JP2898066B2 - Optical device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光通信および光計測用などの光信号処理デバ
イスに係わり、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
ングし、かつ送信受信することのできる導波路形光デバ
イスに関するものである。この光デバイスは光CATV、光
LANおよび光集中管理測定システムなどへの応用が可能
である。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. 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 capable of switching without any change and transmitting and receiving. This optical device is optical CATV, optical
It can be applied to LAN and centralized optical measurement system.
[発明の概要] 本発明は、シングルモード光フィアバにより伝送され
た光をその光信号のままスイッチングすることのできる
デバイスに関し、LiNbO3、LiTaO3などの基板上に分岐干
渉形変調部と少なくとも一つの非対称分岐路とを有し、
該光変調部を構成する二つの分岐路の一方もしくは両方
に印加電界に依存しない透過屈折率制御部を設け、また
さらに入出力端のいずれかに反射部および受光部を具備
したことを特徴とする光導波路デバイス構成により、任
意の偏光面をもつ光を変調し、さらに受光および送信機
能を備える素子を容易に作製可能ならしめるとともに、
低電圧駆動、受信SN比の向上、反射量の電圧可変、相補
出力および広帯域受信等を可能にするものである。[Summary of the Invention] The present invention relates to a device capable of switching light transmitted by a single mode optical fiber as it is as an optical signal, and includes at least one branch interference type modulator on a substrate such as LiNbO 3 or LiTaO 3. And two asymmetrical forks,
A transmission refractive index control unit independent of an applied electric field is provided on one or both of the two branch paths constituting the light modulation unit, and further, a reflection unit and a light reception unit are provided on any of the input / output terminals. With the optical waveguide device configuration to modulate light having an arbitrary polarization plane, it is possible to easily manufacture an element having a light receiving and transmitting function,
It enables low-voltage driving, improvement of the reception SN ratio, variable reflection voltage, complementary output, wideband reception, and the like.
[従来の技術] 反射部を備えた反射型の光スイッチの例はほとんどな
く、反射部に波長フィルターを設けた素子があるだけで
ある(文献:E.J.MURPHY,J.OCENASEK,C.R.SANDAHL,R.J.L
ISCO,AND Y.C.CHEN;“Simultaneous Singl−Fiber Tran
s−mission of Video Bidirectinal Voice/Data Using
LiNbO3 Guided−Wave Devices,“Journal of lightwave
technology,vol.6,No.6 June 1988参照)。第11図は従
来の光スイッチを示したもので、Zcut−LiNbO3基板1に
光導波路2,2′が設けられ、基板結晶のZ軸方向に電界
を印加するための電極3および反射部4が設けられてい
る。光導波路2,2′は互いに接近し、光方向性結合器を
構成し、電極3への電圧の印加の有無によって受光部5
への光入力をオン・オフさせる。すなわち、この光デバ
イスは偏光無依存性光スイッチとして動作する。[Prior art] There are few examples of a reflection type optical switch having a reflection unit, and there is only an element having a wavelength filter in the reflection unit (Reference: EJMURPHY, J. OCENASEK, CRSANDAHL, RJL)
ISCO, AND YCCHEN; “Simultaneous Singl-Fiber Tran
s-mission of Video Bidirectinal Voice / Data Using
LiNbO3 Guided-Wave Devices, “Journal of lightwave
technology, vol. 6, No. 6 June 1988). FIG. 11 shows a conventional optical switch, Zcut-LiNbO 3 optical waveguide 2, 2 'is provided on the substrate 1, electrode 3 and the reflecting portion 4 for applying an electric field in the Z-axis direction of the substrate crystal Is provided. The optical waveguides 2 and 2 'approach each other to form an optical directional coupler.
Turn on / off the optical input to That is, the optical device operates as a polarization independent optical switch.
[発明が解決しようとする課題] 方向性結合形において偏光無依存性光スイッチング動
作を実現する場合、完全なクロス状態を実現するために
は、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作成精度が要求
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。前述した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。[Problems to be Solved by the Invention] When a polarization-independent optical switching operation is realized in the directional coupling type, in order to realize a complete cross state, the shape (phase constant) of the optical waveguide and the coupling strength are required. , It is necessary to precisely match the three parameters of the length of the connection, which requires strict production conditions and high production accuracy. Further, the characteristics change depending on the difference in light wavelength and temperature. Each of the above-described directional coupling type polarization independent optical switches has drawbacks such as strict production conditions and a high operating voltage of 30 to 70V.
本発明はこのような従来の欠点を解決し、簡単な構成
を有し、しかも低電圧で偏光に依存せずに光のスイッチ
ングおよび変調ができ、さらに送信および受光機能を備
えた光デバイスを提供することを目的とする。The present invention provides an optical device that solves the conventional drawbacks described above, has a simple configuration, can switch and modulate light at low voltage without depending on polarization, and further has a transmitting and receiving function. The purpose is to do.
[課題を解決するための手段] かかる目的を達成するために、本発明は基板上に形成
され、非対称分岐路と分岐干渉形光変調部とを有する光
導波路と、該光変調部を構成する二つの分岐路に電界を
印加してスイッチング動作を行わせるための電極と、前
記二つの分岐路の少なくとも一方に設けられた前記印加
電圧に依存しない等価屈折率制御部と、前記光導波路の
入力および出力端のいずれか一方に設けられた受光部お
よび反射部を具備したことを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention comprises an optical waveguide formed on a substrate and having an asymmetric branch path and a branch interference type optical modulator, and the optical modulator. An electrode for applying an electric field to the two branches to perform a switching operation; an equivalent refractive index control unit provided on at least one of the two branches and independent of the applied voltage; and an input to the optical waveguide. And a light receiving section and a reflection section provided at one of the output end and the output end.
[作用] 本発明による光デバイスは光導波路の構成として非対
称分岐路(分岐した二つの光導波路の等価屈折率が異な
る非対称分岐路と分岐干渉形光変調部とが設けられてお
り、この光変調部を構成する二つの分岐路の一方もしく
は両方に印加電界に依存しない等価屈折率制御部が設け
られ、さらに入出力端のいずれかに反射部および受光部
を具備したものである。[Operation] The optical device according to the present invention is provided with an asymmetrical branch (an asymmetrical branch having different equivalent refractive indices of two branched optical waveguides and a branch interference type optical modulator) as optical waveguides. An equivalent refractive index controller which does not depend on an applied electric field is provided on one or both of the two branch paths constituting the unit, and a reflection unit and a light receiving unit are provided on any of the input / output terminals.
第1図はこのような本発明の構成の一例を示す図であ
る。光導波路2は点Pにおいて分岐している。分岐光導
波路2A,2Bの平行部分の両側および中間には電極3が設
けられている。光導波路2A,2Bは点Oにおいて交差し、
その延長上に光導波路2C,2Dが形成されている。光導波
路2A,2Bの間隔は広く、方向性結合器は構成されず、入
射側から点Oに至る部分で分岐干渉形光変調部6が構成
される。光導波路2Cと2Dとはその等価屈折率が異なり、
点Oの左右において非対称X分岐路7が、点Oから出射
側で非対称分岐路8が構成される。この例では2C,2Dの
幅を変えて等価屈折率を変化させる例を示してあるが、
非対称分岐路の形成法はこれに限られない。光導波路2C
および2Dの出射端にはそれぞれ反射部4および受光部5
が設けられ、光導波路2Bには等価屈折率制御部9が設け
られている。この等価屈折率制御部9については後に詳
しく説明する。反射部4および受光部5が、図示と逆に
それぞれ光導波路2Dおよび2Cの出射端入力けられていて
もよく、等価屈折率制御部9が光導波路2Aに、あるいは
2Aおよび2Bの双方に設けられていてもよい。FIG. 1 is a diagram showing an example of such a configuration of the present invention. The optical waveguide 2 branches at a point P. Electrodes 3 are provided on both sides and in the middle of the parallel portions of the branch optical waveguides 2A and 2B. The optical waveguides 2A and 2B intersect at point O,
Optical waveguides 2C and 2D are formed on the extension. The distance between the optical waveguides 2A and 2B is wide, and a directional coupler is not formed. A branch interference type optical modulator 6 is formed at a portion from the incident side to the point O. The optical waveguides 2C and 2D have different equivalent refractive indices,
An asymmetric X branch 7 is formed on the left and right of the point O, and an asymmetric branch 8 is formed on the emission side from the point O. In this example, an example is shown in which the equivalent refractive index is changed by changing the width of 2C and 2D.
The method of forming the asymmetric branch path is not limited to this. Optical waveguide 2C
And the 2D output end are respectively provided with a reflecting section 4 and a light receiving section 5
Is provided, and an equivalent refractive index controller 9 is provided in the optical waveguide 2B. The equivalent refractive index controller 9 will be described later in detail. The reflecting section 4 and the light receiving section 5 may be connected to the output ends of the optical waveguides 2D and 2C, respectively, contrary to the illustration, and the equivalent refractive index control section 9 may be connected to the optical waveguide 2A or
It may be provided in both 2A and 2B.
第2図は本発明の他の構成例を示したもので、入力側
を非対称分岐路8とし、出力側を反射型の分岐干渉形光
変調部6′とし、光導波路2A,2Bの出射端に反射部4Aを
設けたものである。反射部4Aは入射光の一部を透過して
受光部5へ導き、一部は反射して導波路2C,2Dへもど
す。FIG. 2 shows another configuration example of the present invention, in which the input side is an asymmetric branch path 8, the output side is a reflection-type branch interference type optical modulator 6 ', and the output ends of the optical waveguides 2A and 2B. Provided with a reflection section 4A. The reflecting portion 4A transmits a part of the incident light and guides it to the light receiving portion 5, and reflects a part of the incident light and returns it to the waveguides 2C and 2D.
従来の構成ではこの等価過屈折率制御部を有せず、電
気光学効果だけで位相を制御しているので、方向性光結
合器の構造としなければ偏光無依存性の光スイッチがで
きなかった。本発明においては、等価屈折率制御部によ
りすなわち変調部の二つの光導波路のうち一方または両
方の等価屈折率を一部変えることにより、偏光に依存す
ることなくスイッチングが可能となる。また本発明で
は、さらに反射部並びに受光部を備えていることによ
り、送信源としての光源を必要とせずに、送受信が可能
となる。The conventional configuration does not have this equivalent over-refractive-index control unit and controls the phase only by the electro-optic effect, so a polarization-independent optical switch could not be achieved without using a directional optical coupler structure. . In the present invention, switching can be performed without depending on polarization by changing the equivalent refractive index of one or both of the two optical waveguides of the modulation unit by the equivalent refractive index control unit. In addition, in the present invention, by further providing the reflection unit and the light receiving unit, transmission and reception can be performed without requiring a light source as a transmission source.
第1図に示した構造ではスイッチングによって光は非
対称分岐路の二つの光路に切り替えられることになる
が、このとき光が反射部を備える光路に導かれた場合に
は、光は反射部により反射され、もと来た導波路をたど
り入射端に戻る。一方反射部のない光路に導かれた場合
には、反射されずに受光部にて受光される。したがって
一方で受光部5にはスイッチング動作に従った信号が入
り、他方ではスイッチング動作により戻り光が強度変調
され、送信信号として利用されることになる。この場合
変調しない時には光は100%受光部に入るので受信信号
のSN比が向上する。また受光部はひとつの単一モード導
波路に直接結合し受光面積を小さくできるため、広帯域
信号(2GHz以上)の受信が可能である。また反射量は反
射部を構成する材料の反射率でも変えられるが、本素子
の特徴は、駆動電圧により反射量を任意に変化し得るこ
とが可能である。In the structure shown in FIG. 1, the light is switched to two optical paths of the asymmetric branch path by the switching. At this time, when the light is guided to the optical path including the reflection part, the light is reflected by the reflection part. Then, it follows the original waveguide and returns to the incident end. On the other hand, when the light is guided to an optical path having no reflecting portion, the light is received by the light receiving portion without being reflected. Therefore, on the one hand, a signal according to the switching operation enters the light receiving unit 5, and on the other hand, the return light is intensity-modulated by the switching operation and used as a transmission signal. In this case, when no modulation is performed, 100% of the light enters the light receiving section, so that the SN ratio of the received signal is improved. In addition, since the light receiving section can be directly coupled to one single mode waveguide to reduce the light receiving area, it is possible to receive a broadband signal (2 GHz or more). Although the amount of reflection can be changed by the reflectance of the material forming the reflecting portion, the feature of the present element is that the amount of reflection can be arbitrarily changed by the drive voltage.
第2図に示した構成の場合には、反射部4Aで反射され
た反射光はスイッチング動作により非対称分岐路の二つ
の光路に切り替えられるので、反射光は送信信号として
利用できる。この場合、導波路2C,2Dへの出力はオン,
オフが互いに逆となる相補出力が得られるので、本素子
を従属接続して信号のやり取りが可能であり、光LAN、
光CATV等の応用が可能である。一方受光部5へ出力する
出射光はスイッチング動作と関係なく、信号光がそのま
ま受光される。In the case of the configuration shown in FIG. 2, the reflected light reflected by the reflector 4A is switched to two optical paths of an asymmetric branch path by a switching operation, and the reflected light can be used as a transmission signal. In this case, the outputs to the waveguides 2C and 2D are on,
Complementary outputs that turn off each other are obtained, so this element can be connected in cascade to exchange signals,
Applications such as optical CATV are possible. On the other hand, the outgoing light output to the light receiving unit 5 receives the signal light as it is regardless of the switching operation.
次に本素子の偏光に依存しないスイッチング動作原理
について詳述する。Next, the principle of switching operation of the present device that does not depend on polarization will be described in detail.
1.動作原理 非対称分岐路は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は二つの光導波路
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である。さらに等価屈
折率制御部は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の光スイッチング動作を実
現することができる。等価屈折率制御部および電圧印加
時のTE/TMモード光の位相変化θE,θMは一般に θE=a+αV θM=b+βV と表わされる。a,bは等価屈折率制御部によるTEモード
光およびTMモード光の位相変化分で、各式の右辺第2項
は電圧(V)印加に基づ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分岐路を構成する一方の光導波路
の光出力PoはPiを入力光強度とすると、 Po=Pisin2(θ/2) で与えられる。また他方の光導波路の光出力Po′は Po′=Picos2(θ/2) で与えられる。1. Principle of Operation The asymmetric branch is for separating the fundamental and first-order mode light generated at the X intersection O into a thick optical waveguide and a thin optical waveguide, respectively, and the branch interference type optical modulator is divided into two optical waveguides. This is because the light waves interfere with each other at the intersection O to generate the fundamental and first-order mode light. Further, the equivalent refractive index controller gives a certain 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 switching operation can be realized. The phase changes θ E and θ M of the TE / TM mode light when the equivalent refractive index controller and the voltage are applied are generally expressed as θ E = a + αV θ M = b + βV. a and b are phase changes of the TE mode light and the TM mode light by the equivalent refractive index control unit, and 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. The optical output P o of one of the optical waveguides constituting the asymmetric branch of the optical device of the present invention is given by P o = P i sin 2 (θ / 2) where P i is the input light intensity. And the other optical waveguide optical output P o 'is P o' is given by = P i cos 2 (θ / 2).
ただし、θ=θEあるいはθM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曲線は
等価屈折率制御部の位相変化分a,bに依存する。Here, θ = θ E or θ M. Therefore, the light output versus applied voltage characteristic curve of this device for TE / TM mode light depends on the phase changes a and b of the equivalent refractive index controller.
一例として第1図の構成においてLiNbO3結晶のX軸に
沿って光を伝搬させ、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。こ
の場合 α:β=ne 3r33:no 3r13≒2.9:1 (ただし、no,neはLiNbO3結晶の常屈折率および異常屈
折率、r33,r13は電気光学係数(ポッケルス定数)であ
る)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)に示される
ようになる。αとβはほぼ整数比の関係にあるため、等
価屈折率制御部を適当に構成して、第3図(b)に示す
ようにTE,TMモード光の強度の最小点がほぼ一致するよ
うに前記a,bを制御すれば、偏光無依存性な光スイッチ
ング動作となる。また第1図に示した素子構成におい
て、LiNbO3結晶のZ軸方向に光を伝搬し、結晶のY軸方
向に電界を印加する素子では、比例定数αおよび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。いま等価屈折率制御
部を適当に構成して第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
性な光スイッチング動作となる。この素子構成の特徴
は、印加電界により非対称分岐路の各出力を連続的に変
化させることができることである。The operation of the device according to the present invention will be described by taking as an example a 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. In this case α: β = n e 3 r 33: n o 3 r 13 ≒ 2.9: 1 ( although, n o, n e is ordinary index of refraction and the extraordinary refractive index of LiNbO 3 crystal, r 33, r 13 is the electro-optical (A Pockels constant), the optical output versus applied voltage characteristics of the TE mode light and the TM mode light are generally as shown in FIG. 3 (a). Since α and β have a relationship of almost an integer ratio, the equivalent refractive index control unit is appropriately configured so that the minimum points of the intensity of the TE and TM mode light substantially match as shown in FIG. 3 (b). By controlling a and b above, an optical switching operation independent of polarization can be achieved. In the device configuration shown in FIG. 1, in a device in which light propagates in the Z-axis direction of the LiNbO 3 crystal and an electric field is applied in the Y-axis direction of the crystal, the proportional constants α and β have the same size and only the sign. Include different electro-optic coefficients, β = −α, and the light output versus applied voltage characteristic is
The periods match as shown in FIG. Now, the equivalent refractive index control unit is appropriately constructed, and as shown in FIG.
If a phase difference of = ± 2Nπ (N is an integer) is given, a polarization-independent optical switching operation is performed. The feature of this element configuration is that each output of the asymmetric branch path can be continuously changed by the applied electric field.
これらの位相差を与えるための等価屈折率制御部の具
体的な構成はたとえば以下の通りである。A specific configuration of the equivalent refractive index control unit for providing these phase differences is, for example, as follows.
1)分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導波路の長
さを互いに異ならせる。1) The lengths of the two optical waveguides constituting the branch interference type optical modulator are made different from each other.
2)分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導波路の屈
折率を全長にわたって、またはその一部において互いに
異ならせる。2) The refractive indices of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator are different from each other over the entire length or a part thereof.
3)分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導波路の幅
を全長にわたって、またはその一部において互いに異な
らせる。3) The widths of the two optical waveguides forming the branch interference type optical modulator are different from each other over the entire length or a part thereof.
4)分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導波路の一
方もしくは両方の一部に、光導波路の屈折率より小さい
屈折率をもち、透明な絶縁材料を装荷して二つの光導波
路の等価屈折率を互いに異ならせる。4) Equivalent to the two optical waveguides having a refractive index smaller than the refractive index of the optical waveguide in one or both of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator by loading a transparent insulating material. Different refractive indices.
などの方法があり、さらに、上述した方法を組合せる
こともできる。導波路の屈折率は、LiNbO3やLiTaO3を基
板として用いる時は、一般には導波路中へのTiの拡散量
によって制御される。導波路を形成するためのTi膜の厚
さまたは幅,またはその両方を変えることによって導波
路の屈折率および幅の一方または両方を制御することが
できる。And the like, and the above-described methods can be combined. When LiNbO 3 or LiTaO 3 is used as a substrate, the refractive index of the waveguide is generally controlled by the diffusion amount of Ti into the waveguide. By changing the thickness and / or width of the Ti film for forming the waveguide, one or both of the refractive index and the width of the waveguide can be controlled.
1)〜3)の方法は一般に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。4)の方法は、
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1)〜4)の方法を組合せることにより、
零バイアス動作の偏光に依存しない光スイッチング動作
を実現することが可能である。例えば、前述の第1図に
示した構成において、LiNbO3結晶のZ軸方向に光を伝搬
し、この結晶の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
満たすように等価屈折率制御部を適当に構成することで
得られる。The methods 1) to 3) can generally give an appropriate phase change amount to TE / TM mode light. Method 4) is
In particular, a large phase change can be given to TM mode light. By combining the methods 1) to 4),
It is possible to realize an optical switching operation that does not depend on the polarization of the zero bias operation. For example, in the configuration shown in FIG. 1 described above, in an element that propagates light in the Z-axis direction of a LiNbO 3 crystal and applies an electric field in the Y-axis direction of the crystal, a
It can be obtained by appropriately configuring the equivalent refractive index controller so as to satisfy both conditions of + b = ± 2Nπ and a = π / 2 ± 2Mπ (M is an integer).
なお、非対称Y分岐路も上述した等価屈折率制御部の
構成と全く同様にして構成することができる。It should be noted that the asymmetric Y-branch can be configured in exactly the same manner as the configuration of the equivalent refractive index control unit described above.
2.実施例 ここでは基板材料にLiNbO3結晶を使用し、第1図に示
した構成、より詳しくは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Li
NbO3素子上に構成した本発明による光スイッチについて
述べる。2. Embodiment Here, a LiNbO 3 crystal is used as a substrate material, light is propagated in the Z-axis direction of the configuration shown in FIG. 1, more specifically, the LiNbO 3 crystal, and an electric field is applied in the Y-axis direction. So-called Z-axis propagation Li
An optical switch according to the present invention configured on an NbO 3 element will be described.
第5図に示すように、LiNbO3基板11に形成された光導
波路2は点Pで導波路2A,2Bに分岐して分岐干渉形光変
調部を構成する。導波路2A,2Bは点Oにおいて交差して
非対称分岐路を形成し、その一方の導波路2Cの端部には
反射部4が設けられ、他方の導波路2Dには受光部5が接
続されている。光変調部の導波路2A,2Bの両側およびそ
の中間には電極3が設けられ、さらに等価屈折率制御部
としてクラッド層10が設けられている。このクラッド層
10は上述した等価屈折率制御部を構成するための第4の
方法に対応するもので、フォトレジスト(屈折率n=1.
61)を塗布し、加熱固化して透明クラッド層10としたも
のである。As shown in FIG. 5, the optical waveguide 2 formed on the LiNbO 3 substrate 11 branches at the point P into the waveguides 2A and 2B to form a branch interference type optical modulator. The waveguides 2A and 2B intersect at a point O to form an asymmetrical branch. A reflection section 4 is provided at one end of the waveguide 2C, and a light receiving section 5 is connected to the other waveguide 2D. ing. Electrodes 3 are provided on both sides of the waveguides 2A and 2B of the light modulation section and in the middle thereof, and a cladding layer 10 is provided as an equivalent refractive index control section. This cladding layer
Reference numeral 10 corresponds to a fourth method for forming the above-described equivalent refractive index control unit, and includes a photoresist (refractive index n = 1.
61) is applied and solidified by heating to form the transparent cladding layer 10.
第6図はレジスタ長lと、受光部5で受光したTEモー
ドとTMモードの静的位相差(Δφ=a+b)との関係を
示し、直線Aは第5図の分岐干渉形変調部を構成する二
つの光導波路の下側の光導波路2Bに、直線Bは上側の光
導波路2Aにそれぞれ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。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二つの光導波路2A,2
Bの分岐長の違いによるもので上述した1)の構成を予
め施したことに相当する。いずれにしてもレジスト長を
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すわちl=6mm(第5図におい
て、二つの分岐路のうち上側の光導波路2Aに長さ6mmの
レジストを装荷)のとき偏光に依存しない光スイッチが
できる。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分岐路の各導波路(2C,2D)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。すなわち偏光に依存しな
い光スイッチとして動作していることが分かる。半波長
電圧が16Vと低いことが分かる。このようにZ軸伝搬素
子構成では低電圧で駆動できる偏光に依存しない光スイ
ッチング動作が容易に得られる。FIG. 6 shows the relationship between the register length l and the static phase difference (Δφ = a + b) between the TE mode and the TM mode received by the light receiving section 5, and a straight line A constitutes the branch interference type modulation section shown in FIG. The straight line B shows the characteristics when the resist is loaded on the lower optical waveguide 2B, and the straight line B shows the characteristics when the resist is loaded on the upper optical waveguide 2A. Each of them changes almost linearly. Even when the resist is not loaded, there is a static phase difference (about 0.7π), which is caused by the two optical waveguides 2A and 2 constituting the branch interference type optical modulator.
This is due to the difference in the branch length of B, and is equivalent to applying the above-described configuration 1) in advance. In any case, a polarization-independent optical switch can be constructed by appropriately selecting the resist length. When the phase difference Δφ = 0, that is, l = 6 mm (in FIG. 5, the upper optical waveguide 2A of the two branch paths is loaded with a resist having a length of 6 mm), an optical switch independent of polarization can be formed. FIG. 7 shows TE mode light and TM when l = 6 mm.
9 is a graph showing light output versus applied voltage characteristics of each waveguide (2C, 2D) of the asymmetric branch for mode light. It shows almost the same characteristics for both TE / TM mode light. That is, it is understood that the optical switch operates as an optical switch independent of polarization. It can be seen that the half-wave voltage is as low as 16V. As described above, in the Z-axis propagation element configuration, an optical switching operation that can be driven at a low voltage and does not depend on polarization can be easily obtained.
第5図において、基板として、LiNbO3にかえ、LiTaO3
を用いても効果は同様である。In Figure 5, as the substrate, LiNbO 3 Nikae, LiTaO 3
The effect is the same even if is used.
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施例1 第8図に本発明による光デバイスの一実施例を示す。
この実施例は先に示した第1図および第5図の構成に対
応するデバイスである。スイッチング動作をさせるため
の電極および等価屈折率制御部の図示を省略してある
が、これらはすでに説明したとおりである。なお、後の
実施例においても、電極,等価屈折率制御部は図示が省
略されている。Embodiment 1 FIG. 8 shows an embodiment of the optical device according to the present invention.
This embodiment is a device corresponding to the configuration shown in FIGS. 1 and 5. Although the electrodes for performing the switching operation and the equivalent refractive index controller are not shown, they are as described above. In the following embodiments, the electrodes and the equivalent refractive index controller are not shown.
本実施例は入射端にシングルモード光ファイバ12が、
非対称分岐路の出射端の一方には、pin−PD(ホトダイ
オード)やAPD(アバランシェホトダイオード)等のホ
トダイオード13が取り付けられ、他方には厚いAl蒸着膜
などによる完全反射膜14が取り付けられている。従っ
て、先に説明したように、ホトダイオード13には図示し
ない電極への電圧印加によるスイッチング動作に応じた
信号が出力され、一方、入射側から強度変調された光を
取り出すことができる。In the present embodiment, a single mode optical fiber 12 is
A photodiode 13 such as a pin-PD (photodiode) or an APD (avalanche photodiode) is attached to one of the emission ends of the asymmetric branch path, and a complete reflection film 14 such as a thick Al vapor-deposited film is attached to the other. Therefore, as described above, a signal corresponding to the switching operation by applying a voltage to an electrode (not shown) is output to the photodiode 13, while the intensity-modulated light can be extracted from the incident side.
実施例2 第9図に本発明による光デバイスの他の実施例を示
す。この実施例は入力側に非対称分岐路を有し、完全反
射膜14と非対称分岐路との間に反射形の分岐干渉形光変
調部を構成した構造である。第2図について説明したよ
うに、入射用の単一モード光ファイバ12および出射用の
単一モードまたはマルチモード光ファイバ15には、それ
ぞれ、オン,オフが逆の相補出力が出射される。変調部
が反射形の分岐干渉形光変調部となっており、駆動電圧
が大幅に低減できる。Embodiment 2 FIG. 9 shows another embodiment of the optical device according to the present invention. This embodiment has a structure in which an asymmetric branch path is provided on the input side, and a reflection-type branch interference type light modulator is formed between the perfect reflection film 14 and the asymmetric branch path. As described with reference to FIG. 2, complementary outputs whose ON and OFF are opposite to each other are emitted from the single-mode optical fiber 12 for incidence and the single-mode or multi-mode optical fiber 15 for emission. The modulation section is a reflection-type branch interference type light modulation section, and the driving voltage can be greatly reduced.
本実施例では非対称分岐路の間隔は僅か100μm以下
であるため、ホトダイオード13へはシングルモードまた
はマルチモード光ファイバ15で出力光を導いた構成とし
ている。In this embodiment, since the interval between the asymmetric branch paths is only 100 μm or less, the output light is guided to the photodiode 13 by the single mode or multimode optical fiber 15.
実施例3 第10図に本発明の他の実施例を示す。本実施例は第2
図に示した構成に対応する例である。すなわち、反射部
として、薄いAl蒸着膜14Aを用い、あるいは結晶端面そ
のものを反射面として用い、入射光の一部を反射し、一
部を透過して反射膜14Aの直後に設けられたホトダイオ
ード13に導く。入射側の非対称分岐路端には単一モード
光ファイバ12,12Aが取り付けられている。この実施例の
動作は、第2図について説明したとおりである。Embodiment 3 FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. This embodiment is the second
This is an example corresponding to the configuration shown in the figure. That is, as the reflecting portion, a thin Al vapor-deposited film 14A is used, or the crystal end face itself is used as a reflecting surface, and a part of incident light is reflected, a part is transmitted, and a photodiode 13 provided immediately after the reflecting film 14A is provided. Lead to. Single-mode optical fibers 12, 12A are attached to the asymmetric branch end on the incident side. The operation of this embodiment is as described with reference to FIG.
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば以下に述べる効
果がある。[Effects of the Invention] As described above, the present invention has the following effects.
1)スイッチング機能を得る方法として、光方向性結合
器ではなく非対称分岐路を用いているので、製作条件お
よび作製精度が厳しくない。従って設計が容易であり、
作製の容易である。さらに低電圧化が可能である。1) As a method for obtaining the switching function, an asymmetric branch path is used instead of an optical directional coupler, so that manufacturing conditions and manufacturing accuracy are not strict. Therefore, the design is easy,
Easy to fabricate. Further lowering of the voltage is possible.
2)偏光に依存しない光スイッチング動作が等価屈折率
制御部を設けるだけで形成でき、構成が簡易である。2) The optical switching operation independent of the polarization can be formed only by providing the equivalent refractive index control unit, and the configuration is simple.
3)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
した本発明の素子は、光に対して損傷が少なくTi拡散時
にLi2O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、すなわち反射光信号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である。3) In particular, the device of the present invention, which is configured on a so-called Z-axis propagating LiNbO 3 crystal that propagates light in the Z-axis direction of a LiNbO 3 crystal and applies an electric field in the Y-axis direction, has less damage to light and has a Ti Sometimes, there is no external diffusion of Li 2 O, and the fundamental mode optical waveguide can be easily formed. Furthermore, since each output of the asymmetric branch path, that is, the reflected light signal can be continuously changed by the applied electric field, analog light modulation is possible.
4)反射部を有するので、送信用の光源が不用である。
また受光部をも備えたものであるため、本素子は分配、
受光、送信および変調の多機能をひとつに集積化した素
子と見なすことができる。このため信頼性および経済性
を向上させることができる。4) Since it has a reflecting portion, a light source for transmission is unnecessary.
In addition, this device is equipped with a light receiving section, so this element
It can be regarded as an element in which multi-functions of light reception, transmission and modulation are integrated into one. Therefore, reliability and economy can be improved.
5)反射部の反射量を変調電圧により任意に可変するこ
とが可能であり、システム設計等が容易になる。5) It is possible to arbitrarily change the amount of reflection of the reflection unit by the modulation voltage, which facilitates system design and the like.
6)スイッチング構成であるため、同時に二つの相補的
な出力が得られ、システム応用がきわめて柔軟になる。6) Because of the switching configuration, two complementary outputs can be obtained at the same time, making the system application extremely flexible.
7)変調しない時には100%受光部に光が入射するた
め、受信信号のSN比が向上する。7) When no modulation is performed, 100% of the light is incident on the light receiving unit, so that the SN ratio of the received signal is improved.
8)受光部は一つの単一モード導波路から出射する光を
受けるので、受光面積が小さくでき、光帯域信号を受信
できる。8) Since the light receiving section receives light emitted from one single mode waveguide, the light receiving area can be reduced, and an optical band signal can be received.
第1図および第2図は本発明の素子の基本構成図、 第3図は本発明の素子の光出力対印加電圧特性の一例を
示す図、 第4図は本発明の素子の光出力対印加電圧特性の一例を
示す図、 第5図は本発明の一実施例を示す図、 第6図は第5図の実施例におけるホトレジスト長対静的
位相差特性を示す図、 第7図は第5図の実施例により形成した偏光無依存性光
スイッチの光出力対印加電圧特性を示す図、 第8図ないし第10図はそれぞれ本発明の素子の実施例を
示す図、 第11図は従来の光スイッチの構成を示す図である。 1…Zcut−LiNbO3、2,2′…光導波路、3…電極、4…
反射部、5…受光部、6…分岐干渉形光変調部、7…非
対称X分岐路、8…非対称分岐路、9…等価屈折率制御
部、10…クラッド層、11…LiNbO3基板、12…単一モード
光ファイバ、13…ホトダイオード、14…完全反射膜、14
A…不完全反射膜、15…光ファイバ。1 and 2 are diagrams showing the basic configuration of the device of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing an example of the light output versus applied voltage characteristic of the device of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of an applied voltage characteristic, FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing a photoresist length vs. static phase difference characteristic in the embodiment of FIG. 5, and FIG. FIG. 8 is a diagram showing an optical output versus applied voltage characteristic of a polarization independent optical switch formed by the embodiment of FIG. 5, FIG. 8 to FIG. 10 are diagrams each showing an embodiment of the device of the present invention, FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a conventional optical switch. 1 ... Zcut-LiNbO 3, 2,2 '... optical waveguide, 3 ... electrode 4 ...
Reflector, 5 light receiver, 6 branch interference light modulator, 7 asymmetric X branch, 8 asymmetric branch, 9 equivalent refractive index controller, 10 cladding layer, 11 LiNbO 3 substrate, 12 ... Single mode optical fiber, 13 ... Photodiode, 14 ... Complete reflection film, 14
A: Incomplete reflection film, 15: Optical fiber.
Claims (6)
渉型光変調部とを有する光導波路と、 該光変調部を構成する二つの分岐路に電界を印加してス
イッチング動作を行わせるための電極と、 前記二つの分岐路の少なくとも一方に設けられた前記印
加電圧に依存しない等価屈折率制御部と、 前記光導波路の入力および出力端のいずれか一方に設け
られた受光部および反射部を具備したことを特徴とする
光デバイス。An optical waveguide formed on a substrate and having an asymmetric branch and a branch interference type optical modulator, and a switching operation is performed by applying an electric field to two branches constituting the optical modulator. An equivalent refractive index control unit provided on at least one of the two branch paths and independent of the applied voltage; a light receiving unit and a reflection unit provided on one of the input and output terminals of the optical waveguide. An optical device comprising a part.
し、出力側を反射型の分岐干渉光変調部としたことを特
徴とする請求項1に記載の光デバイス。2. The optical device according to claim 1, wherein the input side of the optical waveguide is an asymmetric branch path, and the output side is a reflection-type branch interference light modulator.
ファイバが前記入力側の非対称分岐路端に取り付けら
れ、さらに該光ファイバの一方に受光部が取り付けられ
ていることを特徴とする請求項2に記載の光デバイス。3. The apparatus according to claim 2, wherein the reflecting section is a perfect reflector, two optical fibers are attached to the asymmetrical branch end on the input side, and a light receiving section is attached to one of the optical fibers. The optical device according to claim 2.
射部直後に受光部が取り付けられ、前記入射側の非対称
分岐路端には二つの単一モード光ファイバが取り付けら
れていることを特徴とする請求項2に記載の光デバイ
ス。4. The reflecting section transmits a part of incident light, a light receiving section is attached immediately after the reflecting section, and two single mode optical fibers are attached at an asymmetric branch end on the incident side. The optical device according to claim 2, wherein:
り、光が該結晶のZ軸方向に伝搬し、電界がY軸方向に
印加されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
かに記載の光デバイス。5. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is a LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal, light propagates in the Z-axis direction of the crystal, and an electric field is applied in the Y-axis direction. An optical device according to any one of the above.
り、光が該結晶のX軸方向に伝搬し、電界がZ軸方向に
印加されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
かに記載の光デバイス。6. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is a LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal, light propagates in the X-axis direction of the crystal, and an electric field is applied in the Z-axis direction. An optical device according to any one of the above.
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