JPH0293521A - 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） 本発明は光偏向素子を利用して光信号の切替を行う光ス
イッチに関するものである。

（従来の技術並びに発明の解決しようとする課題）ファ
イバー光通信システム等を構成する装置等では、信号担
体であるファイバー光を分岐し、切替える各種の光回路
素子を必要とする。これらの光回路素子は高性能である
ことに加えて、信頼性が高く、小型であることが要望さ
れている。

従来の光スイッチとしては、例えば、光ファイバからの
出射光を光学レンズにより平行光束とし、平行光束の光
路に設けた可動ミラまたは可動プリズムにより光路変換
を計るものや、対向する光ファイバを機械的に切替える
ものなどの機械的スイッチが用いられているが、この種
のスイッチは機械的な可動部を含むため可動部の摩耗等
に起因して信頼性が充分でないという欠点があり、また
高速応答性にも限界がある等の問題点があった。−力先
回路素子として誘電体や半導体の基板表面に屈折率の高
い層を形成して、これを光導波路とし、各種の光回路素
子を形成して、光スイッチの役割を果させようという試
みがなされている。

このような素子はレンズ、プリズム等の光学部品を組み
合わせて構成する方法に比べて、構造上小型であり又環
境変化に対して安定であることが期待される。このよう
な目的に用いられる可動部のない構成の光素子としては
、外部磁界を印加することにより入射光と出射光の偏向
方向がかわるファラデー素子を用いた光スイッチが存在
するが、この種のスイッチは偏向面切替に要する磁場を
大きくとらねばならずその結果電磁石等の装置の規模が
大形となりすぎる欠点があり、そのため実用化が困難な
情況である。一方、外部からの電気信号により結晶体の
屈折率を変化させ、それにより光路を制御する方法とし
て、例えば電気光学効果を用いた光スイッチが知られて
いる。この種の素子は印加する電気信号を変化せること
により直接光を制御できるメリットがある。いま、この
ような電気光学素子の一例として、第７ｒ！！Ｊに示す
ようにＡＰＰＬＩＥＤ　　０ＰＴＩＣ３ＶＯＬ２２゜Ｎ
ｏ、１６ＰＰ２４８８−２４７３　（１９８３）に開示
された光偏向素子について説明する。

光偏向素子７０を図示する本図面において、７１はＬｉ
ＮｂＯ３結晶、７２は電極、７３は７Ｍ拡散導波路、７
４は入射光、７５は出射光の焦点、５ａ、５ｂは入射用
光ファイバである。又６は等位相面である。入射光７４
はＴｉ拡散導波路７３を伝搬して出射され、集光点７５
に集光する。集光作用はＴｉ拡散導波路７３がフレネル
帯板状に配置されているために生じるものである。

電極７２に電圧を加えると電極間のＴ１拡散のＬｉＮｂ
Ｏ３結晶に電界が印加され、電気光学効果により屈折率
が変化し、Ｔｉ拡散導波路の伝搬定数が変化する。これ
により出射光に位相変化が生じ、集光点７５の位置が変
化し、入射する光ファイｚ＜５ａ、５ｂを切り替えるこ
とができる。

以上開示した光偏向素子においては、Ｔｉ拡散導波路７
３をフレネル帯板状に配置する必要があるので装置の周
辺部にいくに従い、Ｔｉ拡散導波路７３、並びに電極７
２の間隔が狭くなり過ぎて、多数の導波路や電極を形成
することが困難であった。このため集光点でのビームの
スポット径を小さくすることができず、また偏向時に所
望のスポット径の設定が困難である等の問題点があった
。

（課題を解決するための手段並びに作用）本発明におい
ては、入射光をフレネル帯板状に分割しないで、その代
りに各々の導波路の位相を個別に制御することにより光
の分割数、分割の形状に関する制限を取除いて、小形に
して安定したビームスポットが得られる光偏向素子を組
込んだ光スイッチを提供するものである。

以下、本発明に関する原理を示す第２図を参照して、本
発明の概要及びその作用を説明する。

第２図は本発明に係る光偏向素子７（以下この光偏向素
子を位相可変導波路型光偏向素子という）を採用した光
スイッチの路線原理図である。

図中、符号ｌは入射光、８は出射光である。入射光１は
本発明に係る光偏向素子７の先導波路内を伝搬して、出
射光８として出射する。符号６．６ａ、６ｂは光の等位
相面である。又５は光ファイバである。

一般に光は等位相面（波面）に垂直に伝搬するので、入
射方向に対して波面を変化させると光は当然偏向するも
のである。さらに波面の形状を球面状に形成することに
より、光を集光することが可能である。又等位相面が２
πの位相変化周期で繰り返されることを考慮し、位相が
２π変化したところで、波面を分割して最大２πの位相
変化をさせることにより任意の位置に光を集光させるこ
とができる。従って位相可変導波路型光偏向素子７を用
いて光ファイバ５の入射点を中心とする球面状の波面６
ｂを形成させれば、光ファイバの任意の位置にあるもの
に入射光を入射させることが可能となる０本発明によれ
ば、後述するように位相可変導波路型光偏向素子７は複
数の等分割された導波路にそれぞれ独立に電極が備えで
あるので各導波路にかかる電圧をそれぞれ制御し、出射
光の等位相面６ａを球面状にそろえることができる０等
位相面６ａを球状に形成された出射光８は１等位相面に
垂直に進むことから、等位相面の曲率中心に集光する。

よって光ファイバ５への入射点を、曲率中心とする等位
相面に形成させることにより、選択された任意の光ファ
イバの入射点に入射光ｌを集光させることができる。

（実施例） 以下添付図面を参照して、先ず本発明に採用される位相
可変導波路型光偏向素子の一実施例について説明する。

第３図は本発明に係る位相可変導波路型光偏向素子７の
斜視図である。前記光偏向素子７の最下面を形成する下
部電極４１の上にＧａＡｓ基板４２を配設し、更にその
上に設けたＧ　ａ　Ｏ，６５Ａ　Ｉ　０．３５　ＡＳ　
よりなる下部クラッド層３２と後述するＧａＡｓ層４３
下に配設したＧａｓ、６ｓＡ　ｌ　００３５　Ａｓより
なる上部クラッド層３１とはＧ　ａＯ，７Ａ　１　Ｇ、
３Ａｓよりなる光導波層３をはさんで配置される。上部
クラッド層３１の上には前述のＧ　、ａ　Ａ　ｓ層４３
を設は更にその上に上部電極４を設ける。

次に複数本の平行角状溝１１を穿設し、上部電極４は帯
状電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより均等に分割される
。上部電極群はそれぞれ定電流電源Ａ１１Ａ２　　、Ａ
３　　、Ａ４を介し下部電極４１と接続される。然して
通電時には上部クラッド層３１、光導波層３、下部クラ
ッド層３２よりなる光導波路は複数の光導波路に分割さ
れる。

以上の説明で明白のように位相可変導波路型光偏向素子
７は、通電時には、均等に分割された半導体よりなる複
数の光導波路を形成する。

次に第１図は、本発明に係る光スイッチで、前記位相可
変導波路型光偏向素子７の片側側面に入射レンズ２を、
反対側の出射側には前記位相可変導波路型光偏向素子７
の電極群４の作用により分割されない光導波路Ｇと、出
射光ファイバ群５を配設した。

入射光ｌは先ず入射側レンズ２を経て光導波路を構成す
る導波層３に入射し、通電時には上部電極４ａ、４ｂ、
４ｃ、４ｄ毎に分割された光導波路をそれぞれ伝搬して
後、さらに電気制御をうけない光導波路Ｇを経て光ファ
イバ５に出射する。

第４図は、第１図の構成の光スイッチの断面図である。

光は分割され電圧をかけられている上部クラッド層３１
．導波層３、下部クラッド層３２よりなる導波路を通過
するさいに、位相が変化し、前記光偏向素子７の端部よ
り、電極４ａ〜４ｄによる電気的制御をうけてない通常
の光導波路Ｇ内に、出射するときには、光ファイバの入
射点を中心とする球面状の等位相波面を持つように制御
され、光は等位相波面に垂直に進行するから、光ファイ
バ５の入射点に集光される。

次に具体的な構成例を第５図に図示する。

上部電極４に形成される導波路の間隔を４ＪＬｍとして
１２５本の導波路を形成し、さらにその後長さ６ｍｍの
電気的制御をうけない光導波路Ｇを通って１００ｇｍ径
の光ファイバ５ａ、５ｂに入射する場合を考える。光フ
ァイバは光軸中心よりその片側１５２　ｐｍはなれた位
置に配置されている。又第６図は光ファイバ入射点付近
の拡大図である。まず第１の光ファイバ５ａに入射第１
次光Ｌａが入射している場合、入射第１次光Ｌａは光フ
ァイバ５ａの入射面に４１Ｌｍ径で結像する。このとき
のその第２次光Ｌａｌ、Ｌａ２は光ファイバ５ａの結像
点から±３４０ｐｍはなれた位置に同様に４ｐｍ径で結
像する０次に別の入射第１次光Ｌｂが第２の光ファイバ
５ｂに入射する場合を考える。このとき別の入射第１次
光ＬｂはＬａの光軸から１５２＃Ｌｍはなれたところに
４ｐｍ径で結像し、この別の入射第１次光Ｌｂの第２次
光Ｌｂｌ、Ｌｂ２は、入射第１次光Ｌａのファイバ結像
点より±３４０１Ｌｍはなれたところに結像する。すな
わち第６図に示すように、各入射第１次光Ｌａの第２次
光Ｌａｌ、Ｌａ２．別の入射第１次光Ｌｂの第２次光Ｌ
ｂｌ、Ｌｂ２はそれぞれの前記入射第一次光Ｌａ、Ｌｂ
と互いに干渉しないので、光を前記入射第１次光Ｌａ、
またはＬｂの位置に切り替えることにより、出力光信号
の切り替えが実施できる。

（発明の効果） 本発明においては、位相可変導波路型光偏向素子を用い
て光導波路内に入射した入射光を複数部分に均等に分割
し１分割された複数本の光導波路にそれぞれ独立の電極
を設け、各々の光導波路の伝搬定数を電気的に個々に変
化させ、分割された光の位相を独立制御することにより
偏向した出射光を電気的制御をうけない光導波路内に入
射し、全体の波面を球状に形成し、その向きを変えるこ
とにより光導波路端に配設した入射用光ファイバを切り
替えることができるので、従来例の機械的構成と異なり
可動部がなく、小形にして信頼性の高い光スイッチを得
る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光スイッチの構成を示す路線図。 第２図は第１図との関連における本発明の光スイッチの
光偏向原理説明図。 第３図は本発明に用いる位相可変導波路型光偏向素子の
斜視図、第４図は本発明に係る光スイッチの構成を示す
断面図、第５図は動作シミュレーションを行った光スイ
ッチの路線構成図、第６図は光ファイバ入射点付近の拡
大図、第７図は従来例の光偏向素子の原理説明図である
。 Ｇ・・・電気的制御をうけない光導波路、！・・・入射
光　　　　２・・・集光レンズ３・・・光導波層　　　
４・・・電極 ５・・・光ファイバ　　６・・・波面 ７・・・光偏向素子（位相可変導波路型）８・・・光導
波路よりの出射光 出願人　　　コパル電子株式会社（外−名）代理人　弁
理士　　　　小　　林　　　榮ψ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、位相可変導波路型光偏向素子と、前記位相可変導波
   路型光偏向素子の入射側に設けた入射レンズと、前記位
   相可変導波路型光偏向素子の光出射側に連設した光導波
   路と、前記光導波路に接続されることにより光を入射す
   る光ファイバ群を具え、前記位相可変導波路型光偏向素
   子の制御により、光の偏向と集光を行い、光導波路をへ
   て、光が入射する所望の光ファイバを選択することによ
   り、出力用光ファイバと光導波路との接続切替えが行わ
   れることを特徴とする光スイッチ。 ２、光導波路内に入射した入射光を複数部分に均等に分
   割し、分割された複数本の光導波路にそれぞれ独立の電
   極を設け、各々の光導波路の伝搬定数を電気的に個々に
   変化させ、分割された光の位相を独立制御することによ
   り光を偏向する位相可変導波路型光偏向素子を具えた請
   求項１記載の光スイッチ。