JP2812974B2 - Polarization independent optical switch - Google Patents

Polarization independent optical switch

Info

Publication number
JP2812974B2
JP2812974B2 JP1023968A JP2396889A JP2812974B2 JP 2812974 B2 JP2812974 B2 JP 2812974B2 JP 1023968 A JP1023968 A JP 1023968A JP 2396889 A JP2396889 A JP 2396889A JP 2812974 B2 JP2812974 B2 JP 2812974B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
optical switch
polarization
interference type
branch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1023968A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02204728A (en
Inventor
匡 砂田
國治 滝沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Broadcasting Corp filed Critical Japan Broadcasting Corp
Priority to JP1023968A priority Critical patent/JP2812974B2/en
Publication of JPH02204728A publication Critical patent/JPH02204728A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2812974B2 publication Critical patent/JP2812974B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • 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
    • G02F1/29Devices 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
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3136Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of interferometric switch type
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • 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
    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/06Polarisation independent

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は光通信および光計測用などの光信号処理デ
バイスに係り、特にシングルモード光ファイバにより伝
送された光信号をその偏光に依存することなくスイッチ
ングする導波路形光デバイスに関するものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an optical signal processing device for optical communication and optical measurement, and more particularly to an optical signal transmitted by a single mode optical fiber depending on its polarization. The present invention relates to a waveguide-type optical device that switches without power.

(発明の概要) この発明は、シングルモード光ファイバにより伝送さ
れてきた光をその光信号のまゝスイッチングするデバイ
スに関し、 ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの基板上
に分岐干渉形光変調部と少なくともその分岐干渉形光変
調部の後段に1つの非対称Y分岐部とを備え、さらに分
岐干渉形光変調部に印加電界に依存する動的位相制御部
のほかに印加電界に依存しない静的位相制御部を設けて
いる。
(Summary of the Invention) The present invention relates to a device for switching light transmitted through a single-mode optical fiber in the form of an optical signal, comprising: a branch interference type optical modulator on a substrate such as lithium niobate or lithium tantalate. At least one asymmetric Y-branch unit is provided at the subsequent stage of the branch interference type optical modulator, and a static phase independent of the applied electric field is provided to the branch interference type optical modulator in addition to the dynamic phase control unit which depends on the applied electric field. A control unit is provided.

かくすることにより任意の偏光モードを有する光の光
路を切り換える偏光無依存性光スイッチを実現し、かつ
低電圧で動作させることを可能としている。
Thus, a polarization-independent optical switch that switches the optical path of light having an arbitrary polarization mode is realized and can be operated at a low voltage.

(従来の技術) 従来この種の光スイッチは、LiNbO3結晶を基板とし、
結晶のZ軸方向に電界を印加している。この場合LiNbO3
基板上の導波路を伝搬するTEモード光およびTMモード光
により屈折率が異なるため、従来の光スイッチと標準の
シングルモード光ファイバーとの直接結合ができなかっ
た。このため最近になって偏光に依存しない偏光無依存
性光スイッチの研究が盛んになってきている。以下従来
技術について説明する。
(Prior art) Conventionally, this type of optical switch uses a LiNbO 3 crystal as a substrate,
An electric field is applied in the Z-axis direction of the crystal. In this case LiNbO 3
Since the refractive index differs depending on the TE mode light and the TM mode light propagating through the waveguide on the substrate, the conventional optical switch and the standard single mode optical fiber cannot be directly coupled. For this reason, research on a polarization-independent optical switch that does not depend on polarization has recently been active. Hereinafter, the related art will be described.

従来光スイッチとしては、第2図に示すように2つの
光導波路が近接した光方向性結合形光スイッチ(a)、
光導波路の等価屈折率が異なる非対称なY分岐路を少な
くとも1つ有する非対称Y分岐形光スイッチ(b)およ
び全反射形光スイッチ(c)などがある。なかでも光方
向性結合形光スイッチが主流である。
As a conventional optical switch, as shown in FIG. 2, an optical directional coupling type optical switch (a) in which two optical waveguides are close to each other,
There are an asymmetric Y-branch optical switch (b) and a total reflection optical switch (c) having at least one asymmetric Y-branch whose optical waveguides have different equivalent refractive indices. Above all, optical directional coupling type optical switches are the mainstream.

光方向性結合形光スイッチは一方の光導波路1aまたは
1bを伝搬する導波光の漏れ電界の結合により他方1bまた
は1aに光エネルギーを移行するものである。ただし完全
なクロス状態を実現するためには、高度な製作技術が要
求される。非対称Y分岐形光スイッチは出力側の二つの
光導波路の等価屈折率を変えることにより基本モード光
と1次モード光とを分離するという原理を利用したもの
で、設計および製作が極めて簡単であるという特徴を有
している。また全反射形光スイッチはその構成が極めて
単純であるが印加電界により光導波路交差部に高屈折部
分を誘起するのが困難である。
The optical directional coupling type optical switch has one optical waveguide 1a or
Light energy is transferred to the other 1b or 1a by coupling of the leakage electric field of the guided light propagating through 1b. However, in order to realize a perfect cross state, advanced manufacturing techniques are required. The asymmetric Y-branch type optical switch utilizes the principle that the fundamental mode light and the primary mode light are separated by changing the equivalent refractive index of the two optical waveguides on the output side, and is very simple to design and manufacture. It has the feature of. Although the total reflection type optical switch has a very simple structure, it is difficult to induce a high refractive portion at the intersection of the optical waveguide by an applied electric field.

これら光スイッチの多くは特定の直線偏波光しか利用
できないいわゆる偏光依存性光スイッチである。一方偏
光無依存性光スイッチの従来例はごく僅かな例に限られ
ており、そのほとんどが光方向性結合形光スイッチであ
り、その例としては以下に記述する文献(i),(ii)
がある。また非対称Y分岐光スイッチとしては文献(ii
i)があり、これら偏光無依存性光スイッチはいずれもL
iNbO3結晶で構成され、該結晶のZ軸方向に電界を印加
するものである。
Many of these optical switches are so-called polarization-dependent optical switches that can use only specific linearly polarized light. On the other hand, the conventional examples of the polarization-independent optical switch are limited to very few examples, and most of them are optical directional coupling type optical switches, and examples thereof are the following literatures (i) and (ii).
There is. As an asymmetric Y-branch optical switch, reference (ii)
i), and these polarization independent optical switches are all L
It is made of an iNbO 3 crystal, and applies an electric field in the Z-axis direction of the crystal.

参考文献名 (i)K.Kondo,Y.Ohta,Y.Tanisawa,T.Aoyama,R.Ishikaw
a:Low−Drive−Voltage and Low−Loss Polarization−
Independent LiNbO3 Optical Waveguide Switches (偏光無依存性1×2光スイッチ),Electron Lett.,
Vol.23,No.21,P.1167,1987 (ii)J.E.Watson,M.A.Milbrodt and T.C.Rice:A Polar
ization−Independent1×16Guided−Wave Optical Swit
ch Integrated on LiNbO3 (偏光無依存性1×16光スイッチ),Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT−4,No.11,P.1717,Nov.1986 (iii)Y.Silberberg,P.Perlmutter and J.E.Baran:Dig
ital optical switch(デジタル光スイッチ),Appl.Phy
s.Lett.,51(16),19,P.1230,Oct.1987 (発明が解決しようとする問題点) 方向性結合形偏光無依存性光スイッチは完全なクロス
状態を実現するのが難しく、光導波路の形状(位相定
数)、結合の強さ、結合の長さの3つのパラメータを精
度よく合わせる必要があり、そのため厳しい製作条件お
よび高い製作精度が要求される。さらに光の波長や温度
の違いにより特性が変化する。文献(i),(ii)記載
の方向性結合形偏光無依存性光スイッチでは、いずれも
製作条件が厳しいうえに、30〜70Vという高い動作電圧
が必要であるなどの欠点がある。また文献(iii)記載
の非対称Y分岐形偏光無依存性光スイッチも研究されて
いるが、動作電圧が高いのが大きな欠点である。
References (i) K. Kondo, Y. Ohta, Y. Tanisawa, T. Aoyama, R. Ishikaw
a: Low-Drive-Voltage and Low-Loss Polarization-
Independent LiNbO 3 Optical Waveguide Switches, Electron Lett.,
Vol.23, No.21, P.1167,1987 (ii) JEWatson, MAMilbrodt and TCRice: A Polar
ization-Independent1 × 16Guided-Wave Optical Swit
ch Integrated on LiNbO 3 (Polarization independent 1 × 16 optical switch), Journal of Ligh
twave Technology, Vol. LT-4, No. 11, P. 1717, Nov. 1986 (iii) Y. Silberberg, P. Perlmutter and JEBaran: Dig
ital optical switch, Appl.Phy
s. Lett., 51 (16), 19, P. 1230, Oct. 1987 (Problems to be Solved by the Invention) It is difficult for a directional coupling type polarization independent optical switch to realize a perfect cross state. In addition, it is necessary to precisely match the three parameters of the shape (phase constant) of the optical waveguide, the strength of the coupling, and the length of the coupling, so that strict production conditions and high production precision are required. Further, the characteristics change depending on the difference in light wavelength and temperature. The directional-coupling type polarization-independent optical switches described in Documents (i) and (ii) have drawbacks such as strict production conditions and a high operating voltage of 30 to 70 V. Further, although an asymmetric Y-branch type polarization independent optical switch described in the literature (iii) has been studied, a large drawback is that the operating voltage is high.

従って本発明の目的は、上述の問題点を解決し、製作
条件および精度が厳しくない、設計も容易な非対称Y分
岐形の偏光無依存性光スイッチを提供せんとするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide an asymmetric Y-branch type polarization-independent optical switch which solves the above-mentioned problems, has low manufacturing conditions and precision, and is easy to design.

(問題点を解決するための手段) この目的を達成するため、本発明偏光無依存性光スイ
ッチは、任意の偏光モードを有する光の光路を切り換え
る光スイッチにおいて、当該光スイッチがその光導波路
構成として分岐干渉形光変調部と少なくともその分岐干
渉形光変調部の後段に1つの非対称Y分岐部とを具備
し、該非対称Y分岐部がY分岐した2つの光導波路の等
価屈折率が異なる非対称なY分岐路であり、前記分岐干
渉形光変調部が、印加電界に依存する電気光学効果を有
する動的位相制御部のほかにさらに、前記分岐干渉形光
変調部の光導波路の一方もしくは両方に印加電界に依存
しない光変調動作点を制御する静的位相制御部を有し
て、所定の印加電界で互いに異なった偏光モードの光の
前記光スイッチの光出力を同時に最小にするよう前記光
変調動作点が設定されることを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, a polarization-independent optical switch according to the present invention is an optical switch for switching the optical path of light having an arbitrary polarization mode. And a single asymmetric Y-branch unit at least at the subsequent stage of the branch interference-type light modulation unit, wherein the two asymmetrical Y-branch optical waveguides have different equivalent refractive indices. In addition to the dynamic phase control unit having an electro-optic effect depending on an applied electric field, one or both of the optical waveguides of the branch interference type optical modulator A static phase control unit for controlling an optical modulation operation point independent of an applied electric field so as to simultaneously minimize the optical output of the optical switch of light having different polarization modes at a predetermined applied electric field. The light modulation operating point is set.

(作 用) すなわち従来の光スイッチの構成では、静的位相制御
部を有せず電気光学効果のみで位相制御をしており、偏
光無依存性光スイッチの実現が困難であったのを、本発
明の構成では静的位相制御部を設けて電気光学効果に依
存せずに導波光に静的な位相変化を与えている。かくて
偏光に依存することなく光スイッチングすることが容易
になった。さらに本発明光スイッチによれば、偏光無依
存性光スイッチと他のデバイスを同一基板上に容易に構
成でき、しかも低電圧化がはかれるので、将来の光ファ
イバ通信並びに光情報処理などのキーデバイスとなり得
る。
(Operation) That is, in the configuration of the conventional optical switch, the phase control is performed only by the electro-optic effect without the static phase control unit, and it is difficult to realize the polarization-independent optical switch. In the configuration of the present invention, a static phase control unit is provided to give a static phase change to the guided light without depending on the electro-optic effect. Thus, it is easy to perform optical switching without depending on polarization. Furthermore, according to the optical switch of the present invention, the polarization-independent optical switch and other devices can be easily configured on the same substrate, and the voltage can be reduced, so that key devices for future optical fiber communication and optical information processing will be used. Can be

(実施例) 以下添付図面を参照し実施例により本発明を詳細に説
明するが、実施例の説明に先立ち本発明光スイッチの動
作原理に言及する。
(Examples) Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples with reference to the accompanying drawings.

第1図に本発明光スイッチの基本構成を示す。同図
(a)に示す素子は入力側としての基本モード光導波路
6、分岐干渉形光変調部3および出力側の非対称Y分岐
路4、かつ変調部には導波光に静的な位相変化を与える
静的位相制御部5を具備している。同図(b)に示す素
子は同図(a)の入力の一本の光導波路を非対称Y分岐
路に置き換えた構成である。
FIG. 1 shows the basic configuration of the optical switch of the present invention. The element shown in FIG. 3A has a fundamental mode optical waveguide 6 on the input side, a branch interference type optical modulator 3 and an asymmetric Y branch 4 on the output side, and the modulator has a static phase change in the guided light. It is provided with a static phase control unit 5 for giving. The element shown in FIG. 1B has a configuration in which one optical waveguide of the input shown in FIG. 1A is replaced with an asymmetric Y branch.

非対称Y分岐路4はX交差点Oで発生した基本および
1次モード光をそれぞれ太い光導波路と細い光導波路に
分離するためであり、分岐干渉形光変調部3は2つの光
導波路に分かれた光波を交差点Oで干渉させて、上記基
本および1次モード光を発生させるためのものである。
さらに静的位相制御部5はTEモード光とTMモード光に対
して一定の位相差を与えるものである。この位相差を適
当な値に制御することにより偏光無依存性光スイッチが
実現できる。
The asymmetric Y branch path 4 separates the fundamental and first-order mode light generated at the X intersection O into a thick optical waveguide and a thin optical waveguide, respectively. The branch interference type optical modulator 3 includes a light wave split into two optical waveguides. At the intersection O to generate the fundamental and first-order mode light.
Further, the static phase controller 5 gives a constant phase difference between the TE mode light and the TM mode light. By controlling this phase difference to an appropriate value, a polarization independent optical switch can be realized.

静的位相制御部および電圧印加時のTE/TMモード光の
位相変化θEは一般に θ=a+αV (1) θ=b+βV (2) と表わされる。a,bは静的位相制御部によるTEモード光
及びTMモード光の位相変化分で、各式の右辺第2項は電
圧(V)印加に基く電気光学効果によりTEモード光およ
びTMモード光に誘起される位相変化分である。αとβは
電気光学係数に依存する比例定数である。本発明の光デ
バイスの非対称Y分岐路を構成する一方の光導波路の光
出力P01はPiを入力光強度とすると P01=Pisin2(θ/2) (3) で与えられる。また他方の光導波路の光出力P02は P02=Picos2(θ/2) (4) で与えられる。ただし、θ=θあるいはθである。
従ってTE/TMモード光に対するこの素子の光出力対印加
電圧特性の変調動作点は静的位相制御部の位相変化分a,
bのみに依存する。
The phase changes θ E and θ M of the TE / TM mode light when the static phase controller and the voltage are applied are generally expressed as θ E = a + αV (1) θ M = b + βV (2). a and b are phase changes of the TE mode light and the TM mode light by the static phase control unit. The second term on the right side of each equation is converted into the TE mode light and the TM mode light by the electro-optic effect based on the application of the voltage (V). The induced phase change. α and β are proportional constants depending on the electro-optic coefficient. Optical output P 01 of one of the optical waveguides constituting the asymmetric Y branch of the optical device of the present invention is given by P 01 = P i sin 2 When the input light intensity P i (θ / 2) ( 3). The optical output P 02 of the other optical waveguide is given by P 02 = P i cos 2 ( θ / 2) (4). However, it is θ = θ E or θ M.
Therefore, the modulation operating point of the optical output vs. applied voltage characteristic of this element with respect to TE / TM mode light is determined by the phase change a,
Depends only on b.

一例として第1図(a)の構成においてLiNbO3結晶の
X軸に沿って光を伝搬させ、該結晶のZ軸方向に電界を
印加する場合を例にとり本発明による素子の動作を説明
すると、 α:β=ne 3γ33:no 3γ13 ≒2.9:1 (5) ただしno,neはLiNbO3結晶の常屈折率および異常屈折率
で与えられるため、TEモード光およびTMモード光の光出
力対印加電圧特性は一般に第3図(a)のように与えら
れる。αとβはほぼ整数比の関係にあるから、静的位相
制御部を適当に制御し第3図(b)に示すように、TE,T
Mモード光の強度の最小点がほぼ一致するよに前記a,bを
制御すれば、偏光無依存性光スイッチとなる。
As an example, the operation of the device according to the present invention will be described with reference to the case where light is propagated along the X axis of the LiNbO 3 crystal and an electric field is applied in the Z axis direction of the crystal in the configuration of FIG. α: β = n e 3 γ 33: n o 3 γ 13 ≒ 2.9: 1 (5) provided that n o, since n e is given by the ordinary index of refraction and the extraordinary refractive index of LiNbO 3 crystal, TE mode light and TM The light output versus applied voltage characteristic of mode light is generally given as shown in FIG. Since α and β have a relationship of almost an integer ratio, the static phase control unit is appropriately controlled, and as shown in FIG.
If the a and b are controlled so that the minimum points of the intensity of the M-mode light substantially coincide, a polarization-independent optical switch is obtained.

また、第1図(a)に示す素子構成においてLiNbO3
晶のZ軸方向に光を伝搬し、該結晶のY軸方向に電界を
印加する素子では、前記比例定数α,βには大きさが等
しく符号だけが異なる電気光学係数が含まれるため、β
=−αとなり、光出力対印加電圧特性は第4図(a)の
ように周期が一致する。いま静的位相制御部を適当にコ
ントロールして第4図(b)に示すように、a+b=±
2Nπ(Nは整数)なる位相差を与えれば偏光無依存性光
スイッチとなる。この素子構成の特徴は、印加電界によ
り比対称Y分岐路の各出力を連続的に変化することがで
きることである。
In the element configuration shown in FIG. 1A, light propagates in the Z-axis direction of the LiNbO 3 crystal and applies an electric field in the Y-axis direction of the crystal. Are equal and only the sign is different, β
= −α, and the light output versus applied voltage characteristics have the same period as shown in FIG. 4 (a). Now, by appropriately controlling the static phase control unit, as shown in FIG. 4 (b), a + b = ±
When a phase difference of 2Nπ (N is an integer) is given, a polarization independent optical switch is obtained. The feature of this element configuration is that each output of the symmetric Y branch path can be continuously changed by an applied electric field.

次にこれらの位相差を与える静的位相制御部の具体的
な操作方法について説明するが、これはたとえば以下の
通りである。
Next, a specific operation method of the static phase control unit for providing these phase differences will be described, for example, as follows.

分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導合路の一
方もしくは両方の長さを変える。
The length of one or both of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator is changed.

分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の一
方もしくは両方の一部の光導波路幅を変える。
The width of one or both of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator is changed.

分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の一
方もしくは両方の一部の光導波路を形成するTi膜厚を変
える。
The thickness of the Ti film forming one or both of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator is changed.

分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の一
方もしくは両方の一部に、光導波路の屈折率より小さい
屈折をもつ透明な絶縁材料を装荷する。
A transparent insulating material having a refractive index smaller than the refractive index of the optical waveguide is loaded on one or both of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator.

などの手段がある。 There are such means.

からの手段は一般にTE/TMモード光に対して適当
な位相変化量を与えることができる。の手段は、特に
TMモード光に対して大きな位相変化を与えることができ
る。なおからの手段を組み合わせることにより、零
バイアス動作の偏光無依存性光スイッチを実現すること
が可能である。例えば、前述の第1図(a)に示す構成
においてLiNbO3結晶のZ軸方向に光を伝搬し、該結晶の
Y軸方向に電界を印加する素子では、a+b=±2Nπと
a=π/2±2Mπ(Mは整数)の両条件を満たすように静
的位相制御部を適当に制御することで得られる。
The means from (1) can generally give an appropriate amount of phase change to TE / TM mode light. In particular,
A large phase change can be given to TM mode light. By combining the following means, it is possible to realize a polarization-independent optical switch with zero bias operation. For example, in the element shown in FIG. 1A which transmits light in the Z-axis direction of the LiNbO 3 crystal and applies an electric field in the Y-axis direction of the crystal, a + b = ± 2Nπ and a = π / It can be obtained by appropriately controlling the static phase control unit so as to satisfy both conditions of 2 ± 2Mπ (M is an integer).

また第1図(a)に示す素子において非対称分岐路か
ら光を入力し一本の基本モード光導波路から光を出力す
る構成にすると、2入力対1出力の光スイッチとして利
用することができる。すなわち、第3図(b)の特性を
もつ素子では、適当な電圧を印加することにより非対称
分岐路の一方の光導波路を伝搬する光のみを取り出すこ
とができる。
In the device shown in FIG. 1 (a), when light is input from an asymmetric branch and light is output from one fundamental mode optical waveguide, it can be used as a two-input one-output optical switch. That is, in the element having the characteristics shown in FIG. 3B, only light propagating through one optical waveguide of the asymmetrical branch can be extracted by applying an appropriate voltage.

さらに第1図(b)に示す構成の素子においても、入
力側の非対称分岐路の一方の光導波路のみにTE/TMモー
ド光を入力すると、同図(a)の素子と同様の機能を発
揮することができる。また入力側の非対称分岐路の両方
にTE/TMモード光を入力すると2入力対2出力のマトリ
ックス光スイッチを構成することが可能である。
Further, also in the device having the configuration shown in FIG. 1B, when the TE / TM mode light is input to only one optical waveguide of the asymmetric branch on the input side, the same function as the device shown in FIG. can do. Also, when TE / TM mode light is input to both of the asymmetric branch paths on the input side, it is possible to configure a matrix optical switch having two inputs and two outputs.

以下本発明の実施例について順次にこれを説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially described.

実施例1 この例では基板材料にLiNbO3結晶を使用し、該結晶の
Z軸方向に光を伝搬し、Y軸方向に電界を印加する、い
わゆるZ軸伝搬LiNbO3素子上に構成した本発明による偏
光無依存性光スイッチについて述べる。
Example 1 using a LiNbO 3 crystal substrate material in this example, to propagate light in the Z axis direction of the crystal, an electric field is applied to the Y-axis direction, the present invention constructed in a so-called Z-propagation LiNbO 3 on the element Will be described.

ここで採用した静的位相操作手段は、前述の手段に
示す絶縁材料を装荷する方法であり、材料としてはフォ
トレジスト(屈折率n=1.64)を使用した。このときの
構成を第5図に示す。フォトレジストによりクラッド層
8を形成している。
The static phase operation means adopted here is a method of loading the insulating material shown in the above-mentioned means, and a photoresist (refractive index n = 1.64) was used as the material. The configuration at this time is shown in FIG. The clad layer 8 is formed of a photoresist.

第6図はフォトレジスト長lに対する静的位相差(Δ
φ=a+b)を示したものであり、直線9は第5図の分
岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の下側の光
導波路1aに、直線10は上側の光導波路1bにそれぞれフォ
トレジストを装荷したときの特性である。いずれもほぼ
直線的に変化している。フォトレジストを装荷しないと
きでも静的位相差(約0.7π)があるが、これは分岐干
渉形光変調部を構成する2つの光導波路1a,1bの分岐長
の違いによるもので前述の手段の操作を予め施したこ
とに相当する。いずれにしてもフォトレジスト長を適当
に選ぶことにより偏光無依存性光スイッチが構成でき
る。位相差Δφ=0すなわちl=6mm(第5図におい
て、2つの分岐路のうち上側の光導波路1bに長さ6mmの
フォトレジストを装荷)のとき偏光無依存性光スイッチ
ができる。
FIG. 6 shows the static phase difference (Δ
φ = a + b), wherein a straight line 9 corresponds to the lower optical waveguide 1a and two straight lines 10 correspond to the upper optical waveguide 1b constituting the branch interference type optical modulator shown in FIG. This is a characteristic when a photoresist is loaded. Each of them changes almost linearly. Even when the photoresist is not loaded, there is a static phase difference (approximately 0.7π). This is due to the difference in the branch length between the two optical waveguides 1a and 1b constituting the branch interference type optical modulator. This corresponds to performing the operation in advance. In any case, a polarization-independent optical switch can be formed by appropriately selecting the photoresist length. When the phase difference Δφ = 0, that is, l = 6 mm (in FIG. 5, the upper optical waveguide 1b of the two branches is loaded with a photoresist having a length of 6 mm), a polarization-independent optical switch can be formed.

第7図はl=6mmのときのTEモード光およびTMモード
光に対する非対称Y分岐路の各出力(a),(b)の光
出力対印加電圧特性である。TE/TM両モード光に対して
ほぼ同じ特性を示している。即ち偏光に依存しない偏光
無依存性光スイッチとして動作している。TE/TM両モー
ド光を含む円偏光を入射したときの消光比は20dB以上と
高く、動作電圧も±7Vと低い。
FIG. 7 shows the optical output versus applied voltage characteristics of the respective outputs (a) and (b) of the asymmetric Y branch for the TE mode light and the TM mode light when l = 6 mm. It shows almost the same characteristics for both TE / TM mode light. That is, it operates as a polarization-independent optical switch that does not depend on polarization. The extinction ratio when circularly polarized light including both TE / TM mode light is incident is as high as 20 dB or more, and the operating voltage is as low as ± 7 V.

このように本発明によれば、極めて容易にシングルモ
ード光ファイバーと直接結合でき、将来の光ファイバ通
信に不可欠な光スイッチおよびマトリックス光スイッチ
を構成することができる。
As described above, according to the present invention, the optical switch and the matrix optical switch which can be directly coupled with the single mode optical fiber very indispensably for future optical fiber communication can be constituted.

実施例2 第8図(a)は、本発明の構成において、特に静的位
相制御部として分岐干渉型光変調部を構成する2つの光
導波路の長さ(l1及びl2)を変えることにより実現した
偏光無依存性光スイッチの実施例である。
Embodiment 2 FIG. 8 (a) shows that, in the configuration of the present invention, the lengths (l 1 and l 2 ) of two optical waveguides constituting a branch interference type optical modulator as a static phase controller are changed. 1 is an embodiment of a polarization-independent optical switch realized by the present invention.

実施例3 第8図(b)は、本発明の構成において、特に静的位
相制御部として分岐干渉型光変調部の光導波路を形成す
るTi膜厚(t1,t2)を変えることにより実現した偏光無
依存性光スイッチの実施例である。
Embodiment 3 FIG. 8 (b) shows the configuration of the present invention by changing the Ti film thickness (t 1 , t 2 ) forming the optical waveguide of the branching interference type optical modulator particularly as a static phase controller. 9 is an example of a polarization independent optical switch realized.

実施例4 第8図(c)は、本発明の構成において、特に静的位
相制御部として分岐干渉形光変調部を構成する二つの光
導波路の幅(w1,w2)を変えることにより実現した偏光
無依存性光スイッチの実施例である。
Fourth Embodiment FIG. 8 (c) shows the configuration of the present invention by changing the widths (w 1 , w 2 ) of two optical waveguides constituting a branch interference type optical modulator as a static phase controller. 9 is an example of a polarization independent optical switch realized.

実施例5 第8図(d)は、本発明の構成において、特に静的位
相制御部として複数の操作を行った場合で、分岐干渉形
光変調部を構成する2つの光導波路の長さ(l1及びl2
及び該光導波路の一部に絶縁材料を装荷9することによ
り実現した偏光無依存性光スイッチの実施例である。
Fifth Embodiment FIG. 8 (d) shows the length of two optical waveguides constituting a branch interference type optical modulator when a plurality of operations are performed in the configuration of the present invention, particularly as a static phase controller. l 1 and l 2 )
And an embodiment of a polarization-independent optical switch realized by loading an insulating material on a part of the optical waveguide.

(発明の効果) 以上詳細に説明してきたように本発明によれば以下に
のべる種々の利点がある。
(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, there are the following various advantages.

まず本発明に係る光スイッチは、光方向性結合器でな
く非対称Y分岐形光スイッチであるので、製作条件およ
び精度が厳しくなく、設計も容易であるから製作が容易
である。偏光無依存性光スイッチを静的位相制御部を設
けるだけで形成できるので構成が簡易である。製作条件
を適当に選べば零バイアス動作の偏光無依存性光スイッ
チを構成できるのでバイアス電圧が不要となる。
First, since the optical switch according to the present invention is not an optical directional coupler but an asymmetric Y-branch optical switch, the manufacturing conditions and precision are not strict and the design is easy, so that the manufacturing is easy. Since the polarization-independent optical switch can be formed only by providing the static phase control unit, the configuration is simple. If the manufacturing conditions are appropriately selected, a polarization-independent optical switch with zero bias operation can be constructed, so that no bias voltage is required.

特にLiNbO3結晶のZ軸方向に光を伝搬し、Y軸方向に
電界を印加するいわゆるZ軸伝搬LiNbO3結晶上に構成し
た偏光無依存性光スイッチは、光に対して損傷が少なく
Ti拡散時にTi2Oの外拡散がなく、容易に基本モード光導
波路を形成することができる。さらに印加電界により非
対称分岐路の各出力を連続的に変化することができるの
でアナログ光変調が可能となる。
In particular, a polarization-independent optical switch formed on a so-called Z-axis propagating LiNbO 3 crystal that propagates light in the Z-axis direction of the LiNbO 3 crystal and applies an electric field in the Y-axis direction has less damage to light.
There is no external diffusion of Ti 2 O at the time of Ti diffusion, and a fundamental mode optical waveguide can be easily formed. Further, since each output of the asymmetric branch path can be continuously changed by the applied electric field, analog light modulation becomes possible.

また、特にZ軸伝搬LiNbO3素子は、LiNbO3結晶の自然
複屈折の影響を避けた構成のため位相整合が容易で、静
的位相制御部を設けるだけでTE/TMモード光分離器を他
の光導波路形光デバイスとともに同一基板上に形成する
ことができ、将来の高機能デバイスの実現が可能である
(機能の異なる素子の集積化が可能である)。
In particular, the Z-axis propagating LiNbO 3 element avoids the influence of the natural birefringence of the LiNbO 3 crystal, so phase matching is easy, and the TE / TM mode optical separator can be used simply by providing a static phase controller. Can be formed on the same substrate together with the optical waveguide type optical device of (1), and a high-performance device in the future can be realized (elements having different functions can be integrated).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明光スイッチの基本構成図を示し、 第2図は、従来の光スイッチの各種構成図を示し、 第3図,第4図は本発明光スイッチ素子の光出力対印加
電圧特性と光出力位相特性とをそれぞれ示し、 第5図は、本発明光スイッチの一実施例を示し、 第6図,第7図は、第5図示実施例におけるフォトレジ
スト長対静的位相差特性と光出力対印加電圧特性とをそ
れぞれ示し、 第8図は、本発明光スイッチのいくつかの実施例を示
す。 1,1a,1b……光導波路、2……電極 3……分岐干渉形光変調部 4……非対称Y分岐路、5……静的位相制御部 6……入力光、7,7a,7b……出力光 8……クラッド層、11……装荷絶縁材料
FIG. 1 shows a basic configuration diagram of an optical switch of the present invention, FIG. 2 shows various configuration diagrams of a conventional optical switch, and FIGS. 3 and 4 show optical output versus application of an optical switch element of the present invention. FIG. 5 shows an embodiment of the optical switch of the present invention. FIG. 6 and FIG. 7 show photoresist length versus static position in the embodiment shown in FIG. FIG. 8 shows phase difference characteristics and optical output versus applied voltage characteristics, respectively. FIG. 8 shows some embodiments of the optical switch of the present invention. 1, 1a, 1b ... optical waveguide, 2 ... electrode 3 ... branch interference type light modulator 4 ... asymmetric Y branch, 5 ... static phase controller 6 ... input light, 7, 7a, 7b …… Output light 8 …… Clad layer, 11… Loaded insulating material

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−160405(JP,A) 特開 昭63−147145(JP,A) 特開 昭63−147146(JP,A) 特開 昭63−116118(JP,A) 特開 昭62−39826(JP,A) 特開 昭58−202406(JP,A) 特開 昭63−33710(JP,A) 米国特許4291939(US,A) 欧州公開267708(EP,A1) 西原浩,春名正光,栖原敏明著「光集 積回路」(オーム社)Optics L etters,Vol.7 No.11 pp.549−551(1982) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/00 - 1/313 G02B 6/12 - 6/14Continuation of the front page (56) References JP-A-62-160405 (JP, A) JP-A-63-147145 (JP, A) JP-A-63-147146 (JP, A) JP-A-63-116118 (JP, A) JP-A-62-39826 (JP, A) JP-A-58-202406 (JP, A) JP-A-63-33710 (JP, A) U.S. Pat. No. 4,291,939 (US, A) European publication 267708 (EP, A1) Hiroshi Nishihara, Masamitsu Haruna, Toshiaki Suhara, “Optical Integrated Circuit” (Ohm), Optics Letters, Vol. 7 No. 11 pp. 549-551 (1982) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/00-1/313 G02B 6/ 12-6/14

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】任意の偏光モードを有する光の光路を切り
換える光スイッチにおいて、 当該光スイッチがその光導波路構成として分岐干渉形光
変調部と少なくともその分岐干渉形光変調部の後段に1
つの非対称Y分岐部とを具備し、該非対称Y分岐部がY
分岐した2つの光導波路の等価屈折率が異なる非対称な
Y分岐路であり、 前記分岐干渉形光変調部が、印加電界に依存する電気光
学効果を有する動的位相制御部のほかにさらに、前記分
岐干渉形光変調部の光導波路の一方もしくは両方に印加
電界に依存しない光変調動作点を制御する静的位相制御
部を有して、所定の印加電界で互いに異なった偏光モー
ドの光の前記光スイッチの光出力を同時に最小にするよ
う前記光変調動作点が設定されることを特徴とする偏光
無依存性光スイッチ。
1. An optical switch for switching an optical path of light having an arbitrary polarization mode, wherein the optical switch has an optical waveguide configuration including at least a branch interference type optical modulator and at least a subsequent stage of the branch interference type optical modulator.
And two asymmetric Y branches, wherein the asymmetric Y branch is Y
An asymmetric Y branch in which the equivalent refractive indices of the two branched optical waveguides are different, wherein the branch interference type optical modulator further includes a dynamic phase controller having an electro-optic effect dependent on an applied electric field, One or both of the optical waveguides of the branching interference type optical modulator has a static phase control unit that controls an optical modulation operation point that does not depend on an applied electric field, and the light of polarization modes different from each other at a predetermined applied electric field. The polarization-independent optical switch, wherein the optical modulation operating point is set so as to simultaneously minimize the optical output of the optical switch.
【請求項2】請求項1記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部を構成する2
つの光導波路の長さを変える制御部であることを特徴と
する偏光無依存性光スイッチ。
2. An optical switch according to claim 1, wherein said static phase control section comprises said branching interference type optical modulation section.
A polarization-independent optical switch, characterized in that it is a control unit for changing the length of two optical waveguides.
【請求項3】請求項1記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部の2つの光導
波路のうち一方または両方の光導波路の等価屈折率を変
える制御部であることを特徴とする偏光無依存性光スイ
ッチ。
3. The optical switch according to claim 1, wherein said static phase controller is a controller which changes an equivalent refractive index of one or both of the two optical waveguides of said branching interference type optical modulator. A polarization independent optical switch.
【請求項4】請求項3記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路の
屈折率より小さい屈折率を有し、透明な絶縁材料を該光
導波路上に装荷する制御部であることを特徴とする偏光
無依存性光スイッチ。
4. The optical switch according to claim 3, wherein said static phase control section has a refractive index smaller than a refractive index of an optical waveguide of said branching interference type optical modulation section, and comprises a transparent insulating material. A polarization-independent optical switch, which is a control unit loaded on a road.
【請求項5】請求項3記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路幅
を変える制御部であることを特徴とする偏光無依存性光
スイッチ。
5. The polarization-independent optical switch according to claim 3, wherein said static phase control section is a control section for changing an optical waveguide width of said branching interference type optical modulation section.
【請求項6】請求項3記載の光スイッチにおいて、前記
静的位相制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路を
形成するチタン膜厚を変える制御部であることを特徴と
する偏光無依存性光スイッチ。
6. An optical switch according to claim 3, wherein said static phase control section is a control section for changing a titanium film thickness forming an optical waveguide of said branching interference type optical modulation section. Dependent light switch.
【請求項7】請求項1から6いずれかに記載の光スイッ
チの基板材料が結晶のZ軸方向に光を伝搬し、Y軸方向
に電界を印加するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウムであることを特徴とする偏光無依存性光スイッ
チ。
7. The substrate of the optical switch according to claim 1, wherein the substrate material is lithium niobate or lithium tantalate which transmits light in the Z-axis direction of the crystal and applies an electric field in the Y-axis direction. A polarization independent optical switch.
【請求項8】請求項1から6いずれかに記載の光スイッ
チの基板材料が結晶のX軸方向に光を伝搬し、Z軸方向
に電界を印加するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウムであることを特徴とする偏光無依存性光スイッ
チ。
8. The substrate of the optical switch according to claim 1, wherein the substrate material is lithium niobate or lithium tantalate which transmits light in the X-axis direction of the crystal and applies an electric field in the Z-axis direction. A polarization independent optical switch.
JP1023968A 1989-02-03 1989-02-03 Polarization independent optical switch Expired - Fee Related JP2812974B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1023968A JP2812974B2 (en) 1989-02-03 1989-02-03 Polarization independent optical switch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1023968A JP2812974B2 (en) 1989-02-03 1989-02-03 Polarization independent optical switch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02204728A JPH02204728A (en) 1990-08-14
JP2812974B2 true JP2812974B2 (en) 1998-10-22

Family

ID=12125352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1023968A Expired - Fee Related JP2812974B2 (en) 1989-02-03 1989-02-03 Polarization independent optical switch

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2812974B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2792482B2 (en) * 1995-09-28 1998-09-03 日本電気株式会社 Semiconductor Mach-Zehnder modulator
JP2005077987A (en) * 2003-09-03 2005-03-24 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Optical modulator
JP2006154145A (en) 2004-11-26 2006-06-15 Fujitsu Ltd Optical element and optical switch

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE450173B (en) * 1985-08-15 1987-06-09 Ericsson Telefon Ab L M POLARIZATION INDEPENDENT ELECTROOPTIC SWITCH
JPS62160405A (en) * 1986-01-09 1987-07-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Demultiplexing element
JPH0660982B2 (en) * 1986-12-11 1994-08-10 日本電信電話株式会社 Waveguide-type Matsuha-Tsender optical interferometer
JPS63116118A (en) * 1986-11-04 1988-05-20 Nippon Sheet Glass Co Ltd Directional coupler
JPH0750285B2 (en) * 1986-12-10 1995-05-31 日本電気株式会社 Optical switching method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
西原浩,春名正光,栖原敏明著「光集積回路」(オーム社)Optics Letters,Vol.7 No.11 pp.549−551(1982)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02204728A (en) 1990-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4291939A (en) Polarization-independent optical switches/modulators
US4070094A (en) Optical waveguide interferometer modulator-switch
US6876782B2 (en) Integrated type optical waveguide device
JP2679570B2 (en) Polarization separation element
JPH04338929A (en) Polarization beam splitter for guide light
CA2052923C (en) Polarization-independent optical switches/modulators
US4983006A (en) Polarization-independent optical waveguide switch
JPH06194696A (en) Optical switch
JP3272064B2 (en) 4-section optical coupler
JPH04264531A (en) Polarized beam splitter for guided light
JP2812974B2 (en) Polarization independent optical switch
JPH07325276A (en) Polarization-independent optical control element
JP3573180B2 (en) Polling method for Mach-Zehnder interferometer arm
US7013053B2 (en) Polarization independent electro-optical device for modulation of light
Kaplan et al. Layout for polarization insensitive modulation in LiNbO/sub 3/waveguides
JP2659786B2 (en) Mode light separator
JP2659787B2 (en) Waveguide mode light selector
JP3164124B2 (en) Light switch
JP2898066B2 (en) Optical device
JPH0588123A (en) Variable wavelength filter
JPH02262127A (en) Waveguide type optical switch
JPH0553157A (en) Optical control device
JP3418391B2 (en) Method for manufacturing waveguide type optical device
JPS5891425A (en) Waveguide polarization regulator
WO1996029626A1 (en) Polarization-independent electro-optically switched directional coupler

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees