JP4279684B2 - 偏光無依存性の導波管のための電極及びコア構造 - Google Patents

Description

本発明は、光信号伝送に関し、更に特定すれば、光信号の変調や切換を必要とする用途において有用な光導波管のために改良した電極及びコア構造に関する。

マルチメディア通信に起因するネットワーク・トラフィックの昨今の急激な増大のために、電気通信ネットワークを高頻度で改良増強してその容量を増大させることが増々重要になりつつある。光技術が殆どの伝送線に取って代わる傾向があるが、切換ノードや交差接続ノード(cross-connect node)のような、光ネットワークのノードは、なおも比較的遅い電気技術に依存している。たとえば、時分割多重（ＴＤＭ）システムは、既存の光通信システムにおいて広く用いられており、本来的に多重化及び多重分離用電気回路に依存している。その結果、これらの形式の光ネットワークでは、電気ノードの存在によりスループットには限界がある。

最近になって、当業界では、既存のネットワークの改良増強を再度目指すことを加速する傾向を強める方向にシフトしている。しかしながら、集積光学部品の市場を開拓しようとしている会社は、光学部品及び微小電子技術を単一の素子に価格効率的に集積する課題に、真っ向から立ち向かっている。したがって、当技術分野では、光切換、変調、減衰、多重化及び多重分離素子のための集積部品設計において改良革新が求められている。

米国特許出願第０９／９１６，２３８号、現在の米国特許第６６８７４２５号は、偏光に左右されない動作を可能にするように設計された多数の光導波管について、詳細に記載している。図示された実施形態の１つは、偏光無依存性を成し遂げることを目的とし、各クラッディング領域において適切なポーリング配向(poling orientation)が得られるように、制御電極及び導波管コアを配置する。導波管は、偏光無依存性を達成するには、第１領域において一方の優勢偏光（ＴＥ）の移相を最適化し、第２クラッディング領域において他方の優勢偏光（ＴＭ）の移相を最適化する。本発明は、同様の手段を採用して偏光無依存性を成し遂げ、更に別の偏光無依存性導波管の構造を紹介する。また、本発明は、本発明の偏光無依存性導波管の構造を採用し、一層優れた集積光学素子にも関する。相応しい導波管素子は、当技術分野では既知であり、先に記した特許に開示されている。

図１及び図２を参照すると、光電導波管１０が示されており、第１及び第２制御電極２０、２２、並びに光導波管コア３０を含む。導波管コア３０の表面に対して垂直で、導波管コア３０によって既定される伝搬の主軸に沿って延びる交差面３２も示されている。本発明を説明し既定する目的のため、ＴＥ及びＴＭ偏光は光信号の２つの独立した電磁モードを表している。光信号の電界が交差面３２に対して垂直となっている場合の電磁場分布を、横断（トランスバース）電気（ＴＥ）モードと呼ぶ。光信号の磁界が交差面３２に対して垂直となっている場合の電磁場分布を横断磁気（ＴＭ）モードと呼ぶ。また、図示した形式のチャネル導波管では、伝搬モードは純粋にＴＥ又はＴＭ偏光となる訳ではない。むしろ、伝搬モードは、通例、一方又は他方への片寄りが多く、一般には、そのように指定されている。したがって、ＴＥ偏光モードは、単に、伝搬面に対して平行な電界成分が信号の中で最も大きな成分である分布から成ると考えればよい。同様に、ＴＭ偏光モードは、単に、伝搬面に対して平行な磁界成分が信号の中で最も大きな成分である分布から成ると考えればよい。
米国特許出願第０９／９１６，２３８号

本発明の目的は、偏光無依存性の導波管のための改良した電極構造、このような導波管を組み込んで改良した集積光学素子、及びこのような導波管を製造するプロセスを提供することである。本発明の他の目的は、ここに具現化する本発明の説明を参照すれば明白となるであろう。

本発明の一実施形態によれば、光信号用の光電導波管を提供する。導波管は、複数の制御電極と、光導波管コアと、光導波管コアに光学的に結合されている光電クラッディング領域とを備えている。制御電極は、クラッディングを横切る整形電界を発生するように位置付けられている。クラッディングは、ポーリング輪郭に沿ってポーリングされている。クラッディングは、該クラッディングにおいて、光信号の垂直配向成分ＴＭに対する屈折率に対応する局部ＴＭ屈折率ｎ_TMのアレイを規定する。また、クラッディングは、当該クラッディングにおいて光信号の水平配向成分ＴＥに対する屈折率に対応する局部ＴＥ屈折率ｎ_TEのアレイを規定する。局部ＴＭ屈折率ｎ_TM及び局部ＴＥ屈折率ｎ_TEは、各々、整形電界の局部成分に平行な光に対する第１光電係数ｒ_PP、及び整形電界の局部成分に対して垂直な光に対する第２光電係数ｒ_IPの関数である。第１及び第２光電係数ｒ_PP及びｒ_IP間の差は、クラッディングを規定する光電クラッディング材料の光複屈折を規定する。局部ＴＭ屈折率ｎ_TMは、集合的に、導波管のＴＭモード屈折率を規定する。局部ＴＭ屈折率ｎ_TEは、集合的に、導波管のＴＥモード屈折率を規定する。整形電界及びポーリング輪郭のそれぞれの配向は、光電クラッディング材料の光複屈折を補償して、導波管のＴＭモード屈折率が導波管のＴＥモード屈折率と実質的に等しくなるように構成されている。

本発明の別の実施形態によれば、光信号用の光電導波管を提供する。該導波管は、複数の制御電極と、主伝搬軸を規定する光導波管コアと、少なくとも部分的にコアを包囲する光電クラッディングとを備えている。制御電極は、クラッディングを横切る輪郭状電極を発生するように位置付けられている。クラッディングは、ポーリング輪郭に沿ってポーリングされている。整形電界及びポーリング輪郭のいずれか又は双方は、非対称である。

本発明の更に別の実施形態によれば、光信号用の光電導波管を提供する。導波管は、複数の制御電極と、主伝搬軸を規定する光導波管コアと、少なくとも部分的にコアを包囲する光電クラッディングとを備えている。制御電極は、クラッディングを横切る輪郭状電極を発生するように位置付けられている。クラッディングは、ポーリング輪郭に沿ってポーリングされている。整形電界及びポーリング輪郭のいずれか又は双方は、非対称である。

本発明の更に別の実施形態によれば、光電導波管を形成するプロセスを提供する。このプロセスは、導波管基板を用意し、基板の第１表面上に光導波管コアを位置付け、導波管上層を用意し、上層の第１面上に少なくとも２つの制御電極を形成し、制御電極が選択した電極の厚さを規定し、粘性光電クラッディング材料を、基板の第１表面及び上層の第１表面の一方又は双方の上に位置付け、導波管基板の第１面及び導波管上層の第１表面を互いに向かって押圧して、表面間にクラッディング材料の層を作成する。クラッディング材料は、後に硬化されるが、導波管基板の第１面と導波管枝の第１面とを互いに対して押圧する際に、クラッディング材料の制御電極及びコア周囲への分散を可能とするように選択したクラッディング材料の粘度を規定する。クラッディング材料は、クラッディング材料の層が、選択した電極厚さと少なくとも同じクラッディング層の厚さを確実に規定するのに十分な量だけ供給する。

本発明の好適な実施形態に関する以下の詳細な説明は、図面と関連付けて読めば、最良に理解することができる。図面においては、同様の構造には同様の参照番号を付して示している。
本発明によって多数の代替的な導波管の配位が考えられるが、本発明の総合的原理の多くについて、図１及び図２の導波管の構造を参照しながら説明する。代替的な導波管の配位を図３〜図１０、図１２、及び図１３に模式的に示し、以下で更に詳しく説明する。

最初に図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態による光電導波管１０が示されている。導波管１０は、第１及び第２制御電極２０、２２、光導波管コア３０、並びに光導波管コア３０に光学的に結合されているクラッディング４０から成る。クラッディング４０は、図示の目的上、第１及び第２側方クラッディング領域４２、４４、及び下位クラッディング領域４６に分けて示されている。クラッディング４０内で線引きしたクラッディング領域４２、４４、４６及び残りのクラッディング領域は、クラッディング４０及び導波管１０の所望の動作特性に応じて、同様の又は異なる材料で形成することができる。シリカ基板５０及びシリコン基板６０が、単に部分的に図１及び図２に示されているが、これらが導波管１０の上面及び下面それぞれを形成する。光導波管コア３０は、光電ポリマ、シリカ、又はドープしたシリカで構成することができる。同様に、クラッディング４０も光電ポリマ、シリカ、又はドープしたシリカで構成することができ、その異なる領域には異なる材料を含むことができる。例えば、第１及び第２側方クラッディング領域４２、４４は光電ポリマで構成することができ、一方、下位クラッディング領域４６はシリカで構成することができる。

光導波管コア３０の屈折率は、周囲のクラッディング４０のそれよりも多少高い。その結果、導波管１０は、光信号を誘導するのに適している。本発明の一実施形態によれば、ドープされたシリコン導波管コア３０は、シリカの下位クラッディング領域４６よりも０．７％高い屈折率を有することを想定する。これによって、優れた幽閉状態が得られつつ、光の一部がクラッディング領域４２、４４、４６内を伝搬することを許容する。コア３０とクラッディング４０との間の屈折率の差を０．３５％まで低下させると、光信号の幽閉は緩和され、より多くの光がクラッディング４０内を伝搬するようになる。更に、屈折率の差が０．３％及び１％の間にある場合、導波管の僅かな屈曲による光損失を生じ難い導波管の構成として、特に適している。

本発明は、非偏光、即ち、水平配向成分ＴＥ及び垂直配向成分ＴＭ双方を含む光信号の誘導には特に有利である。即ち、ここに記載する光導波管が含む電極構造及びポーリング構造(poling configuration)では、駆動電圧を電極に印加しても、又は印加しなくても、光信号の偏光には感応しない光電応答が得られる。
本発明の導波管１０は、コア３０の長手方向に沿って導波管１０を伝搬する光信号の断面１２の少なくとも一部が、光電材料内に位置するように構成されている。光電材料は、クラッディング４０の一部又は全部として、コア３０の一部又は全部として、若しくはその組み合わせとして存在すると考えられる。本発明を説明する目的のために、光電材料及び実質的に非光電の材料は、これら材料に電界を加えた場合に、材料内に誘発される屈折率の相対的な変化度合いに基づいて区別できるものである。同様の電界の下に置かれた光電材料及び非光電材料には、通常、数桁異なる屈折率変化が生ずる。したがって、光導波管に利用した多くの材料が電界の影響の下では非常に小さな屈折率変化しか呈さなくても、光電材料及び非光電材料間の差は、本発明を実施する者には容易に認めることができるであろう。

好ましくは、光電材料は、光電ポリマから成る。光電ポリマでは、光電効果が発生するのは、比較的大きな分子高次分極率を有し、元来不規則に配向されている発色団が、共通の方向又は輪郭に沿って配向されるときである。このプロセスは一般にポーリングとして知られている。通例、ポリマをポーリング(pole)するには、ポリマを跨いだ２つ以上の電極間に電界を加える。ポーリング・プロセスにおいて電極を利用して発色団を整列することによって、いずれの方向にも、又はいずれの輪郭に沿ってでも、ポリマをポーリングすることができる。本発明によれば、選択した輪郭に光電ポリマをポーリングして、偏光無依存性の挙動を得る。ポリマ内における各点でポリマをポーリングした方向の総合を、ここではポーリング輪郭と呼ぶ。
適用可能な光電ポリマが、２００２年１２月１２日に公開された米国特許出願公開第２００２／０１８５６３３号に紹介されている。本発明は、輪郭においてポーリングすることができる他のあらゆる光電材料の使用も想定している。本発明を規定し説明する目的のために、輪郭は一般に曲線から成るが、直線及び曲線部分も含んでもよい。

図１及び図２において、制御電極２０、２２は、クラッディング４０を横切る整形電界(contoured electric field)を発生するように位置付けられている。図１では、整形電界は、等電位線２８を基準に示されている。図２では、整形電界は、輪郭線２６及び等電位線２８を基準に示されている。図１及び図２における等電位線２８は、電界の大きさ及び方向を示す。電界の大きさは、等電位線２８の間隔によって表され、間隔が狭い程、強い大きさを示す。等電位線２８の１本に沿ったいずれの所与の点においても、電界の方向は、所与の点における線の接線に対して垂直であり、図２の輪郭線２６によって特定して示されている。

クラッディング４０は、電界によって規定される輪郭に沿ってポーリングされ、したがって、クラッディング４０の屈折率は、クラッディング４０全域にわたり位置によって変化する。つまり、クラッディング４０は、クラッディング４０内の光信号の垂直配向成分ＴＭに対する屈折率に対応する局部ＴＭ屈折率ｎ_TMのアレイを規定する。また、クラッディング４０は、クラッディング４０内の光信号の水平配向成分ＴＥに対する屈折率に対応する局部ＴＥ屈折率ｎ_TEのアレイも規定する。局部ＴＭ屈折率ｎ_TMは、集合的に導波管１０のＴＭモード屈折率を示し、局部ＴＥ屈折率ｎ_TEは、集合的に導波管１０のＴＥモード屈折率を規定する。
局部ＴＭ屈折率ｎ_TM及び局部ＴＥ屈折率ｎ_TEは、各々、整形電界の局部成分に対して平行な光に対する第１光電係数ｒ_PP、及び整形電界の局部成分に対して垂直な光に対する第２光電係数ｒ_IPの関数である。他の光電係数も、光電材料を特徴付けることができるが、ｒ_PP及びｒ_IPは２つの有力な係数である。第１及び第２光電係数ｒ_PP及びｒ_IP間の差は、クラッディング４０を規定する光電クラッディング材料の光複屈折を規定する。

先に記載したように、図１及び図２の等電位線２８を参照すると、等電位線２８の１本に沿った任意の点において、電界の方向は、当該点における等電位線の接線に対して垂直である。したがって、ポリマのポーリング輪郭も、ここでは、図１及び図２の等電位線２８を基準に示すことができる。何故なら、電界の方向は、ポリマ発色団が配向されている方向も規定するからである。整形電界及びポーリング輪郭は、光電クラッディング材料の光複屈折を補償して、導波管のＴＭモード屈折率が導波管のＴＥモード屈折率にほぼ等しくなるように構成されている。このように、光導波管１０の出力は、入力光信号の偏光に左右されずに制御することができる。導波管１０がシリカ系ガラスである場合、約３．６程度の誘電係数を有する光電クラッディング材料、又は誘電係数が比較的低いその他の材料を選択することが、光電材料による電界の歪みを回避するためには好ましい。

図１及び図２の実施形態では、整形電界及びポーリング輪郭は、導波管コア３０の表面に垂直で、導波管コア３０によって規定される主伝搬軸に沿って延びる交差面３２に対して非対称である。一般に、電界の輪郭及びポーリング線は、（ｉ）第１側方クラッディング領域４２内における垂直電界成分の方が、第２側方クラッディング領域４２内における垂直電界成分よりも大きく、（ｉｉ）第１側方クラッディング領域４２内の水平電界成分の方が、第２側方クラッディング領域４４における水平成分よりも小さくなるようになっている。図１１〜図１３は、選択した導波管コア３０について、それぞれの主伝搬軸３５を示す。

一般に、図１及び図２の実施形態の場合と同様、整形電界及びポーリング輪郭は、共通の輪郭に沿って位置する。何故なら、同じ制御電極２０、２２が、光電材料をポーリングするため、そして導波管１０を駆動するために用いられているからである。しかしながら、ポーリング線及び電界は、必ずしも共通の輪郭に従う必要はないと考えられる。更に、適切に輪郭を形成した電界を用いれば、光電材料を線形で均一にポーリングすることができ、あるいは、線形で均一な電界を用いれば、適した輪郭に沿って光電材料をポーリングすることができることも考えられる。

ポーリング電圧は、光電材料の最適な分極を遂行するように選択され、光電材料の寸法及び特性によって変化する。駆動電圧は、通常、ポーリング電圧よりも遥かに低く、光信号において偏光に左右されないδ位相シフトが得られるように選択される。典型的な駆動電界は、約１V/im〜約１０V/imの範囲である。動作の便宜を図るためには、駆動電圧及びポーリング電圧は、同じ極性を有し、したがって共通指向性(co-directional)であるとよい。しかしながら、本発明の一実施形態によれば、ポーリング電圧及び駆動電圧は、極性が反対でも可能である。即ち、制御電極に印加されるポーリング電圧及び駆動電圧は、クラッディング内において相反する両方向の電界が生ずるように、ポーリングすることもできる。

一般に、本発明にしたがって利用する制御電極は、相応しい導電性又は超電導材料であればそのいずれででも構成することができ、数１００オングストロームから約１０imの範囲の厚さで供給することができる。本発明の制御電極を配置する際、電極と光信号を搬送する素子１０の区域との間に、適当な間隔を確保するように注意しなければならない。好ましくは、本発明の制御電極は、光信号から約１im〜約１０imだけ離間されているとよい。電極を光信号に余りに近く配置すると、著しい光減衰が生ずる。あるいは、酸化インディウム錫（ＩＴＯ）のような透光性電極を用いて電界を生成することもできる。透光性電極は、適切に設計されていれば、近隣導波管において光信号を著しく減少させることはない。
コントローラを制御電極に結合すれば、これらに印加する電圧の適正な制御を可能とすることができる。コントローラは、ここでは、電圧Ｖ₁、Ｖ₂、及びＶ₃（図３〜図１０参照）を基準に、単に概略的に示すに過ぎない。コントローラは、適宜のポーリング電圧及び駆動電圧で制御電極を動作させるようにプログラムすることが好ましいが、手動制御も可能である。

本願の図１〜図１０、図１２、及び図１３は、本発明による偏光無依存性を達成するのに適した種々の制御電極及びコア配位を示す。本発明を実施する者には明らかであろうが、図示の実施形態は、本発明の範囲内である、可能な電極及びコア配位全ての余すところのない開示を提示することを意図しているのではない。添付した特許請求の範囲も、本発明による種々の構造に関し、そこで用いられている用語及び文章は、図１〜図１０、図１２、及び図１３の実施形態の詳細な説明から、その意味を取っている。このことを踏まえて、これより、図１〜図１０、図１２、及び図１３に示す構成を詳細に説明する。

図１では、第１及び第２制御電極２０、２２は、クラッディング４０及び上層(superstrate)５０間の界面において共通の縁面で接しているが、非対称構造を規定する。本発明を規定し説明する目的のために、この共通の縁面を共通縁面と呼ぶことにする。加えて、第２制御電極２２が規定する電極の厚さは、これよりも厚い他方の制御電極２０の対応する電極厚さよりもかなり小さい。コア３０は、制御電極（図１参照）間に等距離に配置されている。本発明を説明し規定する目的のために、構造的要素が、ここに示す四辺形のような、実質的に均一な形状を規定する場合、２つの要素間の距離は、該２つの要素の重心間の距離ではなく、２つの要素の最も近い点間の距離を表すものとする。しかしながら、構造が不規則な又は非均一な形状を規定する場合、２つの要素間の距離を、これら要素の重心間の距離として確定するか、あるいは非均一要素の形状を均一形状として近似させることが好ましい場合もある。

図２において、制御電極２０、２２の配列は、図１のそれと同様であるが、コア３０は、電極が位置する共通縁面からずれている。更に、コア３０の位置は、制御電極２０、２２から等しい距離にはなく、薄い方の制御電極２２に近い。導波管１０のＴＭモード屈折率が導波管１０のＴＥモード屈折率にほぼ等しい結果が得られるのであれば、コア３０は、図１又は図２において、厚い方の制御電極２０に近づけて配置することもできる。一例として、以下のパラメータを図２の配置に適用することができる。

図３〜図１０、図１２及び図１３に示す代替構造の説明に移る前に、本発明にしたがって偏光無依存性を達成する方法について詳しく説明する。最初に、導波管１０の光電材料をポーリングするプロセスにより、発色団を配向し、適所にこれらを固定する。その結果、光電材料は異方性となる。何故なら、電界を加えなくても、光電材料の屈折率は、光偏波(optical polarization)の方位に依存するからである。駆動電圧を制御電極２０、２２に印加し駆動電界を誘発したなら、屈折率は、光電効果によって更に変化する。

光電ポリマをポーリングすると、導波管の光伝搬の計算は、電界の位置変動及び導波管１０の屈折率を考慮に入れなければならない。また、この計算は、光信号の消失性後尾が、図１及び図２における光信号１２の断面によって示されるように、導波管縁端から指数的に低下するという事実も考慮にいれなければならない。その結果、導波管コア３０に非常に近い領域は、導波管から数ミクロン離れている物質よりも、光信号に及ぼす影響が大きくなる。通常、例えば、コア３０の高さ及び幅寸法は、２imから８imまで変動し、図示した配向を有する３×８imのコアが好ましい。コア３０の寸法は、通例、コア及びクラッディングの屈折率の差が小さくなるに連れて増大する。

また、導波管の光伝搬の計算は、光電材料の光電係数も考慮に入れなければならない。幸いにして、光電係数も、ポーリング電界がポリマを完全にポーリングする程十分でないときには場所によって変化するが、ポーリングの変動度を計算にとって無意味にすることができる。このようにするには、十分な大きさ及び持続期間のポーリング電界を用いて、導波管コア３０付近において、できるだけ完全にポリマをポーリングしなければならない。実際には、約１pm/V及び２００pm/Vの間程度の光電係数、及び１００V/μmを超える電界が好ましい。導波管コア３０付近において光電材料を完全にポーリングするために適したポーリング電圧特性の正確な決定は、種々の導波管成分の寸法及び特性に左右され、経験的判断に委ねるのが最良である。

各ＴＭ及びＴＥモード屈折率は、ソフトウェア・モデルを用いて計算することができる。このソフトウェア・モデルは、１）光電材料内における電界輪郭の計算、２）ポーリング・プロセスによって生ずる導波管の複屈折の計算、３）光電的に誘発された導波管の屈折率変化の計算を組み込んでいる。素子内の電界輪郭を計算するには、電極の幾何学的形状並びにクラッディング４０及びコア３０の材料の誘電係数を組み込んだ、有限要素モデルを用いる。有限要素分析に精通する者には認められようが、有限要素モデルは、問題空間を、選択したサイズ、例えば、０．５μｍ×０．５μｍを有する有限数の要素に分割する。

ポーリング・プロセスの間、光電材料内の発色団を整列し、屈折率は、偏光に依存する、即ち、複屈折となる。光電材料におけるいずれの特定点においても、局部的複屈折の量は、電界の強さ及び方向、並びに材料の特性から決定することができる。電極は輪郭を形成し、光電材料全域にわたり大きさ及び方向双方が変動するので、座標変換を用いて、水平及び垂直軸に対する、光電材料内のあらゆる特定点における局部的複屈折量を決定するのがよい。座標変換の詳細は、従来の平面幾何学から得ることができる。同様に、材料の光複屈折を、材料の優勢光電係数及び印加した電界から計算することができ、この方法は、光電導波管素子の分野における従来の教示から決定することができる。共通光電ポリマでは、１００Ｖ／μｍの電界によって、０．００３の複屈折が誘発される。これが意味するのは、電界の方向に偏向された光から見た材料の屈折率は、電界に対して垂直に偏向された光が見る屈折率よりも０．００３だけ大きいということである。

局部的複屈折が０．５μｍ×０．５μｍ格子内の各要素に対して決定されたなら、導波管全体の複屈折は、光ビーム伝搬モデルを用いて決定することができる。各偏光のモード屈折率は、別個に扱う。ＴＭ及びＴＥモード屈折率間の差が導波管の複屈折となる。
光電的に誘発された屈折率の変化を計算するには、光電材料を再度一定屈折率の有限要素に分割する。次いで、ＴＥ及びＴＭ偏光の双方について、電圧の関数として屈折率を計算し、水平軸に関連する屈折率（したがって、ＴＥ偏光）及び垂直軸に関連する屈折率（したがって、ＴＭ偏光）によって、各要素を特徴化することができる。この屈折率のアレイを、次に、光ビーム伝搬モデルに入力として供給し、この屈折率アレイによって光信号の伝搬を計算する。最後に、屈折率アレイ内にドープされたシリカ導波管を置き、導波管の伝搬特性を、ビーム伝搬モデリング・ソフトウェアを用いて判定する。計算は２回行い、ＴＭ偏光（垂直屈折率アレイを用いて）について１回、そしてＴＭ偏光（水平屈折率アレイを用いて）について１回行う。

これより、図３を参照する。図示の構成では、制御電極２０、２２が非対称配位を規定し、共通縁面内に位置し、ほぼ等しい電極厚さ寸法を規定している。コア３０は、共通縁面からずれており、第２制御電極２２に近づけて配置されている。電極２０、２２が対称であれば、コア３０を第１制御電極２０に近づけて配置しても、偏光に左右されない動作が得られると考えられる。このような変更は、多くの場合、導波管の別の電気的、光学的、又は光電的要素の配位にも対応する変更を必要とする。

図４の実施形態では、第１、第２、及び第３電極２０、２２、２４は、共通縁面内に対称的に配列されている。これらの電極の各々は、ほぼ等しい厚さである。コア３０は、制御電極２０、２２、２４の対称軸、及び共通縁面からずれている。図５では、第１電極２０の厚さが、残りの２つの電極の厚さを上回る。図６では、第２電極２２が残りの２つの電極２２、２４よりもかなり薄くなっており、コアは第１制御電極２０に近づけて配置されている。図４〜図６に示す配列に可能な変形は、以下を含むがこれらに限定される訳ではない。対称から非対称、又は非対称から対称への電極構造の変更、１つ以上の電極の厚さの変更、電極の削除、選択した電極に近づけるコアの再位置等がある。勿論、このような変更は、多くの場合、導波管の他の電気的、光学的、又は光電的要素の配位にも対応する変更を必要とする。

２つの制御電極を利用する本発明の実施形態では、電極の一方が正電圧にあり、制御電極の他方が接地又は適当な負電圧にある。図４、図５、及び図６の配列、並びに以下に論ずる実施形態の一部では、３つの制御電極を設けている。しかしながら、共通電圧で２つの電極を動作させ、第３電極をそれよりも高い電圧又は低い電圧での動作のために選択する方が、一般的である。即ち、図４〜図６では、第１及び第３電極２０、２４を相対的に高い正電圧Ｖ₁、Ｖ₃で動作させ、一方、第２電極２２を低い方の電圧Ｖ₂で動作させる。図９及び図１０では、以下で更に詳しく論ずるが、第１及び第２電極２０、２２を、相対的に高い電圧Ｖ₁、Ｖ₂で動作させ、一方、第３電極２４を低い方の電圧Ｖ₂で動作させる。勿論、図４〜図６及び図９及び図１０を参照しながら説明した電圧例の極性を逆にしても、同じ効果に達することができる。

図７〜図１０の実施形態では、対称及び非対称電極配列を想定しており、導波管は、第１及び第２制御電極２０、２２を備えている。制御電極２０、２２は、平行面内に位置し、コア３０が平行面間に位置付けられちる。図９及び図１０の実施形態では、第３制御電極２４を含む。これらの実施形態の各々では、第１制御電極２０は、コア３０の１辺に沿ったその幅の大部分に延びることが制限され、第３制御電極２２は、コア３０の他方の辺に沿ったその幅の大部分に延びることが制限されている。更に、それぞれの場合において、コア３０は、制御電極２０、２２、２４から等しくない距離に配置されている。先に説明したように、図７〜図１０に示した構成に可能な変更は、以下を含むが、これらに限定される訳ではない。対称から非対称、又は非対称から対称への電極構造の変更、１つ以上の電極の厚さの変更、電極の削除、選択した電極に近づけるコアの再位置等がある。勿論、このような変更は、多くの場合、導波管の他の電気的、光学的、又は光電的要素の配位にも対応する変更を必要とする。

これより、図１１〜図１３を参照する。これら図には、伝搬３５の各主軸、及び軸３５に沿った制御電極の相対的長さ寸法が示されている。即ち、図１１を参照すると、第１及び第２制御電極２０及び２２は、ほぼ等しい長さ寸法で示されており、導波管コア３０のほぼ全長にわたって延びている。同様に、図１２では、第１、第２、及び第３制御電極２０、２２、２４は、それぞれ、ほぼ等しい長さ寸法であり、導波管コア３０のほぼ全長にわたって延びている。代わりに、図１３に示すように、電極構成が３つ以上の電極を含む場合、制御電極２０、２２、２４の１つ、例えば、第３制御電極２４は、導波管コア３０の伝搬３５の主軸に沿った長さが短縮されている。第３制御電極２４の短縮長は、導波管のＴＭ及びＴＥモード屈折率間の差によって生ずる複屈折を更に補償するために選択することができる。

図１４のＡ〜Ｄは、本発明による光電導波管を形成するプロセスを示す。図１４のＡを参照すると、２つの電極２０、２２が導波管基板５０の第１面５２上に設けられている。電極の一方又は双方のそれぞれの厚さは、めっきプロセス又はその他のいずれかの選択形成プロセスの一部として電極を形成することによって、選択的に増大させることもできる（図１４のＢ参照）。同様に、光導波管コア３０が、導波管基板６０の第１面６２上に設けられている。次に粘性光電クラッディング材料４０を基板６０の第１面６２上に供給する。基板６０は、クラッディング領域４６を含むことができる。粘性クラッディング材料４０は、基板５０の第１表面５２上、又は双方の面にも供給することができる（図１４のＣ参照）。最後に、基板５２、６２を互いに向かって押し当て、面５２、６２間にクラッディング材料の層が介在した構造を作成する。最後に、クラッディング材料４０を硬化し、一元導波管構造１０を製作する（図１４のＤ参照）。

クラッディング材料４０は、導波管基板６０の第１面６２及び導波管基板５０の第１面５２を互いに向かって押し当てる際に、制御電極２０、２２及びコア３０周囲におけるクラッディング材料４０の分散を許容するように選択される粘度を有する。図１４Ｄに示すように、クラッディング材料４０は、クラッディング材料４０の層が少なくとも選択した電極の厚さと同じ厚さのクラッディング層を確実に規定するのに十分な量で供給される。
図１４Ａ〜図１４Ｄに示した製造方式に対する変形を、図１２及び図１３に示す。即ち、制御電極２０、２２は、基板５０上に形成されている介在物質７０上に形成してもよい。この手法では、制御電極をコア３０に対して、そして互いに対して位置付けする際の柔軟性を高める。更に、この手法は、介在層が電極材料よりも安価であれば、材料コストを削減することができる。

本発発明を説明し規定する目的のために、「ほぼ（実質的に）」という用語は、ここで用いる場合、いずれかの定量的比較、値、測定値、又はその他の表現に帰せられる、固有の不確実性の度合いを表す。また、「ほぼ（実質的に）」という用語は、ここで用いる場合、定量的表現が、述べた基準から変動しても、問題の主題の基本的機能には変化が生じない程度を表す。
「対称的」という用語は、ここで用いる場合、分割線又は中央面の反対側におけるサイズ、形状、及び相対的位置の対応性を表す。ある部品が２つの別の部品又は基準面間にあることが識別された場合、当該部品の全て又は一部が、２つの他の部品又は基準面の間にあると判断する。

以上、本発明についてその好適な実施形態を参照しながら詳細に説明したが、添付した特許請求の範囲に規定した本発明の範囲から逸脱することなく、変更や変形が可能であることは明白である。更に具体的には、本発明の態様の一部をここでは好適であるとして、又は特に有利であるとして特定したが、本発明は必ずしも本発明のこれら好適な態様に限定される訳ではないことを意図している。

本発明の一実施形態による光導波管を示す図である。 本発明の別の実施形態による光導波管を示す図である。 本発明による電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による別の電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による別の電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による別の電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による別の電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による別の電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による別の電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による別の電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による光導波管の長さに沿った電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による光導波管の長さに沿った電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による光導波管の長さに沿った電極及び導波管コア構造を示す図である。 本発明による導波管を形成するプロセスを示す図である。 図１４のＡ〜Ｄのプロセスの変形を示す図である。 図１４のＡ〜Ｄのプロセスの変形を示す図である。

Claims (19)

1. 水平配向成分ＴＥ及び垂直配向成分ＴＭの双方を含む光信号用の光電導波管であって、複数の制御電極と、光導波管コアと、前記光導波管コアに光学的に結合されているクラッディングとを備えている光電導波管において、
   前記コア及び前記クラッディングの内の少なくとも一方は、ポーリング輪郭に沿ってポーリングされた光電材料から成り、
   前記制御電極は、共通縁面内に位置し、
   前記共通縁面内に位置する前記制御電極は、非対称構造を有し、前記ポーリングされた光電材料を横切る整形電界を発生し、
   前記ポーリングされた光電材料は、該ポーリングされた光電材料における前記光信号の前記垂直配向成分ＴＭに対する屈折率に対応する局部ＴＭ屈折率ｎ_ＴＭのアレイを規定し、
   前記ポーリングされた光電材料は、該ポーリングされた光電材料における前記光信号の前記水平配向成分ＴＥに対する屈折率に対応する局部ＴＥ屈折率ｎ_ＴＥのアレイを規定し、
   前記局部ＴＭ屈折率ｎ_ＴＭ及び前記局部ＴＥ屈折率ｎ_ＴＥは、それぞれ、前記整形電界の局部成分に平行な光に対する第１光電係数ｒ_ＰＰの関数、及び前記整形電界の局部成分に垂直な光に対する第２光電係数ｒ_ＩＰの関数であり、
   前記第１及び第２光電係数ｒ_ＰＰ及びｒ_ＩＰ間の差が、前記ポーリングされた光電材料の光複屈折を規定し、
   前記局部ＴＭ屈折率ｎ_ＴＭは、集合的に、前記導波管のＴＭモード屈折率を規定し、
   前記局部ＴＥ屈折率ｎ_ＴＥは、集合的に、前記導波管のＴＥモード屈折率を規定し、
   前記電界及び前記ポーリング輪郭のそれぞれの配向は、前記ポーリングされた電子材料の前記光複屈折を補償し、前記導波管のＴＭモードの屈折率が前記導波管のＴＥモードの屈折率に実質的に等しくなる
   ように構成されていることを特徴とする光電導波管。
2. 請求項１記載の光電導波管において、前記クラッディングは、前記導波管コアの対向する両側に少なくとも２つのクラッディング領域を有し、前記整形電界は、
   前記２つのクラッディング領域の内の第２クラッディング領域における垂直成分よりも大きい、前記クラッディング領域の内の第１クラッディング領域内の垂直電界成分と、
   前記第２クラッディング領域における水平成分よりも小さい、前記第１クラッディング領域内の水平電界成分と
   から成ることを特徴とする光電導波管。
3. 請求項１記載の光電導波管において、
   前記光電導波管は更に、前記制御電極に結合されているコントローラを備えており、
   前記コントローラは、前記制御電極をポーリング電圧及び駆動電圧で動作させるようにプログラムされており、
   前記ポーリング電圧及び前記駆動電圧の印加によって、前記クラッディングにおいて相反する両方向の電界を生成するように、前記ポーリング電圧及び前記駆動電圧がポーリングされるよう構成されている
   ことを特徴とする光電導波管。
4. 請求項１記載の光電導波管において、前記光電導波管コアは、光電ポリマから成ることを特徴とする光電導波管。
5. 請求項１記載の光電導波管において、前記クラッディングは、光電ポリマから成ることを特徴とする光電導波管。
6. 請求項１記載の光電導波管において、
   前記複数の制御電極の１つの電極厚さが、他の制御電極の電極厚さよりも薄く、
   前記コアが、前記複数の制御電極の間に等距離に位置付けられている
   ことを特徴とする光電導波管。
7. 請求項１記載の光電導波管において、
   前記複数の制御電極の１つの電極厚さが、他の制御電極の電極厚さよりも薄く、
   前記コアが、前記複数の制御電極の間に非等距離に位置付けられている
   ことを特徴とする光電導波管。
8. 請求項７記載の光電導波管において、前記コアが、前記薄い方の制御電極と前記厚い方の制御電極から等しくない距離に位置付けられており、前記薄い方の制御電極に近く位置付けられていることを特徴とする光電導波管。
9. 請求項７記載の光電導波管において、前記コアが、前記薄い方の制御電極と前記厚い方の制御電極から等しくない距離に位置付けられており、前記厚い方の制御電極に近く位置付けられていることを特徴とする光電導波管。
10. 請求項１記載の光電導波管において、前記コアは、前記複数の制御電極から非等距離に位置付けられていることを特徴とする光電導波管。
11. 請求項１記載の光電導波管において、
    前記複数の制御電極は、非対称構造であり、
    前記複数の制御電極はほぼ等しい厚さであり、前記コアは前記複数の制御電極から非等距離に位置付けられている
    ことを特徴とする光電導波管。
12. 請求項１記載の光電導波管において、前記複数の制御電極の１つ電極厚さが、他の制御電極の電極厚さよりも薄いことを特徴とする光電導波管。
13. 請求項１記載の光電導波管において、
    前記光電導波管は、共通縁面内に位置する３つの制御電極を備え、前記３つの制御電極の中央の制御電極が、前記共通縁面に沿って、他の２つの制御電極の間に位置し、
    前記コアは、前記他の２つの制御電極から非等距離に位置付けられている
    ことを特徴とする光電導波管。
14. 請求項１記載の光電導波管において、
    前記光電導波管は、共通縁面内に位置する３つの制御電極の組を備えており、前記コアは前記共通縁面からずれており、
    前記制御電極の内の２つの電極厚さは、他の１つの制御電極の電極厚さよりも厚く、
    前記コアは、前記厚い方の２つの制御電極のそれぞれから非等距離に位置付けられている
    ことを特徴とする光電導波管。
15. 請求項１記載の光電導波管において、
    前記制御電極は３つの制御電極を備えており、
    前記３つの制御電極の内の１つは、他の２つの制御電極に対比して、前記導波管コアの主伝搬軸に沿った長さが短く、
    前記短い長さは、前記ポーリングされた光電材料の前記光複屈折の前記補償に寄与するのに十分である
    ことを特徴とする光電導波管。
16. 請求項１記載の光電導波管において、
    前記共通縁面に平行な平面内に、別の制御電極が位置し、
    前記コアは、前記共通縁面と前記平行平面との間に位置し、
    前記共通縁面内に位置する前記複数の制御電極の１つが、前記共通縁面内に位置する他の制御電極よりも厚い電極であり、
    前記薄い方の他の電極及び前記平行平面内に位置する前記電極は、前記コアの共通側に配置され、
    前記厚い方の電極は、前記コアの反対側に位置付けられている
    ことを特徴とする光電導波管。
17. 請求項１記載の光電導波管において、
    前記共通縁面に平行な平面内に別の制御電極が位置し、
    前記コアは、前記共通縁面と前記平行平面との間に位置し、
    前記コアは、前記共通縁面内に位置する前記２つの制御電極から非等距離に位置付けられている
    ことを特徴とする光電導波管。
18. 請求項１記載の光電導波管において、
    前記共通縁面に平行な平面内に、別の制御電極が位置し、
    前記コアは、前記共通縁面と前記平行平面との間に位置し、
    前記別の電極は、前記平行平面に沿ってその幅の大部分にわたり、前記コアの一方側に延びている
    ことを特徴とする光電導波管。
19. 請求項１記載の光電導波管において、前記光電導波管は、光入力と、前記光電導波管と光学的に連通する光出力とを備えている集積光学素子内に組み込まれていることを特徴とする光導波管。

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