JPH05224246A - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
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- JPH05224246A JPH05224246A JP5709792A JP5709792A JPH05224246A JP H05224246 A JPH05224246 A JP H05224246A JP 5709792 A JP5709792 A JP 5709792A JP 5709792 A JP5709792 A JP 5709792A JP H05224246 A JPH05224246 A JP H05224246A
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- JP
- Japan
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- optical
- electrodes
- electrode
- electric field
- control device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 2つの電極の間、及び2つの電極の両方に隣
接してさらに電極を具備させているため、縦電界に加え
て横方向の電界を用いることができるため、偏光無依存
動作またはTE動作の光スイッチ、変調器が低電圧で得
られると共に、高クロストーク及び高消光比を得ること
ができる。 【構成】 光制御デバイスは2本の光導波路2a,2b
からなる光回路5と、光導波路2a,2bの上にバッフ
ァ層3を介して制御電極4a,4bが形成されている。
さらに前記電極4a,4bの間に中間電極6aが形成さ
れており、さらに前記電極4a,4bに隣接した位置に
付加電極6b,6cが形成されている。
接してさらに電極を具備させているため、縦電界に加え
て横方向の電界を用いることができるため、偏光無依存
動作またはTE動作の光スイッチ、変調器が低電圧で得
られると共に、高クロストーク及び高消光比を得ること
ができる。 【構成】 光制御デバイスは2本の光導波路2a,2b
からなる光回路5と、光導波路2a,2bの上にバッフ
ァ層3を介して制御電極4a,4bが形成されている。
さらに前記電極4a,4bの間に中間電極6aが形成さ
れており、さらに前記電極4a,4bに隣接した位置に
付加電極6b,6cが形成されている。
Description
【0001】
【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型光制
御デバイスに関するものである。
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型光制
御デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】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が求められており、より
高速の光信号の発生や光伝走路の切り替え、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。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。
容量で多機能の高度なシ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走路の切り替え、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。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。
【0003】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、光スイッチが使用され
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。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イッチの開発が進め
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長があり、方向性結合器型光変調器
あるいは光スイッチ、マッハツェンダ型光変調器、バラ
ンスブリッジ型光変調器あるいは光スイッチ、全反射型
光スイッチ等の種々の方式の光制御デバイスが報告され
ている。
の交換機能を得る手段としては、光スイッチが使用され
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。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イッチの開発が進め
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長があり、方向性結合器型光変調器
あるいは光スイッチ、マッハツェンダ型光変調器、バラ
ンスブリッジ型光変調器あるいは光スイッチ、全反射型
光スイッチ等の種々の方式の光制御デバイスが報告され
ている。
【0004】近年、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、西本 裕らの文献、電子情報通信学会 OQE88
−147によれば、Z板のLiNbO3 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
リクス光スイッチを得ている。また、前述した8×8マ
トリクス光スイッチは任意の偏光に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
向性結合型光スイ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(今後、
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。
即ち、方向性結合器のバ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。
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、西本 裕らの文献、電子情報通信学会 OQE88
−147によれば、Z板のLiNbO3 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
リクス光スイッチを得ている。また、前述した8×8マ
トリクス光スイッチは任意の偏光に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
向性結合型光スイ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(今後、
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。
即ち、方向性結合器のバ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。
【0005】一方、外部光変調器のような単一の光スイ
ッ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。
ッ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。
【0006】このような光スイッ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、切り替え速度、強度及び位相変調周波数帯
域、温湿度及び衝撃などの環境に対する動作の安定性な
どがある。また、前述した偏光無依存動作の光スイッチ
では、任意偏光のスイッチング電圧の一致が重要であ
る。
には、スイッチング電圧(電力)、クロストーク、消光
比、損失、切り替え速度、強度及び位相変調周波数帯
域、温湿度及び衝撃などの環境に対する動作の安定性な
どがある。また、前述した偏光無依存動作の光スイッチ
では、任意偏光のスイッチング電圧の一致が重要であ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】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。ここで従来の技術を図面を用いて
説明する。図4は方向性結合器5を用いた従来の光スイ
ッチの構造を示す斜視図である。図4において、Z板L
iNbO3 基板を電気光学結晶基板1に用いている。電
気光学結晶基板1に2本の光導波路2a,2bからなる
方向性結合器5が形成されている。この時、光波が光導
波路2a,2bを伝搬する方向はX軸である(今後、X
軸伝搬と呼ぶ)。一般に、方向性結合器5を形成する近
接する2本の光導波路の伝搬定数はお互いに等しく成る
ように設計、製作する。この場合方向性結合器5の長さ
をある長さに設定すれば一方の光導波路2a,2bを伝
搬する光波は隣接する光導波路2a,2bにモード結合
し、光波のエネルギーは徐々に隣接する光導波路2a,
2bに移行する。光波のエネルギーの100%が他方の
隣接する光導波路2a,2bに移行する時の方向性結合
器5の長さは完全結合長と呼ばれ、図4ではこの完全結
合長に長さを設定した方向性結合器5を用いている。更
に、前記電気光学結晶基板1上にバッファ層が装荷さ
れ、前記バッファ層3を介して金属材料からなる電極4
a,4b(今後、金属電極と呼ぶ)が光導波路2a,2
bの上に形成される。前記バッファ層3は、金属電極4
a,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
るように体積低抗率が小さいものが用いられる。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と同じ程度であ
る。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、即ちZ軸
方向の電界成分(今後、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2a,2b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(今後、縦電気光学定数と呼
ぶ)である。従って、スイッチング電圧はこの縦電気光
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L
iNbO3 基板、X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。また、
図2の従来の構造の光スイ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間の電位差が零の時、即ち縦電界を発生させ
ないときには、光導波路2a,2bを伝搬する光波のエ
ネルギー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、位相不整合が起こり隣接する光導波路2
a,2bへの光波のエネルギー移行が起こりにくくな
り、特定の電位差で光波のエネルギー移行は全く発生せ
ず、光波は初め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ではなく、完全な位相不整
合が起こる電位差ならばよい。従って、最初にバー状態
を得る電位差をVsとすると、2.24Vs,3.42
Vs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とも
にスイッチング電圧をTM,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、即ち、TM偏光に対するr33、T
E偏光に対するr13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。従って、TM,TEの各偏
光が同時にバー状態になる電位差を実現するためにはr
33とr13の比である(r33/r13)が1.0,2.2
4,3.42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(r33/r13)は前
述した値ではなく約2.9〜3.4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。即
ち、一方の光導波路2a,2bから隣接する光導波路2
a,2bへの光波のエネルギー移行を完全には無くすこ
とはできないという欠点がある。従って、光路の切り替
えを行う光スイ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。また、TM,TEの両偏光を同時にスイッチン
グまたは変調する動作電圧は前述したr33,r13の比で
決まり、2.9〜3.4Vsという高い動作電圧を必要
とする。同時にTEのみをスイッチングまたは変調する
ためにも高い電圧が必要とする。
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。ここで従来の技術を図面を用いて
説明する。図4は方向性結合器5を用いた従来の光スイ
ッチの構造を示す斜視図である。図4において、Z板L
iNbO3 基板を電気光学結晶基板1に用いている。電
気光学結晶基板1に2本の光導波路2a,2bからなる
方向性結合器5が形成されている。この時、光波が光導
波路2a,2bを伝搬する方向はX軸である(今後、X
軸伝搬と呼ぶ)。一般に、方向性結合器5を形成する近
接する2本の光導波路の伝搬定数はお互いに等しく成る
ように設計、製作する。この場合方向性結合器5の長さ
をある長さに設定すれば一方の光導波路2a,2bを伝
搬する光波は隣接する光導波路2a,2bにモード結合
し、光波のエネルギーは徐々に隣接する光導波路2a,
2bに移行する。光波のエネルギーの100%が他方の
隣接する光導波路2a,2bに移行する時の方向性結合
器5の長さは完全結合長と呼ばれ、図4ではこの完全結
合長に長さを設定した方向性結合器5を用いている。更
に、前記電気光学結晶基板1上にバッファ層が装荷さ
れ、前記バッファ層3を介して金属材料からなる電極4
a,4b(今後、金属電極と呼ぶ)が光導波路2a,2
bの上に形成される。前記バッファ層3は、金属電極4
a,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
るように体積低抗率が小さいものが用いられる。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と同じ程度であ
る。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、即ちZ軸
方向の電界成分(今後、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2a,2b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(今後、縦電気光学定数と呼
ぶ)である。従って、スイッチング電圧はこの縦電気光
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L
iNbO3 基板、X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。また、
図2の従来の構造の光スイ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間の電位差が零の時、即ち縦電界を発生させ
ないときには、光導波路2a,2bを伝搬する光波のエ
ネルギー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、位相不整合が起こり隣接する光導波路2
a,2bへの光波のエネルギー移行が起こりにくくな
り、特定の電位差で光波のエネルギー移行は全く発生せ
ず、光波は初め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ではなく、完全な位相不整
合が起こる電位差ならばよい。従って、最初にバー状態
を得る電位差をVsとすると、2.24Vs,3.42
Vs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とも
にスイッチング電圧をTM,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、即ち、TM偏光に対するr33、T
E偏光に対するr13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。従って、TM,TEの各偏
光が同時にバー状態になる電位差を実現するためにはr
33とr13の比である(r33/r13)が1.0,2.2
4,3.42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(r33/r13)は前
述した値ではなく約2.9〜3.4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。即
ち、一方の光導波路2a,2bから隣接する光導波路2
a,2bへの光波のエネルギー移行を完全には無くすこ
とはできないという欠点がある。従って、光路の切り替
えを行う光スイ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。また、TM,TEの両偏光を同時にスイッチン
グまたは変調する動作電圧は前述したr33,r13の比で
決まり、2.9〜3.4Vsという高い動作電圧を必要
とする。同時にTEのみをスイッチングまたは変調する
ためにも高い電圧が必要とする。
【0008】図5,6はそれぞれマッハツェンダ型光回
路、バランスブリッジ型光回路を用いた従来の光スイッ
チ・変調器の構造を示す斜視図である。図5,6の光制
御デバイスは2本の光導波路2a,2bのそれぞれの導
波光の間の位相差を用いて動作する光制御デバイスであ
る。なお、図4の出力導波路2cが1本でわるマッハツ
ェンダ型光制御デバイスは光変調器として用いられ、図
6のバランスブリッジ型光制御デバイスは光スイッチ・
変調器として用いられる。図5,6において、Z板Li
NbO3 基板を電気光学結晶基板1に用いている。図
5,6のそれぞれの光制御デバイスで偏光無依存動作を
得るために必要な動作電圧は、図4を用いて説明した方
向性結合器の原理と同一に与えられ、TM偏光をスイッ
チング、または、消光する電圧をVsとすると、2.9
〜3.4Vsである。この電圧はほぼTEに対する動作
電圧となる。従って、図5,6のマッハツェンダ型光制
御デバイス、バランスブリッジ型光制御デバイスの偏光
無依存動作では、高いクロストークまたは消光比、ま
た、低い動作電圧を得ることは困難である。同時に、T
Eのみに対して低い動作電圧を得ることは困難である。
路、バランスブリッジ型光回路を用いた従来の光スイッ
チ・変調器の構造を示す斜視図である。図5,6の光制
御デバイスは2本の光導波路2a,2bのそれぞれの導
波光の間の位相差を用いて動作する光制御デバイスであ
る。なお、図4の出力導波路2cが1本でわるマッハツ
ェンダ型光制御デバイスは光変調器として用いられ、図
6のバランスブリッジ型光制御デバイスは光スイッチ・
変調器として用いられる。図5,6において、Z板Li
NbO3 基板を電気光学結晶基板1に用いている。図
5,6のそれぞれの光制御デバイスで偏光無依存動作を
得るために必要な動作電圧は、図4を用いて説明した方
向性結合器の原理と同一に与えられ、TM偏光をスイッ
チング、または、消光する電圧をVsとすると、2.9
〜3.4Vsである。この電圧はほぼTEに対する動作
電圧となる。従って、図5,6のマッハツェンダ型光制
御デバイス、バランスブリッジ型光制御デバイスの偏光
無依存動作では、高いクロストークまたは消光比、ま
た、低い動作電圧を得ることは困難である。同時に、T
Eのみに対して低い動作電圧を得ることは困難である。
【0009】本発明の目的は、偏光無依存動作またはT
E動作の低電圧な動作、及び、任意偏波面のスイッチン
グ電圧が一致し、高クロストーク及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与えること
にある。
E動作の低電圧な動作、及び、任意偏波面のスイッチン
グ電圧が一致し、高クロストーク及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与えること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】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なる光回路と、前記2本の各
光導波路の上、前記2本の各光導波路に挟まれた間及び
前記2本の各光導波路の近傍に形成された5本の電極と
からなる光制御デバイスであり、前記光回路を成す2本
の光導波路の上にそれぞれ形成された第1及び第2の電
極と、該第1及び第2の電極の間に形成された第3の電
極と、第1及び第2の電極に隣接した位置にそれぞれ形
成された第4及び第5の電極とを具備し、前記第1及び
第2の電極のうちのどちらか一方の電極と第4及び第5
の電極とを同じ符号の電位とし、かつ第3の電極を第4
及び第5の電極とは異なる極性の電位とせしめたことを
特徴とする。
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なる光回路と、前記2本の各
光導波路の上、前記2本の各光導波路に挟まれた間及び
前記2本の各光導波路の近傍に形成された5本の電極と
からなる光制御デバイスであり、前記光回路を成す2本
の光導波路の上にそれぞれ形成された第1及び第2の電
極と、該第1及び第2の電極の間に形成された第3の電
極と、第1及び第2の電極に隣接した位置にそれぞれ形
成された第4及び第5の電極とを具備し、前記第1及び
第2の電極のうちのどちらか一方の電極と第4及び第5
の電極とを同じ符号の電位とし、かつ第3の電極を第4
及び第5の電極とは異なる極性の電位とせしめたことを
特徴とする。
【0011】
【作用】本発明による近接した2本の光導波路を用いた
光制御デバイスを用いれば、低電圧化が得られると共
に、高クロストーク及び高消光比に光スイッチ、変調器
が得られる。即ち、本発明では従来の構造と異なり、2
つの電極の間、及び2つの電極の両方に隣接してさらに
電極を具備させているため、縦電界に加えて横方向の電
界を用いているためである。
光制御デバイスを用いれば、低電圧化が得られると共
に、高クロストーク及び高消光比に光スイッチ、変調器
が得られる。即ち、本発明では従来の構造と異なり、2
つの電極の間、及び2つの電極の両方に隣接してさらに
電極を具備させているため、縦電界に加えて横方向の電
界を用いているためである。
【0012】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例に係わる光制御デバイスの
構造を示す断面図である。図1において、Z板LiNb
O3 基板を電気光学結晶基板1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。
る。図1は本発明の一実施例に係わる光制御デバイスの
構造を示す断面図である。図1において、Z板LiNb
O3 基板を電気光学結晶基板1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。
【0013】図1(a)の光制御デバイスは2本の光導
波路2a,2bからなる光回路5と、光導波路2a,2
bの上にバッファ層3を介して電極4a,4b(今後、
制御電極と呼ぶ)が形成されている。さらに前記電極4
a,4bの間に電極6a(今後、中間電極と呼ぶ)が形
成されており、さらに前記電極4a,4bに隣接した位
置に電極6b,6c(今後、付加電極と呼ぶ)が形成さ
れている。なお、光回路5は方向性結合器、マッハツェ
ンダ型、バランスブリッジ型などである。中間電極6a
及び付加電極6b,6cは電気光学結晶基板1の上にバ
ッファ層3を介して形成されている。この時の電圧印加
方法であるが、制御電極4aと付加電極6b,6cへの
印加電圧は同じ符号の電位であり、例えば正の符号の電
位とする。また、もう一方の制御電極4bと中間電極6
aはアースであるか、または負の電圧が印加される。こ
の時、このような電極構造を用いると縦電界成分の他
に、光波の伝搬方向に垂直で、かつZ板LiNbO3 基
板からなる電気光学結晶基板1の表面に平行な電界成
分、即ちY軸方向の電界成分(今後、横電界成分と呼
ぶ)を用いている。この電圧印加方法では横電界成分は
付加電極6bと中間電極6aの間の電位差で発生し、片
方の光導波路2aに寄与する。また、付加電極6cと中
間電極6aの間の電位差で発生し、もう一方の光導波路
2bに寄与する。この横電界成分に対応する電気光学定
数はr22であり(今後、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。即ち、TE偏光のみに
寄与する。r22の大きさはr33の約1/4である。この
とき2本の光導波路2a,2bに印加される電界の方向
は逆向きになるため、2本の光導波路の常光屈折率no
は片方の光導波路では増加し、もう片方は減少する。従
って、光導波路2a,2b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
ができるため、印加電圧が従来の構造と同一でも光導波
路2a,2bの常光の屈折率noの変化を大きくするこ
とができる。従って、TEに対して動作する従来の構造
の光制御デバイスに比べ低電圧動作が得られる。また、
逆に横電界成分の向きを反対にすれば、即ち、制御電極
4aと中間電極6aへの印加電圧は正の電位とし、ま
た、もう一方の制御電極4bと付加電極6b,6cはア
ースであるか、または負の電圧を印加すれば縦電界と横
電界で発生する常光屈折率変化が打ち消されるためスイ
ッチ電圧は増大する。従って、TE偏光のスイッチ電圧
を小さくも大きくもできる。また、このときTEのスイ
ッチ電圧は中間電極6a及び付加電極6b,6cへの印
加電圧で自由に変えられる、即ち可変可能なため偏光無
依存動作を行う光制御デバイスにおいて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。即ち、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。従って、偏光無依存動作において、光路の切り替
えを行う光スイッチの応用では高クロストークが得ら
れ、光の強度変調器等の応用では高消光比が得られる。
波路2a,2bからなる光回路5と、光導波路2a,2
bの上にバッファ層3を介して電極4a,4b(今後、
制御電極と呼ぶ)が形成されている。さらに前記電極4
a,4bの間に電極6a(今後、中間電極と呼ぶ)が形
成されており、さらに前記電極4a,4bに隣接した位
置に電極6b,6c(今後、付加電極と呼ぶ)が形成さ
れている。なお、光回路5は方向性結合器、マッハツェ
ンダ型、バランスブリッジ型などである。中間電極6a
及び付加電極6b,6cは電気光学結晶基板1の上にバ
ッファ層3を介して形成されている。この時の電圧印加
方法であるが、制御電極4aと付加電極6b,6cへの
印加電圧は同じ符号の電位であり、例えば正の符号の電
位とする。また、もう一方の制御電極4bと中間電極6
aはアースであるか、または負の電圧が印加される。こ
の時、このような電極構造を用いると縦電界成分の他
に、光波の伝搬方向に垂直で、かつZ板LiNbO3 基
板からなる電気光学結晶基板1の表面に平行な電界成
分、即ちY軸方向の電界成分(今後、横電界成分と呼
ぶ)を用いている。この電圧印加方法では横電界成分は
付加電極6bと中間電極6aの間の電位差で発生し、片
方の光導波路2aに寄与する。また、付加電極6cと中
間電極6aの間の電位差で発生し、もう一方の光導波路
2bに寄与する。この横電界成分に対応する電気光学定
数はr22であり(今後、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。即ち、TE偏光のみに
寄与する。r22の大きさはr33の約1/4である。この
とき2本の光導波路2a,2bに印加される電界の方向
は逆向きになるため、2本の光導波路の常光屈折率no
は片方の光導波路では増加し、もう片方は減少する。従
って、光導波路2a,2b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
ができるため、印加電圧が従来の構造と同一でも光導波
路2a,2bの常光の屈折率noの変化を大きくするこ
とができる。従って、TEに対して動作する従来の構造
の光制御デバイスに比べ低電圧動作が得られる。また、
逆に横電界成分の向きを反対にすれば、即ち、制御電極
4aと中間電極6aへの印加電圧は正の電位とし、ま
た、もう一方の制御電極4bと付加電極6b,6cはア
ースであるか、または負の電圧を印加すれば縦電界と横
電界で発生する常光屈折率変化が打ち消されるためスイ
ッチ電圧は増大する。従って、TE偏光のスイッチ電圧
を小さくも大きくもできる。また、このときTEのスイ
ッチ電圧は中間電極6a及び付加電極6b,6cへの印
加電圧で自由に変えられる、即ち可変可能なため偏光無
依存動作を行う光制御デバイスにおいて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。即ち、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。従って、偏光無依存動作において、光路の切り替
えを行う光スイッチの応用では高クロストークが得ら
れ、光の強度変調器等の応用では高消光比が得られる。
【0014】図1(b)は中間電極6a、付加電極6
b,6cが電気光学結晶基板1に直に形成された本発明
の実施例を示す断面図であるが、付加電極6b,6cの
直下には導波光は伝搬しないので、電極による導波光の
吸収を防ぐために用いられているバッファ層3は必要と
しない。図1(c)は、光回路5がマッハツェンダ型あ
るいはバランスブリッジ型の場合であり、中間電極6a
の直下に導波光は伝搬しないためバッファ層3は必要な
い。このときの各電極への印加電圧は図1(a)または
(b)と同じである。バッファ層3は通常その誘電率が
電気光学結晶基板より小さいため、バッファ層3の有無
で電極への印加電圧による電気光学結晶基板1中の電界
が異なる。即ち誘電率の小さいバッファ層3に電界が集
中し易いため、バッファ層が無い方がスイッチ電圧が小
さくなる。たとえば、バッファ層3が無い場合、スイッ
チ電圧はバッファ層3がある場合に比べて約60%の値
になる。従って、図1(c)の構造を用い、かつ前述し
た電圧印加方法をとることにより、TEのスイッチ、変
調電圧はさらに低減される。また、スイッチ、変調器の
偏光無依存動作において必要とされた動作電圧は従来の
光制御デバイスでは、TMのスイッチ電圧Vsに対して
3.42Vsが必要であったのに対して、本発明では1
〜2.24Vsで動作させることが可能となる。
b,6cが電気光学結晶基板1に直に形成された本発明
の実施例を示す断面図であるが、付加電極6b,6cの
直下には導波光は伝搬しないので、電極による導波光の
吸収を防ぐために用いられているバッファ層3は必要と
しない。図1(c)は、光回路5がマッハツェンダ型あ
るいはバランスブリッジ型の場合であり、中間電極6a
の直下に導波光は伝搬しないためバッファ層3は必要な
い。このときの各電極への印加電圧は図1(a)または
(b)と同じである。バッファ層3は通常その誘電率が
電気光学結晶基板より小さいため、バッファ層3の有無
で電極への印加電圧による電気光学結晶基板1中の電界
が異なる。即ち誘電率の小さいバッファ層3に電界が集
中し易いため、バッファ層が無い方がスイッチ電圧が小
さくなる。たとえば、バッファ層3が無い場合、スイッ
チ電圧はバッファ層3がある場合に比べて約60%の値
になる。従って、図1(c)の構造を用い、かつ前述し
た電圧印加方法をとることにより、TEのスイッチ、変
調電圧はさらに低減される。また、スイッチ、変調器の
偏光無依存動作において必要とされた動作電圧は従来の
光制御デバイスでは、TMのスイッチ電圧Vsに対して
3.42Vsが必要であったのに対して、本発明では1
〜2.24Vsで動作させることが可能となる。
【0015】なお、バッファ層3としてはSiO2 系,
Al2O3,MgF2 ,SiON,Si3N4などが用いら
れ、電極4a,4b,6a,6b,6cとしてはAu,
Al,Mo,ITO,ZnO系材料、導電性高分子など
が用いられる。なお、制御電極4a,4bに光の吸収が
なければバッファ層3を用いなくともよい。
Al2O3,MgF2 ,SiON,Si3N4などが用いら
れ、電極4a,4b,6a,6b,6cとしてはAu,
Al,Mo,ITO,ZnO系材料、導電性高分子など
が用いられる。なお、制御電極4a,4bに光の吸収が
なければバッファ層3を用いなくともよい。
【0016】図2(a)は本発明の実施例を示すバラン
スブリッジ型光回路を用いた光制御デバイスの斜視図で
ある。動作原理は図1の実施例の説明で述べたものと同
一である。図2(b)は本発明によるバランスブリッジ
型光回路を用いた光制御デバイスの別の実施例を示す斜
視図である。制御電極4a,4bと他の中間電極6aと
電極6b,6cとは長さが異なり、制御電極4a,4b
の方が短い場合を示す。動作原理は図1の実施例の説明
で述べたものと同一であるが、中間電極6aと付加電極
6b,6cが長いため、TEのみのスイッチ・変調電圧
を低減できる。従って、偏光無依存動作の場合に印加電
圧と光出力の関係で表せられるスイッチング特性をT
M,TEで全く同一にすることが出来る。
スブリッジ型光回路を用いた光制御デバイスの斜視図で
ある。動作原理は図1の実施例の説明で述べたものと同
一である。図2(b)は本発明によるバランスブリッジ
型光回路を用いた光制御デバイスの別の実施例を示す斜
視図である。制御電極4a,4bと他の中間電極6aと
電極6b,6cとは長さが異なり、制御電極4a,4b
の方が短い場合を示す。動作原理は図1の実施例の説明
で述べたものと同一であるが、中間電極6aと付加電極
6b,6cが長いため、TEのみのスイッチ・変調電圧
を低減できる。従って、偏光無依存動作の場合に印加電
圧と光出力の関係で表せられるスイッチング特性をT
M,TEで全く同一にすることが出来る。
【0017】図3(a)は本発明の実施例を示すマッハ
ツェンダ型光回路を用いた光制御デバイスの斜視図であ
る。動作原理は図1の実施例の説明で述べたものと同一
である。図3(b)は本発明によるマッハツェンダ型光
回路を用いた光制御デバイスの別の実施例を示す斜視図
である。制御電極4a,4bと他の中間電極6aと電極
6b,6cとは長さが異なり、制御電極4a,4bの方
が短い場合を示す。動作原理は図1の実施例の説明で述
べたものと同一であるが、中間電極6aと付加電極6
b,6cが長いため、TEのみのスイッチ・変調電圧を
低減できる。従って、偏光無依存動作の場合に印加電圧
と光出力の関係で表せられるスイッチング特性をTM,
TEで全く同一にすることが出来る。
ツェンダ型光回路を用いた光制御デバイスの斜視図であ
る。動作原理は図1の実施例の説明で述べたものと同一
である。図3(b)は本発明によるマッハツェンダ型光
回路を用いた光制御デバイスの別の実施例を示す斜視図
である。制御電極4a,4bと他の中間電極6aと電極
6b,6cとは長さが異なり、制御電極4a,4bの方
が短い場合を示す。動作原理は図1の実施例の説明で述
べたものと同一であるが、中間電極6aと付加電極6
b,6cが長いため、TEのみのスイッチ・変調電圧を
低減できる。従って、偏光無依存動作の場合に印加電圧
と光出力の関係で表せられるスイッチング特性をTM,
TEで全く同一にすることが出来る。
【0018】なお、図2,3において制御電極4a,4
bの長さと他の中間電極6a及び付加電極6b,6cの
長さとの間にはなんら制限が無いのは明かである。
bの長さと他の中間電極6a及び付加電極6b,6cの
長さとの間にはなんら制限が無いのは明かである。
【0019】
【発明の効果】本発明を用いれば、近接した2本の光導
波路を用いた光制御デバイスにおいて、本発明では従来
の構造と異なり、2つの電極の間、及び2つの電極の両
方に隣接してさらに電極を具備させているため、縦電界
に加えて横方向の電界を用いることができる。従って、
偏光無依存動作またはTE動作の光スイッチ、変調器が
低電圧で得られると共に、高クロストーク及び高消光比
を得ることができる。
波路を用いた光制御デバイスにおいて、本発明では従来
の構造と異なり、2つの電極の間、及び2つの電極の両
方に隣接してさらに電極を具備させているため、縦電界
に加えて横方向の電界を用いることができる。従って、
偏光無依存動作またはTE動作の光スイッチ、変調器が
低電圧で得られると共に、高クロストーク及び高消光比
を得ることができる。
【図1】光制御デバイスの構造を示す断面図である。
【図2】別の光制御デバイスの構造を示す斜視図であ
る。
る。
【図3】さらに別の光制御デバイスの構造を示す斜視図
である。
である。
【図4】従来の光制御デバイスの構造を示す斜視図であ
る。
る。
【図5】従来の光制御デバイスの構造を示す斜視図であ
る。
る。
【図6】従来の光制御デバイスの構造を示す斜視図であ
る。
る。
1 電気光学結晶基板 2a,2b,2c 光導波路 3 バッファ層 4a,4b,6a,6b,6c 電極 5 2本の光導波路からなる光回路 7 バランスブリッジ型光回路 8 マッハツェンダ型光回路
Claims (1)
- 【請求項1】 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なる光回路と、前記2
本の各光導波路の上、前記2本の各光導波路に挟まれた
間及び前記2本の各光導波路の近傍に形成された5本の
電極とからなる光制御デバイスであり、前記光回路を成
す2本の光導波路の上にそれぞれ形成された第1及び第
2の電極と、該第1及び第2の電極の間に形成された第
3の電極と、第1及び第2の電極に隣接した位置にそれ
ぞれ形成された第4及び第5の電極とを具備し、前記第
1及び第2の電極のうちのどちらか一方の電極と第4及
び第5の電極とを同じ符号の電位とし、かつ第3の電極
を第4及び第5の電極とは異なる極性の電位とせしめた
ことを特徴とする光制御デバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5709792A JPH05224246A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5709792A JPH05224246A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 光制御デバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05224246A true JPH05224246A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=13046009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5709792A Pending JPH05224246A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05224246A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08166565A (ja) * | 1994-12-15 | 1996-06-25 | Nec Corp | 光制御デバイス |
JP2000305117A (ja) * | 1999-02-19 | 2000-11-02 | Fuji Xerox Co Ltd | 光デバイス、光デバイスの駆動方法、及び光デバイスの製造方法 |
-
1992
- 1992-02-07 JP JP5709792A patent/JPH05224246A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08166565A (ja) * | 1994-12-15 | 1996-06-25 | Nec Corp | 光制御デバイス |
JP2000305117A (ja) * | 1999-02-19 | 2000-11-02 | Fuji Xerox Co Ltd | 光デバイス、光デバイスの駆動方法、及び光デバイスの製造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990105 |