JPH0588123A - 可変波長フイルタ - Google Patents

可変波長フイルタ

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JPH0588123A
JPH0588123A JP25194191A JP25194191A JPH0588123A JP H0588123 A JPH0588123 A JP H0588123A JP 25194191 A JP25194191 A JP 25194191A JP 25194191 A JP25194191 A JP 25194191A JP H0588123 A JPH0588123 A JP H0588123A
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JP
Japan
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light
electrode
optical waveguide
diffraction grating
wavelength filter
Prior art date
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Application number
JP25194191A
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English (en)
Inventor
Mikio Yamaguchi
幹夫 山口
Yoshihiro Sanpei
義広 三瓶
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Optical Measurement Technology Development Co Ltd
Original Assignee
Optical Measurement Technology Development Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 LiNbO3 光導波路を用いて偏光に依存し
ない可変波長フィルタを実現する。 【構成】 Ti拡散LiNbO3 光導波路12上に、T
EモードとTMモードとの双方に感度が得られるように
装荷型の回折格子13、14を設け、これに電界を印加
することにより分布ブラッグ反射波長を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光導波路素子に利用す
る。特に、電気光学効果を有する基板に形成された光導
波路を用いた分布ブラッグ反射器型の波長フィルタに関
する。
【0002】
【従来の技術】光学的な波長フィルタとしては、バルク
の回折格子を用いたものと、光導波路上に回折格子を形
成した分布ブラッグ反射器(DBR)を用いたものとが
広く知られている。バルクの回折格子を用いるものは、
バルクを回転させることにより透過または反射波長を変
化させることができるが、機械的な動作を必要とするの
で、安定性に欠け、小型化が困難である。分布ブラッグ
反射器を用いたものでは、波長を変化させるために、屈
折率を変化させる方法が用いられる。このためには、簡
単な方法で比較的広い範囲にわたり屈折率を変化させる
ことができる材料が望ましく、実用的には電気光学効果
の大きいLiNbO3 結晶が用いられている。
【0003】LiNbO3 を用いた光導波路としては、
Ti拡散によるものと、プロトン交換によるものとがあ
る。しかし、Ti拡散導波路は表面エッチングの点で問
題がある。例えば、y軸カットのウェハでx軸伝搬の光
導波路をエッチングして回折格子を形成する場合には、
TE光に対する結合係数が比較的大きく良好なフィルタ
特性が得られるが、TM光に対する結合係数は小さく良
好なフィルタ特性は得られない。プロトン交換光導波路
は深いエッチングが可能であるが、プロトン交換の特性
により、結晶軸に対し常光は導波光とならない。
【0004】本発明は、このような課題を解決し、電気
光学効果を有する光導波路を用いて偏光に依存しない可
変波長フィルタを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の可変波長フィル
タは、電気光学効果を有する基板に形成された光導波
路、特にTi拡散LiNbO3 光導波路と、この光導波
路に接して配置された回折格子と、この回折格子および
その近傍に電界を印加してその屈折率を変化させること
により反射または透過する光の波長を制御する波長制御
手段とを備えた可変波長フィルタにおいて、回折格子は
装荷型であり、波長制御手段は、TE光に対する屈折率
を制御する第一の電極と、TM光に対する屈折率を制御
する第二の電極とを含むことを特徴とする。LiNbO
3 に代えてLiTaO3 などを用いることもできる。
【0006】回折格子は酸化チタンなどがよい。
【0007】回折格子は、TE光とTM光とのそれぞれ
に対する屈折率に対応して、第一の電極に近接する部分
と第二の電極に近接する部分とでその周期が異なって形
成されることが望ましい。また、光導波路がLiNbO
3 結晶のx軸カット板またはy軸カット板に形成された
z軸伝搬導波路である場合には、TE光とTM光とのそ
れぞれに対する屈折率が等しいので、第一の電極と第二
の電極とを回折格子の同一部分に近接して配置すること
ができる。
【0008】光導波路に一以上の分岐導波路を設け、こ
の分岐導波路のそれぞれに異なる周期の回折格子を形成
し、この回折格子のそれぞれに近接してTE光に対する
屈折率を制御する電極とTM光に対する屈折率を制御す
る電極とを配置することができる。
【0009】
【作用】電気光学効果を有する基板に形成された光導波
路上にTE光とTM光との双方に感度のある装荷型の回
折格子を形成し、偏光に依存しないDBRフィルタを構
成する。また、回折格子の近傍には電極を設け、電気光
学効果を利用して電圧により光導波路の屈折率を変化さ
せ、DBRフィルタの中心波長を制御する。したがっ
て、Ti拡散LiNbO3 光導波路やLiTaO3 光導
波路などを用いて、偏光に依存しない可変波長フィルタ
を実現できる。
【0010】
【実施例】図1は本発明第一実施例の可変波長フィルタ
を示す斜視図である。
【0011】この可変波長フィルタは、LiNbO3
板11上に形成されたTi拡散LiNbO3 光導波路1
2と、この光導波路12に接して配置された回折格子1
3、14と、この回折格子13、14およびその近傍に
電界を印加してその屈折率を変化させることにより反射
または透過する光の波長を制御する波長制御手段とを備
える。
【0012】ここで本実施例の特徴とするところは、回
折格子13、14は光導波路12を伝搬するTE光およ
びTM光の双方に対して結合係数が同程度となる材料、
この例では酸化チタンにより形成され、波長制御手段
は、TE光に対する等価屈折率を制御する第一の電極1
5と、TM光に対する等価屈折率を制御する第二の電極
17とを含むことにある。電極15、17のそれぞれの
近傍には、接地電極16、18が設けられる。
【0013】この実施例では、基板11としてy軸カッ
ト板を用い、光導波路12をz軸に垂直な方向に形成す
る。回折格子13、14のそれぞれのピッチΛ1 、Λ2
は、TE光とTM光とのそれぞれのブラッグ波長が一致
するように設定する。電極15は接地電極16に対して
基板面に平行な電界を光導波路12に印加するように配
置し、電極17は接地電極18に対して基板面に垂直な
電界を印加するように配置する。具体的には、電極15
と接地電極16とを基板11上に光導波路12を挟んで
配置し、電極17はバッファ層を介して光導波路12の
上に、接地電極18は光導波路12の側部に配置する。
この配置のため、図1では回折格子14がほとんど隠れ
ている。接地電極16、18を連続させて一個の電極と
してもよい。
【0014】この実施例では、TE光が結晶の異常光成
分、TM光が結晶の常光成分となり、TE光に対する屈
折率が約2.15、TM光に対する屈折率が約2.22
となる。したがって、TE光とTM光とのブラッグ波長
を一致させるには、 Λ1 =(2.22/2.15)Λ2 の条件を満足するように回折格子13、14のピッチを
設定する。
【0015】光導波路12の一方の端面から光を入射す
ると、ブラッグ波長のTE光は回折格子13により、T
M光は回折格子14によりそれぞれ反射され、入射端か
ら出力される。他の波長の光は透過し、入射端とは別の
端面から出力される。すなわち、ブラッグ波長のみを入
射端側に分離できる。このとき、電極15、17にそれ
ぞれ電圧V1 、V2 を加えると、光導波路12のそれぞ
れの部分の屈折率が変化し、ブラッグ波長が変化する。
これにより、入射端側に分離される波長が変化し、可変
波長フィルタを実現できる。ただし、電極15、17に
それぞれ印加する電圧V1 、V2 の値および割合は、T
E光とTM光との電気光学定数の違い、電極形状の違い
などの条件によってそれぞれ異なる。
【0016】図2および図3は試作した可変波長フィル
タの特性例を示す図であり、図2はTE光に対するフィ
ルタ特性の測定例、図3はTM光に対するフィルタ特性
の測定例を示す。
【0017】この例では、基板に厚さ110nm、幅1
0μmのTiストライプを付け、1000℃、7時間の
条件でそのTiを拡散させて光導波路を形成した。次
に、光導波路上にTi膜を付け、干渉露光および反応性
イオンエッチング(RIE)を用いてTiの回折格子を
形成し、540℃に加熱してそのTiを酸化させた。回
折格子のピッチΛ=353.3nmに対し、TE光では
波長λ0=1.518μmで75%、帯域0.1nmの
フィルタ特性が得られ、TM光ではλ0 =1.5684
μmで20%のフィルタ特性が得られた。光導波路や回
折格子の形状や製造条件などを変えることで、TE光と
TM光との特性を一致させることができると考えらえ
る。
【0018】図4は本発明第二実施例の可変波長フィル
タを示す斜視図である。
【0019】この実施例は、基板21としてLiNbO
3 結晶のx軸カット板またはy軸カット板が用いられ、
光導波路22はz軸伝搬であり、TE光に対する屈折率
を制御する第一の電極25とTM光に対する屈折率を制
御する第二の電極27とが回折格子23の同一部分に近
接して配置されたことが第一実施例と異なる。すなわ
ち、電極25は光導波路22の一方の側に配置され、電
極27は光導波路22の上に配置される。光導波路22
の電極25と反対側には、電極25、27に対して共通
の接地電極28が設けられる。
【0020】x軸カット板またはy軸カット板でz軸伝
搬させると、TE光とTM光とのそれぞれの等価屈折率
が等しくなる。このため、一つの回折格子を用いて、T
E光とTM光との双方に対して分布ブラッグ反射特性が
得られる。
【0021】図5および図6は本発明の利用例を示す図
であり、図5は第一実施例または第二実施例の可変波長
フィルタを用いた広帯域可変波長フィルタの平面図、図
6はその動作原理を説明する図である。
【0022】LiNbO3 基板31上には、Ti拡散光
導波路32と、この光導波路32を分岐する方向性結合
器33、36とを備え、各分岐路にそれぞれ第一実施例
または第二実施例に示した可変波長フィルタ34、3
5、37が設けられる。可変波長フィルタ34、35、
37のそれぞれの回折格子のピッチΛ1 、Λ2 、Λ
3 は、図6に示すように、それぞれの分布ブラッグ反射
波長λ1 、λ2 、λ3 が互いに異なり、しかも反射特性
が互いに重なるように選択する。
【0023】以上の実施例では基板としてLiNbO3
を用いる場合について説明したが、本発明はLiTaO
3 などの電気光学効果を有する他の材料でも同様に実施
できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の可変波長
フィルタは、電気光学効果を有する基板に形成された光
導波路、特にTi拡散LiNbO3 光導波路上に、装荷
型の回折格子を形成して分布ブラッグ反射型のフィルタ
を実現できる。このフィルタはTE光とTM光との双方
の偏光に対してフィルタ特性が得られるので、偏光に依
存しない可変波長フィルタを実現できる。また、フィル
タの帯域幅が0.1nmと狭いので、例えば50チャネ
ルの波長多重通信を考えた場合に、光の波長可変領域が
5nmと非常に狭い場合でも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第一実施例の可変波長フィルタを示す斜
視図。
【図2】TE光に対するフィルタ特性の測定例を示す
図。
【図3】TM光に対するフィルタ特性の測定例を示す
図。
【図4】本発明第二実施例の可変波長フィルタを示す斜
視図。
【図5】第一実施例または第二実施例の可変波長フィル
タを用いた広帯域可変波長フィルタの平面図。
【図6】動作原理を説明する図。
【符号の説明】
11、21、31 基板 12、22、32 光導波路 13、14、23 回折格子 15、17、25、27 電極 16、18、28 接地電極 33、36 方向性結合器 34、35、37 可変波長フィルタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学効果を有する基板に成形された
    光導波路と、 この光導波路に接して配置された回折格子と、 この回折格子およびその近傍に電界を印加してその屈折
    率を変化させることにより反射または透過する光の波長
    を制御する波長制御手段とを備えた可変波長フィルタに
    おいて、 前記回折格子は前記光導波路上に形成された装荷型回折
    格子であり、 前記波長制御手段は、 TE光に対する屈折率を制御する第一の電極と、 TM光に対する屈折率を制御する第二の電極とを含むこ
    とを特徴とする可変波長フィルタ。
  2. 【請求項2】 基板はLiNbO3 結晶であり、光導波
    路はTi拡散により形成された請求項1記載の可変波長
    フィルタ。
  3. 【請求項3】 回折格子は酸化チタンを成分として含む
    材料で形成された請求項1または2記載の可変波長フィ
    ルタ。
  4. 【請求項4】 回折格子は、TE光とTM光とのそれぞ
    れに対する屈折率に対応して、第一の電極に近接する部
    分と第二の電極に近接する部分とでその周期が異なって
    形成された請求項1ないし3のいずれか記載の可変波長
    フィルタ。
  5. 【請求項5】 光導波路はLiNbO3 結晶のx軸カッ
    ト板またはy軸カット板に形成されたz軸伝搬導波路で
    あり、 第一の電極と第二の電極とは回折格子の同一部分に近接
    して配置された請求項2または3記載の可変波長フィル
    タ。
  6. 【請求項6】 光導波路は一以上の分岐導波路を含み、 この分岐導波路のそれぞれに異なる周期の回折格子が形
    成され、 この回折格子のそれぞれに近接してTE光に対する屈折
    率を制御する電極とTM光に対する屈折率を制御する電
    極とが配置された請求項1ないし5のいずれか記載の可
    変波長フィルタ。
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