JPH03174521A - 導波路型光スイッチ - 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］ 本発明は導波路型光スイッチに関し、特に、クロスドー
タ方向性結合型導波路型光スイッチに関する。

［従来の技術］ 導波路型光デバイスは１強誘電体や半導体材料からなる
基板に、光導波路となる屈折率の高い部分を形成し、こ
の光導波路の上部または近傍に電極を形威し、外部から
電圧を印加することによりスイッチングや光変調を行う
光デバイスである。

たとえば、電気光学効果を有する強誘電体であるＬ　ｉ
　Ｎ　ｂ　０３基板に導波路パターンをＴｉで形成し、
これを熱拡散して光導波路を形成した後、さらにこの光
導波路の上部または近傍に金属膜により電極を設は上記
の機能をもたせた導波路型光デバイスがすでに数多く研
究開発されている。これらの導波路型光デバイスは光導
波路の上部または近傍に設けられた電極に電圧を印加し
、光導波路に電界を発生させ、基板の持つ電気光学効果
により光導波路の屈折率を変化されることにより、導波
光の伝搬定数や位相を変化させて所望のスイッチングや
光変調機能を得るものである。

上述のスイッチングや光変調を行う導波路型光デバイス
として、方向性結合器を用いた光スィッチあるいは光変
調器がある。これは、第３図に示すように、導波路基板
１に形成された第１および第２の２本の光導波路２，３
は、モード結合が起こるようにある一定区間で近接して
おり、方向性結合器７を形成している。この２本の光導
波路２゜３が近接した部分の断面図（図中Ａ−Ａ’線）
がｂ５図である。例えば、ＬｉＮｂＯ３の導路波基板１
を用いた導波路型光デバイスでは、Ｔｉ拡散で形成され
た第１及び第２の光導波路２．３の上部には、ＳｉＯ２
バッファ層１４を介して信号電極らとグランド電極６が
金属膜により形成されている。

通常、この電極に電圧を印加しない状態では。

第３図において、第１の光ファイバ１０から入力された
光は第１の光導波路２を伝搬し、方向性結合器７で光導
波路間のモード結合により第２の光導波路３に移行し、
第３の光ファイバ１２に出力される。

一方、信号電極５に例えば正の電圧を印加した場合、信
号電極５からグランド電極６に向かって導波路基板１の
中に電界が発生し、このとき導波路基板１の持つ電気光
学効果により光導波路２゜３の屈折率が変化し、光導波
路間の結合状態が変化し、スイッチングさせることがで
きる。

以上が方向性結合型光スィッチの構成および原理すある
が、方向性結合器における２本の光導波路の近接してい
る長さは、一方の光導波路から人力された光が完全に他
の光導波路へ移行する（クロス状態となる）長さ（完全
結合Ｌｃと呼ばれる）に設定しなければならず、この部
分以外では、２本の光導波路間でモード結合が起きない
ように。

光導波路間の間隔を広げる必要がある。光導波路間の間
隔を広げるためには、各光導波路にゆるやがな曲りをつ
け、十分間隔を保った部分で光導波路を再び直線にし、
基板端面まで形成する。

上述の光スィッチは単一の方向性結合器からなる光スィ
ッチであるが、光フアイバパルス試験器（ＯＴＤＲ）用
光スィッチなどのように、クロス状態にある光フアイバ
間の電圧印加により、光遮断した時のクロストークを極
めて小さくしなければならない場合は、実願昭６３−０
４８２７４号（特開平１−１５５０２８号公報）にある
ように。

方向性結合器を第４図に示すように、直列の多段接続と
する構成がある。

［発明が解決しようとする課題］ 上すした従来の導波路型光デバイスは、方向性結合器の
２本の光導波路の曲り部の構成が同じであるため、クロ
ス状態にある入出力間の光導波路の曲り部において放射
損失が生じ、光スィッチの挿入損失が増加してしまうと
いう欠点がある。特に、方向性結合器を多段に直列接続
したタイプの光スィッチでは、方向性結合器の数に伴っ
て１曲り部も増え、挿入損失が非常に大きくなる欠点が
ある。

また、光導波路の曲り部において放射による損失がある
と、導波路基板内にもれた逆光が出力側の光ファイバに
結合し、クロストーク特性を劣化させてしまう。これは
、先述の低クロストーク特性が要求される０ＴＤＲ用光
スイツチ等のアプリケーションでは大きな課題となる。

本発明は従来のもののこのような課題を解決しようとす
るもので、挿入損失の低減された光導波路型光スイッチ
を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、基板中に並列に形成された２本の光導
波路が該光導波路間でモード結合を起こすように近接し
た部分を有する方向性結合器と。

前記２本の光導波路の近傍に形成された電極とを有する
導波路型光スイッチに於いて、前記２本の光導波路が前
記方向性結合器の中でクロス状で結合される入出力間で
は実質的に直線で構成されるパターンを有していること
を特徴とする導波路型光スイッチが得られる。

また本発明によれば、基板中に並列に形成された少なく
とも３本の光導波路が相隣る光導波路間で各々モード結
合を起こすように近接した部分を有する。直列に設けら
れた複数の方向性結合器と。

前記少なくとも３本の光導波路の近傍に形成された電極
とを有する導波路型光スイッチに於いて。

前記複数の光導波路が前記各方向性結合器の中でクロス
状で結合される入出力間では実質的に直線で構成される
パターンを有しており、相隣る方向性結合器が共通の光
導波路の直線状の部分で相対して接続されるようにした
ことを特徴とする導波路型光スイッチが得られる。

［実施例］ 次に１本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明による光導波路型光スイッチの一実施例
の上面図である。Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３導波路基板１に
Ｔｉ拡散により２本の第１及び第２の光導波路２．３が
形成されており、これらの光導波路は方向性結合器７の
部分で近接している。ここで光導波路２，３の導波路幅
は７μｍ、近接部のギャップは６μｍ、結合部の長さは
１６μｍである。

Ｔｉ拡散前のＴｉ膜厚は７００Ａ　（オングストローム
）で、１０５０℃、６時間熱拡散して作製した。

第１の光導波路２は方向性結合器７から導波路基板１の
左端まで直線となっている。一方第２の光導波路３は、
方向性結合器７から導波路基板１の右端まで直線となっ
ている。第１の光導波路２の右側と第２の光導波路の左
側は２本の光導波路間の間隔を離すため半径５０ｍｍの
曲り部を設けている。上述の光導波路の上部にはＳｉＯ
２バッファ層を介して金属膜（Ｃｒ−Ａｕ）によって信
号電極５とグランド電極６が形成されている。さらに１
両端面は研磨されており、光ファイバ１０゜１１．１２
が光学的に光導波路に結合固着されている。

第１の光ファイバ１０から入射された光は第１の光導波
路２と結合し１曲り部を経ないで方向性結合器７に導波
され、ここで、第２の光導波路３に移行し１曲り部を経
ないで第３の光ファイバ１２に出射される。一方信号電
極５に電圧７Ｖを印加すると、方向性結合器７での結合
状態が変化し。

光は再び第１の光導波路２を導波し第２の光ファイバ１
１に結合し、出射される。第１の光導波路２の出射側の
曲り部の半径は５０ｍｍで、第２と第３の光ファイバ１
１．１２は２５０μｍの間隔がある。第１の光ファイバ
１０と第３の光ファイバ１２の間の挿入損失はり、Ｓ　
ｄＢで、従来の曲り部を有する構成に比べ約０．５　ｄ
Ｂ低減できる。

次に１本発明の導波路型光スイッチで、方向性結合器を
直列多段に接続した光スィッチについてその実施例を第
２図を用いて説明する。第２図に示した光スィッチは０
ＴＤＲ用光スイツチであり。

光パルス出射用レーザダイオードからの出射光と被測定
光ファイバからのＡＰＤへの戻り光の光路切換および戻
り光受光時のコネクタ等の接続点からのフレネル反射光
のＡＰＤへの受光を防ぐマスキング用に用いられる。０
ＴＤＲ用光スイツチでは、高速切換特性の他、上記のマ
スキング時の低クロストーク（−４０ｄＢ以下）特性が
要求される。

これは、クロストークにより、ＡＰＤが飽和すると飽和
が解消されるまでの開光ファイバの測定に測定不能領域
ができるからである。

第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す上面図であ
って、第１．２．３の光ファイバ１０゜１１．１２はレ
ーザダイオード、被測定光ファイバ、およびＡＰＤにそ
れぞれ結合される。第１の光ファイバ１０から人力され
たレーザダイオード出射パルス２は５曲り部１３を経て
、第１の方向性結合器８を通り、第２の光ファイバ１１
へ出射される。このとき、光スイツチ電圧印加され、ス
イッチはバー状態となっている。一方、被測定光ファイ
バからの戻り光は、第２の光ファイバ１１から第１の光
導波路２に結合され、電圧ＯＦＦの状態で第１および第
２の方向性結合器８．９をクロス状態で、第３の光導波
路４から第２の光導波路３に移行し、そして第３の光フ
ァイバ１２と結合する。

このとき、方向性結合器を２度通過するが１本発明の導
波路型光スイッチではこの間に曲り部がないため曲り損
失がなく２本実施例においては損失２．２ｄＢと従来の
構成（第４図）の３．４　ｄＢにくらべ大幅に低減でき
た。

又、フレネル反射光除去のためのマスキング時において
は、方向性結合器を直列２段構成にすると、従来は曲り
部が３個所あってこの部分での曲りによる基板内への放
射光のために一４５ｄＢ以下のクロストーク特性の実現
が困難であったが１本発明の実施例では曲りによる放射
がないので。

５０ｄＢ以下のクロストーク特性が実現できた。

一方、レーザダイオードからのパルス出射時の第１の光
導波路２における曲り部１３は、導波路端と第１の方向
性結合器８との間に十分な長さ（第２の方向性結合器９
の長さ分）があるので。

曲り半径を十分大きくとることができる（本実施例では
１００ｍｍ）、曲り損失の増加は０．１　ｄＢとほとん
ど無視できる程度であった。

なお￥Ｓ２の実施例においては中間の光導波路は第３の
光導波路１本であるが、この中間の光導波路の数は更に
増やしもよい。たとえば１本増加する場合は、第２の光
導波路３と第３の光導波路４の間にもう１本別の第４の
光導波路を設け、第１と第３の光導波路間に１番目の方
向性結合器を。

第３と第４の光導波路の間に２番目の方向性結合器を、
第４と第２の光導波路の間に３番目の方向性結合器を設
け、全体として３つの方向性結合器を直列に設けること
が出来る。相隣る方向性結合器は全て直線状の中間光導
波路の部分で接続しているので１曲がりによる損失がな
くなる。以下同様に光導波路の数を増やすことが出来る
。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明は、方向性結合型導波路型光
スイッチの一方の光導波路の片側を直線にし、これと方
向性結合器でモード結合を起こす他方の光導波路の反対
側部分を曲がり部をなくし直線にすることにより、２本
の光導波路間のクロス状態での光スィッチの挿入損失を
低減させることが可能である。これにより、光スィッチ
を０Ｎ−ＯＦＦの光シャッタとして用いる場合や、Δβ
同相駆動タイプのクロス状態での挿入損失の低減が困難
なタイプの光スィッチでは、挿入損失を低減できる効果
がある。

また、０ＴＤＲ用光スイツチのように低クロストーク特
性が要求され方向性結合器を直列に多段に接続したよう
な光スィッチにおいても１曲り損失がなく挿入損失の低
減化が図れる。

このように１本発明により、特に方向性結合器を直列多
段接続した導波路型光スイッチの低挿入損失化が実現で
も、導波路型光スイッチ実用化の上で非常に効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の導波路型光スイッチの第
１および第２の実施例の上面図、第３図は従来の導波路
型光スイッチの上面図、第４図は従来の０ＴＤＲ用光ス
イツチの上面図、第５図は第３図のＡ−Ａ’線断面図で
ある。 記号の説明：１は導波路基板、２は第１の光導波路、３
は第２の光導波路、４は第３の光導波路。 ５は信号電極、６はグランド電極、７は方向性結合器、
８は第１の方向性結合器、９は第２の方向性結合器、１
０は第１の光ファイバ、１１は第２の光ファイバ、１２
は第３の光ファイバ、１３は光導波路間り部、１４は５
ｉｎ２バッファ層をそれぞれあられしている。 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板中に並列に形成された２本の光導波路が該光
   導波路間でモード結合を起こすように近接した部分を有
   する方向性結合器と、前記２本の光導波路の近傍に形成
   された電極とを有する導波路型光スイッチに於いて、前
   記２本の光導波路が前記方向性結合器の中でクロス状で
   結合される入出力間では実質的に直線で構成されるパタ
   ーンを有していることを特徴とする導波路型光スイッチ
   。
2. （２）基板中に並列に形成された少なくとも３本の光導
   波路が相隣る光導波路間で各々モード結合を起こすよう
   に近接した部分を有する、直列に設けられた複数の方向
   性結合器と、前記少なくとも３本の光導波路の近傍に形
   成された電極とを有する導波路型光スイッチに於いて、
   前記複数の光導波路が前記各方向性結合器の中でクロス
   状で結合される入出力間では実質的に直線で構成される
   パターンを有しており、相隣る方向性結合器が共通の光
   導波路の直線状の部分で相対して接続されるようにした
   ことを特徴とする導波路型光スイッチ。