JPH04258918A - 光制御回路 - Google Patents

光制御回路

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JPH04258918A
JPH04258918A JP2091191A JP2091191A JPH04258918A JP H04258918 A JPH04258918 A JP H04258918A JP 2091191 A JP2091191 A JP 2091191A JP 2091191 A JP2091191 A JP 2091191A JP H04258918 A JPH04258918 A JP H04258918A
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JP
Japan
Prior art keywords
optical
phase
light
modulator
optical waveguides
Prior art date
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Pending
Application number
JP2091191A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuto Noguchi
一人 野口
Hiroshi Miyazawa
弘 宮沢
Osamu Mitomi
修 三冨
Mitsuaki Yanagibashi
柳橋 光昭
Minoru Kobayashi
実 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH04258918A publication Critical patent/JPH04258918A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/20Intrinsic phase difference, i.e. optical bias, of an optical modulator; Methods for the pre-set thereof

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光波の変調、光路切り
替え等を行う光制御素子に関し、特に基板中に設けた光
導波路を用いて制御を行う導波形の光制御回路に関する
【0002】
【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、高機能のシステムが要求されている。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、光信号は半導体レーザや発光ダイオードの注
入電流を直接変調することによって得られているが、高
速の光変調器や光スイッチ等の光制御素子が必要となっ
ている。高速の光制御素子としては電気光学効果を利用
する光制御素子が代表的であり、方向性結合器形光変調
器又はスイッチ、全反射形光スイッチ、分岐干渉形光変
調器又はスイッチに関する報告がなされている。
【0003】例えば10Gb/s以上の超高速信号の変
調器、あるいはスイッチング素子としては、LiNbO
3 結晶中にTiを拡散して形成した光導波路を利用す
る素子が有り、マイクロ波と光波との速度整合を行った
進行波形電極を用いることにより変調帯域として20G
Hz程度の値が得られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光制御素子を用いた光通信システムを実用化するた
めには、光制御素子の製作性も考慮する必要がある。例
えば、LiNbO3 結晶中にTiを拡散して形成した
方向性結合器形光変調器は、光導波路製作時においてT
iの厚さ、あるいは幅が数%変化することにより完全結
合長が数mm変化する。そのため、実用上必要とされる
消光比が15dB以上の特性の素子を歩留まり良く製作
することは非常に困難であった。
【0005】一方、分岐干渉形光強度変調器は、分岐し
た光をそれぞれ2つの位相変調器部に導入して位相変調
し、それぞれの光の間に相対的な位相差を与えて光をo
n/offするため、上記のような消光比の劣化はない
。しかし、従来の分岐干渉形光変調器では、分岐したそ
れぞれの位相変調器部の光導波路において、光導波路製
作時にTiの厚さや幅が数%部分的に変化することによ
って生じる屈折率の違いや、マスク製作時の誤差により
、位相変調器部の実効的な光路長に僅かな違いが生じる
。そのため、分岐した2つの光波の間に定常的な位相差
が生じて変調器の動作点がシフトしてしまう。
【0006】このような光路長の変化は、光導波路製作
用マスクパターンの誤差やフォトリソグラフィ工程にお
けるゆらぎによって容易に生じ得るため、実際にこれを
なくすことはほとんど不可能である。そのため、設計通
りの動作点を有する変調器を製作することは事実上不可
能であった。従って、変調器を駆動するためには、変調
方式や素子に応じて直流バイアス電圧を変調信号に重畳
しなければならなかった。また必要な直流バイアス電圧
の値は素子によって異なるため、同一の駆動回路を使用
することができないという問題があった。
【0007】そこで、本発明の目的は、上記問題点を解
決すべく、光波の位相を適切に制御するように構成した
光制御回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、本発明は、基板面上もしくは基板面付近に形成さ
れ、かつ分岐干渉系を構成する第1および第2の光導波
路と、該第1および第2の光導波路の近傍にそれぞれ配
置された第1および第2の電極とをそれぞれ有する第1
および第2の制御素子を少くとも具備した光制御回路で
あって、前記第1および第2の光導波路の少くとも一方
の近傍に光波の位相調整領域を配置し、前記第1および
第2の光導波路を伝搬する光波の位相を相対的に調整可
能となしたことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明による光制御回路では、基板面上もしく
は基板面付近に形成され、かつ分岐干渉系を構成する第
1および第2の光導波路とその第1および第2の光導波
路の近傍に設置された第1および第2の電極とによって
構成される第1および第2の光制御素子を少くとも具備
し、前記分岐干渉系を構成する少なくとも一方の光導波
路の近傍に光波の位相調整領域が設けられ、前記分岐干
渉系を構成する第1および第2の光導波路を伝搬する光
波の位相を相対的に調整できるように構成されているの
で、変調器の動作点を所望の位置に設定することができ
、したがって、直流バイアス電圧を重畳することなしに
変調器を効率よく駆動できる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0011】図1は本発明による光制御回路の一実施例
を説明するためのY分岐を用いた分岐干渉形光強度変調
器を示す図である。ここで、図1(A)は平面図、図1
(B)は図1(A)の平面図中のB−B′線における断
面図、図1(C)は図1(A)の平面図中のC−C′線
における断面図である。
【0012】図1において、LiNbO3 基板101
の上に、互に数十μmの間隔で近接した幅数〜数十μm
、長さ数〜数十mmの1対の光導波路102および10
3が設置され、その各光導波路102および103の上
に光吸収を防ぐために設けたSiO2 膜113を介し
て1対の電極114および115が形成され、これらの
光導波路102および103と各対応する電極114お
よび115により2つの位相変調形光制御素子が構成さ
れている。
【0013】図1(B)に示すように、光導波路102
の一部については、SiO2 膜113に開口があいて
おり、位相調整領域110が設けられている。
【0014】3dB分岐部光導波路104は入力光Y分
岐光導波路であり、その開き角は数mradとし、2本
の位相変調器部光導波路102と103の間隔は数十μ
mとする。合流部光導波路105も3dB分岐部光導波
路104と同様に開き角数mradのY分岐光導波路で
ある。
【0015】基板101の端面には、入射端108をも
つ入力光導波路106が3dB分岐部104に接続され
る。基板101の入射端と対向する端面には、出射端1
09をもつ出力光導波路107が合流部105に接続さ
れる。ここで、光導波路パターンの幅は5〜10μmで
ある。
【0016】上述の実施例に示した素子は、たとえば、
図2に示すような作製方法により得られる。まず、図2
(A)に示すように、LiNbO3 基板101上に通
常のフォトリソグラフィ技術を用いて光導波路のパター
ンを形成する。すなわち、LiNbO3 基板101上
にフォトレジストを一様に塗布し、光導波路部分と同形
のフォトマスクを通して上記フォトレジストを露光し、
現像することによって、フォトレジスト膜に導波路形状
の溝を形成する。パターンの幅は、5〜10μmである
。フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜に
導波路形状の溝を形成した後、この上からまずTi膜を
厚さ70〜100nm程度で全面に形成し、その後フォ
トレジスト膜を溶解することによって図2(A)に示す
ような光導波路の形状と同形のTi膜パターン202を
形成する。
【0017】次に、この基板を1000〜1100℃、
5〜10時間程度高温炉中で加熱してTiをLiNbO
3 基板201中へ拡散する。それによりTi拡散部分
のみ屈折率が僅かに増加して光導波路102および10
3を形成する。
【0018】次に、電極での光吸収を防ぐために、Li
NbO3 基板101上にSiO2 膜を厚さ400n
m程度形成し、位相変調器部の真上のSiO2 膜上に
CrとAuもしくはCrとAlを積層して、図1に示し
たような1対の電極114および115を形成する。
【0019】その後、図2(B)に示すような窓205
を開けた位相調整領域製作用マスクパターン206を、
通常のフォトリソグラフィ技術により導波路203およ
び204が作製されている基板上に形成する。ここで、
この窓205の幅は、5〜10μm程度、長さは数mm
〜数十mm程度である。
【0020】次に、この基板を例えばフッ酸中に、数分
から数十分程度浸積してSiO2 バッファ層113の
エッチングを行ない、基板上からフォトレジスト膜を除
去して、図1に示す位相調整領域110の位置に開口の
形成されたSiO2 膜113を形成する。
【0021】その後、入出力光導波路106および10
7に垂直方向に研磨もしくは劈開により光入出力端面1
08および109を形成する。
【0022】最後に、光導波路102および103に光
を導入し、電極114および115に電圧を印加して、
光出力をモニタしながら、位相調整領域用窓205内に
適当な屈折率の物質(例えばフォトレジスト等)を塗布
して位相調整領域110を形成する。以上の製造方法に
より、図1に示す分岐干渉形光制御回路が形成される。
【0023】次に、図1に示した光制御回路の動作を説
明する。入射端108への入射光111は入力光導波路
106を通過して3dB分岐部光導波路104へ導かれ
、光導波路102と103とに分岐する。ここで、光導
波路102と103とは幅、長さがまったく等しい導波
路である。
【0024】光導波路が理想的に製作されている場合、
印加電圧0の状態では光導波路102と103を通過し
てきた光はそれぞれ光路長が等しいため、合波部105
において位相が等しい。したがって、合波部105にお
いてそのまま合波され、出力光導波路107を通って出
射端109から出射する。
【0025】一方、電極114および115に電圧を印
加した場合には、電気光学効果による屈折率変化によっ
て光導波路102と103の伝搬光との間に位相差△Φ
が生じる。その結果、合波部105では光が干渉し、前
記の位相差△Φに応じて光強度が変化する。したがって
、出力光112は印加電圧に対して正弦波状に変化し、
図3(A)に示すような特性を示す。なお、図3(A)
において、光出力をon/offさせるのに必要な電圧
を半波長電圧Vπとしている。
【0026】しかしながら、図2において、2つの位相
変調器部の光導波路102および103の長さが0.1
μm程度異なっていた場合、あるいは導波路製作時の位
相変調器部のTiパターン202の幅が数%部分的に変
化して光導波路の屈折率が僅かに異なっていた場合、2
つの位相変調器部の光導波路102および103の光路
長が異なってしまう。そのため、印加電圧0の状態でも
合波部105において位相差が生じてしまい、光出力が
最大とはならない。その結果、印加電圧−光出力特性が
シフトし、一例として図3(B)に示すような特性にな
る。
【0027】本発明では、上述したように分岐干渉系を
構成する一方の光導波路102において、バッファ層1
13に窓205を開け、適当な屈折率の物質を塗布する
ことによって位相調整領域110を設けている。これに
より、光導波路102の実効屈折率を変化させ、光導波
路102の光路長を変化させて合波部105における位
相差を所望の値に設定し、光変調器の動作点を所望の位
置に設定することができる。
【0028】たとえば、図3(A)に示すように、印加
電圧0の時に光出力が最大となるように設定することが
できる。あるいはまた、図3(C)に示すように、印加
電圧0の時に光出力が最大値の1/2になるようにする
ことも可能である。
【0029】図4は、本発明による光制御回路の他の実
施例を説明するためのY分岐を用いた分岐干渉形光強度
変調器を示す図である。ここで、図4(A)は平面図、
図4(B)は図4(A)の平面図中のB−B′線におけ
る断面図、図4(C)は図4(A)の平面図中のC−C
′線における断面図である。図4において図1と同様の
個所には同一符号を付してその説明を省略する。
【0030】図4(A)において、分岐した2本の光導
波路102および103の近傍にそれぞれ位相調整領域
110および120が設けられている。残余の構成は図
1と同様である。
【0031】本実施例では、位相調整領域110および
120のいずれか一方または双方に対する窓に屈折率の
調整を行う物質を塗布して、上述した実施例のように、
光変調器の動作点を所望の位置に設定することができる
【0032】
【発明の効果】以上述べたように本発明の光制御回路に
よれば、光変調器の動作点を駆動条件に合わせて任意に
設定することが可能であり、特性の良い光変調器を歩留
まり良く製作できる。
【0033】さらに、本発明によれば、光変調器を駆動
する際に、印加される実効的な直流電圧が0になるよう
に光変調器の動作点を設定できるため、LiNbO3 
等の強誘電体結晶材料を用いた光制御素子で問題になっ
ているDCドリフトの無い素子を製作できる。
【0034】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、光波の位相を制御することを利用するいかな
る方式の光制御回路、例えばバランスブリッジ形光強度
変調器やスイッチ等に対しても適用できる。
【0035】本発明に用いる基板の材料、光導波路の形
状、電極の形状等は上記実施例に限定されるものではな
く、たとえば基板材料としてLiTaO3結晶等の強誘
電体結晶や石英等の絶縁体材料、あるいはGaAs等の
半導体材料を用いることができる。光導波路としてリッ
ジ型光導波路等を用いることができる。電極形状として
は、高速化に適した進行波形の電極等を用いることがで
きる。
【0036】本発明における位相調整領域は上記実施例
に限定されるものではなく、光導波路の実効屈折率を変
化させることができるものであればいかなる形態のもの
でも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光制御回路の第1の実施例を説明する
ための図である。
【図2】本発明の光制御回路の第1の実施例の製造方法
を説明するための図である。
【図3】本発明の光制御回路において、電極に電圧を印
加した場合の、印加電圧対光出力の特性図である。
【図4】本発明の光制御回路の第2の実施例を説明する
ための図である。
【符号の説明】
101  基板 102,103  光制御素子を構成する光導波路10
4,105  Y分岐光導波路 106,107  入出力光導波路 110,120  位相調整領域 114,115  電極 202  拡散物であるTiの薄膜 205  位相調整領域用窓

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基板面上もしくは基板面付近に形成さ
    れ、かつ分岐干渉系を構成する第1および第2の光導波
    路と、該第1および第2の光導波路の近傍にそれぞれ配
    置された第1および第2の電極とをそれぞれ有する第1
    および第2の制御素子を少くとも具備した光制御回路で
    あって、前記第1および第2の光導波路の少くとも一方
    の近傍に光波の位相調整領域を配置し、前記第1および
    第2の光導波路を伝搬する光波の位相を相対的に調整可
    能となしたことを特徴とする光制御回路。
JP2091191A 1991-02-14 1991-02-14 光制御回路 Pending JPH04258918A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006276577A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光導波路素子
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