JPH05241206A - 4セクション光結合器 - Google Patents
4セクション光結合器Info
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- JPH05241206A JPH05241206A JP4320652A JP32065292A JPH05241206A JP H05241206 A JPH05241206 A JP H05241206A JP 4320652 A JP4320652 A JP 4320652A JP 32065292 A JP32065292 A JP 32065292A JP H05241206 A JPH05241206 A JP H05241206A
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Abstract
よらない、方向性結合器を含むスイッチまたは結合器を
提供する。 【構成】 結合器は、上面158に2つの近接した光導
波路151、152と、該導波路に隣接して配置された
電極とを有する電気光学材料の単結晶ウェハ150を含
む。電極は、導波路151、152の一方の側に形成さ
れ接地された主電極153と、導波路の主電極と反対の
側に一直線をなして形成された4つの小電極154、1
55、156、157とを含む。中央の2電極155、
156に印加される電圧Vb 、Vc が等しい値と同じ極
性を有し(Vc =Vb )、かつ外側電極154、157
に印加される電圧Va 、Vc が等しい値と同じ極性を有
する(Vd =Va )時は、一方の導波路内を進む光が他
方の導波路への伝達を阻止される。また、前者の電圧が
等しい値と逆極性とを有し(Vc =−Vb )、かつ後者
の電圧が等しい値と逆極性とを有する(Vd =−Va )
時は一方の導波路内を進む光が他方の導波路へ移行す
る。
Description
信号を変調またはスイッチングするための、薄膜光導波
路を用いた光集積回路に関する。
ける光ファイバ利用の増大は、光スイッチングを大きい
関心事とした。特に関心がもたれるのは、電気光学的変
換を行なわない、光形式での信号のスイッチングであ
る。機械的スイッチおよびGaAsおよびInPなどの
半導体材料から作られた集積光空間半導体スイッチの使
用によるなどの、さまざまな方向で試みがなされてき
た。
を用いてスイッチ機能を実現している。全ての材料に
は、2次電気光学効果すなわちカー電気光学効果が存在
し、これは、印加された電界Eの2乗に比例する屈折率
の変化Δnに関する。また、1次電気光学効果すなわち
ポッケルス電気光学効果を示す単結晶においては、遙か
に大きい屈折率の変化が実現される。この場合には、屈
折率の変化Δnは、印加された電界Eに正比例する。こ
の効果は、無心対称単結晶にのみ存在し、誘発される屈
折率の変化は、電界Eの方向と、光ビームの偏光方向と
に依存する。公知の電気光学材料には、リン酸二水素カ
リウム(KDP)およびその重水素置換された同形体
(DKDPまたはKD* P)、ニオブ酸リチウム(Li
NbO3 )およびタンタル酸リチウム(LiTa
O3 )、およびヒ化ガリウム(GaAs)およびテルル
化カドミウム(CdTe)などの半導体が含まれる。
の製造上、最も発達した技術はTi:LiNbO3 を用
いるものであり、これは、ニオブ酸リチウム内にチタン
を拡散させることによって形成されるリボン導波路に関
連する。ニオブ酸リチウムの導波路は、単結晶のウェハ
内に形成され、該ウェハ上にはリボン導波路に隣接して
縦方向の電極が形成される。これらの電極は、電位差が
印加された時、屈折率の局部値を変化せしめる。
適合する良好なスポットサイズを有する比較的に低損失
のチャネルを便利に作りうる。しかし、1つ重要な問題
がある。LiNbO3 成分は本来偏光に依存し、すなわ
ちそれらは特定の直線偏波(結晶の方向に依存して、
「通常」モードまたは「異常」モード、TEまたはTM
9 )の励振を必要とするのに、単モードファイバの出力
における偏光状態(SOP)は不規則的な行動を示すの
である。この問題は、通常は偏波保持型ファイバを用い
ることによって解決される。
いくつかの欠点がある。まず、これらのファイバは、角
度的にアラインされなくてはならないので、通常の単モ
ードファイバに比し、取扱いが複雑である。この形式の
ファイバはまた極めて高価で、通常の単モードファイバ
より1桁程高価である。さらに、このファイバは標準的
なファイバではなく、また将来性も予見されない。それ
は、現存の回路網内には用いられておらず、この事実
が、この解決法を多くの応用において利用されえなくし
ている。
光スクランブリングである。偏光スクランブリングは、
入力の偏光を高速度でスクランブルすることを含み、こ
れは所望の偏光(TEまたはTM)に十分な電磁力を保
証するが、直交する偏光は偏光子によって阻止される。
この阻止は、約3dBの不利を生じ、かつこの方法は高
速度の偏光スクランブラを必要とする。そのわけは、そ
れらはビット速度に比しうる周波数で動作しなくてはな
らないからである。しかし、偏光スクランブラは広帯域
性のものではなく、それはスイッチの「周波数透明性」
を失わせる。
ある。この解決法においては、信号は2つの直交する偏
光成分に分解され、これらは別個に処理された後、最終
的には(応用に依存して)再び合成される。これは、偏
光分割器を必要とし、光スイッチ素子の数(例えば2×
2スイッチ)が2倍必要となる。
である。偏光の安定化が用いられる時は、偏光は帰還ル
ープにより調製される。偏光の安定化においては、信号
の偏光は、なんらかの方法により測定されなくてはなら
ず、それはある場合には装置を著しく複雑化はしない
(例えばコヒーレント装置)が、他の場合にはかなりの
望ましくない複雑性を導入する。この解決法は、Ti:
LiNbO3 形デバイスにおいては、成功裡に実施され
る。例えば、H.Heidrich他著「Integr
ated Optical compensator
on Ti:LiNbO3 For Continuou
s and Reset Free Polariza
tion Control」,ECOC’87,Pro
c.,Vol.1,pp257−260,R.Noe他
著「Automatic Endless Polar
ization Control with Inte
grated Optical Ti:LiNbO3
PolarizationTransformer
s」,Optics Letters,1988,Vo
l.13,No.6,pp527−529,N.G.W
alker他著「Endless Polarizat
ion Control Using an Inte
grated Optic Lithium Niob
ate Device」,Electron.Let
t.,1988,Vol 24,No 5,pp260
−268.を参照されたい。
固有の偏光への依存性に対する適応を必要とし、これが
装置を複雑化している。
現のための概念はいくつかある。例えば、M.Kond
o他著「Low Drive Voltage and
Low Loss Polarization In
dependent LiNbO3 Optical
Waveguide Switches」,Elect
ron.Lett.,Vol 23,(1987),p
p1167−1169,R.C.Alferness著
「Polarization Independent
Optical Directional Coup
ler Switch Using Weighted
Coupling」,Appl.Phys.Let
t.,Vol 35,(1979),pp748−75
0,O.G.Ramer他著「Polarizatio
n Independent Optical Swi
tch with Multiple Section
sof Δβ Reversal and a Gau
ssian TaperFunction」,IEEE
Journ.Quantum Electron.V
ol QE−18(1982),pp1772−177
9,L.McCaughan著「Low Loss P
olarization Independent E
lectrooptical Switching a
t λ=1.3μm」,IEEE Journ.Lig
htwave Tech.,VolLT−2,(198
4),pp51−55,Y.Bourbon他著「Po
larization−Independent Mo
dulator withTi:LiNbO3 Str
ip Waveguides」,Electron.L
ett.Vol 20(1984),pp496−49
7,N.Tsukada外著「Polarizatio
n Insensitive Integrated−
Optical Switches:A new ap
proach」,IEEE Journ.Quantu
m Electron.,VolQE−17,(198
1),pp959−964,J.E.Watson著
「ALow−Voltage Polarizatio
n Independent Guided Wave
Direction−Coupler Switch
in Lithium Niobate」,SPIE
Vol 835,Integrated Optic
al Circuit Engineering V,
(1987),pp132−135,J.E.Wats
on他著「APolarization Indepe
ndent 1×16 Guided−Wave Op
tical Switch Integrated o
nLithium Niobate」,Journ.L
ightwave Tech.,Vol LT−4,
(1986),pp1717−1721,W.K.Bu
rns他著「Interferometric Wav
eguide Modulator with Pol
arization−IndependentOper
ation」,Applied Physics Le
tters,Vol 33(1978),p944,
P.Granestrand他著「Polarizat
ion Independent Optical S
witches」,Fourth European
Conference on Integrated
Optics(ECIO’87)pp36−39,P.
Granestrand外著「Polarizatio
n Independent Switch and
Polarization Splitter Emp
loying Δβ and Δκ Modulati
on」,Electron.Lett.1988,11
42−1143,J.L.Nightingale他著
「Low−Voltage Polarization
Independent Optical Swit
ch in Ti−indiffused Lithi
um Niobate」,Techn.Digest
ofIntegrated and Guided W
ave Optics Conf.(IGWO’8
9),paper MAA3,pp10−13,K.T
akizawa他著「Polarization−In
dependent and Optical Dam
age−insensitive LiNbO3Int
erferometric Waveguide Mo
dulator」,Japanese Journal
of Applied Physics,Vol 2
7(1988),ppL696−L698,Y.Sil
berberg他著「Digital Optical
Switch」,Techn.Digest OFC
1988,paper THA3,H.F.Tayl
or著「Polarization Independ
ent Guided Wave Optical M
odulators and Switches」,I
EEE Journ.Lightwave Tech
n.Vol LT3(1985),pp1277−12
80,T.Pohlmann他著「Polarizat
ion independent switches
on LiNbO 3 」,Proceedings of
the Topical Meeting on I
ntegrated Photonics Resea
rch,Hilton Head,SC,1990,p
p38−39,を参照されたい。偏光に依存しないスイ
ッチについての最初の実験結果は、1979年にAlf
ernessにより報告された。
示す。それは、重み付き結合を利用した方向性結合器1
0である。導波路11および12の間の間隔は結合器の
長さに沿って変化せしめられ、従って、導波路11およ
び12の間の結合もまた変化せしめられる。結合は縦方
向に重みをつけられており、従って、導波路間隔が一定
である領域は存在しない。重み付き結合は、遮断(ba
r)状態(非クロス状態)が実現される時に利用され
る。重みを適正に設計すれば、伝達関数(すなわち、励
振された導波路から他の導波路へ、スイッチ出力として
結合せしめられる、駆動電圧の関数としての電力の割
合)のサイドローブを抑圧することができる。これは図
2aおよび図2bに示されており、そこでは、通常の方
向性結合器の伝達関数(図2a)が、重み付き結合器の
それ(図2b)と比較されている。
する通常の方向性結合器の一様なΔβ動作における伝達
関数を示し、結合係数の重み付けの効果を明らかにして
いる。重み付けは、ハミング関数により行なわれる。実
線は「異常」モード(Alfernessの論文に論じ
られているスイッチにおけるTM)に対応し、破線は
「通常」モード(Alfernessの論文に論じられ
ているスイッチにおけるTE)に対応している。比Δβ
eo/Δβo は3.1であるものと仮定され、(L/
lc )eO〜1.5、(L/lc )o 〜1.1である。た
だし、Δβeoは異常モードにあるチャネル間の波数の差
であり、Δβo は通常モードにあるチャネル間の波数の
差、Lは結合器の物理的長さ、lc は結合長であり、前
記数値は例として選択されたものである。
遮断状態に対応する電圧が印加された時、サイドローブ
の抑圧があるために、他の偏光もまた、たとえその駆動
電圧がたまたまその偏光の極大に対応していたとして
も、スイッチされる。図2aおよび図2bには、−25
dBの漏話レベルが示されていて、重み付き結合器の場
合には、たとえΔβeo/Δβo ,(L/lc )eo、およ
び(L/lc )o などのパラメータがいくらか変化せし
められても、このレベルが保持されうることを明らかに
している。
される。図3は、クロス状態の軌跡について、L/lc
を垂直軸上にとり、ΔβL/π(正規化された駆動電
圧)を水平軸上にとったスイッチダイヤグラムに示すも
のである。「異常」モードのための「完全」クロス状態
に対応した電圧が印加されると、他の偏光もダイヤグラ
ムのL/lc ≒1付近の形により、ほどほどのクロス状
態になる。クロス状態は、比L/lc が、最も弱い電気
光学係数にあたるモードに対してはわずかに1を超え
(このZカット、Y伝搬の場合にはTEモード)、他の
偏光に対しては1と3との間にあるようなスイッチの製
作によって得られる。この場合には、「通常」偏光は、
比較的に高い電圧まで、ほどほどのクロス状態にある。
そのわけは、図3のクロス状態の軌跡の接線が、L/l
c ≒1付近においてほとんど水平になるからである。こ
のことは、L/lc ≒3に対しても成立する。
より報告された偏光に依存しないスイッチ40を示す。
スイッチ40は、電極が2つの部分に分割されていない
ことを除外すれば、図1(およびAlfernessの
論文)に示されているものとほとんど同じである。換言
すれば、図4のスイッチ40は、基板内に2つの導波路
41、42を含み、2つの電極43、44が導波路4
1、42に密接せしめられている。1つの電極44には
電圧Vが印加され、一方他の電極43は接地されてい
る。従って、一様なΔβ動作のみが可能であり、クロス
状態はゼロ電圧において到達されなくてはならず、それ
はスイッチ40が、双方の偏光に対して比L/lc が約
1に等しくなるように製作されなくてはならないことを
意味する。Watsonの論文においては、Alfer
nessの構想がさらに詳細に分析され、L/lc ≒3
付近のTEモードによる動作が提案されている。これ
は、長波長における低い曲げ損失に適応する製造パラメ
ータの結論と一致する。この場合は、通常屈折率に遭遇
する偏波の閉じ込めは弱く、これは対応するモードに、
他の偏波に比して高い比L/lc を与える。
し、クロス状態において低い、すなわち「完全な」漏話
を与えうる比L/lc の組合せを示す。図5において
は、ΔβTE/ΔβTM=0.26である。もし有限の漏話
が許容されれば、図5の線は広がって管状になる。Wa
tson他の論文を参照されたい。
ものを図6aに示す。これはP.Granestran
d他著「Polarization Independ
ent Switch and Polarizati
on Splitter Employing Δβ
and Δκ Modulation」,Electr
on.Lett.1988,1142−1143に報告
されている。この場合には、Xカット、Y伝搬の方向が
選択されている。スイッチ60の方向性結合器であり、
その導波路61および62の入力および出力には円形の
曲がりがあり、導波路61および62の輪郭に従って電
極63、64、65、66、67、68が配置されてい
る。駆動電圧が図6に従って供給された時には、屈折率
の偶数および奇数の摂動の重ね合せが形成されうる(こ
の結晶の方向においては、電界の水平成分のみが屈折率
の摂動を誘発する)。もし偶数の摂動のみが印加されれ
ば、方向性結合器は対称的なままであるが、導波路間の
結合強度は変化する。これは、図6c(そこではΔβTM
/ΔβTE=0.26かつΔκTE/ΔκTE=0.35)に
示されているスイッチダイヤグラムにおける垂直軸に平
行なΔκ変調または変換に対応する。通常の(奇数摂動
からの)Δβ変調は、スイッチダイヤグラム内における
水平軸に平行な変換に対応する。このΔβおよびΔκ変
調の組合せは、偏光によらないスイッチの状態に対する
電子的調節を可能ならしめる。この配置においては、Δ
κ変調は極めて効率的ではないので、結合長の小さい調
節のみが仮定さており、そうでない場合は電圧が高くな
る。
(結合波理論の限界内での)「完全な」偏光によらない
クロス状態を得ることができる。図6dはまた、ΔβTM
/ΔβTE=0.26かつΔκTM/ΔκTE=0.35であ
ることを示している。これからわかるように、許容され
る製造公差は極めて大きい。遮断状態もまた、Δβおよ
びΔκ変調の組合せによって電子的調節されうる。図6
eは、「完全な」遮断状態を得るためのΔβおよびΔκ
変調の双方の使用例を示す。図6eに示されている例に
おいては、(L/lc )TEおよび(L/lc )TMに対す
る制限は存在しない。換言すれば、結合長に対する要求
は存在せず、常に「完全な」偏光によらない遮断状態を
得ることができる。しかし、スイッチの入力および出力
における円形の曲がりによって得られる重み付き結合に
より、伝達関数のサイドローブは通常抑圧されるので、
「純粋な」一様のΔβ変調によってさえ、ほどほどの漏
話値が与えられる。その実際的な図示が、図6fに与え
られている。図6fは、−20dBの漏話における遮断
状態スイッチのグラフを示し、スイッチの入力および出
力における円形の曲がりの効果を示している。左側のダ
イヤグラムは、一定の間隔を有する2つの平行導波路の
簡単な場合に対応し、右側のダイヤグラムは、スイッチ
の入力および出力に円形の曲がりを有する方向性結合器
に対応している。
は、2つの偏光に対し条件が同じである結晶方向を利用
することである。これは、電気光学的に誘発される摂動
が等しいこと、およびTEおよびTMモードがほぼ同じ
結合長を有すること、を意味する。伝搬方向の、Z軸と
の「等方的な」方向が、そのような方向の例である。こ
こでは、双方の偏光が通常屈折率を有し、従って、チタ
ン(Ti)の濃度による屈折率摂動は、2つの偏光にお
いて等しい。これは、結合長がほぼ等しいことを意味す
る。2つの偏光に対して電気光学的に誘発される屈折率
摂動は、電気光学γ係数γ12およびγ22(短縮形指標記
号)によって起こされる。それらは大きさは等しいが、
符号は逆であり、γ12およびγ22に共通の指標2は、こ
れらの摂動がY軸に沿った外部電界に対応していること
を意味する。この情況における、1つの複雑化の因子
は、2つの偏光がほとんど同期していること、および2
つの偏光間の結合を行なう(γ12およびγ22と同じ大き
さの)1つの電気光学係数が存在すること、である。こ
のγ係数はγ61であり、非短縮形の記号における指標は
1、2、1となる。指標の6(非短縮形では1、2)
は、XおよびY方向に沿った電界間の結合に対応する。
この結合は、2番目の指標によって示されている、X軸
に沿った外部電界によって誘発される。
ーマンスを得るためには、このTE−TM変換を避けな
くてはならない。しかし、望ましくない(TE⇔TM)
および望ましい(ΔnTE、ΔnTE)摂動は、外部界の異
なる成分に対応しているので、この結合は、成分の適正
な設計により避けることができる。この例は、図7aに
示されている。もし電極が、X方向(図7のXカットの
例における垂直方向)に正味の成分が存在しないように
配置されれば、TE⇔TMの結合はなくなって、スイッ
チは良好に動作する。しかし、製造の不完全性(電極や
相対的導波路のアラインメントの誤り、拡散の制御の困
難など)により、この目的の達成は困難である。これ
は、「効果的」垂直電界を消去するように電界の電気的
調節を行ないうる電極を用いることにより克服されう
る。
おり、そこでは、正味のX成分を消去するため、電界の
「形状」を調節するのに最外部電極86a、86bおよ
び87a、87bが用いられている。P.Granes
trand他著「Polarization Inde
pendent Optical Switche
s」、ECIO '87,pp.36−39を参照された
い。他の電極83a、83b、84a、84b、85
a、85bおよび導波路81および82は、図7aに示
されているものと同様のものである。図8bは、これら
の電極によって形成される電界を示す。図7および図8
のスイッチ構造もまたスイッチ状態を改善するΔκ変調
を可能ならしめる。
う1つの方法を示し、これもまた「等方的」方向を(X
カットも)用いる。K.Takizawa他著「Pol
arization−Independent and
Optical Damage−insensiti
ve LiNbO3 Interferometric
Waveguide Modulator」,Jap
anese Journal of Applied
Physics,Vol 27(1988),pp L
696−L698を参照されたい。これは、いわゆる平
衡ブリッジ干渉計形スイッチ90であり、入力における
3dBの結合器96と、2つの接地された電極93、9
5およびこれらの間に介在せしめられたバイアスされた
電極94を含む偏光によらない移相領域97と、出力に
おける3dBの結合器98と、から成る。中間領域97
においては、導波路は分離されているので、それらの間
に結合は存在しない。この領域においては光の相対位相
が変調され、TE−TM結合はいずれも不可能であり、
これは正味の垂直電界が許容されていないことを意味す
る。しかし、この場合に垂直電界を避けることは、図7
のスイッチに比較するとたぶん簡単である。
屈折率が2つの異なる偏光に対して現われることであ
る。従って、2つの偏光に対して異なる屈折率が現われ
る時に起こる、パルスの広がりによる帯域幅の劣化は生
じない。
晶方向が用いられる時に現われ、許容されるビット速度
を、この方向の長さ10cmのチップに対し約10 Gb
it/s毎チャネルに制限する。しかし、もし情報が、
波長分割多重化またはコヒーレント技術によるなど、あ
る他の原理によってスタックされるならば、THz領域
内の情報の帯域幅は、これらの方向のスイッチによって
もスイッチされうる。
光がほぼ同じ伝達関数を有することである(一般に、他
の構想においては、偏りへの非依存性は、スイッチを2
つの偏光によらないスイッチ状態に置くことはできる
が、「中間」点における非依存性は与ええないことを意
味する)。これは、例えば1次(小信号)変調の応用が
考察される時には、極めて重要である。
渉計形スイッチで、これらはモードの建設的および破壊
的干渉に基づいており、従ってこれらは全て振動的伝達
関数を有する。しかし、他の可能性も存在し、それは干
渉計ではなくモード分類に基づくデバイスを使用するも
のである。W.K.Burns他著「Mode Con
version in Planar Dielect
ric Separating Waveguide
s」,IEEE Journ.of Quantum
Electron.,Vol QF−11(197
5),pp32−35,およびY.Silberber
g他著「Digital Optical Switc
h」,Tech.Digest OFC,1988,p
aper THA3を参照されたい。
示す。それは2×2ディジタル光スイッチであり、一方
の側の非対称Y分岐導波路101と、他方の側の対称Y
分岐導波路102と、から成る。後者の分岐102は、
電極103および104を用いて電界を印加することに
より、非対称的にすることができる。非対称Y分岐は、
変換が「断熱的」(十分に低速度)であれば、モード分
類を行なう。ここでのモード分類とは、最高有効屈折率
を有する入力導波路内のチャネルモードが、分岐に沿っ
て、チャネルが互いに近い且つ影響を及ぼしあう2モー
ド領域の1次モードに徐々に変換されることを意味する
(局部正常モード間に電力の伝達はなく、分離が大きい
場合は1次モードはチャネルモードの形態を有する)。
同様にして、他チャネル内のモードは、2次モードへ変
換される。従って、広いチャネル内の信号は、中央領域
内の1次モードへ変換され、狭いチャネル内の信号は、
中央領域の2次モードへ変換される。もしスイッチ10
0の他の半分102も、電極103および104に電圧
を印加することにより非対称的になって(すなわち、奇
数の屈折率摂動が誘発されて)いれば、(広い入力チャ
ネルに対応する)中央領域内の1次モードは、最高屈折
率を有する出力チャネルへ変換され、逆に、2次モード
は最低屈折率を有する出力チャネルへ変換される。
させうるので、屈折率の摂動が十分に大きく、かつ変換
が断熱的である限り、このデバイスは2×2スイッチと
して働く。もしゼロ電圧が電極に印加されれば、双方の
信号に対して3dBの分裂が起こる。
線)に対するディジタル光スイッチにおける伝達関数が
示されている(Xカットの場合)。これからわかるよう
に、この伝達関数は干渉計形スイッチの振動的な性質は
もたず、駆動電圧が十分に高ければ、このスイッチは明
らかに偏光によらない動作を行う。
は、そのパフォーマンスが極めて安定していることであ
る。直流ドリフトおよび温度変化に起因する不安定性
は、「有効」印加電圧の変化として現われ、小さい伝達
関数の傾きを有するディジタル応答は、もし十分に高い
電圧を有する動作点が選択されれば、誘発されたスイッ
チ状態の摂動を減衰せしめる。
は、ゼロ電圧において実現される電力分割である。これ
は、例えば、あるスイッチマトリックスの応用におい
て、放送動作が要求される時に特に重要である。図12
は、ディジタルスイッチがスイッチ素子の極めて魅力あ
る選択となる、スイッチマトリックス構造を示す。R.
A.Spanke著「Architectures f
or Large Non−blocking Opt
ical Space Switches」,IEEE
Journ.of Quantum Electro
n.,Vol QE−22(1986),pp964−
967を参照されたい。ここでは1×2スイッチが必要
とされ、それは上述のスイッチが図13の構造(Xカッ
トの場合)に簡単化されうることを意味する。ここで
は、入来信号モードチャネル131が2モード領域13
2の1次モードを励振し、このモードが(上述のよう
に)3電極133、134、135を用いての適切な電
界の印加によって最高有効屈折率を有する出力に変換さ
れる。図12の構造は、もしマトリックスが適正にセッ
トされていれば、信号が、2つのスイッチに誤って入っ
た後でなければ望ましくない出力に到達しえないので、
良好な漏話特性を有する(後にさらに説明されるよう
に、これは受動分割−能動結合動作においては成立しな
い)。Spankeの論文を参照されたい。
個々のスイッチ素子に対する漏話要求を緩和し、これは
極めて幸運なことである。そのわけは、ディジタル光ス
イッチにより極めて低い漏話を実現することは、Gra
nestrand他の論文に示されているような電子的
に調節可能な方向性結合器によるよりも恐らくは困難で
あるからである。
る、図12によるスイッチマトリックスのもう1つの重
要な特徴は、1入力からの信号をいくつかの出力へ分配
する放送機能を便利に実現しうることである。この場
合、マトリックスの最初の半分内のある(または全て
の)スイッチは、3dBの電力分割にセットされ、これ
はディジタル光スイッチの場合、ゼロ電圧において達成
される。
て簡単な構想は、Kondo他の論文に示されているそ
れである。図14に示されているその原理は、製造パラ
メータの正確な制御に依存する。クロスオーバ状態は、
比L/lc (物理的長さ対結合長)が双方の偏光に対し
ほぼ1に等しくなるようにスイッチ140を製造するこ
とにより、ゼロ電圧において実現される。バー(すなわ
ち非クロス)状態は、導波路141および142のTE
モード(このZカット方向の場合には、2つの関係のあ
るγ係数のうちの最も弱いものに対応する)を遮断状態
にする電圧を一方の電極143または144に印加する
ことにより実現される。与えられた電圧に対するパラメ
ータa=ΔβTE/ΔβTMがもし0.25と0.34との
間にあれば、TMモードに対する第1遮断状態と、TE
モードに対する第3遮断状態とがほぼ一致するので、漏
話は−20dBより低くなる。
さの積を減少させる方法は、他のγ係数、すなわちγ51
またはγ42(非短縮記号では131、232)を使用す
ることにある。Pohlmann他の論文を参照された
い。これらのγ係数はTE−TM変換を行ない、γ33と
ほぼ同じ大きさを有する。これらの係数は、異なる屈折
率(通常および異常)にあたるモードを結合せしめるの
で、周期的な位相整合電極が必要とされる。これらは、
通常の電極ほど効果的ではありえない。従って、この種
のスイッチは、γ係数の大きさにより示されるほど低い
電圧には到達しない。しかし、それらは、偏光によらな
いスイッチに対する他の原理よりも高い電圧効率を有し
うる。この種の電極を有するデバイスは、極めて温度に
敏感で、かつ複雑である。さらに、もしこの原理が方向
性結合器に対して適用されたものとすれば、通常の導波
路間結合の抑圧、またはそれとの相互作用は、極めて厄
介なものになる。あるいは、それは、平衡ブリッジ形変
調器に用いられうる。しかし、この場合においても、
「非等方的」(非Z伝搬的)伝搬方向においては偏光に
よらない3dB結合器が要求されるので、製造は比較的
に困難である。最近、製造のより容易と思われる偏光の
分割を用いる別のものが示された。T.Pohlman
n他著「Polarization independ
ent swithes in LiNbO3 」,Pr
oceedings of the Topical
Meeting on Integrated Pho
tonics Research,Hilton He
ad,S.C.,1990,pp.38−39を参照さ
れたい。
的に調節可能な偏光によらないスイッチが記載されてい
る。しかし、この構想においても(2つの偏波に対する
比L/lc の可能な組合せに関する)製造公差は、所望
より小さい(これは、クロス状態の実現のために適用さ
れることであり、バー状態の実現には比L/lc に関す
る要求は存在しない)。
あり、効果の発揮および/または制御が困難であり、ま
た環境に対して過敏であるなどの欠点を有する。
やかな製造公差を有する方向性結合器を含む偏光によら
ないスイッチを提供する。
しうるように設計された、偏光によらないLiNbO3
成分を用いる。
を、上面に少なくとも2つの近接した光導波路を、該導
波路に隣接して配置された電極と共に有する電気光学材
料の単結晶ウェハを含む、偏光によらないスイッチまた
は結合器によって達成する。それらの電極には、導波路
の一方の側に形成された接地された主電極と、導波路の
反対の側または側々の直線上に形成された4つの小電極
と、を含み、4つの小電極のそれぞれには電圧が印加さ
れる。中央の2電極に印加される電圧が等しい値と同じ
極性とを有し(Vc =Vb )、かつ外側の電極に印加さ
れる電圧が等しい値と同じ極性とを有する(Vd =
Va )時は、1の導波路内を進む光は、他の導波路への
伝達を阻止される。中央の電極に印加される電圧が等し
い値ではあるが逆極性を有し(Vc =−Vb )、かつ外
側の電極に印加される電圧が等しい値ではあるが逆極性
を有する(Vd =−Va )時は、1の導波路内を進む光
は他の導波路へ移行する。
る。TiNbO3 内に光スイッチが製造される時は、Z
方向の印加電圧によるZ方向における屈折率の変化に対
応する最強の電気光学γ係数(短縮形の指標記号ではγ
33、非短縮形では、333)の使用を可能ならしめる結
晶方向が通常選択される。これらの方向は、Zカット、
XまたはY伝搬、Yカット、X伝搬、およびXカット、
Y伝搬である。例をあげると、Zカット、Y伝搬とは、
伝搬が主として結晶内のY方向において行なわれ、表面
がZ軸に垂直であるように光チャネルがアラインされて
いることを意味する。これらの方向の場合、Z軸は伝搬
方向に垂直である。
存性には2つの主な理由がある。第1に、チタン(T
i)の拡散による屈折率の摂動は、(Z軸方向に相当す
る)異常屈折率と通常屈折率とに対して異なる。これ
は、TEおよびTM偏光に対してそれぞれ異なる導波路
が形成されることを意味する。この結果として、例えば
方向結合器内の結合せしめられた導波路間の結合係数
は、2つの偏光に対し異なる。通常、この差は、異常屈
折率に対応するモードを、通常屈折率に対応するモード
より強く閉じ込める。特殊な製造条件によれば、双方の
偏光に対してほとんど同じ結合係数を得ることができ
る。しかし、これは、モードを通常所望されるよりも閉
じ込めの弱いものにする。
遭遇する電気光学係数が異なることである。すなわち、
「異常」モードはγ33に「遭遇」し、「通常」モードは
γ13に「遭遇」する。電気光学係数はγ13はγ33の約1
/3位に小さい。これは、印加された電極電圧による屈
折率摂動が2つの偏光に対して異なることを意味し、そ
れは、一般に、たとえ結合長が等しくても、2つの偏光
に対し異なる駆動電圧が必要であることを意味する。
理を比較する時は、いくつかの観点を考慮しなくてはな
らない。2つの観点は、製造公差と漏話とであり、これ
らは通常強い相関を有し、もし「完全な」製造が可能な
らば、たいていの原理により、極めて良好な漏話(結合
波近似において「完全な」)が得られる。しかし、現実
の製造公差によれば、漏話パフォーマンスは、原理が異
なるとかなり異なる。もう1つの観点は、(スイッチを
通過する信号の最大ビット速度に対応する)瞬間的帯域
幅と、(同時にスイッチされうる多くのチャネルを含み
うる全波長に対応する)全帯域幅との双方の帯域幅であ
る。さらに、駆動の複雑性(ドライバーの数、電圧の公
差)も考慮されるべきである。
動電圧の変動に対する公差と、である。この公差は、も
う1つのさらに重要でさえある性質、すなわち安定性パ
フォーマンスと密接に関連する。もしスイッチの状態
が、動作点付近における駆動電圧の変動に比較的に敏感
でなければ、スイッチはまた良好な安定性パフォーマン
スを有する。そのわけは、例えば温度変動の効果は、
「有効」電圧の変動として現われるからである。
よらないスイッチは、(γ51またはγ42を利用する原理
は除外して)偏りによるものより約3−5倍高い駆動電
圧を要する。もし、(スイッチ素子の数を含めて)もっ
と複雑な構造が必要ならば、チップの寸法についての制
限により、比較的短いスイッチの使用が課せられ、それ
は本質的により高い駆動電圧を要求する(通常、スイッ
チ素子に対して一定である電圧−長さ積が存在する)。
高電圧を極めて高速度で供給することは実際的ではない
ので、これは、偏光によらないスイッチは、少なくとも
多数のスイッチが1チップ上に集積されるを要する時に
は、主として低い、および中程度の(100MHzより
低い)スイッチング速度の応用において実用されること
を意味する。
調のための4セクションの電極を有する電気光学方向性
結合器を示す。図15において、単結晶ウェハ150
は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムなどの
電気光学材料から成る。ウェハ150は、その上面15
8に、少なくとも2つの光導波路151および152を
形成されており、これらはチタンをウェハ150の上面
158内へ拡散することによって作られうる。この実施
例は、半導体基板のY軸に実質的にアラインした導波路
を有するLiNbO3 光スイッチのZカットの形式のも
のを示す。導波路は、ウェハ150の1平面をなす端面
上の入力151aおよび152aと、出力151bおよ
び152bと、を有する。
の相互作用領域を形成し、そこでは2導波路151およ
び152は互いに近接し、かつ実質的ni行になってい
る。例えば光ファイバを経て一方の入力151aまたは
152aへ入った光波は、出力151bおよび152b
間に分配される。これは、相互作用長Lに沿った導波路
151および152間に生じる結合する電磁振動によっ
て行なわれる。
を選択することにより選択される。結合長lc の変化は
これによって可能ならしめられ、結合長は、一方の導波
路内の光波が完全に他方の導波路へスイッチされるため
に必要な、相互作用長Lに沿っての長さである。距離d
は、結合長lc が相互作用長Lと一致するように調節で
き、その場合は、一方の導波路の入力へ入来した光波
は、他方の導波路の出力から送り出される。導波路間の
結合度は、相互作用長Lに沿って電極153−157間
に印加される電界Eにより変化せしめられる結晶の屈折
率の影響を受ける。
て、1の導波路の入力に入った光波が同じ導波路の出力
から送り出されるように選択されうる。前述のように、
ここでは入来光波を光波の偏波状態によらずに方向性結
合器の出力間においてステアしうることが所望される。
さらに、方向性結合器が簡単な構造でかつ入来光波が高
いパルス周波数を有することを許容するものであること
も所望される。
よび152の相互作用長Lに沿って配置されている。電
磁界Eは、選択された電圧の電極への印加により形成さ
れる。主電極153は、2つの導波路151および15
2に対して実質的に平行に、これらの導波路の一方の側
に形成される。主電極153は、適切な電気接続により
接地されており、図15に影線によって示されているよ
うに、2つまたはそれ以上の電極としても形成されう
る。第1電極154は、第1電圧源Va に接続可能であ
る。電圧源Va は第1電極154に電位を生じさせ、そ
の電位は図示されていない回路により調節されうる。
52の第1電極と同じ側に形成され、第1電極154に
隣接して配置されている。第2電極155は第2電圧源
Vbに接続されており、第2電圧源の出力は可変であ
る。第3電極156は第2電極155のそばに形成され
ており、第3電圧源Vc に接続可能で、第3電圧源の出
力は可変である。第4電極157は第3電極156に隣
接して形成され、第4電圧源Vd に接続可能で、第4電
圧源の出力も可変である。
行な直線または行をなして配列され、電極間に間隔を有
する4電極154−157の合成長は、相互作用長Lに
ほぼ等しい主電極153の長さに近似的に等しい。
光蝕刻法などの通常の方法によって行なわれるうる。電
圧源Va −Vd が接続されると電極間の結晶ウェハを通
して主電界Eが形成され、それは導波路を通過してそれ
らの屈折率に影響を及ぼす。個々の電極153−157
によるそれぞれの電界は主電界に影響を及ぼし、得られ
る電界Eは、それぞれの電極154−157への電圧を
選択的に変化させることによって調節されうる。
結晶内の電界Eにより影響される。電界Eは、弱い電界
におけるポッケルス効果により、屈折率楕円体の形を変
化せしめる。屈折率の摂動は、半導体材料におけるキャ
リア効果によるなど、電気光学効果(ポッケルス効果)
以外の効果にもよりうることに注意すべきである。この
変化は、最も一般的な3次元の場合には、27個のテン
ソル要素を有する3階テンソルによって表わされる。こ
れらの要素は通常γijk によって表わされ、指標i、
j、kは値1、2、または3をとりうる。これらの指標
は、軸X1 、X2、X3 を有する直角右手座標系に関す
る。X1 軸は、上面158に平行で、かつ導波路151
および152に対して直角をなし、X2 軸は上面158
と直角をなし、X3 軸は導波路151および152に平
行である。テンソル要素γijk は、長さ/電位差(m/
V)の物理的次元を有し、それは電界によって実現され
る振動モード間の結合度の変化の測度である。
力が等しい値と同じ極性とを有し、かつ第1および第4
電圧源Va およびVd の出力が等しい値と同じ極性とを
有する(Vb =Vc かつVa =Vd )時は、一方の導波
路内を進む光の他方の導波路への伝達が阻止され、それ
ゆえ遮断状態が実現される。第2および第3電圧源V b
およびVc の出力が等しい値と逆極性とを有し、かつ第
1および第4電圧源V a およびVd の出力が等しい値と
逆極性とを有する(Vc =−Vb かつVd =−Va )時
は、一方の導波路内を進む光が他方の導波路へ移行し、
それゆえクロス状態が実現される。以上からわかるよう
に、駆動電圧Va 、Vb 、Vc 、Vd は、自由度2で駆
動される。
「完全な」スイッチ状態を、行ないうるL/lc の変化
によって調節する可能性は、遮断およびクロス状態のそ
れぞれに対する(スイッチ中心付近における)縦方向に
対称的および逆対称的なΔβ変調に関連する。自由度2
は、偏りによらない方向性結合器を連続的に調節可能な
らしめるために必要であるものと仮定されている。図1
5の構造は、主電極と、独立して調節可能な電圧源を有
する4電極とを有するので、自由度4の能力を有する。
第1と第4、および第2と第3の電極が電気的に結合さ
れた時は、図15に示されている構造は、自由度2を有
する。
よびVb を、Vd =Va かつVc =Vb のように選択す
る。これは、スイッチ中心付近における縦方向に対称的
なΔβ変調(縦座標の関数としての屈折率摂動が偶関数
である)を与える。これら2電圧(Va およびVb )の
適正な調節を行なえば、(結合波解析の限度内におい
て)完全な遮断状態の実現が可能である。
よびVd は、Vd =−Va かつVc=−Vb のように選
択される。これは、スイッチ中心付近における縦方向に
逆対称的なΔβ変調を与え、ステップ式Δβ反転結合器
の拡張とみなされうる。H.Kogelnik他著「S
witched Directional Coupl
ers with Alternating 1、
3」、IEEE Journal Quantum E
lectron.,Vol QE−12(1976),
pp396−401を参照されたい。
lc ,o (eoおよびo は、ここではそれぞれ異常および
通常偏波を意味する)に対する限界内においては、(結
合波理論により計算して)双方の偏光に対して同時に−
20dBよりも良いクロス状態を得ることができる。計
算は、漏話の要求が満たされうるか否かを点検しつつ、
L/lc のそれぞれの組合せに対し、2つの自由パラメ
ータVa およびVb を変化させることにより行なわれ
る。図からわかるように、許される領域は極めて大き
い。
結合長の組合せに関する製造公差は、通常の偏りに依存
するステップ式Δβ反転方向性結合器よりも大きくさえ
ある(図5、図6dおよび図16を比較することにより
理解できる)。遮断状態に対しては、対応する図は限界
をもたない。
せに対する正規化された駆動電圧がプロットされてい
る。水平軸は、異常屈折率偏光に対するL/lc を表わ
し、異なるグラフ内に記されているパラメータは通常偏
光に対するL/lc である。垂直軸は異常偏光に対する
ΔβL/πを表わし、通常偏光に対する値は、計算にお
いてこの値の30%にセットされる。図17の左半分
は、Vc =−Vb かつVd=−Va であるクロス状態に
対応する。図17の右半分は、Vc =Vb かつVd=V
a である遮断状態に対応する。箱または小点は第1電極
154に対応し、+記号または大点は第2電極155に
対応する。
と、このスイッチは極めて良好である。駆動電圧はもち
ろんスイッチのL/lc の組合せに依存するので、比較
はいくぶん厄介になるが、このスイッチにおいては、例
えばRamer他およびKondo他の論文に示されて
いるスイッチにおけるよりも、一般にクロス状態の電圧
は高く、遮断状態の電圧は低い。そのわけは、後者のス
イッチにおいては、遮断状態の電圧が一般にクロス状態
の電圧よりも遙かに高いからである。これは、ここに提
案されたスイッチが、以前の構想のものよりも「最大所
要電圧」をしばしば低くすることを意味する。
ており、それは、第1導波路(すなわちチャネル)18
2の上側に配置された(電圧の印加を受ける)第1組の
4電極181a−181dと、第1導波路182の、第
1組の4電極181a−181dと反対の側(すなわち
第1導波路182の下側)上の接地された主電極183
と、を含む。第2導波路184は、接地された主電極1
83の反対側(すなわち下側)上に配置され、第2組の
4電極185a−185dは、第2導波路184の、前
記主電極183と反対の側(すなわち第2導波路184
の下側)上に配置されている。主電極183は、導電性
電極と、導波路間の結合領域との2重の機能に役立って
いる。諸要素のこの組合せは、4電極と、導波路と、主
電極と、もう1つの導波路と、さらに4電極と、のこの
順序の垂直堆積構造を形成している。
わちチャネル)182、184の間、上、および下に配
置された電極181、183、185は、電気接続によ
ってアクセスされうるものとされている。この実施側は
また、導波路間の領域が、つかの間の電界結合領域とし
て、また電極としての双方の働きを有することを意味す
る。この領域のドーパントレベルは、電極の導電率と、
結合機能における過度の光損失を阻止するための絶縁と
の間が平衡するように慎重に選択されなくてはならな
い。
ている光結合器の動作と同様である。図18を参照する
と、この偏光によらない方向性結合器は、電気光学材料
の単結晶ウェハ180を含み、ウェハ180の上面上に
少なくとも2つの光導波路182、184が形成されて
いる。これらの導波路182、184は、主電極183
内に相互作用領域を形成し、そこでは導波路182、1
84は互いに近接し、かつ実質的に平行になっている。
導波路182、184の前記相互作用領域に沿って配置
された電極181、183、185は、導波路182、
184に実質的に平行にこれらの間に形成された主電極
183を含み、主電極183は、電気的に接地されてい
て、導波路182、184の間の結合領域として機能す
る。導波路182、184の、主電極183とは反対側
の上面に実質的に平行な行をなして整列せしめられた第
1組の4電極181a−181dのそれぞれは、電圧源
または諸電圧源の可変出力Va −Vd に接続可能であ
る。(導波路182、184の、主電極183および第
1組の電極181a−181dとは反対側の面に実質的
に平行な行をなして整列せしめられた)第2組の4電極
185a−185dのそれぞれは、電圧源または諸電圧
源の可変出力Va −Vd に接続可能である。第1組およ
び第2組の電極の中央の2電極181b、181c;1
85b、185cに印加される電圧が、等しい値と同じ
極性とを有し、かつ第1組および第2組の電極の外側電
極181a、181d;185a、185dに印加され
る電圧が、等しい値と同じ極性とを有する時は、一方の
導波路内を進む光の他方の導波路への伝達が阻止され
る。第1組および第2組の電極の中央の2電極181
b、181c;185b、185cに印加される電圧
が、等しい値と逆極性とを有し、かつ第1組および第2
組の電極の外側の電極181a、181d;185a、
185dに印加される電圧が、等しい値と逆極性とを有
する時は、一方の導波路内を進む光が他方の導波路へ移
行せしめられる。
i NbO3 のような偏光に依存する電気光学材料であり
うる。また、第1組および第2組の電極181、185
のそれぞれの合成長は、前と同様に主電極183の長さ
にほぼ等しい。
積された位置関係の導波路を有する実施例を示す。第1
導波路197は結合領域196上に配置され、その下に
は堆積関係をなして、第2導波路194が配置されてい
る。導波路197、194および結合領域196の1側
面には接地された主電極193が存在する(けれども、
この主電極193は、結合領域196付近においては随
意に省略されうる)。この堆積構造の、主電極193と
反対側の側面上には、2組の4電極191a−191d
および195a−195dが配置され、それぞれの組
は、第1および第2導波路197および194の側面に
実質的に接触している。
15に示されている実施例の動作と同様である。図19
において、結合器は、Li NbO3 のような電気光学材
料の単結晶ウェハ190を含む。ウェハ190上の少な
くとも2つの光導波路194、197は相互作用領域を
形成し、そこでは導波路194、197は堆積関係をな
して互いに近接し、かつ実質的に平行になっている。電
極191、193、195は、導波路194、197の
相互作用領域196に沿って配置される。主電極193
は、導波路194、197に実質的に平行に、かつその
1側面上に形成され、接地されている。主電極193
は、2以上の分離された電極を含みうる。第1組の4電
極191a−191dのそれぞれは、1導波路197
の、主電極193と反対側の側面に沿って行をなして整
列せしめられ、電圧源または諸電圧源の可変出力に接続
可能である。第2組の電極195a−195dのそれぞ
れは、もう1つの導波路194の、主電極193と反対
側の側面に沿って行をなし、第1組の電極191の近く
に整列せしめられ、電圧源または諸電圧源の可変出力に
接続可能である。第1組および第2組の電極191、1
95の合成長は、主電極193の長さにほぼ等しい。
191b、191c;195b、195cに印加される
電圧が、等しい値と同じ極性とを有し、かつ第1組およ
び第2組の電極の外側の2電極191a、191d;1
95a、195dに印加される電圧が、等しい値と同じ
極性とを有する時は、一方の導波路内を進む光の他方の
導波路への伝達が阻止される。第1組および第2組の電
極の中央の2電極191b、191c;195b、19
5cに印加される電圧が、等しい値と逆極性とを有し、
かつ前記第1および第2組の電極の外側の2電極191
a、191d;195a、195dに印加される電圧
が、等しい値と逆極性とを有する時は、一方の導波路内
を進む光が他方の導波路へ移行する。
壁上に形成されている図18および図19に示された光
結合器の実施例においては、Δβ変調は、電気光学効果
(ポッケルス効果)、または半導体材料におけるキャリ
ア効果などの他の効果により誘発された屈折率摂動を用
いて行なわれうる。
近の区域は、空気、真空、または再成長した半導体材料
でありうることに注意すべきである。
例を示す。図20に示されている光結合器の動作は、図
15に示されている光結合器に類似している。しかし、
これら2つの実施例間には、ある構造上の相違がある。
一般的にいうと、図20に示されている実施例は、図1
5に示されているLi NbO3 スイッチのXカット形式
のものである。
板上に並べて配置された2つの導波路203および20
4を含む。これらの導波路間には、接地された主電極2
05が配置されている。導波路203、204および主
電極205の複合構造の両側には、2組の4電極201
a−201dおよび202a−202dが存在する。こ
れらの電極に対しては、好ましくは互いに反対側に位置
する電極201a−201d、202a−202dの対
に関連して対称的な大きさを有する電圧Va −Vd が選
択的に印加される。
ている光結合器の動作と同様である。図20を参照する
と、この偏光によらない方向性結合器は、電気光学材料
の単結晶ウェハ200を含み、ウェハ200の上面上に
は少なくとも2つの光導波路203、204が形成され
ている。これらの導波路203、204は主電極205
の下に相互作用領域を形成し、そこでは導波路203、
204は互いに近接し、かつ実質的に平行になってい
る。導波路の前記相互作用領域に沿って配置された電極
201、202、205は、導波路203、204に対
して実質的に平行に、かつそれらの間に形成された主電
極205を含み、主電極205は電気的に接地されてい
る。第1組の4電極201a−201dのそれぞれは、
一方の導波路203の、主電極205と反対側の最外面
に対し実質的に平行な行をなして整列せしめられ、電圧
源または諸電圧源の可変出力Va −Vd に接続可能であ
る。第2組の4電極202a−202dのそれぞれは、
一方の導波路204の、主電極205および第1組の電
極201a−201dと反対側の最外面に対し実質的に
平行な行をなして整列せしめられ、電圧源または諸電圧
源の可変出力Va −V d に接続可能である。
201b、201c;202b、202cに対して印加
される電圧が、等しい値と同じ極性とを有し、かつ第1
組および第2組の電極の外側電極201a、201d;
202a、202dに対して印加される電圧が、等しい
値と同じ極性とを有する時は、一方の導波路内を進む光
の他方の導波路への伝達が阻止され、第1組および第2
組の電極の中央の2電極201b、201c;202
b、202cに対して印加される電圧が、等しい値と逆
極性とを有し、かつ第1組および第2組の電極の外側電
極201a、201d;202a、202dに対して印
加される電圧が、等しい値と逆極性とを有する時は、一
方の導波路内を進む導波路内を進む光が他方の導波路へ
移行する。
と、第1組および第2組の電極201、202とは、互
いに平面的な位置関係にあることに注意すべきである。
前の実施例と同様に、ウェハ200はLi NbO3 のよ
うな偏りに依存する電気光学材料でありうる。また、第
1組および第2組の電極201、202のそれぞれの合
成長は、主電極205の長さにほぼ等しい。
関して開示し、説明してきたが、本発明の範囲から逸脱
することなく、ここで変形および改変を行ないうること
を認識すべきである。例えば、結合および/または屈折
率摂動を実現するのには、さまざまな方法が可能であ
る。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の精神およ
び範囲内に属するそれぞれのそのような変形および改変
を包含しうるように考慮してある。
す。
合器の一様なΔβ動作における伝達関数のグラフを示す
図。
に対するスイッチダイヤグラムを示す図。
な」漏話を得るための、許容されるL/lc の組合せの
グラフを示す図。
図。bは図6aに示されているスイッチの電極および電
圧の配置の側面図。cは図6aに示されているスイッチ
に対するスイッチダイヤグラムを示す図。dは2つの偏
波に対するL/lc の限界であって、該限界内において
「完全な」クロス状態が得られる該限界のグラフを示す
図。eは「完全な」遮断状態を得るためのΔβおよび△
κ変調の双方を示すグラフ図。fは方向性結合器の入力
および出力における円形の曲がりの効果を示す、−20
dBの漏話に対する遮断状態のスイッチダイヤグラムを
示す図。
あって、aは平面図、bは断面図。
図であって、aは平面図、bは断面図。
リッジ形干渉計を示す。
図。
数のグラフを示す図。
構造を示す図。
る1×2ディジタル光スイッチを示す図。
図。
らない方向性結合器を示す図。
て、該限界内ではクロス状態において−20dBより小
さい漏話が得られる該限界のグラフを示す図。
ッチに対する異なるL/lc の値における正規化駆動電
圧のグラフを示す図。
い方向性結合器を示す図。
い方向性結合器を示す図。
よらない方向性結合器を示す図。
Claims (20)
- 【請求項1】 電気光学材料の単結晶ウェハと、 該ウェハの上面に存在する少なくとも2つの光導波路で
あって、該少なくとも2つの導波路が互いに近接し、か
つ実質的に平行をなす相互作用領域を形成する該少なく
とも2つの光導波路と、 該少なくとも2つの導波路の前記相互作用領域に沿って
配置された電極であって、該電極が、 前記少なくとも2つの導波路に実質的に平行に該導波路
の一方の側に形成された接地された主電極と、 前記導波路の該主電極と反対の側に形成された第1電極
であって、出力が可変である第1電圧源に接続可能な該
第1電極と、 前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第1電極に隣
接して形成された第2電極であって、出力が可変である
第2電圧源に接続可能な該第2電極と、 前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第2電極と隣
接して形成された第3電極であって、出力が可変である
第3電圧源に接続可能な該第3電極と、 前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第3電極と隣
接して形成された第4電極であって、出力が可変である
第4電圧源に接続可能な該第4電極と、を含む前記電極
と、を含み、 前記第2および第3電圧源の出力が等しい値と同じ極性
とを有し、かつ前記第1および第4電圧源の出力が等し
い値と同じ極性とを有する時は、1の導波路内を進む光
が他の導波路へ伝達することを阻止され、 前記第2および第3電圧源の出力が等しい値と逆極性と
を有し、かつ前記第1および第4電圧源の出力が等しい
値と逆極性とを有する時は、1の導波路内を進む光が他
の導波路へ移行する、偏光に依存しない方向性光結合
器。 - 【請求項2】 前記電気光学材料が偏光に依存する材料
を含む、請求項1記載の結合器。 - 【請求項3】 前記電気光学材料がLiNbO3 を含
む、請求項2記載の結合器。 - 【請求項4】 前記第1、第2、第3、および第4電極
の合成長が、前記主電極の長さにほぼ等しい、請求項1
記載の結合器。 - 【請求項5】 前記主電極が2以上の分離された電極を
含む、請求項1記載の結合器。 - 【請求項6】 前記第1および第4電極が電気的に結合
せしめられ、前記第2および第3電極が電気的に結合せ
しめられている、請求項1記載の結合器。 - 【請求項7】 電気光学材料の単結晶ウェハと、 該ウェハ上に形成された少なくとも2つの光導波路であ
って、該少なくとも2つの導波路が互いに近接し、かつ
実質的に平行をなす相互作用領域を形成する該少なくと
も2つの光導波路と、 該少なくとも2つの導波路の前記相互作用領域に沿って
配置された電極であって、該電極が、 前記少なくとも2つの導波路に実質的に平行に該導波路
の一方の側に形成された接地された主電極と、 前記導波路の該主電極と反対の側に形成された第1電極
であって、出力が可変である第1電圧源に接続可能な該
第1電極と、 前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第1電極に隣
接して形成された第2電極であって、出力が可変である
第2電圧源に接続可能な該第2電極と、 前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第2電極と隣
接して形成された第3電極であって、出力が可変である
第3電圧源に接続可能な該第3電極と、 前記導波路の前記主電極と反対の側に前記第3電極と隣
接して形成された第4電極であって、出力が可変である
第4電圧源に接続可能な該第4電極と、を含む前記電極
と、を含み、 前記第2および第3電圧源の出力が等しい値と同じ極性
とを有し、かつ前記第1および第4電圧源の出力が等し
い値と同じ極性とを有する時は、1の導波路内を進む光
が他の導波路へ伝達することを阻止され、 前記第2および第3電圧源の出力が等しい値と逆極性と
を有し、かつ前記第1および第4電圧源の出力が等しい
値と逆極性とを有する時は、1の導波路内を進む光が他
の導波路へ移行する、結合器。 - 【請求項8】 前記主電極が前記導波路の一方の側に形
成され、前記第1、第2、第3、および第4電極が前記
導波路の、前記主電極と反対の、他方の側に形成されて
いる、請求項7記載の結合器。 - 【請求項9】 前記第1、第2、第3、および第4電極
の合成長が、前記主電極の長さにほぼ等しい、請求項7
記載の結合器。 - 【請求項10】 前記主電極が2つ以上の分離された電
極を含む、請求項7記載の結合器。 - 【請求項11】 前記第1および第4電極が電気的に結
合せしめられ、前記第2および第3電極が電気的に結合
せしめられている、請求項7記載の結合器。 - 【請求項12】 電気光学材料の単結晶ウェハと、 該ウェハの上面に存在する少なくとも2つの光導波路で
あって、該導波路が互いに近接し、かつ実質的に平行を
なす相互作用領域を形成する該少なくとも2つの光導波
路と、 該導波路の前記相互作用領域に沿って配置された電極で
あって、該電極が、 前記導波路に対して実質的に平行に、かつそれらの間に
形成された電気的に接地された主電極と、 前記導波路の該主電極と反対の側対して実質的に平行に
行をなして整列せしめられた第1組の4電極であって、
該第1組の4電極のそれぞれが電圧源の可変出力に接続
可能である該第1組の4電極と、 前記導波路の、前記主電極および前記第1組の電極と反
対の側に対して実質的に平行に行をなして整列せしめら
れた第2組の4電極であって、該第2組の4電極のそれ
ぞれが電圧源の可変出力に接続可能である該第2組の4
電極と、を含む前記電極と、を含み、 前記第1および第2組の電極の中央の2電極に印加され
る電圧が、等しい値と同じ極性とを有し、かつ前記第1
および第2組の電極の外側電極に印加される電圧が、等
しい値と同じ極性とを有する時は、1の導波路内を進む
光の他の導波路への伝達が阻止され、 前記第1および第2組の電極の中央の2電極に印加され
る電圧が、等しい値と逆極性とを有し、かつ前記第1お
よび第2組の電極の外側電極に印加される電圧が、等し
い値と逆極性とを有する時は、1の導波路内を進む光が
他の導波路へ移行する、偏光に依存しない方向結合器。 - 【請求項13】 前記導波路と、前記主電極と、前記第
1および第2組の電極とが、互いに堆積関係にあり、前
記主電極が前記導波路間に結合領域を含む、請求項12
記載の結合器。 - 【請求項14】 前記導波路と、前記主電極と、前記第
1および第2組の電極とが互いに平面的位置関係にあ
る、請求項12記載の結合器。 - 【請求項15】 前記電気光学材料が偏光に依存する材
料を含む、請求項12記載の結合器。 - 【請求項16】 前記電気光学材料がLiNbO3 を含
む、請求項15記載の結合器。 - 【請求項17】 前記第1組および第2組の電極のそれ
ぞれの合成長が、前記主電極の長さにほぼ等しい、請求
項12記載の結合器。 - 【請求項18】 電気光学材料の単結晶ウェハと、 該ウェハの上に形成された少なくとも2つの光導波路で
あって、該導波路が堆積関係をなして互いに近接し、か
つ実質的に平行をなす相互作用領域を形成する前記少な
くとも2つの光導波路と、 該導波路の前記相互作用領域に沿って配置された電極で
あって、該電極が、 前記導波路に実質的に平行に該導波路の一方の側に形成
された接地された主電極と、 1つの前記導波路の該主電極と反対の側に沿う行をなし
て整列せしめられた第1組の電極であって、該第1組の
電極のそれぞれが電圧源の可変出力に接続可能である該
第1組の電極と、 もう1つの前記導波路の前記主電極と反対の側に沿う行
をなし、前記第1組の電極に隣接して整列せしめられた
第2組の電極であって、該第2組の電極のそれぞれが電
圧源の可変出力に接続可能である該第2組の電極と、を
含む前記電極と、を含み、 前記第1および第2組の電極の中央の2電極に印加され
る電圧が、等しい値と同じ極性とを有し、かつ前記第1
および第2組の電極の外側の2電極に印加される電圧が
等しい値と同じ極性とを有する時は、1の導波路内を進
む光の他の導波路への伝達が阻止され、 前記第1および第2組の電極の中央の2電極に印加され
る電圧が、等しい値と逆極性とを有し、かつ前記第1お
よび第2組の電極の外側の2電極に印加される電圧が、
等しい値と逆極性とを有する時は、1の導波路内を進む
光が他の導波路へ移行する、結合器。 - 【請求項19】 前記主電極が2以上の分離された電極
を含む、請求項18記載の結合器。 - 【請求項20】 前記第1組および第2組の電極の合成
長が前記主電極の長さにほぼ等しい、請求項18記載の
結合器。
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