JP3272064B2

JP3272064B2 - ４セクション光結合器

Info

Publication number: JP3272064B2
Application number: JP32065292A
Authority: JP
Inventors: オー．グラネストランドペル
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲツトエルエムエリクソン
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 2002-04-08
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: SE9203371L; GB2262162A; US5202941A; FR2684457B1; SE9203371D0; FR2684457A1; GB9224590D0; DE4240548A1; JPH05241206A; GB2262162B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気光学効果により光
信号を変調またはスイッチングするための、薄膜光導波
路を用いた光集積回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信、センサ、およびその他の応用にお
ける光ファイバ利用の増大は、光スイッチングを大きい
関心事とした。特に関心がもたれるのは、電気光学的変
換を行なわない、光形式での信号のスイッチングであ
る。機械的スイッチおよびＧａＡｓおよびＩｎＰなどの
半導体材料から作られた集積光空間半導体スイッチの使
用によるなどの、さまざまな方向で試みがなされてき
た。

【０００３】これらのスイッチの多くは、電気光学効果
を用いてスイッチ機能を実現している。全ての材料に
は、２次電気光学効果すなわちカー電気光学効果が存在
し、これは、印加された電界Ｅの２乗に比例する屈折率
の変化Δｎに関する。また、１次電気光学効果すなわち
ポッケルス電気光学効果を示す単結晶においては、遙か
に大きい屈折率の変化が実現される。この場合には、屈
折率の変化Δｎは、印加された電界Ｅに正比例する。こ
の効果は、無心対称単結晶にのみ存在し、誘発される屈
折率の変化は、電界Ｅの方向と、光ビームの偏光方向と
に依存する。公知の電気光学材料には、リン酸二水素カ
リウム（ＫＤＰ）およびその重水素置換された同形体
（ＤＫＤＰまたはＫＤ^*Ｐ）、ニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ₃）およびタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ₃）、およびヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）およびテルル
化カドミウム（ＣｄＴｅ）などの半導体が含まれる。

【０００４】現在までのところ、光集積回路（ＩＯＣ）
の製造上、最も発達した技術はＴｉ：ＬｉＮｂＯ₃を用
いるものであり、これは、ニオブ酸リチウム内にチタン
を拡散させることによって形成されるリボン導波路に関
連する。ニオブ酸リチウムの導波路は、単結晶のウェハ
内に形成され、該ウェハ上にはリボン導波路に隣接して
縦方向の電極が形成される。これらの電極は、電位差が
印加された時、屈折率の局部値を変化せしめる。

【０００５】この技術においては、単モードファイバに
適合する良好なスポットサイズを有する比較的に低損失
のチャネルを便利に作りうる。しかし、１つ重要な問題
がある。ＬｉＮｂＯ₃成分は本来偏光に依存し、すなわ
ちそれらは特定の直線偏波（結晶の方向に依存して、
「通常」モードまたは「異常」モード、ＴＥまたはＴＭ
⁹）の励振を必要とするのに、単モードファイバの出力
における偏光状態（ＳＯＰ）は不規則的な行動を示すの
である。この問題は、通常は偏波保持型ファイバを用い
ることによって解決される。

【０００６】しかし、偏波保持型ファイバの使用には、
いくつかの欠点がある。まず、これらのファイバは、角
度的にアラインされなくてはならないので、通常の単モ
ードファイバに比し、取扱いが複雑である。この形式の
ファイバはまた極めて高価で、通常の単モードファイバ
より１桁程高価である。さらに、このファイバは標準的
なファイバではなく、また将来性も予見されない。それ
は、現存の回路網内には用いられておらず、この事実
が、この解決法を多くの応用において利用されえなくし
ている。

【０００７】別の解決法はいくつかあり、その１つは偏
光スクランブリングである。偏光スクランブリングは、
入力の偏光を高速度でスクランブルすることを含み、こ
れは所望の偏光（ＴＥまたはＴＭ）に十分な電磁力を保
証するが、直交する偏光は偏光子によって阻止される。
この阻止は、約３ｄＢの不利を生じ、かつこの方法は高
速度の偏光スクランブラを必要とする。そのわけは、そ
れらはビット速度に比しうる周波数で動作しなくてはな
らないからである。しかし、偏光スクランブラは広帯域
性のものではなく、それはスイッチの「周波数透明性」
を失わせる。

【０００８】もう１つの解決法は、偏波ダイバーシチで
ある。この解決法においては、信号は２つの直交する偏
光成分に分解され、これらは別個に処理された後、最終
的には（応用に依存して）再び合成される。これは、偏
光分割器を必要とし、光スイッチ素子の数（例えば２×
２スイッチ）が２倍必要となる。

【０００９】さらにもう１つの解決法は、偏光の安定化
である。偏光の安定化が用いられる時は、偏光は帰還ル
ープにより調製される。偏光の安定化においては、信号
の偏光は、なんらかの方法により測定されなくてはなら
ず、それはある場合には装置を著しく複雑化はしない
（例えばコヒーレント装置）が、他の場合にはかなりの
望ましくない複雑性を導入する。この解決法は、Ｔｉ：
ＬｉＮｂＯ₃形デバイスにおいては、成功裡に実施され
る。例えば、Ｈ．Ｈｅｉｄｒｉｃｈ他著「Ｉｎｔｅｇｒ
ａｔｅｄＯｐｔｉｃａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ
ｏｎＴｉ：ＬｉＮｂＯ₃ＦｏｒＣｏｎｔｉｎｕｏｕ
ｓａｎｄＲｅｓｅｔＦｒｅｅＰｏｌａｒｉｚａ
ｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ」，ＥＣＯＣ’８７，Ｐｒｏ
ｃ．，Ｖｏｌ．１，ｐｐ２５７−２６０，Ｒ．Ｎｏｅ他
著「ＡｕｔｏｍａｔｉｃＥｎｄｌｅｓｓＰｏｌａｒ
ｉｚａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈＩｎｔｅ
ｇｒａｔｅｄＯｐｔｉｃａｌＴｉ：ＬｉＮｂＯ₃
ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
ｓ」，ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，１９８８，Ｖｏ
ｌ．１３，Ｎｏ．６，ｐｐ５２７−５２９，Ｎ．Ｇ．Ｗ
ａｌｋｅｒ他著「ＥｎｄｌｅｓｓＰｏｌａｒｉｚａｔ
ｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＵｓｉｎｇａｎＩｎｔｅ
ｇｒａｔｅｄＯｐｔｉｃＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂ
ａｔｅＤｅｖｉｃｅ」，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔ
ｔ．，１９８８，Ｖｏｌ２４，Ｎｏ５，ｐｐ２６０
−２６８．を参照されたい。

【００１０】上述の解決法は全て、ＬｉＮｂＯ₃成分に
固有の偏光への依存性に対する適応を必要とし、これが
装置を複雑化している。

【００１１】偏光に依存しないスイッチおよび変調器実
現のための概念はいくつかある。例えば、Ｍ．Ｋｏｎｄ
ｏ他著「ＬｏｗＤｒｉｖｅＶｏｌｔａｇｅａｎｄ
ＬｏｗＬｏｓｓＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＩｎ
ｄｅｐｅｎｄｅｎｔＬｉＮｂＯ₃ Ｏｐｔｉｃａｌ
ＷａｖｅｇｕｉｄｅＳｗｉｔｃｈｅｓ」，Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ２３，（１９８７），ｐ
ｐ１１６７−１１６９，Ｒ．Ｃ．Ａｌｆｅｒｎｅｓｓ著
「ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
ＯｐｔｉｃａｌＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＣｏｕｐ
ｌｅｒＳｗｉｔｃｈＵｓｉｎｇＷｅｉｇｈｔｅｄ
Ｃｏｕｐｌｉｎｇ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，Ｖｏｌ３５，（１９７９），ｐｐ７４８−７５
０，Ｏ．Ｇ．Ｒａｍｅｒ他著「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏ
ｎＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌＳｗｉ
ｔｃｈｗｉｔｈＭｕｌｔｉｐｌｅＳｅｃｔｉｏｎ
ｓｏｆ Δβ ＲｅｖｅｒｓａｌａｎｄａＧａｕ
ｓｓｉａｎＴａｐｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ」，ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ．Ｖ
ｏｌＱＥ−１８（１９８２），ｐｐ１７７２−１７７
９，Ｌ．ＭｃＣａｕｇｈａｎ著「ＬｏｗＬｏｓｓＰ
ｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＥ
ｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌＳｗｉｔｃｈｉｎｇａ
ｔ λ＝１．３μｍ」，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎ．Ｌｉｇ
ｈｔｗａｖｅＴｅｃｈ．，ＶｏｌＬＴ−２，（１９８
４），ｐｐ５１−５５，Ｙ．Ｂｏｕｒｂｏｎ他著「Ｐｏ
ｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＭｏ
ｄｕｌａｔｏｒｗｉｔｈＴｉ：ＬｉＮｂＯ₃ Ｓｔｒ
ｉｐＷａｖｅｇｕｉｄｅｓ」，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌ
ｅｔｔ．Ｖｏｌ２０（１９８４），ｐｐ４９６−４９
７，Ｎ．Ｔｓｕｋａｄａ外著「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏ
ｎＩｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ−
ＯｐｔｉｃａｌＳｗｉｔｃｈｅｓ：Ａｎｅｗａｐ
ｐｒｏａｃｈ」，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎ．Ｑｕａｎｔｕ
ｍＥｌｅｃｔｒｏｎ．，ＶｏｌＱＥ−１７，（１９８
１），ｐｐ９５９−９６４，Ｊ．Ｅ．Ｗａｔｓｏｎ著
「ＡＬｏｗ−ＶｏｌｔａｇｅＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏ
ｎＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＧｕｉｄｅｄＷａｖｅ
Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ＣｏｕｐｌｅｒＳｗｉｔｃｈ
ｉｎＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ」，ＳＰＩＥ
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ａｌＣｉｒｃｕｉｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ，
（１９８７），ｐｐ１３２−１３５，Ｊ．Ｅ．Ｗａｔｓ
ｏｎ他著「ＡＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＩｎｄｅｐｅ
ｎｄｅｎｔ１×１６Ｇｕｉｄｅｄ−ＷａｖｅＯｐ
ｔｉｃａｌＳｗｉｔｃｈＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｏ
ｎＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ」，Ｊｏｕｒｎ．Ｌ
ｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈ．，ＶｏｌＬＴ−４，
（１９８６），ｐｐ１７１７−１７２１，Ｗ．Ｋ．Ｂｕ
ｒｎｓ他著「ＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＷａｖ
ｅｇｕｉｄｅＭｏｄｕｌａｔｏｒｗｉｔｈＰｏｌ
ａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＯｐｅｒ
ａｔｉｏｎ」，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅ
ｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ３３（１９７８），ｐ９４４，
Ｐ．Ｇｒａｎｅｓｔｒａｎｄ他著「Ｐｏｌａｒｉｚａｔ
ｉｏｎＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌＳ
ｗｉｔｃｈｅｓ」，ＦｏｕｒｔｈＥｕｒｏｐｅａｎ
ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓ（ＥＣＩＯ’８７）ｐｐ３６−３９，Ｐ．
Ｇｒａｎｅｓｔｒａｎｄ外著「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏ
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ｌｏｙｉｎｇ Δβ ａｎｄ Δκ Ｍｏｄｕｌａｔｉ
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「Ｌｏｗ−ＶｏｌｔａｇｅＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
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ｃｈｉｎＴｉ−ｉｎｄｉｆｆｕｓｅｄＬｉｔｈｉ
ｕｍＮｉｏｂａｔｅ」，Ｔｅｃｈｎ．Ｄｉｇｅｓｔ
ｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄａｎｄＧｕｉｄｅｄＷ
ａｖｅＯｐｔｉｃｓＣｏｎｆ．（ＩＧＷＯ’８
９），ｐａｐｅｒＭＡＡ３，ｐｐ１０−１３，Ｋ．Ｔ
ａｋｉｚａｗａ他著「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ
ｄｅｐｅｎｄｅｎｔａｎｄＯｐｔｉｃａｌＤａｍ
ａｇｅ−ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅＬｉＮｂＯ₃Ｉｎｔ
ｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＷａｖｅｇｕｉｄｅＭｏ
ｄｕｌａｔｏｒ」，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ２
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ｂｅｒｂｅｒｇ他著「ＤｉｇｉｔａｌＯｐｔｉｃａｌ
Ｓｗｉｔｃｈ」，Ｔｅｃｈｎ．ＤｉｇｅｓｔＯＦＣ
１９８８，ｐａｐｅｒＴＨＡ３，Ｈ．Ｆ．Ｔａｙｌ
ｏｒ著「ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＩｎｄｅｐｅｎｄ
ｅｎｔＧｕｉｄｅｄＷａｖｅＯｐｔｉｃａｌＭ
ｏｄｕｌａｔｏｒｓａｎｄＳｗｉｔｃｈｅｓ」，Ｉ
ＥＥＥＪｏｕｒｎ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈ
ｎ．ＶｏｌＬＴ３（１９８５），ｐｐ１２７７−１２
８０，Ｔ．Ｐｏｈｌｍａｎｎ他著「Ｐｏｌａｒｉｚａｔ
ｉｏｎｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｓｗｉｔｃｈｅｓ
ｏｎＬｉＮｂＯ ₃」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ
ｔｈｅＴｏｐｉｃａｌＭｅｅｔｉｎｇｏｎＩ
ｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓＲｅｓｅａ
ｒｃｈ，ＨｉｌｔｏｎＨｅａｄ，ＳＣ，１９９０，ｐ
ｐ３８−３９，を参照されたい。偏光に依存しないスイ
ッチについての最初の実験結果は、１９７９年にＡｌｆ
ｅｒｎｅｓｓにより報告された。

【００１２】図１は、Ａｌｆｅｒｎｅｓｓのスイッチを
示す。それは、重み付き結合を利用した方向性結合器１
０である。導波路１１および１２の間の間隔は結合器の
長さに沿って変化せしめられ、従って、導波路１１およ
び１２の間の結合もまた変化せしめられる。結合は縦方
向に重みをつけられており、従って、導波路間隔が一定
である領域は存在しない。重み付き結合は、遮断（ｂａ
ｒ）状態（非クロス状態）が実現される時に利用され
る。重みを適正に設計すれば、伝達関数（すなわち、励
振された導波路から他の導波路へ、スイッチ出力として
結合せしめられる、駆動電圧の関数としての電力の割
合）のサイドローブを抑圧することができる。これは図
２ａおよび図２ｂに示されており、そこでは、通常の方
向性結合器の伝達関数（図２ａ）が、重み付き結合器の
それ（図２ｂ）と比較されている。

【００１３】図２ａおよび図２ｂは、重み付き結合を有
する通常の方向性結合器の一様なΔβ動作における伝達
関数を示し、結合係数の重み付けの効果を明らかにして
いる。重み付けは、ハミング関数により行なわれる。実
線は「異常」モード（Ａｌｆｅｒｎｅｓｓの論文に論じ
られているスイッチにおけるＴＭ）に対応し、破線は
「通常」モード（Ａｌｆｅｒｎｅｓｓの論文に論じられ
ているスイッチにおけるＴＥ）に対応している。比Δβ
_eo／Δβ_oは３．１であるものと仮定され、（Ｌ／
ｌ_c）_eO〜１．５、（Ｌ／ｌ_c）_o〜１．１である。た
だし、Δβ_eoは異常モードにあるチャネル間の波数の差
であり、Δβ_oは通常モードにあるチャネル間の波数の
差、Ｌは結合器の物理的長さ、ｌ_cは結合長であり、前
記数値は例として選択されたものである。

【００１４】最も弱い電気光学係数にあたる偏光の第１
遮断状態に対応する電圧が印加された時、サイドローブ
の抑圧があるために、他の偏光もまた、たとえその駆動
電圧がたまたまその偏光の極大に対応していたとして
も、スイッチされる。図２ａおよび図２ｂには、−２５
ｄＢの漏話レベルが示されていて、重み付き結合器の場
合には、たとえΔβ_eo／Δβ_o，（Ｌ／ｌ_c）_eo、およ
び（Ｌ／ｌ_c）_oなどのパラメータがいくらか変化せし
められても、このレベルが保持されうることを明らかに
している。

【００１５】クロス状態の実現は、図３に関連して説明
される。図３は、クロス状態の軌跡について、Ｌ／ｌ_c
を垂直軸上にとり、ΔβＬ／π（正規化された駆動電
圧）を水平軸上にとったスイッチダイヤグラムに示すも
のである。「異常」モードのための「完全」クロス状態
に対応した電圧が印加されると、他の偏光もダイヤグラ
ムのＬ／ｌ_c≒１付近の形により、ほどほどのクロス状
態になる。クロス状態は、比Ｌ／ｌ_cが、最も弱い電気
光学係数にあたるモードに対してはわずかに１を超え
（このＺカット、Ｙ伝搬の場合にはＴＥモード）、他の
偏光に対しては１と３との間にあるようなスイッチの製
作によって得られる。この場合には、「通常」偏光は、
比較的に高い電圧まで、ほどほどのクロス状態にある。
そのわけは、図３のクロス状態の軌跡の接線が、Ｌ／ｌ
_c≒１付近においてほとんど水平になるからである。こ
のことは、Ｌ／ｌ_c≒３に対しても成立する。

【００１６】図４は、Ｌ．ＭｃＣａｕｐｈａｎの論文に
より報告された偏光に依存しないスイッチ４０を示す。
スイッチ４０は、電極が２つの部分に分割されていない
ことを除外すれば、図１（およびＡｌｆｅｒｎｅｓｓの
論文）に示されているものとほとんど同じである。換言
すれば、図４のスイッチ４０は、基板内に２つの導波路
４１、４２を含み、２つの電極４３、４４が導波路４
１、４２に密接せしめられている。１つの電極４４には
電圧Ｖが印加され、一方他の電極４３は接地されてい
る。従って、一様なΔβ動作のみが可能であり、クロス
状態はゼロ電圧において到達されなくてはならず、それ
はスイッチ４０が、双方の偏光に対して比Ｌ／ｌ_cが約
１に等しくなるように製作されなくてはならないことを
意味する。Ｗａｔｓｏｎの論文においては、Ａｌｆｅｒ
ｎｅｓｓの構想がさらに詳細に分析され、Ｌ／ｌ_c≒３
付近のＴＥモードによる動作が提案されている。これ
は、長波長における低い曲げ損失に適応する製造パラメ
ータの結論と一致する。この場合は、通常屈折率に遭遇
する偏波の閉じ込めは弱く、これは対応するモードに、
他の偏波に比して高い比Ｌ／ｌ_cを与える。

【００１７】図５は、図１に示されているスイッチに対
し、クロス状態において低い、すなわち「完全な」漏話
を与えうる比Ｌ／ｌ_cの組合せを示す。図５において
は、Δβ_TE／Δβ_TM＝０．２６である。もし有限の漏話
が許容されれば、図５の線は広がって管状になる。Ｗａ
ｔｓｏｎ他の論文を参照されたい。

【００１８】Ａｌｆｅｒｎｅｓｓの概念を一層拡張した
ものを図６ａに示す。これはＰ．Ｇｒａｎｅｓｔｒａｎ
ｄ他著「ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＩｎｄｅｐｅｎｄ
ｅｎｔＳｗｉｔｃｈａｎｄＰｏｌａｒｉｚａｔｉ
ｏｎＳｐｌｉｔｔｅｒＥｍｐｌｏｙｉｎｇ Δβ
ａｎｄ Δκ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」，Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ．Ｌｅｔｔ．１９８８，１１４２−１１４３に報告
されている。この場合には、Ｘカット、Ｙ伝搬の方向が
選択されている。スイッチ６０の方向性結合器であり、
その導波路６１および６２の入力および出力には円形の
曲がりがあり、導波路６１および６２の輪郭に従って電
極６３、６４、６５、６６、６７、６８が配置されてい
る。駆動電圧が図６に従って供給された時には、屈折率
の偶数および奇数の摂動の重ね合せが形成されうる（こ
の結晶の方向においては、電界の水平成分のみが屈折率
の摂動を誘発する）。もし偶数の摂動のみが印加されれ
ば、方向性結合器は対称的なままであるが、導波路間の
結合強度は変化する。これは、図６ｃ（そこではΔβ_TM
／Δβ_TE＝０．２６かつΔκ_TE／Δκ_TE＝０．３５）に
示されているスイッチダイヤグラムにおける垂直軸に平
行なΔκ変調または変換に対応する。通常の（奇数摂動
からの）Δβ変調は、スイッチダイヤグラム内における
水平軸に平行な変換に対応する。このΔβおよびΔκ変
調の組合せは、偏光によらないスイッチの状態に対する
電子的調節を可能ならしめる。この配置においては、Δ
κ変調は極めて効率的ではないので、結合長の小さい調
節のみが仮定さており、そうでない場合は電圧が高くな
る。

【００１９】図６ｄに示されている限界内においては、
（結合波理論の限界内での）「完全な」偏光によらない
クロス状態を得ることができる。図６ｄはまた、Δβ_TM
／Δβ_TE＝０．２６かつΔκ_TM／Δκ_TE＝０．３５であ
ることを示している。これからわかるように、許容され
る製造公差は極めて大きい。遮断状態もまた、Δβおよ
びΔκ変調の組合せによって電子的調節されうる。図６
ｅは、「完全な」遮断状態を得るためのΔβおよびΔκ
変調の双方の使用例を示す。図６ｅに示されている例に
おいては、（Ｌ／ｌ_c）_TEおよび（Ｌ／ｌ_c）_TMに対す
る制限は存在しない。換言すれば、結合長に対する要求
は存在せず、常に「完全な」偏光によらない遮断状態を
得ることができる。しかし、スイッチの入力および出力
における円形の曲がりによって得られる重み付き結合に
より、伝達関数のサイドローブは通常抑圧されるので、
「純粋な」一様のΔβ変調によってさえ、ほどほどの漏
話値が与えられる。その実際的な図示が、図６ｆに与え
られている。図６ｆは、−２０ｄＢの漏話における遮断
状態スイッチのグラフを示し、スイッチの入力および出
力における円形の曲がりの効果を示している。左側のダ
イヤグラムは、一定の間隔を有する２つの平行導波路の
簡単な場合に対応し、右側のダイヤグラムは、スイッチ
の入力および出力に円形の曲がりを有する方向性結合器
に対応している。

【００２０】偏光によらないスイッチを作る別の方法
は、２つの偏光に対し条件が同じである結晶方向を利用
することである。これは、電気光学的に誘発される摂動
が等しいこと、およびＴＥおよびＴＭモードがほぼ同じ
結合長を有すること、を意味する。伝搬方向の、Ｚ軸と
の「等方的な」方向が、そのような方向の例である。こ
こでは、双方の偏光が通常屈折率を有し、従って、チタ
ン（Ｔｉ）の濃度による屈折率摂動は、２つの偏光にお
いて等しい。これは、結合長がほぼ等しいことを意味す
る。２つの偏光に対して電気光学的に誘発される屈折率
摂動は、電気光学γ係数γ₁₂およびγ₂₂（短縮形指標記
号）によって起こされる。それらは大きさは等しいが、
符号は逆であり、γ₁₂およびγ₂₂に共通の指標２は、こ
れらの摂動がＹ軸に沿った外部電界に対応していること
を意味する。この情況における、１つの複雑化の因子
は、２つの偏光がほとんど同期していること、および２
つの偏光間の結合を行なう（γ₁₂およびγ₂₂と同じ大き
さの）１つの電気光学係数が存在すること、である。こ
のγ係数はγ₆₁であり、非短縮形の記号における指標は
１、２、１となる。指標の６（非短縮形では１、２）
は、ＸおよびＹ方向に沿った電界間の結合に対応する。
この結合は、２番目の指標によって示されている、Ｘ軸
に沿った外部電界によって誘発される。

【００２１】この方向のスイッチにおいて良好なパフォ
ーマンスを得るためには、このＴＥ−ＴＭ変換を避けな
くてはならない。しかし、望ましくない（ＴＥ⇔ＴＭ）
および望ましい（Δｎ_TE、Δｎ_TE）摂動は、外部界の異
なる成分に対応しているので、この結合は、成分の適正
な設計により避けることができる。この例は、図７ａに
示されている。もし電極が、Ｘ方向（図７のＸカットの
例における垂直方向）に正味の成分が存在しないように
配置されれば、ＴＥ⇔ＴＭの結合はなくなって、スイッ
チは良好に動作する。しかし、製造の不完全性（電極や
相対的導波路のアラインメントの誤り、拡散の制御の困
難など）により、この目的の達成は困難である。これ
は、「効果的」垂直電界を消去するように電界の電気的
調節を行ないうる電極を用いることにより克服されう
る。

【００２２】図８ａには１つの可能な解決法が示されて
おり、そこでは、正味のＸ成分を消去するため、電界の
「形状」を調節するのに最外部電極８６ａ、８６ｂおよ
び８７ａ、８７ｂが用いられている。Ｐ．Ｇｒａｎｅｓ
ｔｒａｎｄ他著「ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＩｎｄｅ
ｐｅｎｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌＳｗｉｔｃｈｅ
ｓ」、ＥＣＩＯ^'８７，ｐｐ．３６−３９を参照された
い。他の電極８３ａ、８３ｂ、８４ａ、８４ｂ、８５
ａ、８５ｂおよび導波路８１および８２は、図７ａに示
されているものと同様のものである。図８ｂは、これら
の電極によって形成される電界を示す。図７および図８
のスイッチ構造もまたスイッチ状態を改善するΔκ変調
を可能ならしめる。

【００２３】図９は、偏光によらないスイッチを作るも
う１つの方法を示し、これもまた「等方的」方向を（Ｘ
カットも）用いる。Ｋ．Ｔａｋｉｚａｗａ他著「Ｐｏｌ
ａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔａｎｄ
ＯｐｔｉｃａｌＤａｍａｇｅ−ｉｎｓｅｎｓｉｔｉ
ｖｅＬｉＮｂＯ₃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ
ＷａｖｅｇｕｉｄｅＭｏｄｕｌａｔｏｒ」，Ｊａｐ
ａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ２７（１９８８），ｐｐＬ
６９６−Ｌ６９８を参照されたい。これは、いわゆる平
衡ブリッジ干渉計形スイッチ９０であり、入力における
３ｄＢの結合器９６と、２つの接地された電極９３、９
５およびこれらの間に介在せしめられたバイアスされた
電極９４を含む偏光によらない移相領域９７と、出力に
おける３ｄＢの結合器９８と、から成る。中間領域９７
においては、導波路は分離されているので、それらの間
に結合は存在しない。この領域においては光の相対位相
が変調され、ＴＥ−ＴＭ結合はいずれも不可能であり、
これは正味の垂直電界が許容されていないことを意味す
る。しかし、この場合に垂直電界を避けることは、図７
のスイッチに比較するとたぶん簡単である。

【００２４】Ｚ伝搬構想の１つの利点は、同じ（通常）
屈折率が２つの異なる偏光に対して現われることであ
る。従って、２つの偏光に対して異なる屈折率が現われ
る時に起こる、パルスの広がりによる帯域幅の劣化は生
じない。

【００２５】この差は、Ｚ軸が伝搬方向に垂直になる結
晶方向が用いられる時に現われ、許容されるビット速度
を、この方向の長さ１０cmのチップに対し約１０Ｇｂ
ｉｔ／ｓ毎チャネルに制限する。しかし、もし情報が、
波長分割多重化またはコヒーレント技術によるなど、あ
る他の原理によってスタックされるならば、ＴＨｚ領域
内の情報の帯域幅は、これらの方向のスイッチによって
もスイッチされうる。

【００２６】Ｚ伝搬構想のもう１つの利点は、双方の偏
光がほぼ同じ伝達関数を有することである（一般に、他
の構想においては、偏りへの非依存性は、スイッチを２
つの偏光によらないスイッチ状態に置くことはできる
が、「中間」点における非依存性は与ええないことを意
味する）。これは、例えば１次（小信号）変調の応用が
考察される時には、極めて重要である。

【００２７】上述の全てのスイッチ形式は、いわゆる干
渉計形スイッチで、これらはモードの建設的および破壊
的干渉に基づいており、従ってこれらは全て振動的伝達
関数を有する。しかし、他の可能性も存在し、それは干
渉計ではなくモード分類に基づくデバイスを使用するも
のである。Ｗ．Ｋ．Ｂｕｒｎｓ他著「ＭｏｄｅＣｏｎ
ｖｅｒｓｉｏｎｉｎＰｌａｎａｒＤｉｅｌｅｃｔ
ｒｉｃＳｅｐａｒａｔｉｎｇＷａｖｅｇｕｉｄｅ
ｓ」，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎ．ｏｆＱｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ＶｏｌＱＦ−１１（１９７
５），ｐｐ３２−３５，およびＹ．Ｓｉｌｂｅｒｂｅｒ
ｇ他著「ＤｉｇｉｔａｌＯｐｔｉｃａｌＳｗｉｔｃ
ｈ」，Ｔｅｃｈ．ＤｉｇｅｓｔＯＦＣ，１９８８，ｐ
ａｐｅｒＴＨＡ３を参照されたい。

【００２８】図１０は、モード分類形スイッチ１００を
示す。それは２×２ディジタル光スイッチであり、一方
の側の非対称Ｙ分岐導波路１０１と、他方の側の対称Ｙ
分岐導波路１０２と、から成る。後者の分岐１０２は、
電極１０３および１０４を用いて電界を印加することに
より、非対称的にすることができる。非対称Ｙ分岐は、
変換が「断熱的」（十分に低速度）であれば、モード分
類を行なう。ここでのモード分類とは、最高有効屈折率
を有する入力導波路内のチャネルモードが、分岐に沿っ
て、チャネルが互いに近い且つ影響を及ぼしあう２モー
ド領域の１次モードに徐々に変換されることを意味する
（局部正常モード間に電力の伝達はなく、分離が大きい
場合は１次モードはチャネルモードの形態を有する）。
同様にして、他チャネル内のモードは、２次モードへ変
換される。従って、広いチャネル内の信号は、中央領域
内の１次モードへ変換され、狭いチャネル内の信号は、
中央領域の２次モードへ変換される。もしスイッチ１０
０の他の半分１０２も、電極１０３および１０４に電圧
を印加することにより非対称的になって（すなわち、奇
数の屈折率摂動が誘発されて）いれば、（広い入力チャ
ネルに対応する）中央領域内の１次モードは、最高屈折
率を有する出力チャネルへ変換され、逆に、２次モード
は最低屈折率を有する出力チャネルへ変換される。

【００２９】出力Ｙ分岐の非対称性は電気光学的に変化
させうるので、屈折率の摂動が十分に大きく、かつ変換
が断熱的である限り、このデバイスは２×２スイッチと
して働く。もしゼロ電圧が電極に印加されれば、双方の
信号に対して３ｄＢの分裂が起こる。

【００３０】図１１には、ＴＥ（実線）およびＴＭ（破
線）に対するディジタル光スイッチにおける伝達関数が
示されている（Ｘカットの場合）。これからわかるよう
に、この伝達関数は干渉計形スイッチの振動的な性質は
もたず、駆動電圧が十分に高ければ、このスイッチは明
らかに偏光によらない動作を行う。

【００３１】このディジタル光スイッチの顕著な利点
は、そのパフォーマンスが極めて安定していることであ
る。直流ドリフトおよび温度変化に起因する不安定性
は、「有効」印加電圧の変化として現われ、小さい伝達
関数の傾きを有するディジタル応答は、もし十分に高い
電圧を有する動作点が選択されれば、誘発されたスイッ
チ状態の摂動を減衰せしめる。

【００３２】ディジタル光スイッチのもう１つの利点
は、ゼロ電圧において実現される電力分割である。これ
は、例えば、あるスイッチマトリックスの応用におい
て、放送動作が要求される時に特に重要である。図１２
は、ディジタルスイッチがスイッチ素子の極めて魅力あ
る選択となる、スイッチマトリックス構造を示す。Ｒ．
Ａ．Ｓｐａｎｋｅ著「Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｆ
ｏｒＬａｒｇｅＮｏｎ−ｂｌｏｃｋｉｎｇＯｐｔ
ｉｃａｌＳｐａｃｅＳｗｉｔｃｈｅｓ」，ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎ．ｏｆＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏ
ｎ．，ＶｏｌＱＥ−２２（１９８６），ｐｐ９６４−
９６７を参照されたい。ここでは１×２スイッチが必要
とされ、それは上述のスイッチが図１３の構造（Ｘカッ
トの場合）に簡単化されうることを意味する。ここで
は、入来信号モードチャネル１３１が２モード領域１３
２の１次モードを励振し、このモードが（上述のよう
に）３電極１３３、１３４、１３５を用いての適切な電
界の印加によって最高有効屈折率を有する出力に変換さ
れる。図１２の構造は、もしマトリックスが適正にセッ
トされていれば、信号が、２つのスイッチに誤って入っ
た後でなければ望ましくない出力に到達しえないので、
良好な漏話特性を有する（後にさらに説明されるよう
に、これは受動分割−能動結合動作においては成立しな
い）。Ｓｐａｎｋｅの論文を参照されたい。

【００３３】この構造の良好な漏話パフォーマンスは、
個々のスイッチ素子に対する漏話要求を緩和し、これは
極めて幸運なことである。そのわけは、ディジタル光ス
イッチにより極めて低い漏話を実現することは、Ｇｒａ
ｎｅｓｔｒａｎｄ他の論文に示されているような電子的
に調節可能な方向性結合器によるよりも恐らくは困難で
あるからである。

【００３４】ディジタル光スイッチをスイッチ素子とす
る、図１２によるスイッチマトリックスのもう１つの重
要な特徴は、１入力からの信号をいくつかの出力へ分配
する放送機能を便利に実現しうることである。この場
合、マトリックスの最初の半分内のある（または全て
の）スイッチは、３ｄＢの電力分割にセットされ、これ
はディジタル光スイッチの場合、ゼロ電圧において達成
される。

【００３５】偏光によらないスイッチを作るための極め
て簡単な構想は、Ｋｏｎｄｏ他の論文に示されているそ
れである。図１４に示されているその原理は、製造パラ
メータの正確な制御に依存する。クロスオーバ状態は、
比Ｌ／ｌ_c（物理的長さ対結合長）が双方の偏光に対し
ほぼ１に等しくなるようにスイッチ１４０を製造するこ
とにより、ゼロ電圧において実現される。バー（すなわ
ち非クロス）状態は、導波路１４１および１４２のＴＥ
モード（このＺカット方向の場合には、２つの関係のあ
るγ係数のうちの最も弱いものに対応する）を遮断状態
にする電圧を一方の電極１４３または１４４に印加する
ことにより実現される。与えられた電圧に対するパラメ
ータａ＝Δβ_TE／Δβ_TMがもし０．２５と０．３４との
間にあれば、ＴＭモードに対する第１遮断状態と、ＴＥ
モードに対する第３遮断状態とがほぼ一致するので、漏
話は−２０ｄＢより低くなる。

【００３６】偏光によらないスイッチの、高い電圧−長
さの積を減少させる方法は、他のγ係数、すなわちγ₅₁
またはγ₄₂（非短縮記号では１３１、２３２）を使用す
ることにある。Ｐｏｈｌｍａｎｎ他の論文を参照された
い。これらのγ係数はＴＥ−ＴＭ変換を行ない、γ₃₃と
ほぼ同じ大きさを有する。これらの係数は、異なる屈折
率（通常および異常）にあたるモードを結合せしめるの
で、周期的な位相整合電極が必要とされる。これらは、
通常の電極ほど効果的ではありえない。従って、この種
のスイッチは、γ係数の大きさにより示されるほど低い
電圧には到達しない。しかし、それらは、偏光によらな
いスイッチに対する他の原理よりも高い電圧効率を有し
うる。この種の電極を有するデバイスは、極めて温度に
敏感で、かつ複雑である。さらに、もしこの原理が方向
性結合器に対して適用されたものとすれば、通常の導波
路間結合の抑圧、またはそれとの相互作用は、極めて厄
介なものになる。あるいは、それは、平衡ブリッジ形変
調器に用いられうる。しかし、この場合においても、
「非等方的」（非Ｚ伝搬的）伝搬方向においては偏光に
よらない３ｄＢ結合器が要求されるので、製造は比較的
に困難である。最近、製造のより容易と思われる偏光の
分割を用いる別のものが示された。Ｔ．Ｐｏｈｌｍａｎ
ｎ他著「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｎｄｅｐｅｎｄ
ｅｎｔｓｗｉｔｈｅｓｉｎＬｉＮｂＯ₃」，Ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＴｏｐｉｃａｌ
ＭｅｅｔｉｎｇｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｈｏ
ｔｏｎｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ，ＨｉｌｔｏｎＨｅ
ａｄ，Ｓ．Ｃ．，１９９０，ｐｐ．３８−３９を参照さ
れたい。

【００３７】Ｇｒａｎｅｓｔｒａｎｄの論文には、電子
的に調節可能な偏光によらないスイッチが記載されてい
る。しかし、この構想においても（２つの偏波に対する
比Ｌ／ｌ_cの可能な組合せに関する）製造公差は、所望
より小さい（これは、クロス状態の実現のために適用さ
れることであり、バー状態の実現には比Ｌ／ｌ_cに関す
る要求は存在しない）。

【００３８】上述のそれぞれの結合器は、製造が複雑で
あり、効果の発揮および／または制御が困難であり、ま
た環境に対して過敏であるなどの欠点を有する。

【００３９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、極めてゆる
やかな製造公差を有する方向性結合器を含む偏光によら
ないスイッチを提供する。

【００４０】本発明は、材料の固有の偏り依存性を回避
しうるように設計された、偏光によらないＬｉＮｂＯ₃
成分を用いる。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの目的
を、上面に少なくとも２つの近接した光導波路を、該導
波路に隣接して配置された電極と共に有する電気光学材
料の単結晶ウェハを含む、偏光によらないスイッチまた
は結合器によって達成する。それらの電極には、導波路
の一方の側に形成された接地された主電極と、導波路の
反対の側または側々の直線上に形成された４つの小電極
と、を含み、４つの小電極のそれぞれには電圧が印加さ
れる。中央の２電極に印加される電圧が等しい値と同じ
極性とを有し（Ｖ_c＝Ｖ_b）、かつ外側の電極に印加さ
れる電圧が等しい値と同じ極性とを有する（Ｖ_d＝
Ｖ_a）時は、１の導波路内を進む光は、他の導波路への
伝達を阻止される。中央の電極に印加される電圧が等し
い値ではあるが逆極性を有し（Ｖ_c＝−Ｖ_b）、かつ外
側の電極に印加される電圧が等しい値ではあるが逆極性
を有する（Ｖ_d＝−Ｖ_a）時は、１の導波路内を進む光
は他の導波路へ移行する。

【００４２】

【実施例】以下、添付図面を参照しつつ本発明を詳述す
る。ＴｉＮｂＯ₃内に光スイッチが製造される時は、Ｚ
方向の印加電圧によるＺ方向における屈折率の変化に対
応する最強の電気光学γ係数（短縮形の指標記号ではγ
₃₃、非短縮形では、３３３）の使用を可能ならしめる結
晶方向が通常選択される。これらの方向は、Ｚカット、
ＸまたはＹ伝搬、Ｙカット、Ｘ伝搬、およびＸカット、
Ｙ伝搬である。例をあげると、Ｚカット、Ｙ伝搬とは、
伝搬が主として結晶内のＹ方向において行なわれ、表面
がＺ軸に垂直であるように光チャネルがアラインされて
いることを意味する。これらの方向の場合、Ｚ軸は伝搬
方向に垂直である。

【００４３】これらの方向の場合、光集積回路の偏光依
存性には２つの主な理由がある。第１に、チタン（Ｔ
ｉ）の拡散による屈折率の摂動は、（Ｚ軸方向に相当す
る）異常屈折率と通常屈折率とに対して異なる。これ
は、ＴＥおよびＴＭ偏光に対してそれぞれ異なる導波路
が形成されることを意味する。この結果として、例えば
方向結合器内の結合せしめられた導波路間の結合係数
は、２つの偏光に対し異なる。通常、この差は、異常屈
折率に対応するモードを、通常屈折率に対応するモード
より強く閉じ込める。特殊な製造条件によれば、双方の
偏光に対してほとんど同じ結合係数を得ることができ
る。しかし、これは、モードを通常所望されるよりも閉
じ込めの弱いものにする。

【００４４】偏光依存性の第２の理由は、２つの偏光が
遭遇する電気光学係数が異なることである。すなわち、
「異常」モードはγ₃₃に「遭遇」し、「通常」モードは
γ₁₃に「遭遇」する。電気光学係数はγ₁₃はγ₃₃の約１
／３位に小さい。これは、印加された電極電圧による屈
折率摂動が２つの偏光に対して異なることを意味し、そ
れは、一般に、たとえ結合長が等しくても、２つの偏光
に対し異なる駆動電圧が必要であることを意味する。

【００４５】偏光によらないスイッチに対する異なる原
理を比較する時は、いくつかの観点を考慮しなくてはな
らない。２つの観点は、製造公差と漏話とであり、これ
らは通常強い相関を有し、もし「完全な」製造が可能な
らば、たいていの原理により、極めて良好な漏話（結合
波近似において「完全な」）が得られる。しかし、現実
の製造公差によれば、漏話パフォーマンスは、原理が異
なるとかなり異なる。もう１つの観点は、（スイッチを
通過する信号の最大ビット速度に対応する）瞬間的帯域
幅と、（同時にスイッチされうる多くのチャネルを含み
うる全波長に対応する）全帯域幅との双方の帯域幅であ
る。さらに、駆動の複雑性（ドライバーの数、電圧の公
差）も考慮されるべきである。

【００４６】もう１つの重要な観点は、駆動電圧と、駆
動電圧の変動に対する公差と、である。この公差は、も
う１つのさらに重要でさえある性質、すなわち安定性パ
フォーマンスと密接に関連する。もしスイッチの状態
が、動作点付近における駆動電圧の変動に比較的に敏感
でなければ、スイッチはまた良好な安定性パフォーマン
スを有する。そのわけは、例えば温度変動の効果は、
「有効」電圧の変動として現われるからである。

【００４７】駆動電圧が一般的に考察される時、偏光に
よらないスイッチは、（γ₅₁またはγ₄₂を利用する原理
は除外して）偏りによるものより約３−５倍高い駆動電
圧を要する。もし、（スイッチ素子の数を含めて）もっ
と複雑な構造が必要ならば、チップの寸法についての制
限により、比較的短いスイッチの使用が課せられ、それ
は本質的により高い駆動電圧を要求する（通常、スイッ
チ素子に対して一定である電圧−長さ積が存在する）。
高電圧を極めて高速度で供給することは実際的ではない
ので、これは、偏光によらないスイッチは、少なくとも
多数のスイッチが１チップ上に集積されるを要する時に
は、主として低い、および中程度の（１００ＭＨｚより
低い）スイッチング速度の応用において実用されること
を意味する。

【００４８】図１５は、上述の考察を考慮した、Δβ変
調のための４セクションの電極を有する電気光学方向性
結合器を示す。図１５において、単結晶ウェハ１５０
は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムなどの
電気光学材料から成る。ウェハ１５０は、その上面１５
８に、少なくとも２つの光導波路１５１および１５２を
形成されており、これらはチタンをウェハ１５０の上面
１５８内へ拡散することによって作られうる。この実施
例は、半導体基板のＹ軸に実質的にアラインした導波路
を有するＬｉＮｂＯ₃光スイッチのＺカットの形式のも
のを示す。導波路は、ウェハ１５０の１平面をなす端面
上の入力１５１ａおよび１５２ａと、出力１５１ｂおよ
び１５２ｂと、を有する。

【００４９】２つの導波路１５１および１５２は長さＬ
の相互作用領域を形成し、そこでは２導波路１５１およ
び１５２は互いに近接し、かつ実質的ｎｉ行になってい
る。例えば光ファイバを経て一方の入力１５１ａまたは
１５２ａへ入った光波は、出力１５１ｂおよび１５２ｂ
間に分配される。これは、相互作用長Ｌに沿った導波路
１５１および１５２間に生じる結合する電磁振動によっ
て行なわれる。

【００５０】導波路間の結合度は、それらの間の距離ｄ
を選択することにより選択される。結合長ｌ_cの変化は
これによって可能ならしめられ、結合長は、一方の導波
路内の光波が完全に他方の導波路へスイッチされるため
に必要な、相互作用長Ｌに沿っての長さである。距離ｄ
は、結合長ｌ_cが相互作用長Ｌと一致するように調節で
き、その場合は、一方の導波路の入力へ入来した光波
は、他方の導波路の出力から送り出される。導波路間の
結合度は、相互作用長Ｌに沿って電極１５３−１５７間
に印加される電界Ｅにより変化せしめられる結晶の屈折
率の影響を受ける。

【００５１】電界強度は、導波路間の結合が無くなっ
て、１の導波路の入力に入った光波が同じ導波路の出力
から送り出されるように選択されうる。前述のように、
ここでは入来光波を光波の偏波状態によらずに方向性結
合器の出力間においてステアしうることが所望される。
さらに、方向性結合器が簡単な構造でかつ入来光波が高
いパルス周波数を有することを許容するものであること
も所望される。

【００５２】電極１５３−１５７は、２導波路１５１お
よび１５２の相互作用長Ｌに沿って配置されている。電
磁界Ｅは、選択された電圧の電極への印加により形成さ
れる。主電極１５３は、２つの導波路１５１および１５
２に対して実質的に平行に、これらの導波路の一方の側
に形成される。主電極１５３は、適切な電気接続により
接地されており、図１５に影線によって示されているよ
うに、２つまたはそれ以上の電極としても形成されう
る。第１電極１５４は、第１電圧源Ｖ_aに接続可能であ
る。電圧源Ｖ_aは第１電極１５４に電位を生じさせ、そ
の電位は図示されていない回路により調節されうる。

【００５３】第２電極１５５は、導波路１５１および１
５２の第１電極と同じ側に形成され、第１電極１５４に
隣接して配置されている。第２電極１５５は第２電圧源
Ｖ_bに接続されており、第２電圧源の出力は可変であ
る。第３電極１５６は第２電極１５５のそばに形成され
ており、第３電圧源Ｖ_cに接続可能で、第３電圧源の出
力は可変である。第４電極１５７は第３電極１５６に隣
接して形成され、第４電圧源Ｖ_dに接続可能で、第４電
圧源の出力も可変である。

【００５４】４電極１５４−１５７は主電極１５３に平
行な直線または行をなして配列され、電極間に間隔を有
する４電極１５４−１５７の合成長は、相互作用長Ｌに
ほぼ等しい主電極１５３の長さに近似的に等しい。

【００５５】導波路内の電極１５４−１５７の形成は、
光蝕刻法などの通常の方法によって行なわれるうる。電
圧源Ｖ_a−Ｖ_dが接続されると電極間の結晶ウェハを通
して主電界Ｅが形成され、それは導波路を通過してそれ
らの屈折率に影響を及ぼす。個々の電極１５３−１５７
によるそれぞれの電界は主電界に影響を及ぼし、得られ
る電界Ｅは、それぞれの電極１５４−１５７への電圧を
選択的に変化させることによって調節されうる。

【００５６】導波路１５１および１５２間の結合度は、
結晶内の電界Ｅにより影響される。電界Ｅは、弱い電界
におけるポッケルス効果により、屈折率楕円体の形を変
化せしめる。屈折率の摂動は、半導体材料におけるキャ
リア効果によるなど、電気光学効果（ポッケルス効果）
以外の効果にもよりうることに注意すべきである。この
変化は、最も一般的な３次元の場合には、２７個のテン
ソル要素を有する３階テンソルによって表わされる。こ
れらの要素は通常γ_ijkによって表わされ、指標ｉ、
ｊ、ｋは値１、２、または３をとりうる。これらの指標
は、軸Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃を有する直角右手座標系に関す
る。Ｘ₁軸は、上面１５８に平行で、かつ導波路１５１
および１５２に対して直角をなし、Ｘ₂軸は上面１５８
と直角をなし、Ｘ₃軸は導波路１５１および１５２に平
行である。テンソル要素γ_ijkは、長さ／電位差（ｍ／
Ｖ）の物理的次元を有し、それは電界によって実現され
る振動モード間の結合度の変化の測度である。

【００５７】第２および第３電圧源Ｖ_bおよびＶ_cの出
力が等しい値と同じ極性とを有し、かつ第１および第４
電圧源Ｖ_aおよびＶ_dの出力が等しい値と同じ極性とを
有する（Ｖ_b＝Ｖ_cかつＶ_a＝Ｖ_d）時は、一方の導波
路内を進む光の他方の導波路への伝達が阻止され、それ
ゆえ遮断状態が実現される。第２および第３電圧源Ｖ _b
およびＶ_cの出力が等しい値と逆極性とを有し、かつ第
１および第４電圧源Ｖ _aおよびＶ_dの出力が等しい値と
逆極性とを有する（Ｖ_c＝−Ｖ_bかつＶ_d＝−Ｖ_a）時
は、一方の導波路内を進む光が他方の導波路へ移行し、
それゆえクロス状態が実現される。以上からわかるよう
に、駆動電圧Ｖ_a、Ｖ_b、Ｖ_c、Ｖ_dは、自由度２で駆
動される。

【００５８】通常の（単一偏波）方向性結合器における
「完全な」スイッチ状態を、行ないうるＬ／ｌ_cの変化
によって調節する可能性は、遮断およびクロス状態のそ
れぞれに対する（スイッチ中心付近における）縦方向に
対称的および逆対称的なΔβ変調に関連する。自由度２
は、偏りによらない方向性結合器を連続的に調節可能な
らしめるために必要であるものと仮定されている。図１
５の構造は、主電極と、独立して調節可能な電圧源を有
する４電極とを有するので、自由度４の能力を有する。
第１と第４、および第２と第３の電極が電気的に結合さ
れた時は、図１５に示されている構造は、自由度２を有
する。

【００５９】遮断状態を実現するためには、電圧Ｖ_cお
よびＶ_bを、Ｖ_d＝Ｖ_aかつＶ_c＝Ｖ_bのように選択す
る。これは、スイッチ中心付近における縦方向に対称的
なΔβ変調（縦座標の関数としての屈折率摂動が偶関数
である）を与える。これら２電圧（Ｖ_aおよびＶ_b）の
適正な調節を行なえば、（結合波解析の限度内におい
て）完全な遮断状態の実現が可能である。

【００６０】クロス状態の実現のためには、電圧Ｖ_cお
よびＶ_dは、Ｖ_d＝−Ｖ_aかつＶ_c＝−Ｖ_bのように選
択される。これは、スイッチ中心付近における縦方向に
逆対称的なΔβ変調を与え、ステップ式Δβ反転結合器
の拡張とみなされうる。Ｈ．Ｋｏｇｅｌｎｉｋ他著「Ｓ
ｗｉｔｃｈｅｄＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＣｏｕｐｌ
ｅｒｓｗｉｔｈＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ１、
３」、ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌＱｕａｎｔｕｍＥ
ｌｅｃｔｒｏｎ．，ＶｏｌＱＥ−１２（１９７６），
ｐｐ３９６−４０１を参照されたい。

【００６１】図１６において、Ｌ／ｌ_c，_eoおよびＬ／
ｌ_c，_o（_eoおよび_oは、ここではそれぞれ異常および
通常偏波を意味する）に対する限界内においては、（結
合波理論により計算して）双方の偏光に対して同時に−
２０ｄＢよりも良いクロス状態を得ることができる。計
算は、漏話の要求が満たされうるか否かを点検しつつ、
Ｌ／ｌ_cのそれぞれの組合せに対し、２つの自由パラメ
ータＶ_aおよびＶ_bを変化させることにより行なわれ
る。図からわかるように、許される領域は極めて大き
い。

【００６２】この種のスイッチにおいては、許容される
結合長の組合せに関する製造公差は、通常の偏りに依存
するステップ式Δβ反転方向性結合器よりも大きくさえ
ある（図５、図６ｄおよび図１６を比較することにより
理解できる）。遮断状態に対しては、対応する図は限界
をもたない。

【００６３】図１７においては、異なるＬ／ｌ_cの組合
せに対する正規化された駆動電圧がプロットされてい
る。水平軸は、異常屈折率偏光に対するＬ／ｌ_cを表わ
し、異なるグラフ内に記されているパラメータは通常偏
光に対するＬ／ｌ_cである。垂直軸は異常偏光に対する
ΔβＬ／πを表わし、通常偏光に対する値は、計算にお
いてこの値の３０％にセットされる。図１７の左半分
は、Ｖ_c＝−Ｖ_bかつＶ_d＝−Ｖ_aであるクロス状態に
対応する。図１７の右半分は、Ｖ_c＝Ｖ_bかつＶ_d＝Ｖ
_aである遮断状態に対応する。箱または小点は第１電極
１５４に対応し、＋記号または大点は第２電極１５５に
対応する。

【００６４】必要な駆動電圧を他のスイッチと比較する
と、このスイッチは極めて良好である。駆動電圧はもち
ろんスイッチのＬ／ｌ_cの組合せに依存するので、比較
はいくぶん厄介になるが、このスイッチにおいては、例
えばＲａｍｅｒ他およびＫｏｎｄｏ他の論文に示されて
いるスイッチにおけるよりも、一般にクロス状態の電圧
は高く、遮断状態の電圧は低い。そのわけは、後者のス
イッチにおいては、遮断状態の電圧が一般にクロス状態
の電圧よりも遙かに高いからである。これは、ここに提
案されたスイッチが、以前の構想のものよりも「最大所
要電圧」をしばしば低くすることを意味する。

【００６５】図１８には、本発明の別の実施例が示され
ており、それは、第１導波路（すなわちチャネル）１８
２の上側に配置された（電圧の印加を受ける）第１組の
４電極１８１ａ−１８１ｄと、第１導波路１８２の、第
１組の４電極１８１ａ−１８１ｄと反対の側（すなわち
第１導波路１８２の下側）上の接地された主電極１８３
と、を含む。第２導波路１８４は、接地された主電極１
８３の反対側（すなわち下側）上に配置され、第２組の
４電極１８５ａ−１８５ｄは、第２導波路１８４の、前
記主電極１８３と反対の側（すなわち第２導波路１８４
の下側）上に配置されている。主電極１８３は、導電性
電極と、導波路間の結合領域との２重の機能に役立って
いる。諸要素のこの組合せは、４電極と、導波路と、主
電極と、もう１つの導波路と、さらに４電極と、のこの
順序の垂直堆積構造を形成している。

【００６６】図１８の実施側においては、導波路（すな
わちチャネル）１８２、１８４の間、上、および下に配
置された電極１８１、１８３、１８５は、電気接続によ
ってアクセスされうるものとされている。この実施側は
また、導波路間の領域が、つかの間の電界結合領域とし
て、また電極としての双方の働きを有することを意味す
る。この領域のドーパントレベルは、電極の導電率と、
結合機能における過度の光損失を阻止するための絶縁と
の間が平衡するように慎重に選択されなくてはならな
い。

【００６７】図１８の実施側の動作は、図１５に示され
ている光結合器の動作と同様である。図１８を参照する
と、この偏光によらない方向性結合器は、電気光学材料
の単結晶ウェハ１８０を含み、ウェハ１８０の上面上に
少なくとも２つの光導波路１８２、１８４が形成されて
いる。これらの導波路１８２、１８４は、主電極１８３
内に相互作用領域を形成し、そこでは導波路１８２、１
８４は互いに近接し、かつ実質的に平行になっている。
導波路１８２、１８４の前記相互作用領域に沿って配置
された電極１８１、１８３、１８５は、導波路１８２、
１８４に実質的に平行にこれらの間に形成された主電極
１８３を含み、主電極１８３は、電気的に接地されてい
て、導波路１８２、１８４の間の結合領域として機能す
る。導波路１８２、１８４の、主電極１８３とは反対側
の上面に実質的に平行な行をなして整列せしめられた第
１組の４電極１８１ａ−１８１ｄのそれぞれは、電圧源
または諸電圧源の可変出力Ｖ_a−Ｖ_dに接続可能であ
る。（導波路１８２、１８４の、主電極１８３および第
１組の電極１８１ａ−１８１ｄとは反対側の面に実質的
に平行な行をなして整列せしめられた）第２組の４電極
１８５ａ−１８５ｄのそれぞれは、電圧源または諸電圧
源の可変出力Ｖ_a−Ｖ_dに接続可能である。第１組およ
び第２組の電極の中央の２電極１８１ｂ、１８１ｃ；１
８５ｂ、１８５ｃに印加される電圧が、等しい値と同じ
極性とを有し、かつ第１組および第２組の電極の外側電
極１８１ａ、１８１ｄ；１８５ａ、１８５ｄに印加され
る電圧が、等しい値と同じ極性とを有する時は、一方の
導波路内を進む光の他方の導波路への伝達が阻止され
る。第１組および第２組の電極の中央の２電極１８１
ｂ、１８１ｃ；１８５ｂ、１８５ｃに印加される電圧
が、等しい値と逆極性とを有し、かつ第１組および第２
組の電極の外側の電極１８１ａ、１８１ｄ；１８５ａ、
１８５ｄに印加される電圧が、等しい値と逆極性とを有
する時は、一方の導波路内を進む光が他方の導波路へ移
行せしめられる。

【００６８】前の実施例と同様に、ウェハ１８０は、Ｌ
_iＮｂＯ₃のような偏光に依存する電気光学材料であり
うる。また、第１組および第２組の電極１８１、１８５
のそれぞれの合成長は、前と同様に主電極１８３の長さ
にほぼ等しい。

【００６９】図１９は、本発明のさらにもう１つの、堆
積された位置関係の導波路を有する実施例を示す。第１
導波路１９７は結合領域１９６上に配置され、その下に
は堆積関係をなして、第２導波路１９４が配置されてい
る。導波路１９７、１９４および結合領域１９６の１側
面には接地された主電極１９３が存在する（けれども、
この主電極１９３は、結合領域１９６付近においては随
意に省略されうる）。この堆積構造の、主電極１９３と
反対側の側面上には、２組の４電極１９１ａ−１９１ｄ
および１９５ａ−１９５ｄが配置され、それぞれの組
は、第１および第２導波路１９７および１９４の側面に
実質的に接触している。

【００７０】図１９に示されている実施例の動作は、図
１５に示されている実施例の動作と同様である。図１９
において、結合器は、Ｌ_iＮｂＯ₃のような電気光学材
料の単結晶ウェハ１９０を含む。ウェハ１９０上の少な
くとも２つの光導波路１９４、１９７は相互作用領域を
形成し、そこでは導波路１９４、１９７は堆積関係をな
して互いに近接し、かつ実質的に平行になっている。電
極１９１、１９３、１９５は、導波路１９４、１９７の
相互作用領域１９６に沿って配置される。主電極１９３
は、導波路１９４、１９７に実質的に平行に、かつその
１側面上に形成され、接地されている。主電極１９３
は、２以上の分離された電極を含みうる。第１組の４電
極１９１ａ−１９１ｄのそれぞれは、１導波路１９７
の、主電極１９３と反対側の側面に沿って行をなして整
列せしめられ、電圧源または諸電圧源の可変出力に接続
可能である。第２組の電極１９５ａ−１９５ｄのそれぞ
れは、もう１つの導波路１９４の、主電極１９３と反対
側の側面に沿って行をなし、第１組の電極１９１の近く
に整列せしめられ、電圧源または諸電圧源の可変出力に
接続可能である。第１組および第２組の電極１９１、１
９５の合成長は、主電極１９３の長さにほぼ等しい。

【００７１】第１組および第２組の電極の中央の２電極
１９１ｂ、１９１ｃ；１９５ｂ、１９５ｃに印加される
電圧が、等しい値と同じ極性とを有し、かつ第１組およ
び第２組の電極の外側の２電極１９１ａ、１９１ｄ；１
９５ａ、１９５ｄに印加される電圧が、等しい値と同じ
極性とを有する時は、一方の導波路内を進む光の他方の
導波路への伝達が阻止される。第１組および第２組の電
極の中央の２電極１９１ｂ、１９１ｃ；１９５ｂ、１９
５ｃに印加される電圧が、等しい値と逆極性とを有し、
かつ前記第１および第２組の電極の外側の２電極１９１
ａ、１９１ｄ；１９５ａ、１９５ｄに印加される電圧
が、等しい値と逆極性とを有する時は、一方の導波路内
を進む光が他方の導波路へ移行する。

【００７２】以上からわかるように、電極が導波路の側
壁上に形成されている図１８および図１９に示された光
結合器の実施例においては、Δβ変調は、電気光学効果
（ポッケルス効果）、または半導体材料におけるキャリ
ア効果などの他の効果により誘発された屈折率摂動を用
いて行なわれうる。

【００７３】図１８および図１９の堆積形導波路構造付
近の区域は、空気、真空、または再成長した半導体材料
でありうることに注意すべきである。

【００７４】図２０は、本発明のさらにもう１つの実施
例を示す。図２０に示されている光結合器の動作は、図
１５に示されている光結合器に類似している。しかし、
これら２つの実施例間には、ある構造上の相違がある。
一般的にいうと、図２０に示されている実施例は、図１
５に示されているＬ_iＮｂＯ₃スイッチのＸカット形式
のものである。

【００７５】図２０の実施例は、Ｙ結晶方向に沿って基
板上に並べて配置された２つの導波路２０３および２０
４を含む。これらの導波路間には、接地された主電極２
０５が配置されている。導波路２０３、２０４および主
電極２０５の複合構造の両側には、２組の４電極２０１
ａ−２０１ｄおよび２０２ａ−２０２ｄが存在する。こ
れらの電極に対しては、好ましくは互いに反対側に位置
する電極２０１ａ−２０１ｄ、２０２ａ−２０２ｄの対
に関連して対称的な大きさを有する電圧Ｖ_a−Ｖ_dが選
択的に印加される。

【００７６】図２０の実施例の動作は、図１５に示され
ている光結合器の動作と同様である。図２０を参照する
と、この偏光によらない方向性結合器は、電気光学材料
の単結晶ウェハ２００を含み、ウェハ２００の上面上に
は少なくとも２つの光導波路２０３、２０４が形成され
ている。これらの導波路２０３、２０４は主電極２０５
の下に相互作用領域を形成し、そこでは導波路２０３、
２０４は互いに近接し、かつ実質的に平行になってい
る。導波路の前記相互作用領域に沿って配置された電極
２０１、２０２、２０５は、導波路２０３、２０４に対
して実質的に平行に、かつそれらの間に形成された主電
極２０５を含み、主電極２０５は電気的に接地されてい
る。第１組の４電極２０１ａ−２０１ｄのそれぞれは、
一方の導波路２０３の、主電極２０５と反対側の最外面
に対し実質的に平行な行をなして整列せしめられ、電圧
源または諸電圧源の可変出力Ｖ_a−Ｖ_dに接続可能であ
る。第２組の４電極２０２ａ−２０２ｄのそれぞれは、
一方の導波路２０４の、主電極２０５および第１組の電
極２０１ａ−２０１ｄと反対側の最外面に対し実質的に
平行な行をなして整列せしめられ、電圧源または諸電圧
源の可変出力Ｖ_a−Ｖ _dに接続可能である。

【００７７】第１組および第２組の電極の中央の２電極
２０１ｂ、２０１ｃ；２０２ｂ、２０２ｃに対して印加
される電圧が、等しい値と同じ極性とを有し、かつ第１
組および第２組の電極の外側電極２０１ａ、２０１ｄ；
２０２ａ、２０２ｄに対して印加される電圧が、等しい
値と同じ極性とを有する時は、一方の導波路内を進む光
の他方の導波路への伝達が阻止され、第１組および第２
組の電極の中央の２電極２０１ｂ、２０１ｃ；２０２
ｂ、２０２ｃに対して印加される電圧が、等しい値と逆
極性とを有し、かつ第１組および第２組の電極の外側電
極２０１ａ、２０１ｄ；２０２ａ、２０２ｄに対して印
加される電圧が、等しい値と逆極性とを有する時は、一
方の導波路内を進む導波路内を進む光が他方の導波路へ
移行する。

【００７８】導波路２０３、２０４と、主電極２０５
と、第１組および第２組の電極２０１、２０２とは、互
いに平面的な位置関係にあることに注意すべきである。
前の実施例と同様に、ウェハ２００はＬ_iＮｂＯ₃のよ
うな偏りに依存する電気光学材料でありうる。また、第
１組および第２組の電極２０１、２０２のそれぞれの合
成長は、主電極２０５の長さにほぼ等しい。

【００７９】以上においては、本発明を特定の実施例に
関して開示し、説明してきたが、本発明の範囲から逸脱
することなく、ここで変形および改変を行ないうること
を認識すべきである。例えば、結合および／または屈折
率摂動を実現するのには、さまざまな方法が可能であ
る。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の精神およ
び範囲内に属するそれぞれのそのような変形および改変
を包含しうるように考慮してある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の偏光によらない電気光学スイッチを示
す。

【図２】ａ、ｂ共に図１に示されている従来の方向性結
合器の一様なΔβ動作における伝達関数のグラフを示す
図。

【図３】図１に示されている従来の結合器のクロス状態
に対するスイッチダイヤグラムを示す図。

【図４】もう１つの従来の電気光学スイッチを示す図。

【図５】図１のスイッチのクロス状態において「完全
な」漏話を得るための、許容されるＬ／ｌ_cの組合せの
グラフを示す図。

【図６】ａはもう１つの従来の電気光学スイッチを示す
図。ｂは図６ａに示されているスイッチの電極および電
圧の配置の側面図。ｃは図６ａに示されているスイッチ
に対するスイッチダイヤグラムを示す図。ｄは２つの偏
波に対するＬ／ｌ_cの限界であって、該限界内において
「完全な」クロス状態が得られる該限界のグラフを示す
図。ｅは「完全な」遮断状態を得るためのΔβおよび△
κ変調の双方を示すグラフ図。ｆは方向性結合器の入力
および出力における円形の曲がりの効果を示す、−２０
ｄＢの漏話に対する遮断状態のスイッチダイヤグラムを
示す図。

【図７】Ｚ伝搬方向における従来の方向性結合器の図で
あって、ａは平面図、ｂは断面図。

【図８】特別電極を有する従来のＺ伝搬方向性結合器の
図であって、ａは平面図、ｂは断面図。

【図９】Ｚ伝搬Ｌ_iＮｂＯ₃内の偏光によらない平衡ブ
リッジ形干渉計を示す。

【図１０】従来のディジタル光２×２スイッチを示す
図。

【図１１】ディジタル光スイッチにおける実験的伝達関
数のグラフを示す図。

【図１２】スイッチツリー（ｓｗｉｔｃｈｔｒｅｅ）
構造を示す図。

【図１３】図１２に示されているツリー構造に用いられ
る１×２ディジタル光スイッチを示す図。

【図１４】従来の偏光によらない方向性結合器を示す
図。

【図１５】本発明による、ＺカットＹ伝搬形の偏光によ
らない方向性結合器を示す図。

【図１６】２つの偏光に対するＬ／ｌ_cの限界であっ
て、該限界内ではクロス状態において−２０ｄＢより小
さい漏話が得られる該限界のグラフを示す図。

【図１７】ａからｑまでは、図１５に示されているスイ
ッチに対する異なるＬ／ｌ_cの値における正規化駆動電
圧のグラフを示す図。

【図１８】本発明による、堆積導波路形の偏光によらな
い方向性結合器を示す図。

【図１９】本発明による、堆積導波路形の偏光によらな
い方向性結合器を示す図。

【図２０】本発明による、Ｘカット、Ｙ伝搬形の偏光に
よらない方向性結合器を示す図。

【符号の説明】

１５０単結晶ウェハ１５１光導波路１５２光導波路１５３主電極１５４第１電極１５５第２電極１５６第３電極１５７第４電極１５８ウェハ上面Ｖ_a 第１電圧源Ｖ_b 第２電圧源Ｖ_c 第３電圧源Ｖ_d 第４電圧源１８０単結晶ウェハ１８１第１組の４電極１８２第１導波路１８３主電極１８４第２導波路１８５第２組の４電極１９０単結晶ウェハ１９１第１組の４電極１９３主電極１９４第２導波路１９５第２組の４電極１９７第１導波路

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−355730（ＪＰ，Ａ) 特開平２−170142（ＪＰ，Ａ) 特開平１−222233（ＪＰ，Ａ) 特開平１−155323（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−37328（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−21361（ＪＰ，Ａ) Ｍ．Ｌ．ＦＡＲＷＥＬＬ，ｅｔ．ａｌ．，ＡｎＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃＩｎｔｅｎｓｉｔｙＭｏｄｕｌａｔｏｒｗｉｔｈＩｍｐｒｏｖｅｄＬｉｎｅａｒｉｔｙ，ＩＥＥＥＰＨＯＴＯＮＩＣＳＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．９, ｐｐ．792−795 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/313 G02F 1/035 G02B 6/12 - 6/122 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学材料の単結晶ウェハと、該ウェハの上面に存在する少なくとも２つの光導波路で
あって、該少なくとも２つの導波路が互いに近接し、か
つ実質的に平行をなす相互作用領域を形成する該少なく
とも２つの光導波路と、該少なくとも２つの導波路の前記相互作用領域に沿って
配置された電極であって、該電極が、前記少なくとも２つの導波路に実質的に平行に該導波路
の一方の側に形成された接地された主電極と、前記導波路の該主電極と反対の側に形成された第１電極
であって、出力が可変である第１電圧源に接続可能な該
第１電極と、前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第１電極に隣
接して形成された第２電極であって、出力が可変である
第２電圧源に接続可能な該第２電極と、前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第２電極と隣
接して形成された第３電極であって、出力が可変である
第３電圧源に接続可能な該第３電極と、前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第３電極と隣
接して形成された第４電極であって、出力が可変である
第４電圧源に接続可能な該第４電極と、を含む前記電極
と、を含み、前記第２および第３電圧源の出力が等しい値と同じ極性
とを有し、かつ前記第１および第４電圧源の出力が等し
い値と同じ極性とを有する時は、１の導波路内を進む光
が他の導波路へ伝達することを阻止され、前記第２および第３電圧源の出力が等しい値と逆極性と
を有し、かつ前記第１および第４電圧源の出力が等しい
値と逆極性とを有する時は、１の導波路内を進む光が他
の導波路へ移行する、偏光に依存しない方向性光結合器。
【請求項２】前記電気光学材料が偏光に依存する材料
を含む、請求項１記載の結合器。
【請求項３】前記電気光学材料がＬｉＮｂＯ₃を含
む、請求項２記載の結合器。
【請求項４】前記第１、第２、第３、および第４電極
の合成長が、前記主電極の長さにほぼ等しい、請求項１
記載の結合器。
【請求項５】前記主電極が２以上の分離された電極を
含む、請求項１記載の結合器。
【請求項６】電気光学材料の単結晶ウェハと、該ウェハ上に形成された少なくとも２つの光導波路であ
って、該少なくとも２つの導波路が互いに近接し、かつ
実質的に平行をなす相互作用領域を形成する該少なくと
も２つの光導波路と、該少なくとも２つの導波路の前記相互作用領域に沿って
配置された電極であって、該電極が、前記少なくとも２つの導波路に実質的に平行に該導波路
の一方の側に形成された接地された主電極と、前記導波路の該主電極と反対の側に形成された第１電極
であって、出力が可変である第１電圧源に接続可能な該
第１電極と、前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第１電極に隣
接して形成された第２電極であって、出力が可変である
第２電圧源に接続可能な該第２電極と、前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第２電極と隣
接して形成された第３電極であって、出力が可変である
第３電圧源に接続可能な該第３電極と、前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第３電極と隣
接して形成された第４電極であって、出力が可変である
第４電圧源に接続可能な該第４電極と、を含む前記電極
と、を含み、前記第２および第３電圧源の出力が等しい値と同じ極性
とを有し、かつ前記第１および第４電圧源の出力が等し
い値と同じ極性とを有する時は、１の導波路内を進む光
が他の導波路へ伝達することを阻止され、前記第２および第３電圧源の出力が等しい値と逆極性と
を有し、かつ前記第１および第４電圧源の出力が等しい
値と逆極性とを有する時は、１の導波路内を進む光が他
の導波路へ移行する、結合器。
【請求項７】前記主電極が前記導波路の一方の側に形
成され、前記第１、第２、第３、および第４電極が前記
導波路の、前記主電極と反対の、他方の側に形成されて
いる、請求項６記載の結合器。
【請求項８】前記第１、第２、第３、および第４電極
の合成長が、前記主電極の長さにほぼ等しい、請求項６
記載の結合器。
【請求項９】前記主電極が２つ以上の分離された電極
を含む、請求項６記載の結合器。
【請求項１０】電気光学材料の単結晶ウェハと、該ウェハの上面に存在する少なくとも２つの光導波路で
あって、該導波路が互いに近接し、かつ実質的に平行を
なす相互作用領域を形成する該少なくとも２つの光導波
路と、該導波路の前記相互作用領域に沿って配置された電極で
あって、該電極が、前記導波路に対して実質的に平行に、かつそれらの間に
形成された電気的に接地された主電極と、前記導波路の該主電極と反対の側に対して実質的に平行
に行をなして整列せしめられた第１組の４電極であっ
て、該第１組の４電極のそれぞれが電圧源の可変出力に
接続可能である該第１組の４電極と、前記導波路の、前記主電極および前記第１組の電極と反
対の側に対して実質的に平行に行をなして整列せしめら
れた第２組の４電極であって、該第２組の４電極のそれ
ぞれが電圧源の可変出力に接続可能である該第２組の４
電極と、を含む前記電極と、を含み、前記第１および第２組の電極の中央の２電極に印加され
る電圧が、等しい値と同じ極性とを有し、かつ前記第１
および第２組の電極の外側電極に印加される電圧が、等
しい値と同じ極性とを有する時は、１の導波路内を進む
光の他の導波路への伝達が阻止され、前記第１および第２組の電極の中央の２電極に印加され
る電圧が、等しい値と逆極性とを有し、かつ前記第１お
よび第２組の電極の外側電極に印加される電圧が、等し
い値と逆極性とを有する時は、１の導波路内を進む光が
他の導波路へ移行する、偏光に依存しない方向結合器。
【請求項１１】前記導波路と、前記主電極と、前記第
１および第２組の電極とが、互いに堆積関係にあり、前
記主電極が前記導波路間に結合領域を含む、請求項１０
記載の結合器。
【請求項１２】前記導波路と、前記主電極と、前記第
１および第２組の電極とが互いに平面的位置関係にあ
る、請求項１０記載の結合器。
【請求項１３】前記電気光学材料が偏光に依存する材
料を含む、請求項１０記載の結合器。
【請求項１４】前記電気光学材料がＬｉＮｂＯ₃を含
む、請求項１３記載の結合器。
【請求項１５】前記第１組および第２組の電極のそれ
ぞれの合成長が、前記主電極の長さにほぼ等しい、請求
項１０記載の結合器。
【請求項１６】電気光学材料の単結晶ウェハと、該ウェハの上に形成された少なくとも２つの光導波路で
あって、該導波路が堆積関係をなして互いに近接し、か
つ実質的に平行をなす相互作用領域を形成する前記少な
くとも２つの光導波路と、該導波路の前記相互作用領域に沿って配置された電極で
あって、該電極が、前記導波路に実質的に平行に該導波路の一方の側に形成
された接地された主電極と、１つの前記導波路の該主電極と反対の側に沿う行をなし
て整列せしめられた第１組の電極であって、該第１組の
電極のそれぞれが電圧源の可変出力に接続可能である該
第１組の電極と、もう１つの前記導波路の前記主電極と反対の側に沿う行
をなし、前記第１組の電極に隣接して整列せしめられた
第２組の電極であって、該第２組の電極のそれぞれが電
圧源の可変出力に接続可能である該第２組の電極と、を
含む前記電極と、を含み、前記第１および第２組の電極の中央の２電極に印加され
る電圧が、等しい値と同じ極性とを有し、かつ前記第１
および第２組の電極の外側の２電極に印加される電圧が
等しい値と同じ極性とを有する時は、１の導波路内を進
む光の他の導波路への伝達が阻止され、前記第１および第２組の電極の中央の２電極に印加され
る電圧が、等しい値と逆極性とを有し、かつ前記第１お
よび第２組の電極の外側の２電極に印加される電圧が、
等しい値と逆極性とを有する時は、１の導波路内を進む
光が他の導波路へ移行する、結合器。
【請求項１７】前記主電極が２以上の分離された電極
を含む、請求項１６記載の結合器。
【請求項１８】前記第１組および第２組の電極の合成
長が前記主電極の長さにほぼ等しい、請求項１６記載の
結合器。