JP2701954B2 - 方向性結合器スイッチ用の低クロストーク反転デルタベータ電極 - Google Patents
方向性結合器スイッチ用の低クロストーク反転デルタベータ電極Info
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- 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
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- 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
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- G02F2201/125—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode delta-beta
Description
【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明はエレクトロオプティック スイッチング デ
バイス、より詳細には、反転デルタ ベータ（Δβ）電
極構造を使用するエレクトロオプティック スイッチン
グ デバイスに関する。
バイス、より詳細には、反転デルタ ベータ（Δβ）電
極構造を使用するエレクトロオプティック スイッチン
グ デバイスに関する。
技術の背景 光学通信システムは、通常、複数の信号を通信及び他
の機能のために複数のルートを通じてスイッチングする
ことによって動作する。これを達成するため、光学的或
は電気的な制御下においてスイッチング機能を遂行する
ための方向性結合器が開発されている。
の機能のために複数のルートを通じてスイッチングする
ことによって動作する。これを達成するため、光学的或
は電気的な制御下においてスイッチング機能を遂行する
ための方向性結合器が開発されている。
今日最も多く使用されているこのタイプの方向性結合
器スイッチは、交互する或は反転Δβ、スプリット電極
構造を使用してLiNbO3材料にて製造される。これに関し
ては、本発明の出願人と譲渡人を同一とする合衆国特許
第4,012,113号を参照することができる。このタイプの
方向性結合器スイッチは中に接近するように互いに向か
って曲げられた二つの導波路を持つ入力トランジション
領域、光学エネルギーのトランスファーが行なわれる相
互作用領域、及び導波路間結合を排除するために二つの
導波路が互いにそらされる出力トランジション領域を含
む。相互作用領域内においては、電極は、スプリットさ
れ、意味のない小さなギャップにて分離される。このタ
イプのデバイスに対しては、スイッチの直通（バー）及
びクロスオーバー（クロス）状態において、クロストー
スをある範囲内に低減するために電圧調節が使用される
ことが知られている。然し乍ら、クロストース低減技
術、例えば、反転Δβ電極上の電圧の調節、或は均一Δ
β電極構造の使用は方向性結合器スイッチの相互作用領
域内に導入されるクロストークのみを扱い、本質的にト
ランジション領域内に導入されるクロストークは無視す
る。結果として、このタイプの方向性結合器スイッチは
スイッチがアレイに縦に接続された場合は耐え難いレベ
ルのクロストークを起こす。
器スイッチは、交互する或は反転Δβ、スプリット電極
構造を使用してLiNbO3材料にて製造される。これに関し
ては、本発明の出願人と譲渡人を同一とする合衆国特許
第4,012,113号を参照することができる。このタイプの
方向性結合器スイッチは中に接近するように互いに向か
って曲げられた二つの導波路を持つ入力トランジション
領域、光学エネルギーのトランスファーが行なわれる相
互作用領域、及び導波路間結合を排除するために二つの
導波路が互いにそらされる出力トランジション領域を含
む。相互作用領域内においては、電極は、スプリットさ
れ、意味のない小さなギャップにて分離される。このタ
イプのデバイスに対しては、スイッチの直通（バー）及
びクロスオーバー（クロス）状態において、クロストー
スをある範囲内に低減するために電圧調節が使用される
ことが知られている。然し乍ら、クロストース低減技
術、例えば、反転Δβ電極上の電圧の調節、或は均一Δ
β電極構造の使用は方向性結合器スイッチの相互作用領
域内に導入されるクロストークのみを扱い、本質的にト
ランジション領域内に導入されるクロストークは無視す
る。結果として、このタイプの方向性結合器スイッチは
スイッチがアレイに縦に接続された場合は耐え難いレベ
ルのクロストークを起こす。
発明の要約 本発明によると、反転Δβ電極構造を採用する方向性
結合器スイッチに対するクロストークが電極セクション
の前の導波路間結合がこの電極セクションの後ろの実質
的に同量の導波路間結合にて補償されるように導波路上
に正しく電極セクションを位置することによって最小値
に低減される。
結合器スイッチに対するクロストークが電極セクション
の前の導波路間結合がこの電極セクションの後ろの実質
的に同量の導波路間結合にて補償されるように導波路上
に正しく電極セクションを位置することによって最小値
に低減される。
２−セクション反転Δβ電極方向性結合器スイッチに
対しては、電極セクションが実質的に相互作用領域の長
さの中央に位置され、ギャップ長ｇにて分離される。こ
のギャップ長は、トランジション領域が鏡像のように実
質的に同一であるという前提に於て、いずれかのトラン
ジション領域内の導波路間結合の二倍の導波路間結合を
持つように選択される。
対しては、電極セクションが実質的に相互作用領域の長
さの中央に位置され、ギャップ長ｇにて分離される。こ
のギャップ長は、トランジション領域が鏡像のように実
質的に同一であるという前提に於て、いずれかのトラン
ジション領域内の導波路間結合の二倍の導波路間結合を
持つように選択される。
本発明は本発明の特定の実施態様の以下の説明を図面
を参照しながら読むことによって一層明白となるもので
ある。
を参照しながら読むことによって一層明白となるもので
ある。
発明の実施例 第１図は本発明の原理に従う方向性結合器スイッチを
示す。方向性結合器スイッチ10は、この一例としての実
施態様においては、導波路20及び21を制御するための電
極セクション13、14、15及び16を持つ２セクション反転
Δβ電極構造にて構成される。導波路20及び21は複屈折
エレクトロオプティック基板12内に埋め込まれる。一般
的には、導波路20及び21は絶縁材料から成る中間バッフ
ァー層11によって電極セクション13−16から分離され
る。但し、中間バッファー層11はデバイス動作の成功に
は必ずしも必要とされない。このため、中間バッファー
層11は、本発明の原理の一般性或は適用性を損なうこと
なく省略することができる。
示す。方向性結合器スイッチ10は、この一例としての実
施態様においては、導波路20及び21を制御するための電
極セクション13、14、15及び16を持つ２セクション反転
Δβ電極構造にて構成される。導波路20及び21は複屈折
エレクトロオプティック基板12内に埋め込まれる。一般
的には、導波路20及び21は絶縁材料から成る中間バッフ
ァー層11によって電極セクション13−16から分離され
る。但し、中間バッファー層11はデバイス動作の成功に
は必ずしも必要とされない。このため、中間バッファー
層11は、本発明の原理の一般性或は適用性を損なうこと
なく省略することができる。
能動領域内において、誘電導波路20及び21は、通常、
デバイス相互作用長と呼ばれる距離Ｌを通じて結合関係
にある。このデバイス相互作用長は、通常、結合長ｌに
等しいか或は積分的に大きくなるように選択され、Ｌ＝
nl、ｎ＝１、２、３、・・・式によって与えられる。結
合長は、導波路が正しく位相マッチングされたとき、そ
れを通じて一つの導波路内に伝わる光が他方の導波路に
完全にトランスファーする距離である。このタイプのト
ランスファーは、一連の個々の結合長において、逆転的
に及び発振的に起こる。単位長κ当たりの結合強度は、
導波路パラメータ、導波路間ギャップG0、及び導かれる
波長λに依存する。これら導波路は実質的に同一の方法
にて製造され、これらは信号偏波の少なくとも一つの方
向、つまり、TEモード（transverse electric mode）或
はTMモード（transverse magnetic mode）に対して、実
質的に同一の伝播定数を示す。従ってβTE（20）はTEモ
ードにて伝播するデバイスに対しては概ねβTE（21）に
等しく、或はβTE（20）はβTM（21）に概ね等しい。
デバイス相互作用長と呼ばれる距離Ｌを通じて結合関係
にある。このデバイス相互作用長は、通常、結合長ｌに
等しいか或は積分的に大きくなるように選択され、Ｌ＝
nl、ｎ＝１、２、３、・・・式によって与えられる。結
合長は、導波路が正しく位相マッチングされたとき、そ
れを通じて一つの導波路内に伝わる光が他方の導波路に
完全にトランスファーする距離である。このタイプのト
ランスファーは、一連の個々の結合長において、逆転的
に及び発振的に起こる。単位長κ当たりの結合強度は、
導波路パラメータ、導波路間ギャップG0、及び導かれる
波長λに依存する。これら導波路は実質的に同一の方法
にて製造され、これらは信号偏波の少なくとも一つの方
向、つまり、TEモード（transverse electric mode）或
はTMモード（transverse magnetic mode）に対して、実
質的に同一の伝播定数を示す。従ってβTE（20）はTEモ
ードにて伝播するデバイスに対しては概ねβTE（21）に
等しく、或はβTE（20）はβTM（21）に概ね等しい。
偏波インセンシティブ デバイスが要求される場合
は、信号偏波の各々の方向に対して実質的に同一の伝播
定数を与えるような製造方法を使用しなければならな
い。つまり、βTE（20）が概ねβTE（21）に等しく、そ
してβTM（20）が概ねβTE（21）に等しくならなければ
ならない。このような偏波インセンシティブ デバイス
に対しては、本発明の原理に従っての導波路間結合の最
小化はこの導波路間結合が各々の偏波に対して異なるた
めに幾分困難である。このため、電極セクションの前の
積分導波路間結合と電極セクションの後の同量の積分導
波路間結合とのバランスは片方の偏波に対しては概ね達
成できるが、直角偏波に対しては不均衡な状態が発生す
る。同一方向性結合器スイッチ内で両方の偏波を収容す
るためには、個々の偏波に対して、合成アンバランス或
は未補償積分導波路間結合が局部的に最小化されるよう
に積分導波路間結合をバランスさせることが必要であ
る。
は、信号偏波の各々の方向に対して実質的に同一の伝播
定数を与えるような製造方法を使用しなければならな
い。つまり、βTE（20）が概ねβTE（21）に等しく、そ
してβTM（20）が概ねβTE（21）に等しくならなければ
ならない。このような偏波インセンシティブ デバイス
に対しては、本発明の原理に従っての導波路間結合の最
小化はこの導波路間結合が各々の偏波に対して異なるた
めに幾分困難である。このため、電極セクションの前の
積分導波路間結合と電極セクションの後の同量の積分導
波路間結合とのバランスは片方の偏波に対しては概ね達
成できるが、直角偏波に対しては不均衡な状態が発生す
る。同一方向性結合器スイッチ内で両方の偏波を収容す
るためには、個々の偏波に対して、合成アンバランス或
は未補償積分導波路間結合が局部的に最小化されるよう
に積分導波路間結合をバランスさせることが必要であ
る。
複屈折エレクトロ オプティック材料にて標準の誘電
導波路構造を製造するための方法は当分野において周知
である。これに関しては、例えば、譲渡人を本発明と同
一とし、ここにも引用される合衆国特許第4,400,052
号、並びにJ.Appl.Phys.、vol.49、ページ4677−4682
（1987）を参照することができる。主要なドーパント拡
散パラメータとしては、無拡散ドーパント濃度、拡散前
のドーパント層の厚さ、拡散時間及び拡散温度が含まれ
る。ニオブ酸リチウム或はタンタル酸リチウン デバイ
スに対しては、チタンが誘電体導波路を製造するために
使用される典型的なドーパントであり、これは、導波路
20及び21が基板12及びバッファー層11より高い屈折率を
示すことを許す。
導波路構造を製造するための方法は当分野において周知
である。これに関しては、例えば、譲渡人を本発明と同
一とし、ここにも引用される合衆国特許第4,400,052
号、並びにJ.Appl.Phys.、vol.49、ページ4677−4682
（1987）を参照することができる。主要なドーパント拡
散パラメータとしては、無拡散ドーパント濃度、拡散前
のドーパント層の厚さ、拡散時間及び拡散温度が含まれ
る。ニオブ酸リチウム或はタンタル酸リチウン デバイ
スに対しては、チタンが誘電体導波路を製造するために
使用される典型的なドーパントであり、これは、導波路
20及び21が基板12及びバッファー層11より高い屈折率を
示すことを許す。
電極セクション13から16が標準のフォトリソグラフィ
ック マスキング、エッチング、及び堆積技術を使用し
て導波路20及び21上に堆積される。導電性材料、例え
ば、金属及び合金が電極を製造するために使用される。
一例においては、厚いアルミニウム層（≒2000Å）がこ
の電極構造を実現するために薄いスパター クロム層
（≒100Å）上に蒸着される。
ック マスキング、エッチング、及び堆積技術を使用し
て導波路20及び21上に堆積される。導電性材料、例え
ば、金属及び合金が電極を製造するために使用される。
一例においては、厚いアルミニウム層（≒2000Å）がこ
の電極構造を実現するために薄いスパター クロム層
（≒100Å）上に蒸着される。
第１図に示される一例としての方向性結合器スイッチ
に対する導波路はチタン ストリップをｚ−カット、ｙ
−伝播ニオブ酸リチウム基板内に拡散することによって
製造される。６μｍ幅、800Å厚のチタン ストリップ
の拡散が約1025℃にて約６時間遂行される。相互作用長
は約9.0mmであり、一方、導波路間間隔Ｇは約8.5μｍで
ある。二酸化シリコンのバッファー層がこの基板及び導
波路上に堆積される。上に述べたように、第１図には中
間バッファー層が示されるが、これはこの構造のオプシ
ョン的な要素であるとみなされるべきである。金属性電
極がクロム アルミニウム合金から導波路上には或はこ
れと隣接して形成される。
に対する導波路はチタン ストリップをｚ−カット、ｙ
−伝播ニオブ酸リチウム基板内に拡散することによって
製造される。６μｍ幅、800Å厚のチタン ストリップ
の拡散が約1025℃にて約６時間遂行される。相互作用長
は約9.0mmであり、一方、導波路間間隔Ｇは約8.5μｍで
ある。二酸化シリコンのバッファー層がこの基板及び導
波路上に堆積される。上に述べたように、第１図には中
間バッファー層が示されるが、これはこの構造のオプシ
ョン的な要素であるとみなされるべきである。金属性電
極がクロム アルミニウム合金から導波路上には或はこ
れと隣接して形成される。
第１図の方向性結合器は、電極に電圧を加えることに
よる線型エレクトロ オプティック効果を介して導波路
間の位相ミスマッチを調節することによって動作する。
反転或は交互するΔβのセクションを生成するために、
正の電圧Ｖが電極セクション13及び15に接続され、一
方、負の電圧Ｖが電極14及び16に接続される。電場が電
極セクション間で反転するため、結果としてデバイス全
体を位相マッチすることが可能である。エレクトロ オ
プティック調節を通じてのΔβの変化によってデバイス
をクロス或はバー状態のいずれでも動作することが可能
となる。一般に、クロスからバー状態、或はバー状態か
らクロス状態へのスイッチは０から５ボルトの間の電圧
による２π以下のΔβＬの変化を要求する。適当な電圧
の設定及び方向性結合器スイッチの動作にしての追加の
情報に関しては、合衆国特許第4,012,113号及びIEEE J.
クウォンタム エレクトロニクス（IEEE J.Quantum Ele
ctronics）、QE−13、ページ396以降（1976年）を参照
することができる。
よる線型エレクトロ オプティック効果を介して導波路
間の位相ミスマッチを調節することによって動作する。
反転或は交互するΔβのセクションを生成するために、
正の電圧Ｖが電極セクション13及び15に接続され、一
方、負の電圧Ｖが電極14及び16に接続される。電場が電
極セクション間で反転するため、結果としてデバイス全
体を位相マッチすることが可能である。エレクトロ オ
プティック調節を通じてのΔβの変化によってデバイス
をクロス或はバー状態のいずれでも動作することが可能
となる。一般に、クロスからバー状態、或はバー状態か
らクロス状態へのスイッチは０から５ボルトの間の電圧
による２π以下のΔβＬの変化を要求する。適当な電圧
の設定及び方向性結合器スイッチの動作にしての追加の
情報に関しては、合衆国特許第4,012,113号及びIEEE J.
クウォンタム エレクトロニクス（IEEE J.Quantum Ele
ctronics）、QE−13、ページ396以降（1976年）を参照
することができる。
電極セクションに加えられる電場パターンは導波路間
の位相ミスマッチΔβがＮ−１回反転するように設計さ
れる。ここで、Ｎは導波路上の電極セクションの数に等
しく、Δβは２π（n20−n21）／λと定義され、ここ
で、n20及びn21は導波路20及び21に対する有効屈折率で
あり、λは導波路によって伝播のためにサポートされる
光学波長である。第１図に示されるデバイスについて
は、電極セクションＮの数は２に等しい。
の位相ミスマッチΔβがＮ−１回反転するように設計さ
れる。ここで、Ｎは導波路上の電極セクションの数に等
しく、Δβは２π（n20−n21）／λと定義され、ここ
で、n20及びn21は導波路20及び21に対する有効屈折率で
あり、λは導波路によって伝播のためにサポートされる
光学波長である。第１図に示されるデバイスについて
は、電極セクションＮの数は２に等しい。
本発明のデバイス及び原理を更に理解するため、第２
図の説明に進む。第２図は第１図の方向性結合器スイッ
チに対する電極及び導波路構造の略図を示す。この略図
には、入力及び出力トランジション領域が各々の導波路
に対して相互作用領域の端に対面するように示される。
導波路20と21はトランジション領域においては距離Ｓだ
け離れており、その後次第にテーパー角度θにて互いに
空間的に接近し、最終的な分離G0が相互作用領域におい
て達成される。このトランジション領域の間が長さＬの
相互作業領域であり、ここでは、この二つの導波路は全
相互作用長を通じて実質的に並列の関係にある。
図の説明に進む。第２図は第１図の方向性結合器スイッ
チに対する電極及び導波路構造の略図を示す。この略図
には、入力及び出力トランジション領域が各々の導波路
に対して相互作用領域の端に対面するように示される。
導波路20と21はトランジション領域においては距離Ｓだ
け離れており、その後次第にテーパー角度θにて互いに
空間的に接近し、最終的な分離G0が相互作用領域におい
て達成される。このトランジション領域の間が長さＬの
相互作業領域であり、ここでは、この二つの導波路は全
相互作用長を通じて実質的に並列の関係にある。
各々の領域に対して、偏波センシティブ パラメータ
である導波路間の導波路間結合強度κを定義することが
可能である。このパラメータはクロスオーバー効率、及
び、従って、方向性結合器スイッチに対すチャンネル
クロストークの量を決定するために必要である。チャネ
ル クロストークは出力端の所で望ましくないようにガ
イドされた光学パワーの出力端の所で望ましいようにガ
イドされた光学パワーに対する比として測定される。図
面及び合衆国特許第4,243,295号において示される導波
路構成は、導波路間結合効率を各々のトランジション領
域の一端において最小であり相互作用領域において最大
となるようにテーパリングすることによって、両方の偏
波に対して比較的良好なチャネル分離、或は低クロスト
ースが達成されるように設計されている。但し、本発明
は、これらデバイスに対して適用可能であり、クロスト
ースを更に低減する。
である導波路間の導波路間結合強度κを定義することが
可能である。このパラメータはクロスオーバー効率、及
び、従って、方向性結合器スイッチに対すチャンネル
クロストークの量を決定するために必要である。チャネ
ル クロストークは出力端の所で望ましくないようにガ
イドされた光学パワーの出力端の所で望ましいようにガ
イドされた光学パワーに対する比として測定される。図
面及び合衆国特許第4,243,295号において示される導波
路構成は、導波路間結合効率を各々のトランジション領
域の一端において最小であり相互作用領域において最大
となるようにテーパリングすることによって、両方の偏
波に対して比較的良好なチャネル分離、或は低クロスト
ースが達成されるように設計されている。但し、本発明
は、これらデバイスに対して適用可能であり、クロスト
ースを更に低減する。
図面に示されるように、導波路20及び21は、導波路の
端の所で小さな値、つまり公称最小を持ち、相互作用領
域及び相互作用長Ｌを通じて、より大きな値、つまり、
公称最大を持つようにテーパリングする導波路間結合効
率κを持つ。換言すれば、導波路間結合係数、或は強度
は、交換方向性結合器10の全長を通じて概ね以下の関係
に従って変化する。
端の所で小さな値、つまり公称最小を持ち、相互作用領
域及び相互作用長Ｌを通じて、より大きな値、つまり、
公称最大を持つようにテーパリングする導波路間結合効
率κを持つ。換言すれば、導波路間結合係数、或は強度
は、交換方向性結合器10の全長を通じて概ね以下の関係
に従って変化する。
κ（ｙ）＝κ0e−Ｄ（ｙ）／γ． （１） 上に与えられる式を得るためには、導波路20が、入力
トランジション領域においては導波路21に向かってテー
パリングし、出力トランジション領域においては、導波
路21から離れるようにテーパリングし、導波路20から導
波路21までの距離がｙの関数としてＧ（ｙ）で与えられ
るようにする。ここで、ｙは、導波路に沿っての伝播の
方向の距離を表わす。パラメータγは横方向導波路エバ
ネセント侵入度として知られていることに注意する。ク
ロストーク或はクロスオーバー効率ｓを決定するために
は、以下のように、全デバイス距離を通じて結合強度を
積分することが必要である。
トランジション領域においては導波路21に向かってテー
パリングし、出力トランジション領域においては、導波
路21から離れるようにテーパリングし、導波路20から導
波路21までの距離がｙの関数としてＧ（ｙ）で与えられ
るようにする。ここで、ｙは、導波路に沿っての伝播の
方向の距離を表わす。パラメータγは横方向導波路エバ
ネセント侵入度として知られていることに注意する。ク
ロストーク或はクロスオーバー効率ｓを決定するために
は、以下のように、全デバイス距離を通じて結合強度を
積分することが必要である。
ここで、総デバイス距離は、Ｔ＝Pi＋Bi＋Ｌ＋B0＋P0に
よって与えられる。
よって与えられる。
入力トランジション領域は、長さPiの平行の入力領域
及び長さBiの曲がった入力領域を含む。この平行の入力
領域においては、導波路20と21とは長さPiを通じてGoよ
り大きな間隔にて分離される。この曲がった入力領域に
おいては、導波路20と21とは、θ/2の角度、或は、θ度
の総テーパ角度にて、分離間隔Goに達するまで互いに収
束する。出力トランジション領域は長さPoの平行の出力
領域及び長さBoの曲がった出力領域を含む。この平行の
出力領域内においては、導波路20及び21が長さPoを通じ
てGoより大きな距離にて分離される。曲がった出力領域
においては、導波路20及び21がθ/2の角度のにて、或は
θ度の総テーパー角度にて、間隔Goから平行の出力領域
の所のGoより大きな分離に到達するまで互いに広がる。
及び長さBiの曲がった入力領域を含む。この平行の入力
領域においては、導波路20と21とは長さPiを通じてGoよ
り大きな間隔にて分離される。この曲がった入力領域に
おいては、導波路20と21とは、θ/2の角度、或は、θ度
の総テーパ角度にて、分離間隔Goに達するまで互いに収
束する。出力トランジション領域は長さPoの平行の出力
領域及び長さBoの曲がった出力領域を含む。この平行の
出力領域内においては、導波路20及び21が長さPoを通じ
てGoより大きな距離にて分離される。曲がった出力領域
においては、導波路20及び21がθ/2の角度のにて、或は
θ度の総テーパー角度にて、間隔Goから平行の出力領域
の所のGoより大きな分離に到達するまで互いに広がる。
通常、デバイスの両端の所で、導波路はファイバへの
結合ができるようにある程度の大きな距離だけ離され
る。従って、導波路は、通常、少なくとも使用される光
ファイバーの直径だけは離される。
結合ができるようにある程度の大きな距離だけ離され
る。従って、導波路は、通常、少なくとも使用される光
ファイバーの直径だけは離される。
相互作用領域においては、同一導波路上の電極セクシ
ョンは互いに下側の導波路内の光学伝播の方向に沿って
測定されたギャップの長さｇだけ離される。例えば、電
極セクション13及び14は、互いにギャップ長ｇだけ離さ
れる。同様に、電極15と16は互いにギャップ長ｇだけ離
される。一般に、電極セクション13から16は実質的に同
一の長さを持つ。
ョンは互いに下側の導波路内の光学伝播の方向に沿って
測定されたギャップの長さｇだけ離される。例えば、電
極セクション13及び14は、互いにギャップ長ｇだけ離さ
れる。同様に、電極15と16は互いにギャップ長ｇだけ離
される。一般に、電極セクション13から16は実質的に同
一の長さを持つ。
本発明の原理によると、クロストースが電極セクショ
ンを各々の導波路上にギャップ長ｇだけ離れるように置
くことによって低減されるが、この値は、特定の電極セ
クションの前の導波路間結合を補償するように選択され
る。２−セクション反転Δβ電極に対する正しいギャッ
プ長を選択するためには、全ギャップを通じての積分導
波路結合強度が入力及び出力トランジション領域に対す
る総積分導波路間結合強度に等しくなるようにすること
が要求される。数学的に表現すると、この関係は以下の
ようになる。
ンを各々の導波路上にギャップ長ｇだけ離れるように置
くことによって低減されるが、この値は、特定の電極セ
クションの前の導波路間結合を補償するように選択され
る。２−セクション反転Δβ電極に対する正しいギャッ
プ長を選択するためには、全ギャップを通じての積分導
波路結合強度が入力及び出力トランジション領域に対す
る総積分導波路間結合強度に等しくなるようにすること
が要求される。数学的に表現すると、この関係は以下の
ようになる。
トランジション領域が設計パラメータの点で、及び、
従って、積分導波路強度の点において実質的に同一であ
る場合は、このギャップを二等分し、導波路に対する電
極セクションの関係を電極セクションの片側の積分導波
路間結合が実質的にその電極セクションの他端のそのギ
ャップの長さ方向に沿って測定された積分導波路間結合
の半分に等しくなるような関係に書き直すことができ
る。
従って、積分導波路強度の点において実質的に同一であ
る場合は、このギャップを二等分し、導波路に対する電
極セクションの関係を電極セクションの片側の積分導波
路間結合が実質的にその電極セクションの他端のそのギ
ャップの長さ方向に沿って測定された積分導波路間結合
の半分に等しくなるような関係に書き直すことができ
る。
一般に、エレクトロ オプティック デバイス、例え
ば、本発明による方向性結合器スイッチは、伝播の方向
に対する横及び縦の中心線の回りにトポロジー及び導波
路パラメータの点において対称的になるように設計され
る。この対称性は、電極セクションの数が三つ或はそれ
以上に増加した場合でも適用する。デバイスの複雑さは
電極セクションの数とともに増加するが、本発明の原理
は全く同様に適用する。三つのセクションを持つ電極構
造に対しては、導波路間結合をこれら電極セクションを
以下の数学的関係が満たされるように十分に離して位置
することによって補償することが可能である。
ば、本発明による方向性結合器スイッチは、伝播の方向
に対する横及び縦の中心線の回りにトポロジー及び導波
路パラメータの点において対称的になるように設計され
る。この対称性は、電極セクションの数が三つ或はそれ
以上に増加した場合でも適用する。デバイスの複雑さは
電極セクションの数とともに増加するが、本発明の原理
は全く同様に適用する。三つのセクションを持つ電極構
造に対しては、導波路間結合をこれら電極セクションを
以下の数学的関係が満たされるように十分に離して位置
することによって補償することが可能である。
ここで、g1及びg2は夫々第一及び第二の電極セクショ
ン及び第二及び第三の電極セクション間のギャップに対
する長さを表わす。
ン及び第二及び第三の電極セクション間のギャップに対
する長さを表わす。
様々な電極構成が方向性結合器スイッチに対して考え
られる。例えば、一例としての実施態様においては、一
つの導波路上の複数のセクションを持つ反転Δβ電極及
び隣接する導波路上の一つの長いグランド プレーン電
極が含まれる。これに関しては、例えば、合衆国特許第
4,711,515号を参照することができる。もう一つの考え
られる実施態様においては、三つの電極が二つの導波路
上にうねり路を作るように位置され、加えられる電圧の
極性が前の領域と次の領域との間で反転する。これに関
しては、例えば、オプティクス レターズ（Optics Let
t.）、vol.2、No.2、ページ45−７（1987年）を参照す
ることができる。
られる。例えば、一例としての実施態様においては、一
つの導波路上の複数のセクションを持つ反転Δβ電極及
び隣接する導波路上の一つの長いグランド プレーン電
極が含まれる。これに関しては、例えば、合衆国特許第
4,711,515号を参照することができる。もう一つの考え
られる実施態様においては、三つの電極が二つの導波路
上にうねり路を作るように位置され、加えられる電圧の
極性が前の領域と次の領域との間で反転する。これに関
しては、例えば、オプティクス レターズ（Optics Let
t.）、vol.2、No.2、ページ45−７（1987年）を参照す
ることができる。
上に説明の反転Δβは分離された或はセクション化さ
れた電極セクションに対してのものであるが、本発明の
原理はそれが電気的であるが、光学的であるか或は音響
的であるかによらず、一つの導波路内の屈折率を他の電
極内の屈折率に対して変化させる能力を持つ全ての手段
に対して等しく適用できるものである。こうして変化が
与えられる領域は上に説明の電極セクションと同様のも
のである。ここで考えられる光学屈折率変化要素内にお
いては、反転Δβは、デバイスのトランジション領域を
一つおきに照射し、同一導波路上の他の一つおきの領域
の照射を行なわないことによって行なわれる。
れた電極セクションに対してのものであるが、本発明の
原理はそれが電気的であるが、光学的であるか或は音響
的であるかによらず、一つの導波路内の屈折率を他の電
極内の屈折率に対して変化させる能力を持つ全ての手段
に対して等しく適用できるものである。こうして変化が
与えられる領域は上に説明の電極セクションと同様のも
のである。ここで考えられる光学屈折率変化要素内にお
いては、反転Δβは、デバイスのトランジション領域を
一つおきに照射し、同一導波路上の他の一つおきの領域
の照射を行なわないことによって行なわれる。
これら及びその他の修正が本発明の精神及び範囲から
逸脱することなく可能なことは明白である。例えば、３
−或はそれ以上の電極セクションを持つ電極構造に対す
る二つの端の電極セクション間に、それら中間電極セク
ションの前の導波路間結合と中間電極セクションに続く
導波路間結合が同量となるように一つ或はそれ以上の中
間電極セクションを置くことが可能である。ここで、こ
の導波路間結合は、特定の電極セクションに対してはバ
ランスされるが、電極セクション間では異なる。
逸脱することなく可能なことは明白である。例えば、３
−或はそれ以上の電極セクションを持つ電極構造に対す
る二つの端の電極セクション間に、それら中間電極セク
ションの前の導波路間結合と中間電極セクションに続く
導波路間結合が同量となるように一つ或はそれ以上の中
間電極セクションを置くことが可能である。ここで、こ
の導波路間結合は、特定の電極セクションに対してはバ
ランスされるが、電極セクション間では異なる。
第１図は本発明の原理に従う反転Δβ電極方向性結合器
スイッチを示す図；そして 第２図は第一図の方向性結合器に対する電極及び導波路
構造を示す図である。 ＜主要部分の符号の説明＞ 10……方向性結合器スイッチ 11……中間バッファ層 12……複屈折エレクトロオプティック基板 13〜16……電極セクション 20、27……導波路
スイッチを示す図；そして 第２図は第一図の方向性結合器に対する電極及び導波路
構造を示す図である。 ＜主要部分の符号の説明＞ 10……方向性結合器スイッチ 11……中間バッファ層 12……複屈折エレクトロオプティック基板 13〜16……電極セクション 20、27……導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 西原活也著 「光集積回路」 第306 〜307頁 昭和60年 オーム社発行
Claims (14)
- 【請求項１】第一及び第二のトランジション領域及びこ
の間の相互作用領域； 各々のトランジション領域内の各々の導波路の一端の所
における最小値から該相互作用領域内の最大値にテーパ
リングする導波路間結合係数を持つ光学信号伝播をサポ
ートするための第一及び第二の誘電導波路を含み、当該
導波路は同種の光学信号偏波に対して実質的に互いに位
相マッチングされ； 該相互作用領域内の該導波路の選択された部分の間に電
圧を加えるための手段を含み、当該電圧を加えるための
手段は両方とも実質的に夫々該第一及び第二の導波路上
に伸びる第一及び第二の電極を含み、各々の電極が互い
に電気的に切断された少なくとも第一及び第二のセクシ
ョンを含み； 更に 該電極セクションがその所定の長さに沿っての該導波路
間結合係数の積分が該第一及び第二のトランジション領
域に沿っての該導波路間結合係数の積分に等しくなるよ
うな所定の長さのギャップだけ分離されることを特徴と
する方向性結合器スイッチ。 - 【請求項２】該導波路と該第一及び第二の電極の中間に
絶縁材料のバッファー層がさらに含まれることを特徴と
する請求項１に記載の方向性結合器スイッチ。 - 【請求項３】第一及び第二のトランジション領域及びこ
の間の相互作用領域； 光学信号伝播の方向に沿って所定の関数に従って変化す
る導波路間結合係数を持つ光学信号伝播をサポートする
ための第一及び第二の誘電導波路を含み、当該誘電導波
路は少なくとも一つの光学信号偏波に対して実質的に位
相マッチングされ、該相互作用領域内の該導波路の選択
された部分の間に電圧を加えるための手段を含み、当該
電圧を加えるための手段が両方とも実質的にそれぞれ該
第一及び第二の導波路上に伸びる第一及び第二の電極を
含み、少なくとも該脱一の電極が互いに電気的に切断さ
れた第一及び第二のセクションを含み、更に 該電極セクションがその所定の長さに沿っての該導波路
間結合係数の積分が該第一及び第二のトランジション領
域に沿っての該導波路間結合係数の積分に等しくなるよ
うな所定の長さを持つギャップによって分離されること
を特徴とする方向性結合器スイッチ。 - 【請求項４】該導波路と該第一及び第二の電極の中間に
絶縁材料のバッファー層がさらに含まれることを特徴と
する請求項３に記載の方向性結合器スイッチ。 - 【請求項５】該所定の関数が該導波路間結合係数を各々
のトランジション領域内の導波路の一端における最小か
ら相互領域内における最大にテーパリングさせることを
特徴とする請求項３に記載の方向性結合器スイッチ。 - 【請求項６】該導波路と該第一及び第二の電極の中間に
絶縁材料のバッファー層がさらに含まれることを特徴と
する請求項５に記載の方向性結合器スイッチ。 - 【請求項７】第一及び第二のトランジション領域及びこ
の間の相互作用領域、 光学信号伝播の方向に沿って所定の関数に従って変化す
る導波路間結合係数を持つ光学信号伝播をサポートする
ための第一及び第二の誘電導波路を含み、 当該誘電導波路は少なくとも一つの光学信号偏波に対し
て実質的に位相マッチングされ、 一つの導波路内の屈折率を該相互作用領域内の該導波路
の長さ方向に沿って少なくとも第一及び第二の隣接する
領域内の他の導波路と相対的に変化させるための手段を
含み、前記各領域はギャップによって隣接する領域から
分離され、更に 該ギャップが該所定の長さに沿っての該導波路間結合係
数の積分と該第一及び第二のトランジション領域に沿っ
ての該導波路間結合係数の積分にとが等しくなるような
所定の長さを持つことを特徴とする方向性結合器スイッ
チ。 - 【請求項８】該所定の関数が該導波路間結合係数を各々
のトランジション領域内の導波路の一端における最小か
ら相互領域内における最大にテーパリングさせることを
特徴とする請求項７に記載の方向性結合器スイッチ。 - 【請求項９】該導波路と該屈折率を変えるための手段と
の中間に絶縁材料のバッファー層がさらに含まれること
を特徴とする請求項８に記載の方向性結合器スイッチ。 - 【請求項１０】第一及び第二のトランジション領域及び
この間の相互作用領域、 光学信号伝播の方向に沿って所定の関数に従って変化す
る導波路間結合係数を持つ光学信号伝播をサポートする
ための第一及び第二の誘電導波路を含み、 当該誘電導波路が少なくとも一つの光学信号偏波に対し
て実質的に位相マッチングされ、 一つの導波路内の屈折率を該相互作用領域内の該導波路
の長さに沿って順に位置された第一、第二及び第三の隣
接する領域内の他の導波路との関係で変化させるための
手段を含み、該第一と第二の領域が第一のギャップにて
分離され、該第二と第三の領域が第二のギャップに分離
され；更に 該第一と第二のギャップが実質的に等しい所定の長さを
持ち、該所定の長さが該第一のギャップの該所定の長さ
に沿っての該導波路間結合係数の積分が少なくとも該第
一のトランジション領域に沿っての該導波路間結合係数
の積分に等しくなるような長さであることを特徴とする
方向性結合器スイッチ。 - 【請求項１１】該所定の関数が該導波路間結合係数を各
々のトランジション領域内の導波路の一端における最小
から相互領域内における最大にテーパリングさせること
を特徴とする請求項10に記載の方向性結合器スイッチ。 - 【請求項１２】該導波路と該屈折率を変えるための手段
との中間に絶縁材料のバッファー層がさらに含まれるこ
とを特徴とする請求項11に記載の方向性結合器スイッ
チ。 - 【請求項１３】該第二のギャップの該所定の長さが該第
二のギャップの該所定の長さに沿っての該導波路間結合
係数の積分が少なくとも該第二のトランジション領域に
沿っての該導波路間結合係数の積分に等しくなるような
長さであることを特徴とする請求項11に記載の方向性結
合器スイッチ。 - 【請求項１４】該屈折率を変えるための手段が該第一、
第二及び第三の領域内の該導波路間に電圧を加えるため
の手段を含み、該電圧を加えるための手段が両方ともそ
れぞれ実質的に該第一及び第二の導波路上を伸びる第一
及び第二の電極を含み、少なくとも該第一の電極が互い
に電気的に切断された第一、第二及び第三のセクション
を含み、該第一、第二及び第三のセクションが夫々個別
に該第一、第二及び第三の領域と関連することを特徴と
する請求項13に記載の方向性結合器スイッチ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/294,860 US4865408A (en) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | Low crosstalk reversed Δβ electrodes for directional coupler switch |
| US294860 | 1989-01-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02232632A JPH02232632A (ja) | 1990-09-14 |
| JP2701954B2 true JP2701954B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=23135260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001158A Expired - Lifetime JP2701954B2 (ja) | 1989-01-09 | 1990-01-09 | 方向性結合器スイッチ用の低クロストーク反転デルタベータ電極 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4865408A (ja) |
| EP (1) | EP0378300B1 (ja) |
| JP (1) | JP2701954B2 (ja) |
| CA (1) | CA2005999C (ja) |
| DE (1) | DE69007499T2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2754774B2 (ja) * | 1989-03-31 | 1998-05-20 | 株式会社島津製作所 | 導波路型光回路素子 |
| US5004447A (en) * | 1989-09-06 | 1991-04-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Low loss semiconductor directional coupler switches including gain method of switching light using same |
| US4932735A (en) * | 1989-09-29 | 1990-06-12 | Gte Laboratories Incorporated | Integrated optical hybrid matrix switches with very low crosstalk |
| EP0463504A3 (en) * | 1990-06-25 | 1992-08-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Optical duplexer for bidirectional optical communication |
| FR2668615B1 (fr) * | 1990-10-31 | 1992-12-11 | France Etat | Separateur de polarisations pour lumiere guidee. |
| CA2058777A1 (en) * | 1991-01-07 | 1992-07-08 | Hon-Ming Mak | Directional coupler type optical function element |
| US5321782A (en) * | 1991-01-07 | 1994-06-14 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Directional coupler type optical function element |
| US5255334A (en) * | 1991-06-03 | 1993-10-19 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Directional coupler type optical device and a driving method therefor |
| US5502781A (en) * | 1995-01-25 | 1996-03-26 | At&T Corp. | Integrated optical devices utilizing magnetostrictively, electrostrictively or photostrictively induced stress |
| DE19549245C2 (de) * | 1995-12-19 | 2000-02-17 | Hertz Inst Heinrich | Thermo-optischer Schalter |
| JPH10228007A (ja) * | 1997-02-13 | 1998-08-25 | Nec Corp | 光導波路型電気制御可変アッティネータ |
| US7522784B2 (en) * | 2006-02-27 | 2009-04-21 | Jds Uniphase Corporation | Asymmetric directional coupler having a reduced drive voltage |
| US9851506B2 (en) * | 2015-06-04 | 2017-12-26 | Elenion Technologies, Llc | Back end of line process integrated optical device fabrication |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4012113A (en) * | 1975-12-17 | 1977-03-15 | Herwig Werner Kogelnik | Adjustable optical switch or modulator |
| US4211467A (en) * | 1978-01-13 | 1980-07-08 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Optically-controlled two-channel integrated optical switch |
| US4291939A (en) * | 1978-03-24 | 1981-09-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Polarization-independent optical switches/modulators |
| US4243295A (en) * | 1979-09-19 | 1981-01-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Polarization-independent optical directional coupler switch/modulator |
| US4448479A (en) * | 1981-11-16 | 1984-05-15 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Traveling wave, electrooptic devices with effective velocity matching |
| US4711515A (en) * | 1984-05-29 | 1987-12-08 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Electrooptic polarization multiplexer/demultiplexer |
-
1989
- 1989-01-09 US US07/294,860 patent/US4865408A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-12-19 CA CA002005999A patent/CA2005999C/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-01-03 EP EP90300063A patent/EP0378300B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-01-03 DE DE69007499T patent/DE69007499T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-09 JP JP2001158A patent/JP2701954B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 西原活也著 「光集積回路」 第３０６〜３０７頁 昭和６０年 オーム社発行 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69007499T2 (de) | 1994-09-01 |
| CA2005999A1 (en) | 1990-07-09 |
| DE69007499D1 (de) | 1994-04-28 |
| JPH02232632A (ja) | 1990-09-14 |
| US4865408A (en) | 1989-09-12 |
| CA2005999C (en) | 1993-08-17 |
| EP0378300B1 (en) | 1994-03-23 |
| EP0378300A1 (en) | 1990-07-18 |
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