JPH04195115A - 光制御デバイス - 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】 技術分野 本発明は光制御デバイスに関し、特に電気光学効果を有
するＬｉＮｂ０．あるいはＬｉＴａ０．基板中に形成さ
れた光導波路を用いて制御を行う導波型光スイッチに関
する。

従来技術 光通信システムの実用化に伴い、更に大容量で多機能の
高度なシステムか求められており、より高速の光信号の
発生や光伝送路の切替え、交換等の新たな機能の付加か
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の効果、波長チャーピ
ングの発生等のため数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先伝送方式に
は適用が難しい等の欠点がある。

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。

一方、光伝送路の切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ィッチはプリズム、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
欠点かある。

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、高信頼等の特長がある。特にニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ３）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徴があり、
方向性結合器型光変調器あるいは光スィッチ、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。

近年、この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　格らの文献、電子情報
通信学会０ＱＥ８８−１４７によれば、ＬＩＮｂＯ，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マトリツクス光スイツチを得ている。

一方、外部光変調器のような単一の光スイツチ素子から
なるデバイスの研究開発も盛んに進められている。この
ような光スイツチデバイスの特性項目には、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、温湿度なとの環境に対する動作の安定性、また、
電圧の連続印加時における動作の安定性などかある。

上述した特性項目の中でも安定動作は実用において最も
重要な点である。

ここで、従来の技術について図面を用いて説明する。第
３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。

図において、電気光学効果を有するＬＩＮｂＯ３あるい
はＬｉＴａ０．基板１（以下、基板と略す）に形成され
た２本の光導波路２ａ及び２ｂからなる方向性結合器を
含む基板１上にバッファ層３か装荷され、前記バッファ
層３を介して主として金属材料からなる電極４ａ、４ｂ
か光導波路２ａ、２ｂの上に形成される。そして、更に
導電性膜６が装荷される。

この導電性膜６は、サツキらの文献ＣＬＥＯ’８６ＭＦ
−２，４６ページによれば、温度変動か発生した場合に
強誘電体が有する焦電効果により基板１中に生ずる電荷
の移動による特性不安定化を防く作用かある。すなわち
、温度の変動に対してのスイッチ動作の安定化の効果が
あると考えられており、Ｓｊ膜が用いられている。

また、バッファ層３は光導波路２ａ、２ｂを伝搬する光
が電極４ａ、４ｂ及び導電性膜６に吸収されるのを防ぐ
ために用いられ、通常光に対して極めて吸収の少ない絶
縁体、特に５Ｉ０２が一般に用いられる。なぜなら、５
ｉｎ２の屈折率は約１．４５であり、電気光学効果を有
するＬｉＮｂ０１あるいはＬｆＴａＯ，基板１の屈折率
の約２．２より小さく、かつ、光の吸収がほとんど無い
ためである。

屈折率が小さい場合、電極４ａ、４ｂ及び導電性膜６で
の光の吸収を防ぐために必要なバッファ層３の厚さを屈
折率が大きい場合より、薄膜化できる。スイッチング電
圧を考えると、電極４ａ。

４ｂに電圧を印加した場合、通常バッファ層３の誘電率
は基板１に比べて小さいので電界がバッファ層３に集中
するため、バッファ層３の厚さが厚いほどスイッチング
電圧は増大する。従って、ノ＜ンブア層３としては屈折
率か小さく、かつ光の吸収が極めて小さい５ｉ（ｈが用
いられ、現在屈折率及び光の吸収の両者の観点からＳ［
０２より優れるバッファ層３の材料は無い。

しかし、バッファ層３として５ｉ０２を用い、電極４ａ
をアースとして電極４ｂに直流電圧を連続印加するとパ
フフッ層中のイオンが電界で引っ張られ各電極４ａ、４
ｂの下には外部から印加した電圧の符号とは逆のイオン
が集まる。従って、電極４ａ、４ｂの間は外部からの印
加電圧で発生する基板中の電界に対して反電界が発生す
る。

この反電界の大きさは、時間と共にイオンの総移動量が
増加するため大きくなっていく。これは５ｉ（ｈは一般
的に電気的絶縁性は高いか、イオンの伝導率が高いため
である。この現象は一般にＤＣドリフトと呼ばれる。外
部からの印加電圧を一定としている場合、反電界が発生
すると光導波路に印加される電界が減少することになり
特性劣化が起こる。すなわち、時間と共に大きくなる反
電界か発生した場合、反電界が発生する前の特性に戻す
ためには反電界をキャンセルさせる電圧を外部から印加
しなければならない。これはスイッチ動作の動作電圧点
のシフトを意味し、実用化するための大きな障害になる
という欠点かある。

発明の目的 本発明は上述した従来の欠点を解決するためになされた
ものであり、その目的は、安定な動作か得られる光制御
デバイスを提供することである。

発明の構成 本発明による光制御デバイスは、複数の光導波路と、前
記複数の光導波路に対応して設けられ、対応する光導波
路に電界を与える複数の電極板と、前記複数の電極板と
前記複数の光導波路との間に設けられたバッファ層とを
有する光制御デバイスであって、前記バッファ層より低
いイオン伝導率を有し、少なくとも前記複数の電極板の
夫々の直下のバッファ層同士を分離するバリア層を含む
ことを特徴とする。

実施例 次に、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制御デバイスの一実施例である
方向性結合器を用いた光スィッチの構造を示す断面図で
あり、第２図と同等部分は同一符号により示されている
。図において、電気光学効果を存するＬｉＮｂＯ３ある
いはＬｉＴａ０．基板１に形成された２本の光導波路２
ａ、２ｂからなる方向性結合器を含む基板１上にバッフ
ァ層３ａ、３ｃと、バッファ層３ｂとが装荷されている
。そして、バッファ層めうち５ｉｎ２を用いるバッファ
層３ａ。

３ｃを介して主として金属材料からなる電極４ａ。

４ｂが光導波路２ａ、２ｂの上に形成される。さらに、
導電性膜６か装荷されている。

一方、電極４ａ、４ｂの間に形成されるバリア層３ｂに
はイオン伝導率か低く、光の吸収の小さい材料が用いら
れている。このような構造とすれば、電極４ａ、４ｂの
間に電圧を印加した場合にも、電極４ａ、４ｂの間でバ
リア層３ｂはイオン移動のバリアとしての役割を果し、
バッファ層３ａ、３ｂ、３ｃ中をイオンが移動すること
がなくなり、ＤＣドリフトは発生しない。バリア層３ｂ
を形成するイオン伝導率が低く、光の吸収の小さい材料
としてはＭｇＦ２　、Ｓｉ３　　Ｎ４　、Ｐ（りん）を
ドープした５１０２などがある。

第２図は、本発明の他の実施例による光制御デバイスの
構造を示す断面図であり、第１図、第２図と同等部分は
同一符号により示されている。図に示されている構造で
は、電極４ａ、４ｂの間に電圧を印加した場合のバッフ
ァ層３ａ、３ｃ中のイオン移動のバリアとなるバリア層
３ｂが電極４ａ、４ｂの間に形成されるだけでなく、電
極４ａ。

４ｂを挟む位置にバッファ層３ｄ、３ｆが形成されてい
る。かかる構成によれば、さらに光導波路が追加された
場合でもＤＣドリフトの抑制効果は、第１図と同様であ
る。

つまり、本発明では、各電極板直下のバッファ層同士を
分離すべく、バリア層を設けているのである。

なお、本発明は方向性結合器からなる光制御デバイスだ
けに対してたけてなく、マツハツエンダ型、交差導波路
を用いた全反射型等の全ての光制御デバイスについて有
効であることは明らかである。

発明の詳細 な説明したように本発明は、電極間のバリア層について
のバッファ層としてイオン伝導率の低いものを用いるこ
とにより、ＤＣドリフトが無く常に安定な動作か得られ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による光制御デバイスの構造を
示す断面図、第２図は本発明の他の実施例による光制御
デバイスの構造を示す断面図、第３図は従来の光制御デ
バイスの構造を示す断面図である。 主要部分の符号の説明 ］・・・・・・基板 ２ａ、２ｂ・・　光導波路 ３ａ、３ｃ・・・・・・バッファ層 ３ｂ・・・・・バリア層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光導波路と、前記複数の光導波路に対応し
   て設けられ、対応する光導波路に電界を与える複数の電
   極板と、前記複数の電極板と前記複数の光導波路との間
   に設けられたバッファ層とを有する光制御デバイスであ
   って、前記バッファ層より低いイオン伝導率を有し、少
   なくとも前記複数の電極板の夫々の直下のバッファ層同
   士を分離するバリア層を含むことを特徴とする光制御デ
   バイス。