JPH02928A - 導波型光スイッチ - 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） この発明は光路の切換えを行なうための導波型光スイッ
チ、特に対称Ｙ分岐及び非対称Ｙ分岐を組み合せた構造
の光スィッチに間する。

（従来の技術） 従来より、対称Ｙ分岐及び非対称Ｙ分岐を結合して成る
非対称Ｘ分岐を用いた導波型４ポート光スイツチが提案
されており、例えば文献Ｉ：昭和５８年度電子通信学会
総合全国大会講演論文集、昭和５８年３月５日発行、ｐ
４−１３１にこの種の光スイ・ソチの動作原理及び構成
の説明がなされている。

非対称Ｘ分岐を用いた光スィッチの動作条件は、θを分
岐角、６Ｂを２本の導波路の伝搬定数差及びγを導波路
からの光のしみ出しｌを表すパラメークとすれば、θ〈
〈（６β／γ）となり、これかため−数的な光スィッチ
と比較して作成し易く、また動作させ易いという利点を
有する。

第６図は従来の非対称Ｘ分岐を用いた光スィッチの構成
を概略的に示す平面図である。

同図に示す従来の光スィッチでは、Ｌ　ｉＮｂ○３基板
（２板）１０に、導波路幅の等しい導波路１２ａ及び＋
２ｂから成る対称Ｙ分岐１２と、導波路幅の広い導波路
１４ａ及び狭い導波路＋４ｂから成る非対称Ｘ分岐１４
とを、これら分岐１２．１４がＸ分岐を構成するように
結合させで設け、さらに導波路１２ａ、　１２ｂ上にそ
れぞれ対称Ｙ分岐１２の屈折率差を電気的に制御するた
めの制御電極１６ａ、１６ｂを設けていた。

制御電極１６ａ、１６ｂの印加電圧を調整することによ
って導波路１２ａ、１２ｂの屈折率差を制御し、この屈
折率差の制御によって光路の切換えが行なわれる０例え
ば導波路１２ａに入力された光を導波路１４ａから出力
させ或は導波路＋２ｂに入力された光を導波路＋４ｂか
ら出力させる場合には導波路１２ａの屈折率が導波路＋
２ｂの屈折率よりも高くなるように屈折率差を制御し、
また導波路１２ａに入力された光を導波路＋４ｂから出
力させ或は導波路＋２ｂに入力された光を導波路１４ａ
から出力させる場合には導波路１２ａの屈折率か導波路
＋２ｂの屈折率よりも低くなるように屈折率差を制御す
る。

（発明が解決しようとする課題） 非対称Ｘ分岐を用いた光スィッチのクロストク特性を向
上させることを考えた場合、対称Ｙ分岐にあける固有モ
ードの界分布の状＠を、非対称Ｘ分岐における固有モー
ドの界分布の状態に近づけることが望まれる。

しかしながら上述の従来の非対称Ｘ分岐を用いた光スィ
ッチでは、電極を、電極形成領域の導波路中に電界強度
がほぼ一定となるような電界を形成する電極としており
、従って対称Ｙ分岐の電極形成領域における導波路の屈
折率差はほぼ一定となる。

これがため、対称Ｙ分岐における固有モードの界分布の
状態を非対称Ｘ分岐における固有モードの界分布の状態
に近づけることが難しく、従って従来の光スィッチでは
充分なりロストーク特性の向上が図れなかった。

この発明の目的は上述した従来の問題点を解決し、従来
よりもクロストーク特性の向上を図れる導波型光スイッ
チヲ撮供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の導波型光スイ・
ンチにあっては、 非対称Ｘ分岐と対称Ｙ分岐とを、これら非対称及び対称
Ｙ分岐がＸ分岐を構成するように結合させて基板に設け
、対称Ｙ分岐に対して屈折率差を電気的に制御するため
の電極を設けて成る導波型光スイ・ンチにおいて、 電極を、対称Ｙ分岐の分岐点近傍の範囲の領域において
対称Ｙ分岐の分岐点から遠ざかるに従い電界強度が大き
くなるような電界を形成する電極としたことを特徴とす
る。

この発明の実施に当っては、電極を、電界強度が分岐点
の近傍の領域外においてほぼ一定の強度となるような電
界を形成する電極とするのが好適である。

さらにこの発明の実施に当り、対称Ｙ分岐の開き角かこ
の対称Ｙ分岐の分岐点から遠ざかるに従い大きくなるよ
うにすると共に、非対称Ｘ分岐の開き角がこの非対称Ｘ
分岐の分岐点から遠ざかるに従い大きくなるようにする
のが好適である。

（作用） このような構造の導波型光スイッチによれば、電極を、
対称Ｙ分岐の分岐点近傍の領域においで対称Ｙ分岐の分
岐点から遠ざかるに従い電界強度が大きくなるような電
界を形成する電極とする。

従ってこのような電界を形成する電極を介しで、対称Ｙ
分岐の分岐点近傍の領域において分岐点から遠ざかるに
従い屈折率差が大きくなるように、対称Ｙ分岐の屈折率
差を制御することが出来る。

その結果、対称分岐における固有モードの界分布の状態
を、非対称Ｘ分岐における固有モードの界分布の状態に
近づけることが出来、これがため従来よりも良好なりロ
ストーク特性を望める。

（実施例） 以下、図面を参照し、この発明の実施例につき説明する
。尚、図面はこの発明が理解出来る程度に概略的に示さ
れでいるにすぎず、従って各構成成分の形状、配設位コ
、寸法、相対的位ゴ閣係は図示例に限定されるものでは
ない。

第二Ｊ１ｉ倒 第１図はこの発明の第一実施例の構成を概略的に示す平
面図である。

同図に示すようにこの実施例の導波型光スイッチは、非
対称Ｙ分岐２０と対称Ｙ分岐２２とを、これら分岐２０
．２２がＸ分岐２３を構成するように結合させて基板２
４に設け、対称Ｙ分岐２２に対して屈折率差を電気的に
制御するための電極２６＠：設け、この電極２６を、対
称Ｙ分岐２２の分岐点Ｓ近傍の領域においてこの分岐点
Ｓから遠ざかるに従い電界強度か大きくなるような電界
を形成する電極とした構造を有する。

しかも、この実施例では対称分岐２２における固有モー
ドの界分布の状態を、非対称分岐２０における固有モー
ドの界分布の状態により理想的に近づけるために電極２
６ヲ、電界強度が分岐点Ｓ近傍の領域外においてほぼ一
定の強度となるような電界を形成する電極とする。

従ってこの実施例では、電極２６によって、分岐点Ｓか
ら遠ざかるに従い電界強度が大きくなり、やがて電界強
度がほぼ一定となるような電界を形成することが出来る
。

従ってこのような電界を形成する電極２６！介して対称
分岐２２の屈折率差を、分岐点Ｓがら分岐２２の入出力
ボート２８ａ、　２８ｂ側に遠ざかるに従い大きくなり
やがてほぼ一定となるように、変化させることが出来る
。その結果、従来よりもクロストーク特性を向上するこ
とが出来る。

尚、第１図中、非対称分岐２０の分岐端部を入出力ボー
トとして符号３０ａ、　３０ｂで示す。

以下、より詳しくこの実施例の構成につき説明する。

非対称分岐２０は導波路幅の狭い導波路２０ａ及び導波
路幅の広い導波路２０ｂがら、また対称分岐２２は導波
路幅の等しい導波路２２ａ及び２２ｂがら成り、これら
分岐２０及び２２の合流側端部を結合することによって
Ｘ分岐２３を構成している。

また基板２４として例えばし１Ｎｂ０３基板のＸカット
板又はｙカット板を用いる。Ｘ又はｙカット板を用いる
場合には、電極２６を電極部材２６ａ。

２６ｂ及び２６ｃ　％以って構成し、これら部材２６ａ
、２６ｂ、２６ｃを次に述べるように配設する。すなわ
ち、電極部材２６ａを対称分岐２２の分岐点Ｓの近傍の
導波路上の領域から導波路２２ａ、２２ｂの間の基板上
の領域に延在させて設け、電極部材２６ｂを電極部材２
６ａとは反対側の基板上の領域に導波路２２ａとＭ間さ
せで設け、ざらに電極部材２６ｃを電極部材２６ａとは
反対側の基板上の領域に導波路２２ｂとＭ間させて設け
る。

そして、電極部材２６ａ及び２６ｂの基板面に沿ったＭ
闇路Ｍ（部材２６ａ、　２６ｂのエッヂ間の距Ｎ）を、
分岐点Ｓ近傍の領域においては分岐点Ｓから分岐２２の
ポート３０ａ、　３０ｂの側に遠ざかるに従い短くなる
と共に、これと共に分岐点Ｓ近傍の領域外においてはほ
ぼ一定の距離となるように、設定する。

同様に、電極部材２６ａ及び２６ｃの基板面に沿った離
間距ｇｌ（部材２６ａ、２６ｃのエッヂ間の距Ｍ）を、
分岐点Ｓ近傍の領域においでは分岐点Ｓがら分岐２２の
ボート３０ａ、３０ｂの側に遠ざかるに従い短くなり、
これと共に分岐点Ｓ近傍の領域外においではほぼ一定と
なるように、設定する。

電界強度は電極部材のＭ間距離が短い位百では強く及び
長い位冨では弱くなり、これら電界強度の強弱に応じて
対称分岐２２における屈折率差が大きく又は小ざくなる
。従ってこれら電極部材のＭ闇路Ｍを任意好適に設定す
ることによって、対称分岐２２における固有モード（偶
モード光又は奇モード光）の界分布の状態が、非対称分
岐２ｏにおける固有モード（偶モード光又は奇モード光
）の界分布の状態に近づくように、対称分岐２２の屈折
率差を形成することが出来る。

非対称分岐２０及び対称分岐２２の両分岐において固有
モードの界分布が一敗するように電極部材のＭ間距離を
設定すれば最も理想的にクロストーク特性を向上するこ
とが出来るが、実用上充分なりロストーク特゛けを得ら
れるならば、電極部材の離闇路ｗ１をどのように設定し
ても良く、例えば電極部材間のＭ闇路Ｍを分岐点Ｓ近傍
の領域外においてほぼ一定の距離としなくでも良い。

次に、第２図及び第３図を参照し、光スィッチの動作に
つき説明する。

第２図（Ａ）及びＣＢ）はそれぞれ非対称及び対称分岐
の分岐点（導波路間隔ｈ＝０）における偶モード又は奇
モードの界分布及び屈折率分布を模式的に示す図、また
第３図（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ非対称及び
対称分岐の分岐点から層れた位Ｍ（導波路間隔ｈ　＞ｏ
）における偶モード又は奇モードの界分布、非対称分岐
の分岐点から離れた位置における屈折率分布及び対称分
岐の分岐点から離れた位置における屈折率分布を模式的
に示す図である。

この光スィッチの動作原理は従来と同様であり、光の光
路切換えが非対称分岐２０のモード分離の作用を利用し
て行なわれる。

ます、モード分離の作用につき説明する。第２図（Ａ）
及び（Ｂ）にも示すよう１こ非対称分岐２２の分岐点Ｔ
の位置において偶モード２８．又は奇モード２８゜か励
起され、これらモード２８．又は２８゜が分岐点Ｔ側か
らボート３Ｑａ、　３０ｂ側へ伝搬する場合、第３図（
Ａ）及び（Ｂ）にも示すように偶モード２８．は巾の広
い導波路２０ｂにパワーを移し、奇モード２８゜は巾の
狭い導波路２０ａにパワを移す。

また逆に、光が非対称分岐２０のポート３０ａ、　３０
ｂ側から分岐点Ｔ側へ伝搬する場合、光か巾の広い導波
路２０ｂに入力されたときには分岐点Ｔの位置において
偶モード２８．が、また狭い導波路２０ｂに光が入力さ
れたときには分岐点Ｔの位置において奇モード２８゜が
励起される。

光の光路切換えは次に述べるようにして行なわれる。

非対称分岐２０の導波路巾の広い導波路２０ｂに光を入
力すると、偶モード光が非対称分岐２０ヲ伝搬してゆく
、偶モード光は屈折率の高い導波路にパワーを集中する
ので、導波路２０ｂに入力した光を対称分岐２２の導波
路２２ａがら出力させる場合には導波路２２ａの屈折率
を導波路２２ｂの屈折率よりも高めるように導波路２２
ａ、２２ｂの屈折率を電気的に制御する（例えば電極部
材２６ａをアースとし電極部材２６ｂ、２６ｃにそれぞ
れ任意好適な正の電圧値の電圧を印加する）、そして導
波路２２ｂから出力させる場合には、導波路２２ｂの屈
折率を導波路２２ａの屈折率よりも高めるようにする（
例えば電極部材２６ａ　＠アースとし電極部材２６ｂ、
２６ｃにそれぞれ任意好適な負の電圧値の電圧を印加す
る）。

また光を非対称分岐２０の導波路巾の狭い導波路２０ａ
に入力すると、奇モード光が励起され、励起された奇モ
ード光が非対称分岐２０を伝搬してゆく、奇モード光は
屈折率の低い導波路にパワーを集中するので、導波路２
０ａから入力された光を導波路２２ａから出力させる場
合には導波路２２ａの屈折率か導波路２２ｂの屈折率よ
りも低くなるように、及び導波路２２ｂから出力させる
場合には導波路２２ｂの屈折率が導波路２２ａの屈折率
よりも低くなるようにする。

ざらに光を対称分岐２２の導波路２２ａから入力させた
場合、巾の広い導波路２０ｂがら出力させるには導波路
２２ａ、２２ｂの屈折率差を偶モード光が励起されるよ
うに電気的に制御し、及び巾の狭い導波路２０ａから出
力させるには導波路２２ａ、２２ｂの屈折率差を奇モー
ド光が励起されるように電気的に制御する。同様に、光
を対称分岐２２の導波路２２ｂから入力させた場合、巾
の広い導波路２０ｂがら出力させるには導波路２２ａ、
２２ｂの屈折率差を偶モード光が励起されるように制御
し、また巾の狭い導波路２０ａから出力させるには導波
路２２ａ、　２２ｂの屈折率差を奇モード光が励起され
るように電気的に制御する。

上述のように動作する光スィッチにおいてクロストーク
特性を向上させるには、非対称分岐２ｏ及び対称分岐２
２の作用が実質的に均等となるようにすることが望まれ
る。

非対称分岐２０の分岐点Ｔの位置においては導波路２０
ａ、２０ｂ　；／）＜接近しでおりどこが導波路の境界
かわからない、従って分岐点Ｔの位置においては、導波
路２０ａ、２０ｂ　％対称な（導波路巾の等しい）−本
の導波路と等価とみなすことが出来る０分岐点Ｔから離
れた位置では導波路２０ａ、２０ｂは非対称であり（導
波路巾が異なり）、従ってこのような非対称分岐２０の
対称から非対称への変化の様子を調べ、非対称分岐２０
の変化の様子と同等の変化を対称分岐２２においても生
ずるようにすれば、非対称分岐２０と実質的に均等なモ
ード分離の作用を対称分岐２２にもたせることが出来る
。

第４図は非対称分岐及び対称分岐の作用が均等となるよ
うにしたときの対称分岐における導波路間隔及び屈折率
差の関係の一例を示す図である。

非対称分岐２０及び対称分岐２２の分岐角が像小なとき
、異なる導波路巾Ｗ＋　、Ｗ２の二本の平行導波路（５
層構造導波路）の固有モード方程式■を用いて非対称分
岐２０の解析を近似的に行なえ、また等しい導波路中Ｗ
３　、Ｗａの二本の平行導波路（５層構造導波路）の固
有モード方程式■を用いて対称分岐２２の解析を近似的
に行なえる。

第４図は、固有モードの伝搬定数が等しくなるようにし
て固有モード方程式１、ＩＩを解くことによって、対称
分岐における導波路間隔り及び屈折率差６ｎ（ｈ、６ｎ
については第３図参照）の関係を解析したものであり、
縦軸に屈折率差６ｎ及び横軸に導波路間隔ｈｔ取って示
しである。

但し、固有モード方程式Ｉ、ｌｉｔ解くに当り、導波路
巾Ｗ＋　＝６ｕｍ、Ｗ２　＝９ｕｍ、Ｗ３　＝Ｗａ＝７
．５ｕｍ基板及び導波路の平均的屈折率差Δｎ＝２ｘ１
０−３．４Ｘ１０−３及び６Ｘ１０−３光の波長λ＝１
．３ｕｍとした。

第４図にも示すように、非対称分岐２０及び対称分岐２
２の作用が均等となるとき、導波路間隔ｈ＝０では対称
性が見出せ間隔りが大となるに従い非対称性が強くなっ
ていることが理解出来る。

対称分岐２２の屈折率差は、対称分岐２２の分岐点Ｓ近
傍の領域例えば導波路間隔ｈ＝ｏ〜約２μｍの領域にお
いて分岐点Ｓから遠ざかるに従い急激に増加し、やがて
分岐点Ｓ近傍の領域外例えば導波路間隔ｈ〉約２ｕｍの
９Ｎ域においてほぼ一定となっている。

対称分岐２２の作用を非対称分岐２０の作用と同等とす
るには、例えば第４図に示すように導波路間隔りに応し
た屈折率差６ｎを対称分岐２２において形成すれば良く
、従って分岐点Ｓ近傍では分岐点Ｓから遠ざかるに従い
電界強度が強くなるような電界を、また分岐点Ｓ近傍の
領域外では電界強度がほぼ一定となるような電界を形成
すれば良い。

対称及び非対称分岐の作用を実質的に均等とすることに
よって、対称分岐における偶及び奇モードの界分布の状
態を非対称分岐における偶及び奇モードの界分布の状態
に近づけることが出来、これがためクロストーク特性の
向上が図れる。

クロストーク特性を理想的に向上するためには対称分岐
の屈折率差を、第４図にも示すように分岐点Ｓ近傍で急
激に変化しやがて分岐点Ｓ近傍の領域外でほぼ一定とな
るように変化させるのが良いが、分岐点Ｓ近傍の領域外
で一定となるように変化させなくともクロストーク特性
の向上を望める。

鼠ｆｆ１例 第５図はこの発明の第二実施例の構成を概略的に示す平
面図である。尚、第一実施例と対応する構成成分につい
ては同一の符号を付しで示す。

以下、第一実施例と相違する点につき述べ、篤−実施例
と同様の点については説明を省略する。

第一実施例では非対称分岐２０及び対称分岐２２を直線
導波路から構成しているので、分岐点Ｓ近傍の領域で屈
折率差の変化が急激な変化となるが、このような急激な
変化はモード変換の原因となり従ってクロストーク特性
の劣化を招くものである。

そこで、この第二実施例では非対称分岐２０及び対称分
岐２２を曲線導波路を以って構成することによって、非
対称分岐２０の開き角がこの分岐２０の分岐点Ｔから遠
ざかるに従い大きくなるようにすると共に、対称分岐２
２の開き角がこの分岐２２の分岐点Ｓから遠ざかるに従
い大きくなるようにする。

このような構成とすることによって、分岐点Ｓ近傍の領
域での屈折率差の変化を第一実施例の場合よりもゆるや
かな変化とすることが出来従ってクロストーク特性を第
−実施例よりも向上することが出来る。

この発明は上述した実施例に述べるものに限定されるも
のではなく、従って各構成成分の形状、形成材料、配設
位置、寸法、数１的条件その他の条件を任意好適に変更
することが出来る。

例えば基板材料としてＬｉＮｂＯ２、ＧａＡｓその他の
任意好適な基板材料を用いて良い。また基板としてＸ及
びｙカット板の他、２カツト板を用いても良い。

また対称分岐における偶及び奇モードの界分布の状態を
非対称分岐１こおける偶及び奇モードの界分布の状態に
実質的に近づけることが出来る電界を形成するのであれ
ば、対称分岐に対して設けられる電極の構成、形状及び
配設位置は問わない。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなようｆこ、この発明の導波
型光スイ・ンチによれば、対称分岐に対して設けられる
電極を、対称Ｙ分岐の分岐点近傍の領域において対称Ｙ
分岐の分岐点から遠ざかるに従い電界強度が大きくなる
ような電界を形成する電極とする。

従ってこのような電界を形成する電極を介して、対称Ｙ
分岐の分岐点近傍の慶域においで分岐点から遠ざかるに
従い屈折率差が大きくなるように、対称Ｙ分岐の屈折率
差を制御することが出来る。

その結果、対称分岐における奇モード又は偶モードの界
分布の状態を、非対称Ｙ分岐における奇モード又は偶モ
ードの界分布の状態に近づけることが出来、これがため
従来よりも良好なりロストーク特性を望める。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一実施例の説明に供する平面図、 第２図（Ａ）は分岐点における偶モード又は奇モードの
界分布を模式的に示す図、及び第２図（Ｂ）は分岐点に
おける屈折率分布を模式的に示す図、 第３図（Ａ）は分岐点から離れた位置における偶モード
又は奇モードの界分布を模式的に示す図、第３図（Ｂ）
は分岐点から離れた位置における非対称分岐の屈折率分
布を模式的に示す図、第３図（Ｃ）は分岐点から離れた
位置における対称分岐の屈折率分布を模式的に示す図、
第４図は対称分岐における導波路間隔及び屈折率差の関
係を示す図、 第５図はこの発明の第二実施例の説明に供する平面図、 第６図は従来の導波型光スイッチの説明に供する平面図
である。 ２０−・・非対称分岐、　　２２−・・対称分岐２０ａ
、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ　−・・導波路２４・・・基
板、　　　　　２６・・・電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃ
　＋＋電極部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）非対称Ｙ分岐と対称Ｙ分岐とを、これら非対称及
   び対称Ｙ分岐がＸ分岐を構成するように結合させて基板
   に設け、前記対称Ｙ分岐に対して屈折率差を電気的に制
   御するための電極を設けて成る導波型光スイッチにおい
   て、 前記電極を、前記対称Ｙ分岐の分岐点近傍の範囲の領域
   において前記対称Ｙ分岐の分岐点から遠ざかるに従い電
   界強度が大きくなるような電界を形成する電極としたこ
   とを特徴とする導波型光スイッチ。
2. （２）前記電極を、前記電界強度が前記分岐点の近傍の
   領域外においてほぼ一定の強度となるような電界を形成
   する電極としたことを特徴とする請求項１に記載の導波
   型光スイッチ。
3. （３）前記対称Ｙ分岐の開き角が該対称Ｙ分岐の分岐点
   から遠ざかるに従い大きくなるようにすると共に、前記
   非対称Ｙ分岐の開き角が該非対称Ｙ分岐の分岐点から遠
   ざかるに従い大きくなるようにすることを特徴とする請
   求項１〜２のいずれか−項に記載の導波型光スイッチ。