JP2994082B2 - 方向性結合器型光機能素子 - Google Patents
方向性結合器型光機能素子Info
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- JP2994082B2 JP2994082B2 JP13629091A JP13629091A JP2994082B2 JP 2994082 B2 JP2994082 B2 JP 2994082B2 JP 13629091 A JP13629091 A JP 13629091A JP 13629091 A JP13629091 A JP 13629091A JP 2994082 B2 JP2994082 B2 JP 2994082B2
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- optical
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- optical waveguides
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- G—PHYSICS
- 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
- G02F1/29—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 position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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Description
【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。
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。
【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，図１４にそれぞれ示す。図１
３で示した素子は２入力・２出力の素子であり、図１４
で示した素子は１入力・２出力の素子である。
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，図１４にそれぞれ示す。図１
３で示した素子は２入力・２出力の素子であり、図１４
で示した素子は１入力・２出力の素子である。
【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がエバネッセント結合可能な
間隔Ｇを置いて互いに近接して平行配置されることによ
り、長さＬの結合部Ｃo が構成されている。結合部Ｃ0
における光導波路Ａ，Ｂのそれぞれ入射端Ａ1 ，Ｂ1 お
よび出射端Ａ2,Ｂ2 には、路幅がＷで曲率半径Ｒの曲線
光導波路Ｄ1 , Ｄ2 ，Ｄ3 ，Ｄ4 がそれぞれ光接続され
て入射側リード部Ｃ1 ，出射側リード部Ｃ2 を形成して
いる。更に、曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 ，Ｄ4 に
は、それぞれ、路幅がＷの直線光導波路Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ
3 ，Ｅ4 が互いの路幅中心間の距離Ｇ0 の間隔で光接続
されている。そして、結合部Ｃo 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、ここから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 と電極
Ｆ4 の間隔はほとんどゼロになっている。
する２本の光導波路Ａ，Ｂがエバネッセント結合可能な
間隔Ｇを置いて互いに近接して平行配置されることによ
り、長さＬの結合部Ｃo が構成されている。結合部Ｃ0
における光導波路Ａ，Ｂのそれぞれ入射端Ａ1 ，Ｂ1 お
よび出射端Ａ2,Ｂ2 には、路幅がＷで曲率半径Ｒの曲線
光導波路Ｄ1 , Ｄ2 ，Ｄ3 ，Ｄ4 がそれぞれ光接続され
て入射側リード部Ｃ1 ，出射側リード部Ｃ2 を形成して
いる。更に、曲線光導波路Ｄ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 ，Ｄ4 に
は、それぞれ、路幅がＷの直線光導波路Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ
3 ，Ｅ4 が互いの路幅中心間の距離Ｇ0 の間隔で光接続
されている。そして、結合部Ｃo 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、ここから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 と電極
Ｆ4 の間隔はほとんどゼロになっている。
【０００４】ここで、直線光導波路Ｅ1 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。図１４の１入力・２出力の素
子の場合は、図１３の２入力・２出力の素子において、
光導波路Ａの入射端Ａ1 にのみ、直接、１本の直線光導
波路Ｅ0 を光接続した構造になっている。この素子で
は、直線光導波路Ｅ0 が入射ポートであり、直線光導波
路Ｅ3 ，Ｅ4 がそれぞれスルーポート，クロスポートに
なっている。
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。図１４の１入力・２出力の素
子の場合は、図１３の２入力・２出力の素子において、
光導波路Ａの入射端Ａ1 にのみ、直接、１本の直線光導
波路Ｅ0 を光接続した構造になっている。この素子で
は、直線光導波路Ｅ0 が入射ポートであり、直線光導波
路Ｅ3 ，Ｅ4 がそれぞれスルーポート，クロスポートに
なっている。
【０００５】ところで、上記したこれらの素子を現在実
施段階に入りつつあるファイバ通信システムに組込むた
めには、漏話による誤り発生を防止することが必要にな
る。したがって、低漏話、すなわち高消光比特性を有す
る素子が必要になる。図１３で示した素子の場合、電極
Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 ，Ｆ4 から適当な電気信号を導入する
ことによって、理論的には、光導波路Ａ，Ｂ間で完全な
クロス状態を実現することができる。
施段階に入りつつあるファイバ通信システムに組込むた
めには、漏話による誤り発生を防止することが必要にな
る。したがって、低漏話、すなわち高消光比特性を有す
る素子が必要になる。図１３で示した素子の場合、電極
Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 ，Ｆ4 から適当な電気信号を導入する
ことによって、理論的には、光導波路Ａ，Ｂ間で完全な
クロス状態を実現することができる。
【０００６】しかしながら、電極Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 ，Ｆ
4 から電気信号を導入することなく、入射ポートＥ1 か
ら光を入射すると、入射側リード部Ｃ1 ，出射側リード
部Ｃ 2 におけるわずかな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高々２５ｄＢ程度にな
ってしまう。また、図１４で示した素子の場合は、スル
ー状態における消光比は図１４の素子よりも１０ｄＢ程
度高くなるが、しかしクロス状態では対称性が崩れるた
め、高々２０ｄＢ程度の消光比しか得ることができな
い。
4 から電気信号を導入することなく、入射ポートＥ1 か
ら光を入射すると、入射側リード部Ｃ1 ，出射側リード
部Ｃ 2 におけるわずかな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高々２５ｄＢ程度にな
ってしまう。また、図１４で示した素子の場合は、スル
ー状態における消光比は図１４の素子よりも１０ｄＢ程
度高くなるが、しかしクロス状態では対称性が崩れるた
め、高々２０ｄＢ程度の消光比しか得ることができな
い。
【０００７】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比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。
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比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。
【０００８】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。
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。
【０００９】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１５
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 をｐ1 ＋ｐ2 ＋ｐ
3 ＜１（ただしｐ1 ≠０）を満足する小数またはゼロと
したとき、長さｐ1 ×Ｌの前段部分結合部Ｃ3 、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Ｃ5 、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Ｃ7 で構成
したものである。
学会１９９１春季全国大会Ｃ−２２４において、図１５
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 をｐ1 ＋ｐ2 ＋ｐ
3 ＜１（ただしｐ1 ≠０）を満足する小数またはゼロと
したとき、長さｐ1 ×Ｌの前段部分結合部Ｃ3 、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Ｃ5 、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Ｃ7 で構成
したものである。
【００１０】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。
４０ｄＢ程度の消光比を得ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】図１５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である。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、微妙に理論値から外れることがある。
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である。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、微妙に理論値から外れることがある。
【００１２】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場合があり、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１５で示した素子において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３０
ｄＢ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。
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場合があり、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１５で示した素子において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３０
ｄＢ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。
【００１３】
【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
路のうち１本の光導波路のみがその入射端で１本の直線
光導波路と光接続し、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１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、前記出射側リード部に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。
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
路のうち１本の光導波路のみがその入射端で１本の直線
光導波路と光接続し、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１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、前記出射側リード部に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。
【００１４】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 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１５で示した従来の１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。まず、結合部Ｃ
0 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、そのうちの１本の光導波
路Ａの入射端Ａ1 には路幅Ｗの直線光導波路Ｅ0 が光接
続されて入射ポートを構成している。光導波路Ａ，光導
波路Ｂのそれぞれの出射端Ａ2 ，Ｂ2 には曲率半径がＲ
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、更にこれら曲線光導波路
Ｄ3 ，Ｄ4 には、路幅Ｗの直線光導波路Ｅ3 ，Ｅ4 が路
幅中心間の距離Ｇ0 でそれぞれ光接続されて、スルーポ
ート（Ｅ3 ）とクロスポート（Ｅ4 ）を構成している。
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 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１５で示した従来の１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。まず、結合部Ｃ
0 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、そのうちの１本の光導波
路Ａの入射端Ａ1 には路幅Ｗの直線光導波路Ｅ0 が光接
続されて入射ポートを構成している。光導波路Ａ，光導
波路Ｂのそれぞれの出射端Ａ2 ，Ｂ2 には曲率半径がＲ
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、更にこれら曲線光導波路
Ｄ3 ，Ｄ4 には、路幅Ｗの直線光導波路Ｅ3 ，Ｅ4 が路
幅中心間の距離Ｇ0 でそれぞれ光接続されて、スルーポ
ート（Ｅ3 ）とクロスポート（Ｅ4 ）を構成している。
【００１５】なお本発明においては、出射側リード部Ｃ
2 は図のような曲線光導波路で構成することに限定され
ることなく、例えば、出射端Ａ2，Ｂ2 から直線光導波
路Ｅ 3 ，Ｅ4 までを微小テーパ角θから成る直線光導波
路を介装して構成してもよい。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し
てその屈折率制御が可能な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。
2 は図のような曲線光導波路で構成することに限定され
ることなく、例えば、出射端Ａ2，Ｂ2 から直線光導波
路Ｅ 3 ，Ｅ4 までを微小テーパ角θから成る直線光導波
路を介装して構成してもよい。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し
てその屈折率制御が可能な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。
【００１６】本発明の素子において、まず、結合部Ｃ0
は、その入射端Ａ1 から出射端Ａ2 ，Ｂ2 にかけて、光
導波路Ａ，Ｂ間の結合係数または結合状態の制御手段Ｋ
1 ，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間の結合係数または結合状態の制御手段Ｋ3 ，Ｋ
4 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Ｆ3 ，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間の結合係数または結合状態の制御手段Ｋ5 ，Ｋ
6がそれぞれ装荷されている後段部分結合部Ｃ 7 をこの
順序で光接続して構成されている。
は、その入射端Ａ1 から出射端Ａ2 ，Ｂ2 にかけて、光
導波路Ａ，Ｂ間の結合係数または結合状態の制御手段Ｋ
1 ，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間の結合係数または結合状態の制御手段Ｋ3 ，Ｋ
4 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Ｆ3 ，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間の結合係数または結合状態の制御手段Ｋ5 ，Ｋ
6がそれぞれ装荷されている後段部分結合部Ｃ 7 をこの
順序で光接続して構成されている。
【００１７】各部分結合部の長さは、今、結合部Ｃ0 の
全体の長さをＬとし、また、ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 を次式：
ｐ1 ＋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 −
ｐ3 ）×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。
全体の長さをＬとし、また、ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 を次式：
ｐ1 ＋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 −
ｐ3 ）×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。
【００１８】また、出射端リード部Ｃ2 の曲線光導波路
Ｄ3 ，Ｄ4 の上には、両光導波路間の結合係数または結
合状態の制御手段Ｋ7 ，Ｋ8 がそれぞれ装荷されてい
る。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Ｆ 1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 ，Ｆ4 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、
電極Ｆ1 と電極Ｆ4 ，電極Ｆ2 と電極Ｆ3 をリード
ｆ1 ，ｆ2で接続すればよい。
Ｄ3 ，Ｄ4 の上には、両光導波路間の結合係数または結
合状態の制御手段Ｋ7 ，Ｋ8 がそれぞれ装荷されてい
る。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Ｆ 1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 ，Ｆ4 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、
電極Ｆ1 と電極Ｆ4 ，電極Ｆ2 と電極Ｆ3 をリード
ｆ1 ，ｆ2で接続すればよい。
【００１９】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
したようにして相互間を接続すればよい。すなわち、図
３は、ＬｉＮｂＯ3 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ＬｉＮｂＯ
3 の結晶方向がＹカットの場合は、図４で示したよう
に、光導波路Ａ，Ｂの中間に接地した共通電極を配置
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。
ＬｉＮｂＯ3 の場合には図３，図４の平面パターンで示
したようにして相互間を接続すればよい。すなわち、図
３は、ＬｉＮｂＯ3 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ＬｉＮｂＯ
3 の結晶方向がＹカットの場合は、図４で示したよう
に、光導波路Ａ，Ｂの中間に接地した共通電極を配置
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。
【００２０】前記した制御手段Ｋ1 〜Ｋ8 は、各部分結
合部Ｃ3 ，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が半導体で構成
されている場合、前記した各部分結合部Ｃ3 ，Ｃ5 ，Ｃ
7 ，Ｃ2 の位置にそれぞれ電極を装荷して互いを接続す
ればよい。ここで、各制御手段Ｋ1 〜Ｋ8 から適宜な電
気信号をその直下の光導波路に導入することにより、２
本の光導波路Ａ，Ｂの屈折率を同程度増減させ、そのこ
とによって、両光導波路間では、伝搬定数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。
合部Ｃ3 ，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が半導体で構成
されている場合、前記した各部分結合部Ｃ3 ，Ｃ5 ，Ｃ
7 ，Ｃ2 の位置にそれぞれ電極を装荷して互いを接続す
ればよい。ここで、各制御手段Ｋ1 〜Ｋ8 から適宜な電
気信号をその直下の光導波路に導入することにより、２
本の光導波路Ａ，Ｂの屈折率を同程度増減させ、そのこ
とによって、両光導波路間では、伝搬定数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。
【００２１】光導波路Ａ，Ｂ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、光導波
路Ａ，Ｂの中間に接地した共通電極を配置し、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。
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、光導波
路Ａ，Ｂの中間に接地した共通電極を配置し、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。
【００２２】各部分結合部の長さを規定する前記係数ｐ
1 ，ｐ2，ｐ3 のうち、係数ｐ1 とｐ3 は長さｐ1 ×Ｌ
の前段部分結合部Ｃ3 における結合状態を、長さｐ3 ×
Ｌの後段部分結合部Ｃ7 から出射側リード部Ｃ2 を含め
た部分の結合状態と一致させ、前段部分結合部Ｃ3 にお
ける結合と、後段部分結合部Ｃ7 および出射側リド部Ｃ
2 から成る等価的な出射側リード部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を有する場合と等価になるように選
定されるような係数として選定される。
1 ，ｐ2，ｐ3 のうち、係数ｐ1 とｐ3 は長さｐ1 ×Ｌ
の前段部分結合部Ｃ3 における結合状態を、長さｐ3 ×
Ｌの後段部分結合部Ｃ7 から出射側リード部Ｃ2 を含め
た部分の結合状態と一致させ、前段部分結合部Ｃ3 にお
ける結合と、後段部分結合部Ｃ7 および出射側リド部Ｃ
2 から成る等価的な出射側リード部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を有する場合と等価になるように選
定されるような係数として選定される。
【００２３】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、すなわち前段部
分結合部Ｃ3 と後段部分結合部Ｃ7 と出射側リード部Ｃ
2 の各結合状態の総和と等しい結合状態が得られる。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 〜ｇ10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 〜Ｋ8 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 〜Ｋ8が
影響を受けることを防止するためである。
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、すなわち前段部
分結合部Ｃ3 と後段部分結合部Ｃ7 と出射側リード部Ｃ
2 の各結合状態の総和と等しい結合状態が得られる。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 〜ｇ10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 〜Ｋ8 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 〜Ｋ8が
影響を受けることを防止するためである。
【００２４】
【作用】本発明の方向性結合器型光機能素子の場合、前
段部分結合部Ｃ3 における結合状態と、後段部分結合部
Ｃ7 および出射側リード部Ｃ2 を合わせた部分における
結合状態が一致するので、この方向性結合器全体として
は、前段電極付き部分結合部Ｃ4 ，中央部分結合部Ｃ5
および後段電極付き部分結合部Ｃ6 とで、完全対称な入
射リード部と出射リード部を有する場合と等価な状態が
発現し、その結果、クロス状態における消光比劣化が除
去される。
段部分結合部Ｃ3 における結合状態と、後段部分結合部
Ｃ7 および出射側リード部Ｃ2 を合わせた部分における
結合状態が一致するので、この方向性結合器全体として
は、前段電極付き部分結合部Ｃ4 ，中央部分結合部Ｃ5
および後段電極付き部分結合部Ｃ6 とで、完全対称な入
射リード部と出射リード部を有する場合と等価な状態が
発現し、その結果、クロス状態における消光比劣化が除
去される。
【００２５】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、出射側リード部Ｃ2 に装荷され
ている制御手段Ｋ7 ，Ｋ8 を動作することにより、素子
の製造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。
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、出射側リード部Ｃ2 に装荷され
ている制御手段Ｋ7 ，Ｋ8 を動作することにより、素子
の製造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。
【００２６】
【実施例】図７の平面パターン図で示したような光機能
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ｐ3 ＝０としたもの、すなわち、光導波路Ａ，
Ｂの各出射端Ａ2 ，Ｂ2 は直接曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4
に光接続して、後段部分結合部Ｃ7 が存在しない構造の
ものである。
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ｐ3 ＝０としたもの、すなわち、光導波路Ａ，
Ｂの各出射端Ａ2 ，Ｂ2 は直接曲線光導波路Ｄ3 ，Ｄ4
に光接続して、後段部分結合部Ｃ7 が存在しない構造の
ものである。
【００２７】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 の路幅中心間の間隔Ｇ0 は２５０μ
ｍ、出射側リード部Ｃ2 を構成する曲線光導波路Ｄ3 ，
Ｄ4 の曲率半径Ｒはいずれも３０μｍ、路幅Ｗは７μｍ
である。そして、前段部分結合部Ｃ3 の長さ：ｐ1 ×Ｌ
は２６8.５μｍ（ｐ1 ＝0.0335626), 中央部分結合部Ｃ
5 の長さ：ｐ2 ×Ｌは５３７μｍ（ｐ2 ＝0.067125），
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3.59725mm になっている。
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 の路幅中心間の間隔Ｇ0 は２５０μ
ｍ、出射側リード部Ｃ2 を構成する曲線光導波路Ｄ3 ，
Ｄ4 の曲率半径Ｒはいずれも３０μｍ、路幅Ｗは７μｍ
である。そして、前段部分結合部Ｃ3 の長さ：ｐ1 ×Ｌ
は２６8.５μｍ（ｐ1 ＝0.0335626), 中央部分結合部Ｃ
5 の長さ：ｐ2 ×Ｌは５３７μｍ（ｐ2 ＝0.067125），
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3.59725mm になっている。
【００２８】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 および出射
側リード部Ｃ2 は、それぞれ図７のVIII−VIII線に沿う
断面図である図８、ＩＸ−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。すなわち、ＡｕＧ
ｅＮｉ／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+ ＧａＡｓ
から成る厚み0.5 μｍのバッファ層３，ｎ+ ＧａＡｌＡ
ｓから成る厚み3.0 μｍの下部クラッド層４，ｎ- Ｇａ
Ａｓ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- ＧａＡｌ
Ａｓ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ＳｉＯ2 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が間隔Ｇでリッジ状に形成されている。この
光導波路Ａ，Ｂ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。
部分結合部Ｃ4 ，Ｃ6 、中央部分結合部Ｃ5 および出射
側リード部Ｃ2 は、それぞれ図７のVIII−VIII線に沿う
断面図である図８、ＩＸ−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。すなわち、ＡｕＧ
ｅＮｉ／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+ ＧａＡｓ
から成る厚み0.5 μｍのバッファ層３，ｎ+ ＧａＡｌＡ
ｓから成る厚み3.0 μｍの下部クラッド層４，ｎ- Ｇａ
Ａｓ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- ＧａＡｌ
Ａｓ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ＳｉＯ2 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が間隔Ｇでリッジ状に形成されている。この
光導波路Ａ，Ｂ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。
【００２９】なお、以上の設定値はいずれも光導波路
Ａ，Ｂ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Ｆ3 ，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ｆ2 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）。
Ａ，Ｂ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Ｆ3 ，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ｆ2 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）。
【００３０】制御手段Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 ，Ｋ7 ，
Ｋ8 が装荷される個所は、図９で示したように、同じく
窓７ａにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着して制御手段Ｋ3 ，Ｋ
4 （Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ7 ，Ｋ8 ）が形成され、制御手段Ｋ
3 ，Ｋ4 の間はリードｆ4 （制御手段Ｋ1 ，Ｋ2 の間は
リードｆ3 、制御手段Ｋ7 ，Ｋ8 はリードｆ5 ）で接続
されている（図７）。このようにして形成された光導波
路Ａ，Ｂ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 〜Ｋ8 から所定の電気信号
を導入すると、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Ａ，
Ｂ間における光の結合状態が変化する。
Ｋ8 が装荷される個所は、図９で示したように、同じく
窓７ａにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着して制御手段Ｋ3 ，Ｋ
4 （Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ7 ，Ｋ8 ）が形成され、制御手段Ｋ
3 ，Ｋ4 の間はリードｆ4 （制御手段Ｋ1 ，Ｋ2 の間は
リードｆ3 、制御手段Ｋ7 ，Ｋ8 はリードｆ5 ）で接続
されている（図７）。このようにして形成された光導波
路Ａ，Ｂ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 〜Ｋ8 から所定の電気信号
を導入すると、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Ａ，
Ｂ間における光の結合状態が変化する。
【００３１】なお、各部分結合部間のギャップｇ1 〜ｇ
8 はいずれも3.０μｍになっている。この素子におい
て、ｐ2 ＝ｐ3 ＝０で、ｐ1 を変動させたときのスルー
ポートＥ3 およびクロスポートＥ4 における消光比の変
化を示す理論特性図を図１０に示す。図中、破線はスル
ーポートの消光比変化，実線はクロスポートの消光比変
化を示す。この図から明らかなように、ｐ1 が0.０３２
２〜0.０３３８のときにクロスポートの消光比は６０ｄ
Ｂ以上になり、ｐ1 が0.０３３５６２５付近の値で前段
部分結合部Ｃ3 が形成されているときにクロスポートは
最大の消光比を示すことがわかる。
8 はいずれも3.０μｍになっている。この素子におい
て、ｐ2 ＝ｐ3 ＝０で、ｐ1 を変動させたときのスルー
ポートＥ3 およびクロスポートＥ4 における消光比の変
化を示す理論特性図を図１０に示す。図中、破線はスル
ーポートの消光比変化，実線はクロスポートの消光比変
化を示す。この図から明らかなように、ｐ1 が0.０３２
２〜0.０３３８のときにクロスポートの消光比は６０ｄ
Ｂ以上になり、ｐ1 が0.０３３５６２５付近の値で前段
部分結合部Ｃ3 が形成されているときにクロスポートは
最大の消光比を示すことがわかる。
【００３２】つぎに、ｐ1 ＝0.０３３５６２５、ｐ3 ＝
０とし、係数ｐ2 を変化させたときに対するスルーポー
トＥ3 およびクロスポートＥ4 における消光比の変化を
示す理論特性図を図１１に示す。図中、破線はスルーポ
ートの消光比変化，実線はクロスポートの消光比変化を
表す。以上の図１０，図１１の理論特性図から明らかな
ように、この光機能素子は、理論的には、スルー状態，
クロス状態のいずれの場合においても６０ｄＢ以上の消
光比を得ることができる。
０とし、係数ｐ2 を変化させたときに対するスルーポー
トＥ3 およびクロスポートＥ4 における消光比の変化を
示す理論特性図を図１１に示す。図中、破線はスルーポ
ートの消光比変化，実線はクロスポートの消光比変化を
表す。以上の図１０，図１１の理論特性図から明らかな
ように、この光機能素子は、理論的には、スルー状態，
クロス状態のいずれの場合においても６０ｄＢ以上の消
光比を得ることができる。
【００３３】ところで、図８，図９で示した光導波路
Ａ，Ｂの深さｈが変動すると、上記した他の各寸法パラ
メータが同一であっても、その素子の消光比は上記した
図１０，図１１で示される理論値よりも低下する。例え
ば、深さｈが前記した設定値1.０μｍよりも0.０５μｍ
小さい場合には、素子の電極Ｆ1 〜Ｆ4 に最適である電
気信号を導入しても、クロス状態では約３０ｄＢ，スル
ー状態では約２５ｄＢ程度の消光比しか得られない。逆
にいえば、上記した寸法パラメータで図７で示した光機
能素子を製造し、そのクロス状態とスルー状態における
消光比がそれぞれ約３０ｄＢ，約２５ｄＢであったとす
ると、その素子における光導波路Ａ，Ｂの深さｈは1.０
μｍではなく0.９５μｍになっているということにな
る。
Ａ，Ｂの深さｈが変動すると、上記した他の各寸法パラ
メータが同一であっても、その素子の消光比は上記した
図１０，図１１で示される理論値よりも低下する。例え
ば、深さｈが前記した設定値1.０μｍよりも0.０５μｍ
小さい場合には、素子の電極Ｆ1 〜Ｆ4 に最適である電
気信号を導入しても、クロス状態では約３０ｄＢ，スル
ー状態では約２５ｄＢ程度の消光比しか得られない。逆
にいえば、上記した寸法パラメータで図７で示した光機
能素子を製造し、そのクロス状態とスルー状態における
消光比がそれぞれ約３０ｄＢ，約２５ｄＢであったとす
ると、その素子における光導波路Ａ，Ｂの深さｈは1.０
μｍではなく0.９５μｍになっているということにな
る。
【００３４】ここで、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、両者の関係は図１２で示される。なお、こ
のときのｐ2 はｐ2 ＝ｐ1 ／２としている。図１２から
明らかなように、前記したｈが1.０μｍから0.９５μｍ
になっている素子の場合、ｐ2 は0.０６７１２５から0.
０６１２３９に変化した状態になっていて、そのため、
素子の消光比は理論値よりも低下していることになる。
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、両者の関係は図１２で示される。なお、こ
のときのｐ2 はｐ2 ＝ｐ1 ／２としている。図１２から
明らかなように、前記したｈが1.０μｍから0.９５μｍ
になっている素子の場合、ｐ2 は0.０６７１２５から0.
０６１２３９に変化した状態になっていて、そのため、
素子の消光比は理論値よりも低下していることになる。
【００３５】そこで、前段部分結合部Ｃ3 の制御手段
（電極）Ｋ1 ，Ｋ2 、中央部分結合部Ｃ5 の制御手段
（電極）Ｋ3 ，Ｋ4 、および出射側リード部Ｃ2 の制御
手段（電極Ｋ7 ，Ｋ8 に約−１６Ｖの逆電圧を印加し、
同時に、電極Ｆ1 〜Ｆ4 に−７Ｖの逆電圧を印加したと
ころ、消光比が３０ｄＢ以上のクロス状態が得られ、ま
た電極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。
（電極）Ｋ1 ，Ｋ2 、中央部分結合部Ｃ5 の制御手段
（電極）Ｋ3 ，Ｋ4 、および出射側リード部Ｃ2 の制御
手段（電極Ｋ7 ，Ｋ8 に約−１６Ｖの逆電圧を印加し、
同時に、電極Ｆ1 〜Ｆ4 に−７Ｖの逆電圧を印加したと
ころ、消光比が３０ｄＢ以上のクロス状態が得られ、ま
た電極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。
【００３６】このことは、部分結合部Ｃ3 ，Ｃ5 ，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
発現して前記各部分結合部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、部分結合部Ｃ5 の
長さは４９０μｍ（ｐ2 が0.０６１２３９に相当）から
設定値５４０μｍ（ｐ2 が0.０６７１２５に相当）に等
価的に近づいたからである。
において、逆電圧印加による光導波路の電気光学効果が
発現して前記各部分結合部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、部分結合部Ｃ5 の
長さは４９０μｍ（ｐ2 が0.０６１２３９に相当）から
設定値５４０μｍ（ｐ2 が0.０６７１２５に相当）に等
価的に近づいたからである。
【００３７】なお、エッチング深さ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て、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。
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て、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。
【００３８】
【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
波路のうち１本の光導波路のみがその入射端で１本の直
線光導波路と光接続し、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１入力・２出力の方向
性結合器において、ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 がｐ1 ＋ｐ2 ＋ｐ
3 ＜１（ただしｐ 1 ≠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、前記出射側リード部に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、前記前段部分結合部と前記後段部分結合部
および出射側リード部の結合状態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を消去することがで
き、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。また、結合器の製造時における寸法
パラメータの精度のばらつきによる消光比劣化も解消す
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。
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
波路のうち１本の光導波路のみがその入射端で１本の直
線光導波路と光接続し、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１入力・２出力の方向
性結合器において、ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 がｐ1 ＋ｐ2 ＋ｐ
3 ＜１（ただしｐ 1 ≠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、前記出射側リード部に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、前記前段部分結合部と前記後段部分結合部
および出射側リード部の結合状態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を消去することがで
き、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。また、結合器の製造時における寸法
パラメータの精度のばらつきによる消光比劣化も解消す
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。
【００３９】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。
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。
【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。
ーン図である。
【図２】電極の装荷状態を示す平面パターン図である。
【図３】電極の他の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
る。
【図４】電極の別の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
る。
【図５】制御手段の装荷状態を示す平面パターン図であ
る。
る。
【図６】制御手段の外の装荷状態を示す平面パターン図
である。
である。
【図７】実施例の光機能素子を示す平面パターン図であ
る。
る。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】実施例素子において、ｐ2 ＝ｐ3 ＝０のとき
の係数ｐ1 と消光比との関係を示すグラフである。
の係数ｐ1 と消光比との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例素子において、ｐ1 ＝0.０３３５６２
５にしたとき、係数ｐ2 と消光比との関係を示すグラフ
である。
５にしたとき、係数ｐ2 と消光比との関係を示すグラフ
である。
【図１２】光導波路のエッチング深さｈに対する係数ｐ
2 の変化を示すグラフである。
2 の変化を示すグラフである。
【図１３】従来の２入力・２出力方向性結合器の平面パ
ターン図である。
ターン図である。
【図１４】従来の１入力・２出力方向性結合器の平面パ
ターン図である。
ターン図である。
【図１５】電子情報通信学会１９９１春季全国大会Ｃ−
２２４で発表された２入力・２出力方向性結合器の平面
パターン図である。
２２４で発表された２入力・２出力方向性結合器の平面
パターン図である。
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 結合部Ｃ0 の入射端 Ａ2 光導波路Ａの出射端 Ｂ 光導波路 Ｂ2 光導波路Ｂの出射端 Ｄ3,Ｄ4 曲線光導波路 Ｅ0 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 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,Ｆ2,Ｆ3,Ｆ4 電極 Ｋ1,Ｋ2,Ｋ3,Ｋ4,Ｋ5,Ｋ6,Ｋ7,Ｋ8 光導波路間の結合
係数または結合状態の制御手段 ｆ1,ｆ2,ｆ3,ｆ4,ｆ5 リード ｈ 光導波路Ａ，Ｂのエッチング深さ Ｌ 結合部Ｃ0 の長さ ｐ1,ｐ2,ｐ3, ｐ1 ＋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,Ｅ4 の路幅中心間の間隔 Ｒ 曲線光導波路Ｄ3,Ｄ4 の曲率半径
係数または結合状態の制御手段 ｆ1,ｆ2,ｆ3,ｆ4,ｆ5 リード ｈ 光導波路Ａ，Ｂのエッチング深さ Ｌ 結合部Ｃ0 の長さ ｐ1,ｐ2,ｐ3, ｐ1 ＋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,Ｅ4 の路幅中心間の間隔 Ｒ 曲線光導波路Ｄ3,Ｄ4 の曲率半径
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
Claims (1)
- 【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本の光導波路のうち１本
の光導波路のみがその入射端で１本の直線光導波路と光
接続し、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１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ｐ 2 ×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、前記出
射側リード部に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。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13629091A JP2994082B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 方向性結合器型光機能素子 |
| US07/891,411 US5255334A (en) | 1991-06-03 | 1992-05-29 | Directional coupler type optical device and a driving method therefor |
| CA002070259A CA2070259A1 (en) | 1991-06-03 | 1992-06-02 | Directional coupler type optical device and a driving method therefor |
| DE69216299T DE69216299T2 (de) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | Richtkoppleroptische Vorrichtung und Steuerverfahren dafür |
| EP92305080A EP0517499B1 (en) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | Directional coupler type optical device and a driving method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13629091A JP2994082B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 方向性結合器型光機能素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360129A JPH04360129A (ja) | 1992-12-14 |
| JP2994082B2 true JP2994082B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=15171717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13629091A Expired - Lifetime JP2994082B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-07 | 方向性結合器型光機能素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2994082B2 (ja) |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP13629091A patent/JP2994082B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| 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」 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04360129A (ja) | 1992-12-14 |
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