JP2940141B2 - 導波型光制御デバイス - Google Patents
導波型光制御デバイスInfo
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- waveguide
- optical waveguide
- control device
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- 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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—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 intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/035—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 intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0356—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 intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
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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、特に基板中に設けた光導波路を用いて制
御を行なう導波型光制御デバイスに関する。
バイスに関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制
御を行なう導波型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いる。この
ようなシステムは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いる。この
ようなシステムは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る。この方法に用いる光変調器とし
ては、特に基板中に形成した光導波路により構成した導
波形の光変調器が小形，高効率、高速動作という特長が
あり、適している。
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る。この方法に用いる光変調器とし
ては、特に基板中に形成した光導波路により構成した導
波形の光変調器が小形，高効率、高速動作という特長が
あり、適している。
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ィが使用される。現在実用
されている光スイッチは、プリズム，ミラー，ファイバ
ー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
当の欠点がある。これを解決する手段としてやはり導波
形の光スイッチがある。この導波形光スイッチは高速動
作，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（SiNbO3）結晶等の強誘電材料を用
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長が
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デバイ
スが報告されている。
得る手段としては光スイッチィが使用される。現在実用
されている光スイッチは、プリズム，ミラー，ファイバ
ー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
当の欠点がある。これを解決する手段としてやはり導波
形の光スイッチがある。この導波形光スイッチは高速動
作，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（SiNbO3）結晶等の強誘電材料を用
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長が
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デバイ
スが報告されている。
第４図に従来の光制御デバイスの一例として、分岐干
渉形光変調器の斜視図を示す。第４図において、Ｚ軸に
垂直に切り出したニオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶基板
１上にチタンを拡散して屈折率を基板より大きくして形
成した帯状の入射側の光導波路２、光導波路２から分岐
した長さ数mm〜30mm程度の光導波路３及び４、さらに光
導波路3,4が合流した出射側の光導波路５が形成され、
分岐干渉器を構成している。また、電極による光吸収を
防ぐためのバッファ層６を介して、光導波路３上には接
地電極７が、光導波路４上には信号電極８がそれぞれ形
成され、信号電極８の出射端は線路インピーダンスに近
い抵抗R0で終端されている。
渉形光変調器の斜視図を示す。第４図において、Ｚ軸に
垂直に切り出したニオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶基板
１上にチタンを拡散して屈折率を基板より大きくして形
成した帯状の入射側の光導波路２、光導波路２から分岐
した長さ数mm〜30mm程度の光導波路３及び４、さらに光
導波路3,4が合流した出射側の光導波路５が形成され、
分岐干渉器を構成している。また、電極による光吸収を
防ぐためのバッファ層６を介して、光導波路３上には接
地電極７が、光導波路４上には信号電極８がそれぞれ形
成され、信号電極８の出射端は線路インピーダンスに近
い抵抗R0で終端されている。
第４図において、光導波路２への入射光９は分岐によ
りエネルギーが分割され、光導波路3,4を通過後、光導
波路５へ合流する。このとき、光導波路3,4を通過した
光が同位相で合流すれば損失は小さく出射光10は大きな
光量となるが、光導波路3,4を通過した光が互いに逆相
となる場合は、合流部分で大きな損失となり出射光10の
光量は小さい。そこで、信号電極８への印加電圧の大き
さによって電極下の光導波路の屈折率が電気光学効果に
よって変化し、そこを通過する光の位相が変化するの
で、印加電圧に対応した光出力が得られ、出射光10は変
調される。また、第３図では、信号電極8,接地電極７間
のインピーダンスを入力電気信号線のインピーダンス
（通常50Ω）に近づけ、電極をそのインピーダンスに近
い抵抗R0で終端して分布定数化、即ち、進行波形電極と
することにより広帯域化をはかっている。
りエネルギーが分割され、光導波路3,4を通過後、光導
波路５へ合流する。このとき、光導波路3,4を通過した
光が同位相で合流すれば損失は小さく出射光10は大きな
光量となるが、光導波路3,4を通過した光が互いに逆相
となる場合は、合流部分で大きな損失となり出射光10の
光量は小さい。そこで、信号電極８への印加電圧の大き
さによって電極下の光導波路の屈折率が電気光学効果に
よって変化し、そこを通過する光の位相が変化するの
で、印加電圧に対応した光出力が得られ、出射光10は変
調される。また、第３図では、信号電極8,接地電極７間
のインピーダンスを入力電気信号線のインピーダンス
（通常50Ω）に近づけ、電極をそのインピーダンスに近
い抵抗R0で終端して分布定数化、即ち、進行波形電極と
することにより広帯域化をはかっている。
通常の駆動回路では高速で高電圧を出力するのは難し
く、光制御デバイスには出来るだけ低い動作電圧が要求
される。第４図の分岐干渉型光変調器や方向性結合型光
スイッチでは低電圧化をはかるためには素子を大きくす
る必要がある。しかしこのような従来の導波型光制御デ
バイスでは、変調電気信号であるマイクロ波と導波路中
の光波の位相速度が大きく異なるため、長い素子長にわ
たって有効に電界が印加されなくなり、速度が制限され
てしまう。このマイクロ波と光波の位相速度を近づける
ためには誘電率の小さいバッファ層の厚さを厚くする方
法や、電極を厚くしてマイクロ波の速度を早くする方法
が報告されているが、前者の方法では動作電圧が大き
く、後者の方法では、製作が非常に難しいという欠点が
ある。
く、光制御デバイスには出来るだけ低い動作電圧が要求
される。第４図の分岐干渉型光変調器や方向性結合型光
スイッチでは低電圧化をはかるためには素子を大きくす
る必要がある。しかしこのような従来の導波型光制御デ
バイスでは、変調電気信号であるマイクロ波と導波路中
の光波の位相速度が大きく異なるため、長い素子長にわ
たって有効に電界が印加されなくなり、速度が制限され
てしまう。このマイクロ波と光波の位相速度を近づける
ためには誘電率の小さいバッファ層の厚さを厚くする方
法や、電極を厚くしてマイクロ波の速度を早くする方法
が報告されているが、前者の方法では動作電圧が大き
く、後者の方法では、製作が非常に難しいという欠点が
ある。
本発明の目的は、製作が容易で、低い動作電圧で、高
速動作が可能な導波型光制御デバイスを提供することに
ある。
速動作が可能な導波型光制御デバイスを提供することに
ある。
本発明によれば電気光学効果を有する結晶基板上に形
成された光導波路、該光導波路上に形成されたブッファ
層、及び少くとも一部分が該バッファ上に設置された少
くとも一対の電極より構成され、前記一対の電極の少く
とも一方の下の前記バッファ層の厚さが、前記光導波路
に近接した部分よりも前記光導波路より離れた部分の方
が厚くなっていることを特徴とする導波型光制御デバイ
ス及び、電気光学効果を有する結晶基板上に形成された
光導波路、該光導波路上に形成された少くとも一対の電
極、該電極上に形成された誘電率が前記結晶基板よりも
小さな誘電体膜、該誘電体膜上に形成され、前記一対の
電極の一方に電気的に接続された電極膜より構成される
導波型光制御デバイスが得られる。
成された光導波路、該光導波路上に形成されたブッファ
層、及び少くとも一部分が該バッファ上に設置された少
くとも一対の電極より構成され、前記一対の電極の少く
とも一方の下の前記バッファ層の厚さが、前記光導波路
に近接した部分よりも前記光導波路より離れた部分の方
が厚くなっていることを特徴とする導波型光制御デバイ
ス及び、電気光学効果を有する結晶基板上に形成された
光導波路、該光導波路上に形成された少くとも一対の電
極、該電極上に形成された誘電率が前記結晶基板よりも
小さな誘電体膜、該誘電体膜上に形成され、前記一対の
電極の一方に電気的に接続された電極膜より構成される
導波型光制御デバイスが得られる。
本発明の導波型光制御デバイスでは光導波路より離れ
た部分の電極下のバッファ層の厚さを厚くすることによ
りマイクロ波の位相速度を早くして、光波の位相速度に
近づけている。このとき、本発明では光導波路に近い部
分、すなわち、光導波路中への電界を発生させる部分で
はバッファ層は薄いままであるので動作電圧の増加は小
さい。進行波電極の場合、電極全体の面積は通常、光導
波路より離れた部分の方が大きいので、そこでのバッフ
ァ層を厚くすればマイクロ波の位相速度に対しては十分
に効果を及ぼすことができ、マイクロ波と光波の位相速
度整合と、低電圧動作の両方を同時に満たすことができ
る。また、バッファ層の厚さを変えることはエッチング
等の方法により容易に実現でき、また、電極パターンの
ように高精度を必要としないので製作が容易である。
た部分の電極下のバッファ層の厚さを厚くすることによ
りマイクロ波の位相速度を早くして、光波の位相速度に
近づけている。このとき、本発明では光導波路に近い部
分、すなわち、光導波路中への電界を発生させる部分で
はバッファ層は薄いままであるので動作電圧の増加は小
さい。進行波電極の場合、電極全体の面積は通常、光導
波路より離れた部分の方が大きいので、そこでのバッフ
ァ層を厚くすればマイクロ波の位相速度に対しては十分
に効果を及ぼすことができ、マイクロ波と光波の位相速
度整合と、低電圧動作の両方を同時に満たすことができ
る。また、バッファ層の厚さを変えることはエッチング
等の方法により容易に実現でき、また、電極パターンの
ように高精度を必要としないので製作が容易である。
本発明のもう１つの導波型光制御デバイスでは、信号
電極上に誘電率の小さい誘電体膜を設け、その上にさら
に接地電極と接続された電極膜を設けることによって、
信号電極と前記電極膜の間に信号電極に印加するマイク
ロ波エネルギーの少くとも一部を伝搬させることによっ
て、上記マイクロ波の位相速度を小さくし、光波との位
相速度整合を得るものである。上記誘電体膜の厚さ及び
誘電率を選ぶことによって、ブッファ層の厚さ及び電極
の厚さを薄くできるので、低動作電圧が可能であり、か
つ、製作も容易である。
電極上に誘電率の小さい誘電体膜を設け、その上にさら
に接地電極と接続された電極膜を設けることによって、
信号電極と前記電極膜の間に信号電極に印加するマイク
ロ波エネルギーの少くとも一部を伝搬させることによっ
て、上記マイクロ波の位相速度を小さくし、光波との位
相速度整合を得るものである。上記誘電体膜の厚さ及び
誘電率を選ぶことによって、ブッファ層の厚さ及び電極
の厚さを薄くできるので、低動作電圧が可能であり、か
つ、製作も容易である。
第１図は本発明による導波型光制御デバイスの一実施
例である分岐干渉型光変調器を示し、第11図（ａ）に斜
視図、第１図（ｂ）に断面図を示す。第４図の例と同様
に、LiNbO3基板１の上にチタンを900〜1100℃の温度で
数時間熱拡散して形成された幅５〜12μｍ、深さ３〜10
μｍ程度の光導波路2,3,4,5が設置され、分岐干渉器が
形成されている。光導波路上にはSiO2膜からなるバッフ
ァ層16が形成され、その上に幅10〜30μｍ程度の信号電
極８、幅100〜1000μｍの接地電極７が設置されてい
る。ここで、バッファ層16の厚さは光導波路３及び４の
上ではt1＝0.3〜1.0μｍとなっており、それより外側で
はt2＝2.0〜10.0μｍとなっている。従来の第３図の光
制御デバイスではバッファ層６の厚さは一様で0.5〜5.0
μｍであり、バッファ層が厚いときには変調帯域は広い
が、変調電圧は高く、バッファ層が薄いときは変調電圧
が低いが変調帯域が狭くなり、両者同時に満足させる特
性は得られていない。
例である分岐干渉型光変調器を示し、第11図（ａ）に斜
視図、第１図（ｂ）に断面図を示す。第４図の例と同様
に、LiNbO3基板１の上にチタンを900〜1100℃の温度で
数時間熱拡散して形成された幅５〜12μｍ、深さ３〜10
μｍ程度の光導波路2,3,4,5が設置され、分岐干渉器が
形成されている。光導波路上にはSiO2膜からなるバッフ
ァ層16が形成され、その上に幅10〜30μｍ程度の信号電
極８、幅100〜1000μｍの接地電極７が設置されてい
る。ここで、バッファ層16の厚さは光導波路３及び４の
上ではt1＝0.3〜1.0μｍとなっており、それより外側で
はt2＝2.0〜10.0μｍとなっている。従来の第３図の光
制御デバイスではバッファ層６の厚さは一様で0.5〜5.0
μｍであり、バッファ層が厚いときには変調帯域は広い
が、変調電圧は高く、バッファ層が薄いときは変調電圧
が低いが変調帯域が狭くなり、両者同時に満足させる特
性は得られていない。
一方、本実施例では光導波路上のバッファ層は薄いの
で有効に光導波路へ電界が印加され、変調電圧は小さ
く、一方、変調信号のマイクロ波はバッファ層の厚い部
分をより多く伝搬し、位相速度が光波に近づくので広い
変調帯域が得られる。
で有効に光導波路へ電界が印加され、変調電圧は小さ
く、一方、変調信号のマイクロ波はバッファ層の厚い部
分をより多く伝搬し、位相速度が光波に近づくので広い
変調帯域が得られる。
第２図は本発明による導波型光制御デバイスの他の実
施例の断面図を示す。
施例の断面図を示す。
第２図（ａ）はＸ軸に垂直に切り出したLiNbO3結晶基
板１の上に形成された分岐干渉形光変調器の断面図であ
り、本実施例では基板表面に平行な方向の電界成分を利
用するので、分岐された光導波路3,4の横に信号電極8,
接地電極７が配置されている。この場合、光吸収を防ぐ
ためのバッファ層は必ずしも必要とされないので、本実
施例では、光導波路3,4の近傍ではバッファ層の厚さを
０とし、そこから離れた部分で厚いバッファ層26を設け
ている。
板１の上に形成された分岐干渉形光変調器の断面図であ
り、本実施例では基板表面に平行な方向の電界成分を利
用するので、分岐された光導波路3,4の横に信号電極8,
接地電極７が配置されている。この場合、光吸収を防ぐ
ためのバッファ層は必ずしも必要とされないので、本実
施例では、光導波路3,4の近傍ではバッファ層の厚さを
０とし、そこから離れた部分で厚いバッファ層26を設け
ている。
また、信号電極８の幅が狭い場合には第２図（ｂ）に
示すようにその下のバッファ層をすべて除いても良い。
示すようにその下のバッファ層をすべて除いても良い。
第３図は本発明による導波型光制御デバイスの一実施
例である分岐干渉型光変調器を示し、第３図（ａ）に平
面図、第３図（ｂ）に断面図を示す。第１図の例と同様
にLiNbO3基板１の上にチタンを900〜1100℃の温度で数
時間熱拡散して形成された幅５〜12μｍ、深さ３〜10μ
ｍ程度の光導波路2,3,4,5が設置され、分岐干渉器が形
成されている。光導波路上にはSiO2膜からなるバッファ
層６が形成されその上に幅10〜20μｍ程度の信号電極
８、幅100〜1000μｍの接地電極７が設置されている。
ここで、バッファ層６の厚さは0.5〜3.0μｍで、一様で
ある。さらに、上記信号電極８上にはSiO2膜からなる厚
さ５〜20μｍの誘電体膜20がコーティングされ、その上
に電極膜21が設置され、その一端は接地電極７に接続さ
れている。
例である分岐干渉型光変調器を示し、第３図（ａ）に平
面図、第３図（ｂ）に断面図を示す。第１図の例と同様
にLiNbO3基板１の上にチタンを900〜1100℃の温度で数
時間熱拡散して形成された幅５〜12μｍ、深さ３〜10μ
ｍ程度の光導波路2,3,4,5が設置され、分岐干渉器が形
成されている。光導波路上にはSiO2膜からなるバッファ
層６が形成されその上に幅10〜20μｍ程度の信号電極
８、幅100〜1000μｍの接地電極７が設置されている。
ここで、バッファ層６の厚さは0.5〜3.0μｍで、一様で
ある。さらに、上記信号電極８上にはSiO2膜からなる厚
さ５〜20μｍの誘電体膜20がコーティングされ、その上
に電極膜21が設置され、その一端は接地電極７に接続さ
れている。
本実施例では、バッファ層の厚さは薄くできるので低
動作電圧が得られ、電極の厚さも通常の１〜４μｍ程度
で良いので製作が容易である。
動作電圧が得られ、電極の厚さも通常の１〜４μｍ程度
で良いので製作が容易である。
以上は、分岐干渉形光変調器へ本発明を適用した場合
について説明したが、方向性結合形スイッチ及び光変調
器や交差形光スイッチ等、光導波路に近接して１対以上
の電極を設置した光制御デバイスに本発明を適用できる
のは言うまでもない。
について説明したが、方向性結合形スイッチ及び光変調
器や交差形光スイッチ等、光導波路に近接して１対以上
の電極を設置した光制御デバイスに本発明を適用できる
のは言うまでもない。
以上述べたように本発明の導波型光制御デバイスは製
作が容易で、低動作電圧及び高速動作が得られる。
作が容易で、低動作電圧及び高速動作が得られる。
第１図，第２図，第３図は本発明による導波型光制御デ
バイスの実施例を示す図、第４図は従来の導波型光制御
デバイスの一例を示す図である。 図において、１はLiNbO2結晶基板、2,3,4,5は光導波
路、6,16,26はバッファ層、７は接地電極、８……信号
電極である。
バイスの実施例を示す図、第４図は従来の導波型光制御
デバイスの一例を示す図である。 図において、１はLiNbO2結晶基板、2,3,4,5は光導波
路、6,16,26はバッファ層、７は接地電極、８……信号
電極である。
Claims (2)
- 【請求項１】電気光学効果を有する結晶基板上に形成さ
れた光導波路、該光導波路上に形成されたバッファ層、
及び少くとも一部分が該バッファ上に設置された少くと
も一対の電極より構成され、前記一対の電極の少くとも
一方の下の前記バッファ層の厚さが、前記光導波路に近
接した部分よりも前記光導波路より離れた部分の方が厚
くなっていることを特徴とする導波型光制御デバイス。 - 【請求項２】電気光学効果を有する結晶基板上に形成さ
れた光導波路、該光導波路上に形成された少くとも一対
の電極、該電極上に形成された誘電率が前記結晶基板よ
りも小さな誘電体膜、該誘電体膜上に形成され、前記一
対の電極の一方に電気的に接続された電極膜より構成さ
れる導波型光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29928190A JP2940141B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 導波型光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29928190A JP2940141B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 導波型光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04172316A JPH04172316A (ja) | 1992-06-19 |
| JP2940141B2 true JP2940141B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=17870515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29928190A Expired - Fee Related JP2940141B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 導波型光制御デバイス |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2940141B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2674535B2 (ja) * | 1994-12-15 | 1997-11-12 | 日本電気株式会社 | 光制御デバイス |
| JP2850950B2 (ja) * | 1996-01-19 | 1999-01-27 | 日本電気株式会社 | 導波型光デバイス |
| JP2806425B2 (ja) * | 1996-05-10 | 1998-09-30 | 日本電気株式会社 | 導波型光デバイス |
| JP3362105B2 (ja) * | 1997-03-31 | 2003-01-07 | 住友大阪セメント株式会社 | 導波路型光変調器 |
| JP2850899B2 (ja) * | 1997-04-21 | 1999-01-27 | 日本電気株式会社 | 光制御デバイス |
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1990
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