JPH0375707A - 光回路 - 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〕 本発明は結晶基板上に設けた光導波路を用いた光回路に
関し、さらに詳しくは光導波路同士が交差して構成され
る光回路に関する。

〔従来の技術〕

光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量や
多機能を持つ高度のシステムが求められており、光伝送
路の切り替え、交換や数多くの光信号の分配、合流など
の新たな機能の付加が必要とされている。光伝送路の切
り替えやネットワークの交換機能を得る手段としては光
スィッチが使用される。現在実用されている光スィッチ
は、プリズム、ミラー、ファイバーなどを機械的に移動
させるものであり、低速であること、信頼性が不十分で
あること、形状が大きくマトリクス化に不適等の欠点が
ある。これを解決する手段として開発が進められている
ものとしては光導波路を用いた導波形の光スィッチがあ
る。これは高速、多素子の集積化が可能であり、しかも
高信頼等の特長がある。特にニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ，）結晶等の強誘電体材料を用いたものは、光吸収
が小さく低損失であること、大きな電気光学効果を有し
ているため高効率である等の特長があり、従来からも方
向性結合器型光スイッチ、全反射型光スイッチ又はマツ
ハツエンダ型光スイッチ等の種々の方式の光スィッチが
報告されている。

特に導波形光スイッチ間を基板上に光導波路から−なる
光回路で接続し、多数個集積したマトリクス光スィッチ
は光信号の切り替え、交換の目的にはキーデバイスであ
るため数多くの検討及び報告がされている。このような
導波形のマトリクス光スィッチを実際の光通信システム
に適用する場合、低損失であることが重要であり、この
ためにはマトリクス光スィッチを構成する光回路が低損
失であることが不可欠である。

一方、光信号を分配したり、合流する場合に現在は光フ
ァイバを用いているが、今後分配及び合流させる光信号
数の増加に伴う大型化、信号数増大に対しては不適当で
ある。これを解決する手段として開発が進められている
ものは、やはり光導波路を用いた導波形の光回路である
。光ファイバと同じ材料である石英系光導波路、ガラス
板及びニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ，）結晶等の誘電
体基板に形成した光導波路を用いた光回路は、光吸収が
小さく低損失であるため、数多くの報告がされているが
、やはり、実際の光通信システムに適用する際には光回
路が低損失であることが実用上不可欠である。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、従来の光回路では光回路の損失に関して
十分な特性は得られていない。第２図（ａ）。

（ロ）に従来の光導波路が交差して構成される光回路の
一例として百本　裕らの文献、電子情報通信学会　技術
報告　ＯＱＥ　８８−１４７による８×８マトリクス光
スイツチの光回路の平面図を示す。第２図（ａ）におい
て、Ｚ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム結晶基板
１１上にチタンを拡散じ、屈折率を基板１１よりも大き
くして形成した埋め込み形のシングルモード光導波路１
２及び１３が形成されており、光導波路１２及び１３は
基板１１の中央部で互いに数ｐｍ程度まで近接し、方向
性結合器１４を形成している。

第２図（ａ）では前記方向性結合器１４が６４素子同−
基板上に集積されて８×８マトリクス光スイツチを構成
している。第２図（ロ）は各方向性結合器１４間を接続
する光導波路１２及び１３が交差する領域を拡大した平
面図である。１５は制御電極、１７は入射光、１８゜１
９は出射光、２０は交差部である。前述した文献によれ
ば、８×８マトリクス光スイツチの接続パスによる損失
の違いは２本の光導波路１２及び１３の交差部での損失
（今後、交差損失と呼ぶ）に起因すること、また、低損
失化を達成するためには交差損失の低減が必要であるこ
とが明らかにされている。

前述した接続パスの違いによる損失の差は、各接続パス
における２本の光導波路１２及び１３が交差する交差部
の数の違いに起因している。すなわち、前述した文献に
よれば、交差損失は７Ｍ偏光に対して一つの交差部で０
．３５ｄＢ程度あり、このとき各接続パスが有する交差
部は０点から１５点と異なるためである。従って、交差
点が０点と１５点の接続パスの間には交差損失だけで約
５ｄＢの損失の差が発生することになる。デバイスの損
失を低減するためには、この交差損失を低損失化するこ
とが必要となる。シングルモードで伝搬してきた導波光
は、交差する２本の導波路が近接する領域から交差部に
かけてマルチモードとなり、交差部を通過後は交差する
２本の導波路が離れた領域で再びシングルモードとなる
。このように、交差部２０でのモード変換、モード結合
及び交差して近接するもう一方の導波路への導波光の移
行などにより、交差損失が発生する。

なお、第２図ωに示した８×８マトリクス光スイツチの
６４素子の各方向性結合器型光スイッチにおいて、方向
性結合器１４を構成する光導波路上には制御電極１５に
よる光吸収を防ぐためのバッファ層を介して制御電極１
５が形成されている。第２図（ａ）において、光導波路
１２に入射した入射光１７は方向性結合器１４の部分を
伝搬するにしたがって近接した光導波路１３へ徐々に光
エネルギーが移り、方向性結合器１４を通過後は光導波
路１３にほぼ１００％エネルギーが移って出射光１８と
なる。一方、制御電極１５に電圧を印加した場合、電気
光学効果により制御電極１５下の光導波路の屈折率が変
化し、光導波路１２と１３を伝搬する導波モードの間に
位相速度の不整合が生じ、両者の間の結合状態は変化す
る。

この動作を用いて導波光の伝搬路の切り替えを行ってい
る。

本発明の目的は上述の従来の光回路の課題を解決し、低
損失の光回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明の光回路は、結晶基板
上に形成された複数の光導波路からなり、該光導波路同
士が交差して構成される光回路において、前記光導波路
の交差部に近接する領域の結晶基板上に凹部を形成した
ものである。

［作用］ 本発明の光回路は、光導波路同士が交差している交差部
の光導波路を除いた結晶基板上に凹部を有し、凹部は交
差する２本の光導波路が近接する領域に形成されるため
、近接する２本の光導波路間は交差部の周辺部で、導波
路の断面がリッジ形の形状を有する。本発明者の実験に
よると、交差部をこのような構造にすることにより交差
損失は低減する。

すなわち、交差部の周辺部の光導波路をリッジ形状とす
ることで、光導波路を導波光の進行方向に対して横方向
から取り囲むクラッド層は、従来の光回路における交差
部に比べ結晶基板よりも更に屈折率の低い物質にするこ
とが可能となる。このため、従来の構造に比べ、交差す
る２本の導波路が近接してくる領域から交差部直前まで
、近接する２本の導波路間は低屈折率の物質に遮断され
、導波路は導波光の閉じ込めが強くなり、マルチモード
成分が発生せず、前述した交差損失の要因であるモード
変換による損失、モード結合による損失及び近接する他
方の光導波路への導波光の移行による損失がそれぞれ減
少するため、交差損失は大幅に低減される。

以上のように、本発明の光回路では交差損失を低減でき
、従来に比べて交差部を有する光回路が低損失で得られ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図（ａ）、（ロ）は本発明による光回路の一実施例
である光導波路の交差部の平面図、断面図を示す。

図において、光導波路１２と１３との交差部２０の周辺
で、かつ光導波路を除いたニオブ酸リチウム結晶基板１
１に凹部２１を形成するためには、イオンビーム法、リ
アクティブイオンビーム法、リアクティブイオン法など
のドライエツチング法、又は、溶液を用いたケミカルエ
ツチング法などのウェットエツチング法などを用いてエ
ツチングする方法がある。

本実施例の光回路では、リアクティブイオンビームエツ
チング法を用いた。すなわち、従来例と同様にニオブ酸
リチウム結晶基板ｌｌにチタン拡散による光導波路を形
成した後に、凹部２１を形成する部分以外の領域をマス
クし、リアクティブイオンビームエツチング法によって
ニオブ酸リチウム結晶基板１１をエツチング除去した。

本発明の光回路における凹部２１の深さＤは、０゜１ｐ
ｍ以上あれば交差損失低減の効果が認められた。

光導波路１２及び１３を導波光の進行方向に対して、横
方向から取り囲むクラッド層１６は、ニオブ酸リチウム
結晶基板１１より屈折率が小さく、かつ透明な材料であ
ればよい。この材料として、ＳｉＯ□Ｓｉ。

Ｎ４．　ＡＱ、Ｏ，等を用いた。

従来の光回路では交差損失がＴＭ偏光に対して一つの交
差部で約０．３５ｄＢであったのに対し、本実施例によ
る光回路では交差損失は約０．１　ｄ　Ｂとなり、従来
例に比べ著しく小さくなった。このとき、第１図におい
て、Ｄはｌｌｌ１１１ＧはＯｐｍ以上、光導波路１２及
び１３の幅Ｗは９ＩＩＩ１１１交差部での光導波路の交
差角θは約７度（ただし７度以上）、クラッド層１６は
Ｓ　ｉ　Ｏ，であり、光導波路は厚さ６３０オングスト
ロームのチタンを１０５０℃で８時間熱拡散することに
より形成した。

なお、本発明による光回路を形成する光導波路はニオブ
酸リチウム結晶基板にチタンを拡散したものに限定され
ず、ガラス基板やニオブ酸リチウムを用いたプロトン交
換光導波路、サファイア、Ｓｉ基板上に形成する石英系
光導波路など全ての光回路に適用できるのは明らかであ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明による光回路では、従来の光
回路に比べて、損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明による光回路の一例を示す平面図
、（ロ）は第１図ωのＡ−Ａ　’線断面図、第２図（ａ
）は従来の光回路を示す平面図、（ロ）は第２図（ａ）
の■部拡大図である。 １１・・・ニオブ酸リチウム結晶基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶基板上に形成された複数の光導波路からなり
   、該光導波路同士が交差して構成される光回路において
   、前記光導波路の交差部に近接する領域の結晶基板上に
   凹部を形成したことを特徴とする光回路。