JP2836174B2 - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
- Publication number
- JP2836174B2 JP2836174B2 JP2084102A JP8410290A JP2836174B2 JP 2836174 B2 JP2836174 B2 JP 2836174B2 JP 2084102 A JP2084102 A JP 2084102A JP 8410290 A JP8410290 A JP 8410290A JP 2836174 B2 JP2836174 B2 JP 2836174B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- control device
- electrode
- optical waveguide
- light control
- 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 - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- 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
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波の変調、光路切換え等を行なう光制御デ
バイスに関し、特に基板中に形成された光導波路を用い
て制御を行なう導波形の光制御デバイスに関する。
バイスに関し、特に基板中に形成された光導波路を用い
て制御を行なう導波形の光制御デバイスに関する。
光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量
や多機能をもつ高度のシステムが求められており、より
高速の光信号の発生や光伝送路の切換え、交換等の新た
な機能の付加が必要とされている。
や多機能をもつ高度のシステムが求められており、より
高速の光信号の発生や光伝送路の切換え、交換等の新た
な機能の付加が必要とされている。
現在の実用システムでは光信号は直接半導体レーザや
発光ダイオードの注入電流を変調することによって得ら
れているが、直接変調では緩和振動等の効果のため数GH
z以上の高速変調が難しいこと、波長変動が発生するた
めコヒーレント光伝送方式には適用が難しいこと等の欠
点がある。これを解決する手段としては、外部光変調器
を使用する方法があり、特に基板中に形成した光導波路
により構成した導波形の光変調器は、小型、高効率、高
速という特徴がある。
発光ダイオードの注入電流を変調することによって得ら
れているが、直接変調では緩和振動等の効果のため数GH
z以上の高速変調が難しいこと、波長変動が発生するた
めコヒーレント光伝送方式には適用が難しいこと等の欠
点がある。これを解決する手段としては、外部光変調器
を使用する方法があり、特に基板中に形成した光導波路
により構成した導波形の光変調器は、小型、高効率、高
速という特徴がある。
一方、光伝送路の切換えやネットワークの交換機能を
得る手段としては光スイッチが使用される。現在実用さ
れている光スイッチは、プリズム、ミラー、光ファイバ
等を機械的に移動させるものであり、低速であること、
信頼性が不十分、形状が大きくマトリクス化に不適等の
欠点がある。これを解決する手段として開発が進められ
ているものはやはり光導波路を用いた導波形の光スイッ
チであり、高速、多素子の集積化が可能、高信頼等の特
徴がある。
得る手段としては光スイッチが使用される。現在実用さ
れている光スイッチは、プリズム、ミラー、光ファイバ
等を機械的に移動させるものであり、低速であること、
信頼性が不十分、形状が大きくマトリクス化に不適等の
欠点がある。これを解決する手段として開発が進められ
ているものはやはり光導波路を用いた導波形の光スイッ
チであり、高速、多素子の集積化が可能、高信頼等の特
徴がある。
特にニオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶等の強誘電体材
料を用いたものは、光吸収が小さく低損失であること、
大きな電気光学効果を有しているため高効率である等の
特徴があり、従来からも方向性結合形光変調器またはス
イッチ、全反射形光スイッチ等の種々の方式の光制御素
子が報告されている。このような導波形の光制御素子を
実際の光通信システムに適用する場合、低損失、高速性
等の基本的性能と同時に、特に動作の安定性や長期的な
信頼性が実用上不可欠である。
料を用いたものは、光吸収が小さく低損失であること、
大きな電気光学効果を有しているため高効率である等の
特徴があり、従来からも方向性結合形光変調器またはス
イッチ、全反射形光スイッチ等の種々の方式の光制御素
子が報告されている。このような導波形の光制御素子を
実際の光通信システムに適用する場合、低損失、高速性
等の基本的性能と同時に、特に動作の安定性や長期的な
信頼性が実用上不可欠である。
しかし、従来の導波形の光制御デバイスでは、安定
性、信頼性に関しは十分な特性は得られていない。この
ことについて、図面を参照して説明する。
性、信頼性に関しは十分な特性は得られていない。この
ことについて、図面を参照して説明する。
第２図（ａ）及び（ｂ）に従来の光制御デバイスの一
例として方向性結合型光スイッチの平面図及び側面図を
示す。
例として方向性結合型光スイッチの平面図及び側面図を
示す。
又軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム結晶基板１
の上にチタンを拡散して屈折率を基板よりも大きくして
形成した帯状の光導波路２及び３が形成されており、光
導波路２及び３は基板の中央部で互いに数μｍ程度まで
近傍し、方向性結合器４を構成している。また、方向性
結合器４を構成する光導波路上には電極による光吸収を
防ぐためのバッファ膜６を介して制御電極５（識別を容
易にするためハッチングを施した）が形成されている。
の上にチタンを拡散して屈折率を基板よりも大きくして
形成した帯状の光導波路２及び３が形成されており、光
導波路２及び３は基板の中央部で互いに数μｍ程度まで
近傍し、方向性結合器４を構成している。また、方向性
結合器４を構成する光導波路上には電極による光吸収を
防ぐためのバッファ膜６を介して制御電極５（識別を容
易にするためハッチングを施した）が形成されている。
光導波路２に入射した入射光７は方向性結合器４の部
分を伝搬するに従って近接した光導波路３へ除々に光エ
ネルギーが移り、方向性結合器４を通過後は光導波路３
にほぼ100％エネルギーが移って出射光８となる。一
方、制御電極５に電圧を印加した場合、電気光学効果に
より電極下の光導波路の屈折率が変化し、光導波路２と
３を伝搬する導波モードの間に位相速度の不整合が生
じ、両者の間の結合状態は変化する。その結果、光導波
路２から光導波路３への光エネルギーの移動がほぼ０に
なり、光導波路２から出射光９が得られる。
分を伝搬するに従って近接した光導波路３へ除々に光エ
ネルギーが移り、方向性結合器４を通過後は光導波路３
にほぼ100％エネルギーが移って出射光８となる。一
方、制御電極５に電圧を印加した場合、電気光学効果に
より電極下の光導波路の屈折率が変化し、光導波路２と
３を伝搬する導波モードの間に位相速度の不整合が生
じ、両者の間の結合状態は変化する。その結果、光導波
路２から光導波路３への光エネルギーの移動がほぼ０に
なり、光導波路２から出射光９が得られる。
従来、単に温度変化による局部的な電界分布の不均一
性を除く手段として、表面にITO膜やSi膜をコーティン
グし、基板裏面に設置用電極を設ける方法が報告されて
いるが、その場合でもITOやSiの膜自体が周囲環境の影
響を受けやすく、経時的変化が生じやすいことや、電極
の劣化を長期的に防ぐことができないこと等の問題があ
る。また、上述のITO膜やSi膜は成膜条件によって抵抗
値が大きく異なるので、製作時の制御が難しいという欠
点もある。さらに、ITO膜では、水分の吸収があるた
め、長期信頼性に問題がある。
性を除く手段として、表面にITO膜やSi膜をコーティン
グし、基板裏面に設置用電極を設ける方法が報告されて
いるが、その場合でもITOやSiの膜自体が周囲環境の影
響を受けやすく、経時的変化が生じやすいことや、電極
の劣化を長期的に防ぐことができないこと等の問題があ
る。また、上述のITO膜やSi膜は成膜条件によって抵抗
値が大きく異なるので、製作時の制御が難しいという欠
点もある。さらに、ITO膜では、水分の吸収があるた
め、長期信頼性に問題がある。
本発明の目的、は上述した従来の光制御デバイスの欠
点を除去し、特性が長期間にわたって安定でかつ信頼性
が高く、製作の容易な光制御デバイスを提供することに
ある。
点を除去し、特性が長期間にわたって安定でかつ信頼性
が高く、製作の容易な光制御デバイスを提供することに
ある。
本発明の光制御デバイスは、電気光学効果を有する誘
電体結晶基板に形成された光導波路と、この光導波路の
近傍に設けられた電極とを含んで構成される光制御デバ
イスにおいて、少なくとも前記電極の上及び前記電極の
近傍の誘電体上にアモルファス・カーボン膜を形成して
構成されている。
電体結晶基板に形成された光導波路と、この光導波路の
近傍に設けられた電極とを含んで構成される光制御デバ
イスにおいて、少なくとも前記電極の上及び前記電極の
近傍の誘電体上にアモルファス・カーボン膜を形成して
構成されている。
アモルファス・カーボン膜は、化学的に安定であり、
強度も強く、水分を透さないため、電極材料が腐食され
るのを長期間にわたって防ぐことが可能である。また、
アモルファス・カーボン膜の比抵抗は、通常数μｍ〜数
十μｍの間隔で数mm〜数十mmの長さをもつ電極間に挿入
されても、これら電極に接続された駆動回路が影響され
ない程度に十分に高い抵抗値となり、かつ、局所的に蓄
積された電荷を均一化することが可能な104〜105Ω・cm
程度の抵抗値が容易に得られる。また、この抵抗値は従
来のITO膜やSi膜と異なり温度，湿度等の周囲環境に対
しても、また、経時的にも非常に安定である。
強度も強く、水分を透さないため、電極材料が腐食され
るのを長期間にわたって防ぐことが可能である。また、
アモルファス・カーボン膜の比抵抗は、通常数μｍ〜数
十μｍの間隔で数mm〜数十mmの長さをもつ電極間に挿入
されても、これら電極に接続された駆動回路が影響され
ない程度に十分に高い抵抗値となり、かつ、局所的に蓄
積された電荷を均一化することが可能な104〜105Ω・cm
程度の抵抗値が容易に得られる。また、この抵抗値は従
来のITO膜やSi膜と異なり温度，湿度等の周囲環境に対
しても、また、経時的にも非常に安定である。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例である方
向性結合型光スイッチの平面図及び断面図である。
向性結合型光スイッチの平面図及び断面図である。
この実施例は、第２図の従来例と同様に、ニオブ酸リ
チウム結晶板１の上に、チタンを900〜1100℃程度で数
時間熱拡散して、深さ３〜10μｍ程度の光導波路２及び
３が形成されており、基板の中央部で両光導波路2,3は
互いに数μｍまで近傍して方向性結合器４を構成してい
る。
チウム結晶板１の上に、チタンを900〜1100℃程度で数
時間熱拡散して、深さ３〜10μｍ程度の光導波路２及び
３が形成されており、基板の中央部で両光導波路2,3は
互いに数μｍまで近傍して方向性結合器４を構成してい
る。
その上にバッファ膜６を介して制御電極５が形成され
ている。本実施例では、さらにその上にアモルファス・
カーボン膜10がCVD法によりコーティングされている。
その成膜条件（例えば、温度，ガス分圧,CVD速度等）に
対して非常に広範囲で高品質、かつデバイスの安定性に
優れる比抵抗をもつアモルファス・カーボン膜10を再現
性良く得ることができる。
ている。本実施例では、さらにその上にアモルファス・
カーボン膜10がCVD法によりコーティングされている。
その成膜条件（例えば、温度，ガス分圧,CVD速度等）に
対して非常に広範囲で高品質、かつデバイスの安定性に
優れる比抵抗をもつアモルファス・カーボン膜10を再現
性良く得ることができる。
本実施例の方向性結合型光スイッチとしての動作は第
２図の従来例の動作と同じであるが、本実施例の如く制
御電極５上にアモルファス・カーボン膜10をコーティン
グすることにより、長期的に安定で高い信頼性が得られ
る。
２図の従来例の動作と同じであるが、本実施例の如く制
御電極５上にアモルファス・カーボン膜10をコーティン
グすることにより、長期的に安定で高い信頼性が得られ
る。
以上述べたように本発明は、少なくとも電極上及び電
極近傍の誘電体上にアモルファス・カーボン膜を形成す
ることにより、アモルファス・カーボン膜の比抵抗が安
定で水分を吸収しないためパッシベーション膜として大
きな効果があり、従来の光制御デバイスに比べ特性が長
時間にわたって安定で、信頼性が高く、かつ、製作の容
易な光制御デバイスを提供できる効果がある。
極近傍の誘電体上にアモルファス・カーボン膜を形成す
ることにより、アモルファス・カーボン膜の比抵抗が安
定で水分を吸収しないためパッシベーション膜として大
きな効果があり、従来の光制御デバイスに比べ特性が長
時間にわたって安定で、信頼性が高く、かつ、製作の容
易な光制御デバイスを提供できる効果がある。
第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例を示す平面
図及び側面図、第２図（ａ）及び（ｂ）は従来の光制御
デバイスの一例を示す平面図及び断面図である。 １……ニオブ酸リチウム結晶基板、2,3……光導波路、
５……制御電極、６……バッファ層、10……アモルファ
ス・カーボン膜。
図及び側面図、第２図（ａ）及び（ｂ）は従来の光制御
デバイスの一例を示す平面図及び断面図である。 １……ニオブ酸リチウム結晶基板、2,3……光導波路、
５……制御電極、６……バッファ層、10……アモルファ
ス・カーボン膜。
Claims (1)
- 【請求項１】電気光学効果を有する誘電体結晶基板に形
成された光導波路と、この光導波路の近傍に設けられた
電極とを含んで構成される光制御デバイスにおいて、少
なくとも前記電極の上及び前記電極の近傍の誘電体上に
アモルファス・カーボン膜を形成したことを特徴とする
光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2084102A JP2836174B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2084102A JP2836174B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03282520A JPH03282520A (ja) | 1991-12-12 |
| JP2836174B2 true JP2836174B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=13821160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2084102A Expired - Lifetime JP2836174B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2836174B2 (ja) |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2084102A patent/JP2836174B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03282520A (ja) | 1991-12-12 |
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Legal Events
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071009 Year of fee payment: 9 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081009 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091009 Year of fee payment: 11 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091009 Year of fee payment: 11 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101009 Year of fee payment: 12 |