JPH0422246B2 - - Google Patents
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- JPH0422246B2 JPH0422246B2 JP58111771A JP11177183A JPH0422246B2 JP H0422246 B2 JPH0422246 B2 JP H0422246B2 JP 58111771 A JP58111771 A JP 58111771A JP 11177183 A JP11177183 A JP 11177183A JP H0422246 B2 JPH0422246 B2 JP H0422246B2
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Description
本発明は、光位相変調用集積装置及び光振幅変
調用集積装置に係る。 強誘電材料に特に顕著である電気光学効果の利
用によつて光変調器は、集積技術が併用され得る
様々な具体例において製造可能となり、その際光
導波路が、屈折率n0の基板中にn0より大きい屈折
率を区域を作ることによつて該基板中に設けられ
る。上記のような具体例の一つには二路干渉計が
使用され、この干渉計では２本の路における伝搬
速度に電気光学効果によつて差が生じ、この差
が、２本の路より射出する波の間に電気的に制御
される位相のずれをもたらす。 射出光の強度は位相の如何によつて様々であ
り、即ち電気光学効果を惹起するアナログ制御電
圧によつて変調される。このような変調器の応答
は正弦波形であるが、光電帰還ループを付加する
ことによつて直線化され得る。このようなデバイ
スは、ヨーロツパ特許出願公開第0017571号に記
載されている。 しかし通常は、光集積装置に使用される能動基
板は異方性の複屈折材料のものである。即ち該基
板の特性は、それらの中を伝搬する光波の伝搬方
向および偏光状態のような諸特性に従つて異な
る。 電気光学効果を用いる光変調装置の場合通常
は、TEモードの第１横波とTMモートの第２横
波とは同じ位相を被らず、従つて変調器の特性は
入射波の偏光状態に従つて異なる。この欠点を克
服して、偏光状態には無関係の変調器を製造する
手段には２個の異なる電極形態が使用されるべき
であり、これらの電極形態によつて、一方はTE
波用、他方はTM波用の異なる電気光学係数が有
利にもたらされ得る。 各電極における独立動作によつて、TE波の位
相とTM波の位相は別個に調整され得る。しかし
この解決方法は数個の電極システムを要し、従つ
て複合的な接続及び調整を要するので複雑であ
る。 本発明の目的はこれらの欠点を減じることであ
る。 本発明によれば前記目的は、光の位相を変調す
る集積装置であつて、電気光学特性を有する平坦
な基板と、前記基板の内部に設けられ前記基板の
屈折率よりも大なる屈折率を有しており、TEモ
ードの第１横波及びTMモードの第２横波を有す
る光波を伝送する少なくとも一つの導波路と、前
記基板の外表面に前記少なくとも一つの導波路に
沿つて配設されており、前記少なくとも一つの導
波路の真上に位置する一つの電極と、前記基板の
外表面に前記少なくとも一つの導波路に沿つて配
設されており、前記少なくとも一つの導波路と直
交する方向に関して前記一つの電極から所定の距
離離間する他の電極とを含み、前記一つの電極及
び前記他の電極は前記第１横波及び前記第２横波
の位相を制御すべく、前記第１横波及び前記第２
横波を前記一つの電極のみの真下であつて該一つ
の電極から離れて前記少なくとも一つの導波路内
を伝送させるとともに前記第１横波の屈折率の変
化と前記第２横波の屈折率の変化とを等しくさせ
るように、前記少なくとも一つの導波路に前記直
交する方向の電界を印加すべく構成されている光
位相変調用集積装置、及び光の振幅を変調する集
積装置であつて、電気光学特性を有する平坦な基
板と、複数の電極と、二つの導波路とを備えた干
渉計を含み、前記二つの導波路は夫々入力導波路
及び出力導波路と接続され、前記入力導波路から
入射する光波を夫々受取つて該受取つた光波を前
記二つの導波路内で夫々伝送させ、夫々伝送され
た光波を結合してから該結合された光波を前記出
力導波路に出力するように構成されており、前記
出力導波路に出力される光波の強度は前記複数の
電極によつて前記二つの導波路の少なくとも一方
へ印加された変調電界により誘起される移相の関
数であり、前記少なくとも一つの導波路は前記基
板の内部に設けられ前記基板の屈折率よりも大な
る屈折率を有しており、TEモードの第１横波及
びTMモードの第２横波を有する光波を伝送すべ
く構成されており、前記複数の電極の一方は前記
少なくとも一つの導波路に沿つて前記基板の外表
面に配設され前記少なくとも一つの導波路の真上
に位置しており、前記複数の電極の他方は前記少
なくとも一つの導波路に沿つて前記基板の外表面
に配設され前記少なくとも一つの導波路と直交す
る方向に関して前記一方の電極から所定の距離離
間しており、前記一方の電極と前記他方の電極は
前記第１横波及び前記第２横波の位相を制御すべ
く前記第１横波及ぼ前記第２横波を前記一方の電
極のみの真下であつて該一方の電極から離れて前
記少なくとも一つの導波路内を伝送させるととも
に前記第１横波の屈折率の変化と前記第２横波の
屈折率の変化とを等しくさせるように前記少なく
とも一つの導波路に前記直交する方向の電界を印
加すべく構成されている光振幅変調用集積装置に
よつて達成される。 本発明の光位相変調用集積装置においては、一
つの電極が基板の外表面に一つの導波路に沿つて
配設され一つの導波路の真上に位置し、他の電極
が基板の外表面に一つの導波路に沿つて配設され
一つの導波路と直交する方向に関して一つの電極
から所定の距離離間し、一つの電極及び他の電極
は第１横波及び第２横波の位相を制御すべく、第
１横波及び第２横波を一つの電極のみの真下であ
つて該一つの電極から離れて少なくとも一つの導
波路内を伝送させるとともに第１横波の屈折率の
変化と第２横波の屈折率の変化とを著しくさせる
ように、少なくとも一つの導波路に直交する方向
の電界を印加すべく構成されているが故に、１対
の電極のみの使用によつて導波路に入射波の偏光
状態から独立して位相変調し得、偏光に無関係な
光位相変調用集積装置を簡単な構造とし得る。 また本発明の光振幅変調用集積装置において
は、出力導波路に出力される光波の強度は複数の
電極によつて二つの導波路の少なくとも一方へ印
加された変調電界により誘起される移相の関数で
あり、複数の電極の一方は一つの導波路に沿つて
基板の外表表面に配設され一つの導波路の真上に
位置しており、複数の電極の他方は少なくとも一
つの導波路に沿つて基板の外表面に配設されてお
り一つの導波路と直交する方向に関して一方の電
極から所定の距離離間し、一方の電極と他方の電
極は第１横波及び第２横波の位相を制御すべく第
１横波及び第２横波を一方の電極のみの真下であ
つて該一方の電極から離れて少なくとも一つの導
波路内を伝送させるとともに第１横波の屈折率の
変化と第２横波の屈折率の変化とを等しくさせる
ように一つの導波路と直交する方向の電界を印加
すべく構成されているが故に、１対の電極のみの
使用によつて導波路に入射する入射波の偏光状態
から独立して振幅変調し得、偏光に無関係な光振
幅変調用集積装置を簡単な構造とし得る。 本発明の具体例ではただ１対の電極システムし
か使用せず、このシステムの位置はTE波への効
果とTM波への効果とを均等化するべく選択され
る。 本発明の具体例の特徴及び利点を、添付図面を
参照しつつ以下に詳述する。 以下の記述では、本発明の分野を十分明確にす
るためにまず公知技術による様々な装置について
検討する。本発明の具体例は位相変調器及び振幅
変調器であり、振幅変調器は例えば２個の位相変
調器を結合したものである。検討される先行技術
はまず２個の振幅変調器であり、これによつて本
発明の分野がより良く定義され得、次に入射波の
偏光状態に無関係の位相変調器が検討される。 第１図に、光の強度IEが変調されるのを可能に
する二路干渉計の概略図が知見され得る。この干
渉計は単一モードの入力導波路１を含み、強度IE
の光波はこの路に結合される。該路１は分岐B1
において、単一モードの導波路を構成する２本の
平行な路２及び３に分かれ、これらの路は分岐
B2において再結合して単一モードの出力導波路
４を構成し、この路において強度Isが回収され得
る。４本の導波路における伝搬方向は同一であ
る。実際上、この二路干渉計は二つの出力を有す
る。即ち、信号が逆相の場合光は基板内側へと伝
搬し、その結果導波路内を伝搬せずに基板へ逃げ
る優勢モードの波が励起される。電極は導波路２
及び３各々の両側に配置されており、例えば中央
に１個の電極E0が位置し、路２の中央側とは反
対の側には電圧V2を印加される１個の電極E2が、
また路３のやはり反対側には電圧V3を印加され
る１個の電極E3が位置しており、電極E0は接地
されている。第１図に示されたような、即ち導波
路に隣接するのみでそれらを被覆しない電極の配
置は導波路２及び３の各々に、光波の伝搬方向に
対し垂直でかつ図平面内に位置する電界を生じ
る。この場合、導波路内での伝搬モードはTEモ
ードである。 デバイス全体は、ニオブ酸リチウム
（LiNbO3）タンタル酸（LiTaO3）リチウムまた
は砒化ガリウム（GaAs）のような電気光学特性
を有する基板の表面上に形成される。一例として
ニオブ酸リチウムにおいては、光導波路はチタン
の拡散によつて得られる。この拡散は、通常の写
真平版処理に拠つて選択的になされる。導波路に
与えられる電界が図平面内に位置する第１図の場
合では、ニオブ酸リチウムの軸Ｃ乃至特定の屈折
率を担う軸も該平面内に位置しかつ導波路１〜４
に共通の伝搬方向に対して垂直であつて、それに
より最大の電気光学効果を呈示することが好まし
い。電圧V2及びV3の正負記号が同じであると、
電界は２本の導波路の各々に関して光波の伝搬速
度を変化させ、電圧V3はこの電圧にやはり比例
する、反対方向の変化−Δβ2を惹起する。これら
の速度変化により、分岐B2の地点において、導
波路２及び３から射出する分岐B1において本来
同位相であつた二つの波の間に位相ずれが生じ
る。この位相ずれΔφ′はΔβ3L3＋Δβ2L2に等しく、
ここでL2及びL3は２個の分岐B1及びB2の間にお
ける電極の長さである。通常L2＝L3＝Ｌと置く
ことができ、その結果Δφ′＝（Δβ3＋Δβ2）Ｌとな
る。無論、二つの電圧の一方、即ちV2またはV3
がゼロであつてもよく、その場合は変化Δβ3また
はΔβ3のみが有効である。位相ずれΔφ′は式： π（V3＋V2）／V〓 で表わされ得、ここでV〓は、πに等しい位相ず
れΔφ′を惹起する電圧の和である。導波路４で回
収される光波は導波路２及び３から射出して分岐
B2に達する波同士の結合、即ち一方の位相が他
方の位相に対してΔφ′だけずれている。強度α
IE／２の二つの波の結合によつてもたらされる。そ こで、得られる強度Isは式： αIE／２（１＋McosΔφ′）＝ αIE／２［１＋Mcosπ（V3＋V2）／V〓］ によつて示され得、ここでα及びＭは結合損並び
に干渉計の非対称性に従属する定数である。結果
は、例えばE0及びE3から成るただ一つの電極対
の場合と等価である。該電極対がE0及びE3から
成る場合、Δβ2＝０及びIs＝αIE／２（１＋Mcos πV3／V〓）である。 第２図も、二路干渉計の概略図を示す。しかし
この図では電極E3及びE0は、導波路２及び３上
方の基板表面に配置されている。これらの電極の
配置によつて上記の導波路２及び３の各々に、光
波の伝搬方向に対しても図平面に対しても垂直な
電界が生じる。従つて、ニオブ酸リチウムの軸Ｃ
もまた、導波路１〜４に共通の伝搬方向並びに図
平面に対して垂直であることが好ましい。この場
合導波路内での伝搬モードはTMモードである。 第３図は、第１図及び第２図に示された２種類
の干渉計に関する射出光の強度Isの分岐点B2に存
在する位相ずれΔφ′並びに電圧Ｖの関数として表
わす特性曲線を示し、該電圧は電極E2及びE3の
少なくとも一方に印加される電圧（または電圧の
和）に等しく、この（これらの）電圧の正負記号
はアースに対して定まる。Ｖがゼロの時、出力強
度Isは最大でその値はISMである。Ｖの絶対値が増
すと光強度Isは低下し、最小値InがＶ＝V〓におい
て得られる。この値Inは理論上は、第３図に示す
ようにゼロである。V〓／２付近では、Isの変化は Δφ′乃至Ｖの一次関数であるとほぼ見做れ得る。
しかしそれにもかかわらずIsの変化の、Ｖ−V〓／２ の関数としての周波成分は、V〓／２からの隔たりが 増すにつれて非常に急速に増大する。 電極２及び３は、二つの部分に分割されること
も可能である。干渉計の各路の長さの一部分は第
一の電圧VMに由来する変調電界を印加され得、
一方上記長さのその他の部分は第２の電圧VRに
由来する変調電界を印加される。 同強度で、かつ干渉計の２個の路２及び３と反
対方向である電界を印加することによつて変調の
感度は増大し得、即ち所定の移相の達成に必要と
される変調電圧が低減され得る。 しかし本発明の具体例は、その動作が入射波の
偏光状態から独立である光集積変調デバイスに更
に深く係わる。例えばニオブ酸リチウム
（LiNbO3）に生成された導波路における電気光
学効果に依拠するこの変調器は、入射波の偏波状
態が明確に規定されない時は常に特別の価値を有
する。特にこの変調器は標準的な、入力及び出力
用の単一モードフアイバと併用され得、該フアイ
バについては、入射光のある偏波状態がフアイバ
の出力において別の状態に変形され得ることが公
知である。更に、この出力状態は時間がたつにつ
れて、例えば温度、フアイバの曲率等のような幾
つかのパラメータにより変化し得る。 通常、光集積デバイスに使用される能動基板は
異方性の複屈折材料のものである。即ち通常は、
該基板の特性はそれらの中を伝搬する光波の伝搬
方向及び偏光状態のような諸特性に従つて異な
る。このような点は電気光学効果を用いる光集積
変調器に関して特に至当である。通常電気的横波
即ち“TE”モードの横波と磁気的横波即ち
“TM”モードの横波とは同じ移相を被らず、従
つて変調器の特性は入射波の偏光状態に従つて異
なる。そこで、この欠点を克服する方法の一つと
して、偏光状態に無関係な変調器を作り、かつ２
個の異なる電極形態を使用して、一方はTE波用、
他方はTM波用の異なる電気光学係数を有利に得
ることを可能にすることが挙げられる。 各電極における独立動作によつて、TE波の移
相とTM波の移相は別個に調整され得る。この解
決方法は第４図に示すように数個の電極システム
を要し、従つて複合的な接続及び調整を要するの
で比較的複雑である。即ち第４図に示されたデバ
イスは位相変調器である。このデバイスは集積導
波路５と２対の電極とを含む。電極E4及びE5に
よつて“TE”波の移相が調整され得、電極E6及
びE7によつて“TM”波の移相が調整され得る。
実際上、電圧Ｖと接続された電極E4及びE5から
なる所与の電極対に関して、電圧V′と接続され
た電極E6及びE7から成る別の電極対が光波の偏
光をその回路入射時の値に戻し得ることが見出さ
れ得る。 先行技術による上記のデバイスとは異なり、本
発明の具体例はただ１対の電極しか使用せず、こ
のシステムの位置はTE波への効果とTM波への
効果とを均等化するべく選択される。 本発明の具体例は第５図に概略的に示された基
本原理に基づいており、該図は、同一平面上に位
置する電極E8及びE9を具備した電極E8の真下に
位置する導波路７の断面図を示す。この種の構造
体における電界は一様でなく、ｚ及びｙに各々従
属する成分Ez及びEyを有する。導波され、伝送
される波のモード６の中心は、電極間の中点から
距離８及び基板の表面からの距離９の地点に位置
する。TE及びTMモード各々に関する上記距離
８をc′およびｃとし、やはりTE及びTMモード
に関する上記の距離９をh′及びｈとする。これら
二つのモードは実際上、同一点に心合せされる必
要は無い。両モードの対称軸をΔ1及びΔ2とする。
第５図では両モードは同一点に心合されたものと
されている。従つて２本の軸Δ1とΔ2とは一致す
る。電極間の距離を２ａ、電極E8及びE9の幅を
ｂ、これらの電極の対称軸を軸Δ′とするez及び
eyは、ｚ及びｙの誘電テンソル成分である。 こうして電位差Ｖが、上記の電極E8及びE9の
端子に付与される。 Ｔ（ｚ，ｙ）及びT′（ｚ，ｙ）をTM及びTEモ
ードの横波の電界の横方向分布と見做すと、演算
は、式： ξz＝∫∫+∞／-∞EzＴ（ｚ，ｙ）T*（ｚ，ｙ）dzdy
／∫∫+∞／-∞Ｔ（ｚ，ｙ）T*（ｚ，ｙ）dzdy ξy＝∫∫+∞／-∞EyＴ（ｚ，ｙ）T*（ｚ，ｙ）dzdy
／∫∫+∞／-∞Ｔ（ｚ，ｙ）T*（ｚ，ｙ）dzdy によつて得られる“平均等価”電界の動作につい
てみると等価であり、またT′（ｚ，ｙ）について
はξ′z及びξ′yの式が等価であることが示され得
る。 T*は、Ｔの共役値である。 電界Ez及びEyの値は、関係式： によつて得られ、ここでReは角括弧内の式の実
部である。 従つて得られる電気光学効果は、この種の電気
光学効果によつて創出される横方向屈折率変化
Δnにより通常のように表記され： Δn∝dξ ここでｄは、所望の屈折率変化並びに電界εに
対応する電気光学係数である。従つて所与の結晶
に関して、： ΔnTE＝ΔnTM をもたらす特別の電極の位置が見出され得ること
が知見される。 第１図のように配向されたニオブ酸リチウム
（LiNbO3）の場合についてみると、対応する電
気光学係数によつて次の式が得られる。： ΔnTM＝n3／e／２Γzzzξz ΔnSE＝n3／p／２［Γyyzξz＋Γyyyξy］ TE及びTMモードの横方向分布がガウス信号
によつて得られるとすると： TM波に関して：
調用集積装置に係る。 強誘電材料に特に顕著である電気光学効果の利
用によつて光変調器は、集積技術が併用され得る
様々な具体例において製造可能となり、その際光
導波路が、屈折率n0の基板中にn0より大きい屈折
率を区域を作ることによつて該基板中に設けられ
る。上記のような具体例の一つには二路干渉計が
使用され、この干渉計では２本の路における伝搬
速度に電気光学効果によつて差が生じ、この差
が、２本の路より射出する波の間に電気的に制御
される位相のずれをもたらす。 射出光の強度は位相の如何によつて様々であ
り、即ち電気光学効果を惹起するアナログ制御電
圧によつて変調される。このような変調器の応答
は正弦波形であるが、光電帰還ループを付加する
ことによつて直線化され得る。このようなデバイ
スは、ヨーロツパ特許出願公開第0017571号に記
載されている。 しかし通常は、光集積装置に使用される能動基
板は異方性の複屈折材料のものである。即ち該基
板の特性は、それらの中を伝搬する光波の伝搬方
向および偏光状態のような諸特性に従つて異な
る。 電気光学効果を用いる光変調装置の場合通常
は、TEモードの第１横波とTMモートの第２横
波とは同じ位相を被らず、従つて変調器の特性は
入射波の偏光状態に従つて異なる。この欠点を克
服して、偏光状態には無関係の変調器を製造する
手段には２個の異なる電極形態が使用されるべき
であり、これらの電極形態によつて、一方はTE
波用、他方はTM波用の異なる電気光学係数が有
利にもたらされ得る。 各電極における独立動作によつて、TE波の位
相とTM波の位相は別個に調整され得る。しかし
この解決方法は数個の電極システムを要し、従つ
て複合的な接続及び調整を要するので複雑であ
る。 本発明の目的はこれらの欠点を減じることであ
る。 本発明によれば前記目的は、光の位相を変調す
る集積装置であつて、電気光学特性を有する平坦
な基板と、前記基板の内部に設けられ前記基板の
屈折率よりも大なる屈折率を有しており、TEモ
ードの第１横波及びTMモードの第２横波を有す
る光波を伝送する少なくとも一つの導波路と、前
記基板の外表面に前記少なくとも一つの導波路に
沿つて配設されており、前記少なくとも一つの導
波路の真上に位置する一つの電極と、前記基板の
外表面に前記少なくとも一つの導波路に沿つて配
設されており、前記少なくとも一つの導波路と直
交する方向に関して前記一つの電極から所定の距
離離間する他の電極とを含み、前記一つの電極及
び前記他の電極は前記第１横波及び前記第２横波
の位相を制御すべく、前記第１横波及び前記第２
横波を前記一つの電極のみの真下であつて該一つ
の電極から離れて前記少なくとも一つの導波路内
を伝送させるとともに前記第１横波の屈折率の変
化と前記第２横波の屈折率の変化とを等しくさせ
るように、前記少なくとも一つの導波路に前記直
交する方向の電界を印加すべく構成されている光
位相変調用集積装置、及び光の振幅を変調する集
積装置であつて、電気光学特性を有する平坦な基
板と、複数の電極と、二つの導波路とを備えた干
渉計を含み、前記二つの導波路は夫々入力導波路
及び出力導波路と接続され、前記入力導波路から
入射する光波を夫々受取つて該受取つた光波を前
記二つの導波路内で夫々伝送させ、夫々伝送され
た光波を結合してから該結合された光波を前記出
力導波路に出力するように構成されており、前記
出力導波路に出力される光波の強度は前記複数の
電極によつて前記二つの導波路の少なくとも一方
へ印加された変調電界により誘起される移相の関
数であり、前記少なくとも一つの導波路は前記基
板の内部に設けられ前記基板の屈折率よりも大な
る屈折率を有しており、TEモードの第１横波及
びTMモードの第２横波を有する光波を伝送すべ
く構成されており、前記複数の電極の一方は前記
少なくとも一つの導波路に沿つて前記基板の外表
面に配設され前記少なくとも一つの導波路の真上
に位置しており、前記複数の電極の他方は前記少
なくとも一つの導波路に沿つて前記基板の外表面
に配設され前記少なくとも一つの導波路と直交す
る方向に関して前記一方の電極から所定の距離離
間しており、前記一方の電極と前記他方の電極は
前記第１横波及び前記第２横波の位相を制御すべ
く前記第１横波及ぼ前記第２横波を前記一方の電
極のみの真下であつて該一方の電極から離れて前
記少なくとも一つの導波路内を伝送させるととも
に前記第１横波の屈折率の変化と前記第２横波の
屈折率の変化とを等しくさせるように前記少なく
とも一つの導波路に前記直交する方向の電界を印
加すべく構成されている光振幅変調用集積装置に
よつて達成される。 本発明の光位相変調用集積装置においては、一
つの電極が基板の外表面に一つの導波路に沿つて
配設され一つの導波路の真上に位置し、他の電極
が基板の外表面に一つの導波路に沿つて配設され
一つの導波路と直交する方向に関して一つの電極
から所定の距離離間し、一つの電極及び他の電極
は第１横波及び第２横波の位相を制御すべく、第
１横波及び第２横波を一つの電極のみの真下であ
つて該一つの電極から離れて少なくとも一つの導
波路内を伝送させるとともに第１横波の屈折率の
変化と第２横波の屈折率の変化とを著しくさせる
ように、少なくとも一つの導波路に直交する方向
の電界を印加すべく構成されているが故に、１対
の電極のみの使用によつて導波路に入射波の偏光
状態から独立して位相変調し得、偏光に無関係な
光位相変調用集積装置を簡単な構造とし得る。 また本発明の光振幅変調用集積装置において
は、出力導波路に出力される光波の強度は複数の
電極によつて二つの導波路の少なくとも一方へ印
加された変調電界により誘起される移相の関数で
あり、複数の電極の一方は一つの導波路に沿つて
基板の外表表面に配設され一つの導波路の真上に
位置しており、複数の電極の他方は少なくとも一
つの導波路に沿つて基板の外表面に配設されてお
り一つの導波路と直交する方向に関して一方の電
極から所定の距離離間し、一方の電極と他方の電
極は第１横波及び第２横波の位相を制御すべく第
１横波及び第２横波を一方の電極のみの真下であ
つて該一方の電極から離れて少なくとも一つの導
波路内を伝送させるとともに第１横波の屈折率の
変化と第２横波の屈折率の変化とを等しくさせる
ように一つの導波路と直交する方向の電界を印加
すべく構成されているが故に、１対の電極のみの
使用によつて導波路に入射する入射波の偏光状態
から独立して振幅変調し得、偏光に無関係な光振
幅変調用集積装置を簡単な構造とし得る。 本発明の具体例ではただ１対の電極システムし
か使用せず、このシステムの位置はTE波への効
果とTM波への効果とを均等化するべく選択され
る。 本発明の具体例の特徴及び利点を、添付図面を
参照しつつ以下に詳述する。 以下の記述では、本発明の分野を十分明確にす
るためにまず公知技術による様々な装置について
検討する。本発明の具体例は位相変調器及び振幅
変調器であり、振幅変調器は例えば２個の位相変
調器を結合したものである。検討される先行技術
はまず２個の振幅変調器であり、これによつて本
発明の分野がより良く定義され得、次に入射波の
偏光状態に無関係の位相変調器が検討される。 第１図に、光の強度IEが変調されるのを可能に
する二路干渉計の概略図が知見され得る。この干
渉計は単一モードの入力導波路１を含み、強度IE
の光波はこの路に結合される。該路１は分岐B1
において、単一モードの導波路を構成する２本の
平行な路２及び３に分かれ、これらの路は分岐
B2において再結合して単一モードの出力導波路
４を構成し、この路において強度Isが回収され得
る。４本の導波路における伝搬方向は同一であ
る。実際上、この二路干渉計は二つの出力を有す
る。即ち、信号が逆相の場合光は基板内側へと伝
搬し、その結果導波路内を伝搬せずに基板へ逃げ
る優勢モードの波が励起される。電極は導波路２
及び３各々の両側に配置されており、例えば中央
に１個の電極E0が位置し、路２の中央側とは反
対の側には電圧V2を印加される１個の電極E2が、
また路３のやはり反対側には電圧V3を印加され
る１個の電極E3が位置しており、電極E0は接地
されている。第１図に示されたような、即ち導波
路に隣接するのみでそれらを被覆しない電極の配
置は導波路２及び３の各々に、光波の伝搬方向に
対し垂直でかつ図平面内に位置する電界を生じ
る。この場合、導波路内での伝搬モードはTEモ
ードである。 デバイス全体は、ニオブ酸リチウム
（LiNbO3）タンタル酸（LiTaO3）リチウムまた
は砒化ガリウム（GaAs）のような電気光学特性
を有する基板の表面上に形成される。一例として
ニオブ酸リチウムにおいては、光導波路はチタン
の拡散によつて得られる。この拡散は、通常の写
真平版処理に拠つて選択的になされる。導波路に
与えられる電界が図平面内に位置する第１図の場
合では、ニオブ酸リチウムの軸Ｃ乃至特定の屈折
率を担う軸も該平面内に位置しかつ導波路１〜４
に共通の伝搬方向に対して垂直であつて、それに
より最大の電気光学効果を呈示することが好まし
い。電圧V2及びV3の正負記号が同じであると、
電界は２本の導波路の各々に関して光波の伝搬速
度を変化させ、電圧V3はこの電圧にやはり比例
する、反対方向の変化−Δβ2を惹起する。これら
の速度変化により、分岐B2の地点において、導
波路２及び３から射出する分岐B1において本来
同位相であつた二つの波の間に位相ずれが生じ
る。この位相ずれΔφ′はΔβ3L3＋Δβ2L2に等しく、
ここでL2及びL3は２個の分岐B1及びB2の間にお
ける電極の長さである。通常L2＝L3＝Ｌと置く
ことができ、その結果Δφ′＝（Δβ3＋Δβ2）Ｌとな
る。無論、二つの電圧の一方、即ちV2またはV3
がゼロであつてもよく、その場合は変化Δβ3また
はΔβ3のみが有効である。位相ずれΔφ′は式： π（V3＋V2）／V〓 で表わされ得、ここでV〓は、πに等しい位相ず
れΔφ′を惹起する電圧の和である。導波路４で回
収される光波は導波路２及び３から射出して分岐
B2に達する波同士の結合、即ち一方の位相が他
方の位相に対してΔφ′だけずれている。強度α
IE／２の二つの波の結合によつてもたらされる。そ こで、得られる強度Isは式： αIE／２（１＋McosΔφ′）＝ αIE／２［１＋Mcosπ（V3＋V2）／V〓］ によつて示され得、ここでα及びＭは結合損並び
に干渉計の非対称性に従属する定数である。結果
は、例えばE0及びE3から成るただ一つの電極対
の場合と等価である。該電極対がE0及びE3から
成る場合、Δβ2＝０及びIs＝αIE／２（１＋Mcos πV3／V〓）である。 第２図も、二路干渉計の概略図を示す。しかし
この図では電極E3及びE0は、導波路２及び３上
方の基板表面に配置されている。これらの電極の
配置によつて上記の導波路２及び３の各々に、光
波の伝搬方向に対しても図平面に対しても垂直な
電界が生じる。従つて、ニオブ酸リチウムの軸Ｃ
もまた、導波路１〜４に共通の伝搬方向並びに図
平面に対して垂直であることが好ましい。この場
合導波路内での伝搬モードはTMモードである。 第３図は、第１図及び第２図に示された２種類
の干渉計に関する射出光の強度Isの分岐点B2に存
在する位相ずれΔφ′並びに電圧Ｖの関数として表
わす特性曲線を示し、該電圧は電極E2及びE3の
少なくとも一方に印加される電圧（または電圧の
和）に等しく、この（これらの）電圧の正負記号
はアースに対して定まる。Ｖがゼロの時、出力強
度Isは最大でその値はISMである。Ｖの絶対値が増
すと光強度Isは低下し、最小値InがＶ＝V〓におい
て得られる。この値Inは理論上は、第３図に示す
ようにゼロである。V〓／２付近では、Isの変化は Δφ′乃至Ｖの一次関数であるとほぼ見做れ得る。
しかしそれにもかかわらずIsの変化の、Ｖ−V〓／２ の関数としての周波成分は、V〓／２からの隔たりが 増すにつれて非常に急速に増大する。 電極２及び３は、二つの部分に分割されること
も可能である。干渉計の各路の長さの一部分は第
一の電圧VMに由来する変調電界を印加され得、
一方上記長さのその他の部分は第２の電圧VRに
由来する変調電界を印加される。 同強度で、かつ干渉計の２個の路２及び３と反
対方向である電界を印加することによつて変調の
感度は増大し得、即ち所定の移相の達成に必要と
される変調電圧が低減され得る。 しかし本発明の具体例は、その動作が入射波の
偏光状態から独立である光集積変調デバイスに更
に深く係わる。例えばニオブ酸リチウム
（LiNbO3）に生成された導波路における電気光
学効果に依拠するこの変調器は、入射波の偏波状
態が明確に規定されない時は常に特別の価値を有
する。特にこの変調器は標準的な、入力及び出力
用の単一モードフアイバと併用され得、該フアイ
バについては、入射光のある偏波状態がフアイバ
の出力において別の状態に変形され得ることが公
知である。更に、この出力状態は時間がたつにつ
れて、例えば温度、フアイバの曲率等のような幾
つかのパラメータにより変化し得る。 通常、光集積デバイスに使用される能動基板は
異方性の複屈折材料のものである。即ち通常は、
該基板の特性はそれらの中を伝搬する光波の伝搬
方向及び偏光状態のような諸特性に従つて異な
る。このような点は電気光学効果を用いる光集積
変調器に関して特に至当である。通常電気的横波
即ち“TE”モードの横波と磁気的横波即ち
“TM”モードの横波とは同じ移相を被らず、従
つて変調器の特性は入射波の偏光状態に従つて異
なる。そこで、この欠点を克服する方法の一つと
して、偏光状態に無関係な変調器を作り、かつ２
個の異なる電極形態を使用して、一方はTE波用、
他方はTM波用の異なる電気光学係数を有利に得
ることを可能にすることが挙げられる。 各電極における独立動作によつて、TE波の移
相とTM波の移相は別個に調整され得る。この解
決方法は第４図に示すように数個の電極システム
を要し、従つて複合的な接続及び調整を要するの
で比較的複雑である。即ち第４図に示されたデバ
イスは位相変調器である。このデバイスは集積導
波路５と２対の電極とを含む。電極E4及びE5に
よつて“TE”波の移相が調整され得、電極E6及
びE7によつて“TM”波の移相が調整され得る。
実際上、電圧Ｖと接続された電極E4及びE5から
なる所与の電極対に関して、電圧V′と接続され
た電極E6及びE7から成る別の電極対が光波の偏
光をその回路入射時の値に戻し得ることが見出さ
れ得る。 先行技術による上記のデバイスとは異なり、本
発明の具体例はただ１対の電極しか使用せず、こ
のシステムの位置はTE波への効果とTM波への
効果とを均等化するべく選択される。 本発明の具体例は第５図に概略的に示された基
本原理に基づいており、該図は、同一平面上に位
置する電極E8及びE9を具備した電極E8の真下に
位置する導波路７の断面図を示す。この種の構造
体における電界は一様でなく、ｚ及びｙに各々従
属する成分Ez及びEyを有する。導波され、伝送
される波のモード６の中心は、電極間の中点から
距離８及び基板の表面からの距離９の地点に位置
する。TE及びTMモード各々に関する上記距離
８をc′およびｃとし、やはりTE及びTMモード
に関する上記の距離９をh′及びｈとする。これら
二つのモードは実際上、同一点に心合せされる必
要は無い。両モードの対称軸をΔ1及びΔ2とする。
第５図では両モードは同一点に心合されたものと
されている。従つて２本の軸Δ1とΔ2とは一致す
る。電極間の距離を２ａ、電極E8及びE9の幅を
ｂ、これらの電極の対称軸を軸Δ′とするez及び
eyは、ｚ及びｙの誘電テンソル成分である。 こうして電位差Ｖが、上記の電極E8及びE9の
端子に付与される。 Ｔ（ｚ，ｙ）及びT′（ｚ，ｙ）をTM及びTEモ
ードの横波の電界の横方向分布と見做すと、演算
は、式： ξz＝∫∫+∞／-∞EzＴ（ｚ，ｙ）T*（ｚ，ｙ）dzdy
／∫∫+∞／-∞Ｔ（ｚ，ｙ）T*（ｚ，ｙ）dzdy ξy＝∫∫+∞／-∞EyＴ（ｚ，ｙ）T*（ｚ，ｙ）dzdy
／∫∫+∞／-∞Ｔ（ｚ，ｙ）T*（ｚ，ｙ）dzdy によつて得られる“平均等価”電界の動作につい
てみると等価であり、またT′（ｚ，ｙ）について
はξ′z及びξ′yの式が等価であることが示され得
る。 T*は、Ｔの共役値である。 電界Ez及びEyの値は、関係式： によつて得られ、ここでReは角括弧内の式の実
部である。 従つて得られる電気光学効果は、この種の電気
光学効果によつて創出される横方向屈折率変化
Δnにより通常のように表記され： Δn∝dξ ここでｄは、所望の屈折率変化並びに電界εに
対応する電気光学係数である。従つて所与の結晶
に関して、： ΔnTE＝ΔnTM をもたらす特別の電極の位置が見出され得ること
が知見される。 第１図のように配向されたニオブ酸リチウム
（LiNbO3）の場合についてみると、対応する電
気光学係数によつて次の式が得られる。： ΔnTM＝n3／e／２Γzzzξz ΔnSE＝n3／p／２［Γyyzξz＋Γyyyξy］ TE及びTMモードの横方向分布がガウス信号
によつて得られるとすると： TM波に関して：
【式】
TE波に関して：
【式】
となる。
従つてΔnTM及びΔnTEは所望の構造体の、特に
電極間ギヤツプ、電極の位置、及び伝送モードの
基板表面に関する位置のようなパラメータの関数
として計算され得る。 即ちΔnTE及びΔnTMを決定するには、まず電界
の値を電極の幅及び電極間の距離の関数として求
め、次いで導波されるTE及びTM波の横方向分
布の値並びにこれら２種類の波に関する平均電界
ξy及びξzの値を上記モードの位置の関数として
求める。これによつて、電極E8及びE9の位置を
導波モードに関して決定することを可能にする方
程式ΔnTE＝ΔnTMの解が見出され得る。 幾つかのパラメータ、即ち電極の幅ｂ、これら
の電極間の距離２ａ、TE及びTMモードの深さ
h′及びｈ、並びにTE及びTMモードの、電極間
の中点に関する変位c′及びｃは様々な値を取り得
る。また、伝送される波のTE及びTMモードの
形状に関して、W′z及びWzはこれらのモードのOz
に沿つた半径、またW′y及びWyはこれらのモー
ドのOzに沿つた半径、またW′y及びWyはOyに沿
つた半径である。このようなｎ個のパラメータの
うちのｎ−１個を固定することによつて、残りの
１個を変化させることが可能である。即ち、例え
ば深さｃが変化し得る。 この方程式の可能な解法の一つは、第６図に示
されたようなグラフを用いることであり、Ｗ及び
W′はモードの半径である。 非限定的な例として、電位差Ｖ＝１ボルトに関
し、 Wz＝W′z＝４ミクロン， Wy＝W′y＝５ミクロン， ｈ＝h′＝４ミクロン， 2a＝４ミクロン， ｂ＝５ミクロン とする。 第６図において曲線１０はΔnTM＝ｆ(c)を、及
び曲線１１はΔnTE＝ｆ(c)を表わす。 即ち、ｃ＝c′＝２ミクロンに関してΔnTM＝
ΔnTEである。 このように第６図によつて、使用パラメータが
特定される時の例が得られる。電極の導波モード
に関する位置はΔnTE＝ΔnTMの地点に存在し、即
ち入射光の偏光状態から独立の電気光学変調器が
製造された。 ただ１対の電極を用い、また該電極の位置を導
波路に関して選択することによつて単独な構造体
が製造され得、その結果偏光に無関係の光集積回
路が得られる。 従つて本発明の具体例では入射波の偏光状態か
ら独立の位相変調器であり、このデバイスは第４
図に示された変調器とは異なりただ１対の電極、
例えばE4及びE5しか有しない。 従つて、偏光に無関係の複雑な回路が、本発明
の具体例を数個結合することによつて製造され得
る。即ち第１図でのように２個の位相変調器を結
合することによつて、やはり入射波の偏光状態か
ら独立である振幅変調器が製造され得る。 本発明の具体例ではまた、例えばタンタル酸リ
チウム（LiTaO3）または砒化ガリウム（GaAs）
のような電気光学特性を有する、ニオブ酸リチウ
ム以外の基板の表面上に構成されてもよい。その
場合には、ΔnTE及びΔnTMを与える関係式は前述
のものとは別様になる。 本発明の具体例は、位相変調器を具備するあら
ゆる回路に使用され得る。計算は本発明の具体例
の構造を単一モードのものと想定して行なつた
が、多モード構造も全く実現可能である。 本明細書に述べた種類の原理は、標準的な単一
モードフアイバの使用されるあらゆる場合に、か
つ特に光通信の分野に有利に適用され得る。
電極間ギヤツプ、電極の位置、及び伝送モードの
基板表面に関する位置のようなパラメータの関数
として計算され得る。 即ちΔnTE及びΔnTMを決定するには、まず電界
の値を電極の幅及び電極間の距離の関数として求
め、次いで導波されるTE及びTM波の横方向分
布の値並びにこれら２種類の波に関する平均電界
ξy及びξzの値を上記モードの位置の関数として
求める。これによつて、電極E8及びE9の位置を
導波モードに関して決定することを可能にする方
程式ΔnTE＝ΔnTMの解が見出され得る。 幾つかのパラメータ、即ち電極の幅ｂ、これら
の電極間の距離２ａ、TE及びTMモードの深さ
h′及びｈ、並びにTE及びTMモードの、電極間
の中点に関する変位c′及びｃは様々な値を取り得
る。また、伝送される波のTE及びTMモードの
形状に関して、W′z及びWzはこれらのモードのOz
に沿つた半径、またW′y及びWyはこれらのモー
ドのOzに沿つた半径、またW′y及びWyはOyに沿
つた半径である。このようなｎ個のパラメータの
うちのｎ−１個を固定することによつて、残りの
１個を変化させることが可能である。即ち、例え
ば深さｃが変化し得る。 この方程式の可能な解法の一つは、第６図に示
されたようなグラフを用いることであり、Ｗ及び
W′はモードの半径である。 非限定的な例として、電位差Ｖ＝１ボルトに関
し、 Wz＝W′z＝４ミクロン， Wy＝W′y＝５ミクロン， ｈ＝h′＝４ミクロン， 2a＝４ミクロン， ｂ＝５ミクロン とする。 第６図において曲線１０はΔnTM＝ｆ(c)を、及
び曲線１１はΔnTE＝ｆ(c)を表わす。 即ち、ｃ＝c′＝２ミクロンに関してΔnTM＝
ΔnTEである。 このように第６図によつて、使用パラメータが
特定される時の例が得られる。電極の導波モード
に関する位置はΔnTE＝ΔnTMの地点に存在し、即
ち入射光の偏光状態から独立の電気光学変調器が
製造された。 ただ１対の電極を用い、また該電極の位置を導
波路に関して選択することによつて単独な構造体
が製造され得、その結果偏光に無関係の光集積回
路が得られる。 従つて本発明の具体例では入射波の偏光状態か
ら独立の位相変調器であり、このデバイスは第４
図に示された変調器とは異なりただ１対の電極、
例えばE4及びE5しか有しない。 従つて、偏光に無関係の複雑な回路が、本発明
の具体例を数個結合することによつて製造され得
る。即ち第１図でのように２個の位相変調器を結
合することによつて、やはり入射波の偏光状態か
ら独立である振幅変調器が製造され得る。 本発明の具体例ではまた、例えばタンタル酸リ
チウム（LiTaO3）または砒化ガリウム（GaAs）
のような電気光学特性を有する、ニオブ酸リチウ
ム以外の基板の表面上に構成されてもよい。その
場合には、ΔnTE及びΔnTMを与える関係式は前述
のものとは別様になる。 本発明の具体例は、位相変調器を具備するあら
ゆる回路に使用され得る。計算は本発明の具体例
の構造を単一モードのものと想定して行なつた
が、多モード構造も全く実現可能である。 本明細書に述べた種類の原理は、標準的な単一
モードフアイバの使用されるあらゆる場合に、か
つ特に光通信の分野に有利に適用され得る。
第１図及び第２図は公知技術による２種類の光
変調器の説明図、第３図は第１図及び第２図の変
調器の動作を示すグラフ、第４図は公知技術によ
る別の様式のデバイスの説明図、第５図は本発明
の具体例の説明図、第６図は本発明の具体例の動
作を示すグラフである。 １〜５，７……導波路、６……導波モード、
E8，E9……電極、１０，１１……曲線、１３…
…基板。
変調器の説明図、第３図は第１図及び第２図の変
調器の動作を示すグラフ、第４図は公知技術によ
る別の様式のデバイスの説明図、第５図は本発明
の具体例の説明図、第６図は本発明の具体例の動
作を示すグラフである。 １〜５，７……導波路、６……導波モード、
E8，E9……電極、１０，１１……曲線、１３…
…基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光の位相を変調する集積装置であつて、電気
光学特性を有する平坦な基板と、前記基板の内部
に設けられ前記基板の屈折率よりも大なる屈折率
を有しており、TEモードの第１横波及びTMモ
ードの第２横波を有する光波を伝送する少なくと
も一つの導波路と、前記基板の外表面に前記少な
くとも一つの導波路に沿つて配設されており、前
記少なくとも一つの導波路の真上に位置する一つ
の電極と、前記基板の外表面に前記少なくとも一
つの導波路に沿つて配設されており、前記少なく
とも一つの導波路と直交する方向に関して前記一
つの電極から所定の距離離間する他の電極とを含
み、前記一つの電極及び前記他の電極は前記第１
横波及び前記第２横波の位相を制御すべく、前記
第１横波及び前記第２横波を前記一つの電極のみ
の真下であつて該一つの電極から離れて前記少な
くとも一つの導波路内を伝送させるとともに、前
記第１横波の屈折率の変化と前記第２横波の屈折
率の変化とを等しくさせるように、前記少なくと
も一つの導波路に前記直交する方向の電界を印加
すべく構成されている光位相変調用集積装置。 ２ 前記基板は、特定の屈折率を担う一つの軸を
備えたニオブ酸リチウム製であり、前記少なくと
も一つの導波路はチタンを局所的に拡散すること
によつて生成される特許請求の範囲第１項に記載
の光位相変調用集積装置。 ３ 前記基板は、前記一つの軸が前記少なくも一
つの導波路に印加される電界に対して平行となる
ように配向されている特許請求の範囲第２項に記
載の光位相変調用集積装置。 ４ 前記基板は、タンタル酸リチウム製である特
許請求の範囲第１項に記載の光位相変調用集積装
置。 ５ 前記基板は、砒化ガリウム製である特許請求
の範囲第１項に記載の光位相変調用集積装置。 ６ 光の振幅を変調する集積装置であつて、電気
光学特性を有する平坦な基板と、複数の電極と、
二つの導波路とを備えた干渉計を含み、前記二つ
の導波路は夫々入力導波路及び出力導波路と接続
され、前記入力導波路から入射する光波を夫々受
取つて該受取つた光波を前記二つの導波路内で
夫々伝送させ、夫々伝送された光波を結合してか
ら該結合された光波を前記出力導波路に出力する
ように構成されており、前記出力導波路に出力さ
れる光波の強度は前記複数の電極によつて前記二
つの導波路の少なくとも一方へ印加された変調電
界により誘起される移相の関数であり、前記少な
くとも一つの導波路は前記基板の内部に設けられ
前記基板の屈折率よりも大なる屈折率を有してお
り、TEモードの第１横波及びTMモードの第２
横波を有する光波を伝送すべく構成されており、
前記複数の電極の一方は前記少なくとも一つの導
波路に沿つて前記基板の外表面に配設され前記少
なくとも一つの導波路の真上に位置しており、前
記複数の電極の他方は前記少なくとも一つの導波
路に沿つて前記基板の外表面に配設され前記少な
くとも一つの導波路と直交する方法に関して前記
一方の電極から所定の距離離間しており、前記一
方の電極と前記他方の電極は前記第１横波及び前
記第２横波の位相を制御すべく前記第１横波及び
前記第２横波を前記一方の電極のみの真下であつ
て該一方の電極から離れて前記少なくとも一つの
導波路内を伝送させるとともに前記第１横波の屈
折率の変化と前記第２横波の屈折率の変化とを等
しくさせるように前記少なくとも一つの導波路に
前記直交する方向の電界を印加すべく構成されて
いる光振幅変調用集積装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8210902 | 1982-06-22 | ||
| FR8210902A FR2528991A1 (fr) | 1982-06-22 | 1982-06-22 | Dispositif optique integre modulateur independant de la polarisation incidente |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS597335A JPS597335A (ja) | 1984-01-14 |
| JPH0422246B2 true JPH0422246B2 (ja) | 1992-04-16 |
Family
ID=9275271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11177183A Granted JPS597335A (ja) | 1982-06-22 | 1983-06-21 | 光位相変調用集積装置及び光振幅変調用集積装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0099282B1 (ja) |
| JP (1) | JPS597335A (ja) |
| DE (1) | DE3362904D1 (ja) |
| FR (1) | FR2528991A1 (ja) |
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-
1982
- 1982-06-22 FR FR8210902A patent/FR2528991A1/fr active Granted
-
1983
- 1983-06-10 EP EP19830401190 patent/EP0099282B1/fr not_active Expired
- 1983-06-10 DE DE8383401190T patent/DE3362904D1/de not_active Expired
- 1983-06-21 JP JP11177183A patent/JPS597335A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2528991B1 (ja) | 1984-11-30 |
| JPS597335A (ja) | 1984-01-14 |
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| EP0099282B1 (fr) | 1986-04-09 |
| DE3362904D1 (en) | 1986-05-15 |
| FR2528991A1 (fr) | 1983-12-23 |
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