JP2994081B2 - Directional coupler type optical functional device - Google Patents

Directional coupler type optical functional device

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JP2994081B2
JP2994081B2 JP13628991A JP13628991A JP2994081B2 JP 2994081 B2 JP2994081 B2 JP 2994081B2 JP 13628991 A JP13628991 A JP 13628991A JP 13628991 A JP13628991 A JP 13628991A JP 2994081 B2 JP2994081 B2 JP 2994081B2
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漢明 麦
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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】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規構造の方向性結合器
型光機能素子に関し、更に詳しくは、極めて高い消光比
特性を有し、光スイッチ,光偏波スプリッタ,光変調
器,光合分波器などに用いて好適な方向性結合器型光機
能素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a directional coupler type optical functional device having a novel structure, and more particularly, to an optical switch, an optical polarization splitter, an optical modulator, an optical coupler, having an extremely high extinction ratio characteristic. The present invention relates to a directional coupler type optical functional element suitable for use in a wave device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、導波路型の方向性結合器構造を有
する各種の光機能素子が開発され、それを用いた光スイ
ッチ,光偏波スプリッタ,光変調器,光合分波器などが
提案されている。従来の方向性結合器型の光機能素子例
の平面パターンを図13に示す。図13で示した素子は
2入力・2出力の素子である。
2. Description of the Related Art Recently, various optical functional devices having a waveguide type directional coupler structure have been developed, and optical switches, optical polarization splitters, optical modulators, optical multiplexers / demultiplexers, and the like using the optical functional devices have been proposed. Have been. FIG. 13 shows a plane pattern of an example of a conventional directional coupler type optical function element. The element shown in FIG. 13 is an element having two inputs and two outputs.

【0003】図13において、互いに等しい路幅Wを有
する2本の光導波路A,Bをこれらがエバネッセント結
合可能となるように近接して間隔Gで平行配置し、長さ
Lの結合部Co が構成されている。光導波路A,Bのそ
れぞれ入射端A1 ,B1 および出射端A2,2 には、路
幅がWで曲率半径Rの曲線光導波路D1 , D2 ,D3
4 が光接続されて入射側リード部C1 ,出射側リード
部C2 が形成されている。更に、曲線光導波路D1 ,D
2 ,D3 ,D4 には、それぞれ、路幅がWである直線光
導波路E1 ,E2 ,E3 ,E4 が光接続されている。直
線光導波路E1 ,E2 路幅中心間の距離、および直線光
導波路E3 ,E4における路幅中心間の距離は、いずれ
もGF になっている。
[0003] In FIG. 13, in parallel spaced G in proximity to the two optical waveguides A, B and these become evanescent possible linkages of equal path width W to each other, coupling portions C o of the length L Is configured. Curved optical waveguides D 1 , D 2 , D 3 , having a path width of W and a radius of curvature R, are provided at input ends A 1 , B 1 and output ends A 2, B 2 of optical waveguides A, B, respectively.
D 4 is incident side lead section C 1 is optical, the emitting side lead section C 2 is formed. Further, the curved optical waveguides D 1 , D
Linear optical waveguides E 1 , E 2 , E 3 , and E 4 each having a path width of W are optically connected to 2 , D 3 , and D 4 , respectively. Straight waveguide E 1, E 2 Michihaba distance between the centers, and the linear optical waveguides E 3, the distance between the road width center in E 4 are both turned G F.

【0004】そして、結合部C0 における光導波路A,
Bの上には、電極F1 ,F2 ,F3 ,F4 が装荷されて
いて、ここから各光導波路へ電気信号を導入できるよう
になっている。なお、電極F1 と電極F3 ,電極F2
電極F4 の間隔はほとんどゼロである。ここで、例えば
直線光導波路E1を入射ポートとすると、直線光導波路
3 ,E4 はそれぞれスルーポート,クロスポートにな
る。また、直線光導波路E2 を入射ポートとすると、直
線光導波路E3 ,E4 はそれぞれクロスポート,スルー
ポートになる。
[0004] Then, the optical waveguide A at the junction C 0,
Electrodes F 1 , F 2 , F 3 , F 4 are loaded on B, from which electric signals can be introduced into each optical waveguide. The electrode F 1 and electrode F 3, electrode spacing F 2 and the electrode F 4 is almost zero. Here, for example, a straight waveguide E 1 and enters port, straight waveguide E 3, E 4 each through port becomes the cross port. Further, when a straight waveguide E 2 and enters port, straight waveguide E 3, E 4 is a cross-port, respectively, the through port.

【0005】この光機能素子の場合、電極F1 ,F2
3 ,F4 から適当な電気信号を与えることにより、理
論的には完全なクロス状態を実現することができる。し
かし、スルー状態においては、入射側リード部C1 およ
び出射側リード部C2 の結合によって完全なスルー状態
は得られず、その場合の消光比は15〜30dB程度で
ある。
In the case of this optical functional device, the electrodes F 1 , F 2 ,
By providing an appropriate electric signal from F 3 and F 4 , a perfect cross state can be realized in theory. However, in the through state, complete through state by the binding of the incident-side lead section C 1 and the output side lead section C 2 can not be obtained, the extinction ratio in that case is about 15~30DB.

【0006】このように、従来の素子は、スルー状態ま
たはクロス状態のいずれかの状態で消光比が低くなり、
両方の状態で高い消光特性を示すということはない。そ
して、光機能素子における消光比特性は、スルー状態ま
たはクロス状態の消光比のうち低い消光比で規定される
ので、結局、素子全体の消光比としては低い値しか得ら
れないことになる。
As described above, the conventional device has a low extinction ratio in either the through state or the cross state,
High extinction characteristics are not exhibited in both states. Since the extinction ratio characteristic of the optical functional element is defined by the lower extinction ratio of the extinction ratio in the through state or the cross state, the extinction ratio of the entire element is only a low value.

【0007】なお、ここでいう消光比とは、スルーポー
トの出力パワーを|r|2 とし、クロスポートの出力パ
ワーを|s|2 としたとき、次式: 10log10(|r|2 /|s|2 ) で算出される値をいう。上記した構造の光機能素子にお
いても、比較的高い消光比特性を有するものとしては、
例えば、P.Granestrand らがTech Dig. IGWO '8
6で発表した消光比27dB程度の光スイッチや、H.
M.Makらが電子情報通信学会1990秋季全国大会
C−216で発表した消光比28dB程度の光偏波スプ
リッタなどが知られている。
Note that the extinction ratio here means that when the output power of the through port is | r | 2 and the output power of the cross port is | s | 2 , the following equation: 10 log 10 (| r | 2 / | S | 2 ). Even in the optical function element having the above-described structure, those having relatively high extinction ratio characteristics include:
For example, Granestrand et al. Tech Dig. IGWO '8
6, an optical switch with an extinction ratio of about 27 dB,
M. An optical polarization splitter having an extinction ratio of about 28 dB, which was announced by Mak et al. At the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers 1990 National Convention C-216, is known.

【0008】また、H.M.Makらは、電子情報通信
学会1991春季全国大会C−224において、図14
で示したような構造の素子を提案した。この素子は、長
さLの結合部C0 を、p1 ,p2 ,p3 がp1 +p2
3 <1(ただしp1 ≠0)を満足する小数またはゼロ
であるとしたとき、長さp1×Lの前段部分結合部
3 、長さ(1−p1 −p2 −p3 )×L/2の前段電
極付き部分結合部C4 、長さp2 ×Lの中央部分結合部
5 、前記前段電極付き部分結合部と同じ長さの後段電
極付き部分結合部C6 、長さp3 ×Lの後段部分結合部
7 を光接続して構成したものである。
[0008] H. M. Mak et al., Electronic Information Communication
At the 1991 Spring National Convention C-224,
A device having the structure shown in FIG. This element is long
Connection part C of L0And p1, PTwo, PThreeIs p1+ PTwo+
pThree<1 (however, p1Decimal or zero that satisfies ≠ 0)
And the length p1× L front part connection part
C Three, Length (1-p1-PTwo-PThree) × L / 2 previous stage power
Partial connection part C with poleFour, Length pTwo× L central part joint
CFive, The latter stage of the same length as
Partial connection part C with pole6, Length pThree× L Subsequent partial connection
C7Are optically connected to each other.

【0009】この素子の場合は、理論上は、少なくとも
40dB程度の消光比を得ることができる。
In the case of this element, an extinction ratio of at least about 40 dB can be obtained in theory.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図14で示した素子
は、たしかに理論上は高消光比を実現することができる
が、それは、上記した各部分結合部の寸法パラメータ等
が理論値と略同一になっている場合のときに限られる。
しかしながら、実際に素子を製造するときには、これら
各部分結合部等は理論値通りの寸法精度で作製できると
は限らず、微妙に理論値からはずれることがある。
Although the device shown in FIG. 14 can indeed achieve a high extinction ratio theoretically, the dimensional parameters and the like of the respective partial coupling portions are substantially the same as the theoretical values. Only when it is.
However, when actually manufacturing an element, these partial joints and the like cannot always be manufactured with the dimensional accuracy according to the theoretical value, and may slightly deviate from the theoretical value.

【0011】このような問題が起こると、各部分結合部
における光導波路間の実際の結合状態は理論上で計算さ
れる状態から逸脱することになり、クロス状態やスルー
状態において消光比の低下が不可避となる。本発明は、
図14で示した素子において、製造時における上記した
寸法パラメータの精度のばらつきが引き起こす問題を解
決し、クロス状態,スルー状態のいずれにおいても、消
光比特性が30dB以上である新規構造の方向性結合器
型光機能素子の提供を目的とする。
When such a problem occurs, the actual coupling state between the optical waveguides at each partial coupling portion deviates from the theoretically calculated state, and the extinction ratio decreases in the cross state or the through state. Inevitable. The present invention
In the element shown in FIG. 14, the problem caused by the above-mentioned variation in the accuracy of the dimensional parameter at the time of manufacturing is solved, and the directional coupling of the novel structure having an extinction ratio characteristic of 30 dB or more in both the cross state and the through state. The purpose of the present invention is to provide an optical functional device having a rectangular shape.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、電気光学効果を発現する材
料または電気信号の導入により屈折率制御が可能な構造
を有する材料から成る等幅の2本の光導波路を平行配置
した長さLの結合部を有し、前記結合部の2本の光導波
路の入射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光接
続して入射側リード部を形成し、前記結合部の2本の光
導波路の出射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と
光接続して出射側リード部を形成している2入力・2出
力の方向性結合器において、p1 ,p2 ,p3 がp1
2 +p3 <1(ただしp1 ≠0)を満足する小数また
はゼロとしたとき、前記結合部は、光導波路間の結合係
数または結合状態の制御手段が装荷された長さp1×L
の前段部分結合部、長さ(1−p1 −p2 −p3 )×L
/2の前段電極付き部分結合部、光導波路間の結合係数
または結合状態の制御手段が装荷された長さp2 ×Lの
中央部分結合部、前記前段電極付き部分結合部と同じ長
さの後段電極付き部分結合部、および光導波路間の結合
係数または結合状態の制御手段が装荷された長さp3 ×
Lの後段部分結合部を前記入射端からこの順序で光接続
して成り、かつ、前記入射側リード部および前記出射側
リード部にはそれぞれ光導波路間の結合係数または結合
状態の制御手段が装荷されていることを特徴とする方向
性結合器型光機能素子が提供される。
In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, an equal-width material made of a material exhibiting an electro-optic effect or a material having a structure capable of controlling the refractive index by introducing an electric signal. And a coupling portion having a length L in which the two optical waveguides are arranged in parallel, and the incident ends of the two optical waveguides of the coupling portion are optically connected to curved or linear optical waveguides, respectively, to form an incident-side lead portion. In the two-input / two-output directional coupler, the output ends of the two optical waveguides of the coupling portion are optically connected to a curved or straight optical waveguide to form an output-side lead. 1 , p 2 and p 3 are p 1 +
When a decimal number or zero satisfying p 2 + p 3 <1 (where p 1 ≠ 0) is satisfied, the coupling portion has a length p 1 × L on which control means for coupling coefficient or coupling state between the optical waveguides is loaded.
, Length (1−p 1 −p 2 −p 3 ) × L
/ 2, a central coupling part having a length p 2 × L loaded with control means for controlling the coupling coefficient or coupling state between the optical waveguides, and having the same length as the partial coupling part having the preceding electrode. The length p 3 × loaded with the means for controlling the coupling coefficient or the coupling state between the partial coupling portion with the rear electrode and the optical waveguide.
L is connected optically in this order from the incident end, and a control means for controlling a coupling coefficient or a coupling state between the optical waveguides is loaded on each of the incident-side lead portion and the output-side lead portion. There is provided a directional coupler type optical functional device characterized in that:

【0013】本発明の光機能素子の基本構成を平面パタ
ーン図として図1に示す。図から明らかなように、本発
明の光機能素子の平面パターンは、結合部C0 ,入射側
リード部C1 および出射側リード部C2 が後述するよう
な構成をとることを除いては、図13で示した従来の2
入力・2出力方向性結合器型光機能素子と変わることは
ない。
FIG. 1 is a plan view showing the basic structure of the optical functional device of the present invention. As is clear from the drawing, the planar pattern of the optical functional device of the present invention has the same configuration as that of the optical coupling device except that the coupling portion C 0 , the incident-side lead portion C 1, and the emission-side lead portion C 2 have a configuration described later. The conventional 2 shown in FIG.
There is no difference from the input / two-output directional coupler type optical functional element.

【0014】まず、結合部C0 においては、等幅(路幅
W)の2本の光導波路A,Bが微小間隔Gで平行配置さ
れ、これら光導波路A,Bのそれぞれの入射端A1 ,B
2 には、曲率半径がR1 で路幅がWの曲線光導波路
1 ,D2 が光接続されて入射側リード部C1 を構成
し、また光導波路A,Bのそれぞれの出射端A2 ,B2
には曲率半径がR2 で路幅Wの曲線光導波路D3 ,D4
が光接続されて出射側リード部C2 を構成している。更
にこれら曲線光導波路D1 ,D2 には、導波路の中心間
距離がG1 で路幅Wの直線光導波路E1 ,E2 がそれぞ
れ光接続され、また曲線光導波路D3 ,D4 には、導波
路の中心間距離がG0 で路幅の直線光導波路E 3 ,E4
がそれぞれ光接続されている。ここで、直線光導波路E
1 を入射ポートにすると、直線光導波路E3,E4 はそ
れぞれスルーポート,クロスポートになる。
First, the joint C0In, equal width (road width
W), the two optical waveguides A and B are arranged in parallel at a minute interval G.
And the respective incident ends A of these optical waveguides A and B.1, B
TwoHas a radius of curvature R1And a curved optical waveguide with a path width of W
D1, DTwoIs optically connected to the incident side lead portion C.1Configure
Output ends A of the optical waveguides A and BTwo, BTwo
Has a radius of curvature RTwoAnd the optical waveguide D having a path width WThree, DFour
Is optically connected to the output side lead portion C.TwoIs composed. Change
These curved optical waveguides D1, DTwoBetween the centers of the waveguides
Distance is G1And a straight optical waveguide E having a path width W1, ETwoEach
Optically connected and curved optical waveguide DThree, DFourHas a waveguide
The distance between road centers is G0, A linear optical waveguide E with a path width Three, EFour
Are optically connected. Here, the linear optical waveguide E
1Is the incident port, the linear optical waveguide EThree, EFourHaso
It becomes a through port and a cross port, respectively.

【0015】なお本発明においては、入射側リード部C
1 と出射側リード部C2 は図のような曲線光導波路で構
成することに限定されるものではなく、例えば、入射端
1 と直線光導波路E1 ,入射端B1 と直線光導波路E
2 ,出射端A2 と直線光導波路E3 ,出射端B2 と直線
光導波路E4 の間を、それぞれ、微小テーパ角から成る
直線光導波路で光接続してもよい。
In the present invention, the incident-side lead C
1 and the exit-side lead section C 2 is not limited to be constituted by curved waveguide such as shown, for example, entrance end A 1 and straight waveguide E 1, incident end B 1 and the straight waveguide E
2, exit end A 2 and straight waveguide E 3, between the exit end B 2 and straight waveguide E 4, respectively, may be optically connected by straight waveguide made of small taper angle.

【0016】これら各光導波路は、いずれも電気光学効
果を発現する材料や電気信号を導入することによってそ
の屈折率を制御することができる構造の材料で構成され
ている。例えば、GaAs/AlGaAsのような半導
体材料をMOCVD法で多層に積層して形成することが
できる。入射側リード部C1 の光導波路D1 ,D2 には
両光導波路間の結合係数または結合状態の制御手段
1 ,K1 がそれぞれ装荷され、出射側リード部C2
光導波路D3 ,D4 には両光導波路間の結合係数または
結合状態の制御手段K5 ,K 5がそれぞれ装荷されてい
る。
Each of these optical waveguides has an electro-optical effect.
By introducing materials and electrical signals that
It is composed of a material whose structure can control the refractive index of
ing. For example, semiconductors such as GaAs / AlGaAs
The body material can be formed by laminating multiple layers by MOCVD.
it can. Incident side lead C1Optical waveguide D1, DTwoTo
Means for controlling coupling coefficient or coupling state between both optical waveguides
K1, K1Are respectively loaded, and the emission side lead portion CTwoof
Optical waveguide DThree, DFourIs the coupling coefficient between the two optical waveguides or
Control means K for connection stateFive, K FiveAre each loaded
You.

【0017】また、結合部C0 は、その入射端A1 ,B
1 から出射端A2 ,B2 にかけて、光導波路A,Bに結
合係数または結合状態の制御手段K2 ,K2 がそれぞれ
装荷されている前段部分結合部C3 ,光導波路A,Bに
前段電極F1 ,F2 がそれぞれ装荷されている前段電極
付き部分結合部C4 ,光導波路A,Bに結合係数または
結合状態の制御手段K3 ,K3 がそれぞれ装荷されてい
る中央部分結合部C5 ,光導波路A,Bに後段電極
3 ,F4 がそれぞれ装荷されている後段電極付き部分
結合部C6 ,および、光導波路A,Bに結合係数または
結合状態の制御手段K4 ,K4 がそれぞれ装荷されてい
る後段部分結合部C7 をこの順序で光接続して構成され
ている。
Further, the coupling portion C 0 has its incident ends A 1 , B
From 1 to the output ends A 2 and B 2 , the front waveguides A 3 and C 2 , respectively, are provided with control means K 2 and K 2 for coupling coefficients or coupling states in the optical waveguides A and B, respectively. electrodes F 1, F 2 are front electrode with partial combining unit are loaded respectively C 4, the optical waveguide a, the central portion coupling portion control means K 3, K 3 of the coupling coefficient or coupling condition B are loaded respectively C 5 , a partial coupling portion C 6 with a rear-stage electrode in which the optical waveguides A and B are loaded with rear-stage electrodes F 3 and F 4 , respectively, and a coupling coefficient or coupling state control means K 4 in the optical waveguides A and B, K 4 is configured by optical connecting subsequent portion coupling part C 7 being loaded respectively in this order.

【0018】各部分結合部の長さは、今、結合部C0
全体の長さをLとし、また、p1 ,p2 ,p3 を次式:
1 +p2 +p3 <1(ただしp1 ≠0)を満足する小
数または0としたとき、前段部分結合部C3 はp1 ×
L、前段電極付き部分結合部C 4 は(1−p1 −p2
3 )×L/2、中央部分結合部C5 はp2 ×L、後段
電極付き部分結合部C6 は(1−p1 −p2 −p3 )×
L/2、後段部分結合部C7 はp3 ×Lになっている。
The length of each partial joint is now0of
Let L be the total length and p1, PTwo, PThreeTo the following equation:
p1+ PTwo+ PThree<1 (however, p1Small that satisfies ≠ 0)
When the number is 0 or 0,ThreeIs p1×
L, partial coupling part C with pre-stage electrode FourIs (1-p1-PTwo
pThree) × L / 2, central partial joint CFiveIs pTwo× L, latter stage
Partial joint C with electrode6Is (1-p1-PTwo-PThree) ×
L / 2, post-stage partial joint C7Is pThree× L.

【0019】部分結合部C4 ,C6 において光導波路
A,Bの伝搬定数を制御する電極F1 ,F2 ,F3 ,F
4 は反転Δβ構造となるように装荷される。例えば光導
波路の構成材料が半導体である場合には、図2で示した
ように、光導波路A,Bに電極F1 〜F4 を装荷し、電
極F1 と電極F4 ,電極F2 と電極F3 をリードf1
2 でそれぞれ接続すればよい。
Electrodes F 1 , F 2 , F 3 and F 3 for controlling the propagation constants of the optical waveguides A and B at the partial coupling portions C 4 and C 6
4 are loaded so as to have an inverted Δβ structure. If for example, the material of the optical waveguide is a semiconductor, as shown in FIG. 2, the optical waveguide A, the electrode F 1 to F 4 and loaded onto a B, electrode F 1 and electrode F 4, and the electrode F 2 The electrode F 3 is connected to the lead f 1 ,
In f 2 may be connected.

【0020】また光導波路材料が誘電体の場合、例えば
LiNbO3 の場合には図3,図4の平面パターンで示
したように装荷すればよい。すなわち、図3は、LiN
bO 3 の結晶方向がZカットの場合を示し、各電極F1
〜F4 を図のような電圧印加ができるように光導波路
A,Bに装荷すればよい。また、LiNbO3 の結晶方
向がYカットの場合は、図4で示したように、接地した
共通電極を光導波路A,Bの中間に配置し、光導波路の
両側に図のような電圧印加ができるように電極を配置す
ればよい。
When the optical waveguide material is a dielectric, for example,
LiNbOThreeIs shown by the plane pattern of FIGS. 3 and 4.
Just load as you did. That is, FIG.
bO ThreeShows the case where the crystal direction of the1
~ FFourThe optical waveguide so that the voltage can be applied as shown in the figure.
A and B may be loaded. In addition, LiNbOThreeHow to crystallize
When the direction is Y-cut, as shown in FIG.
The common electrode is arranged in the middle of the optical waveguides A and B,
Arrange the electrodes on both sides so that the voltage can be applied as shown in the figure.
Just do it.

【0021】前記した制御手段K1 〜K5 は、入射側リ
ード部C1 ,出射側リード部C2 および各部分結合部C
3 ,C5 ,C7 ,C2 における光導波路に電極を装荷し
たり、または光導波路の近傍に電極を配置し、これら電
極から電気信号を導入することによって形成することが
できる。例えば、光導波路A,Bや光導波路D1 〜D4
が半導体で構成されている場合、前記した各部分結合部
3 ,C5 ,C7 ,C2 や入射側リード部C1 ,出射側
リード部C2 の位置にそれぞれ電極を装荷してそれぞれ
を図示しない電気信号導入システムに接続すればよい。
ここで、各制御手段K1 〜K5 から適宜な電気信号をそ
の直下の光導波路に導入すると、2本の光導波路A,B
や光導波路D1 〜D4 の屈折率を同程度増減させること
ができ、各光導波路間では、伝播定数Δβを生じさせな
いでそのまま結合係数kを変化させることができる。ま
た、上記制御手段(電極)を互いに接続しない場合で
も、各制御手段に導入された電気信号が同じものであれ
ば、上記と同様の効果を得ることができる。
The above-mentioned control means K 1 to K 5 include an incident-side lead portion C 1 , an emission-side lead portion C 2, and each partial coupling portion C.
3, C 5, C 7, or loaded with the electrode on the light waveguide in the C 2, or an electrode disposed in the vicinity of the optical waveguide can be formed by introducing an electrical signal from the electrodes. For example, the optical waveguides A and B and the optical waveguides D 1 to D 4
Is composed of a semiconductor, electrodes are loaded at the positions of the above-described partial coupling portions C 3 , C 5 , C 7 , C 2 , the incident-side lead portion C 1 , and the exit-side lead portion C 2 , respectively. May be connected to an electric signal introduction system (not shown).
Here, when an appropriate electric signal is introduced from each of the control means K 1 to K 5 into the optical waveguide immediately below it, two optical waveguides A and B are introduced.
And the refractive indices of the optical waveguides D 1 to D 4 can be increased or decreased by the same degree, and the coupling coefficient k can be changed between the optical waveguides without causing the propagation constant Δβ. Further, even when the control means (electrodes) are not connected to each other, the same effect as described above can be obtained as long as the electric signals introduced to each control means are the same.

【0022】光導波路A,Bや光導波路D1 〜D4 が誘
電体の場合、例えば結晶方向がZカットのLiNbO3
の場合には、図5,図6で示したように、制御手段Kを
装荷すればよい。例えば、図5で示したように、部分結
合部C3 ,C5 ,C7 ,C2 における光導波路A,B、
入射側リード部C1 の光導波路D1 ,D2 および出射側
リード部C2 の光導波路D3 ,D4 の上に制御手段(電
極)Kを装荷して図示したような電圧印加が可能なよう
にすると、光導波路A,B間、光導波路D1 ,D2 間、
光導波路D3 ,D4 間の結合係数を減ずることができる
ようになる。また、図6で示したように、接地した共通
電極Kを光導波路A,Bの中間に配置し、光導波路A,
Bの両側に図のような電圧印加ができるように電極を配
置すると、光導波路A,B間の結合係数を増すことがで
きるようになる。
When the optical waveguides A and B and the optical waveguides D 1 to D 4 are dielectrics, for example, LiNbO 3 whose crystal direction is Z-cut is used.
In this case, the control means K may be loaded as shown in FIGS. For example, as shown in FIG. 5, the optical waveguides A and B at the partial coupling portions C 3 , C 5 , C 7 , and C 2 ,
A control means (electrode) K is loaded on the optical waveguides D 1 and D 2 of the incident-side lead portion C 1 and the optical waveguides D 3 and D 4 of the emission-side lead portion C 2 to apply a voltage as shown in the figure. By doing so, between the optical waveguides A and B, between the optical waveguides D 1 and D 2 ,
The coupling coefficient between the optical waveguides D 3 and D 4 can be reduced. Also, as shown in FIG. 6, the grounded common electrode K is disposed between the optical waveguides A and B, and the optical waveguides A and
By arranging electrodes on both sides of B so that a voltage can be applied as shown in the figure, the coupling coefficient between the optical waveguides A and B can be increased.

【0023】この場合、入射側リード部C1 と前段部分
結合部C3 を合わせた部分が新たに等価的な入射側リー
ド部(C1 +C3 )になり、また出射側リード部C2
後段部分結合部C7 を合わせた部分が新たに等価的な出
射側リード部(C2 +C7 )になる。したがって、各部
分結合部の長さを規定する係数p1 ,p2 ,p3 のう
ち、係数p1 とp3 は、前記等価的な入射側リード部
(C1 +C3 )における結合状態を前記等価的な出射側
リード部(C2 +C7 )における結合状態と一致させ、
この等価的な入射側リード部(C1 +C3 )における結
合とを相殺し、もって素子全体としては完全対称な入射
側リード部と出射側リード部とを有する素子の場合と等
価になるような値として選定される。
[0023] In this case, the combined incidence-side lead section C 1 and the front portion connecting portion C 3 moiety is newly equivalent incidence-side lead section (C 1 + C 3), also the exit side lead section C 2 a portion of the combined subsequent portion coupling portion C 7 becomes newly the equivalent emission side lead section (C 2 + C 7). Therefore, among the coefficients p 1 , p 2 , and p 3 that define the length of each partial coupling portion, the coefficients p 1 and p 3 determine the coupling state in the equivalent incident side lead (C 1 + C 3 ). Matching the coupling state at the equivalent emission side lead portion (C 2 + C 7 ),
The equivalent coupling at the incident-side lead (C 1 + C 3 ) is canceled out, so that the element as a whole is equivalent to the element having a perfectly symmetrical entrance-side lead and exit-side lead. Selected as a value.

【0024】また、係数p2 は中央部分結合部C5 の長
さを変えてスルー状態における消光比を測定したとき
に、その値が極大値を示すときの長さ、すなわち、入射
側リード部C1 、前段部分結合部C3,後段部分結合部
7 および出射側リード部C2 の各結合状態の総和と等
しい結合状態が得られるような係数として選定される。
なお、各部分結合部に装荷されている電極や制御手段の
間には、適宜な幅でギャップg1 〜g12がそれぞれ形成
されていることが好ましい。これは、各電極F 1 〜F4
や制御手段K1 〜K5 に導入した電気信号によって隣接
する部分結合部の電極F1 〜F4 や制御手段K1 〜K5
が影響を受けることを防止するためである。
The coefficient pTwoIs the central part joint CFiveHead of
When measuring the extinction ratio in the through state by changing the
The length when the value shows the maximum value, that is, the incident
Side lead C1, The front part connecting portion CThree, Post-stage connecting part
C7And emission side lead CTwoAnd the sum of each connected state of
The coefficient is selected so as to obtain a new coupling state.
Note that the electrodes and control means loaded on each
The gap g with an appropriate width1~ G12Are each formed
It is preferred that This is because each electrode F 1~ FFour
And control means K1~ KFiveAdjacent by electric signal introduced to
Electrode F of the partial coupling part1~ FFourAnd control means K1~ KFive
This is to prevent that is affected.

【0025】[0025]

【作用】本発明の光機能素子においては、まず、入射側
リード部C1 と前段部分結合部C3 とから成る等価的な
入射側リード部(C1+C3 ),および出射側リード部
2 と後段部分結合部C7 とから成る等価的な出射側リ
ード部(C2 +C7 )の働きにより、それぞれの結合が
相殺されるようになっているので、素子全体としては完
全対称の入・出射リード部を有することになり、その結
果、クロス状態における消光比の劣化を除去することが
できる。
In the optical functional device of the present invention, firstly, the equivalent incidence-side lead section consisting of incidence-side lead section C 1 and the front portion connecting portion C 3 Prefecture (C 1 + C 3), and exit-side lead section C The function of the equivalent emission-side lead portion (C 2 + C 7 ) composed of 2 and the subsequent partial coupling portion C 7 cancels each coupling, so that the element as a whole is completely symmetrical. The light emitting device has the emission lead portion, and as a result, it is possible to eliminate the deterioration of the extinction ratio in the cross state.

【0026】また、中央部分結合部C5 の長さはスルー
状態における消光比が極大となるような長さに設定され
ていて、スルー状態における消光比は、理論上、60d
B以上になる。更には、入射側リード部C1 に装荷され
ている制御手段K1 ,K1 、出射側リード部C2 に装荷
されている制御手段K5 ,K5 を動作することにより、
素子の製造時における寸法精度のばらつきに基づく各部
分結合部に関する実際の結合状態と理論上の結合状態と
のずれを調整して、素子を高消光比状態に回復させるこ
とができる。
Further, the length of the central portion coupling portion C 5 has been designed for such a length extinction ratio in the through state is maximum, the extinction ratio in the through state, theoretically, 60d
B or more. Further, by operating the control means K 1 and K 1 loaded on the incident-side lead C 1 and the control means K 5 and K 5 loaded on the emission-side lead C 2 ,
It is possible to recover the element to a high extinction ratio state by adjusting a deviation between an actual coupling state and a theoretical coupling state of each partial coupling portion based on a variation in dimensional accuracy at the time of manufacturing the element.

【0027】したがって、この光機能素子は、クロス状
態,スルー状態のいずれの場合においても、従来の構造
のものに比べて、消光比が大幅に向上するようになる。
Therefore, the extinction ratio of this optical functional element is greatly improved in both the cross state and the through state as compared with the conventional structure.

【0028】[0028]

【実施例】図7の平面パターン図で示した本発明の光機
能素子を製造した。この光機能素子は、図1に示した素
子においてp1 =p3 =0としたもの、すなわち、光導
波路A,Bの各出射端A1 ,B1 と各出射端A2 ,B2
はそれぞれ直接曲線光導波路D1 ,D2 ,D3 ,D4
光接続されていて、前段部分結合部と後段部分結合部が
存在しない構造のものである。
EXAMPLE An optical functional device of the present invention shown in the plan view of FIG. 7 was manufactured. This optical functional device is obtained by setting p 1 = p 3 = 0 in the device shown in FIG. 1, that is, the respective output ends A 1 and B 1 and the respective output ends A 2 and B 2 of the optical waveguides A and B.
Has a structure in which direct curved optical waveguides D 1 , D 2 , D 3 , and D 4 are optically connected to each other, and the former partial coupling part and the latter partial coupling part do not exist.

【0029】図において、結合部C0 の長さは8.0mm 、
光導波路A,Bの間隔Gは3.5 μm、スルーポートE3
とクロスポートE4 の間隔G0 および入射ポートE1
入射ポートE2 の間隔G1 はいずれも250μm、曲線
光導波路D1 ,D2 の曲率半径R1 および曲線光導波路
3 ,D4 の曲率半径R2 はいずれも30μm、路幅W
は7μmである。
In the figure, the length of the joint C 0 is 8.0 mm,
The distance G between the optical waveguides A and B is 3.5 μm, and the through port E 3
And any spacing G 1 distance G 0 and input port E 1 and input port E 2 of the cross port E 4 is 250 [mu] m, curved waveguide D 1, the curvature of the D 2 radii R 1 and curved waveguide D 3, D 4 Have a radius of curvature R 2 of 30 μm and a road width W
Is 7 μm.

【0030】そして、中央部分結合部C5 の長さ:p2
×Lは540μm(p2 =0.0675)、前段電極付き
部分結合部C4 ,後段電極付き部分結合部C6 の長さは
いずれも3.73mmになっている。この結合部C0 におけ
る前・後段電極付き部分結合部C4 ,C6 、中央部分結
合部C5 、および入・出射側リード部C1 ,C2 は、そ
れぞれ図7のVIII−VIII線に沿う断面図である図8、I
X−IX線に沿う断面図である図9で示したような構成
になっている。
[0030] The length of the middle portion coupling portion C 5: p 2
× L is 540 μm (p 2 = 0.0675), and the length of the partial coupling portion C 4 with the front-stage electrode and the length of the partial coupling portion C 6 with the rear-stage electrode are both 3.73 mm. The partial coupling portions C 4 and C 6 with front and rear electrodes, the central partial coupling portion C 5 , and the input / output side lead portions C 1 and C 2 in the coupling portion C 0 correspond to lines VIII-VIII in FIG. 8, I which are cross-sectional views along
The configuration is as shown in FIG. 9, which is a cross-sectional view along the line X-IX.

【0031】すなわち、AuGeNi/Auから成る下
部電極1の上に、MOCVD法によって、n+ GaAs
から成る基板2,n+ GaAlAsから成る厚み0.5 μ
mのバッファ層3,n+ GaAlAsから成る厚み3.0
μmの下部クラッド層4,n - GaAsから成る厚み1.
0 μmのコア層5がこの順序で積層されている。更にこ
のコア層5の上には、n- GaAlAsから成るクラッ
ド6a,p- GaAlAsから成るクラッド6b,p+
GaAsから成るキャップ6cが順次MOCVD法で積
層されて上部クラッド層6を形成し、その上面はSiO
2 膜のような絶縁膜7で被覆されることにより、路幅が
W(7.0μm)である2本の光導波路A,B、光導波路
1 ,D2 、光導波路D3 ,D4 がリッジ状に形成され
ている。
That is, the lower layer made of AuGeNi / Au
On the unit electrode 1, n is applied by MOCVD.+GaAs
Substrate 2, n consisting of+0.5 μm thick made of GaAlAs
m buffer layer 3, n+GaAlAs thickness 3.0
μm lower cladding layer 4, n -GaAs thickness 1.
The 0 μm core layers 5 are stacked in this order. More
On the core layer 5 of n-Crack made of GaAlAs
Do 6a, p-Cladding 6b, p made of GaAlAs+
Caps 6c made of GaAs are sequentially formed by MOCVD.
To form an upper cladding layer 6, the upper surface of which is SiO 2
TwoBy being covered with an insulating film 7 such as a film,
Two optical waveguides A and B each having W (7.0 μm) and an optical waveguide
D1, DTwo, Optical waveguide DThree, DFourAre formed in a ridge shape
ing.

【0032】この光導波路A,B,D1 ,D2 ,D3
4 は、前記した各層を積層して成る積層体に常用のホ
トリソグラフィーとエッチングを適用することにより、
所定の深さhと所定の路幅Wを有するリッジとして形成
される。このようにして形成された光導波路A,B,D
1 ,D2 ,D3 ,D4 においては、クラッド6aとクラ
ッド6bの界面がpn接合界面6dになっている。した
がって、電極F1 〜F4 や制御手段K1 ,K3,K5
ら所定の電気信号を導入すると、その直下における光導
波路のpn接合界面では電気光学効果,プラズマ効果や
バンドフィリング効果などが発現して電極直下に位置す
るコア層5の屈折率が変化して光導波路D1 ,D2 間、
光導波路A,B間、光導波路D3 ,D4 間における光の
結合状態が変化する。
The optical waveguides A, B, D 1 , D 2 , D 3 ,
D 4 is obtained by applying ordinary photolithography and etching to a laminate obtained by laminating the above-described layers,
It is formed as a ridge having a predetermined depth h and a predetermined path width W. The optical waveguides A, B, D thus formed
At 1 , D 2 , D 3 , and D 4 , the interface between the clad 6a and the clad 6b is a pn junction interface 6d. Therefore, when a predetermined electric signal is introduced from the electrodes F 1 to F 4 and the control means K 1 , K 3 , K 5 , an electro-optic effect, a plasma effect, a band filling effect, and the like are generated at the pn junction interface of the optical waveguide immediately below. And the refractive index of the core layer 5 located immediately below the electrode changes, and the distance between the optical waveguides D 1 and D 2 is increased.
The light coupling state between the optical waveguides A and B and between the optical waveguides D 3 and D 4 changes.

【0033】なお、以上の設定値は、いずれも、各光導
波路のリッジの深さhを1.0μmにしたときの最適値に
なっている。電極F1 ,F2 ,F3 ,F4 が装荷される
個所は、図8で示したように、絶縁膜7の一部をスリッ
ト状に除去して窓7a,7bを形成し、ここからキャッ
プ6cの上面にTi/Pt/Auを例えば蒸着して電極
3 ,F4 (F1 ,F2 )が形成され、電極F3 はリー
ドf1 を介して電極F2 と接続され、電極F4 はリード
2 を介して電極F1 と接続されて反転Δβ構造を形成
している(図7)。
The above setting values are all optimum values when the ridge depth h of each optical waveguide is set to 1.0 μm. As shown in FIG. 8, portions where the electrodes F 1 , F 2 , F 3 , and F 4 are loaded are formed by removing a part of the insulating film 7 into slits to form windows 7a and 7b. Electrodes F 3 , F 4 (F 1 , F 2 ) are formed by evaporating Ti / Pt / Au, for example, on the upper surface of the cap 6c. The electrode F 3 is connected to the electrode F 2 via the lead f 1 , F 4 forms a reversed Δβ structure is connected to the electrode F 1 through the lead f 2 (Figure 7).

【0034】制御手段K1 ,K1 ,K3 ,K3 およびK
5 ,K5 が装荷されている個所は、図9で示したよう
に、同じく絶縁膜7に窓7a,7bを形成し、ここに例
えばTi/Pt/Auを蒸着して制御手段K3 ,K
3 (K1 ,K1 ,K5 ,K5 )が形成され、各制御手段
3 ,K3 の間はリードf4 (制御手段K1 ,K1 の間
はリードf3 、制御手段K5 ,K5 の間はリードf5
で接続されている(図7)。
Control means K 1 , K 1 , K 3 , K 3 and K
As shown in FIG. 9, windows 5a and 7b are similarly formed in the insulating film 7, and Ti / Pt / Au is deposited on the portions where the control means K 3 and K 5 are loaded, as shown in FIG. K
3 (K 1, K 1, K 5, K 5) is formed, between each of the control means K 3, K 3 is read f 4 (control means K 1, while the K 1 is read f 3, the control unit K 5, between the K 5 is lead f 5)
(FIG. 7).

【0035】この素子において、入射ポートE1 に波長
1.3μmのTEモード光を励起し、電極に逆バイアス電
圧を印加して電気光学効果のみを発現せしめた場合のス
イッチング特性の理論特性図を図10に示す。実際にこ
の素子を逆バイアス電圧で駆動したとき、測定系の都合
により、クロス状態における印加電圧が−7Vであると
消光比は30dB以上で、またスルー状態における印加
電圧が−15Vで消光比はやはり30dB以上になるも
のと評価することができる。
In this device, the wavelength is set at the entrance port E 1 .
FIG. 10 shows a theoretical characteristic diagram of switching characteristics in a case where 1.3 μm TE mode light is excited and a reverse bias voltage is applied to the electrodes so that only the electro-optical effect is exhibited. When this element is actually driven with a reverse bias voltage, the extinction ratio is 30 dB or more when the applied voltage in the cross state is -7 V, and the extinction ratio is -15 V in the through state due to the convenience of the measurement system. Again, it can be evaluated to be 30 dB or more.

【0036】次に、この素子において係数p2 を変化さ
せて中央部分結合部C5 の長さp2 ×Lを変えたときの
消光比の変動をp2 との関係として図11に示す。図
中、○印はスルー状態,黒四角印はクロス状態を表す。
図11から明らかなように、p2 を0.066〜0.068
の値にして中央部分結合部C5 を形成すると、この素子
は、スルー状態,クロス状態のいずれの場合でも理論的
には、60dB以上の消光比を得ることが可能である。
Next, the variation of the extinction ratio when the length p 2 × L of the central partial coupling portion C 5 is changed by changing the coefficient p 2 in this element is shown in FIG. 11 as a relationship with p 2 . In the figure, a circle indicates a through state, and a black square indicates a cross state.
As is apparent from FIG. 11, a p 2 .066 to .068
To form a central portion coupling portion C 5 in the value, this device, through state, theoretically any case the cross state, it is possible to obtain a more extinction ratio 60 dB.

【0037】また、この素子が最大消光比を示すために
は、係数p1 ,p2 ,p3 をある値に選定すべきである
ことがわかる。例えばG0 ,G1 ,G,R1 ,R2 ,W
を上記した値に設定したとき、p1 =0,p3 =0に設
定しないとクロス状態における消光比の劣化は避けられ
ず、また、p2 が0.0675からずれた場合には74.2
9dBというスルー状態における最大の消光比を得るこ
とができない。
Further, it can be seen that the coefficients p 1 , p 2 , and p 3 should be selected to have certain values in order for this element to exhibit the maximum extinction ratio. For example, G 0 , G 1 , G, R 1 , R 2 , W
Is set to the above value, unless the values of p 1 = 0 and p 3 = 0 are set, the deterioration of the extinction ratio in the cross state cannot be avoided, and if p 2 deviates from 0.0675, 74. 2
The maximum extinction ratio in the through state of 9 dB cannot be obtained.

【0038】ところで、この素子において、図11によ
れば、p2 の値が少なくとも0.0675から0.062以
下に変化すると、その消光比は最大消光比から30dB
以下に劣化することがわかる。すなわち、長さp2 ×L
の中央部分結合部C5 の寸法パラメータが、光導波路の
リッジの深さhを1.0μmとしたときの理論上の設定値
から44μmのずを生じているときに、その素子の消光
比は30dB以下に劣化する。
According to FIG. 11, when the value of p 2 changes from at least 0.0675 to 0.062 or less, the extinction ratio of the device becomes 30 dB from the maximum extinction ratio.
It can be seen that it deteriorates as follows. That is, the length p 2 × L
When the dimensional parameters of the central portion coupling portion C 5 has occurred a diagram of 44μm from theoretical setting value when the depth h of the optical waveguide ridge and 1.0 .mu.m, the extinction ratio of the device Degrades to 30 dB or less.

【0039】通常、素子の製造は、前記したように、ホ
トリソグラフィーとエッチングを組み合わせて行われて
いて、その場合のホトマスクの精度は少なくとも1μm
以下に管理されているので、中央部分結合部C5 の長さ
に関する寸法パラメータの精度を、前記した許容値:4
4μmの範囲内に制御することは技術上充分に可能であ
る。
Usually, as described above, the device is manufactured by combining photolithography and etching. In this case, the accuracy of the photomask is at least 1 μm.
Because they are managed in the following, the accuracy of the dimensional parameters on the length of the central portion coupling portion C 5, wherein the tolerance: 4
Control within the range of 4 μm is technically sufficiently possible.

【0040】しかしながら、エッチングによって食刻さ
れるリッジの深さhは、消光比に大きな影響を与える。
ここで、リッジの深さhを変化させた素子において、1.
0−h(μm)の値、すなわちエッチング残量と、最大
消光比が得られるときの係数p2 との関係を測定した場
合、両者は図12で示すような関係にある。
However, the depth h of the ridge etched by the etching greatly affects the extinction ratio.
Here, in the element in which the ridge depth h was changed, 1.
The value of the 0-h (μm), that is, when the measured and etching remaining, the relationship between the coefficient p 2 when the maximum extinction ratio can be obtained, both in a relationship as shown in Figure 12.

【0041】図12から明らかなように、リッジの深さ
hが例えば1.0μmから±0.05μmずれた値のとき
は、最大消光比を得るために最適な中央部分結合部C5
の長さは、hが1.0μmのときの上記設定値540μm
から608μmまたは496μmに変化させなければな
らないことになる。例えば、図7の素子において、リッ
ジの深さhの目標値を1.0μmに設定して素子の各寸法
パラメータを上記した値で素子を製造したにもかかわら
ず、実際のリッジの深さhは設定値より約0.05μm浅
い約0.95μmであったとすると、クロス状態では全体
の対称性が崩れていないために、やはり測定系の都合に
より、電極F1 〜F4 への印加電圧が−7Vの場合、素
子の消光比は30dB以上である。しかし、スルー状態
においては、印加電圧が−15Vのとき、得られる最大
消光比は25dB程度であり、理論値よりも大幅に低下
してしまう。
As is apparent from FIG. 12, when the ridge depth h is shifted from ± 1.0 μm, for example, from 1.0 μm, the central partial coupling portion C 5 optimal for obtaining the maximum extinction ratio is obtained.
Is the above set value of 540 μm when h is 1.0 μm.
To 608 μm or 496 μm. For example, in the device shown in FIG. 7, although the target value of the ridge depth h is set to 1.0 μm and the dimensional parameters of the device are manufactured with the above values, the actual ridge depth h is obtained. Is about 0.95 μm, which is about 0.05 μm shallower than the set value. Since the overall symmetry is not broken in the cross state, the voltage applied to the electrodes F 1 to F 4 also depends on the measurement system. In the case of −7 V, the extinction ratio of the element is 30 dB or more. However, in the through state, when the applied voltage is −15 V, the obtained maximum extinction ratio is about 25 dB, which is much lower than the theoretical value.

【0042】そこで、入射側リード部C1 の制御手段
(電極)K1 ,K1 、中央部分結合部C5 の制御手段
(電極)K3 ,K3 、および出射側リード部C2 の制御
手段(電極)K5 ,K5 に約−16Vの逆電圧を印加
し、同時に、電極F1 〜F4 に−15Vの逆電圧を印加
すると消光比が30dB以上のスルー状態が得られた。
これは、入射側リード部C1 ,中央部分結合部C5 ,出
射側リード部C2 において、逆電圧印加による光導波路
の電気光学効果が発現して前記光導波路の屈折率増大が
引き起こされることにより光の閉じ込めが強くなって両
光導波路間の結合係数は小さくなり、その結果、中央部
分結合部C5 の長さp2×Lは、h=0.95μmに相当
する496μmであった状態から、h=1.0μmに相当
する設定値540μmに等価的に近づいたからである。
Therefore, the control means (electrodes) K 1 , K 1 of the incident-side lead portion C 1 , the control means (electrodes) K 3 , K 3 of the central partial coupling portion C 5 , and the control of the emission-side lead portion C 2 applying means (electrode) K 5, a reverse voltage of about -16V to K 5, at the same time, the extinction ratio and applying a reverse voltage of -15V to the electrode F 1 to F 4 was obtained through state than 30 dB.
This incident side lead section C 1, the central portion coupling portion C 5, at the exit side lead section C 2, the refractive index increase in the optical waveguide and expressed electro-optical effect of the optical waveguide by the reverse voltage applied is caused As a result, the confinement of light is increased and the coupling coefficient between the two optical waveguides is reduced, and as a result, the length p 2 × L of the central partial coupling portion C 5 is 496 μm corresponding to h = 0.95 μm. From this, it is equivalently approached to the set value 540 μm corresponding to h = 1.0 μm.

【0043】なお、リッジの深さhが大きくなった場合
は、各制御手段から電流注入してその直下の光導波路に
おけるプラズマ効果を利用することにより光導波路の屈
折率の増大効果を発現させ、それに伴う光導波路間の結
合係数を増大させ、部分結合部C5 の長さが等価的に短
くなるようにすればよい。
When the depth h of the ridge becomes large, current is injected from each control means and a plasma effect in the optical waveguide immediately therebelow is used to exhibit the effect of increasing the refractive index of the optical waveguide. increases the coupling coefficient between the optical waveguides concomitant, the length of the portion coupling portion C 5 may be so equivalently shortened.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
方向性結合器側光機能素子は、電気光学効果を発現する
材料または電気信号の導入により屈折率制御が可能な構
造を有する材料から成る等幅の2本の光導波路を平行配
置した長さLの結合部を有し、前記結合部の2本の光導
波路の入射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光
接続して入射側リード部を形成し、前記結合部の2本の
光導波路の出射端はそれぞれ曲線または直線の光導波路
と光接続して出射側リード部を形成している2入力・2
出力の方向性結合器において、p1 ,p2 ,p3 がp1
+p2 +p3 <1(ただしp1 ≠0)を満足する小数ま
たはゼロとしたとき、前記結合部は、光導波路間の結合
係数または結合状態の制御手段が装荷された長さp1 ×
Lの前段部分結合部、長さ(1−p1 −p2 −p3 )×
L/2の前段電極付き部分結合部、光導波路間の結合係
数または結合状態の制御手段が装荷された長さp2 ×L
の中央部分結合部、前記前段電極付き部分結合部と同じ
長さの後段電極付き部分結合部、および光導波路間の結
合係数または結合状態の制御手段が装荷された長さp 3
×Lの後段部分結合部を前記入射端からこの順序で光接
続して成り、かつ、前記入射側リード部および前記出射
側リード部にはそれぞれ光導波路間の結合係数または結
合状態の制御手段が装荷されていることを特徴とするの
で、入射側リード部および前段部分結合部から成る等価
的な入射側リード部における結合状態と、後段部分結合
部および出射側リード部から成る等価的な出射側リード
部における結合状態とを適切に設計することにより、従
来の方向性結合器における入射側リード部と出射側リー
ド部の結合の非対称性に基づくクロス状態時の消光比劣
化や、また、製造時における寸法パラメータ精度のばら
つきに基づくクロス状態時の消光比劣化を除去すること
ができる。更に、中央部分結合部はスルー状態における
消光比を極大にするような長さで形成されているので、
スルー状態の消光比も高水準を実現することができる。
すなわち、本発明の光機能素子は、スルー状態,クロス
状態のいずれにおいても高消光比を示す。
As is apparent from the above description, the present invention
The directional coupler-side optical functional element exhibits an electro-optic effect
A structure that can control the refractive index by introducing materials or electric signals.
Two equal-width optical waveguides made of structural material
A coupling portion having a length L disposed between the two light guides of the coupling portion.
The input ends of the waveguides are curved or straight optical waveguides and optical
Connected to form an incident-side lead, and the two
The output end of the optical waveguide is a curved or straight optical waveguide, respectively.
Input, 2 optically connected to form the output side lead
In the output directional coupler, p1, PTwo, PThreeIs p1
+ PTwo+ PThree<1 (however, p1ま 0)
Or zero, the coupling part is a coupling between the optical waveguides.
Length p loaded with control means for the coefficient or the coupling state1×
L partial connection part, length (1-p1-PTwo-PThree) ×
L / 2 partial coupling portion with front-end electrode, coupling member between optical waveguides
Length p loaded with control means of number or coupling stateTwo× L
The same as the partial joint with the preceding electrode
Length between the partial coupling with the rear electrode and the connection between the optical waveguides
Length p loaded with control means for joint coefficient or joint state Three
× L optically connected in this order from the incident end
And the input side lead portion and the output side
Each side lead has a coupling coefficient or coupling between the optical waveguides.
Characterized in that the control means of the combined state is loaded
And the equivalent consisting of the input side lead and the pre-stage partial coupling
Connection state at the input side lead and partial connection at the subsequent stage
Emission-side lead composed of a part and an emission-side lead
By properly designing the connection condition at the
Input-side lead and output-side lead in a conventional directional coupler
Extinction ratio in the cross state based on the asymmetry of coupling at the gate
And variations in dimensional parameter accuracy during manufacturing
Eliminating extinction ratio degradation during cross state based on
Can be. In addition, the central partial joint is in the through state
Since it is formed with a length that maximizes the extinction ratio,
The extinction ratio in the through state can also be realized at a high level.
That is, the optical functional element of the present invention is in a through state, a cross state,
It shows a high extinction ratio in any of the states.

【0045】なお、実施例では光スイッチとして駆動さ
せる場合を説明したが、本発明の光機能素子は、例えば
電極から順方向電流の注入と逆電圧の印加を同時に行な
ってTEモード光とTMモード光の分離を行なう光偏波
スプリッタとして使用することもできる。更に、光変調
器や光合分波器として使用したときに、高消光比特性を
得ることができる。
In the embodiment, the case where the optical function device is driven as an optical switch has been described. However, in the optical function device of the present invention, the TE mode light and the TM mode It can also be used as an optical polarization splitter for splitting light. Furthermore, when used as an optical modulator or an optical multiplexer / demultiplexer, a high extinction ratio characteristic can be obtained.

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

【図1】本発明の光機能素子の基本構成を示す平面パタ
ーン図である。
FIG. 1 is a plan view showing a basic structure of an optical functional device according to the present invention.

【図2】電極の装荷状態を示す平面パターン図である。FIG. 2 is a plane pattern diagram showing a loaded state of electrodes.

【図3】電極の他の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
FIG. 3 is a plan view showing another state of loading electrodes.

【図4】電極の別の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing another loading state of electrodes.

【図5】制御手段の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
FIG. 5 is a plan view showing a loading state of the control means.

【図6】制御手段の他の装荷状態を示す平面パターン図
である。
FIG. 6 is a plan pattern diagram showing another loading state of the control means.

【図7】実施例の光機能素子を示す平面パターン図であ
る。
FIG. 7 is a plan pattern diagram showing an optical functional element of an example.

【図8】図7のVIII−VIII線に沿う断面図である。8 is a sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG.

【図9】図7のIX−IX線に沿う断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along the line IX-IX of FIG. 7;

【図10】実施例素子のスイッチング特性の理論特性図
である。
FIG. 10 is a theoretical characteristic diagram of switching characteristics of the element of Example.

【図11】実施例素子において、p1 =p3 =0のとき
の係数p2 と消光比との関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the coefficient p 2 and the extinction ratio when p 1 = p 3 = 0 in the example device.

【図12】光導波路のエッチング深さに対する係数p2
の変化を示すグラフである。
FIG. 12 shows a coefficient p 2 with respect to an etching depth of an optical waveguide.
6 is a graph showing a change in the graph.

【図13】2入力・2出力方向性結合器の従来例を示す
平面パターン図である。
FIG. 13 is a plan view showing a conventional example of a two-input / two-output directional coupler.

【図14】2入力・2出力方向性結合器の別の従来例を
示す平面パターン図である。
FIG. 14 is a plane pattern diagram showing another conventional example of a two-input / two-output directional coupler.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下部電極 2 基板 3 バッファ層 4 下部クラッド層 5 コア層 6 上部クラッド層 6a,6b クラッド 6c キャップ 6d pn接合界面 7 絶縁膜 7a,7b 窓 A 光導波路 A1 光導波路Aの入射端 A2 光導波路Aの出射端 B 光導波路 B1 光導波路Bの入射端 B2 光導波路Bの出射端 D1 ,D2 ,D3 ,D4 曲線光導波路 E1 ,E2 直線光導波路(入射ポート) E3 直線光導波路(スルーポート) E4 直線光導波路(クロスポート) C0 結合部 C1 入射側リード部 C2 出射側リード部 C3 前段部分結合部 C4 前段電極付き部分結合部 C5 中央部分結合部 C6 後段電極付き部分結合部 C7 後段部分結合部 f1,2,3,4,f5 リード F1,2,3,4 電極 K1,2,3,4,K5 光導波路間の結合係数または結
合状態の制御手段 L 結合部C0 の長さ h 光導波路A,Bのエッチング深さ g1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,g11,g
12 ギャップ p1,2,3,1 +p2 +p3 <1(ただしp1
0)を満足する小数またはゼロ W 光導波路の路幅 G 光導波路A,Bの間隔 G0 直線光導波路E3,4 の路幅中心間の距離 G1 直線光導波路E1,2 の路幅中心間の距離 R1 曲線光導波路D1,2 の曲率半径 R2 曲線光導波路D3,4 の曲率半径
1 the lower electrode 2 substrate 3 buffer layer 4 lower cladding layer 5 the core layer 6 upper cladding layer 6a, 6b clad 6c cap 6d pn junction interface 7 insulating film 7a, 7b window A waveguide A 1 optical waveguide A entrance end A 2 optical of exit end D 1 of the incident end B 2 optical waveguide B exit end B waveguide B 1 optical waveguide B of waveguides a, D 2, D 3, D 4 curved waveguide E 1, E 2 straight waveguide (input port) E 3 linear optical waveguide (through port) E 4 linear optical waveguide (cross port) C 0 coupling section C 1 incident side lead section C 2 exit side lead section C 3 front partial coupling section C 4 partial coupling section with front electrode C 5 with the central portion coupling portion C 6 subsequent electrode portion coupling unit C 7 subsequent portion coupling portion f 1, f 2, f 3 , f 4, f 5 lead F 1, F 2, F 3 , F 4 electrodes K 1, K 2 , K 3, K 4, K 5 control means L of the coupling coefficient or the bonding state between the optical waveguides Length h waveguide A merging unit C 0, the etching depth g 1 of B, g 2, g 3, g 4, g 5, g 6, g 7, g 8, g 9, g 10, g 11, g
12 gap p 1, p 2, p 3 , p 1 + p 2 + p 3 <1 ( where p 1
Path width of fractional or zero W optical waveguide satisfying 0) G optical waveguide A, the distance G 1 straight waveguide E 1 between Michihaba center distance G 0 straight waveguide E 3, E 4 of B, the E 2 the distance between Michihaba central R 1 curved waveguide D 1, D 2 of a radius of curvature R 2 curved waveguide D 3, the radius of curvature of D 4

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−235030(JP,A) 特開 昭63−142333(JP,A) 特開 平2−308125(JP,A) 特開 昭57−200016(JP,A) 特開 平4−238326(JP,A) 特開 昭62−59933(JP,A) 特開 平3−13906(JP,A) 特開 昭60−217346(JP,A) 特開 昭59−93428(JP,A) 1990年電子情報通信学会秋季全国大会 講演論文集 [分冊4]通信・エレクト ロニクス p.4−258麦漢明et.a l.,「C−216半導体方向性結合器光 モードスプリッタ」 1991年電子情報通信学会春季全国大会 講演論文集 [分冊4]通信・エレクト ロニクス p.4−241麦漢明et.a l.,「C−224 高消光比方向性結合 型光機能素子」 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/00 - 1/035 G02F 1/29 - 1/313 G02B 6/12 - 6/14 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-235030 (JP, A) JP-A-63-142333 (JP, A) JP-A-2-308125 (JP, A) JP-A-57-200016 (JP) JP-A-4-238326 (JP, A) JP-A-62-59933 (JP, A) JP-A-3-13906 (JP, A) JP-A-60-217346 (JP, A) JP-A-60-217346 59-93428 (JP, A) 1990 IEICE Autumn National Convention Lecture Paper [Vol.4] Communications and Electronics p. 4-258 Mutsu Hanmei et. a l. , “C-216 Semiconductor Directional Coupler Optical Mode Splitter,” 1991 IEICE Spring National Convention Proceedings [Part 4] Communications and Electronics p. 4-241 Mutsu Hanmei et. a l. , “C-224 High extinction ratio directional coupling type optical functional device” (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/00-1/035 G02F 1/29-1/313 G02B 6 / 12-6/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電気光学効果を発現する材料または電気
信号の導入により屈折率制御が可能な構造を有する材料
から成る等幅の2本の光導波路を平行配置した長さLの
結合部を有し、前記結合部の2本の光導波路の入射端は
それぞれ曲線または直線の光導波路と光接続して入射側
リード部を形成し、前記結合部の2本の光導波路の出射
端はそれぞれ曲線または直線の光導波路と光接続して出
射側リード部を形成している2入力・2出力の方向性結
合器において、p1 ,p2 ,p3 がp1 +p2 +p3
1(ただしp1 ≠0)を満足する小数またはゼロとした
とき、前記結合部は、光導波路間の結合係数または結合
状態の制御手段が装荷された長さp1 ×Lの前段部分結
合部、長さ(1−p1 −p2−p3 )×L/2の前段電
極付き部分結合部、光導波路間の結合係数または結合状
態の制御手段が装荷された長さp2 ×Lの中央部分結合
部、前記前段電極付き部分結合部と同じ長さの後段電極
付き部分結合部、および光導波路間の結合係数または結
合状態の制御手段が装荷された長さp3×Lの後段部分
結合部を前記入射端からこの順序で光接続して成り、か
つ、前記入射側リード部および前記出射側リード部には
それぞれ光導波路間の結合係数または結合状態の制御手
段が装荷されていることを特徴とする方向性結合器型光
機能素子。
1. A coupling part having a length L in which two equal-width optical waveguides made of a material exhibiting an electro-optic effect or a material having a structure capable of controlling a refractive index by introducing an electric signal is provided. The incident ends of the two optical waveguides of the coupling portion are optically connected to curved or straight optical waveguides, respectively, to form incident side leads, and the emission ends of the two optical waveguides of the coupling portion are curved. Alternatively, in a two-input / two-output directional coupler optically connected to a linear optical waveguide to form an emission-side lead, p 1 , p 2 , and p 3 are p 1 + p 2 + p 3 <
When a decimal number or zero satisfying 1 (where p 1 ≠ 0) is satisfied, the coupling section is a pre-partial coupling section of length p 1 × L loaded with a coupling coefficient or coupling state control means between the optical waveguides. , Length (1−p 1 −p 2 −p 3 ) × L / 2, a partial coupling portion with a pre-electrode, a coupling coefficient between optical waveguides or a length p 2 × L loaded with control means for a coupling state. A central partial coupling portion, a partial coupling portion with a rear electrode having the same length as the partial coupling portion with a preceding electrode, and a posterior portion of a length p 3 × L loaded with a coupling coefficient or coupling state control means between the optical waveguides. The coupling section is optically connected from the incident end in this order, and the entrance side lead section and the exit side lead section are each loaded with a coupling coefficient or coupling state control means between the optical waveguides. A directional coupler-type optical functional device, characterized by the following.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1990年電子情報通信学会秋季全国大会講演論文集 [分冊4]通信・エレクトロニクス p.4−258麦漢明et.al.,「C−216半導体方向性結合器光モードスプリッタ」
1991年電子情報通信学会春季全国大会講演論文集 [分冊4]通信・エレクトロニクス p.4−241麦漢明et.al.,「C−224 高消光比方向性結合型光機能素子」

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