JPH04110830A - Optical control device - Google Patents

Optical control device

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JPH04110830A
JPH04110830A JP22804690A JP22804690A JPH04110830A JP H04110830 A JPH04110830 A JP H04110830A JP 22804690 A JP22804690 A JP 22804690A JP 22804690 A JP22804690 A JP 22804690A JP H04110830 A JPH04110830 A JP H04110830A
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JP
Japan
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optical
width
electrode
optical waveguides
electrodes
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Application number
JP22804690A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Nishimoto
裕 西本
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/29Devices 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
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type

Abstract

PURPOSE:To realize high crosstalk and a high extinction ratio by nearly equalizing the width of an electrode of one of two optical waveguides on a substrate to the width of an optical waveguide and making the width of the electrode of the other optical waveguide much larger than the width of the optical waveguide. CONSTITUTION:This optical control device has the directional coupler 11 composed of the two optical waveguides 11a and 11b and electrodes 13 and 14 are formed on the optical waveguides 11a and 11b across a buffer layer 12. The Y-axial widths WE1 and WE2 of the electrodes 13 and 14 are not equal and one electrode 14 is formed wider than the other electrode 13. When light waves propagated in the optical waveguides 11a and 11b are TE polarized light, this optical control device can use both a longitudinal electrooptic constant and a lateral electrooptic constant, so the refractive index variation of ordinary light in the optical waveguides 11a and 11b formed below the electrodes 13 and 14 can be made large although an applied voltage is equal to that of conventional structure. Low-voltage operation is therefore realized.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波の変調、光路切り替えを行う光制御デバイ
スに関し、特に電気光学結晶基板中に形成された光導波
路を用いて制御を行う導波路型光制御デバイスに関する
ものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical control device that modulates light waves and switches optical paths, and particularly relates to a waveguide that performs control using an optical waveguide formed in an electro-optic crystal substrate. The present invention relates to a type light control device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光通信ンステムの実用化に伴い、さらに大容量で多機能
の高度なンステムが求められており、より高速の光信号
の発生や光伝送路の切り替え、交換等の新たな機能の付
加が必要とされている。現在の実用システムでは光信号
は直接半導体レーザや発光ダイオードの注入電流を変調
することによって得られているが、直接変調では緩和振
動等の効果のため数GHz以上の高速変調が難しいこと
、波長変動が発生するためコヒーレント光伝送方式には
適用が難しい等の欠点がある。
As optical communication systems become more practical, advanced systems with higher capacity and more functionality are required, and new functions such as generation of faster optical signals and switching and switching of optical transmission lines are needed. has been done. In current practical systems, optical signals are obtained by directly modulating the injection current of semiconductor lasers or light emitting diodes, but with direct modulation, high-speed modulation of several GHz or more is difficult due to effects such as relaxation oscillation, and wavelength fluctuations The coherent optical transmission method has drawbacks such as difficulty in application due to the occurrence of

これを解決する手段としては、外部変調器を使用する方
法があり、特に電気光学結晶基板中に形成された光導波
路により構成される導波型の光変調器は小型、高効率、
高速という特長がある。
One way to solve this problem is to use an external modulator. In particular, a waveguide type optical modulator consisting of an optical waveguide formed in an electro-optic crystal substrate is small, highly efficient,
It has the advantage of high speed.

一方、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ている。現在
実用化されている光スイッチはプリズム、ミラー ファ
イバ等を機械的に移動させて光路を切り替えるものであ
り、低速であること、形状が大きくマトリクス化に不適
等の欠点がある。
On the other hand, optical switches are used as means for switching optical transmission lines and providing network switching functions. Optical switches currently in practical use switch optical paths by mechanically moving prisms, mirror fibers, etc., and have drawbacks such as slow speed and large size, making them unsuitable for matrix formation.

これを解決する手段としても光導波路を用いた導波型の
光スィッチの開発が進められており、高速、多素子の集
積化が可能、高信頼等の特徴がある。特に、ニオブ酸リ
チウム(LiNbO2)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
、方向性結合器型光変調器あるいは光スイッチ、全反射
型光スイッチ、マツハツエンダ型光変調器等の種々の方
式の光制御デバイスが報告されている。
As a means to solve this problem, the development of waveguide type optical switches using optical waveguides is progressing, and these switches have characteristics such as high speed, ability to integrate multiple elements, and high reliability. In particular, materials using ferroelectric materials such as lithium niobate (LiNbO2) crystals have features such as low light absorption and low loss, and high efficiency due to their large electro-optical effect. Various types of optical control devices have been reported, such as directional coupler type optical modulators or optical switches, total internal reflection type optical switches, and Matsuhatsu Enda type optical modulators.

その中でも方向性結合器を用いた光変調器、光スィッチ
は低クロストーク、高消光比が他の方式に比べ得られ易
いた袷、盛んに研究開発が行われている。
Among them, optical modulators and optical switches using directional couplers are being actively researched and developed because they are easier to obtain low crosstalk and high extinction ratio than other methods.

近年、この方向性結合器を用いた導波路型光スイッチの
高密度集積化の研究開発が盛んに行われており、四本 
裕らの文献、電子情報通信学会○QE88−147によ
tNf、2板(D L ] N b 03基板を用いて
方向性結合器型光スイッチを64素子集積した8×8マ
トリクス光スイツチを得ている。また、前述した8×8
マトリクス光スイツチは任意の偏光成分に対してスイッ
チング機能が可能になるように集積された64素子の方
向性結合型光スィッチのそれぞれが任意の偏波面成分に
対してスイッチングができるようになっている(以後、
偏光無依存動作と呼ぶ)。この偏光無依存動作は、光導
波路を伝搬するランダムな偏波面を有する光波において
偏波面が直交しているTE偏光成分とTM偏光成分のそ
れぞれのスイッチング電圧を一致させれば実現される。
In recent years, research and development on high-density integration of waveguide optical switches using this directional coupler has been actively conducted, and four
According to the literature by Yu et al., Institute of Electronics, Information and Communication Engineers ○QE88-147, an 8×8 matrix optical switch was obtained in which 64 directional coupler type optical switches were integrated using a tNf, 2-board (DL]Nb03 substrate. In addition, the 8×8
The matrix optical switch is a 64-element directional coupling optical switch that is integrated so that it can perform switching functions for any polarization component.Each of the 64 element directional coupling optical switches can perform switching for any polarization plane component. (Hereafter,
(called polarization-independent operation). This polarization-independent operation is realized by matching the switching voltages of the TE polarization component and the TM polarization component, whose polarization planes are orthogonal to each other in a light wave having a random polarization plane propagating through an optical waveguide.

すなわち、方向性結合器のパー状態を得るための印加電
圧が任意偏波面で一致していればよい。
That is, it is sufficient that the applied voltages for obtaining the par state of the directional coupler match in any plane of polarization.

一方、外部光変調器のような単一の光スイッチ素子から
成るデバイスの研究開発も盛んに進められている。
On the other hand, research and development of devices consisting of a single optical switching element, such as external optical modulators, is also actively progressing.

このような光スイツチデバイスの特性項目は、スイッチ
ング電圧(電力)、クロストーク、消光比、損失、切替
え速度、強度および位相変調周波数帯域、温湿度および
衝撃等の環境に対する動作の安定性等がある。また、前
述した偏光無依存動作の光スィッチでは、任意偏光のス
イッチング電圧の一致が重要である。
The characteristics of such optical switch devices include switching voltage (power), crosstalk, extinction ratio, loss, switching speed, intensity and phase modulation frequency bands, and operational stability against environments such as temperature, humidity, and shock. . Furthermore, in the aforementioned optical switch that operates without polarization dependence, it is important that the switching voltages of arbitrary polarizations match.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した特性項目の中でもスイッチング電圧の低減、ま
た、偏光無依存動作を実現する上で任意偏光でのスイッ
チング電圧の一致が最も重要な課題である。
Among the above-mentioned characteristic items, reduction of the switching voltage and matching of the switching voltage for arbitrary polarization are the most important issues in realizing polarization-independent operation.

ここで従来の技術を図面を用いて説明する。第2図は方
向性結合器を用いた従来の光スィッチの構造を示す断面
図である。第2図においては、Z板L ]N b Os
 基板を電気光学結晶基板1に用いている。この電気光
学結晶基板1に2本の光導波路2a、2bから成る方向
性結合器2が形成されている。このとき、光波が光導波
路2a、2bを伝搬する方向はX軸である。(以後、X
軸伝搬と呼ぶ)。
Here, the conventional technology will be explained using drawings. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional optical switch using a directional coupler. In FIG. 2, the Z plate L ]N b Os
The substrate is used as an electro-optic crystal substrate 1. A directional coupler 2 consisting of two optical waveguides 2a and 2b is formed on this electro-optic crystal substrate 1. At this time, the direction in which the light waves propagate through the optical waveguides 2a and 2b is the X axis. (Hereafter, X
(called axial propagation).

一般に、方向性結合器2を形成する近接する2本の光導
波路2a、2bの伝搬定数は、互いに等しく成るように
設計、製作されている。この場合、方向性結合器2の長
さをある長さに設定すれば、一方の光導波路2aまたは
2bを伝搬する光波は隣接する光導波路2bまたは2a
にモード結合し、光波のエネルギは徐々に隣接する光導
波路2a、2bに移行する。光波のエネルギの100%
が他方の隣接する光導波路2a12bに移行するときの
方向性結合器2の長さは完全結合長と呼ばれ、第2図で
はこの完全結合長に長さを設定した方向性結合器2を用
いている。
Generally, the two adjacent optical waveguides 2a and 2b forming the directional coupler 2 are designed and manufactured so that the propagation constants are equal to each other. In this case, if the length of the directional coupler 2 is set to a certain length, the light wave propagating through one optical waveguide 2a or 2b will be transmitted through the adjacent optical waveguide 2b or 2a.
The energy of the light wave gradually transfers to the adjacent optical waveguides 2a and 2b. 100% of light wave energy
The length of the directional coupler 2 when the waveguide transitions to the other adjacent optical waveguide 2a12b is called the perfect coupling length, and in FIG. 2, the directional coupler 2 whose length is set to this perfect coupling length is used. ing.

さらに、前記した電気光学結晶基板1上にバッファ層3
が装荷され、このバッファ層3を介して金属材料から成
る電極4a、4b(以後、金属電極と呼ぶ)が光導波路
2a12bの上に形成されている。前記したバッファ層
3は、金属電極4a。
Further, a buffer layer 3 is provided on the electro-optic crystal substrate 1 described above.
is loaded, and electrodes 4a and 4b (hereinafter referred to as metal electrodes) made of a metal material are formed on the optical waveguide 2a12b via the buffer layer 3. The buffer layer 3 described above is a metal electrode 4a.

4bによる光の吸収を防ぐための光学的バッファ層とし
て用いられ、金属電極4a、4bは高速動作が行えるよ
うに体積抵抗率が小さいものが用いられている。また、
光導波路2a、2bの上に形成された2つの電極4a、
4bの幅はWEで等しく、かつ光導波路2a、2bの光
波伝搬方向に対して垂直方向の幅WGと同じ程度となっ
ている。
The metal electrodes 4a and 4b are used as an optical buffer layer to prevent absorption of light by the metal electrodes 4a and 4b, and those having a small volume resistivity are used to enable high-speed operation. Also,
two electrodes 4a formed on the optical waveguides 2a and 2b,
The widths of the optical waveguides 4b are equal in WE, and are approximately the same as the width WG of the optical waveguides 2a and 2b in the direction perpendicular to the light wave propagation direction.

この構造の光制御デバイスでは光波の制御を行う電界成
分としては、Z板LiNbO3基板を用いている電気光
学結晶基板1の表面に対して垂直なもの、すなわちZ軸
方向の電界成分(以後、縦電界成分と呼ぶ)を利用して
いる。この場合、光波の制御を行うために用いる光導波
路2a12bの屈折率の変化を発生させる電気光学定数
は縦電界と平行方向のもの(以後、縦電気光学定数と呼
ぶ)である。したがって、スイッチング電圧はこのw!
電気光学定数の大きさでほぼ一義的に決まり、特定のス
イッチング電圧しか得られない。この縦電気光学定数は
Z板LiNbO3基板、χ軸伝搬において、TM偏光に
対してはr33であり、TE偏光に対してはr13であ
る。
In the optical control device with this structure, the electric field component that controls light waves is the electric field component perpendicular to the surface of the electro-optic crystal substrate 1 using the Z-plate LiNbO3 substrate, that is, the electric field component in the Z-axis direction (hereinafter, vertical (called electric field component). In this case, the electro-optic constant that causes a change in the refractive index of the optical waveguide 2a12b used to control light waves is one in a direction parallel to the longitudinal electric field (hereinafter referred to as a longitudinal electro-optic constant). Therefore, the switching voltage is this w!
It is almost uniquely determined by the size of the electro-optic constant, and only a specific switching voltage can be obtained. This longitudinal electro-optical constant is r33 for TM polarized light and r13 for TE polarized light in the Z-plate LiNbO3 substrate and χ-axis propagation.

また、第2図に示す従来の構造の光スィッチを偏光無依
存動作させるための手段の1つとして、TM、TEの両
偏光における方向性結合器2の完全結合長を等しく設定
し、2つの電極4a、4b間の電位差が零のとき、すな
わち縦電界を発生させないときには、光導波路2a12
bを伝搬する光波の二2、ルギは一方の光導波路から他
方の光導波路へ100%が移行する。これはクロス状態
と呼ばれている。2つの電極4a、4b間に電位差を与
えていくと、伝搬定数の等しかった2本の光導波路2a
、2bの間に伝搬定数差が発生し、位相の不整合が起こ
り、隣接する光導波路2a、2bへの光波のエネルギ移
行が起こりにくくなる。
In addition, as one of the means for operating the optical switch having the conventional structure shown in FIG. When the potential difference between the electrodes 4a and 4b is zero, that is, when no longitudinal electric field is generated, the optical waveguide 2a12
100% of the light waves propagating through b are transferred from one optical waveguide to the other. This is called a cross state. When a potential difference is applied between the two electrodes 4a and 4b, the two optical waveguides 2a with the same propagation constant
, 2b, a phase mismatch occurs, and the energy transfer of light waves to the adjacent optical waveguides 2a, 2b becomes difficult.

そして、特定の電位差で光波のエネルギ移行は全く発生
せず、光波は初tに伝搬していた光導波路2a、2bを
そのまま伝搬する。これはバー状態と呼ばれている。こ
のバー状態を得る電位差がスイッチング電圧である。バ
ー状態が得られる電位差は一点てはなく、完全な位相不
整合が発生する電位差ならばよい。
Then, at a specific potential difference, no energy transfer of the light wave occurs, and the light wave propagates as it is through the optical waveguides 2a and 2b in which it was initially propagating at t. This is called the bar state. The potential difference that produces this bar state is the switching voltage. There is no single potential difference that can produce a bar state; it is sufficient that the potential difference causes a complete phase mismatch.

したがって、一番はじめのバー状態を得る電位差をVS
とすると、2.24VS、3.42VS等の電位差でも
バー状態が得られる。偏光無依存動作を得るためには、
前述したクロス状態を得ると共にスイッチング電圧をT
M、TEの各偏光間で一致させる必要がある。一方、各
偏光のスイッチング電圧は前述した縦電気光学定数、す
なわち、TM偏光に対するr33、TE偏光に対するr
13の大きさで一義的に決定される。この場合、縦電気
光学定数r33は異常光屈折率neの変化を発生させ、
もう一つの縦電気光学定数r13は常光屈折率noの変
化を生じさせる。したがって、TM、TEの各偏光間で
同時にバー状態が得られる電位差を実現するためにはr
33とr13の比である(r33/r、3)が1.0.
2.24.3.42等の比率である必要がある。しかし
、縦電気光学定数r33とr13の大きさの比(r’+
3/r13)は前述した値ではなく約2.9〜3.3で
ある。この縦電気光学定数はZ板LiNbO3基板固有
の定数であり、調整はできない。つまり、ランダムな偏
波面を有する光波に対しては完全なバー状態を得ること
はできない。すなわち、一方の光導波路2aまたは2b
から隣接する光導波路2bまたは2aへの光波のエネル
ギ移行を完全に無くすことはできないという欠点がある
。したがって、光路の切替えを行う光スィッチの応用で
はクロストークの劣化として現れ、光の強度変調器の応
用では消光比の劣化を引き起こすという問題がある。
Therefore, the potential difference to obtain the first bar state is VS
If so, a bar state can be obtained even with a potential difference of 2.24VS, 3.42VS, etc. To obtain polarization-independent operation,
Obtain the above-mentioned cross state and reduce the switching voltage to T.
It is necessary to match the M and TE polarizations. On the other hand, the switching voltage of each polarized light is determined by the longitudinal electro-optic constant described above, that is, r33 for TM polarized light and r33 for TE polarized light.
It is uniquely determined by the size of 13. In this case, the longitudinal electro-optic constant r33 causes a change in the extraordinary refractive index ne,
Another longitudinal electro-optic constant r13 causes a change in the ordinary refractive index no. Therefore, in order to realize a potential difference that allows a bar state to be obtained simultaneously between each polarization of TM and TE, r
The ratio of 33 and r13 (r33/r, 3) is 1.0.
It needs to be a ratio such as 2.24.3.42. However, the ratio of the magnitudes of the longitudinal electro-optic constants r33 and r13 (r'+
3/r13) is not the value mentioned above but is approximately 2.9 to 3.3. This longitudinal electro-optic constant is a constant specific to the Z plate LiNbO3 substrate and cannot be adjusted. In other words, a perfect bar state cannot be obtained for light waves with random polarization planes. That is, one optical waveguide 2a or 2b
A drawback is that it is not possible to completely eliminate the energy transfer of light waves from one optical waveguide to the adjacent optical waveguide 2b or 2a. Therefore, when applied to an optical switch that switches optical paths, this appears as a deterioration of crosstalk, and when applied to an optical intensity modulator, it causes a problem of deterioration of the extinction ratio.

本発明の目的は、低電圧な動作および任意偏波面のスイ
ッチング電圧が一致し、高クロストークおよび高消光比
が可能な偏光無依存動作が得られる光制御デバイスを提
供するにある。
An object of the present invention is to provide an optical control device that can operate at a low voltage, have matching switching voltages for arbitrary planes of polarization, and achieve polarization-independent operation capable of high crosstalk and high extinction ratio.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明による光制御デバイスは、電気光学効果を有する
結晶基板に形成された2本の近接した光導波路から成る
方向性結合器と、前記した2本の各光導波路上に形成さ
れた電極とから成る光制御デバイスにおいて、前記した
2本の各光導波路上に形成された電極の光波伝搬方向に
対して垂直方向の幅が、前記した2本の各光導波路上に
形成されたそれぞれの電極で異なり、前記した2本の光
導波路のうち、いずれか一方の光導波路上に形成された
電極の幅が光導波路の光波伝搬方向に対して垂直方向の
幅と同じ程度に形成され、かつ他方の光導波路上に形成
された電極の幅が前記した光導波路の幅より十分広く形
成されたことを特徴とする。
The optical control device according to the present invention includes a directional coupler consisting of two adjacent optical waveguides formed on a crystal substrate having an electro-optic effect, and electrodes formed on each of the two optical waveguides. In the optical control device, the width of the electrodes formed on each of the two optical waveguides in the direction perpendicular to the light wave propagation direction is equal to the width of each electrode formed on each of the two optical waveguides. Differently, the width of the electrode formed on one of the two optical waveguides is approximately the same as the width of the optical waveguide in the direction perpendicular to the light wave propagation direction, and The present invention is characterized in that the width of the electrode formed on the optical waveguide is sufficiently wider than the width of the optical waveguide.

1作用〕 本発明による方向性結合器を用いた光制御デバイスを用
いれば、低電圧化が得られると共に、高クロストークお
よび高消光比の光スィッチ、変調器が得られる。すなわ
ち、本発明では従来の構造と異なり、2つの電極の一方
を光導波路の幅より十分広くしており、縦電界に加えて
横方向の電界を用いているためである。
1 Effect] By using an optical control device using a directional coupler according to the present invention, a low voltage can be obtained, and an optical switch or modulator with high crosstalk and high extinction ratio can be obtained. That is, in the present invention, unlike the conventional structure, one of the two electrodes is made sufficiently wider than the width of the optical waveguide, and a horizontal electric field is used in addition to a vertical electric field.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図(A)、(B)は本発明の一実施例に係る光制御
デバイスの構造を示す断面図である。第1図(A)、(
B)においては、Z板LiNbO3基板を電気光学結晶
基板10に用いており、また光波の伝搬方向はX軸に平
行な方向である。
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing the structure of a light control device according to an embodiment of the present invention. Figure 1 (A), (
In B), a Z-plate LiNbO3 substrate is used as the electro-optic crystal substrate 10, and the propagation direction of the light wave is parallel to the X-axis.

第1図(A)の光制御デバイスは2本の光導波路11a
、llbから成る方向性結合器11を備えており、光導
波路11a、llbの上にノX7フア層12を介して電
極13.14が形成されてし)る。このとき、2本の光
導波路11a、llbの上に形成されたそれぞれの電極
13.14のY軸方向の幅’v”v’E1、WB2は等
しくなく、一方の電極14は他方の電極13より幅が広
く形成されている。このとき、電極13.14は光導波
路11a、llbを全て覆うため電極13.14の幅は
光導波路11a、llbの幅WCより広く、また電極1
3.14の光導波路11a、11bへの重なり具合は、
方向性結合器11を形成する2本の光導波路11a、l
lbの間の領域では双方の電極13.14て等しくなっ
ている。
The optical control device in FIG. 1(A) has two optical waveguides 11a.
, llb is provided, and electrodes 13 and 14 are formed on the optical waveguides 11a and llb via a nox7 fiber layer 12). At this time, the widths 'v''v'E1 and WB2 in the Y-axis direction of the respective electrodes 13.14 formed on the two optical waveguides 11a and llb are not equal, and one electrode 14 is different from the other electrode 13.14. At this time, since the electrodes 13.14 completely cover the optical waveguides 11a and llb, the width of the electrodes 13.14 is wider than the width WC of the optical waveguides 11a and llb.
3.14 overlap with the optical waveguides 11a and 11b is as follows:
Two optical waveguides 11a, l forming the directional coupler 11
In the region between 1b and 1b, both electrodes 13 and 14 are equal.

一方、方向性結合器11の外側では重なり具合が、2つ
の電極13.14で異なる。すなわち、片方の電極14
の方が他方の電極13に比べ幅が広(形成されている。
On the other hand, outside the directional coupler 11, the two electrodes 13 and 14 have different degrees of overlap. That is, one electrode 14
The width of the electrode 13 is wider than that of the other electrode 13.

片方の電極14については、方向性結合器11の外側部
分は前記した電極14の下に形成されている光導波路1
1bを覆い、また前記した電極14の幅WE2はこの電
極14の下に形成された光導波路11bの幅WGより十
分広く形成されている。もう1つの電極13については
、方向性結合器11の外側部分は前記した電極13の下
に形成されている光導波路11aを全て覆っているが、
前記した電極13の幅WEIはその下に形成された光導
波路11aの幅WGより少し広い程度である。
Regarding one electrode 14, the outer part of the directional coupler 11 is connected to the optical waveguide 1 formed under the electrode 14 described above.
The width WE2 of the electrode 14 described above is sufficiently wider than the width WG of the optical waveguide 11b formed under the electrode 14. Regarding the other electrode 13, the outer part of the directional coupler 11 completely covers the optical waveguide 11a formed under the electrode 13,
The width WEI of the electrode 13 described above is slightly wider than the width WG of the optical waveguide 11a formed therebelow.

このような電極構造ではm電界成分の他に、光波の伝搬
方向に垂直で、かつZ板L I N b 03 基板か
ら成る電気光学結晶基板10の表面に平行な電界成分、
すなわち、Y軸方向の電界成分(以後、横電界成分と呼
ぶ)を用いている。この横電界成分に対応する電気光学
定数はr22であり(以後、横電気光学定数と呼ぶ)、
常光屈折率noの変化を引き起こす。すなわち、TE偏
光のみに寄与する。したがって、光導波路11a、ll
bを伝搬する光波がTE偏光の場合には、本発明による
光制御デバイスの構造を用いれば縦電気光学定数と横電
気光学定数の両方を用いることができるた必、印加電圧
が従来の構造と同一でも電極13.14の下に形成され
ている光導波路11a、11bの常光の屈折率変化を大
きくすることができる。したがって、従来の構造に比べ
低電圧動作が得られる。
In such an electrode structure, in addition to the m electric field components, there are electric field components perpendicular to the propagation direction of the light wave and parallel to the surface of the electro-optic crystal substrate 10 made of the Z plate L I N b 03 substrate.
That is, an electric field component in the Y-axis direction (hereinafter referred to as a transverse electric field component) is used. The electro-optic constant corresponding to this transverse electric field component is r22 (hereinafter referred to as the transverse electro-optic constant),
This causes a change in the ordinary refractive index no. That is, it contributes only to TE polarization. Therefore, the optical waveguides 11a, ll
When the light wave propagating in b is TE polarized, the structure of the optical control device according to the present invention allows use of both the longitudinal electro-optic constant and the transverse electro-optic constant. Even if they are the same, the change in the refractive index of the ordinary light of the optical waveguides 11a and 11b formed under the electrodes 13 and 14 can be increased. Therefore, lower voltage operation can be obtained compared to conventional structures.

また、逆に横電界成分の向きを反対にすれば、すなわち
、第1図(B)に示すように、1つの電極13と他方の
電極14とを入れ換えた構造をとれば、常光屈折率no
の変化を従来の構造よりも小さくできる。したがって、
TE偏光のスイッチング電圧を小さくも大きくもできる
ため、偏光無依存動作を行う光制御デバイスにおいて、
TM。
Conversely, if the direction of the transverse electric field component is reversed, that is, if a structure is adopted in which one electrode 13 and the other electrode 14 are interchanged, the ordinary refractive index no.
changes can be made smaller than with conventional structures. therefore,
Since the switching voltage of TE polarized light can be made smaller or larger, it is possible to make the switching voltage of TE polarized light smaller or larger.
TM.

TE偏光のそれぞれのスイッチング電圧を一致させるこ
とができる。すなわち、ある一定の値であるTM偏光の
スイッチング電圧にTE偏光のスイッチング電圧を合わ
せることができる。したがって、偏光無依存動作におい
て、光路の切り替えを行うスイッチの応用では高クロス
トークが得られ、光の強度変調器の応用では高消光比が
得られる。
The switching voltages of each of the TE polarized lights can be matched. That is, the switching voltage for TE polarization can be adjusted to the switching voltage for TM polarization, which is a certain constant value. Therefore, in polarization-independent operation, a high crosstalk can be obtained in the application of a switch for switching optical paths, and a high extinction ratio can be obtained in the application of an optical intensity modulator.

なお、バッファ層12としては5102系、A1203
、〜4gF2  Si○N、Si3 N4等が用いられ
、電極13.14としてはAu、An。
Note that the buffer layer 12 is 5102 series, A1203
, ~4g F2 Si○N, Si3 N4, etc. are used, and the electrodes 13 and 14 are Au and An.

MO1IT○、ZnC系材料、導電性高分子等が用いら
れる。なお、電極13.14に光の吸収がなければバッ
ファ層12を用いな(ともよい。
MO1IT○, ZnC-based materials, conductive polymers, etc. are used. Note that if the electrodes 13 and 14 do not absorb light, the buffer layer 12 may not be used.

〔発胡の効果〕[Effect of Hathu]

以上の通り、本発明を用いれば、2本の近接した光導波
路から成る方向性結合器を用いた光制御デバイスにおい
て、従来の構造と異なり、2本の光導波路の上に形成さ
れる2つの電極の一方を光導波路の幅より十分広く形成
しており、縦電界に加えて横方向の電界を用いているた
め、低電圧化が得られると共に、偏光無依存動作におけ
る高クロストークおよび高消光比の光スィッチ、変調器
が得られるという優れた効果を奏する。
As described above, by using the present invention, in an optical control device using a directional coupler consisting of two adjacent optical waveguides, unlike the conventional structure, two optical waveguides formed on two adjacent optical waveguides can be used. One of the electrodes is formed sufficiently wider than the width of the optical waveguide, and a horizontal electric field is used in addition to the vertical electric field, resulting in low voltage and high crosstalk and high extinction in polarization-independent operation. This has the excellent effect of providing a high-speed optical switch and modulator.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(A)、(B)は本発明に係る光制御デバイスの
断面図、第2図は従来の光制御デバイスの一例を示す断
面図である。 10・ ・・電気光学結晶基板、 11 aS’i i b’−−光導波路、11・・・方
向性結合器、 13.14・・・・・電極。
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views of a light control device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a conventional light control device. 10... Electro-optic crystal substrate, 11 aS'i i b'--optical waveguide, 11... Directional coupler, 13.14... Electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 電気光学効果を有する結晶基板に形成された2本の近接
した光導波路から成る方向性結合器と、前記した2本の
各光導波路上に形成された電極とから成る光制御デバイ
スにおいて、前記した2本の各光導波路上に形成された
電極の光波伝搬方向に対して垂直方向の幅が、前記した
2本の各光導波路上に形成されたそれぞれの電極で異な
り、前記した2本の光導波路のうち、いずれか一方の光
導波路上に形成された電極の幅が光導波路の光波伝搬方
向に対して垂直方向の幅と同じ程度に形成され、かつ他
方の光導波路上に形成された電極の幅が前記した光導波
路の幅より十分広く形成されていることを特徴とする光
制御デバイス。
The above-described optical control device includes a directional coupler consisting of two adjacent optical waveguides formed on a crystal substrate having an electro-optic effect, and an electrode formed on each of the two optical waveguides. The width of the electrodes formed on each of the two optical waveguides in the direction perpendicular to the light wave propagation direction is different for each of the electrodes formed on each of the two optical waveguides. An electrode formed on one of the waveguides whose width is approximately the same as the width in the direction perpendicular to the light wave propagation direction of the optical waveguide, and an electrode formed on the other optical waveguide. An optical control device characterized in that the width of the optical waveguide is formed to be sufficiently wider than the width of the optical waveguide.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5617493A (en) * 1994-12-15 1997-04-01 Nec Corporation Waveguide type optical control device with properties of suppressed DC drift, reduced driving voltage and high speed operation

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5617493A (en) * 1994-12-15 1997-04-01 Nec Corporation Waveguide type optical control device with properties of suppressed DC drift, reduced driving voltage and high speed operation

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