JP3139712B2 - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
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- JP3139712B2 JP3139712B2 JP02327684A JP32768490A JP3139712B2 JP 3139712 B2 JP3139712 B2 JP 3139712B2 JP 02327684 A JP02327684 A JP 02327684A JP 32768490 A JP32768490 A JP 32768490A JP 3139712 B2 JP3139712 B2 JP 3139712B2
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- JP
- Japan
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- optical
- buffer layer
- control device
- optical waveguides
- electrodes
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Classifications
-
- 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
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/21—Thermal instability, i.e. DC drift, of an optical modulator; Arrangements or methods for the reduction thereof
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は光制御デバイスに関し、特に電気光学効果を
有するLiNbO3あるいはLiTaO3基板中に形成された光導波
路を用いて制御を行う導波型光スイッチに関する。
有するLiNbO3あるいはLiTaO3基板中に形成された光導波
路を用いて制御を行う導波型光スイッチに関する。
従来技術 光通信システムの実用化に伴い、更に大容量で多機能
の高度なシステムが求められており、より高速の光信号
の発生や光伝送路の切替え、交換等の新たな機能の付加
が必要とされている。
の高度なシステムが求められており、より高速の光信号
の発生や光伝送路の切替え、交換等の新たな機能の付加
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、直径変調では緩和振動の効果、波長チャー
ピングの発生等のため数GHz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
は適用が難しい等の欠点がある。
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、直径変調では緩和振動の効果、波長チャー
ピングの発生等のため数GHz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
は適用が難しい等の欠点がある。
これを解決する手段としては、外部変調器を使用する
方法があり、特に電気光学結晶基板中に形成された光導
波路により構成される導波路の光変調器は小型、高効
率、高速という特長がある。
方法があり、特に電気光学結晶基板中に形成された光導
波路により構成される導波路の光変調器は小型、高効
率、高速という特長がある。
一方、光伝送路の切替えやネットワークの交換機能を
得る手段としては、光スイッチが使用されている。現在
実用化されている光スイッチはプリズム、ミラー、ファ
イバ等を機械的に移動させて光路を切替えるものであ
り、低速であること、形状が大きくマトリクス化に不適
等の欠点がある。
得る手段としては、光スイッチが使用されている。現在
実用化されている光スイッチはプリズム、ミラー、ファ
イバ等を機械的に移動させて光路を切替えるものであ
り、低速であること、形状が大きくマトリクス化に不適
等の欠点がある。
これを解決する手段としても光導波路を用いた導波型
の光スイッチの開発が進められており、高速、多素子の
集積化が可能、高信頼等の特長がある。特にニオブ酸リ
チウム（LiNbO3）結晶等の強誘電体材料を用いたもの
は、光吸収が小さく低損失であること、大きな電気光学
効果を有しているため高効率である等の特徴があり、方
向性結合器型光変調器あるいは光スイッチ、全反射型光
スイッチ、マッハツェンダ型光変調器等の種々の方式の
光制御デバイスが報告されている。
の光スイッチの開発が進められており、高速、多素子の
集積化が可能、高信頼等の特長がある。特にニオブ酸リ
チウム（LiNbO3）結晶等の強誘電体材料を用いたもの
は、光吸収が小さく低損失であること、大きな電気光学
効果を有しているため高効率である等の特徴があり、方
向性結合器型光変調器あるいは光スイッチ、全反射型光
スイッチ、マッハツェンダ型光変調器等の種々の方式の
光制御デバイスが報告されている。
近年、この導波路型光スイッチの高密度集積化の研究
開発が盛んに行われており、西本 裕らの文献、電子情
報通信学会OQE88−147によれば、LiNbO3基板を用いて方
向性結合器型光スイッチを64素子集積した８×８マトリ
ックス光スイッチを得ている。
開発が盛んに行われており、西本 裕らの文献、電子情
報通信学会OQE88−147によれば、LiNbO3基板を用いて方
向性結合器型光スイッチを64素子集積した８×８マトリ
ックス光スイッチを得ている。
一方、外部光変調器のような単一の光スイッチ素子か
らなるデバイスの研究開発盛んに進められている。この
ような光スイッチデバイスの特性項目には、スイッチン
グ電圧（電力）、クロストーク、消光比、損失、切替え
速度、温湿度などの環境に対する動作の安定性、また、
電圧の連続印加時における動作の安定性などがある。
らなるデバイスの研究開発盛んに進められている。この
ような光スイッチデバイスの特性項目には、スイッチン
グ電圧（電力）、クロストーク、消光比、損失、切替え
速度、温湿度などの環境に対する動作の安定性、また、
電圧の連続印加時における動作の安定性などがある。
上述した特性項目の中でも安定動作は実用において最
も重要な点である。
も重要な点である。
ここで、従来の技術について図面を用いて説明する。
第３図は方向性結合器を用いた従来の光スイッチの構造
を示す断面図である。
第３図は方向性結合器を用いた従来の光スイッチの構造
を示す断面図である。
図において、電気光学効果を有するLiNbO3あるいはLi
TaO3基板１（以下、基板と略す）に形成された２本の光
導波路2a及び2bからなる方向性結合器を含む基板１上に
バッファ層３が装荷され、前記バッファ層３を介して主
として金属材料からなる電極4a、4bが光導波路2a,2bの
上に形成される。そして、更に導電性膜６が装荷され
る。
TaO3基板１（以下、基板と略す）に形成された２本の光
導波路2a及び2bからなる方向性結合器を含む基板１上に
バッファ層３が装荷され、前記バッファ層３を介して主
として金属材料からなる電極4a、4bが光導波路2a,2bの
上に形成される。そして、更に導電性膜６が装荷され
る。
この導電性膜６は、サワキらの文献CLEO'86 MF−２、
46ページによれば、温度変動が発生した場合に強誘電体
が有する焦電効果により基板１中に生ずる電荷の移動に
よる特性不安定化を防ぐ作用がある。すなわち、温度の
変動に対してのスイッチ動作の安定化の効果があると考
えられており、Si膜が用いられている。
46ページによれば、温度変動が発生した場合に強誘電体
が有する焦電効果により基板１中に生ずる電荷の移動に
よる特性不安定化を防ぐ作用がある。すなわち、温度の
変動に対してのスイッチ動作の安定化の効果があると考
えられており、Si膜が用いられている。
また、バッファ層３は光導波路2a,2bを伝搬する光が
電極4a,4b及び導電性膜６に吸収されるのを防ぐために
用いられ、通常光に対して極めて吸収の少ない絶縁体、
特にSiO2が一般に用いられる。なぜなら、SiO2の屈折率
は約1.45であり、電気光学効果を有するLiNbO3あるいは
LiTaO3基板１の屈折率の約2.2より小さく、かつ、光の
吸収がほとんど無いためである。
電極4a,4b及び導電性膜６に吸収されるのを防ぐために
用いられ、通常光に対して極めて吸収の少ない絶縁体、
特にSiO2が一般に用いられる。なぜなら、SiO2の屈折率
は約1.45であり、電気光学効果を有するLiNbO3あるいは
LiTaO3基板１の屈折率の約2.2より小さく、かつ、光の
吸収がほとんど無いためである。
屈折率が小さい場合、電極4a,4b及び導電性膜６での
光の吸収を防ぐために必要なバッファ層３の厚さを屈折
率が大きい場合より、薄膜化できる。スイッチング電圧
を考えると、電極4a,4bに電圧を印加した場合、通常バ
ッファ層３の誘電率は基板１に比べて小さいので電界が
バッファ層３に集中するため、バッファ層３の厚さが厚
いほどスイッチング電圧は増大する。従って、バッファ
層３としては屈折率が小さく、かつ光の吸収が極めて小
さいSiO2が用いられ、現在屈折率及び光の吸収の両者の
観点からSiO2より優れるバッファ層３の材料は無い。
光の吸収を防ぐために必要なバッファ層３の厚さを屈折
率が大きい場合より、薄膜化できる。スイッチング電圧
を考えると、電極4a,4bに電圧を印加した場合、通常バ
ッファ層３の誘電率は基板１に比べて小さいので電界が
バッファ層３に集中するため、バッファ層３の厚さが厚
いほどスイッチング電圧は増大する。従って、バッファ
層３としては屈折率が小さく、かつ光の吸収が極めて小
さいSiO2が用いられ、現在屈折率及び光の吸収の両者の
観点からSiO2より優れるバッファ層３の材料は無い。
しかし、バッファ層３としてSiO2を用い、電極4aをア
ースとして電極4bに直流電圧を連続印加するとバッファ
層中のイオンが電界で引っ張られ各電極4a,4bの下には
外部から印加した電圧の符号とは逆のイオンが集まる。
従って、電極4a,4bの間は外部からの印加電圧で発生す
る基板中の電界に対して反電界が発生する。
ースとして電極4bに直流電圧を連続印加するとバッファ
層中のイオンが電界で引っ張られ各電極4a,4bの下には
外部から印加した電圧の符号とは逆のイオンが集まる。
従って、電極4a,4bの間は外部からの印加電圧で発生す
る基板中の電界に対して反電界が発生する。
この反電界の大きさは、時間と共にイオンの総移動量
が増加するため大きくなっていく。これはSiO2は一般的
に電気的絶縁性は高いが、イオンの伝導率が高いためで
ある。この現象は一般にDCドリフトと呼ばれる。外部か
らの印加電圧を一定としている場合、反電界が発生する
と光導波路に印加される電界が減少することになり特性
劣化が起こる。すなわち、時間と共に大きくなる反電界
が発生した場合、反電界が発生する前の特性に戻すため
には反電界をキャンセルさせる電圧を外部から印加しな
ければならない。これはスイッチ動作の動作電圧点のシ
フトを意味し、実用化するための大きな障害になるとい
う欠点がある。
が増加するため大きくなっていく。これはSiO2は一般的
に電気的絶縁性は高いが、イオンの伝導率が高いためで
ある。この現象は一般にDCドリフトと呼ばれる。外部か
らの印加電圧を一定としている場合、反電界が発生する
と光導波路に印加される電界が減少することになり特性
劣化が起こる。すなわち、時間と共に大きくなる反電界
が発生した場合、反電界が発生する前の特性に戻すため
には反電界をキャンセルさせる電圧を外部から印加しな
ければならない。これはスイッチ動作の動作電圧点のシ
フトを意味し、実用化するための大きな障害になるとい
う欠点がある。
発明の目的 本発明は上述した従来の欠点を解決するためになされ
たものであり、その目的は、安定な動作が得られる光制
御デバイスを提供することである。
たものであり、その目的は、安定な動作が得られる光制
御デバイスを提供することである。
発明の構成 本発明の光制御デバイスは、複数の光導波路と、複数
の光導波路に対応して設けられ、対応する光導波路に電
界を与える複数の電極板と、これらの複数の電極板と複
数の光導波路との間に設けられたSiO2からなるバッファ
層とを有する光制御デバイスであって、バッファ層より
低いイオン伝導率を有し、複数の電極板の夫々の直下の
バッファ層が形成された領域の間にあり、該領域のバッ
ファ層同士を分離するバリア層を含むことを特徴とす
る。
の光導波路に対応して設けられ、対応する光導波路に電
界を与える複数の電極板と、これらの複数の電極板と複
数の光導波路との間に設けられたSiO2からなるバッファ
層とを有する光制御デバイスであって、バッファ層より
低いイオン伝導率を有し、複数の電極板の夫々の直下の
バッファ層が形成された領域の間にあり、該領域のバッ
ファ層同士を分離するバリア層を含むことを特徴とす
る。
実施例 次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明による光制御デバイスの一実施例であ
る方向性結合器を用いた光スイッチの構造を示す断面図
であり、第２図と同等部分は同一符号により示されてい
る。図において、電気光学効果を有するLiNbO3あるいは
LiTaO3基板１に形成された２本の光導波路2a,2bからな
る方向性結合器を含む基板１上にバッファ層3a,3cと、
バッファ層3bとが装荷されている。そして、バッファ層
のうちSiO2を用いるバッファ層3a,3cを介して主として
金属材料からなる電極4a,4bが光導波路2a,2bの上に形成
される。さらに、導電性膜６が装荷されている。
る方向性結合器を用いた光スイッチの構造を示す断面図
であり、第２図と同等部分は同一符号により示されてい
る。図において、電気光学効果を有するLiNbO3あるいは
LiTaO3基板１に形成された２本の光導波路2a,2bからな
る方向性結合器を含む基板１上にバッファ層3a,3cと、
バッファ層3bとが装荷されている。そして、バッファ層
のうちSiO2を用いるバッファ層3a,3cを介して主として
金属材料からなる電極4a,4bが光導波路2a,2bの上に形成
される。さらに、導電性膜６が装荷されている。
一方、電極4a,4bの間に形成されるバリア層3bにはイ
オン伝導率が低く、光の吸収の小さい材料が用いられて
いる。このような構造とすれば、電極4a,4bの間に電圧
を印加した場合にも、電極4a,4bの間でバリア層3bはイ
オン移動のバリアとしての役割を果し、バッファ層3a,3
b,3c中をイオンが移動することがなくなり、DCドリフト
は発生しない。バリア層3bを形成するイオン伝導率が低
く、光の吸収の小さい材料としてはMgF2、Si3N4、Ｐ
（りん）をドープしたSiO2などがある。
オン伝導率が低く、光の吸収の小さい材料が用いられて
いる。このような構造とすれば、電極4a,4bの間に電圧
を印加した場合にも、電極4a,4bの間でバリア層3bはイ
オン移動のバリアとしての役割を果し、バッファ層3a,3
b,3c中をイオンが移動することがなくなり、DCドリフト
は発生しない。バリア層3bを形成するイオン伝導率が低
く、光の吸収の小さい材料としてはMgF2、Si3N4、Ｐ
（りん）をドープしたSiO2などがある。
第２図は、本発明の他の実施例による光制御デバイス
の構造を示す断面図であり、第１図、第２図と同等部分
は同一符号により示されている。図に示されている構造
では、電極4a,4bの間に電圧を印加した場合のバッファ
層3a,3c中のイオン移動のバリアとなるバリア層3bが電
極4a,4bの間に形成されるだけでなく、電極4a,4bを挟む
位置にバッファ層3d,3fが形成されている。かかる構成
によれば、さらに光導波路が追加された場合でもDCドリ
フトの抑制効果は、第１図と同様である。
の構造を示す断面図であり、第１図、第２図と同等部分
は同一符号により示されている。図に示されている構造
では、電極4a,4bの間に電圧を印加した場合のバッファ
層3a,3c中のイオン移動のバリアとなるバリア層3bが電
極4a,4bの間に形成されるだけでなく、電極4a,4bを挟む
位置にバッファ層3d,3fが形成されている。かかる構成
によれば、さらに光導波路が追加された場合でもDCドリ
フトの抑制効果は、第１図と同様である。
つまり、本発明では、各電極板直下のバッファ層同士
を分離すべく、バリア層を設けているのである。
を分離すべく、バリア層を設けているのである。
なお、本発明は方向性結合器からなる光制御デバイス
だけに対してだけでなく、マッハツェンダ型、交差導波
路を用いた全反射型等の全ての光制御デバイスについて
有効であることは明らかである。
だけに対してだけでなく、マッハツェンダ型、交差導波
路を用いた全反射型等の全ての光制御デバイスについて
有効であることは明らかである。
発明の効果 以上説明したように本発明は、電極間のバリア層につ
いてのバッファ層としてイオン伝導率の低いものを用い
ることにより、DCドリフトが無く常に安定な動作が得ら
れるという効果がある。
いてのバッファ層としてイオン伝導率の低いものを用い
ることにより、DCドリフトが無く常に安定な動作が得ら
れるという効果がある。
第１図は本発明の実施例による光制御デバイスの構造を
示す断面図、第２図は本発明の他の実施例による光制御
デバイスの構造を示す断面図、第３図は従来の光制御デ
バイスの構造を示す断面図である。 主要部分の符号の説明 １……基板 2a,2b……光導波路 3a,3b……バッファ層 3b……バリア層
示す断面図、第２図は本発明の他の実施例による光制御
デバイスの構造を示す断面図、第３図は従来の光制御デ
バイスの構造を示す断面図である。 主要部分の符号の説明 １……基板 2a,2b……光導波路 3a,3b……バッファ層 3b……バリア層
Claims (1)
- 【請求項１】複数の光導波路と、前記複数の光導波路に
対応して設けられ、対応する光導波路に電界を与える複
数の電極板と、前記複数の電極板と前記複数の光導波路
との間に設けられたSiO2からなるバッファ層とを有する
光制御デバイスであって、前記バッファ層より低いイオ
ン伝導率を有し、前記複数の電極板の夫々の直下のバッ
ファ層が形成された領域の間にあり、該領域のバッファ
層同士を分離するバリア層を含むことを特徴とする光制
御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02327684A JP3139712B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02327684A JP3139712B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04195115A JPH04195115A (ja) | 1992-07-15 |
| JP3139712B2 true JP3139712B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=18201824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02327684A Expired - Fee Related JP3139712B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3139712B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2159129C (en) * | 1994-09-27 | 1999-11-30 | Hiroshi Nishimoto | Optical control device and method for making the same |
| JP2894961B2 (ja) * | 1994-11-18 | 1999-05-24 | 日本電気株式会社 | 光制御デバイス |
| JPH09211503A (ja) * | 1996-02-02 | 1997-08-15 | Nec Corp | 導波路型光制御素子 |
| JP2850899B2 (ja) * | 1997-04-21 | 1999-01-27 | 日本電気株式会社 | 光制御デバイス |
-
1990
- 1990-11-28 JP JP02327684A patent/JP3139712B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04195115A (ja) | 1992-07-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |