JPH05264938A - 光導波路デバイス - Google Patents

光導波路デバイス

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JPH05264938A
JPH05264938A JP6345892A JP6345892A JPH05264938A JP H05264938 A JPH05264938 A JP H05264938A JP 6345892 A JP6345892 A JP 6345892A JP 6345892 A JP6345892 A JP 6345892A JP H05264938 A JPH05264938 A JP H05264938A
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waveguide
light
electrode
optical
electro
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Minoru Kiyono
實 清野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光導波路を伝播している光の一部を放射ないし
吸収させることでアナログ的に光変調などを行なう光導
波路デバイスに関し、温度特性や波長特性などが少な
く、リニアな光応答が得られる光導波路デバイスを実現
することを目的とする。 【構成】電気光学結晶基板1上に形成された直線または
曲がりを含む導波路5において、あらかじめ一定量の光
が導波路5外に放出されるように形成されており、この
放出量を増減するための電圧を印加する電極6、7を、
前記の導波路5上または近傍に、直接またはバッファ層
を介して設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】光通信の分野では多種多様な通信
システムが提案されており、今後各種光回路部品が導入
されると考えられる。この中で量産性に向いた部品形態
として光導波路デバイスがあり、今後活発に開発されて
行くと考えられる。本発明は、光導波路を伝播している
光の一部を放射ないし吸収させることでアナログ的に光
変調などを行なう光導波路デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光変調器としては方向性結合器型
変調器、マッハシェンダ型変調器、全反射型変調器など
が知られているが、これらは光を完全にONしたりOF
Fしたりする事を目的としており、スイッチとして切換
え光も利用しようとするものであった。
【0003】図9はZカットのLiNbO3基板を用いて光変
調器を構成した例であり (a)は平面図、(b) は(a) 図に
おけるb−b断面図である。LiNbO3基板1z上に、導波路
2、2a、2bと同じ形状にTiをパターニングした状態で、
1050℃で7〜10時間加熱し熱拡散させることで、Y分岐
の導波路2、2a、2bが形成されている。
【0004】ZカットのLiNbO3基板1zを用いる場合は、
Z方向に強い電界が必要なため、分岐導波路2a、2bの真
上に電極3a、3bをパターニングするが、分岐導波路2a、
2b上にSiO2のバッファ層4を0.2〜1μm厚に形成した
後、その上に10〜20μm厚のAu電極3a、3bが形成され
る。
【0005】図10はXカットのLiNbO3基板1xを用いた光
変調器の断面図であり、Z方向の電界を利用するため、
導波路2a、2bの存在しない領域に電極3a、3b、3bが形成
されている。したがって、この場合は、バッファ層は不
必要である。
【0006】光変調器を駆動するには、図9(a) に示す
ように、電極3a、3bの終端を抵抗Rで接続した状態で、
一端から高周波の入力信号Vを印加して導波路2a、2bの
屈折率を変化させると、波長λの入力光が入力信号Vに
よってオン・オフ変調された状態で、導波路2から出射
する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の光変
調器は、光を完全にON/OFFすることを目的とした
り、スイッチングを行なおうとするものであった。これ
に対し、図11に示すように、印加電圧Vの強弱をリニア
に光信号Pの強弱に変換できるアナログ的な光変調器が
要求されている。例えば、監視信号を重畳させる搬送波
などとして使用できる。
【0008】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、温度特性や波長特性などが少なく、リニアな光
応答が得られる光導波路デバイスを実現することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】図1は本発明による光導
波路デバイスの基本原理を説明する断面図である。1は
例えばLiNbO3などのような電気光学結晶の基板であり、
光導波路5が形成されている。この光導波路5は、従来
の光導波路デバイスのように光を閉じ込めるだけではな
く、あらかじめ一定量の光が導波路外に放出されるよう
に形成されている。そして、この放出量を増減するため
の電圧を印加する電極6、7が、前記の光導波路5上ま
たは近傍に、直接またはバッファ層を介して設けられて
いる。
【0010】前記のように光を導波路の外に放出し、そ
の放出量を制御するための導波路および電極としては、
請求項2以下に示すように各種の形態が可能である。請
求項2の発明は、図2のように、電気光学結晶基板1に
曲がり導波路51を形成するとともに、バッファ層4を設
け、該曲がり導波路51の上と曲がり部8の外側に電極
6、7を設けてなる構成である。
【0011】請求項3の発明は、図3のように、曲がり
部8の外側の電極は光吸収性の良い不透明電極7とし、
曲がり導波路51上の電極は、バッファ層4を有しない場
合は透明電極61とした構成である。
【0012】請求項4の発明は、曲がり導波路の曲がり
部8の外側の電極7が、図4(b) のように、電気光学結
晶基板1に形成した凹部9中に形成されている構成であ
る。
【0013】請求項5の発明は、図5のように、電気光
学結晶基板1に直線状の導波路52を形成するとともに、
該導波路(52)上に部分的に重なるように、あるいは極め
て接近させて不透明電極(6) を設けることで、導波路52
中の光が該電極6に吸収されるようにした構成である。
【0014】請求項6の発明は、図6のように、電気光
学結晶基板1に曲がり導波路51を形成するとともに、曲
がり導波路51上に重ならないように、曲がり部8の両側
に電極6、7を設けてなる構成である。
【0015】請求項7の発明は、図7のように、電気光
学結晶基板1に直線状の導波路52を形成するとともに、
該導波路52に微小角θだけ傾斜した中断部10を設けてあ
る。そして、その上に形成したバッファ層4の上におい
て、該中断部10の上に、該中断部10と同じ角度で片方の
電極6を形成し、該電極6と平行に、かつ該導波路52と
交差するように他方の電極7を形成してなる構成であ
る。
【0016】
【作用】請求項1のように、一定量の光が導波路外に放
出されるような導波路を形成し、電極6、7間に印加す
る電圧を制御することで、導波路からの放出光量を増減
させることによって、導波路5からの出力光量を制御で
き、光変調器などの光導波路デバイスを実現できる。ま
た、数%〜数十%の変調であるが、温度依存性、波長依
存性が少なく、しかもリニアに制御できる。
【0017】請求項2のように、電気光学結晶基板1に
曲がり導波路51を形成するとともに、曲がり部8の上と
外側に、バッファ層4を介して電極6、7を設けたこと
により、曲がり部8から光を放出させ、かつ放出光量を
制御することができる。
【0018】請求項3のように、前記の曲がり部8の外
側の電極7を不透明電極とすることによって、放出され
た光を不透明電極7に吸収できるため、放出光量の制御
をより効率的に行なうことができる。また、曲がり部8
上の電極は、バッファ層4を有しない場合は、光吸収性
の悪い透明ないし半透明電極61とすることで、放出光量
の制御をより正確に行なうことができる。
【0019】請求項4のように、曲がり導波路の曲がり
部8の外側の不透明電極7を、電気光学結晶基板1に形
成した凹部9中に形成し、曲がり部8の側方に吸収用の
不透明電極7を配置することにより、曲がり導波路51の
深い位置から放出した光を効率的に吸収できる。
【0020】請求項5の発明は、電気光学結晶基板1に
形成した直線状の導波路52上の電極6を、導波路52の上
に部分的に重なるように、あるいは極めて接近させて設
けることで、導波路52中の光が該電極6に吸収されるよ
うに構成することによって、以上の各光導波路デバイス
とは逆の特性を実現できる。
【0021】請求項6のように、電気光学結晶基板1に
形成した曲がり導波路51上に重ならないように、曲がり
部8の両側に電極6、7を設けた構成によっても、請求
項5の場合と同様に逆特性の光導波路デバイスを実現で
きる。
【0022】請求項7のように、電気光学結晶基板1に
形成した直線状の導波路52に微小角θだけ傾斜した中断
部10を設け、バッファ層4の上において、該中断部10の
上に同じ角度で片方の電極6を形成し、該電極6と平行
に、かつ該導波路52と交差するように他方の電極7を形
成した構成とすることによっても、光変調器などを実現
でき、特に構成が簡素なため、安価に実現できる。
【0023】
【実施例】次に本発明による光導波路デバイスが実際上
どのように具体化されるかを実施例で説明する。図2は
請求項2の発明の実施例を示す平面図と断面図である。
51が導波路であり、波状に曲がっているため、矢印a1
示すように、導波路51中を伝播している光の一部が曲が
り部8で導波路外に放出する。
【0024】このように、導波路の形状を工夫すること
で、光が放出できるようにすると共に、該導波路51中の
屈折率を制御できるように、曲がり部8上および曲がり
部8の外側にTiまたはCr等からなる電極6、7を設けて
ある。なお、導波路51中の光が電極6、7に吸収されな
いように、透明で屈折率の小さい材料からなるバッファ
層4を介在させてある。
【0025】この構成において、導波路51中の屈折率Δ
nが大きいと、導波路51中の光が該導波路51中に閉じ込
められ、Δnが減少すると、導波路51中の光は曲がり部
8で放出されやすくなる。したがって、図8の(a) のよ
うに、Δnが減少すると導波路51からの出力光Pが減少
し、Δnが増大すると出力光Pも増加することになり、
電極6、7間に印加する電圧Vによって、導波路51から
の放出光量を増減することによって、導波路51からの出
力光Pをリニアに制御することが可能となり、光変調器
としての機能が得られる。
【0026】図3は前記と同様に導波路51を曲げること
で、光が放出されやすくしてあるが、バッファ層4を有
しないため、曲がり導波路51上の電極61は、ITOやIn3O
3 、SnO2などの透明ないし半透明電極にすることによっ
て、曲がり導波路51中の光が電極61に吸収されにくいよ
うにしている。
【0027】また、曲がり部8の外側の電極は不透明電
極7とすることによって、曲がり部8で放出された光が
電極7に効率的に吸収されるため、光の放出量制御がよ
り容易になる。
【0028】図4(a)(b)は電極構成の別の実施例であ
り、いずれも導波路51上にはバッファ層4を有している
ため、その上の電極は、必ずしも透明電極にする必要は
ない。また(b) 図では、光吸収用の電極7側をエッチン
グして凹部9を形成し、その中に不透明電極7を形成し
てある。導波路51からの光の放出は、矢印a2のように深
い場所で行われやすいので、凹部9中に吸収用の電極7
を設けることで、効率的に吸収される。
【0029】図5は一部吸収型の光変調器の平面図と断
面図であり、導波路52は直線状に形成されている。そし
て、該導波路52上の電極6は、導波路52の上に部分的に
重なるように、あるいは極めて接近させて設けること
で、導波路52中の光が該電極6に吸収されやすくなって
いる。
【0030】その結果、導波路52中の屈折率Δnが増大
するように電圧印加すると、光は導波路52中に閉じ込め
られるが、その近傍に吸収用の電極6が有るために容易
に吸収されて、導波路52からの出力光Pは減少する。逆
に、導波路52中の屈折率Δnが減少するように電圧印加
すると、光は導波路52の外側を伝播するので、電極61へ
の吸収量は減少する。したがって、導波路52からの出力
光Pは増大することになり、図8(b) に示すように、屈
折率Δnが減少したときに出力光Pが増大する特性が得
られる。
【0031】図6は図5の実施例と曲がり導波路51の折
衷型であり、曲がり導波路51上に重ならないように、曲
がり導波路51の曲がり部8の両側に吸収用の電極6、7
を設けてある。このように、曲がり導波路51の場合は、
曲がり部8で放出された光が外側の電極7に吸収される
ので、曲がり導波路51の外側の領域の屈折率Δnが増大
するように電圧印加すると、曲がり導波路51の曲がり部
8からの放出光が曲がり部8の外側の電極7に効率的に
吸収されて、出力光Pが減少する。この場合も、断面図
に示すように、吸収用の電極7は、エッチングして窪ま
せた位置9に設けて、曲がり導波路51の深い位置から出
射した光を効率的に吸収できるようにしている。
【0032】図7は導波路中断型の実施例であり、電気
光学結晶基板1に形成した直線状の導波路52が、途中で
中断している。しかも、微小角θ(0.0001〜1.0° )だけ
傾斜して中断している。そして、バッファ層4を設ける
と共に、該中断部10の上に、該中断部10と同じ角度で片
方の電極6を形成し、該電極6と平行に、導波路52と交
差するように他方の電極7が形成されている。
【0033】通常は、導波路52中を光が全反射して伝播
していくが、中断部10を全反射する際に、わずかの光が
導波路52の外に漏れる。そして、電極6、7間に印加す
る電圧を制御することで、中断部10の屈折率Δnを増加
させると、光の漏れが減少して導波路52からの出力光量
Pが増加し、Δnが減少すると中断部10における光の漏
れ量が増えて、出力光量Pが減少するので、図8(a) と
同様な作用をする。
【0034】以上の各実施例によれば、30%から70%の
光を導波路外に放出させることができ、また前記のよう
な金属または透明ないし半透明な電極など、各種の電極
に電圧を印加する事により放出光の量をリニアリティに
増減できる。しかも、直線または曲がり導波路を使用す
ることによって、温度および波長依存性の少ない光変調
器を実現でき、加えて干渉やモード結合など波長、温度
特性の出やすい現象を使わずに実現できる。
【0035】
【発明の効果】請求項1によれば、一定量の光が導波路
外に放出されるように形成した導波路5に、電極6、7
で電圧を印加して、導波路からの放出光量を増減させ、
導波路5からの出力光量を制御することによって、出力
光量をアナログ的に制御でき、光変調器などを実現でき
る。
【0036】請求項2のように、電気光学結晶基板1に
形成した曲がり導波路51の上と曲がり部8の外側に電極
6、7を設けることで、曲がり部8から光を放出させ、
導波路からの出力光量を制御できる。
【0037】請求項3のように、曲がり部8の上には透
明電極61を、また曲がり部8の外側には不透明電極7を
設け、放出された光を不透明電極7のみに吸収すること
によって、放出光量の制御をより効率的に行なうことが
できる。
【0038】請求項4のように、前記の曲がり部8の外
側の不透明電極7を、電気光学結晶基板1に形成した凹
部9中に形成することにより、曲がり導波路51の深い位
置から放出した光を効率的に吸収できる。
【0039】請求項5のように、直線状の導波路52上の
電極6を、該導波路52の上に部分的に重なるように、あ
るいは極めて接近させることで、導波路52中の光を該電
極6に吸収させると、特性が逆の光導波路デバイスを実
現できる。
【0040】請求項6のように、曲がり導波路51の曲が
り部8の両側に電極6、7を設けることで、請求項5の
場合と同様に逆特性の光導波路デバイスを実現できる。
【0041】請求項7のように、直線状の導波路52に微
小角θだけ傾斜した中断部10を設け、該中断部10の上に
同じ角度で片方の電極6を形成し、該電極6と平行に他
方の電極7を形成することで、構成が簡素で、安価に光
変調器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光導波路デバイスの基本原理を説
明する断面図である。
【図2】請求項2の発明の実施例を示す平面図と断面図
である。
【図3】請求項3の発明の実施例を示す平面図と断面図
である。
【図4】請求項4の発明の実施例を示す断面図である。
【図5】請求項5の発明の実施例を示す平面図と断面図
である。
【図6】請求項6の発明の実施例を示す平面図と断面図
である。
【図7】請求項7の発明の実施例を示す平面図と断面図
である。
【図8】本発明の光導波路デバイスで得られる特性を示
す図である。
【図9】ZカットのLiNbO3基板を用いて光変調器を構成
した例を示す平面図と断面図である。
【図10】XカットのLiNbO3基板を用いた光変調器の断面
図である。
【図11】本発明によるアナログ光変調の原理を説明する
図である。
【符号の説明】
1 LiNbO3などの電気光学効果を有する基板 2,2a,2b 光導波路 3a,3b 電極 4 バッファ層 5 光放出機能を有する光導波路 51 曲がり導波路 52 直線状の導波路 P 導波路からの出力光 6,7 光放出制御用の電極(不透明) 61 透明電極 8 曲がり部 a1 曲がり部からの放出光 a2 曲がり部から放出され電極に吸収される光 9 凹部 10 中断部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学結晶基板(1) 上に形成された直
    線または曲がりを含む導波路(5) において、あらかじめ
    一定量の光が導波路(5) 外に放出されるように形成され
    ており、この放出量を増減するための電圧を印加する電
    極(6)(7)を、前記の導波路(5) 上または近傍に、直接ま
    たはバッファ層を介して設けたことを特徴とする光導波
    路デバイス。
  2. 【請求項2】 電気光学結晶基板(1) に曲がり導波路(5
    1)を形成するとともに、バッファ層(4) を設け、該曲が
    り導波路(51)の曲がり部(8) の上と外側に電極(6)(7)を
    設けてなることを特徴とする光導波路デバイス。
  3. 【請求項3】 電気光学結晶基板(1) に曲がり導波路(5
    1)を形成するとともに、該曲がり導波路(51)の曲がり部
    (8) の上に透明電極(61)を、曲がり部8の外側に不透明
    電極7を設けてなることを特徴とする光導波路デバイ
    ス。
  4. 【請求項4】 電気光学結晶基板(1) に曲がり導波路を
    形成するとともに、曲がり部(8) の外側に凹部(9) を形
    成し、その中に不透明電極7を設けてなることを特徴と
    する光導波路デバイス。
  5. 【請求項5】 電気光学結晶基板(1) に直線状の導波路
    (52)を形成するとともに、該導波路(52)上に部分的に重
    なるように、あるいは極めて接近させて不透明電極(6)
    を設けることで、該導波路(52)中の光が該電極(6) に吸
    収されるように構成されていることを特徴とする光導波
    路デバイス。
  6. 【請求項6】 電気光学結晶基板(1) に曲がり導波路(5
    1)を形成するとともに、該曲がり導波路(51)上に重なら
    ないように、曲がり部(8) の両側に電極(6)(7)を設けて
    なることを特徴とする光導波路デバイス。
  7. 【請求項7】 電気光学結晶基板(1) に直線状の導波路
    (52)を形成するとともに、該導波路(52)に微小角( θ )
    だけ傾斜した中断部(10)を設け、その上に形成したバッ
    ファ層(4) の上において、 該中断部(10)の上に、該中断部(10)と同じ角度で片方の
    電極(6) を形成し、該電極(6) と平行に、かつ該導波路
    (52)と交差するように他方の電極(7) を形成してなるこ
    とを特徴とする光導波路デバイス。
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Cited By (5)

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