JP2894735B2 - 光回路 - Google Patents
光回路Info
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- JP2894735B2 JP2894735B2 JP1226029A JP22602989A JP2894735B2 JP 2894735 B2 JP2894735 B2 JP 2894735B2 JP 1226029 A JP1226029 A JP 1226029A JP 22602989 A JP22602989 A JP 22602989A JP 2894735 B2 JP2894735 B2 JP 2894735B2
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- 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
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
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- 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
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は基板中に設けた光導波路を用いた光回路に関
し、特に光導波路同士が交差する光回路に関する。
し、特に光導波路同士が交差する光回路に関する。
(従来の技術) 光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量
や多機能を持つ高度のシステムが求められており、光伝
送路の切り替え、交換や数多くの光信号の分配、合流な
ど新たな機能の付加が必要とされている。光伝送路の切
り替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。特に導波形光スイッチ間を基板
上に光導波路からなる光回路で接続し、多数個集積した
マトリクス光スイッチは光信号の切り替え、交換のキー
デバイスである。このような導波形のマトリクス光スイ
ッチを実際の光通信システムに適用する場合、低損失で
あることが実用上不可欠である。すなわちマトリクス光
スイッチを構成する光回路が低損失であることが不可欠
である。
や多機能を持つ高度のシステムが求められており、光伝
送路の切り替え、交換や数多くの光信号の分配、合流な
ど新たな機能の付加が必要とされている。光伝送路の切
り替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。特に導波形光スイッチ間を基板
上に光導波路からなる光回路で接続し、多数個集積した
マトリクス光スイッチは光信号の切り替え、交換のキー
デバイスである。このような導波形のマトリクス光スイ
ッチを実際の光通信システムに適用する場合、低損失で
あることが実用上不可欠である。すなわちマトリクス光
スイッチを構成する光回路が低損失であることが不可欠
である。
(発明が解決しようとする課題) 第2図(a),(b)に従来の光回路の一例として西
本裕らの文献、電子通信情報学会技術報告OQE88−147に
よる8×8マトリックス光スイッチの光回路の平面図を
示す。第2図(a)においてZ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シングルモー
ド光導波路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程度まで近接し、方向
性結合器4を形成している。第2図(a)では前記方向
結合器4が64素子同一基板状に集積されて8×8マトリ
ックス光スイッチを構成している。第2図(b)は各方
向性結合器4間を接続する光導波路2及び8が交差する
領域を拡大した平面図である。この8×8マトリックス
光スイッチの64素子の各方向性結合器型光スイッチにお
いて、方向性結合器4を構成する光導波路上には制御電
極5による光吸収を防ぐためのバッファ層を介して制御
電極5が形成されている。第2図(b)において、光導
波路2に入社した入射光7は方向性結合器4の部分を伝
搬するにしたがって近接した光導波路3へ徐々に光エネ
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、電気工学効果により制
御電極5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。この動作を用いて
導波光の伝搬路の切り替えを行っている。
本裕らの文献、電子通信情報学会技術報告OQE88−147に
よる8×8マトリックス光スイッチの光回路の平面図を
示す。第2図(a)においてZ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シングルモー
ド光導波路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程度まで近接し、方向
性結合器4を形成している。第2図(a)では前記方向
結合器4が64素子同一基板状に集積されて8×8マトリ
ックス光スイッチを構成している。第2図(b)は各方
向性結合器4間を接続する光導波路2及び8が交差する
領域を拡大した平面図である。この8×8マトリックス
光スイッチの64素子の各方向性結合器型光スイッチにお
いて、方向性結合器4を構成する光導波路上には制御電
極5による光吸収を防ぐためのバッファ層を介して制御
電極5が形成されている。第2図(b)において、光導
波路2に入社した入射光7は方向性結合器4の部分を伝
搬するにしたがって近接した光導波路3へ徐々に光エネ
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、電気工学効果により制
御電極5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。この動作を用いて
導波光の伝搬路の切り替えを行っている。
ところでこの8×8マトリックス光スイッチは接続パ
スにより損失に差があるという課題があった。
スにより損失に差があるという課題があった。
前述した文献によればこの接続パスによる損失の違い
は2本の光導波路2及び3の交差部での損失(今後、交
差損失と呼ぶ)に起因することが述べられている。前述
した接続パスの違いによる損失の差は、各接続パスにお
ける2本の光導波路2がび3か交差する交差部の数の違
いに起因している。すなわち前述した文献によれば交差
損失は交差角θが7゜の時、TM偏光に対して0.35dB程度
であり、この時、各接続パスにおいて有する交差部は0
点から15点と異なるためである。従って、有する交差点
が0点と15点の接続パスの間には交差損失だけで約5dB
の損失の差が発生することになる。同時にデバイスの損
失を低減するためにはこの交差損失を低損失化すること
が必要となる。
は2本の光導波路2及び3の交差部での損失(今後、交
差損失と呼ぶ)に起因することが述べられている。前述
した接続パスの違いによる損失の差は、各接続パスにお
ける2本の光導波路2がび3か交差する交差部の数の違
いに起因している。すなわち前述した文献によれば交差
損失は交差角θが7゜の時、TM偏光に対して0.35dB程度
であり、この時、各接続パスにおいて有する交差部は0
点から15点と異なるためである。従って、有する交差点
が0点と15点の接続パスの間には交差損失だけで約5dB
の損失の差が発生することになる。同時にデバイスの損
失を低減するためにはこの交差損失を低損失化すること
が必要となる。
この交差損失はシングルモードで伝搬してきた導波光
が交差部ではマルチモードとなり、交差部を通過後は再
びシングルモードとなるため交差部10でのモード変換、
モード結合及び交差するもう一方の導波路への導波光の
移行などにより発生する。
が交差部ではマルチモードとなり、交差部を通過後は再
びシングルモードとなるため交差部10でのモード変換、
モード結合及び交差するもう一方の導波路への導波光の
移行などにより発生する。
本発明の目的は上述の従来の光回路の欠点を除き、交
差損失の小さい光回路を提供することにある。
差損失の小さい光回路を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明による光回路は、基板上に形成された複数の光
導波路が交差している光回路において、前記光導波路の
交差領域は、前記光導波路が交差し重畳した形状で前記
光導波路と同程度の屈折率を持つ交差部と、前記光導波
路の屈折率より小さく前記交差部と前記光導波路との間
および前記交差部を囲む領域にあってシングルモード化
するための低屈折率領域とからなることを特徴とする。
導波路が交差している光回路において、前記光導波路の
交差領域は、前記光導波路が交差し重畳した形状で前記
光導波路と同程度の屈折率を持つ交差部と、前記光導波
路の屈折率より小さく前記交差部と前記光導波路との間
および前記交差部を囲む領域にあってシングルモード化
するための低屈折率領域とからなることを特徴とする。
(作用) 本発明の光回路は、光導波路同士が交差している交差
部の周辺部の屈折率を光導波路の屈折率より小さくして
いる。発明者の実験によると、交差部をこのような構造
にすることにより交差損失は低減する。すなわち、光導
波路同士を交差させた従来の構造では交差部において実
質的に導波路幅が拡大したことになりモード変換が発生
していたが、交差部の周辺を低屈折率にすることで交差
部でも導波路幅が拡大せずに従来の構造に比べシングル
モードに近づくため、交差部でマルチモード成分が発生
しないか、または、発生してもその割合は小さくなる。
したがって、前述した交差損失の要因であるモード変換
による損失、モード結合による損失及び他方の光導波路
への導波光の以降による損失がそれぞれ減少するため、
交差損失は大幅に低減される。
部の周辺部の屈折率を光導波路の屈折率より小さくして
いる。発明者の実験によると、交差部をこのような構造
にすることにより交差損失は低減する。すなわち、光導
波路同士を交差させた従来の構造では交差部において実
質的に導波路幅が拡大したことになりモード変換が発生
していたが、交差部の周辺を低屈折率にすることで交差
部でも導波路幅が拡大せずに従来の構造に比べシングル
モードに近づくため、交差部でマルチモード成分が発生
しないか、または、発生してもその割合は小さくなる。
したがって、前述した交差損失の要因であるモード変換
による損失、モード結合による損失及び他方の光導波路
への導波光の以降による損失がそれぞれ減少するため、
交差損失は大幅に低減される。
以上のことにより、本発明の光制御デバイスは、従来
に比べて交差部を有する光回路が低損失で得られる。
に比べて交差部を有する光回路が低損失で得られる。
(実施例) 第1図は本発明による光回路の一実施例である光導波
路の交差部の平面図を示す。第2図の例と同様にニオブ
酸リチウム結晶基板1の上にチタンを900〜1100℃程度
で数時間熱拡散して形成された3〜10μm程度の光導波
路2及び3が交差している。交差部分には光導波路と同
程度の高屈折率をもつ島状領域(交差部)10とその周辺
の低屈折率領域11が形成されている。本実施例では交差
部10が光導波路2及び3と0.2〜5μmの幅W2の低屈折
率領域11をもって形成されている。この時この低屈折率
領域11は光導波路2及び3の屈折率より小さくなってい
る。この低屈折率領域11を形成するには光導波路2及び
3を形成するために拡散するチタンのパターンを低屈折
率領域を除いた第1図と同一のパターンにしておく方法
がある。この方法では、低空説率領域11の屈折率はほぼ
結晶基板1と同じとなる。
路の交差部の平面図を示す。第2図の例と同様にニオブ
酸リチウム結晶基板1の上にチタンを900〜1100℃程度
で数時間熱拡散して形成された3〜10μm程度の光導波
路2及び3が交差している。交差部分には光導波路と同
程度の高屈折率をもつ島状領域(交差部)10とその周辺
の低屈折率領域11が形成されている。本実施例では交差
部10が光導波路2及び3と0.2〜5μmの幅W2の低屈折
率領域11をもって形成されている。この時この低屈折率
領域11は光導波路2及び3の屈折率より小さくなってい
る。この低屈折率領域11を形成するには光導波路2及び
3を形成するために拡散するチタンのパターンを低屈折
率領域を除いた第1図と同一のパターンにしておく方法
がある。この方法では、低空説率領域11の屈折率はほぼ
結晶基板1と同じとなる。
その他の方法としてはチタンを拡散する際に低屈折率
領域11を区別せず、低屈折率領域11にもチタンを拡散し
た後に、低屈折率領域11を形成する方法がある。この方
法としては低屈折率領域11にボロンなどをイオン注入し
て屈折率を下げる方法の他、低屈折率領域11の結晶基板
1をイオンビーム法、リアクティブイオンビーム法、リ
アクティブイオン法などのドライエッチング法、また
は、溶液を用いたケミカルエッチング法などのウェット
エッチング法などを用いてエッチングして溝を形成する
方法と溝を形成した後、その溝に光導波路2及び3のよ
り低い屈折率を有する物質を埋め込む方法がある。この
時、低屈折率領域11を形成する溝に埋め込む材料として
は、SiO2,SiON,Si3N4,ZnO2,Al2O3,LiNbO3,InO2,SnO2,Zr
O2,Nb2O5などの光の吸収が小さいものが選ばれる。
領域11を区別せず、低屈折率領域11にもチタンを拡散し
た後に、低屈折率領域11を形成する方法がある。この方
法としては低屈折率領域11にボロンなどをイオン注入し
て屈折率を下げる方法の他、低屈折率領域11の結晶基板
1をイオンビーム法、リアクティブイオンビーム法、リ
アクティブイオン法などのドライエッチング法、また
は、溶液を用いたケミカルエッチング法などのウェット
エッチング法などを用いてエッチングして溝を形成する
方法と溝を形成した後、その溝に光導波路2及び3のよ
り低い屈折率を有する物質を埋め込む方法がある。この
時、低屈折率領域11を形成する溝に埋め込む材料として
は、SiO2,SiON,Si3N4,ZnO2,Al2O3,LiNbO3,InO2,SnO2,Zr
O2,Nb2O5などの光の吸収が小さいものが選ばれる。
具体例として、光導波路2及び3と交差部10を630Å
のチタンを1050℃で8時間拡散することにより形成し、
幅9μmの光導波路2及び3を得た。この時、交差部10
の幅W1は3〜10μmの範囲であればシングルモードを保
つことができる。また、低屈折率領域の幅W2はその屈折
率の大きさにもよるが0.2〜5μmであれば損失をおさ
えることかできる。従来例では交差損失が交差角θが7
゜の時、TM偏光に対して約0.35dBであったのに対し、本
発明による光回路では交差損失は約0.1dBとなり、従来
の光回路に比べ著しく小さくなった。なお、低屈折率領
域は広すぎると、光導波路2及び3と交差部との結合喪
失が大きくなり、逆に狭すぎると交差損失を改善できな
い。一例として、Z−cutLiNnO3基板に第1図に示す光
導波路2,3及び交差部10と同様のパターンで交差角を7
゜とし、Tiを拡散したときの低屈折領域の幅W2と交差損
失の関係を第3図に示す。このとき光導波路製作条件
は、Ti幅9μm、Ti膜厚630Å、拡散温度1050℃、拡散
時間8時間である。なお、この図は、ほんの一例であ
り、製作条件等により変わるので、低屈折率領域の幅の
設定は適宜行う。
のチタンを1050℃で8時間拡散することにより形成し、
幅9μmの光導波路2及び3を得た。この時、交差部10
の幅W1は3〜10μmの範囲であればシングルモードを保
つことができる。また、低屈折率領域の幅W2はその屈折
率の大きさにもよるが0.2〜5μmであれば損失をおさ
えることかできる。従来例では交差損失が交差角θが7
゜の時、TM偏光に対して約0.35dBであったのに対し、本
発明による光回路では交差損失は約0.1dBとなり、従来
の光回路に比べ著しく小さくなった。なお、低屈折率領
域は広すぎると、光導波路2及び3と交差部との結合喪
失が大きくなり、逆に狭すぎると交差損失を改善できな
い。一例として、Z−cutLiNnO3基板に第1図に示す光
導波路2,3及び交差部10と同様のパターンで交差角を7
゜とし、Tiを拡散したときの低屈折領域の幅W2と交差損
失の関係を第3図に示す。このとき光導波路製作条件
は、Ti幅9μm、Ti膜厚630Å、拡散温度1050℃、拡散
時間8時間である。なお、この図は、ほんの一例であ
り、製作条件等により変わるので、低屈折率領域の幅の
設定は適宜行う。
なお、本発明による光回路を作成する光導波路はニオ
ブ酸リチウム結晶規範にチタンを拡散したものに限定さ
れず、ガラス基板やニオブ酸リチウムを用いたプロトン
交換光導波路、サファイア、Si基板上に形成する石英系
導波路など全ての光回路に適用できるのは明らかであ
る。
ブ酸リチウム結晶規範にチタンを拡散したものに限定さ
れず、ガラス基板やニオブ酸リチウムを用いたプロトン
交換光導波路、サファイア、Si基板上に形成する石英系
導波路など全ての光回路に適用できるのは明らかであ
る。
(発明の効果) 以上述べたように、本発明による光回路は、従来の光
回路に比べ低損失な光回路を得ることができる。
回路に比べ低損失な光回路を得ることができる。
第1図は本発明による光回路の一例を示す平面図、第2
図は従来の光回路の一例を示す平面図、第3図は、低屈
折率領域の幅と交差損失はの関係を示す図である。 図において、 1……ニオブ酸リチウム結晶基板、2,3……光導波路、
4……方向性結合器、5……制御電極、6……バッファ
層、7……入射光、8,9……出射光、10……交差部、11
……低屈折率領域である。
図は従来の光回路の一例を示す平面図、第3図は、低屈
折率領域の幅と交差損失はの関係を示す図である。 図において、 1……ニオブ酸リチウム結晶基板、2,3……光導波路、
4……方向性結合器、5……制御電極、6……バッファ
層、7……入射光、8,9……出射光、10……交差部、11
……低屈折率領域である。
Claims (4)
- 【請求項1】基板上に形成された複数の光導波路が交差
している光回路において、前記光導波路の交差領域は、
前記光導波路が交差し重畳した形状で前記光導波路と同
程度の屈折率を持つ交差部と、前記光導波路の屈折率よ
り小さく前記交差部と前記光導波路との間および前記交
差部を囲む領域にあってシングルモード化するための低
屈折率領域とからなることを特徴とする光回路。 - 【請求項2】前記基板がLiNbO3基板であり、前記光導波
路は前記基板にTiが拡散されたものであり、前記低屈折
率領域はTi拡散されていない領域あるいはイオン注入に
より形成された領域であることを特徴とする請求項1記
載の光回路。 - 【請求項3】前記基板がLiNbO3基板であり、前記光導波
路は前記基板にTiが拡散されたものであり、前記低屈折
率領域は前記LiNbO3基板に掘られた溝に前記光導波路の
屈折率より小さい材料が埋め込まれていることを特徴と
する請求項1記載の光回路。 - 【請求項4】前記光導波路は石英系材料を用いることを
特徴とする請求項1記載の光回路。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1226029A JP2894735B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 光回路 |
EP19900116568 EP0415386A3 (en) | 1989-08-30 | 1990-08-29 | Optical waveguide circuit with intersections |
CA002024259A CA2024259C (en) | 1989-08-30 | 1990-08-29 | Optical waveguide circuit with intersections |
US07/574,871 US5157756A (en) | 1989-08-30 | 1990-08-30 | Optical waveguide circuit with intersections |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1226029A JP2894735B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 光回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0387704A JPH0387704A (ja) | 1991-04-12 |
JP2894735B2 true JP2894735B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=16838662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1226029A Expired - Lifetime JP2894735B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 光回路 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5157756A (ja) |
EP (1) | EP0415386A3 (ja) |
JP (1) | JP2894735B2 (ja) |
CA (1) | CA2024259C (ja) |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5305412A (en) * | 1992-12-14 | 1994-04-19 | Xerox Corporation | Semiconductor diode optical switching arrays utilizing low-loss, passive waveguides |
ES2074937B1 (es) * | 1993-03-16 | 1998-02-16 | Univ Madrid Autonoma | Procedimiento para la fabricacion de guias de onda opticas para el indice de refraccion ordinario del linbo3. |
US5544268A (en) * | 1994-09-09 | 1996-08-06 | Deacon Research | Display panel with electrically-controlled waveguide-routing |
US5970186A (en) * | 1997-03-11 | 1999-10-19 | Lightwave Microsystems Corporation | Hybrid digital electro-optic switch |
US6144779A (en) * | 1997-03-11 | 2000-11-07 | Lightwave Microsystems Corporation | Optical interconnects with hybrid construction |
US6022671A (en) * | 1997-03-11 | 2000-02-08 | Lightwave Microsystems Corporation | Method of making optical interconnects with hybrid construction |
US5894535A (en) * | 1997-05-07 | 1999-04-13 | Hewlett-Packard Company | Optical waveguide device for wavelength demultiplexing and waveguide crossing |
US6134043A (en) * | 1998-08-11 | 2000-10-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Composite photonic crystals |
US6198860B1 (en) | 1998-09-22 | 2001-03-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical waveguide crossings |
WO2000028355A2 (en) | 1998-11-10 | 2000-05-18 | Lightwave Microsystems Corporation | Photonic devices comprising thermo-optic polymer |
US7058245B2 (en) | 2000-04-04 | 2006-06-06 | Waveguide Solutions, Inc. | Integrated optical circuits |
US6810176B2 (en) | 2000-08-07 | 2004-10-26 | Rosemount Inc. | Integrated transparent substrate and diffractive optical element |
US7003187B2 (en) | 2000-08-07 | 2006-02-21 | Rosemount Inc. | Optical switch with moveable holographic optical element |
US6684008B2 (en) | 2000-09-01 | 2004-01-27 | The University Of British Columbia | Planar photonic bandgap structures for controlling radiation loss |
US6697552B2 (en) | 2001-02-23 | 2004-02-24 | Lightwave Microsystems Corporation | Dendritic taper for an integrated optical wavelength router |
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