JPH0486806A - 導波路形光デバイス - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光変調器や光スイフチ等に適用される導波路
形光デバイスに係り、特に特性の安定化を図った導波路
形光デバイスに関する。

〔従来の技術〕

一般に導波路形光デバイスは、強誘電体や半導体材料か
らなる基板中に、光を閉じこめて導波させるための導波
路として屈折率の高い部分を設けた構成とされている。

この導波路の上部または近傍に電圧を印加するための電
極を形成し、この電極外部から電位差を与えて基板中の
導波路の屈折率を変化させれば、光の位相や強度の変調
、あるいは光路の切り換えが可能となるものである。

従来、このような導波路形光デバイスとして、強誘電体
材料の中で比較的高い電気光学効果をもつニオブ酸リチ
ウム（Ｌ　］　Ｎ　ｂ　０３　）基板を用いた光デバイ
スが知られている。これは、同基板にチタン（Ｔ１）膜
を成膜し、所望の導波路パターンにパターニングした後
、１０００°Ｃ前後の高温で数時間熱拡散して導波路を
形成し、さらに同基板上に二酸化シリコン（ＳｉＣ２）
のバッファ層を成膜した後、その上面に金属膜により電
極を形成したもので、これによりデバイスとなる素子が
作成される。

このような導波路形光デバイスによると、基板上で光を
変調したり、光路切り替えを行うスイッチング機能を集
積化することが可能である。また、光を高速で変調する
ことができるので、大容量光通信用の外部変調器や、○
ＴＤＲにおける光路切換え用スイッチとしての開発も進
められている。

第４図〜第７図によって従来例を説明する。なお、図示
の導波路形光デバイスは、マツハツエンダ型高速光変調
器についてのものである。第４図に示すように、導波路
１はニオブ酸リチウム導波路基板２上に形成されている
。この導波路１は、入出力端部が１本構成とされ、その
途中部分が閉ループ状に分岐され、分岐部は２本の平行
な導波路を形成している。この導波路１の２本の平行な
分岐部の上部に、クロム、金等の金属層からなる電極３
．４がそれぞれ形成されている。なお、これらの電極３
．４は導波路基板２の表面全体に成膜された二酸化シリ
コンバッファ層２ａを介して形成されている。

導波路基板１の両端部に位置する導波路１の入出力端部
には、それぞれ入力側光ファイバ５と出力側ファイハロ
とが光学的に結合されている。また、一方の電極３には
駆動回路７の出力端が接続され、この駆動回路７から電
圧印加および信号入力が行われるようになっている。他
方の電極４は接地されている。

しかして、駆動時には、一方の電極３に駆動回路７から
例えば第５図に示すように、プラスのパルス高電圧を印
加する。電圧が印加されると、導波路１には第６図（ａ
）に矢印Ａで示すように、縦方向の電界が発生し、ニオ
ブ酸リチウムのもつ電気光学効果により導波路１の屈折
率が変化する。

この場合の印加電圧と光出力の関係を第７図に示してい
る。すなわち、電圧を印加しない状態Ｐ１　では導波路
１の分岐部で位相差が生じないた必、入力光は単に分岐
部で一旦分岐された後、再び合流して伝搬損や分岐損を
除きすべて出力光とされるが、一定以上の電圧を印加し
た場合Ｐ２　には、光に位相差が生じるようになる。合
流する２つの光の位相が反転するように電圧を印加した
場合には、光は出力されなくなる。このように、マツハ
ツエンダ型高速光変調器では、印加電圧をオン、オフす
ることにより、光変調するようになっている。なお第７
図に示すように、変調に必要な電圧は、絶対値が等しけ
ればその極性は正負に依存しない。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述の光変調器では第７図に示すように、電
圧を印加しないＶ−〇の状態とＶ−ｖπの間で電圧変調
が行われるようになっている。

しかし、長時間使用し続けると第６図（ｂ）に示すよう
に、二酸化シリコンバッファ層２ａあるいはニオブ酸リ
チウム基板２中に含まれる不純物イオンのうち、Ｎａ”
等の可動イオンが電極３．４側に向かって移動し始める
。この結果、同電圧を印加したとしても、導波路１に発
生する電界強度が、同図に矢印Ｂで示すように弱まり、
所望の消光比を得ることができなくなる。このことは、
第７図に破線で示すように、印加電圧と光出力の関係を
示すスイッチング曲線が、印加電圧と同じ極性の方向に
シフトを起こしてしまう（これをドリフト現象という）
のと等価であり、元の特性を維持するた杓には、変調電
圧をシフトさせなければならないという問題を生じる。

なお、上記のドリフト現象は可逆的なものである。即ち
、電極３．４の近傍に集積した不純物イオンは、導波路
素子を放置状態（電圧−〇）としたような場合、再び二
酸化シリコンバッファ層２ａあるいは導波路基板２の中
で拡散し、スイッチング曲線は初期状態に復帰する。し
かし、電圧印加によりシフトしたスイッチング曲線を導
波路素子の放置によって初期状態に戻すには、電圧印加
時間の数倍から数十倍の長い放置時間を必要とする。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ドリ
フト現象の発生低減を図り、これによりスイッチング曲
線を初期状態に維持させ、特性の安定化が図れる導波路
形光デバイスを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、導波路基板に閉ループ状の分岐部を有する導
波路を形成するとともに、導波路の分岐部にそれぞれ電
極を形成し、かつこれら電極間に外部から電圧を印加す
る駆動回路を設け、この駆動回路により電極間に与えら
れる電位差に基づいて導波路光を制御する導波路形光デ
バイスにおいて、駆動回路として、プラスのパルス電圧
波形を発生させる第１の駆動回路と、マイナスのパルス
電圧波形を発生させる第２の駆動回路とを備え、かつこ
れら各駆動回路を電極に選択的に接続するリレー回路を
設け、もって電極に発生する電位の方向を常時に切換え
ることにより、ドリフト現象を低減し、前記した目的を
達成するものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。

本実施例の導波路形光デバイスでは第１図に示すように
、導波路１１がニオブ酸リチウム導波路基板１２上に、
２本の平行な閉ループ状の分岐部を有して形成されてい
る。この導波路１１の分岐部の上部に、導波路基板表面
全体に成膜された二酸化ンリコンハッファ層を介し、ク
ロム、金等の金属層からなる電極１３．１４が形成され
ている。

導波路１１の入出力端には、入力端光ファイバ１５と出
力側光ファイバ１６とがそれぞれ光学的に結合されてい
る。そして、電極１３．１４間に外部電圧を印加する駆
動回路として、プラスのパルス電圧波形を発生させる第
１の駆動回路１７と、マイナスのパルス電圧波形を発生
させる第２の駆動回路１８とが備えられ、これら各駆動
回路１７１８はリレー回路１９を介して一方の電極１３
に接続されている。なお、他方の電極１３は接地されて
いる。リレー回路１９は、外部からクロック２０により
制御されるようになっており、このリレー回路１９の切
り換えにより、駆動回路１７および１８から出力される
パルス電圧波形が交互に電極１３に印加される。

本実施例では第２図に示すように、第１の駆動回路１７
から変調に必要なプラスのパルス電圧波形Ｖπが出力さ
れ、また第２の駆動回路１８から第１の駆動回路１７の
出力に対応するマイナスのパルス電圧波形−Ｖπが出力
される。これらがクロック制御によるリレー回路１９の
作用で同図に示すようにパルス毎に反転し、プラスのパ
ルス発生時には一方の電極１３が他方の電極１４よりも
高電位となり、マイナスのパルス発生時にその逆となる
。

よって本実施例によれば、導波路形光デバイスの電極の
電位の方向がパルス毎に切換わるため、電極近傍に蓄積
された不純物イオンが強制的に再び二酸化シリコンバッ
ファ層中に拡散し２、測定に支障がない状態でスイッチ
ング曲線が初期状態に維持されるものである。

本実施例および従来例の導波路形光デバイスについて、
変調電圧５．ＯＶで、同時に１０時間使用した場合の各
々のドリフトによる電圧シフト量を測定比較した。なお
、使用状態は周期ｉ　Ｑｍｓ。

デユーティ５０％で、パルス電圧を導波路両端に印加し
た。この結果、第３図に示したように、従来の導波路形
光デバイス２１では１０時間経過後、約３Ｖの電圧シフ
トが生じたのに対し、本実施例の導波路形光デバイス２
２ては約０．２ＶＬか電圧ソフトが生じておらず、安定
な特性が維持てきることが確δ忍された。

以上のことから、本実施例によれば、リレー回路により
、電極対に発生する電位の方向を切り換え、ドリフト現
象の発生を低減することにより、常に安定した特性を維
持することができる。

なお、実施例では、リレー回路の切り替えを１パルス毎
に行ったが、９個（ｎは自然数）のパルス群毎の切り替
えについて行うことができるのはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の導波路形光デバイスによれば、
導波路上に形成された電極に印加する電位の方向をパル
ス毎に切り換えることにより、ドリフト現象の発生を低
減することができ、ドリフトによる電圧シフトの蓄積を
防止して、常に安定した特性を維持することができると
いう効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は駆動
方法を示す図、第３図は作用説明図、第４図は従来例を
示す構成図、第５図は従来例による駆動方法を示す図、
第６図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第４図の■−Ｖ線断面
による作用説明図、第７図は導波路形光デバイスへの印
加電圧と光出力との関係を示す図である。 １１・・・・・・導波路、１２・・・・・・基板、１３
．１４・・・・・・電極、 １５．１６・・・・・・光ファイバ、 １７．１８・・・・・・駆動回路、 １９・・・・・・リレー回路、 ２０・・・・・・クロック。 出　願　人　　　　　　日本電気株式会社代　理　人　
　　　　　弁理士　山内梅雄第３図 第４図 第１ 第２図 グロ・・ノフ 電１立ヶ。電極３ｆ！ワ Ｑ有シ→Ｉ＠す 第５図 第７図 第６図（ａ） 第６図（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波路基板に閉ループ状の分岐部を有する導波路を
   形成するとともに、前記導波路の分岐部にそれぞれ電極
   を形成し、かつこれら電極間に外部から電圧を印加する
   駆動回路を設け、この駆動回路により前記電極間に与え
   られる電位差に基づいて導波路光を制御する導波路形光
   デバイスにおいて、前記駆動回路として、プラスのパル
   ス電圧波形を発生させる第１の駆動回路と、マイナスの
   パルス電圧波形を発生させる第２の駆動回路とを備え、
   かつこれら各駆動回路を前記電極に選択的に接続するリ
   レー回路を設けたことを特徴とする導波路形光デバイス
   。 ２、リレー回路は、外部からクロックにより制御される
   ことを特徴とする請求項１記載の導波路形光デバイス。