JPH035563B2 - - Google Patents

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JPH035563B2
JPH035563B2 JP57043032A JP4303282A JPH035563B2 JP H035563 B2 JPH035563 B2 JP H035563B2 JP 57043032 A JP57043032 A JP 57043032A JP 4303282 A JP4303282 A JP 4303282A JP H035563 B2 JPH035563 B2 JP H035563B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、同調可能な偏光独立光導波フイルタ
に関する。
スイツチヤフイルタのような光導波装置は波の
偏光の方向が異ると別の動作をする傾向がある。
利用できる単一モードフアイバーは波の偏光の向
を保存しないので、これは問題である。この結果
として、直線偏光した光信号がフアイバーの入力
端に与えられても、出力端では時間的に変化する
楕円偏波として現われることがある。このような
場合には単一偏光スイツチやフイルタによつて、
受信信号の偏光が、そのスイツチを設計したとき
に、前提として偏光と異れば、許容できない大き
な漏話や損失が生ずることがある。
この問題を解決する努力はフアイバーを装置の
両方で行なわれている。前者に関して言えば、直
線偏光を保つ特別に作られた複屈折フアイバーが
研究されており、短い距離については実験されて
いる。さらに、損失、実装、接続などについての
問題も研究されている。
装置に関しては、平面上の波状にした導波装置
（グレーテイグ）を含むシングルモードの多進
化／多重分離用のフイルタや電気に同調できる方
向性結合器などがある。このような装置は、複屈
折性の基板に実現すると、その中心の波長が偏光
によつて決まるフイルタ応答を生ずる。グレーテ
イグフイルタのフイルタの中心波長はそれぞれの
モードで見られる屈折率に直接比例する。方向性
結合器フイルタについては、位相整合波長は二つ
の導波路の分散曲線の交又による。こずれの場合
にも、材料およびモードによる複屈折によつて
TEモードとTMモードで異る中心波長を生ずる。
同調に関する他の困難としては、直交した偏光
モードの電気光的係数が異つていることである。
このため共通の同調電圧による二つの係数の変化
は異る。このため単一の同調電圧によつて二つの
偏光を同一のフイルタの中心波長に同時に同調す
ることが可能になる。
第１図を参照すれば、図には入力偏光選択結合
器１１、出力偏光選択結合器１６が、その各々が
波長選択モード変換器１４，１５を含む波路１２
および１３によつて相互接続された本発明に従う
偏光独立波長選択フイルタ１０のブロツク図が示
されている。有利なことに、後述するように二つ
のモード変換器は同等である。フイルタの目的は
任意の偏光の広帯域（すなわち多波長の）入力信
号を受理してチヤネルのひとつを選択的に波す
ることである。従つて、動作に当つては、多チヤ
ネルの入力信号が入力偏光選択結合器１１に与え
られる。任意の偏光を持ついるが、入力信号は直
角の偏光成分を含んでおり、これはここで述べる
光集積回路ではTEおよびTMモードと呼ばれて
いる。従つて、入力信号はλ1、λ2…λnをそれぞ
れのチヤネルの中心波長であるとしてTE（λ1、λ2
…λn）およびTM（λ1、λ2…λn）と区別される。
入力偏光選択結合器は以下に詳述するが、二つの
モードを分離し、TEモード信号成分を波路１２
に結合し、TEモード信号成分を波路１３に結合
する。従つて、例えば、λiに同調したチヤネルを
分離するときには、モード交換器１４および１５
は波長λiでモードTEとTMの間で選択的に変換
を行なうように指示される。従つて、変換器１４
の出力は波長λiのTM成分を持ち、残りは波長λ
…λi-1、λi+1…λoの入射TE成分である。同時に、
変換器１５の出力は波長λiのTE成分を含み、残
りは波長λ1…λi-1、λi+1…λoの入射TM成分であ
る。
このようにして発生された信号は次に出力偏光
選択結合器１６に結合され、これは入力結合器と
同様に動作する。すなわち、結合器１６はTMモ
ード信号とTEモード信号を分離する。従つて、
変換器１４からのTM（λi）成分は出力波路１７
に送出され、TE（λ1…λi-1、λi+1…λo）成分は出
力波路１８に結合される。同様に、変換器１５か
らのTM（λ1…λi-1、λi+1…λo）成分は出力波路１
８に送出され、TE（λi）成分は波路１７に結合さ
れる。この結果の全体の効果として、チヤネルλi
が入力信号の内の残りの部分から分離される。も
し、必要であれば第１図に示した型のフイルタ区
間を縦続に接続することによつて残りのチヤネル
を分離できる。ここで各区間ではモード変換器は
異るチヤネル波長に同調されることになる。
第２図は、本発明を実現するのに用いることが
できる偏光選択結合器の実施例である。光システ
ムに使用するように設計された結合器は複屈折性
の光電気基板２２を持ち、この中に１対の誘電体
の導波路２０および２１が設けられている。後者
は幅Ｌにわたつて結合関係を持つが、波の偏光の
一方の方向に対しては同一の伝播定数を持ち、そ
の方向と直交した偏光波に対しては大幅に異る位
相定数を持つように作られている。このような特
性を持つ装置は色々な方法で作ることができる。
例えば、もし基板がＺカツトのリチウムニオブ
（あるいはリチウムタンタル）で作られていれば、
Ｙ方向に延びるストリツプに沿つてタンタルを注
入することによつて、まず１対同様の波路を形成
する。このような結晶方向では、TEモード成分
の位相定数βTEは常屈折率npの関数であり、TM
モード成分の位相定数βTMは異常屈折率neの関数
である。二つの波路２０および２１のnpとneが等
しければ βTE（20）＝βTE（21） βTM（20）＝βTM（21） である。
TMモードについて等式を成立しないようにし
て、結合モードを選択的にするために、一方の波
路を一定期間の間外拡散して、これによつて外拡
散した波路のneの値を変化する。この結果として
βTM（20）はβTM（21）とは異る値となり、従つて結
合はTEモードについてだけ生ずるようになる。
組立ての誤差に対処するために、二つの波路と
電極２３，２４および２５が設けられている。詳
しく述べれば、単一の電極２５が波路２１の上に
設けられており、分割した電極２３および２４が
波路２０の上に設けられている。制御電圧Ｖおよ
び−Ｖはそれぞれ電極２および２４に与えられ、
TEモード信号成分の交互の−△βの切替を行な
う。これは〃△β変化による切替形方向性結合器
〃と題するH.コゲルニクとR.V.シユミツトの
IEEE量子エレクトロニクス誌第QE−12巻第７号
の1976年７月号の論文に説明されている。
第３図は、TMモードが結合モードであり、
TEモード通過であるような偏光選択結合器の他
の実施例を図示している。この実施例において
は、Ｘカツトの結晶基板が３０用いられており、
第２図の実施例と同様に、１対の同様の波路３１
および３２がｙ方向に沿つて形成されている。し
かし結晶の方向が異るために、TEモード位相定
数βTEはneの関数であり、一方βTMはnpの関数であ
る。TEモードについて波路を結合しないために、
波路の一方を適切にマスクして、他方を窒化銀
（AgNO3）に浸す。この結果として浸された波路
については、βTE３１もβTE３２となる。従つて、
この実施例ではTMモードが結合モードになり、
TEモードが通過モードになる。
電極３３，３４および３５は調整の目的で設け
られている。LiNbO3の基板を用いるときに必要
となるＺ方向の電界成分を与えるために、波路の
少くても一方の反対側には電極が設けられてい
る。従つて、一方の電極３３は波路３２の一方の
側に沿つて結合区間にわたつて同一のひろがりを
もつて延びている。ここでも切替−△β結合を実
現するために分割電極構成がとられている。二つ
の波路の間の屈折率にプツシユ／プル形の変化を
生ずるこによつて必要な電圧を小さくするために
波路３１の外側の縁に沿つて第４の電極３６を設
けても良い。
第１図に示したフイルタの対称性のために、フ
イルタの中では上述した結合器のいずれをも用い
ることができ、実際フイルタの一端で一方の形の
結合器を一端で用い、他方の形の結合器をフイル
タの他端で用いて、必要な結晶方向を観測するこ
とができる。
モード変換器１４および１５はこの形の周知の
装置の内の任意のもので良い。ここで使用すべく
選択されるものは基板材料の結晶のカツトによつ
て決まる。例えば、Ｘカツトのリチウムニオブ
（リチウムタンタル）の基板では指をからませた
ような電極を使用する必要がある。モード変換が
生ずる波長を決定するのは電極のフインガの間隔
であるから、両方の変換器で間隔を等しくしてお
くことが重要である。
第４図に示した構成では、二つのモード変換器
１４および１５が電極４３および４４の共通の集
合を共用することによつてこれを実現している。
一方のモード変換器は波路４０と共通の電極４３
および４４から成る。他方の変換器は波路４１と
共通の電極４３および４４から成る。
波路４０および４１は結合関係にはないことに
注意されたい。前者の波路は第１図の波路１２に
対応し、後者の波路は第１図の波路１３に対応す
るが、このような結合を防ぐためにこれらは充分
離して設置されている。
フイルタで望ましい特徴は、これを電気的に同
調でることである。次に説明する第５図は電気的
に同調できる波路の選択モード変換器の他の実施
例を示している。説明の目的でＺカツトのＹ伝播
方向の結晶を用い、各変換器は三つの電極を有し
ている。第１の電極５１は波路５０に沿つて延び
ており、部分的に後者の上に集つている。この電
極は接地され、他の二つの電極に与えられる制御
電圧の規準電極として使用される。第２の均等電
極５２は電極５１の一方の側に設けられ、第３の
フインガ状の電極５３は電極５１の反対側に設け
られいる。後で説明する理由から、電極５１は波
路５０に対して電極５２の方向にずらして位置し
いる。
周知のように、Ｚカツトの水晶のモード変換は
Ｘ方向の電界成分を印加することにより、減少さ
れた電気光学テンソルの非対角要素r51によつて
実現される。従つてモード変換率は電極５３に第
１の電圧を印加することによつて調整される。モ
ード変換が行なわれる波長はTEおよびTMモー
ドの実効屈折率と電極フインガ間隔によつて決ま
る。従つて、変換器を同調するために、第２の電
圧V2が電極５２に印加される。この結果として
Ｚ方向の電界成分がr13およびr33に作用してフイ
ンガの間隔が適切である波長を変化する。
例えば、電圧が与えられなければ、フイルタの
φ15周波数λ0は 2π／λ0｜（NTE）0−（NTM）0｜＝2π／Λ (1) で与えられる。ここで Λは電極のフインガ間隔 （NTE）0および（NTM）0は０電圧の場合のTEモ
ードとTMモードの実効屈折率でである。
Ｚカツトの結晶では、同調電圧V2の印加によ
つて、次のような実効屈折率の変化が生ずる。
（NTE）V2＝（NTE）0＋N3／0r13／２・cTEEz (2) （NTM）V2＝（NTM）c＋N3／e33／２・aTMEz(3) ここで No、Neは常屈折率、異常屈折率； r13およびr33は電気光学係数； αTEおよびαTMはそれぞれのモードのオーバーラ
ツプパラメータ； Ezは与えられた電圧V2によるＺ方向の電界成
分である。
新らしい位相整合波長λ＝△λは次のように与
えられる。
△λ／λ0が小さいことに注意し、２次効果を無
視すれば、 中心波長変化率△λ／λ0は △λ／λ0＝E／2ｚ｜aTEN3／0r13−aTMN3／er33｜
／｜（NTE）0−（NTM）0｜(5) で与えられる。
正しく同調したときには、モード変換器は問題
となる波長で位相整合する。すなわち同調電圧
V2は落されるべきチヤネルについて△β＝0とな
るように選択される。ここで △β＝2π／λ｜NTE−NTM｜−2π／Λ (6) であり、λは問題となる波長 NTE、NTMはそれぞれのモードの実効屈折率； Λは電極５３のフインガ間隔である。
r13とr33の差の関数である同調は、入射信号の
偏光の状態とは完全に無関係であることに注意さ
れたい。従つて、第１図に図示した形の同様のフ
イルタ区間を複数個縦続に接続することによつて
完全な帯域分離フイルタを構成することができ、
個々のチヤネルの波長は各区間のモード変換器の
同調電圧V2を調整することによつて選択される
ことになる。
第６図および第７図は、光導波路に使用するよ
うに適合された同調可能な偏光独立フイルタの完
全に集積化された二つの実施例を示している。説
無の目的で、Ｘカツトの結晶を使用すれば、両方
の実施例では第３図に示した型の偏光選択結合器
６０，６１および７０，７２と第４図で示した型
のモード変換器６１，６５および７１，７５を含
んでいる。
上述したように、二つのモード変換器は電極６
６，６７および７６，７７の共通の対を共用して
いるが、導波路６３，６４および７３，７４は結
合関係にはない。第６図の実施例においては、偏
光選択結合器６０および６２の間の領域で二つの
波路６３および６４を物理的に分離することによ
つてこれが実現される。第７図の実施例において
は、波路７３および７４は物理的には分離してい
ないが偏光結合器の間の領域の波路の間に切られ
た溝７８によつて光学的に分離される。
第８図は、Ｚカツトの基板８０を使用した本発
明の光集積回路による実施例を示している。この
実施例においては、二つの偏光選択結合器８１お
よび８２は第２図に示す型のものであり、二つの
モード変換器８３および８４は第５図に示す型の
ものである。この構成では、二つの変換器フイン
ガ電極が二組の対置されたフインガを持つ単一の
電極８６として実現されているのが示されてい
る。これらの構成におけるように、波路８７およ
び８８は結合器８１と８２の間の領域では結合関
係にはない。
以上の本発明の説明におては、材料の例として
リチウムニオブとリチウムタンタルを示して瑠
る。同様にC3vの結晶構造を持つ他の材料を使用
することができる。ここでC3vの結晶構造とは、
複屈折性を有し直交偏光（TE、TM）の結合に
適当な電気光学的係数を有するものであつて目的
の波長で低損失でありその電気光学的摂動テンソ
ルが非対角要素を持つ複屈折の任意の材料を味す
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従う偏光独立波長選択フイル
タのブロツク図；第２図は偏光選択結合器の実施
例；第３図は偏光選択結合器の他の実施例；第４
図は波長選択モード変換器の実施例；第５図は同
調可能な波長選択モード変換器の実施例、第６
図、第７図、第８図は本発明の三つの集積光回路
の実施例である。
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 任意の偏光を持つ入力信号の直交偏光した光
    波成分（例えばTE、TM）を二つの異なる導波
    路に分離する入力偏光選択結合器； 該導波路の各々に設けた波長選択モード変換器
    （TETM）；及び 該モード変換器の選択波長にほぼ中心を持つ信
    号成分を出力信号路の一方に組合せ、該入力信号
    の残りを出力信号路の他方に組合せる出力偏光選
    択結合器とを含むことを特徴とする波長フイル
    タ。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のフイルタにお
    いて、 該結合器の各々は、 低い屈折率を持つ複屈折材料の基板に形成され
    た一対の光導波路を含み、 該光導波路対の各々は規定された長さ（例えば
    Ｌ）にわたつて相互に結合関係を持ち、一方の偏
    光成分に対しては等しく該一方の偏光成分と直交
    した偏光成分に対しては異なる位相定数（例えば
    βTM、βTE）を持つことを特徴とする波長フイル
    タ。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載のフイルタにお
    いて、該モード変換器は一対のモード変換手段か
    らなり、各モード変換手段は、 低い屈折率を持つ複屈折性の電気光学的材料の
    基板上に形成された光導波路と、 直交した偏光成分（例えばTE、TM）の間の
    選択的結合を行なうために該導波路に沿つて縦方
    向に間隔をおいて設けられた波長選択手段を含
    み、 該波長選択手段は、該一対のモード変換手段に
    よつて共用される一対の指を絡ませるように配置
    された電極であることを特徴とする波長フイル
    タ。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載のフイルタにお
    いて、該導波路は該導波路の間で該基板上の領域
    に設けられた溝によつて光学的に分離されている
    ようになつた波長フイルタ。 ５ 基板上に形成された光導波路を含む波長選択
    モード変換器において、 該基板は、該導波路より低い屈折率を持つた複
    屈折性の電気光学的材料のＺカツト基板でありそ
    してC3Vの結晶構造を有し、 第１の均質な電極が該導波路に沿つて部分的に
    それと重なるように設けられており、 第２の均質な電極が該第１の電極に隣接して該
    導波路の一方に沿つて配置されており、 第３のフインガ電極が該導波路に関し該第２の
    電極の反対側において該導波路に沿つて配置され
    ており、 該第１及び第３の電極は該導波路の中でTE
    TMモード変換をもたらす第１の電圧が印加され
    るようになつており、 該第１及び第２の電極は、 λを問題の波長； NTE及びNTMを夫々のモードの実効屈折率； Λをフインガ電極のフインガ間間隔； として △β＝2π／λ｜NTE−NTM｜−2π／Λ としたとき、該問題の波長で△β＝０となるよう
    な第２の電圧が印加されるようになつている ことを特徴とする波長選択モード変換器。
JP57043032A 1981-03-19 1982-03-19 Wavelength filter Granted JPS57168220A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/245,626 US4390236A (en) 1981-03-19 1981-03-19 Tunable polarization independent wavelength filter

Publications (2)

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