JPH02235030A - 光方向性結合器 - 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、光方向性結合器に関する。より詳細には、光
ファイバ通信などの光線路切換や、光フアイバハイドロ
フォンなどの光ファイバセンサ等に用いられる方向性結
合型光スイッチ等に応用される光方向性結合器に関する
。

従来の技術 第２図を参照して光方向性結合器の動作原理を説明する
。第２図は、２本の近接して配置された単一モード三次
元光導波路１から２へ光パワーが移行する様子を模式的
に示した図である。第２図において、基板上の光導波路
１および２は、結合部４では光波長λの５倍程度の間隔
に近接して、光方向性結合器を構成している。このよう
な光方向性結合器では、原理的に２本の光導波路１およ
び２間で１００％の光パワーの授受が可能である。

この現象を利用して、高い消光比をもつ導波形光変調器
やスイッチが作られている。

以下、結合していない領域での２本の光導波路ｌおよび
２中における導波モードの伝搬定数β１とβ２とが等し
い場合の動作原理を説明する。第２図において、結合部
４を０≦２≦Ｌの領域とする。この結合領域では互いに
直交する正規モードとして、偶および奇対称モードが存
在し、それぞれの伝搬定数はβ。、β。である。いま、
入力端ｚ＝Ｑで、導波路１から光が人力されると、この
点で電界振幅が等しい偶・奇対称モードが同相で励起さ
れる。これらのモードが結合領域を伝搬していくにつれ
て、二つのモード間に位相差（β６−β。）Ｚが生ずる
。この位相差がπになる伝搬距離Ｌは Ｌ＝π／（β８−β。） である。ｚ＝Ｌでの偶・奇対称モードの合成電界分布は
、ｚ＜Ｌにおける導波路２中の導波モードの電界分布に
一致するので、結合領域中のすべての光パワーは導波路
２から取り出される。すなわち、結合部の長さを上記式
で定義されるＬに設定しておけば、光導波路１から２へ
１００％の光パワー移行が起こるので、上記Ｌを完全結
合長と呼ぶ。

結合部４で光導波路１、２間に電圧を印加すると上記の
位相差がπになる伝搬距離が変化する。

適当な電圧を印加すると、上記の伝搬距離は電圧を印加
しない場合の２になる。方向性結合型光スイッチは、こ
の性質を利用してスイッチングを行う。

方向性結合型光スイッチの構成を第３図（ａ）に示す。

第３図（ａ）の方向性結合型光スイッチは、ＬｉＮｂＯ
３結晶基板３上に、光導波路１および２を所定の長さの
部分が近接するような形状に形成し、光導波路１および
２が近接している部分を結合部４としたものである。光
導波路１および２の結合部４の上には、それぞれ電極５
および６が設けられている。

上記の方向性結合型光スイッチは、電極５、６間に電圧
が印加されていない状態で、光導波路１の一端１１から
入射した光が、結合部４を進む間に光導波路２へ完全に
移行し、光導波路２の端部２２から出射するように構成
されている。電極５、６間に所定の電圧を印加すると、
一方の光導波路から他方の光導波路へ光が移行するのに
要する伝搬長さが２になり、例えば光導波路１の一端１
１から入射した光は、結合部４を進む間に一度光導波路
２へ移行し、再びもとの光導波路１へ戻り、光導波路１
の他端１２から出射される。

発明が解決しようとする課題 上記の方向性結合型光スイッチ等に使用される光方向性
結合器は、光導波路を曲げて結合部を形成している。第
３図（ｂ）に、光方向性結合器の光導波路の曲がってい
る様子を示す。第３図ら）の光方向性結合器において、
光導波路１および２は、曲がりによる損失を低減するた
めに曲がり角度θを１゜程度とされている。そのため、
結合部４直前、直後の部分では、光導波路１および２の
間隔が小さいため、結合部４の手前で一方の光導波路か
ら他方へ光が移行したり、結合部４を通過してからもと
の光導波路へ光が再び移行して消光比が低下するという
問題があった。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
た消光比の高い光方向性結合器を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明に従うと、基板上で所定の長さに亘って互いに近
接してなる結合部を有するよう形成された複数の光導波
路を具備する方向性結合器において、前記複数の光導波
路間の前記結合部の前後の部分の前記基板表面に凹部が
形成されていることを特徴とする光方向性結合器が提供
される。

作用 本発明の光方向性結合器では、複数の光導波路の間の結
合部の前後の基板表面に凹部が形成されている。従って
、結合部前後の複数の光導波路の間には、光導波路より
もはるかに屈折率が小さい空気層以外に光を伝搬する媒
質がない。そのため、本発明の光方向性結合器では、結
合部の前後で複数の光導波路は光学的に完全に分離され
、τ方の光導波路中を伝搬する光は、結合部以外で他方
に移行することがないので消光比が改善される。

本発明の光方向性結合器では、凹部は、複数の光導波路
の間の結合部の前後に、光導波路に沿って三角形または
台形に形成されることが好ましい。

凹部が光導波路から離れて形成された小さい矩形の溝で
あると光の回折現象により、凹部以外のところから光が
廻り込むことがある。これに対して、光導波路に沿って
凹部が形成されていれば、光が廻り込むことがないから
である。

本発明の光方向性結合器で、例えば基板として１ｉＮｂ
０３結晶を用いる場合、凹部の加工は、以下のように行
うことが好ましい。すなわち、凹部以外の部分を光感光
性樹脂（フォトレジスト）などを用いておおい、フッ酸
や、反応性イオン二ソチングなどで、凹部に相当する基
板表面をエッチングして適当な深さまで除去する。

以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。

実施例 第１図（ａ）および（ｂ）に本発明の光方向性結合器を
示す。第１図（ａ）は斜視図、第ｌ図ら〕は光導波路の
結合部付近の平面図である。本実施例の方向性結合器は
、ＬＩＮｂＯｓ基板３上にＴｉ膜を蒸着して、エッチン
グにより２本の光導波路１あよび２のパターンを形成し
てから熱拡散させた。その後、結合部４０前後に凹８７
および８を反応性イオンエッチングで形成した。光導波
路１および２の幅はそれぞれ７μｍ１曲がり角は１゜で
あり、結合部４における両者の間隔は５μｍである。凹
部７および８は、光導波路１および２に沿って三角形に
、光導波路１および２の間隔が１０μｍとなる位置まで
形成した。また、凹部７および８の深さは、５μｍとし
た。

上記本発明の光方向性結合器と、凹部７および８がない
ところ以外は全く等しい光方向性結合器とを使用してク
ロストークの測定を行った。その結果、本発明の方向性
結合器では、クロストークが１２ｄＢ改善された。

本実施例では、第１図（ａ）および（ｂ）に示した光方
向性結合器についてのみ説明したが、本発明の光方向性
結合器の特徴である凹邪の形状は、第１図（Ｃ）に示し
た台形であっても効果は変わらない。また、第１図（ｄ
）および（ｅ）に示した形状の光導波路を有する光方向
性結合器に、本発明を応用することももちろん可能であ
る。

発明の効果 以上説明したように、本発明の光方向性結合器は、結合
部の前後の導波路間の基板表面に凹部を形成して、クロ
ストークを大幅に改善した。本発明の光方向性結合器を
使用することにより、高性能な方向性結合型光スイッチ
を作製することが可能である。

また、本発明は、光スイッチのみならず、同様の構成を
持つ、例えば光変調器などの導波路型デバイスに広く応
用することが可能である。

〔主な参照番号〕

■、２・・光導波路、 ３・・・基板、 ４・・・結合部、 ５、６・・電極、 ７、８・・・凹部、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上で所定の長さに亘って互いに近接してなる
   結合部を有するよう形成された複数の光導波路を具備す
   る方向性結合器において、前記複数の光導波路間の前記
   結合部の前後の部分の前記基板表面に凹部が形成されて
   いることを特徴とする光方向性結合器。
2. （２）前記凹部が、前記複数の光導波路に沿って三角形
   または台形の形状に形成されていることを特徴とする請
   求項（１）に記載の光方向性結合器。