JPH0352612B2 - - Google Patents
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- JPH0352612B2 JPH0352612B2 JP20306682A JP20306682A JPH0352612B2 JP H0352612 B2 JPH0352612 B2 JP H0352612B2 JP 20306682 A JP20306682 A JP 20306682A JP 20306682 A JP20306682 A JP 20306682A JP H0352612 B2 JPH0352612 B2 JP H0352612B2
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- electric field
- waveguide
- optical
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 29
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(a) 発明の技術分野
本発明は光導波路と平行してこれに電界を与え
て使用する光回路素子に関する。
て使用する光回路素子に関する。
(b) 技術の背景
ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、タンタル酸リ
チウム（LiTaO3）など電気光学結晶を用いて各
種の光回路素子が作られている。
チウム（LiTaO3）など電気光学結晶を用いて各
種の光回路素子が作られている。
その方法はこれらの単結晶から切り出された結
晶基板の上にリフトオフ法によりチタン（Ti）
などの金属薄膜よりなる導波路パターンを形成
し、次にこれを熱処理することにより金属を結晶
基板中に拡散せしめ、これにより屈折率が基板結
晶より増加した透明領域を作り、これを光導波路
として用いるものである。
晶基板の上にリフトオフ法によりチタン（Ti）
などの金属薄膜よりなる導波路パターンを形成
し、次にこれを熱処理することにより金属を結晶
基板中に拡散せしめ、これにより屈折率が基板結
晶より増加した透明領域を作り、これを光導波路
として用いるものである。
光回路素子は分岐或は交叉した光導波路を結晶
基板上に形成し、これに電界を加えることにより
効果的に屈折率変化を起させて光スイツチングな
どの動作を起させるものである。
基板上に形成し、これに電界を加えることにより
効果的に屈折率変化を起させて光スイツチングな
どの動作を起させるものである。
本発明はLiNbO3結晶基板上に形成された光導
波路に光信号の伝播方向に電界を与えて使用する
光回路素子に関するものである。
波路に光信号の伝播方向に電界を与えて使用する
光回路素子に関するものである。
(c) 従来技術と問題点
LiNbO3、LiTaO3などの電気光学結晶は結晶
軸により屈折率が異る。
軸により屈折率が異る。
例えばLiNbO3については波長633〔mμ〕での
値はＸ軸およびＹ軸方向では2.286またＺ軸方向
では2.220であり、Tiを拡散して得た光導波路に
ついても同様に軸方向によりその値を異にする。
値はＸ軸およびＹ軸方向では2.286またＺ軸方向
では2.220であり、Tiを拡散して得た光導波路に
ついても同様に軸方向によりその値を異にする。
またこれらの結晶の誘電率は電界強度に依存し
て変化することから屈折率も変化しその値は軸方
向により異る。それで今までこのような光導波路
を用いてい各種のデバイスが提案されているがそ
の多くは偏光依存性をもつ素子であり、この偏光
依存性を無くするためには偏光の分離と合成の過
程を必要としていた。
て変化することから屈折率も変化しその値は軸方
向により異る。それで今までこのような光導波路
を用いてい各種のデバイスが提案されているがそ
の多くは偏光依存性をもつ素子であり、この偏光
依存性を無くするためには偏光の分離と合成の過
程を必要としていた。
すなわち光を電界成分が基板面と平行に振動す
る成分からなるTEモード光と垂直に振動する成
分からなるTMモード光に分離し、この一方のみ
を使用するか或はデバイスの出力側で両モード光
を再結合させて元の偏光性のない光とする使用法
がとられていた。
る成分からなるTEモード光と垂直に振動する成
分からなるTMモード光に分離し、この一方のみ
を使用するか或はデバイスの出力側で両モード光
を再結合させて元の偏光性のない光とする使用法
がとられていた。
然し乍らLiNbO3のＺ軸を光伝播方向とす光導
波路を用い、Ｚ軸方向に電界を与えるようにすれ
ば偏光依存性のないデバイスが得られる筈であ
る。その理由を説明すると、LiNbO3型の結晶に
おいて屈折率の電界依存性は次式により表わされ
る。
波路を用い、Ｚ軸方向に電界を与えるようにすれ
ば偏光依存性のないデバイスが得られる筈であ
る。その理由を説明すると、LiNbO3型の結晶に
おいて屈折率の電界依存性は次式により表わされ
る。
（１／n0 2−r22Ey＋r13Ez）x2
＋（１／n0 2＋r22Ey＋r13Ez）y2
＋（１／ne 2＋r33Ez）z2−2r22Exxy
＋2r51Eyyz＋2r51Exzx＝１ ……(1)
こゝで
n0 常光線屈折率
ne 異常光線屈折率
Ex，Ey，Ez Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にかゝる電界強度
r22，r13，r33，r51 電気光学係数
こゝでＺ軸方向のみに電界が与えられる場合は
Ex、Eyは０であるから(1)式は次のように簡略化
することができる。
Ex、Eyは０であるから(1)式は次のように簡略化
することができる。
（１／n0 2＋13Ez）x2＋（１／n0 2＋r13Ez）y2
＋（１／ne 2＋r33Ez）z2＝１ ……(2)
これは電界印加により屈折率がＸ軸とＹ軸方向
では、大きさが等しく一方Ｚ方向では異る回転楕
円体状に変化することを示している。
では、大きさが等しく一方Ｚ方向では異る回転楕
円体状に変化することを示している。
それでＺ軸方向に電界を加えるとＸ軸方向およ
びＹ軸方向の屈折率が等量変化するため偏光依存
性をもたない光デバイスが実現されることにな
る。
びＹ軸方向の屈折率が等量変化するため偏光依存
性をもたない光デバイスが実現されることにな
る。
然しＺ軸方向に電界を加える通常の方法として
は光回路素子の両端に電極を設けこれに電圧を印
加することが考えられるが、素子長が長いため実
効的な電界を与えることはこのような方法では不
可能である。
は光回路素子の両端に電極を設けこれに電圧を印
加することが考えられるが、素子長が長いため実
効的な電界を与えることはこのような方法では不
可能である。
(d) 発明の目的
本発明は光導波路にこれと平行に電界を与え偏
光依存性のない光スイツチを形成する電極構成方
法を提供することを目的とする。
光依存性のない光スイツチを形成する電極構成方
法を提供することを目的とする。
(e) 発明の構成
本発明の目的はLiNbO3結晶基板のＺ軸を光の
伝播方向として形成されている光導波路におい
て、この導波路が形成されている基板上に伝播方
向と平行して一対の櫛型電極が相互の櫛歯間隔が
異る形状で噛み合う形で対向して設けることによ
り達成することができる。
伝播方向として形成されている光導波路におい
て、この導波路が形成されている基板上に伝播方
向と平行して一対の櫛型電極が相互の櫛歯間隔が
異る形状で噛み合う形で対向して設けることによ
り達成することができる。
(f) 発明の実施例
第１図は本発明に係る電極配置に示すもので蒸
着金属よりなる櫛歯状電極１，２が対向して設け
られているが、互に対向する櫛歯間の距離は違つ
ている。
着金属よりなる櫛歯状電極１，２が対向して設け
られているが、互に対向する櫛歯間の距離は違つ
ている。
例えば上側の櫛歯をそれぞれ１−１、１−２…
…とし下側の櫛歯を２−１、２−２……とすれ
ば、上側の櫛歯１−１、１−２……と隣接する下
側の櫛歯２−１、２−２……との電極間隔はそれ
ぞれ異つている。
…とし下側の櫛歯を２−１、２−２……とすれ
ば、上側の櫛歯１−１、１−２……と隣接する下
側の櫛歯２−１、２−２……との電極間隔はそれ
ぞれ異つている。
かゝる電極１，２の間に電圧を印加すると結晶
基板３内の電界分布は第２図のような電気力線４
で表わすことができる。
基板３内の電界分布は第２図のような電気力線４
で表わすことができる。
すなわち近接した電極間（例えば１−１と２−
１）の電界強度は一定の距離を隔てた電極間（例
えば１−１と２−２）と較べると超かに大きく、
表面部では第３図のように表わすことができる。
１）の電界強度は一定の距離を隔てた電極間（例
えば１−１と２−２）と較べると超かに大きく、
表面部では第３図のように表わすことができる。
すなわち近接電極間の電界強度５は一定距離の
電極間の電界強度６よりも超かに大きい。こゝで
符号を逆とした理由は電気力線の方向が反対であ
ることによる。然し乍ら結晶基板３の深さ方向に
おける電気力線４の分布を考えると第２図から判
るように表面から一定の深さにおいては電界強度
は一定の距離を隔てゝ存在する電極間（例えば１
−１と２−２）の方が大となる。
電極間の電界強度６よりも超かに大きい。こゝで
符号を逆とした理由は電気力線の方向が反対であ
ることによる。然し乍ら結晶基板３の深さ方向に
おける電気力線４の分布を考えると第２図から判
るように表面から一定の深さにおいては電界強度
は一定の距離を隔てゝ存在する電極間（例えば１
−１と２−２）の方が大となる。
さて、光導波路内における光伝播は結晶基板の
表面より一定の深さの位置で行われるため、導波
路内の電界強度は第４図に示すように第３図と異
り、一定の距離を隔てた電極間の電界強度７の方
が近接する電極間の電界強度８よりも大となり、
櫛型電極１，２の噛み合わせ部を結んだ方向に電
界を生ずることが判る。
表面より一定の深さの位置で行われるため、導波
路内の電界強度は第４図に示すように第３図と異
り、一定の距離を隔てた電極間の電界強度７の方
が近接する電極間の電界強度８よりも大となり、
櫛型電極１，２の噛み合わせ部を結んだ方向に電
界を生ずることが判る。
本発明はLiNbO3のＺ軸方向に設けた光導波路
上に第１図に示すような形状の櫛型電極の設ける
ことにより光導波路に平行に電界を与えるもので
ある。
上に第１図に示すような形状の櫛型電極の設ける
ことにより光導波路に平行に電界を与えるもので
ある。
以下光スイツチへの適用例について説明する。
第５図はLiNbO3単結晶からＸカツト或はＹカ
ツトされた結晶基板上にＺ方向を伝搬方向として
形成された従来構造のスイツチであつて、矩形の
導波域９の入力側には２つの入射光導波路１０，
１１がありまた出力側には２つの出射光導波路１
２，１３があり、また導波域９の上に一方の電極
１４が、また導波域９の両側にも２つの電極１
５，１６があつて光スイツチが構成されている。
それで導波域９の上の電極１４と両側の電極１
５，１６との間に電圧を印加することにより導波
域９に垂直な電界を与えこれにより導波路９の屈
折率を変化させてスイツチ作用を行つていた。
ツトされた結晶基板上にＺ方向を伝搬方向として
形成された従来構造のスイツチであつて、矩形の
導波域９の入力側には２つの入射光導波路１０，
１１がありまた出力側には２つの出射光導波路１
２，１３があり、また導波域９の上に一方の電極
１４が、また導波域９の両側にも２つの電極１
５，１６があつて光スイツチが構成されている。
それで導波域９の上の電極１４と両側の電極１
５，１６との間に電圧を印加することにより導波
域９に垂直な電界を与えこれにより導波路９の屈
折率を変化させてスイツチ作用を行つていた。
然し乍らこの場合は導波域９に対して垂直に電
界が加わるため入射光としてはTEモード光或は
TMモード光の何れかを選択する必要があつた。
界が加わるため入射光としてはTEモード光或は
TMモード光の何れかを選択する必要があつた。
然し乍ら第６図に示すようにＺ伝播の方向に本
発明に係る櫛型電極１７，１８を対向して設ける
と導波路方向に電界を与えることが可能となり、
そのため偏光依存性の無い光スイツチを得ること
ができる。
発明に係る櫛型電極１７，１８を対向して設ける
と導波路方向に電界を与えることが可能となり、
そのため偏光依存性の無い光スイツチを得ること
ができる。
(g) 発明の効果
本発明の実施により偏光依存性のない光デバイ
スの製作が可能となつた。
スの製作が可能となつた。
第１図は本発明に係る櫛型電極の電極配置、第
２図は電極間に生ずる電気力線の模式図、第３図
は結晶基板表面部の電界強度を示す説明図、第４
図は導波路内の電界強度を示す説明図、第５図は
従来の光スイツチの構成図または第６図は本発明
を実施した光スイツチの構成図である。 図において、１，２，１７，１８は櫛歯電極、
３は結晶基板、４は電気力線、５，６，７，８は
電界強度。
２図は電極間に生ずる電気力線の模式図、第３図
は結晶基板表面部の電界強度を示す説明図、第４
図は導波路内の電界強度を示す説明図、第５図は
従来の光スイツチの構成図または第６図は本発明
を実施した光スイツチの構成図である。 図において、１，２，１７，１８は櫛歯電極、
３は結晶基板、４は電気力線、５，６，７，８は
電界強度。
Claims (1)
- １ ニオブ酸リチウム単結晶のＺ軸を光の伝播方
向として形成されてなる導波路において、該導波
路が形成されている基板上に伝播方向と平行して
一対の櫛型電極が相互の櫛歯間隔が異る形状で噛
み合つて設けられていることを特徴とする光回路
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20306682A JPS5993430A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 光回路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20306682A JPS5993430A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 光回路素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5993430A JPS5993430A (ja) | 1984-05-29 |
| JPH0352612B2 true JPH0352612B2 (ja) | 1991-08-12 |
Family
ID=16467769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20306682A Granted JPS5993430A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 光回路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5993430A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3784603D1 (de) * | 1986-09-18 | 1993-04-15 | Siemens Ag | Anordnung zur kontinierlichen, ruecksetzfreien polarisations- und phasenkontrolle. |
| JPS63116118A (ja) * | 1986-11-04 | 1988-05-20 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 方向性結合器 |
| JP4313798B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2009-08-12 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ |
-
1982
- 1982-11-19 JP JP20306682A patent/JPS5993430A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5993430A (ja) | 1984-05-29 |
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