JP2903700B2 - Waveguide type optical device - Google Patents

Waveguide type optical device

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JP2903700B2 JP31004390A JP31004390A JP2903700B2 JP 2903700 B2 JP2903700 B2 JP 2903700B2 JP 31004390 A JP31004390 A JP 31004390A JP 31004390 A JP31004390 A JP 31004390A JP 2903700 B2 JP2903700 B2 JP 2903700B2
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    • 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
    • G02F1/3132Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は導波路型光デバイスに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a waveguide type optical device.

従来技術 光通信システムの実用化に伴い、更に大容量で多機能
の高度な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替え、交換等の新たな機能を付加
が必要とされている。
Conventional technology With the practical use of optical communication systems, higher capacity and more sophisticated systems are required, and new functions such as higher-speed generation of optical signals, switching of optical transmission lines, and switching are added. is necessary.

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り得ら
れている。しかし、直接変調では、緩和振動等の効果の
ために、数GHz以上の高速変調が困難であることや、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。
In the current practical system, an optical signal is obtained by directly modulating an injection current of a semiconductor laser or a light emitting diode. However, direct modulation has drawbacks such as difficulty in high-speed modulation of several GHz or more due to effects such as relaxation oscillation, and difficulty in application to coherent optical transmission systems due to wavelength fluctuation.

これを解決する手段としては、外部変調器を使用する
方法があり、特に電気光学結晶基板中に形成された光導
波路により構成される導波型の光変調器は小型、高効
率、高速という特長がある。
As a means to solve this, there is a method using an external modulator. In particular, a waveguide type optical modulator composed of an optical waveguide formed in an electro-optic crystal substrate is characterized by its small size, high efficiency, and high speed. There is.

一方、光伝送路の切替えやネットワークの変換機能を
得る手段としては、光スイッチが使用されている。現在
実用化されている光スイッチはプリズム、ミラー、ファ
イバ等を機械的に移動させて光路を切替えるものであ
り、低速であること、形状が大きくマトリクス化に不適
であること等の欠点がある。
On the other hand, an optical switch is used as a means for obtaining an optical transmission line switching function and a network conversion function. An optical switch currently in practical use switches an optical path by mechanically moving a prism, a mirror, a fiber, and the like, and has disadvantages such as a low speed and a large shape which is not suitable for matrix formation.

これを解決する手段としても光導波路を用いた導波型
の光スイッチの開発が進められており、高速、多素子の
集積化が可能、高信頼等の特長がある。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こと等の特長があ
り、方向性結合器型変調器あるいは光スイッチ、全反射
型光スイッチ、マッハツェンダ型光変調器等の種々の方
式の光制御デバイスか報告されている。
As a means for solving this problem, a waveguide type optical switch using an optical waveguide is being developed, and has features such as high speed, integration of many elements, and high reliability. In particular, those using ferroelectric materials such as lithium niobate (LiNbO 3 ) crystals have features such as low light absorption and low loss, and high efficiency due to a large electro-optic effect. There are reports on various types of optical control devices such as directional coupler type modulators or optical switches, total reflection type optical switches, Mach-Zehnder type optical modulators, and the like.

近年、この導波路型光スイッチの高密度集積化の研究
開発が盛んに行われており、西本裕らの文献、電子情報
通信学会OQE88−147によれば、LiNbO3基板を用いて方向
性結合器型光スイッチを64素子集積した8×8マトリク
ス光スイッチを得ている。
Recent years, research and development of high-density integration of the waveguide type optical switch being actively, literature Nishimoto Hiroshira, according to IEICE OQE88-147, directional coupler using a LiNbO 3 substrate An 8 × 8 matrix optical switch having 64 integrated optical switches is obtained.

一方、外部光変調器のような単一の光スイッチ素子か
らなるデバイスの研究開発も盛んに進められている。こ
のような光スイッチデバイスの特性項目には、スイッチ
ング電圧(電力)、クロストーク、消光比、損失、切替
え速度、温湿度等の環境に対する動作の安定性等があ
る。
On the other hand, research and development of devices including a single optical switch element such as an external optical modulator are also actively pursued. The characteristic items of such an optical switch device include switching voltage (power), crosstalk, extinction ratio, loss, switching speed, and operation stability against environment such as temperature and humidity.

第3図に従来の導波路型光デバイスの一例である基板
表面に形成された方向性結合器からなる光スイッチ、変
調器の斜視図を示す。
FIG. 3 is a perspective view of an optical switch and a modulator comprising a directional coupler formed on a substrate surface, which are examples of a conventional waveguide type optical device.

図において、基板1にTiを熱拡散することにより光導
波路2A,2Bを形成させた導波路型光デバイスである。基
板1の電気光学効果を利用して光導波路2A,2Bの各屈折
率を夫々変化させるために、光導波路2A,2B上部にはバ
ッファ層3を介して電極4A,4Bが夫々形成されている。
In the figure, this is a waveguide type optical device in which optical waveguides 2A and 2B are formed by thermally diffusing Ti into a substrate 1. Electrodes 4A and 4B are formed above the optical waveguides 2A and 2B with a buffer layer 3 interposed therebetween in order to change the respective refractive indexes of the optical waveguides 2A and 2B using the electro-optic effect of the substrate 1. .

このバッファ層3は、電極4A,4Bが金属膜であるの
で、この金属膜が光導波路2A,2Bの上部に夫々直接形成
されると、光導波路の2A,2Bを導波する光のTMモード光
のパワーが電極4A,4Bに夫々吸収される損失が大きくな
るのを防ぐ役割をしている。
In the buffer layer 3, since the electrodes 4A and 4B are metal films, when this metal film is directly formed on the optical waveguides 2A and 2B, respectively, the TM mode of light guided through the optical waveguides 2A and 2B is used. It serves to prevent the loss of light power absorbed by the electrodes 4A and 4B from increasing.

本例では、バッファ層3として酸化シリコン(SiO2
膜を用いている。ポートa、ポートcには光ファイバが
固着される。
In this example, silicon oxide (SiO 2 ) is used as the buffer layer 3.
A membrane is used. Optical fibers are fixed to the ports a and c.

例えば、電極4Aに電圧が印加されないときに、ポート
aから入力された光は方向性結合器6の部分で近接する
他方の光導波路2にパワーが移り、光がポートcから出
射するように製作した時、ある一定の電圧が電極4Aに印
加されたときには、光導波路2Aの屈折率が変化し、方向
性結合器6の部分で光導波路2AとBの光パワーの移動は
起こらず、光はポートbから出射する。
For example, when no voltage is applied to the electrode 4A, the light input from the port a is transferred to the other optical waveguide 2 adjacent to the directional coupler 6 so that the light is emitted from the port c. Then, when a certain voltage is applied to the electrode 4A, the refractive index of the optical waveguide 2A changes, and the optical power of the optical waveguides 2A and B does not move in the directional coupler 6, and light is not emitted. The light exits from port b.

例えば、光ファイバ破断点測定用計測器に用いる光ス
イッチの場合、ポートbが光源、ポートaに被測定光フ
ァイバ、ポートcには受光素子が接続される。
For example, in the case of an optical switch used in an optical fiber break point measuring instrument, port b is a light source, port a is a measured optical fiber, and port c is a light receiving element.

この計測器は光源から被測定光ファイバに光を送り、
被測定光ファイバからの戻り光を受光素子で測定し、被
測定光ファイバの破断点を調べるものでポートcが信号
光の出力である。
This measuring instrument sends light from the light source to the optical fiber to be measured,
The return light from the measured optical fiber is measured by a light receiving element, and the break point of the measured optical fiber is checked. Port c is the output of the signal light.

また、変調器の場合は、方向性結合器の部分で光路を
切替えることによりポートcでの光出力がオンオフされ
信号として伝搬される。尚、ポートbでも同様に光出力
がオンオフされるが、ここではポートcを信号光出力と
している。
In the case of the modulator, the optical output at the port c is turned on / off by switching the optical path at the directional coupler, and the signal is propagated as a signal. The light output is also turned on and off at the port b in the same manner, but here, the port c is used as the signal light output.

この構造では、方向性結合器の部分から出力端までの
光導波路2A,2Bが曲っているので、光がポートbに出射
する場合、光が光導波路2A,2Bの曲りの部分で放射し、
この放射した光がポートcに漏れる。そのために、ポー
トcでの光出力(信号光)の消光比及びクロストークが
劣化するという欠点がある。
In this structure, since the optical waveguides 2A and 2B from the portion of the directional coupler to the output end are bent, when light is emitted to the port b, the light is emitted at the bent portions of the optical waveguides 2A and 2B,
This emitted light leaks to port c. For this reason, there is a disadvantage that the extinction ratio and crosstalk of the optical output (signal light) at the port c are deteriorated.

発明の目的 本発明の目的は、光導波路の曲りの部分での光の放射
をなくし、信号光が出力されるポートでの高消光比を得
ることが可能な導波路型光デバイスを提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a waveguide type optical device capable of eliminating a light emission at a bent portion of an optical waveguide and obtaining a high extinction ratio at a port to which signal light is output. It is.

発明の構成 本発明によれば、基板と、この基板の一主表面に形成
された複数本の光導波路と、前記導波路相互間の光結合
部分の上部にバッファ層を介して形成された電極とを含
む導波路型光デバイスであって、前記光導波路のうち信
号光の伝搬に用いられる光導波路に直近の光導波路の上
部及びその近傍に、前記バッファ層を介在することなく
直接金属膜を形成したことを特徴とする導波路型光デバ
イスが得られる。
According to the present invention, a substrate, a plurality of optical waveguides formed on one main surface of the substrate, and an electrode formed via a buffer layer above an optical coupling portion between the waveguides A waveguide type optical device comprising: a metal film directly above and in the vicinity of an optical waveguide immediately adjacent to an optical waveguide used for signal light propagation among the optical waveguides, without interposing the buffer layer. A waveguide type optical device characterized by being formed is obtained.

実施例 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例を斜視図であり、第3図と同
等部分は同一符号により示している。ポートaから入力
された光は、電極への電圧無印加時には信号出力である
ポートcより出射され、電圧印加時にはダミーの出力ポ
ートであるポートbから出射される。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. Light input from the port a is emitted from the port c which is a signal output when no voltage is applied to the electrode, and is emitted from the port b which is a dummy output port when a voltage is applied.

ポートcの信号光の消光比及びクロストークが良くな
るように方向性結合器6の部分からダミーポートである
ポートbまでの光導波路2Aの上部及び近傍のバッファ層
3が取除かれ、金属膜5が直接光導波路2Aの上部及び近
傍に形成されている。
The buffer layer 3 above and near the optical waveguide 2A from the directional coupler 6 to the port b, which is a dummy port, is removed to improve the extinction ratio and crosstalk of the signal light at the port c, and the metal film is formed. 5 are formed directly above and near the optical waveguide 2A.

このような構造にすることにより、金属膜5の部分で
光導波路2Aを伝播する光及び光導波路2Aの曲りの部分で
放射した光のTMモードの光パワーが、金属膜5に吸収さ
れポートcに結合するダミーポートからの漏れ光が少な
くなる。
With such a structure, the TM mode optical power of the light propagating through the optical waveguide 2A at the metal film 5 and the light radiated at the bent portion of the optical waveguide 2A is absorbed by the metal film 5 and the port c , Leakage light from the dummy port coupled to the light source is reduced.

このように信号光が出射されない光導波路2Aの上部及
び近傍のバッファ層3を取除き、金属膜5を直接形成す
ることにより信号光の高消光比及び高クロストークが得
られる。
By removing the buffer layer 3 above and near the optical waveguide 2A from which no signal light is emitted and directly forming the metal film 5, a high extinction ratio and high crosstalk of the signal light can be obtained.

例えば、光ファイバの破断点測定用計測器に用いる光
スイッチの場合、ポートbが光源、ポートaに被測定光
ファイバ、ポートcには受光素子が夫々接続される。
For example, in the case of an optical switch used for a measuring device for measuring a break point of an optical fiber, port b is connected to a light source, port a is connected to a measured optical fiber, and port c is connected to a light receiving element.

この計測器は光源から被測定光ファイバに光を送り、
被測定光ファイバからの戻り光を受光素子で測定し、被
測定光ファイバの破断点を調べるもので、上述したよう
に信号光が伝播しない光導波路2Aの上部及び近傍のバッ
ファ層3を取除き金属膜を5を直接形成することによ
り、TMモードの光パワーが吸収され、受光素子へのノイ
ズが低減し高分解能を有する測定が可能である。
This measuring instrument sends light from the light source to the optical fiber to be measured,
The return light from the optical fiber to be measured is measured by a light receiving element to check the break point of the optical fiber to be measured. As described above, the buffer layer 3 above and near the optical waveguide 2A where the signal light does not propagate is removed. By directly forming the metal film 5, the optical power in the TM mode is absorbed, noise to the light receiving element is reduced, and measurement with high resolution is possible.

また、この構造は全反射型光スイッチ等の他の導波路
型デバイス及びGaAs、InP等化合物半導体基板を用いた
導波路型光デバイスにも適用できることは明らかであ
る。
It is apparent that this structure can be applied to other waveguide devices such as a total reflection type optical switch and a waveguide optical device using a compound semiconductor substrate such as GaAs and InP.

第2図は本発明の他の実施例の斜視図である。本例は
方向性結合器を複数集積した場合の1つの例である光ス
イッチを2段接続した構造を示し、信号光の出力である
ポートcの近傍の光導波路2Bの上部及び近傍のバッファ
層3が取除かれ、金属膜5が直接形成されている。
FIG. 2 is a perspective view of another embodiment of the present invention. This example shows a structure in which a plurality of directional couplers are integrated, that is, an example in which a plurality of directional couplers are integrated, in which two-stage optical switches are connected. 3 is removed, and the metal film 5 is directly formed.

この光スイッチの効果は第3図と同じで、ポートbに
光源、ポートaに被測定光ファイバ、ポートcに受光素
子が接続される。
The effect of this optical switch is the same as that of FIG. 3, in which a light source is connected to port b, a measured optical fiber is connected to port a, and a light receiving element is connected to port c.

なお、金属膜5はAl,Au,Pt,Ti,Cr,Cu,Mo等何でもよ
く、また合金も含まれる。金属膜の形成方法はスパッタ
法、蒸着法等何でも良い。
The metal film 5 may be any material such as Al, Au, Pt, Ti, Cr, Cu, and Mo, and also includes an alloy. The metal film may be formed by any method such as a sputtering method and a vapor deposition method.

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、信号光が伝搬
されない光導波路の上部及び近傍のバッファ層を取除
き、その部分に金属膜を直接形成することにより、TMモ
ードの光パワーが吸収され光導波路の曲りの部分での光
の放射が少なくなり、信号光が出力するポートの高消光
比が得られるという効果がある。
As described above, according to the present invention, by removing the buffer layer above and near the optical waveguide through which the signal light does not propagate and forming a metal film directly on the portion, the optical power of the TM mode is reduced. Is absorbed, the light emission at the bent portion of the optical waveguide is reduced, and an effect is obtained that a high extinction ratio of the port for outputting the signal light can be obtained.

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

第1図及び第2図は本発明の各実施例の斜視図、第3図
は従来の導波路型光デバイスの斜視図である。 主要部分の符号の説明 1……基板 2A,2C……光導波路 4A,4C……電極 5……金属膜 6……方向性結合器
1 and 2 are perspective views of each embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a conventional waveguide type optical device. Description of Signs of Main Part 1 ... Substrate 2A, 2C ... Optical Waveguide 4A, 4C ... Electrode 5 ... Metal Film 6 ... Directional Coupler

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板と、この基板の一主表面に形成された
複数本の光導波路と、前記導波路相互間の光結合部分の
上部にバッファ層を介して形成された電極とを含む導波
路型光デバイスであって、前記光導波路のうち信号光の
伝搬に用いられる光導波路に直近の光導波路の上部及び
その近傍に、前記バッファ層を介在することなく直接金
属膜を形成したことを特徴とする導波路型光デバイス。
1. A waveguide comprising: a substrate; a plurality of optical waveguides formed on one main surface of the substrate; and an electrode formed above a light coupling portion between the waveguides via a buffer layer. A waveguide type optical device, wherein a metal film is formed directly on and above an optical waveguide immediately adjacent to an optical waveguide used for signal light propagation of the optical waveguide without interposing the buffer layer. A waveguide type optical device.
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