JPH02170142A - 導波形光制御デバイス及びその駆動方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波の変調、光路切換え等を行なう光制御デバ
イスに関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制御
を行なう導波形光制御デバイス及びその駆動方法に関す
る。

〔従来の技術〕

光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量や
多機能をもつ高度のシステムか求められている。このよ
うなシステムはより高速の光信号の発生や光伝送路の切
換え、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し−ザや発
光タ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、直接変調では緩和振動等の効果のため数ＧＨ
ｚ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こと等の欠
点かある。これを解決する手段としては、外部光変調器
を使用する方法がある。この方法に用いる光変調器とし
ては、特に基板中に形成した光導波路により構成した導
波形の光変調器が小形、高効率、高速動作という特長が
あり、適している。

一方、光伝送路の切換えやネジｌ−ワークの交換機能を
得る手段としては光スィッチか使用される。現在実用さ
れている光スィッチは、プリズム、ミラー、ファイバー
等を機械的に移動させるものであり、低速であること、
信頼性が不十分、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やはり導波形の
光スィッチがある。この導波形光スイッチは高速動作、
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（Ｌ　ｉ、　ＮｂＯ３）結晶等の強誘電
体材料を用いたものは、光吸収か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
等の特長かあり、従来からも方向性結合形光変調器また
はスイッチ、全反射形光スイッチ等の種々の方式の光制
御デバイスが報告されている。

第４図に従来の光制御デバイスの一例として方向性結合
型光スィッチの斜視図を示す。第４図においてＺ軸に垂
直に切り出したニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタ
ンを拡散して屈折率を基板よりも大きくして形成した帯
状の先導波路２及び３が形成されており、先導波路２及
び３は基板の中央部で長さ散開〜数＋ｍｍにわたって互
いに数μｍ程度まで近接し、方向性結合器４を構成して
いる。また、方向性結合器４を構成する光導波路上には
電極による光吸収を防ぐためのバッファ膜９を介して光
導波路３に沿って接地電極５か、光導波路２に沿って信
号電極６がそれぞれ形成されている。

第４図において、光導波路２に入射した入射光７は方向
性結合器４の部分を伝搬するに従って近接した光導波路
３へ徐々に光エネルギーが移り、方向性結合器４を通過
後は光導波路３にはほぼ１００％エネルギーが移って出
射光８ａとなる。

一方、信号電極６に電圧を印加した場合、電気光学効果
により電極下の光導波路の屈折率が変化し、光導波路２
と３を伝搬する導波モードの間に位相速度の不整合が生
じ、両者の間の結合状態は変化する。

印加電圧を上昇するに従って光導波路２から３への光エ
ネルギーの移行量は減少し、ある電圧値ＶＳでは、入射
光７は方向性結合器４を通過後に光エネルギーの１００
％が光導波路２にもどってしまう状態となる。すなわち
、信号電極６への印加の電圧の有無により入射光７は光
導波路２からの出射光８ｂ又は光導波路３からの出射光
８ａとなるので、信号電極６への印加電圧波形により入
射光７の光路が切換えられる。また、出射光８ｂは変調
される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、第４図のような従来の導波形光制御デバイスで
は、実際の光通信システムに適用する場合には、高速変
調や高速スイッチング特性に関して十分な特性は得られ
ない。通常の駆動回路では高速で高電圧を出力するのは
難しく、光制御デバイスには出来るだけ低動作電圧か要
求される。第４図の方向性結合型光スィッチや光変調器
として用いられる分岐干渉型光変調器では低電圧化をは
かるなめには素子長を大きくする必要がある。しかしこ
のような従来の導波型光制御デバイスでは電極容量が素
子長に従って大きくなってしまい、高周波領域では電極
間インピーダンスが駆動回路の出力インピーダンスに比
べて非常に小さくなるため高速駆動ができない。または
、非常に特殊な駆動回路が必要となる。この解決手段と
して従来、進行波形電極が用いられている。すなわち、
第４図において、信号電極６の光波が入射する側の一端
からマイクロ波変調電圧を入射し、信号電極６の他端を
信号線のインピーダンス（通常５０Ω）で終端する構成
により電極を分布定数化して一 電極容量の影響を除く方法である。しかし、このような
進行波電極構成では、細長い電極を進行するマイクロ波
の損失を除くため、通常に比べて１桁以上厚い電極が必
要となるため製作か非常に難しいという欠点がある。さ
らに高速の駆動を行う場合には、マイクロ波と導波路中
の光波との位相速度が異なり、有効に電界が印加されな
くなるため素子長に制限があり、電圧を十分に低減でき
ないという問題がある。

本発明の目的は、製作が容易で、低動作電圧で、簡易な
駆動回路で高速動作が可能な導波形光制御デバイス及び
その駆動方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による導波形光制御デバイスは、電気光学効果を
有する結晶基板上に形成された少くとも互いに近接する
２本の光導波路の一方に沿って接地電極を備え、他方の
光導波路に沿って複数個に分割された信号電極を備えて
いることを特徴とする構成になっている。

さらに本発明の駆動方法は、上記の導波形光制御デバイ
スの前記複数個の信号電極に同位相で電圧を印加するこ
とを特徴とする導波形光制御デバイスの駆動方法である
。また、もう１つの駆動方法は、前記複数個の信号電極
に光の位相速度に同期して光透過方向に順次位相を遅ら
せて電圧を印加する導波形光制御デバイスの駆動方法で
ある。

〔作用〕

本発明の導波形光制御デバイスでは信号電極を光透過方
向に複数個に分割し、この各々に独立に駆動回路が接続
される。このため、信号電極をＮ分割（Ｎは整数）した
場合には、分割された各電極の容量は１／Ｎとなる。こ
の場合動作電圧は電極全体の長さで決定されるので低動
作電圧を保ったまま電極容量は大幅に低減する。したが
って必要な駆動回路の数は従来のＮ倍となるが、各駆動
回路の負荷容量が小さく、また必要な出力電圧も低いた
め、従来の大容量負荷で高電圧出力を必要とする駆動方
法に比べると実現が容易であり、実用的である。さらに
本発明では、各分割された信号電極に印加する電圧の位
相を光透過方向に少しづつ遅らせ、光波の位相速度にほ
ぼ同期するように印加すると、前述の進光波形電極を用
いた場合と同じように作用するので従来に比べ大幅な高
速動作が可能となる。この場合にも動作電圧は信号電極
の全長で決まるので低電圧化が可能である。

〔実施例〕

第１−図は本発明による導波形光制御デバイスの一実施
例である方向性結合型光スィッチ及びその駆動方法を示
す斜視図である。第４図の例と同様にニオブ酸リチウム
結晶基板１の上にチタンを９００〜１１００℃程度で数
時間熱拡散して形成された深さ３〜１０μｍ程度の光導
波路２及び３が設置され、光方向性結合器４が形成され
ている。さらにバッファ層９を介して光導波路上に第４
図と同様に接地電極５と信号電極が形成されているが、
本実施例では光導波路２の上に形成された信号電極は同
一長さの信号電極１１．信号電極１２、信号電極１３に
３分割されている。信号型ｉｌｌ、１２．１３はそれぞ
れ独立した駆動回路２１．２２．２３に接続されている
。本実施例では第４図の従来の光スィッチに比べて動作
電圧は同じであるが各駆動回路への容量負荷は１／３と
なる。駆動回路２１，２２．２３には信号発生器１０か
ら同一信号が同位相で入力し、同一波形の出力電圧を得
、それぞれ信号型ａｌｌ、１２１３に印加される。

第２図は本発明による他の駆動方法の実施例を示す図で
ある。第２図ても第１図と同様な方向性結合形光スイッ
チを用いる。但し、本実施例においては駆動回路２１，
２２．２３への入力信号は、位相調整器２４，２５．２
６を通過することによってわずかづつ異なっている。位
相調整器２４．２５．２６で与えられる信号の位相遅延
量は２４，２５．２６の順に大きくなっており、その結
果、駆動回路２１，２２．２３からの出力電圧も順に遅
延し、光導波路中の光波が信号電極１１．１２．１３の
下を通過するときほぼ同じ印加電界を受けるように調整
されている。本実施例では進行波形電極を用いた場合と
同しになり第１＝　１０ 図の実施例よりもさらに高速でスイッチングや変調を行
なうことができる。

尚、第１図、第２図に示した方向性結合形光スイッチの
素子構造は信号電極の部分を除いて従来の第４図に示し
た光スィッチと同しであるので進行波電極を用いた光ス
ィッチに比べて製作が容易である。

第３図は本発明による導波形光制御デバイスの他の実施
例である分岐干渉形光変調器を示す。第３図において、
第１図の実施例と同様なニオブ酸リチウム結晶基板１上
に同様な方法で入力光導波路３１、それから分岐され、
長さ５〜２０ｍｍで１０〜５０μｍ程度に近接した２本
の光導波路３２．３３、それらを合流した出力光導波路
３４が形成されている。バッファ層９を介して光導波路
３３上には接地電極３５が設置され、先導波路３２上に
は２分割された信号電極３６．３７が設置され、それぞ
れ駆動回路３８．３９に接続されている。

本実施例の動作は、印加電圧により光導波路３２と３３
を伝搬する光波に相対的な位相差を与え、出力光導波路
３４への合流部て干渉させて入射光の変調を行うもので
ある。従来の分岐干渉形光変調器では信号電極は分割さ
れていないので電極容量は大きい。それに比へ本実施例
では電極容量は１／２となり変調電圧は変わらない。さ
らに光導波路３２．３３を長くすることにより低電圧化
が可能であり、この場合、さらに信号電極を分割するこ
とにより電極容量の増加を防ぐことかできる。

また、第２図に示したような位相をずらして電圧を印加
する方式を第３図の光変調器に適用することも当然可能
である。

尚、上記各実施例で用いた駆動回路１位相調整器は通常
用いられているものを利用したのて詳細な説明は省略し
た。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の導波形光制御デバイス及びそ
の駆動方法では、従来に比べ製作か容易で、低動作電圧
て、かつ簡易な駆動回路て高速動作が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明による導波形光制御デ
バイス及びその駆動方法の実施例を示す図、第４図は従
来の導波形光制御デバイスの一例を示す図である。 図において、１はニオブ酸リチウム結晶基板、２．３，
３１，３２，３３．３４は先導波路、５．３５は接地電
極、６．１］、、１２　１３　３６．３７は信号電極、
２１，２２．２３．３８゜３９は駆動回路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気光学効果を有する結晶基板上に形成された少
   くとも互いに近接する２本の光導波路の一方に沿つて接
   地電極を備え、他方の光導波路に沿って複数個に分割さ
   れた信号電極を備えていることを特徴とする導波形光制
   御デバイス。
2. （２）電気光学効果を有する結晶基板上に形成された少
   くとも互いに近接する２本の光導波路の一方に沿って接
   地電極を備え、他方の光導波路に沿って複数個に分割さ
   れた信号電極を備えた導波形光制御デバイスの前記複数
   個の信号電極に同位相で電圧を印加することを特徴とす
   る導波形光制御デバイスの駆動方法。
3. （３）電気光学効果を有する結晶基板上に形成された少
   くとも互いに近接する２本の光導波路の一方に沿って接
   地電極を備え、他方の光導波路に沿って複数個に分割さ
   れた信号電極を備えた導波形光制御デバイスの前記複数
   個の信号電極に、光の位相速度に同期するように光透過
   方向に順次位相を遅らせて電圧を印加することを特徴と
   する導波形光制御デバイスの駆動方法。