JPH02204728A - Polarization independent optical switch - Google Patents

Polarization independent optical switch

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JPH02204728A
JPH02204728A JP2396889A JP2396889A JPH02204728A JP H02204728 A JPH02204728 A JP H02204728A JP 2396889 A JP2396889 A JP 2396889A JP 2396889 A JP2396889 A JP 2396889A JP H02204728 A JPH02204728 A JP H02204728A
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optical
optical switch
polarization
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砂田 匡
Kuniharu Takizawa
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Abstract

PURPOSE:To offer a polarization independent optical switch obtained by loose production conditions and accuracy and easy design by forming a branch interference type optical modulation part and at least one asymmetrical Y branch part on a base and forming a static phase control part independent of an impressed electric field on the optical modulation part. CONSTITUTION:The optical switch is provided with a reference mode optical waveguide 6 to be an input side, the branch interference type optical modulation part 3 and the asymmetrical Y branch part 4 to be an output side and the modulation part 3 is provided with the static phase control part 5 for applying a static phase change to in-waveguide light. The Y branch 4 separates reference mode light and primary mode light generated on an X intersecting point O respectively into a thick optical waveguide and a thin optical waveguide. The optical modulation part 3 allows the optical waves divided into two optical waveguides to interfare with each other at the intersecting point O to generate the reference mode light and the primary mode light. The control part 5 applies a fixed phase difference to TE mode light and TM mode light independently of an opto-electric effect and the polarization independent optical switch can be obtained by controlling the phase difference to a proper value.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は光通信および光計測用などの光信号処理デバ
イスに係り、特にシングルモード光ファイバにより伝送
された光信号をその偏光に依存することなくスイッチン
グする導波路形光デバイスに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to optical signal processing devices for optical communication and optical measurement, and in particular, to optical signal processing devices for optical communication and optical measurement, and in particular for processing optical signals transmitted through a single mode optical fiber depending on its polarization. The present invention relates to a waveguide type optical device that performs switching without switching.

(発明の概要) この発明は、シングルモード光ファイバにより伝送され
てきた光をその光信号のま\スイッチングするデバイス
に関し、 ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの基板上に
分岐干渉形光変調部と少なくとも1つの非対称Y分岐部
とを備え、さらに光変調部に印加電界に依存しない静的
位相制御部を設けている。
(Summary of the Invention) The present invention relates to a device that switches light transmitted through a single mode optical fiber as an optical signal, and includes a branching interference type optical modulator on a substrate such as lithium niobate or lithium tantalate. and at least one asymmetrical Y-branching section, and further includes a static phase control section that does not depend on an applied electric field in the optical modulation section.

かくすることにより任意の偏光面を有する光の光路を切
り換える偏光無依存性光スイッチを実現し、かつ低電圧
で動作させることを可能としている。
This makes it possible to realize a polarization-independent optical switch that switches the optical path of light having an arbitrary polarization plane, and to operate it at low voltage.

(従来の技術) 従来この種の光スイッチは、、 LiNb0.結晶を基
板とし、結晶のZ軸方向に電界を印加している。この場
合LiNb0.基板上の導波路を伝搬するTEモード光
および7Mモード光により屈折率が異なるため、従来の
光スイッチと標準のシングルモード光ファイバーとの直
接結合ができなかった。このため最近になって偏光に依
存しない偏光無依存性光スイッチの研究が盛んになって
きている。以下従来技術について説明する。
(Prior Art) Conventionally, this type of optical switch uses LiNb0. A crystal is used as a substrate, and an electric field is applied in the Z-axis direction of the crystal. In this case LiNb0. Direct coupling between a conventional optical switch and a standard single-mode optical fiber has not been possible because the refractive index differs depending on the TE mode light and the 7M mode light propagating through the waveguide on the substrate. For this reason, research on polarization-independent optical switches that do not depend on polarization has recently become active. The conventional technology will be explained below.

従来光スイッチとしては、第2図に示すように2つの光
導波路が近接した光方向性結合形光スイッチ(a)、光
導波路の等価屈折率が異なる非対称な7分岐路を少なく
とも1つ有する非対称7分鼓形光スイツチ(b)および
全反射形光スイッチ(c)などがある。なかでも光方向
性結合形光スイッチが主流である。
Conventional optical switches include an optical directional coupling type optical switch (a) in which two optical waveguides are close to each other as shown in Figure 2, and an asymmetric optical switch (a) in which the optical waveguides have at least one asymmetric seven-branch path with different equivalent refractive indexes. There are a 7-minute drum type optical switch (b) and a total internal reflection type optical switch (c). Among them, optical directional coupling type optical switches are mainstream.

光方向性結合形光スイッチは一方の光導波路1aまたは
lbを伝搬する導波光の漏れ電界の結合により他方1b
または1aに光エネルギーを移行するものである。ただ
し完全なりロス状態を実現するためには、高度な製作技
術が要求される。非対称7分鼓形光スイツチは出力側の
二つの光導波路の等価屈折率を変えることにより基本モ
ード光と1次モード光とを分離するという原理を利用し
たもので、設計および制作が極めて簡単であるという特
徴を有している。また全反射形光スイッチはその構成が
極めて単純であるが印加電界により光導波路交差部に高
屈折部分を誘起するのが困難である。
The optical directional coupling type optical switch uses the coupling of the leakage electric field of the guided light propagating in one optical waveguide 1a or lb to the other optical waveguide 1b.
Alternatively, light energy is transferred to 1a. However, in order to achieve a completely loss-free state, advanced manufacturing technology is required. The asymmetric 7-minute drum-shaped optical switch utilizes the principle of separating the fundamental mode light and the first mode light by changing the equivalent refractive index of the two optical waveguides on the output side, and is extremely easy to design and manufacture. It has the characteristic of being. Further, although the total internal reflection type optical switch has an extremely simple structure, it is difficult to induce a high refraction portion at the intersection of the optical waveguides by an applied electric field.

これら光スイッチの多くは特定の直線偏波光しか利用で
きないいわゆる偏光依存性光スイッチである。一方偏光
無依存性光スイッチの従来例はごく僅かな例に限られて
おり、そのほとんどが光方向性結合形光スイッチであり
、その例としては以下に記述する文献(i ) 、  
(ii )がある。また非対称7分鼓形光スイツチとし
ては文献(iii )があり、これら偏光無依存性光ス
イッチはいずれもLiNbO3結晶で構成され、該結晶
のZ軸方向に電界を印加するものである。
Many of these optical switches are so-called polarization-dependent optical switches that can utilize only specific linearly polarized light. On the other hand, conventional examples of polarization-independent optical switches are limited to only a few examples, most of which are optical directional coupling type optical switches, such as the following documents (i),
There is (ii). Further, there is a document (iii) regarding an asymmetric 7-minute drum-shaped optical switch, and these polarization-independent optical switches are all made of LiNbO3 crystal and apply an electric field in the Z-axis direction of the crystal.

皇考文献主 (i ) K、にondo、 Y、 0hta、 Y、
 Tanisawa、 T、Aoyama。
Koko bibliography (i) K, niondo, Y, 0hta, Y,
Tanisawa, T., Aoyama.

R,l5hikana : Low−叶ive−Vol
Lage and Low−LossPolariza
tion4ndependent LiNb0:+ O
pticalWaveguide 5w1tches(
偏光無依存性1×2光スイツチ) 、 Electro
nLett、 、 Vol、23. Na21. P、
1167、1987(ii ) J、 E、 Wats
on、 M、 A、 Milbrodt and T、
 C。
R, l5hikana: Low-Kanoive-Vol
Lage and Low-LossPolariza
tion4ndependent LiNb0:+O
pticalWaveguide 5w1tches(
Polarization independent 1x2 optical switch), Electro
nLett, Vol. 23. Na21. P,
1167, 1987 (ii) J, E, Wats
on, M., A., Milbrodt and T.
C.

R3ce : A Po1arization−Ind
ependent I X16 GuidedWave
 0ptical 5w1tch Integrate
d on LiNb0゜(偏光無依存性1×16光スイ
ツチ) 、 Journal ofLightwave
 Technology、 Vol、 LT−4、Na
1l、 p。
R3ce: A Polarization-Ind
ependent I X16 GuidedWave
0ptical 5w1tch Integrate
d on LiNb0° (polarization independent 1×16 optical switch), Journal of Lightwave
Technology, Vol, LT-4, Na
1l, p.

1717、Nov、1986 (iii ) Y、  Silberberg、  P
、  Perlmutter and J、E。
1717, Nov. 1986 (iii) Y., Silberberg, P.
, Perlmutter and J.E.

Baran  : Digital optical 
5w1tch (デジタル光スイッチ) 、 Appl
、 Phys、 Lett、、51(16)、 19.
 P。
Baran: Digital optical
5w1tch (digital optical switch), Appl
, Phys, Lett, 51(16), 19.
P.

1230、Oct、1987 (発明が解決しようとする問題点) 方向性結合形偏光無依存性光スイッチは完全なりロス状
態を実現するのが難しく、光導波路の形状(位相定数)
、結合の強さ、結合の長さの3つのパラメータを精度よ
く合わせる必要があり、そのため厳しい製作条件および
高い製作精度が要求される。さらに光の波長や温度の違
いにより特性が変化する。文献(i ) 、  (ii
 )記載の方向性結合形偏光無依存性光スイッチでは、
いずれも製作条件が厳しいうえに、30〜70Vという
高い動作電圧が必要であるなどの欠点がある。また文献
(iii )記載の非対称Y分岐形偏光無依存性光スイ
ッチも研究されているが、動作電圧が高いのが大きな欠
点である。
1230, Oct. 1987 (Problems to be solved by the invention) It is difficult to realize a complete loss state in a directionally coupled polarization-independent optical switch, and the shape of the optical waveguide (phase constant)
It is necessary to match three parameters with high precision: , bond strength, and bond length, which requires strict manufacturing conditions and high manufacturing accuracy. Furthermore, the characteristics change due to differences in the wavelength of light and temperature. Literature (i), (ii
) In the directionally coupled polarization-independent optical switch described in
Both have drawbacks such as severe manufacturing conditions and the need for a high operating voltage of 30 to 70V. Further, an asymmetric Y-branch type polarization-independent optical switch described in document (iii) has been studied, but its major drawback is that the operating voltage is high.

従って本発明の目的は、上述の問題点を解決し、製作条
件および精度が厳しくない、設計も容易な非対称Y分岐
形の偏光無依存性光スイッチを提供せんとするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide an asymmetric Y-branch type polarization-independent optical switch that does not require strict manufacturing conditions or precision and is easy to design.

(問題点を解決するための手段) この目的を達成するため、本発明偏光無依存性光スイッ
チは、任意の偏波面を有する光の光路を切り換える光ス
イッチにおいて、当該光スイッチがその光導波路構成と
して分岐干渉形光変調部と少なくとも1つの非対称Y分
岐部とを具備し、該非対称Y分岐部がY分岐した2つの
光導波路の等偏屈折率が異なる非対称な7分岐路であり
、前記光スイッチがさらに、前記分岐干渉形光変調部の
光導波路の一方もしくは両方に印加電界に依存しない静
的位相制御部を有して、光変調動作点を制御する手段を
具えたことを特徴とするものである。
(Means for solving the problem) In order to achieve this object, the polarization-independent optical switch of the present invention is an optical switch that switches the optical path of light having an arbitrary plane of polarization. The asymmetric Y-branch is an asymmetric seven-branch path in which the two Y-branched optical waveguides have different equipolarized refractive indexes, and the asymmetric Y-branch is an asymmetric seven-branch path with different equipolarized refractive indexes. The switch further comprises means for controlling the optical modulation operating point by having a static phase control section independent of an applied electric field in one or both of the optical waveguides of the branching interference type optical modulation section. It is something.

(作 用) すなわち従来の光スイッチの構成では、静的位相制御部
を有せず電気光学効果のみで位相制御をしており、偏光
無依存性光スイッチの実現が困難であったのを、本発明
の構成では静的位相制御部を設けて電気光学効果に依存
せずに導波光に静的な位相変化を与えている。かくて偏
光に依存することなく光スイッチングすることが容易に
なった。
(Function) In other words, the conventional optical switch configuration does not have a static phase control unit and performs phase control only by electro-optic effect, making it difficult to realize a polarization-independent optical switch. In the configuration of the present invention, a static phase control section is provided to impart a static phase change to the guided light without depending on the electro-optic effect. In this way, it has become easy to perform optical switching without depending on polarization.

さらに本発明光スイッチによれば、偏光無依存性光スイ
ッチと他のデバイスを同一基板上に容易に構成でき、し
かも低電圧化がはかれるので、将来の光フアイバ通信並
びに光情報処理などのキーデバイスとなり得る。
Furthermore, according to the optical switch of the present invention, a polarization-independent optical switch and other devices can be easily configured on the same substrate, and the voltage can be reduced, making it a key device for future optical fiber communications and optical information processing. It can be.

(実施例) 以下添付図面を参照し実施例により本発明の詳細な説明
するが、実施例の説明に先立ち本発明光スイッチの動作
原理に言及する。
(Embodiments) The present invention will be described in detail below by way of embodiments with reference to the accompanying drawings, but prior to explaining the embodiments, reference will be made to the operating principle of the optical switch of the present invention.

第1図に本発明光スイッチの基本構成を示す。FIG. 1 shows the basic configuration of the optical switch of the present invention.

同図(a)に示す素子は入力側としての基本モード光導
波路6、分岐干渉形光変調部3および出力側の非対称7
分岐路4、かつ変調部には導波光に静的な位相変化を与
える静的位相制御部5を具備している。同図(b)に示
す素子は同図(a)の入力の一本の光導波路を非対称7
分岐路に置き換えた構成である。
The elements shown in FIG. 3(a) include a fundamental mode optical waveguide 6 on the input side, a branching interference type optical modulator 3, and an asymmetric 7 on the output side.
The branch path 4 and the modulation section are provided with a static phase control section 5 that gives a static phase change to the guided light. The element shown in FIG. 2(b) has an asymmetric 7 input optical waveguide in FIG.
This is a configuration in which the road is replaced with a branch road.

非対称7分岐路4はX交差点0で発生した基本および1
次モード光をそれぞれ太い光導波路と細い光導波路に分
離するためであり、分岐干渉形光変調部3は2つの光導
波路に分かれた光波を交差点Oで干渉させて、上記基本
および1次モード光を発生させるためのものである。さ
らに静的位相制御部5はTEモード光と7Mモード光に
対し7で一定の位相差を与えるものである。この位相差
を適当な値に制御することにより偏光無依存性光スイッ
チが実現できる。
Asymmetric 7 branch road 4 is the basic and 1 that occurred at the X intersection 0.
This is to separate the next mode light into a thick optical waveguide and a thin optical waveguide, respectively, and the branching interference type optical modulator 3 causes the light waves split into the two optical waveguides to interfere at the intersection O, and the fundamental and first mode light It is intended to generate. Further, the static phase control section 5 provides a constant phase difference of 7 between the TE mode light and the 7M mode light. By controlling this phase difference to an appropriate value, a polarization-independent optical switch can be realized.

静的位相制御部および電圧印加時のTE/TMモード光
の位相変化θえ、θ8は一般にθE−a十α■(1) θ8=b+βV(2) と表わされる。a、bは静的位相制御部によるTEモー
ド光及び7Mモード光の位相変化分で、各式の右辺第2
項は電圧(V)印加に基く電気光学効果によりTEモー
ド光および7Mモード光に誘起される位相変化分である
。αとβは電気光学係数に依存する比例定数である。本
発明の光デバイスの非対称7分岐路を構成する一方の光
導波路の光出力PillはP、を入力光強度とするとP
o+ = Pisin”(θ/2)       (3
)で与えられる。また他方の光導波路の光出力P6mは
Pa2”−7cos”(θ/2)       (4)
で与えられる。ただし、θ−θ6あるいはθ8である。
The phase change θ of the TE/TM mode light during static phase control and voltage application, θ8, is generally expressed as θE−a+α(1) θ8=b+βV(2). a and b are the phase changes of the TE mode light and 7M mode light due to the static phase control unit, and are the second on the right side of each equation.
The term is a phase change induced in the TE mode light and the 7M mode light due to the electro-optic effect based on the application of voltage (V). α and β are proportionality constants that depend on the electro-optic coefficient. The optical output Pill of one of the optical waveguides constituting the asymmetric seven-branch path of the optical device of the present invention is P, where P is the input light intensity.
o+ = Pisin”(θ/2) (3
) is given by The optical output P6m of the other optical waveguide is Pa2"-7cos" (θ/2) (4)
is given by However, it is θ-θ6 or θ8.

従ってTE/TMモード光に対するこの素子の光出力対
印加電圧特性の変調動作点は静的位相制御部の位相変化
分a、bのみに依存する。
Therefore, the modulation operating point of the optical output versus applied voltage characteristic of this element for TE/TM mode light depends only on the phase changes a and b of the static phase control section.

−例として第1図(a)の構成においてLiNb0.結
晶のX軸に沿って光を伝搬させ、該結晶のZ軸方向に電
界を印加する場合を例にとり本発明による素子の動作を
説明すると、 α:β8n113γ23 : no”γ13−2.9 
 : 1          (5)ただしnor n
oはLiNbO3結晶の常屈折率および異常屈折率で与
えられるため、TEモード光およびTMモード光の光出
力対印加電圧特性は一般に第3図(a)のように与えら
れる。αとβはほぼ整数比の関係にあるから、静的位相
制御部を適当に制御し第3図(b)に示すように、TE
、TMモード光の強度の最小点がほぼ一致するように前
記a、  bを制御すれば、偏光無依存性光スイッチと
なる。
-For example, in the configuration of FIG. 1(a), LiNb0. The operation of the device according to the present invention will be explained by taking as an example the case where light is propagated along the X-axis of the crystal and an electric field is applied in the Z-axis direction of the crystal. α: β8n113γ23 : no”γ13-2.9
: 1 (5) However, nor n
Since o is given by the ordinary refractive index and the extraordinary refractive index of the LiNbO3 crystal, the optical output versus applied voltage characteristics of the TE mode light and the TM mode light are generally given as shown in FIG. 3(a). Since α and β are in an approximately integer ratio relationship, the static phase control section is appropriately controlled to obtain the TE as shown in Figure 3(b).
, a polarization-independent optical switch can be obtained by controlling a and b so that the minimum points of the intensity of the TM mode light almost coincide with each other.

また、第1図(a)に示す素子構成においてLiNb0
z結晶のZ軸方向に光を伝搬し、該結晶のY軸方向に電
界を印加する素子では、前記比例定数α、βには大きさ
が等しく符号だけが異なる電気光学係数が含まれるため
、β=−αとなり、光出力対印加電圧特性は第4図(a
)のように周期が一致する。いま静的位相制御部を適当
にコントロールして第4図(b)に示すように、a+b
−±2Nπ(Nは整数)なる位相差を与えれば偏光無依
存性光スイッチとなる。この素子構成の特徴は、印加電
界により非対称7分岐路の各出力を連続的に変化するこ
とができることである。
Moreover, in the device configuration shown in FIG. 1(a), LiNb0
In an element that propagates light in the Z-axis direction of a z-crystal and applies an electric field in the Y-axis direction of the crystal, the proportionality constants α and β include electro-optic coefficients that are equal in magnitude and differ only in sign. β=-α, and the optical output vs. applied voltage characteristics are shown in Figure 4 (a
), the periods match. Now, by controlling the static phase control section appropriately, as shown in Fig. 4(b), a+b
If a phase difference of -±2Nπ (N is an integer) is given, a polarization-independent optical switch is obtained. A feature of this device configuration is that each output of the seven asymmetrical branches can be continuously changed by the applied electric field.

次にこれらの位相差を与える静的位相制御部の具体的な
操作方法について説明するが、これはたとえば以下の通
りである。
Next, a specific method of operating the static phase control unit that provides these phase differences will be described, for example, as follows.

■ 分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の一
方もしくは両方の長さを変える。
■ Changing the length of one or both of the two optical waveguides that make up the branching interference optical modulator.

■ 分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の一
方もしくは両方の一部の光導波路幅を変える。
(2) Changing the width of part of one or both of the two optical waveguides that constitute the branching interference type optical modulator.

■ 分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の一
方もしくは両方の一部の光導波路を形成するTi膜厚を
変える。
(2) Changing the thickness of the Ti film forming part of one or both of the two optical waveguides constituting the branching interference optical modulator.

■ 分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の一
方もしくは両方の一部に、光導波路の屈折率より小さい
屈折率をもつ透明な絶縁材料を装荷する。
(2) A transparent insulating material having a refractive index smaller than the refractive index of the optical waveguide is loaded onto a part of one or both of the two optical waveguides that constitute the branching interference type optical modulator.

などの手段がある。There are other means such as

■から■の手段は一般にTE/TMモード光に対して適
当な位相変化量を与えることができる。
The means (1) to (4) can generally provide an appropriate amount of phase change to the TE/TM mode light.

■の手段は、特にTMモード光に対して大きな位相変化
を与えることができる。なお■から■の手段を組み合わ
せることにより、零バイアス動作の偏光無依存性光スイ
ッチを実現することが可能である。例えば、前述の第1
図(a)に示す構成においてLiNb0i結晶のZ軸方
向に光を伝搬し、該結晶のY軸方向に電界を印加する素
子では、a+b=±2Nπとa=π/2±2Mπ(Mは
整数)の両条件を満たすように静的位相制御部を適当に
制御することで得られる。
The means (2) can particularly give a large phase change to TM mode light. Note that by combining the means from (1) to (2), it is possible to realize a polarization-independent optical switch operating at zero bias. For example, the first
In the configuration shown in Figure (a), in an element that propagates light in the Z-axis direction of the LiNbOi crystal and applies an electric field in the Y-axis direction of the crystal, a+b=±2Nπ and a=π/2±2Mπ (M is an integer ) can be obtained by appropriately controlling the static phase control section so as to satisfy both conditions.

また第1図(a)に示す素子において非対称分岐路から
光を入力し一本の基本モード光導波路から光を出力する
構成にすると、2人力対l出力の光スイッチとして利用
することができる。すなわち、第3図(b)の特性をも
つ素子では、適当な電圧を印加することにより非対称分
岐路の一方の光導波路を伝搬する光のみを取り出すこと
ができる。
Furthermore, if the device shown in FIG. 1(a) is configured to input light from an asymmetric branch path and output light from a single fundamental mode optical waveguide, it can be used as an optical switch with two manual outputs and one output. That is, in the element having the characteristics shown in FIG. 3(b), only the light propagating through one optical waveguide of the asymmetric branch can be extracted by applying an appropriate voltage.

さらに第1図(b)に示す構成の素子においても、入力
側の非対称分岐路の一方の光導波路のみにTE/TMモ
ード光を入力すると、同図(a)の素子と同様の機能を
発揮することができる。また入力端の非対称分岐路の両
方にTE/TMモード光を入力すると2人力対2出力の
マトリックス光スイッチを構成することが可能である。
Furthermore, the element with the configuration shown in Figure 1(b) exhibits the same function as the element in Figure 1(a) when TE/TM mode light is input to only one optical waveguide of the asymmetric branch path on the input side. can do. Furthermore, by inputting TE/TM mode light to both of the asymmetric branch paths at the input end, it is possible to configure a two-manpower/two-output matrix optical switch.

以下本発明の実施例について順次にこれを説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially explained.

実1」[L この例では基板材料にLi、NbO:+結晶を使用し、
該結晶のY軸方向に光を伝搬し、Y軸方向に電界を印加
する、いわゆるZ軸伝搬L I N b 03素子上に
構成した本発明による偏光無依存性光スイッチについて
述べる。
Actual 1” [L In this example, Li, NbO:+ crystal is used as the substrate material,
A polarization-independent optical switch according to the present invention constructed on a so-called Z-axis propagation L I N b 03 element that propagates light in the Y-axis direction of the crystal and applies an electric field in the Y-axis direction will be described.

ここで採用した静的位相操作手段は、前述の手段■に示
す絶縁材料を装荷する方法であり、材料としてはフォト
レジスト(屈折率n=1.64)を使用した。このとき
の構成を第5図に示す。フォトレジストによりクラッド
層8を形成している。
The static phase manipulation means adopted here was a method of loading an insulating material as shown in the above-mentioned means (2), and photoresist (refractive index n=1.64) was used as the material. The configuration at this time is shown in FIG. A cladding layer 8 is formed of photoresist.

第6図はフォトレジスト長lに対する静的位相差(Δφ
= a 十b )を示したものであり、直線9は第5図
の分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路の下側
の光導波路1aに、直線10は上側の光導波路1bにそ
れぞれフォトレジストを装荷したときの特性である。い
ずれもほぼ直線的に変化している。フォトレジストを装
荷しないときでも静的位相差(約0.7π)があるが、
これは分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導波路1
a、 ]、bの分岐長の違いによるもので前述の手段■
の操作を予め施したことに相当する。いずれにしてもフ
ォトレジスト長を適当に選ぶことにより偏光無依存性光
スイッチが構成できる。位相差Aφ=0すなわちA=6
mm(第5図において、2つの分岐路のうち上側の光導
波路1bに長さ6胴のフォトレジストを装荷)のとき偏
光無依存性光スイッチができる。
Figure 6 shows the static phase difference (Δφ
= a + b), where the straight line 9 connects to the lower optical waveguide 1a of the two optical waveguides that constitute the branching interference type optical modulator shown in Fig. 5, and the straight line 10 connects to the upper optical waveguide 1b. These are the characteristics when loaded with photoresist. Both change almost linearly. There is a static phase difference (approximately 0.7π) even when no photoresist is loaded, but
This is the two optical waveguides 1 that make up the branching interference type optical modulator.
This is due to the difference in branch lengths of a, ], and b, and the above method ■
This corresponds to performing the operation in advance. In any case, by appropriately selecting the photoresist length, a polarization-independent optical switch can be constructed. Phase difference Aφ=0 or A=6
mm (in FIG. 5, a photoresist having a length of 6 cylinders is loaded on the upper optical waveguide 1b of the two branch paths), a polarization-independent optical switch is created.

第7図はl=6mmのときのTEモード光およびTMモ
ード光に対する非対称7分岐路の各出力(a) 、 (
b)の光出力対印加電圧特性である。TE/TM両モー
ド光に対してほぼ同じ特性を示している。即ち偏光に依
存しない偏光無依存性光スイ・ソチとして動作している
。TE/TM両モード光を含む円偏光を入射したときの
消光比は20dB以上と高く、動作電圧も±7■と低い
Figure 7 shows the respective outputs (a), (
b) is the optical output versus applied voltage characteristic. It shows almost the same characteristics for both TE and TM mode light. That is, it operates as a polarization-independent optical switch that does not depend on polarization. The extinction ratio when circularly polarized light including both TE/TM mode light is incident is as high as 20 dB or more, and the operating voltage is as low as ±7.

このように本発明によれば、極めて容易にシングルモー
ド光ファイバーと直接結合でき、将来の光フアイバ通信
に不可欠な光スイ・ンチおよびマトリックス光スイッチ
を構成することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to configure an optical switch and a matrix optical switch that can be directly coupled to a single-mode optical fiber very easily and are indispensable for future optical fiber communications.

実新l」λ 第8図(a)は、本発明の構成において、特に静的位相
制御部として分岐干渉型光変調部を構成する2つの光導
波路の長さ(!1及びpz)を変えることにより実現し
た偏光無依存性光スイッチの実施例である。
Fig. 8(a) shows that in the configuration of the present invention, in particular, the lengths (!1 and pz) of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulation unit as the static phase control unit are changed. This is an example of a polarization-independent optical switch realized by this method.

実施■主 第8図(b)は、本発明の構成において、特に静的位相
制御部として分岐干渉形光変調部の光導波路を形成する
Ti膜厚Dり、tz)を変えることにより実現した偏光
無依存性光スイッチの実施例である。
Implementation ■Main Figure 8(b) is realized by changing the Ti film thickness D, tz) forming the optical waveguide of the branching interference type optical modulation unit as the static phase control unit in the configuration of the present invention. This is an example of a polarization-independent optical switch.

ス」【医土 第8図(c)は、本発明の構成において、特に静的位相
制御部として分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導
波路の幅(wl、 wz)を変えることにより実現した
偏光無依存性光スイッチの実施例である。
Figure 8 (c) shows that in the configuration of the present invention, in particular, by changing the widths (wl, wz) of the two optical waveguides constituting the branching interferometric optical modulator as the static phase control unit. This is an example of a realized polarization-independent optical switch.

実画Ll 第8図(d)は、本発明の構成において、特に静的位相
制御部として複数の操作を行った場合で、分岐干渉形光
変調部を構成する2つの光導波路の長さ(I!、I及び
2□)及び該光導波路の一部に絶縁材料を装荷9するこ
とにより実現した偏光無依存性光スイッチの実施例であ
る。
Actual image Ll FIG. 8(d) shows the length of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator ( This is an example of a polarization-independent optical switch realized by loading an insulating material 9 on a part of the optical waveguide (I!, I and 2□) and the optical waveguide.

(発明の効果) 以上詳細に説明してきたように本発明によれば以下にの
べる種・りの利点がある。
(Effects of the Invention) As described above in detail, the present invention has the following advantages.

まず本発明に係る光スイッチは、光方向性結合器でなく
非対称Y分岐形光スイッチであるので、製作条件および
精度が厳しくなく、設計も容易であるから製作が容易で
ある。偏光無依存性光スイッチを静的位相制御部を設け
るだけで形成できるので構成が簡易である。製作条件を
適当に選べば零バイアス動作の偏光無依存性光スイッチ
を構成できるのでバイアス電圧が不要となる。
First, since the optical switch according to the present invention is not an optical directional coupler but an asymmetrical Y-branch type optical switch, the manufacturing conditions and precision are not strict, and the design is easy, so it is easy to manufacture. The configuration is simple because the polarization-independent optical switch can be formed by simply providing a static phase control section. If manufacturing conditions are appropriately selected, a polarization-independent optical switch operating at zero bias can be constructed, so no bias voltage is required.

特にLiNbO3結晶のY軸方向に光を伝搬し、Y軸方
向に電界を印加するいわゆるZ軸転FML i N b
 O3結晶上に構成した偏光無依存性光スイッチは、光
に対して損傷が少な(Ti拡散時にTi20の外拡散が
なく、容易に基本モード光導波路を形成することができ
る。さらに印加電界により非対称分岐路の各出力を連続
的に変化することができるのでアナログ光変調が可能と
なる。
In particular, the so-called Z-axis rotation FML i N b propagates light in the Y-axis direction of LiNbO3 crystal and applies an electric field in the Y-axis direction.
A polarization-independent optical switch constructed on an O3 crystal has little damage to light (there is no outward diffusion of Ti20 when Ti is diffused, and a fundamental mode optical waveguide can be easily formed. Furthermore, it is possible to easily form a fundamental mode optical waveguide. Since each output of the branch path can be changed continuously, analog optical modulation becomes possible.

また、特にZ軸転′tiL i N b 0 !素子は
、LiNb0.結晶の自然複屈折の影響を避けた構成の
ため位相整合が容易で、静的位相制御部を設けるだけで
TE/TMモード光分離器を他の光導波路形光デバイス
とともに同一基板上に形成することができ、将来の高機
能デバイスの実現が可能である(機能の異なる素子の集
積化が可能である)。
Also, especially the Z-axis rotation'tiL i N b 0! The device is made of LiNb0. Phase matching is easy because the structure avoids the effects of natural birefringence of the crystal, and a TE/TM mode optical separator can be formed on the same substrate with other optical waveguide devices by simply providing a static phase control section. This makes it possible to realize future high-performance devices (integration of elements with different functions is possible).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明光スイッチの基本構成図を示し、 第2図は、従来の光スイッチの各種構成図を示し、 第3図、第4図は本発明光スイツチ素子の光出力対印加
電圧特性と光出力位相特性とをそれぞれ示し、 第5図は、本発明光スイッチの一実施例を示し、第6図
、第7図は、第5図示実施例におけるフォトレジスト長
対静的位相差特性と光出力対印加電圧特性とをそれぞれ
示し、 第8図は、本発明光スイッチのいくつかの実施例を示す
。 1、 la、 Ib・・・光導波路 2・・・電極3・
・・分岐干渉形光変調部 4・・・非対称7分岐路  5・・・静的位相制御部6
・・・入力光      7.7a、 7b・・・出力
光8・・・クラッド層    11・・・装荷絶縁材料
特許出願人  日 本放送 協 金 弟1図 第3図 老+Ah廿fF加電圧特姓 (b) 2λh2f1717 (b) 傷尤焦依存ネ主tスイッチの特性 電圧− ■のボh光 を圧(v) 一家宕塁i刈(暑) 第7図 1オtfF力at圧特イ圭 (b> 7bの丈り尤 f圧(V) 田 づ
FIG. 1 shows a basic configuration diagram of the optical switch of the present invention, FIG. 2 shows various configuration diagrams of conventional optical switches, and FIGS. 3 and 4 show optical output vs. application of the optical switch element of the present invention. FIG. 5 shows an embodiment of the optical switch of the present invention, and FIGS. 6 and 7 show the photoresist length versus static position in the fifth illustrated embodiment. The phase difference characteristics and the optical output versus applied voltage characteristics are shown, respectively, and FIG. 8 shows several embodiments of the optical switch of the present invention. 1. la, Ib... optical waveguide 2... electrode 3.
・Branching interferometric optical modulator 4 ・Asymmetrical 7 branch paths 5 ・Static phase controller 6
... Input light 7.7a, 7b ... Output light 8 ... Cladding layer 11 ... Loaded insulating material patent applicant Japan Broadcasting Co., Ltd. Kintei 1 Fig. 3 O+Ah 廿fF applied voltage characteristics (b) 2λh2f1717 (b) Characteristic voltage of the main t switch depending on the intensity of the damage - Pressure of the light of ■ (v) Pressure of the light of the family (V) Figure 7 1. b> 7b length and f pressure (V)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、任意の偏波面を有する光の光路を切り換える光スイ
ッチにおいて、 当該光スイッチがその光導波路構成として 分岐干渉形光変調部と少なくとも1つの非対称Y分岐部
とを具備し、該非対称Y分岐部がY分岐した2つの光導
波路の等価屈折率が異なる非対称なY分岐路であり、 前記光スイッチがさらに、前記分岐干渉形 光変調部の光導波路の一方もしくは両方に印加電界に依
存しない静的位相制御部を有して、光変調動作点を制御
する手段を具えることを特徴とする偏光無依存性光スイ
ッチ。 2、請求項1記載の光スイッチにおいて、前記静的位相
制御部が前記分岐干渉形光変調部を構成する2つの光導
波路の長さを変える制御部であることを特徴とする偏光
無依存性光スイッチ。 3、請求項1記載の光スイッチにおいて、前記静的位相
制御部が前記分岐干渉形光変調部の2つの光導波路のう
ち一方または両方の光導波路の等価屈折率を変える制御
部であることを特徴とする偏光無依存性光スイッチ。 4、請求項3記載の光スイッチにおいて、前記静的位相
制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路の屈折率よ
り小さい屈折率を有し、透明な絶縁材料を該光導波路上
に装荷する制御部であることを特徴とする偏光無依存性
光スイッチ。 5、請求項3記載の光スイッチにおいて、前記静的位相
制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路幅を変える
制御部であることを特徴とする偏光無依存性光スイッチ
。 6、請求項3記載の光スイッチにおいて、前記静的位相
制御部が前記分岐干渉形光変調部の光導波路を形成する
チタン膜厚を変える制御部であることを特徴とする偏光
無依存性光スイッチ。 7、請求項1から6いずれかに記載の光スイッチの基板
材料が結晶のZ軸方向に光を伝搬し、Y軸方向に電界を
印加するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムで
あることを特徴とする偏光無依存性光スイッチ。 8、請求項1から6いずれかに記載の光スイッチの基板
材料が結晶のX軸方向に光を伝搬し、Z軸方向に電界を
印加するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムで
あることを特徴とする偏光無依存性光スイッチ。
[Claims] 1. An optical switch that switches the optical path of light having an arbitrary plane of polarization, the optical switch comprising a branching interference type optical modulator and at least one asymmetric Y-branch as its optical waveguide configuration. , the asymmetric Y-branch is an asymmetric Y-branch where the two Y-branched optical waveguides have different equivalent refractive indexes, and the optical switch further applies a voltage to one or both of the optical waveguides of the branching interferometric optical modulator. 1. A polarization-independent optical switch, comprising means for controlling an optical modulation operating point by having a static phase control section that does not depend on an electric field. 2. The optical switch according to claim 1, wherein the static phase control section is a control section that changes the length of two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulation section. light switch. 3. The optical switch according to claim 1, wherein the static phase control section is a control section that changes the equivalent refractive index of one or both of the two optical waveguides of the branching interferometric optical modulation section. Features: Polarization-independent optical switch. 4. The optical switch according to claim 3, wherein the static phase control section has a refractive index smaller than the refractive index of the optical waveguide of the interferometric optical modulation section, and a transparent insulating material is loaded on the optical waveguide. 1. A polarization-independent optical switch characterized by being a control unit for controlling polarization. 5. The polarization-independent optical switch according to claim 3, wherein the static phase control section is a control section that changes the width of the optical waveguide of the interferometric optical modulation section. 6. The optical switch according to claim 3, wherein the static phase control section is a control section that changes the thickness of a titanium film forming an optical waveguide of the branching interference type optical modulation section. switch. 7. The substrate material of the optical switch according to any one of claims 1 to 6 is lithium niobate or lithium tantalate, which propagates light in the Z-axis direction of the crystal and applies an electric field in the Y-axis direction. polarization-independent optical switch. 8. The substrate material of the optical switch according to any one of claims 1 to 6 is lithium niobate or lithium tantalate, which propagates light in the X-axis direction of the crystal and applies an electric field in the Z-axis direction. polarization-independent optical switch.
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