上述の光導波路幅よりも狭いと、チタン膜厚を
厚くしても、TEモードの閉じ込めが弱くなり、導波損失
が増大する。また、逆に光導波路幅を広くしチタン膜厚
を薄くすると、基板中のチタンの濃度分布が横広がりと
なり、光ファイバとの結合損失が増大する。このため上
述の条件よりはずれて光導波路幅とチタン膜厚を設定す
ることは困難である。これは第７図の斜線で示された有
効領域に相当する。
一方、第６図に示されるように、1.55μｍの光に対し
ては、間隔を9.5μｍに固定すると、光導波路幅13μｍ
では約420Å、11.5μｍでは約450Å、光導波路幅10μｍ
では約480ÅでそれぞれTE/TM両モードの完全結合長を一
致させるチタン膜厚条件を得ることができる。第７図は
これら光導波路幅とTE/TM両モードの完全結合長を一致
させるチタン膜厚条件との関係を、両波長λ１＝1.3μ
ｍとλ２＝1.55μｍの光に対してグラフ化したものであ
る。斜線で示された有効領域内では光導波路幅をそれぞ
れの波長に対し適当に選択すると、同じチタン膜厚でTE
/TM両モードの完全結合長の一致条件を見出すことがで
きる。また、そのときの波長λ１、λ２の関係は、0.9
×λ1/λ２≦W1/W2≦1.1×λ1/λ２の関係を常に満たし
ている。
ては、間隔を9.5μｍに固定すると、光導波路幅13μｍ
では約420Å、11.5μｍでは約450Å、光導波路幅10μｍ
では約480ÅでそれぞれTE/TM両モードの完全結合長を一
致させるチタン膜厚条件を得ることができる。第７図は
これら光導波路幅とTE/TM両モードの完全結合長を一致
させるチタン膜厚条件との関係を、両波長λ１＝1.3μ
ｍとλ２＝1.55μｍの光に対してグラフ化したものであ
る。斜線で示された有効領域内では光導波路幅をそれぞ
れの波長に対し適当に選択すると、同じチタン膜厚でTE
/TM両モードの完全結合長の一致条件を見出すことがで
きる。また、そのときの波長λ１、λ２の関係は、0.9
×λ1/λ２≦W1/W2≦1.1×λ1/λ２の関係を常に満たし
ている。
以上述べたように本発明の構成を用いると、異なる波
長の光に対して動作する偏光無依存型の導波路型光デバ
イスを同一基板上に形成することができる。
長の光に対して動作する偏光無依存型の導波路型光デバ
イスを同一基板上に形成することができる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例に係わる導波路型光デバイ
スの構成を表わしており、これはλ１＝1.3μｍとλ２
＝1.55μｍの２波長で測定が可能な２波型OTDRに用いら
れる導波路型スイッチである。図中、ニオブ酸リチウム
からなる導波路基板21には波長λ１の光に対して動作す
る方向性結合型の第１のスイッチング素子22と第２のス
イッチング素子23が消光比を大きくするために直列に配
置接続されている。一方、これらと平行な位置に、入出
力部を別にして波長λ２に対して動作する方向性結合型
の第３のスイッチング素子24と第４のスイッチング素子
25が同様に直列に配置接続されている。OTDRに用いる光
スイッチは、前述のように入射光の偏光状態に依存しな
い偏光無依存型である必要があり、各スイッチング素子
22〜25は前述の構成でこれを実現している。
スの構成を表わしており、これはλ１＝1.3μｍとλ２
＝1.55μｍの２波長で測定が可能な２波型OTDRに用いら
れる導波路型スイッチである。図中、ニオブ酸リチウム
からなる導波路基板21には波長λ１の光に対して動作す
る方向性結合型の第１のスイッチング素子22と第２のス
イッチング素子23が消光比を大きくするために直列に配
置接続されている。一方、これらと平行な位置に、入出
力部を別にして波長λ２に対して動作する方向性結合型
の第３のスイッチング素子24と第４のスイッチング素子
25が同様に直列に配置接続されている。OTDRに用いる光
スイッチは、前述のように入射光の偏光状態に依存しな
い偏光無依存型である必要があり、各スイッチング素子
22〜25は前述の構成でこれを実現している。
本実施例では第１および第２のスイッチング素子22、
23の光導波路幅は９μｍ、間隔も９μｍとし、第３およ
び第４のスイッチング素子24、25の光導波路幅は11.5μ
ｍ、間隔は9.5μｍとした。このような構成で、チタン
膜の膜厚を450Åとして1050℃、８時間拡散すると、λ
１＝1.3μｍのスイッチング素子22、23では完全結合長
がTE/TM両モードに対して18mmで一致し、同時にλ２＝
1.55μｍのスイッチでは22mmで一致した。
23の光導波路幅は９μｍ、間隔も９μｍとし、第３およ
び第４のスイッチング素子24、25の光導波路幅は11.5μ
ｍ、間隔は9.5μｍとした。このような構成で、チタン
膜の膜厚を450Åとして1050℃、８時間拡散すると、λ
１＝1.3μｍのスイッチング素子22、23では完全結合長
がTE/TM両モードに対して18mmで一致し、同時にλ２＝
1.55μｍのスイッチでは22mmで一致した。
この光導波路型デバイスに電圧を印加したときのスイ
ッチング特性を第８図に表わす。1.3μｍ用のスイッチ
ング素子22、23では約20.5Vの印加電圧でTE/TM両モード
が同時に切り換わり、1.55μｍのスイッチング素子24、
25では約24.5Vの印加電圧で上記の状態を得ることがで
きる。ここで、前述のように完全結合長は光導波路間の
間隔により可変であり、たとえば1.3μｍ用のスイッチ
ング素子22、23に対して間隔を狭めて完全結合長を短く
すればスイッチング電圧を上昇させることができ、1.55
μｍ用のスイッチング素子24、25と同電圧とすることも
可能である。
ッチング特性を第８図に表わす。1.3μｍ用のスイッチ
ング素子22、23では約20.5Vの印加電圧でTE/TM両モード
が同時に切り換わり、1.55μｍのスイッチング素子24、
25では約24.5Vの印加電圧で上記の状態を得ることがで
きる。ここで、前述のように完全結合長は光導波路間の
間隔により可変であり、たとえば1.3μｍ用のスイッチ
ング素子22、23に対して間隔を狭めて完全結合長を短く
すればスイッチング電圧を上昇させることができ、1.55
μｍ用のスイッチング素子24、25と同電圧とすることも
可能である。
本実施例では実際にOTDRの装置に実装するために、導
波路基板21の両端面を研磨し、入力側には波長1.3μｍ
の光に対応する第１の入力光ファイバ26と波長1.55μｍ
の光に対応する第２の光ファイバ27が入力光ファイバア
レー28として配置されるとともに導波路基板21の端面に
光軸を一致させて固定されている。同様に、出力側には
波長1.3μｍに対応する第１の出力光ファイバ29と波長
1.55μｍに対応する第２の出力光ファイバ30が出力光フ
ァイバアレー31として配置されるとともに導波路基板21
の端面に光軸を一致させて固定されている。
波路基板21の両端面を研磨し、入力側には波長1.3μｍ
の光に対応する第１の入力光ファイバ26と波長1.55μｍ
の光に対応する第２の光ファイバ27が入力光ファイバア
レー28として配置されるとともに導波路基板21の端面に
光軸を一致させて固定されている。同様に、出力側には
波長1.3μｍに対応する第１の出力光ファイバ29と波長
1.55μｍに対応する第２の出力光ファイバ30が出力光フ
ァイバアレー31として配置されるとともに導波路基板21
の端面に光軸を一致させて固定されている。
第２図は本実施例の導波路型光スイッチ32を２波型OT
DRに組み入れた構成を表わしている。２つの波長λ１＝
1.3μｍとλ２＝1.55μｍの光は、それぞれ測定に応じ
て図示しないレーザダイオード（LD）から被測定光ファ
イバ33に出射され、その戻り光は光分波器34で各波長λ
１、λ２に分波された後、導波路型光スイッチ32を経て
波長λ１の光は第１のフォトダイオード（APD）35に、
λ２の光は第２のフォトダイオード（APD）36に結合さ
れる。被測定光ファイバ33の接続部や破断点からの反射
光は、導波路型光スイッチ32で両波長の光に対して共通
に遮断されるので、ダイオード35、36の飽和による測定
不能領域の増大が回避される。
DRに組み入れた構成を表わしている。２つの波長λ１＝
1.3μｍとλ２＝1.55μｍの光は、それぞれ測定に応じ
て図示しないレーザダイオード（LD）から被測定光ファ
イバ33に出射され、その戻り光は光分波器34で各波長λ
１、λ２に分波された後、導波路型光スイッチ32を経て
波長λ１の光は第１のフォトダイオード（APD）35に、
λ２の光は第２のフォトダイオード（APD）36に結合さ
れる。被測定光ファイバ33の接続部や破断点からの反射
光は、導波路型光スイッチ32で両波長の光に対して共通
に遮断されるので、ダイオード35、36の飽和による測定
不能領域の増大が回避される。
このように本実施例の導波路型光デバイスを用いる
と、異なる複数の波長の光を扱う場合にも同一の導波路
基板21上に同じ機能を有するスイッチング素子を構成で
きる。したがって、従来、複数のスイッチング素子を必
要としていたのを一つのデバイスに集約でき、よって小
型化が可能であり、かつ低価格化を実現できる。
と、異なる複数の波長の光を扱う場合にも同一の導波路
基板21上に同じ機能を有するスイッチング素子を構成で
きる。したがって、従来、複数のスイッチング素子を必
要としていたのを一つのデバイスに集約でき、よって小
型化が可能であり、かつ低価格化を実現できる。
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、同
一の強誘電体基板中にチタン拡散で方向性結合型パター
ンに形成された光導波路およびこの光導波路の近傍に形
成された電極とを有し、各入出力部が互いに独立して形
成されるとともに各光導波路が互いに平行な位置に形成
され、かつ拡散により形成された前記光導波路のチタン
膜厚が複数の波長に対して偏光無依存の完全結合長とな
るように設定された複数の方向性結合型スイッチング素
子とを導波路型光デバイスに具備させたので、複数の異
なる波長の光を独立にスイッチング動作させることがで
きるとともに、小型化および低価格化を実現できる。
一の強誘電体基板中にチタン拡散で方向性結合型パター
ンに形成された光導波路およびこの光導波路の近傍に形
成された電極とを有し、各入出力部が互いに独立して形
成されるとともに各光導波路が互いに平行な位置に形成
され、かつ拡散により形成された前記光導波路のチタン
膜厚が複数の波長に対して偏光無依存の完全結合長とな
るように設定された複数の方向性結合型スイッチング素
子とを導波路型光デバイスに具備させたので、複数の異
なる波長の光を独立にスイッチング動作させることがで
きるとともに、小型化および低価格化を実現できる。
また、請求項２記載の導波路型光デバイスによれば、
各導波路の幅を互いに異なるように構成したので、各ス
イッチング素子の動作が個別に確実に行われる。さら
に、請求項３記載の導波路型光デバイスによれば、各導
波路の幅を光の波長に応じて具体的に規定するようにし
たので、各スイッチング素子の動作がより確実に行われ
る。
各導波路の幅を互いに異なるように構成したので、各ス
イッチング素子の動作が個別に確実に行われる。さら
に、請求項３記載の導波路型光デバイスによれば、各導
波路の幅を光の波長に応じて具体的に規定するようにし
たので、各スイッチング素子の動作がより確実に行われ
る。
第１図は本発明の一実施例に係わる平面図、第２図は本
発明の導波路型光デバイスをOTDRに適用したときの構成
図、第３図は方向性結合型スイッチング素子の平面図、
第４図は第３図のＡ−Ａ′線に沿う断面図、第５図およ
び第６図はそれぞれ波長λ１、λ２それぞれのチタン膜
厚（拡散前）とTE/TM両モードの完全結合長との関係を
表わす図、第７図は方向性結合型光スイッチング素子の
光導波路幅とTE/TM両モードの完全結合長が一致するチ
タン膜厚との関係を表わす図、第８図は本発明の導波路
型光スイッチにおける波長1.3μｍと1.55μｍのそれぞ
れの光に対するスイッチング特性を表わす図、第９図は
従来の導波路型光デバイスの構成を表わす平面図、第10
図は第９図の導波路型光デバイスをOTDRに適用した例を
表わす構成図、第11図は従来の導波路型光デバイスを説
明するための構成図である。 21……導波路基板、 22……第１のスイッチング素子、 23……第２のスイッチング素子、 24……第３のスイッチング素子、 25……第４のスイッチング素子、 26……第１の入力光ファイバ、 27……第２の入力光ファイバ、 28……入力光ファイバアレー、 29……第１の出力光ファイバ、 30……第２の出力光ファイバ、 31……出力光ファイバアレー
発明の導波路型光デバイスをOTDRに適用したときの構成
図、第３図は方向性結合型スイッチング素子の平面図、
第４図は第３図のＡ−Ａ′線に沿う断面図、第５図およ
び第６図はそれぞれ波長λ１、λ２それぞれのチタン膜
厚（拡散前）とTE/TM両モードの完全結合長との関係を
表わす図、第７図は方向性結合型光スイッチング素子の
光導波路幅とTE/TM両モードの完全結合長が一致するチ
タン膜厚との関係を表わす図、第８図は本発明の導波路
型光スイッチにおける波長1.3μｍと1.55μｍのそれぞ
れの光に対するスイッチング特性を表わす図、第９図は
従来の導波路型光デバイスの構成を表わす平面図、第10
図は第９図の導波路型光デバイスをOTDRに適用した例を
表わす構成図、第11図は従来の導波路型光デバイスを説
明するための構成図である。 21……導波路基板、 22……第１のスイッチング素子、 23……第２のスイッチング素子、 24……第３のスイッチング素子、 25……第４のスイッチング素子、 26……第１の入力光ファイバ、 27……第２の入力光ファイバ、 28……入力光ファイバアレー、 29……第１の出力光ファイバ、 30……第２の出力光ファイバ、 31……出力光ファイバアレー
Claims (4)
- 【請求項１】強誘電体基板と、 それぞれこの同一の強誘電体基板中にチタン拡散で方向
性結合型パターンに形成された光導波路およびこの光導
波路の近傍に形成された電極とを有し、各入出力部が互
いに独立して形成されるとともに各光導波路が互いに平
行な位置に形成され、かつ拡散により形成された前記光
導波路のチタン膜厚が複数の波長に対して偏光無依存の
完全結合長となるように設定された複数の方向性結合型
スイッチング素子 とを具備することを特徴とする導波路型光デバイス。 - 【請求項２】前記各光導波路の幅が互いに異なるように
構成してなることを特徴とする請求項１記載の導波路型
光デバイス。 - 【請求項３】波長λ１が1.3μｍで波長λ２が1.55μｍ
であるとき、波長λ１の入力光に対して動作する第１の
方向性結合型スイッチング素子と、波長λ２の光に対し
て動作する第２の方向性結合型スイッチング素子とが互
いに独立して前記基板上に形成されており、第１の方向
性結合型スイッチング素子を構成する光導波路の幅W1と
第２の方向性結合型スイッチング素子を構成する光導波
路の幅W2が、 0.9×λ1/λ２≦W1/W2≦1.1×λ1/λ２ の関係を満たすように構成してなることを特徴とする請
求項２記載の導波路型光デバイス。 - 【請求項４】波長λ１と波長λ２の２種類の波長の光を
入射する被測定光ファイバと、この光ファイバの戻り光
をこれら波長λ１と波長λ２の２種類の波長の光に分波
する光分波器とを用意し、この光分波器から出力される
波長λ１と波長λ２の２種類の波長の光をそれぞれ同一
強誘電体基板中の対応する方向性結合型スイッチング素
子に入射させると共に、波長λ１の光は第１のフォトダ
イオードに入射させ、波長λ２のフォトダイオードに入
射させて、光パルスの試験のための光路切換のためのス
イッチングを行うことを特徴とする請求項３記載の導波
路型光デバイス。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17735090A JP2674284B2 (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | 導波路型光デバイス |
| DE69116014T DE69116014T2 (de) | 1990-07-06 | 1991-07-08 | Optischer Wellenleiterschalter für zwei Wellenlängen |
| EP91306169A EP0466430B1 (en) | 1990-07-06 | 1991-07-08 | Optical waveguide switch for two wavelengths |
| US07/726,793 US5148507A (en) | 1990-07-06 | 1991-07-08 | Optical waveguide device with two predetermined wavelength, polarization independent, directional coupler switches |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17735090A JP2674284B2 (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | 導波路型光デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0470629A JPH0470629A (ja) | 1992-03-05 |
| JP2674284B2 true JP2674284B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=16029433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17735090A Expired - Lifetime JP2674284B2 (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | 導波路型光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674284B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4789460B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2011-10-12 | 株式会社アドバンテスト | 光スイッチ及び光試験装置 |
-
1990
- 1990-07-06 JP JP17735090A patent/JP2674284B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0470629A (ja) | 1992-03-05 |
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