JPH01197724A - 光導波路スィッチ - Google Patents

光導波路スィッチ

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JPH01197724A
JPH01197724A JP2318988A JP2318988A JPH01197724A JP H01197724 A JPH01197724 A JP H01197724A JP 2318988 A JP2318988 A JP 2318988A JP 2318988 A JP2318988 A JP 2318988A JP H01197724 A JPH01197724 A JP H01197724A
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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

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔座業上の利用分野〕 本発明は光通信等において光波の変調1元冷の切替え等
を行なう元スイ、チに関し、特に基板上に形成された光
導波路を用いた元4匝路スイッチに関する。
〔従来技術とその問題点〕
元通1dシステムの実用化が進み、大容量や多機能をも
つさらに烏度のシステ二へと開発が進められている。光
伝送路網の交換囁能、光データバスにおける端末間の筒
速接続、切替え等の新たな機能が求められており、それ
らを可能にする元スイ、チングネットワークの必要性が
高まっている。
現在実用されている元スイッチは、プリズム、ミラー、
ファイバ等を機械的に移動さゼるものであシ、低速でそ
・ること1厘頼性が不十分なこと、形状が大きくマトリ
クス化に不適なこと等の欠点が 4ある。これを解決す
る手段として開発が進められているものは基板上に設置
した光4波路を用いた4波形の元スイッチであり、高速
、多素子の集積化がoJ能、烏匿頼等の特長がある。特
にLiNbO5結晶等の強誘電体材料を用いたものは1
元吸収が小さく低損失であることと大きな電気光学効果
を有しているため島効率である等の特長がある。
一般に元スイッチは光伝送路中に挿入され、光フアイバ
中を伝搬した元信号の光路を切り替えるために使用され
る場合が多い。高速、大容量の光通信システムでは元フ
ァイバとして単一モード光ファイバが使用され、光源に
は半畳体レーザが使われる。半畳体レーザ尤は直線偏光
を出射するが。
単一モード元ファイバ中を伝虻された元彼は一般にだ円
偏光となり、また、その偏光状態も時間的に変動する。
一方、 A’(述の導反形の元スイッチでは1通常の構
成の場合、スイッチ′亀圧、クロストーク等の特性は入
射光の偏光状態に大きく依存するという欠点がある。第
2図fa)は従来の4匝形光スイッチの一例である方向
性結合形光スイッチを示す斜視図である。元学軸すなわ
ち2@方向に垂直に切り出して整形したL i N b
 Os結晶基板31上にTi#の金属を拡散して光導波
路32.33が形成されている。元#4e、路32.3
3は数μm程度の間隔で近接して設置されることによシ
光方向性結合器34を構成しており1光導波路32゜3
3上にバッファ層である8i 0zPIX(g 2図(
a)では図示は省略)を介してR11l 御’ME極3
5及び39が設置されている。この元スイッチの基本的
な動作原理は、先ず1片方の光4反路例えば32の端面
から入射した九彼16は元4技路32中を伝搬し、光方
向性結合器34の部分で近接した光導波路33にエネル
ギーが移行し1光方向性結合器34の長さを完全納付艮
Lcに一致させた場合は、はぼ100%のエネルギーが
光導波路33に移って出射光37となる。一方、制#電
極35と39の間に電圧を印加した場合、電気光学効果
によって光4波路32.33の屈折率が変化して両者の
屈折率が非対称となり1両者を伝搬する光波の間で位相
不整合が生じて結合状態が変化し、塘当な印加電圧の下
ではもとの光4波路32ヘエネルキーが移シ出射光38
となる。そのスイッチング動作に必要な印加4圧は方向
性結合器の長さに反比例する。ここで、基板上に形成さ
れた光導波路の伝搬光は一般に独立な2つのモード、即
ち、偏光方向が基板表面に垂直な1Mモードとそれに取
交する偏光成分をもつTgモードに分離される。
従来の上述の基板方位をもつ元スイッチに用いられてい
る光4彼路では1MモードとTgモードでは伝搬定数が
大きく異なる。この結果1w、2図(blに示すように
それぞれのモードに対する完全結合長Lc(’1”M)
とLc(TW)は大きく異なっている。そこで第2図(
alに示す通常の元スイッチでは光方向性結合器の長さ
Lc(TM)17+1ニー玖させてお9.印加電圧0の
ときの光方向性結合器の出射状態は両モードでは異なっ
ていた。
また一方1通常、I4c気元学効果によって変化する屈
折率変化量II′i偏光方向によって異なシ、その結果
スイッチ1圧も偏光方向によって大きく異なる。例えは
、第2図tatの場合、1Mモード、TOモードに対し
て得られる屈折率変化量はそれぞれとなる。ここで、r
33 s r、3はそれぞれ或気元学定数、n、、n0
はそれぞれ異常光、常光に対する屈折率 E2は2方向
に印加される電界強度である。
LiN b Os結晶の場合” !! > 3’13で
あるので。
δ’?M>3δ”?lとなg、 Tzモードのスイッチ
電圧はTLViモードのスイッチ電圧の3倍以上の値と
なる。そこで通常は入射光をTMまたFi’rgモード
のいずれか一方の偏光状態に一致させる必要が生じ、第
2図(a)の構成の元スイッチは単一モード光ファイバ
伝送路中に挿入して使用することはできない。
上述の通常の元スイッチの偏光依存性を除くために19
79年11月15日付アプライド、フィジックス誌(A
ppl 、 Phys 、 Lef f 、 )第35
巻lO号748〜750頁に第3図に示す元スイッチが
報告されている。43図の元スイッチは第2図の通常の
元スイッチと基板方位は同じであるが1光方向性結合器
44を構成する2つの光導波路42と43のl531隔
が光透過方向に連続的に笈化し、その結果結合係数も連
続的に変化している。また。
制御−極の一方が゛電極45と46に分割されている。
この従来の偏光依存性を除去したitスイッチでは、−
極45と46に印加する゛電圧が異なシ。
また出力光を47と48に切替える場合には4極45と
46にはそれぞれ独立に異なる電圧を印加する必要があ
る。その結果、駆動方法が非常に複雑となる。壕だ、上
述のように光透過方向に達識的に結合係数を変化させる
ことによって、′1圧を印加した場合の’I’M、TJ
f1両モードに対する切換え状態の印加磁圧に対する依
存性を小さくシ、冗長性をもたしているが、このため逆
に動作電圧が非常に大きい。龜告されている例では動作
電圧と素子長の檀は波長1.3μmに対しては通常の1
Mモードに対する元スイッチの7倍程度に当る90Vの
電圧を必要としている。
本発明の目的は上述の従来の光導波路スイッチの欠点を
除き、入射光の偏光状態に対する依存性がなく、スイッ
チ祇圧が低くまた。駆動方法が簡単な光導波路スイッチ
を提供することにある。
〔問題点を解決するだめの手段〕
本発明では光軸に垂直に切り出した通気光学効果を有す
る結晶基板上に形成された互いに近接した2本の光2s
I&路からなる光方向性結合器と、 rjTJ記2本の
元纏波路上にそれぞれ設置した1対の制御゛電極とから
なり、電界成分が基板に垂直な偏光モード(1゛Mモー
ド)と基板に平行な1元モード(TWモード)に対する
上記方向性結合器の結合係数がほぼ一致し、かつ、その
結合器ICVは光透過方向の一定の長さにおいて−様な
llfをもち、前記それぞれのft1iJ御′?lt他
はそれぞれの元纒阪路上全体にわたって連続している構
成とした。
〔作用〕
本発明では、先ず、従来の第2図(a)、第3図の元ス
イッチと異なり1光方向性結合器の結合長をTWモード
と1Mモードを一致させている。これtri発明者等が
元等彼路を作製する際に基似上にル成するTi膜厚を特
定の膜厚に制御即すればTEモードと’1’ LVIモ
ードの完全結合長を再現よく一双させられることを見い
出したことを第1」用するものである。すなわち、元尋
技路内のTiの平均−度を所定の濃度にすることで′r
ト】モードとi’ Mそ−ドの完全結合長を一致させて
いる。
またさらに1本発明では、第3図の従来の元スイッチと
は異なり、方向性結合器の光透過方向全体にわたって2
本の光導波路間隔は一定であり。
また、制御電極は方向性結合器を構成する谷光尋反路上
に連続して設置されている。このように方向性結合器の
結合係数が−様な場合でも1Mモードに対するスイッチ
電圧の3.5倍付近のある1圧を選択して印加すれば少
くとも波長1.3μm付近においてはクロストークが一
20dB以下と十分に近さいi直が祷られることを見出
した結果に基づいている。すなわち印加電圧は第3図の
従来の元スイッチに比べると大幅に低減される。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を説明する。
第1図1a)は本発明による光4改路スイッチの−実り
例を示す斜視図である。第2図ta)に示した従来の方
向性結合型スイッチと同様の形状のLiNbO3基板1
1上に幅が数〜十数μmのTi漠パターンを熱拡散して
形成した元導改路2.3が近接して設置され方向性結合
器4を構成している。但し1本実施例では第2図tal
の例とは異なりTi漢幅、Ti膜厚と拡散温度1時間を
調整してTM。
TW両モードに対する完全結合長が一致し、それが方向
性結合器4の結合部の長さに一致するように選ばれてい
る。−例としてはTid@9μm。
Ti映厚470λ T i拡散温度1050℃、Ti拡
散時間8時間のとき上述のTM、Tg両モードの完全結
合長が得られる。基板中に拡散したIll iはカラス
分布しているが、この平均濃度が0.6〜0、9 ’1
6であれは結合係数は上記条件を満足した。
このときの光方向性結合器の長さと両モードの結合度の
関係を第1図(b)に示す。1だ、方向性結合器4の光
導波路2,3上に第2図(a)と四様な制御′電極5,
9が設置されている。
上述の条件で製作された長さ19gの方向性結合型スイ
ッチにおいては波長1.3μmにおいて印加電圧18V
のとき結合度O1すなわちTJTM両モードともに光4
技路2への入射光16は尤4波路2からの出射元8とな
り、このときのクロストークは一26dBとなった。こ
の印加電圧の直は従来の偏光に依存しない光スイッチの
約半分程度に相当する。また印加電圧0ではTrot、
Tg両モードともに結合度lとなシ、入射光16は出射
光7となる。このときのクロストークfi−17aB以
下であった。
尚 rp H等の不純物は拡散以外の方法1例えばイオ
ン注、イオン交換等の方法で基板中に導入しても効果は
変りない。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば入射光の偏光状態に対
する依存性がなく、スイッチ−圧が低く、また、電極は
第3図の例とは異な92つでよいので、駆動方法も簡単
な光導波路スイッチが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図ta)は本発明による光導波路スイッチの一実施
例を示す斜視図、第1図(b)は実施例の特性を示す図
、第2図、弔3図は従来の元24匝路スイッチの一例を
示す斜視図及びその特性を示す図である。 11.31・・・・・・L i N b Os結晶基板
、4,34゜44・・・・・・光方向性結合器、2,3
,32,33゜42.4.3・・・・・・光導波路、5
,9,35,39゜45.46・・・・・・制御・電極
、16・・・・・・入射光、7゜8.37,38,47
,48・・・・・・出射光。 代理人 弁理士  内 原   晋 第 1 図 (b) 第 2 図 (α) 尤力菌・)生結合毬の長3 (b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光軸(Z軸)に垂直に切り出した電気光学効果を有する
    結晶基板に不純物を導入して形成した互いいに近接した
    2本の光導波路からなる光方向性結合器と、前記2本の
    光導波路上にそれぞれ設置した1対の制御電極とからな
    り、電界成分が基板に垂直な偏光モード(TMモード)
    と基板に平行な偏光モード(TEモード)に対する上記
    方向性結合器の結合係数がほぼ一致し、かつ、その結合
    係数は光透過方向の一定の長さにおいて一様な値をもつ
    よう前記不純物の濃度を定め、前記それぞれの制御電極
    はそれぞれの光導波路上全体にわたって連続して設けて
    いることを特徴とする光導波路スイッチ。
JP2318988A 1988-02-02 1988-02-02 光導波路スィッチ Expired - Lifetime JPH0820651B2 (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04237016A (ja) * 1991-01-22 1992-08-25 Nec Corp 光制御デバイス
US5148507A (en) * 1990-07-06 1992-09-15 Nec Corporation Optical waveguide device with two predetermined wavelength, polarization independent, directional coupler switches

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US5148507A (en) * 1990-07-06 1992-09-15 Nec Corporation Optical waveguide device with two predetermined wavelength, polarization independent, directional coupler switches
JPH04237016A (ja) * 1991-01-22 1992-08-25 Nec Corp 光制御デバイス

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