JPH06194696A - 光スイッチ - Google Patents
光スイッチInfo
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- JPH06194696A JPH06194696A JP5216298A JP21629893A JPH06194696A JP H06194696 A JPH06194696 A JP H06194696A JP 5216298 A JP5216298 A JP 5216298A JP 21629893 A JP21629893 A JP 21629893A JP H06194696 A JPH06194696 A JP H06194696A
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- JP
- Japan
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- optical switch
- switch according
- waveguides
- electrode
- wafer
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/06—Polarisation independent
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２つの偏光に対する駆動電圧の均一性が向上
され、駆動電圧の許容変動が大きくされるディジタル光
スイッチを提供する。 【構成】 電気光学材料のＸカットもしくは近Ｙカット
単結晶ウェハを用いてディジタル光スイッチの基板を形
成する。上記ウェハ内にＬｉＮｂＯ3 の導波路を拡散さ
せてリボン形導波路を形成し、それにより上記ウェハの
近Ｚ軸方向に光が伝播される。それらの導波路はＹ字形
状もしくはＸ字形状に形成され、また、それらの導波路
の出力Ｙ分岐の屈折率は、それらの導波路に近接して形
成された電極が発生する電界により制御される。
され、駆動電圧の許容変動が大きくされるディジタル光
スイッチを提供する。 【構成】 電気光学材料のＸカットもしくは近Ｙカット
単結晶ウェハを用いてディジタル光スイッチの基板を形
成する。上記ウェハ内にＬｉＮｂＯ3 の導波路を拡散さ
せてリボン形導波路を形成し、それにより上記ウェハの
近Ｚ軸方向に光が伝播される。それらの導波路はＹ字形
状もしくはＸ字形状に形成され、また、それらの導波路
の出力Ｙ分岐の屈折率は、それらの導波路に近接して形
成された電極が発生する電界により制御される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気光学効果により光信
号の変調もしくはスイッチングを行う薄膜光導波路を使
用した集積光回路に関し、特に、Ｘカット、もしくはほ
ぼＹカットで、近Ｚ軸方向伝播を行うディジタル光スイ
ッチに関する。
号の変調もしくはスイッチングを行う薄膜光導波路を使
用した集積光回路に関し、特に、Ｘカット、もしくはほ
ぼＹカットで、近Ｚ軸方向伝播を行うディジタル光スイ
ッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバが通信、センサおよび他の応
用に次第に使用されるにつれて、光スイッチングは関心
の高いテーマとなってきている。特に関心が持たれてい
るのは、電気光学変換を行うことなく、光形式の信号を
スイッチングすることである。機械的スイッチやＧａＡ
ｓおよびＩｎＰ等の半導体材料で形成された集積光半導
体スイッチ等を使用して、いくつかの方向で試みがなさ
れてきた。
用に次第に使用されるにつれて、光スイッチングは関心
の高いテーマとなってきている。特に関心が持たれてい
るのは、電気光学変換を行うことなく、光形式の信号を
スイッチングすることである。機械的スイッチやＧａＡ
ｓおよびＩｎＰ等の半導体材料で形成された集積光半導
体スイッチ等を使用して、いくつかの方向で試みがなさ
れてきた。
【０００３】これらのスイッチの多くは、電気光学効果
をスイッチングに使用している。二次の、すなわち、力
−電気光学効果が全ての物質に存在し、それは印加され
る電界Ｅの二乗に比例する屈折率の変化Δｎを指してい
る。線形、すなわち、ポッケルスの電気光学効果を示す
単結晶では、はるかに大きい屈折率変化が得られる。こ
の場合屈折率変化Δｎは、印加される電界Ｅに正比例す
る。その効果は、非中心対称単結晶だけに存在し、得ら
れる屈折率変化は、電界Ｅの方向および光線の偏光に依
存する。公知の線形電気光学材料としては、カリウム・
ジヒドロジエン・ホスフェート（ＫＤＰ）とそのジュウ
テリウム置換同形体（ＤＫＤＰもしくはＫＤ＊Ｐ）、ニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）およびタンタル酸リチ
ウム（ＬｉＴａＯ3 ）、およびヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）およびテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）等の半導体
が含まれる。
をスイッチングに使用している。二次の、すなわち、力
−電気光学効果が全ての物質に存在し、それは印加され
る電界Ｅの二乗に比例する屈折率の変化Δｎを指してい
る。線形、すなわち、ポッケルスの電気光学効果を示す
単結晶では、はるかに大きい屈折率変化が得られる。こ
の場合屈折率変化Δｎは、印加される電界Ｅに正比例す
る。その効果は、非中心対称単結晶だけに存在し、得ら
れる屈折率変化は、電界Ｅの方向および光線の偏光に依
存する。公知の線形電気光学材料としては、カリウム・
ジヒドロジエン・ホスフェート（ＫＤＰ）とそのジュウ
テリウム置換同形体（ＤＫＤＰもしくはＫＤ＊Ｐ）、ニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）およびタンタル酸リチ
ウム（ＬｉＴａＯ3 ）、およびヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）およびテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）等の半導体
が含まれる。
【０００４】今日、最も熟成した集積光回路（ＩＯＣ）
の製造技術の一つはＴｉ：ＬｉＮｂＯ3 であり、それに
は、ニオブ酸リチウムの中にチタンを拡散させて形成さ
れるリボン形状のガイドを含む。ニオブ酸リチウムのガ
イドは、単結晶ウェハ内に形成され、その上には縦方向
電極がリボン状ガイドに隣接して配置されている。電極
は、電位差が印加された時に、屈折率の局所的な値を修
正する。
の製造技術の一つはＴｉ：ＬｉＮｂＯ3 であり、それに
は、ニオブ酸リチウムの中にチタンを拡散させて形成さ
れるリボン形状のガイドを含む。ニオブ酸リチウムのガ
イドは、単結晶ウェハ内に形成され、その上には縦方向
電極がリボン状ガイドに隣接して配置されている。電極
は、電位差が印加された時に、屈折率の局所的な値を修
正する。
【０００５】この技術では、単一モードファイバに適し
た良好なスポットサイズを有する比較的低損失のチャネ
ルを簡便に形成することができる。しかしながら、重要
な問題点がある。すなわち、ＬｉＮｂＯ3 部品は、元
来、偏光依存性であり、結晶方位に応じて、特定の直線
偏光を励起する必要がある（Ｚカットの例に対しては、
「正常な」横方向電気モードＴＥ、もしくは「異常な」
横方向磁気モードＭＥ）。しかるに、単一モードファイ
バの出力における偏光状態（ＳＯＰ）はランダムな挙動
を示す。この問題は、通常、ＬｉＮｂＯ3 成分の固有の
偏光依存性を調節するのに適した技術を使用して解決さ
れるが、そのためにシステムは複雑化する。
た良好なスポットサイズを有する比較的低損失のチャネ
ルを簡便に形成することができる。しかしながら、重要
な問題点がある。すなわち、ＬｉＮｂＯ3 部品は、元
来、偏光依存性であり、結晶方位に応じて、特定の直線
偏光を励起する必要がある（Ｚカットの例に対しては、
「正常な」横方向電気モードＴＥ、もしくは「異常な」
横方向磁気モードＭＥ）。しかるに、単一モードファイ
バの出力における偏光状態（ＳＯＰ）はランダムな挙動
を示す。この問題は、通常、ＬｉＮｂＯ3 成分の固有の
偏光依存性を調節するのに適した技術を使用して解決さ
れるが、そのためにシステムは複雑化する。
【０００６】偏光に依存しないスイッチおよび変調器に
対する多数の考え方がある。例えば：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｌｅｔｔ．，第２３巻（１９８７年），第１１６７〜
１１６９頁のエム・コンドウ等の論文“低駆動電圧およ
び低損失偏光無依存ＬｉＮｂＯ3 光導波路スイッチ”；
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，第３５巻（１９７９
年）、第７４８〜第７５０頁のアール．シー．アルファ
ーネスの論文“重み付け結合を用いた偏光無依存光方向
性結合器スイッチ”；ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ．Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．第ＱＥ−１８巻（１９８２
年）、第１７７２−１７７９頁のオー．ジー．レイマー
等の論文“多数のΔβ逆転およびガウス・テーパー関数
の部分を有する偏光無依存光スイッチ”；ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．，第ＬＴ−
２巻（１９８４年）、第５１〜５５頁のエル．マッコー
ガンの論文“λ＝１．３μｍにおける低損失偏光無依存
電気光学スイッチング”；Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔ
ｔ．，第２０巻（１９８４年）、第４９６〜４９７頁の
ワイ．ブールボン等の論文“Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ3 ストリ
ップ導波路を有する偏光無依存変調器”；ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，第Ｑ
Ｅ−１７巻（１９８１年）、第９５９−９６４頁のエ
ヌ．ツカダ等の論文“偏光に鈍感な集積光スイッチ：新
しいアプローチ”；ＳＰＩＥ第８３５巻、集積光回路技
術Ｖ、（１９８７年）、第１３２〜１３５頁のジェー．
イー．ワトソンの論文“ニオブ酸リチウム中の低電圧偏
光無依存導波の方向性結合器スイッチ”；Ｊｏｕｒｎ．
Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．，第ＬＴ−４巻（１９
８６年）、第１７１７〜１７２１頁のジェー．イー．ワ
トソン等の論文“ニオブ酸リチウム上に集積された偏光
無依存１×１６導波光スイッチ”；Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，第３巻（１９７８
年）、第９４４頁のダブリュー．ケイ．バーンズ等の論
文“偏光無依存動作の干渉計形導波路変調器”；Ｆｏｕ
ｒｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ（ＥＣＩＯ '８
７），第３６〜３９頁のピー．グレイン ストランド等
の論文“偏光無依存光スイッチ”；Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．，１９８８年、ピー．グレインストランド等
の論文“ΔβおよびΔβ変調を用いた偏光無依存スイッ
チおよび偏光分割器“；Ｔｅｃｈｎ．Ｄｉｇｅｓｔ ｏ
ｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｎｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｗ
ａｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｎｆ．（ＩＧＷＯ '８
９），ペーパーＭＡＡ３、第１０〜１３頁のジェー．エ
ル．ナイチンゲール等の論文“Ｔｉ非拡散ニオブ酸リチ
ウム中の低電圧偏光無依存光スイッチ”；Ｊａｐａｎｅ
ｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ，第２７巻（１９８６年）、第Ｌ６９６〜Ｌ６
９８頁のケイ．タキザワ等の論文“偏光無依存、かつ、
光学的破損に鈍感なＬｉＮｂＯ3 干渉計形導波路変調
器”；Ｔｅｃｈｎ，Ｄｉｇｅｓｔ ＯＦＣ １９８８
年、ペーパーＴＨＡ３のワイ．シルバーベルク等の論文
“ディジタル光スイッチ”；ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ．Ｌ
ｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎ．，第ＬＴ３巻（１９８
５年），第１２７７〜１２８０頁のエッチ．エフ．テイ
ラーの論文“偏光無依存導波光変調器およびスイッ
チ”；Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆｔｈｅ Ｔｏｐｉ
ｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｒｅｓａｒｃｈ，Ｈｉｌｔｏｎ
Ｈｅａｄ，ＳＣ，１９９０年，第３８〜３９頁のテ
ィ．ポールマン等の論文“ＬｉＮｂＯ3 上の偏光無依存
スイッチ”；を参照されたい。偏光無依存スイッチに関
する最初の実験結果は、１９７９年にアルファネスによ
り報告された。
対する多数の考え方がある。例えば：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｌｅｔｔ．，第２３巻（１９８７年），第１１６７〜
１１６９頁のエム・コンドウ等の論文“低駆動電圧およ
び低損失偏光無依存ＬｉＮｂＯ3 光導波路スイッチ”；
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，第３５巻（１９７９
年）、第７４８〜第７５０頁のアール．シー．アルファ
ーネスの論文“重み付け結合を用いた偏光無依存光方向
性結合器スイッチ”；ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ．Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．第ＱＥ−１８巻（１９８２
年）、第１７７２−１７７９頁のオー．ジー．レイマー
等の論文“多数のΔβ逆転およびガウス・テーパー関数
の部分を有する偏光無依存光スイッチ”；ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．，第ＬＴ−
２巻（１９８４年）、第５１〜５５頁のエル．マッコー
ガンの論文“λ＝１．３μｍにおける低損失偏光無依存
電気光学スイッチング”；Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔ
ｔ．，第２０巻（１９８４年）、第４９６〜４９７頁の
ワイ．ブールボン等の論文“Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ3 ストリ
ップ導波路を有する偏光無依存変調器”；ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，第Ｑ
Ｅ−１７巻（１９８１年）、第９５９−９６４頁のエ
ヌ．ツカダ等の論文“偏光に鈍感な集積光スイッチ：新
しいアプローチ”；ＳＰＩＥ第８３５巻、集積光回路技
術Ｖ、（１９８７年）、第１３２〜１３５頁のジェー．
イー．ワトソンの論文“ニオブ酸リチウム中の低電圧偏
光無依存導波の方向性結合器スイッチ”；Ｊｏｕｒｎ．
Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．，第ＬＴ−４巻（１９
８６年）、第１７１７〜１７２１頁のジェー．イー．ワ
トソン等の論文“ニオブ酸リチウム上に集積された偏光
無依存１×１６導波光スイッチ”；Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，第３巻（１９７８
年）、第９４４頁のダブリュー．ケイ．バーンズ等の論
文“偏光無依存動作の干渉計形導波路変調器”；Ｆｏｕ
ｒｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ（ＥＣＩＯ '８
７），第３６〜３９頁のピー．グレイン ストランド等
の論文“偏光無依存光スイッチ”；Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．，１９８８年、ピー．グレインストランド等
の論文“ΔβおよびΔβ変調を用いた偏光無依存スイッ
チおよび偏光分割器“；Ｔｅｃｈｎ．Ｄｉｇｅｓｔ ｏ
ｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｎｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｗ
ａｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｎｆ．（ＩＧＷＯ '８
９），ペーパーＭＡＡ３、第１０〜１３頁のジェー．エ
ル．ナイチンゲール等の論文“Ｔｉ非拡散ニオブ酸リチ
ウム中の低電圧偏光無依存光スイッチ”；Ｊａｐａｎｅ
ｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ，第２７巻（１９８６年）、第Ｌ６９６〜Ｌ６
９８頁のケイ．タキザワ等の論文“偏光無依存、かつ、
光学的破損に鈍感なＬｉＮｂＯ3 干渉計形導波路変調
器”；Ｔｅｃｈｎ，Ｄｉｇｅｓｔ ＯＦＣ １９８８
年、ペーパーＴＨＡ３のワイ．シルバーベルク等の論文
“ディジタル光スイッチ”；ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ．Ｌ
ｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎ．，第ＬＴ３巻（１９８
５年），第１２７７〜１２８０頁のエッチ．エフ．テイ
ラーの論文“偏光無依存導波光変調器およびスイッ
チ”；Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆｔｈｅ Ｔｏｐｉ
ｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｒｅｓａｒｃｈ，Ｈｉｌｔｏｎ
Ｈｅａｄ，ＳＣ，１９９０年，第３８〜３９頁のテ
ィ．ポールマン等の論文“ＬｉＮｂＯ3 上の偏光無依存
スイッチ”；を参照されたい。偏光無依存スイッチに関
する最初の実験結果は、１９７９年にアルファネスによ
り報告された。
【０００７】偏光無依存スイッチを作成する方法は、２
つの偏光に対する条件が類似している結晶方位を利用す
ることである。これは電気光学的に誘起される摂動が等
しく、かつ、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。Ｚ軸が伝播方向である「等方
性方位」は、このような方位の例である。ここで、両方
の偏光とも、正常の屈折率であり、したがって、チタン
（Ｔｉ）の濃度に起因する屈折率の摂動は、２つの偏光
に対して等しい。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起される屈折
率の摂動は、電気光学γ係数γ12およびγ22（簡略化添
字記号）によって起こされるものである。これらは、大
きさが等しく、符号が反対であり、γ12およびγ22に共
通の添字「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している。ここで、１つの複
雑な要因は、２つの偏光はほとんど同期していること
と、２つの偏光の間の結合を行う（γ12およびγ22と同
じ大きさの）一つの電気光学係数が存在するということ
とである。このγ係数はγ61であり、簡略化されない記
号では１，２，１と表示される。添字６（簡略化されな
い表示では１，２）は、ＸおよびＹ軸方向に沿った電界
間の結合に対応している（表示形式については後述す
る）。結合は、第２の添字により示されるようにＸ軸に
沿った外部電界により誘起される。
つの偏光に対する条件が類似している結晶方位を利用す
ることである。これは電気光学的に誘起される摂動が等
しく、かつ、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。Ｚ軸が伝播方向である「等方
性方位」は、このような方位の例である。ここで、両方
の偏光とも、正常の屈折率であり、したがって、チタン
（Ｔｉ）の濃度に起因する屈折率の摂動は、２つの偏光
に対して等しい。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起される屈折
率の摂動は、電気光学γ係数γ12およびγ22（簡略化添
字記号）によって起こされるものである。これらは、大
きさが等しく、符号が反対であり、γ12およびγ22に共
通の添字「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している。ここで、１つの複
雑な要因は、２つの偏光はほとんど同期していること
と、２つの偏光の間の結合を行う（γ12およびγ22と同
じ大きさの）一つの電気光学係数が存在するということ
とである。このγ係数はγ61であり、簡略化されない記
号では１，２，１と表示される。添字６（簡略化されな
い表示では１，２）は、ＸおよびＹ軸方向に沿った電界
間の結合に対応している（表示形式については後述す
る）。結合は、第２の添字により示されるようにＸ軸に
沿った外部電界により誘起される。
【０００８】この配向においてスイッチの良好な性能を
得るためには、このＴＥ−ＴＭ変換を回避しなければな
らない。しかしながら、不要な（ＴＥ⇔ＴＭ）と必要な
（ΔｎTM，ΔｎTE）摂動とは、外部電界の異なった成分
に対応しているので、成分の適切な設計によりこの結合
を回避することができる。
得るためには、このＴＥ−ＴＭ変換を回避しなければな
らない。しかしながら、不要な（ＴＥ⇔ＴＭ）と必要な
（ΔｎTM，ΔｎTE）摂動とは、外部電界の異なった成分
に対応しているので、成分の適切な設計によりこの結合
を回避することができる。
【０００９】Ｚ軸方向伝播コンセプトの一つの利点は、
２つの異なる偏光に対して同じ屈折率（通常値）となる
ことである。したがって、２つの偏光に対する屈折率が
異なる場合に生じるパルス幅拡大に起因する帯域幅の劣
化がない。
２つの異なる偏光に対して同じ屈折率（通常値）となる
ことである。したがって、２つの偏光に対する屈折率が
異なる場合に生じるパルス幅拡大に起因する帯域幅の劣
化がない。
【００１０】（ＴＥおよびＴＭモードの偏光のそれぞれ
のパルスの部分における異なる速度を意味する）屈折率
の差は、伝播方向に直角なＺ軸を有する結晶配向を使用
する場合に生じ、ビットレートの許容値を、これらの配
向における１０cm長のチップに対し、チャネル当り、お
およそ１０Ｇｂｉｔ／ｓに制限する。しかしながら、波
長分割多重やコヒーレント技術等の他の原理により情報
がスタックされる場合には、ＴＨｚ範囲内の情報帯域幅
はこれらの配向のスイッチによっても切り換えられ得
る。
のパルスの部分における異なる速度を意味する）屈折率
の差は、伝播方向に直角なＺ軸を有する結晶配向を使用
する場合に生じ、ビットレートの許容値を、これらの配
向における１０cm長のチップに対し、チャネル当り、お
およそ１０Ｇｂｉｔ／ｓに制限する。しかしながら、波
長分割多重やコヒーレント技術等の他の原理により情報
がスタックされる場合には、ＴＨｚ範囲内の情報帯域幅
はこれらの配向のスイッチによっても切り換えられ得
る。
【００１１】Ｚ軸方向伝播コンセプトのもう一つの利点
は、両偏光がほぼ同じ伝達関数を有することである（一
般的に、他のコンセプトに対しては、偏光無依存とは、
スイッチを２つの偏光無依存スイッチ状態に置くことは
できるが、「中間点における」無依存性ではないことを
意味する）。このことは、例えば、線形（小信号）変調
応用を考える場合には最も重要である。
は、両偏光がほぼ同じ伝達関数を有することである（一
般的に、他のコンセプトに対しては、偏光無依存とは、
スイッチを２つの偏光無依存スイッチ状態に置くことは
できるが、「中間点における」無依存性ではないことを
意味する）。このことは、例えば、線形（小信号）変調
応用を考える場合には最も重要である。
【００１２】前記した全てのスイッチは、いわゆる干渉
計形スイッチであり、モードの建設的および破壊的干渉
に基いているので、それらはすべて振動する伝達関数を
有する。しかしながら、もう一つの可能性があり、それ
は、干渉測定の代わりに、モード分類（モード・ソーテ
ィング）に基くデバイスを使用することである。ＩＥＥ
Ｅ Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ．，第ＱＦ−１１巻（１９７５年）、第３２〜３５
頁のダブリュ．ケイ．バーンズ等の論文“プレーナ誘電
体分離導波路におけるモード変換”、およびＴｅｃｈ．
ＤｉｇｅｓｔＯＦＣ，１９８８年，ペーパーＴＨＡ３
のワイ．シルバーベルク等の論文“ディジタル光スイッ
チ”を参照されたい。
計形スイッチであり、モードの建設的および破壊的干渉
に基いているので、それらはすべて振動する伝達関数を
有する。しかしながら、もう一つの可能性があり、それ
は、干渉測定の代わりに、モード分類（モード・ソーテ
ィング）に基くデバイスを使用することである。ＩＥＥ
Ｅ Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ．，第ＱＦ−１１巻（１９７５年）、第３２〜３５
頁のダブリュ．ケイ．バーンズ等の論文“プレーナ誘電
体分離導波路におけるモード変換”、およびＴｅｃｈ．
ＤｉｇｅｓｔＯＦＣ，１９８８年，ペーパーＴＨＡ３
のワイ．シルバーベルク等の論文“ディジタル光スイッ
チ”を参照されたい。
【００１３】図１にモード分離スイッチ１００を示す。
それは２×２デ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とから構成されている。後の分岐１０２は、電極
１０３および１０４を介して電界を印加することにより
非対称にすることができる。変換が断熱的（充分遅い）
であれば、非対称Ｙ分岐導波路１０１はモード分類を行
うことができる。ここで、モード分類とは、実効屈折率
が最も高い入力導波路のチャネルモードは、分岐に沿っ
て徐々に変化し、チャネルが互に接近して相互に影響を
及ぼし合う２つのモードの領域の１次局部正規モード
（基本モード）になることを意味する（局部正規モード
間には電力の転送は行われず、チャネルが大きく分離す
れば、１次モードはチャネルモードの形状を有する）。
同様に、他方のチャネルのモードは、２次モード（すな
わち、第１の高次モード）に変化する。したがって、幅
が広いチャネルの信号は、中間領域で１次モードに変換
され、幅が狭いチャネルの信号は中間領域の２次モード
へ変換される。同様に、電極１０３，１０４へ電圧を印
加することにより、スイッチ１００の他方の半分の１０
２も非対称になれば（すなわち、奇数の屈折率摂動が誘
起されると）、中間領域内の１次モード（幅が広い入力
チャネルに対応する）は、屈折率が最も高い出力チャネ
ルに変化し、反対に、２次モードは、屈折率が最も低い
出力チャネルに変化する。
それは２×２デ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とから構成されている。後の分岐１０２は、電極
１０３および１０４を介して電界を印加することにより
非対称にすることができる。変換が断熱的（充分遅い）
であれば、非対称Ｙ分岐導波路１０１はモード分類を行
うことができる。ここで、モード分類とは、実効屈折率
が最も高い入力導波路のチャネルモードは、分岐に沿っ
て徐々に変化し、チャネルが互に接近して相互に影響を
及ぼし合う２つのモードの領域の１次局部正規モード
（基本モード）になることを意味する（局部正規モード
間には電力の転送は行われず、チャネルが大きく分離す
れば、１次モードはチャネルモードの形状を有する）。
同様に、他方のチャネルのモードは、２次モード（すな
わち、第１の高次モード）に変化する。したがって、幅
が広いチャネルの信号は、中間領域で１次モードに変換
され、幅が狭いチャネルの信号は中間領域の２次モード
へ変換される。同様に、電極１０３，１０４へ電圧を印
加することにより、スイッチ１００の他方の半分の１０
２も非対称になれば（すなわち、奇数の屈折率摂動が誘
起されると）、中間領域内の１次モード（幅が広い入力
チャネルに対応する）は、屈折率が最も高い出力チャネ
ルに変化し、反対に、２次モードは、屈折率が最も低い
出力チャネルに変化する。
【００１４】出力Ｙ分岐の非対称性は電気光学的に変え
られるため、屈折率摂動が充分大きく、かつ、変換が断
熱的であれば、デバイスは２×２スイッチとして作動す
る。電極にゼロ電圧が印加されると、両信号に対して３
ｄＢの分割（スプリッティング）が生じる。
られるため、屈折率摂動が充分大きく、かつ、変換が断
熱的であれば、デバイスは２×２スイッチとして作動す
る。電極にゼロ電圧が印加されると、両信号に対して３
ｄＢの分割（スプリッティング）が生じる。
【００１５】図２に、ＴＥモード（実線）およびＴＭモ
ード（破線）に対するＸカットディジタル光スイッチの
伝達関数を示す（差に注意されたい）。図２からわかる
ように、伝達関数は、干渉計形スイッチの振動的な動作
は行わないで、駆動電圧が十分に大きければ、スイッチ
は偏光無依存で動作する。
ード（破線）に対するＸカットディジタル光スイッチの
伝達関数を示す（差に注意されたい）。図２からわかる
ように、伝達関数は、干渉計形スイッチの振動的な動作
は行わないで、駆動電圧が十分に大きければ、スイッチ
は偏光無依存で動作する。
【００１６】ディジタル光スイッチの重要な利点は、そ
のすばらしい安定した性能である。ＤＣドリフトおよび
温度変動により不安定性は、「実効」印加電圧の変動と
して現れ、充分に高い電圧の動作点を選択してあれば、
小さい伝達関数の勾配を持っディジタル応答によって、
誘起されるスイッチ状態の摂動を減衰させる。
のすばらしい安定した性能である。ＤＣドリフトおよび
温度変動により不安定性は、「実効」印加電圧の変動と
して現れ、充分に高い電圧の動作点を選択してあれば、
小さい伝達関数の勾配を持っディジタル応答によって、
誘起されるスイッチ状態の摂動を減衰させる。
【００１７】ディジタル光スイッチの他の一つの利点
は、ゼロ電圧で得られる電力の分割である。これは、例
えば、あるスイッチ・マトリクスの応用において、一斉
同報が要求される場合には特に重要である。
は、ゼロ電圧で得られる電力の分割である。これは、例
えば、あるスイッチ・マトリクスの応用において、一斉
同報が要求される場合には特に重要である。
【００１８】図３に、ディジタルスイッチを選択するこ
とが非常に魅力的なスイッチ・マトリクスの構成を示
す。ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ．，第ＱＥ−２２巻（１９８６年）、第
９６４〜９６７頁のアール．エー．スパンクの論文“大
形非閉塞光空間スイッチのアーキテクチャ”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
上記スイッチは図４の１×２ディジタル光スイッチの構
成（Ｘカットの例）に簡単化できることを意味する。
とが非常に魅力的なスイッチ・マトリクスの構成を示
す。ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ．，第ＱＥ−２２巻（１９８６年）、第
９６４〜９６７頁のアール．エー．スパンクの論文“大
形非閉塞光空間スイッチのアーキテクチャ”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
上記スイッチは図４の１×２ディジタル光スイッチの構
成（Ｘカットの例）に簡単化できることを意味する。
【００１９】図４に示すスイッチにおいて、入力単一モ
ードチャネル１３１の中の信号により、２つのモードの
領域１３２の１次モードが励起され、このモードは、３
個の電極１３３，１３４および１３５により適切な電界
を印加することにより（すなわち、１３３，１３５は接
地され、１３４は充分な大きさの正もしくは負の電位と
されるか、あるいは１３４は接地され、１３３，１３５
は充分な大きさの正もしくは負の電位とされる）、最も
高い有効屈折率を持った出力に変換される。もし、マト
リクスが適切に設定されていれば、信号は、好ましくな
い出力信号を形成する前に２個のスイッチの中で消滅す
るので、図３の構成は良好なクロストーク特性を有す
る。（以下に述べる不動態の分割−能動的結合動作の場
合にはこうはならない）。スパンクの論文を参照された
い。
ードチャネル１３１の中の信号により、２つのモードの
領域１３２の１次モードが励起され、このモードは、３
個の電極１３３，１３４および１３５により適切な電界
を印加することにより（すなわち、１３３，１３５は接
地され、１３４は充分な大きさの正もしくは負の電位と
されるか、あるいは１３４は接地され、１３３，１３５
は充分な大きさの正もしくは負の電位とされる）、最も
高い有効屈折率を持った出力に変換される。もし、マト
リクスが適切に設定されていれば、信号は、好ましくな
い出力信号を形成する前に２個のスイッチの中で消滅す
るので、図３の構成は良好なクロストーク特性を有す
る。（以下に述べる不動態の分割−能動的結合動作の場
合にはこうはならない）。スパンクの論文を参照された
い。
【００２０】構成の良好なクロストーク性能により、個
々のスイッチ素子のクロストーク条件は緩和されるが、
これは有利なことである。その理由は、グレインストラ
ンド等の論文に示されているような電子的に調整可能な
方向性結合器を用いることと比べて、ディジタル光スイ
ッチを用いてクロストークを極端に低くすることはより
困難であるからである。
々のスイッチ素子のクロストーク条件は緩和されるが、
これは有利なことである。その理由は、グレインストラ
ンド等の論文に示されているような電子的に調整可能な
方向性結合器を用いることと比べて、ディジタル光スイ
ッチを用いてクロストークを極端に低くすることはより
困難であるからである。
【００２１】スイッチ素子としてディジタル光スイッチ
を使用した図３のスイッチマトリクスの他の一つの重要
な特徴は、一つの入力からいくつかの出力に信号が分配
される一斉同報機能を簡便に実現することができること
である。この場合、マトリクスの最初の半分内のいくつ
か（もしくは全て）のスイッチは３ｄＢ電力分割に設定
されるが、ディジタル光スイッチの場合にはゼロ電圧で
達成される。
を使用した図３のスイッチマトリクスの他の一つの重要
な特徴は、一つの入力からいくつかの出力に信号が分配
される一斉同報機能を簡便に実現することができること
である。この場合、マトリクスの最初の半分内のいくつ
か（もしくは全て）のスイッチは３ｄＢ電力分割に設定
されるが、ディジタル光スイッチの場合にはゼロ電圧で
達成される。
【００２２】上記の結合器（カプラ）又はスイッチのお
のおのには、複雑な構成、手のこんだ実施および／また
は制御、制限されたビットレート容量、および環境に対
する過度の感受性というような欠点がある。
のおのには、複雑な構成、手のこんだ実施および／また
は制御、制限されたビットレート容量、および環境に対
する過度の感受性というような欠点がある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの特徴
は、２つの偏光に対する駆動電圧の均一性が向上され、
同時に、駆動電圧の許容変化幅が大きいことである。こ
の許容幅は、安定な性能と密接に関連している。スイッ
チ状態は、動作点の近くの駆動電圧の変化に対して比較
的に鈍感であり、また、温度変化の影響は、例えば、
「実効」電圧の変化として現われるため、スイッチは良
好な安定性能を有する。したがって、駆動の複雑さ（ド
ライバの数、電圧の許容範囲）は緩和される。
は、２つの偏光に対する駆動電圧の均一性が向上され、
同時に、駆動電圧の許容変化幅が大きいことである。こ
の許容幅は、安定な性能と密接に関連している。スイッ
チ状態は、動作点の近くの駆動電圧の変化に対して比較
的に鈍感であり、また、温度変化の影響は、例えば、
「実効」電圧の変化として現われるため、スイッチは良
好な安定性能を有する。したがって、駆動の複雑さ（ド
ライバの数、電圧の許容範囲）は緩和される。
【００２４】本発明の他の一つの特徴は、改良された製
造公差および（関連した）クロストークと、（スイッチ
を通過する信号の最大ビットレートに対応する）瞬時帯
域幅、および（同時に切換えることができる多くのチャ
ネルを含むことがある全波長領域に対応する）全帯域幅
の両方の帯域幅がおおきくなることである。
造公差および（関連した）クロストークと、（スイッチ
を通過する信号の最大ビットレートに対応する）瞬時帯
域幅、および（同時に切換えることができる多くのチャ
ネルを含むことがある全波長領域に対応する）全帯域幅
の両方の帯域幅がおおきくなることである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来のディジ
タル光スイッチのいくつかの他の欠点を緩和する。例え
ば、２つの偏光間の有効屈折率の差による上記のビット
レートの制限が減少される。また、本発明は、２つの偏
光は通常異なる電気光学係数を有するという事実によ
り、２つの偏光に対して異なった伝達関数を持つという
欠点も緩和する。加えて、本発明は、通常異常屈折率を
生じさせる偏光の効果も緩和する。信号のこの部分は、
Ｌｉの外部への拡散により生じる表面導波作用を受け、
それにより、例えばスイッチ・マトリクス内のスイッチ
の性能が劣化する。しかしながら、本発明では、選定さ
れた配向により、これが回避される。
タル光スイッチのいくつかの他の欠点を緩和する。例え
ば、２つの偏光間の有効屈折率の差による上記のビット
レートの制限が減少される。また、本発明は、２つの偏
光は通常異なる電気光学係数を有するという事実によ
り、２つの偏光に対して異なった伝達関数を持つという
欠点も緩和する。加えて、本発明は、通常異常屈折率を
生じさせる偏光の効果も緩和する。信号のこの部分は、
Ｌｉの外部への拡散により生じる表面導波作用を受け、
それにより、例えばスイッチ・マトリクス内のスイッチ
の性能が劣化する。しかしながら、本発明では、選定さ
れた配向により、これが回避される。
【００２６】本発明のこれらの特徴およびその他の特徴
は、ディジタル光スイッチの基板を形成する電気光学材
料のＸカットもしくは近Ｙカット単結晶ウェハを含む本
発明により達成される。Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ3 の導波路が
ウェハ中に拡散されて、リボン導波路が形成される。こ
れらの導波路は、Ｙ字形を形成し、その屈折率は、それ
に近接して形成された電極により制御される。
は、ディジタル光スイッチの基板を形成する電気光学材
料のＸカットもしくは近Ｙカット単結晶ウェハを含む本
発明により達成される。Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ3 の導波路が
ウェハ中に拡散されて、リボン導波路が形成される。こ
れらの導波路は、Ｙ字形を形成し、その屈折率は、それ
に近接して形成された電極により制御される。
【００２７】
【実施例】光スイッチをＴｉ：ＬｉＮｂＯ3 で製造する
場合、Ｚ軸方向に印加される電界によるＺ軸方向の屈折
率変化に対応する最強の電気光学γ係数（簡略化添字記
号ではγ33、非簡略化添字記号ではγ333 ）を使用でき
るような結晶配向が通常選定される。これらの配向は、
ＺカットＸまたはＹ軸方向伝播、ＹカットＸ軸方向伝
播、およびＸカットＹ軸方向伝播である。例えば、一例
として、ＺカットＹ軸方向伝播とは、伝播が主として結
晶のＹ軸方向に行われ、かつ、表面がＺ軸に直角となる
ように、光チャネルが整列されることを意味する。この
ように方位では、Ｚ軸は伝播方向に直角である。
場合、Ｚ軸方向に印加される電界によるＺ軸方向の屈折
率変化に対応する最強の電気光学γ係数（簡略化添字記
号ではγ33、非簡略化添字記号ではγ333 ）を使用でき
るような結晶配向が通常選定される。これらの配向は、
ＺカットＸまたはＹ軸方向伝播、ＹカットＸ軸方向伝
播、およびＸカットＹ軸方向伝播である。例えば、一例
として、ＺカットＹ軸方向伝播とは、伝播が主として結
晶のＹ軸方向に行われ、かつ、表面がＺ軸に直角となる
ように、光チャネルが整列されることを意味する。この
ように方位では、Ｚ軸は伝播方向に直角である。
【００２８】本発明と従来技術の違いの一つは伝播方向
に対するＺ軸の配向である。本発明では、伝播方向は、
ＸもしくはＹ軸に沿うのではなく、Ｚ軸にほぼ平行であ
る。
に対するＺ軸の配向である。本発明では、伝播方向は、
ＸもしくはＹ軸に沿うのではなく、Ｚ軸にほぼ平行であ
る。
【００２９】例えば、ニオブ酸リチウムのウェハ材料
は、結晶構造を有する。図８に、結晶学的ａ，ｂ，ｃ座
標系と関連した直角、右側座標系Ｘ，Ｙ，Ｚの配向を示
す。この座標系の軸は、Ｘ軸が結晶学的ａ軸の方向を指
示し、Ｚ軸が光軸である結晶学的ｃ軸の方向を指示する
ように選定されている。ニオブ酸リチウムは二重屈折率
を有しその屈折率は回転楕円面で描かれる。楕円面と
Ｘ，Ｙ面との交点は円となり、Ｘ，Ｚ面との交点は楕円
面となり、その主軸は円の直径となる。円の半径に対応
する大きさの屈折率により結晶内のＺ軸方向に単色光線
が生じる。屈折率の大きさは、光線の偏光の方向とは無
関係であり、すべての偏向方向の光線が、結晶の中を通
り、等速で伝播する。これに対して、他の方向に伝播す
る光線は、屈折率の大きさがさまざまであることによる
固有の偏光を有し、これらの大きさは伝播方向とＺ軸と
の間の角度に依存する。方向が同じで偏光面が異なる光
線が異なる速度で結晶中を伝播する。その結果、両方の
固有偏光に電力を含んでいる光パルスは、伝播方向がＺ
軸方向からそれている場合には、結晶中で通過する時
に、パルスが長くされる。それにより、結晶材料ででき
た構成素子が作動できる高パルス周波数が制限される。
は、結晶構造を有する。図８に、結晶学的ａ，ｂ，ｃ座
標系と関連した直角、右側座標系Ｘ，Ｙ，Ｚの配向を示
す。この座標系の軸は、Ｘ軸が結晶学的ａ軸の方向を指
示し、Ｚ軸が光軸である結晶学的ｃ軸の方向を指示する
ように選定されている。ニオブ酸リチウムは二重屈折率
を有しその屈折率は回転楕円面で描かれる。楕円面と
Ｘ，Ｙ面との交点は円となり、Ｘ，Ｚ面との交点は楕円
面となり、その主軸は円の直径となる。円の半径に対応
する大きさの屈折率により結晶内のＺ軸方向に単色光線
が生じる。屈折率の大きさは、光線の偏光の方向とは無
関係であり、すべての偏向方向の光線が、結晶の中を通
り、等速で伝播する。これに対して、他の方向に伝播す
る光線は、屈折率の大きさがさまざまであることによる
固有の偏光を有し、これらの大きさは伝播方向とＺ軸と
の間の角度に依存する。方向が同じで偏光面が異なる光
線が異なる速度で結晶中を伝播する。その結果、両方の
固有偏光に電力を含んでいる光パルスは、伝播方向がＺ
軸方向からそれている場合には、結晶中で通過する時
に、パルスが長くされる。それにより、結晶材料ででき
た構成素子が作動できる高パルス周波数が制限される。
【００３０】上方パルス周波数の高い素子を得るため
に、本発明により、導波路１８１〜１８３の方向がＺ軸
の方向と実質的に一致するように、ウェハの配向が選定
される。光波の振動モード、すなわち表面に平行に偏光
されたＴＥモードおよび表面に直角に偏光されたＴＭモ
ード、はこの場合ほぼ共通の伝播速度を有する。光が与
えられた導波路内を進行する程度は、結晶内に誘起され
る電界により影響される。弱電界に対するポッケルの効
果にしたがって、電界により屈折率楕円面の形状が変え
られる。
に、本発明により、導波路１８１〜１８３の方向がＺ軸
の方向と実質的に一致するように、ウェハの配向が選定
される。光波の振動モード、すなわち表面に平行に偏光
されたＴＥモードおよび表面に直角に偏光されたＴＭモ
ード、はこの場合ほぼ共通の伝播速度を有する。光が与
えられた導波路内を進行する程度は、結晶内に誘起され
る電界により影響される。弱電界に対するポッケルの効
果にしたがって、電界により屈折率楕円面の形状が変え
られる。
【００３１】最も一般的な３次元の例では、２７のテン
ソル要素を有する第３ランクのテンソルにより、変化が
数学的に記述される。それは通常γij,kとして示され、
ここで添字ｉ，ｊ，ｋの想定値は、１，２もしくは３で
ある。添字は、直角、右側座標系に関連している。（最
初の２つの添字は、いわゆる簡略化添字では、一緒にま
とめられることもあり、１，１は１、２，２は２、３，
３は３、２，３は４、１，３は５、１，２は６として示
される）。テンソル要素γi,j,k は、電位差当りの長さ
（ボルト当りｍ）の物理的ディメンションを有し、それ
は電界により得られる振動モードの間の変化の測定値で
ある。屈折率のこのような変化は、スイッチングを実施
できるように振動モードＴＭ，ＴＥに対して影響を与え
る。
ソル要素を有する第３ランクのテンソルにより、変化が
数学的に記述される。それは通常γij,kとして示され、
ここで添字ｉ，ｊ，ｋの想定値は、１，２もしくは３で
ある。添字は、直角、右側座標系に関連している。（最
初の２つの添字は、いわゆる簡略化添字では、一緒にま
とめられることもあり、１，１は１、２，２は２、３，
３は３、２，３は４、１，３は５、１，２は６として示
される）。テンソル要素γi,j,k は、電位差当りの長さ
（ボルト当りｍ）の物理的ディメンションを有し、それ
は電界により得られる振動モードの間の変化の測定値で
ある。屈折率のこのような変化は、スイッチングを実施
できるように振動モードＴＭ，ＴＥに対して影響を与え
る。
【００３２】本発明による光スイッチは、偏光無依存で
ある。単結晶ウェハの配向は次のように選定される。
ある。単結晶ウェハの配向は次のように選定される。
【００３３】結晶学的Ｘ，ＹもしくはＺ軸に沿わないチ
ャネルの配向が選定されると、（チャネル内の２つの偏
光に対する）「有効」電気光学テンソルは（Ｘ，Ｙ，Ｚ
（１，２，３）における）「従来の」γ係数の線形結合
となる。
ャネルの配向が選定されると、（チャネル内の２つの偏
光に対する）「有効」電気光学テンソルは（Ｘ，Ｙ，Ｚ
（１，２，３）における）「従来の」γ係数の線形結合
となる。
【００３４】Ｚ軸近傍の伝播方向がＹ−Ｚ平面内にあっ
て、チャネルの中心軸が負のＹ軸と正のＺ軸との間で、
正のＺ軸から角度θだけそれた方向を指すように選定さ
れた場合におけるチャネルモードにより生じる２つの偏
光のそれぞれに対する有効γ係数を図６に示す。図から
分かるように、θ＝０の時にγ係数の符号は異なり、そ
れはディジタル光スイッチとして純粋にＺ軸方向の伝播
の配向は使用できないことを意味する（それは、別々の
偏光が別々のポートへ導かれて、スイッチではなくな
り、偏光分割器となるためである）。しかしながら、角
度θを、ほぼ１０°まで増加させると、実効電気光学係
数と同じ大きさおよび符号が得られる。したがって、こ
の伝播方向をディジタル光スイッチに使用することがで
きる。ただし、これによって確定されるのは伝播方向だ
けであり、結晶カットについては、基本的に２つの異な
る方法を選定するこてができ、その両方とも興味深い
（２つの結晶カットしか興味がない理由は、電極を介し
て適切な電界を与えられるようにしなければならないか
らである）。もちろん、ここに記載されたものと同等な
結晶カットもある（例えば提案される任意のカットにお
いて、基板をさかさまにするか、もしくは、光伝播方向
を反転させた場合である）。
て、チャネルの中心軸が負のＹ軸と正のＺ軸との間で、
正のＺ軸から角度θだけそれた方向を指すように選定さ
れた場合におけるチャネルモードにより生じる２つの偏
光のそれぞれに対する有効γ係数を図６に示す。図から
分かるように、θ＝０の時にγ係数の符号は異なり、そ
れはディジタル光スイッチとして純粋にＺ軸方向の伝播
の配向は使用できないことを意味する（それは、別々の
偏光が別々のポートへ導かれて、スイッチではなくな
り、偏光分割器となるためである）。しかしながら、角
度θを、ほぼ１０°まで増加させると、実効電気光学係
数と同じ大きさおよび符号が得られる。したがって、こ
の伝播方向をディジタル光スイッチに使用することがで
きる。ただし、これによって確定されるのは伝播方向だ
けであり、結晶カットについては、基本的に２つの異な
る方法を選定するこてができ、その両方とも興味深い
（２つの結晶カットしか興味がない理由は、電極を介し
て適切な電界を与えられるようにしなければならないか
らである）。もちろん、ここに記載されたものと同等な
結晶カットもある（例えば提案される任意のカットにお
いて、基板をさかさまにするか、もしくは、光伝播方向
を反転させた場合である）。
【００３５】図６に示すように、本発明の最初の実施例
で提案された結晶カットはＸカットであり、チャネル配
向は、２つのチャネルモードに対して等しい実効γ係数
に対応している（それはほぼ等しいことであり、「等し
い」点における厳密な動作は不要である）。この結晶カ
ットを選択する理由は、Ｘカット材料は、実際の使用
上、選択を簡単にする標準的配向であるからである。
で提案された結晶カットはＸカットであり、チャネル配
向は、２つのチャネルモードに対して等しい実効γ係数
に対応している（それはほぼ等しいことであり、「等し
い」点における厳密な動作は不要である）。この結晶カ
ットを選択する理由は、Ｘカット材料は、実際の使用
上、選択を簡単にする標準的配向であるからである。
【００３６】図５に、本発明によるディジタル光スイッ
チの第１の実施例を示す。スイッチは、電気光学材料の
Ｘカット、単結晶ウェハ１８０により構成され、その上
にＬｉＮｂＯ3 電気光学材料にＴｉを拡散させることに
より、リボン形導波路１１８１〜１８３が形成されてい
る。導波路１８１〜１８３はＹ字形とされ、ウェハの上
面において、ウェハのＺ軸にほぼ平行な第１の導波路１
８１を含んでいる。この第１の導波路１８１は、Ｙ形状
の脚を形成する。第２および第３の導波路１８２，１８
３がウェハの上面に形成されている。第２および第３の
導波路１８２，１８３は、中間位置で第１の導波路１８
１と交差することにより、Ｙ形状の腕を形成する。電圧
を印加する第１の電極１８６がＹ形状の分岐間部に形成
されている。第１の電極１８６はウェハ１８０の上面に
形成され、実質的に第２および第３の導波路１８２，１
８３の間にはさまれている。第２および第３の電極１８
４，１８８は、Ｙ形状の腕を形成する第２および第３の
導波路１８２，１８３の外側の縁部、すなわち境界に隣
接して形成されている。これらの電極１８４，１８８
は、接地され、第２および第３の導波路１８２，１８３
を間にして第１の電極と対向する位置にある。一般的
に、接地する電極と電位を印加する電極とは交換でき
る。
チの第１の実施例を示す。スイッチは、電気光学材料の
Ｘカット、単結晶ウェハ１８０により構成され、その上
にＬｉＮｂＯ3 電気光学材料にＴｉを拡散させることに
より、リボン形導波路１１８１〜１８３が形成されてい
る。導波路１８１〜１８３はＹ字形とされ、ウェハの上
面において、ウェハのＺ軸にほぼ平行な第１の導波路１
８１を含んでいる。この第１の導波路１８１は、Ｙ形状
の脚を形成する。第２および第３の導波路１８２，１８
３がウェハの上面に形成されている。第２および第３の
導波路１８２，１８３は、中間位置で第１の導波路１８
１と交差することにより、Ｙ形状の腕を形成する。電圧
を印加する第１の電極１８６がＹ形状の分岐間部に形成
されている。第１の電極１８６はウェハ１８０の上面に
形成され、実質的に第２および第３の導波路１８２，１
８３の間にはさまれている。第２および第３の電極１８
４，１８８は、Ｙ形状の腕を形成する第２および第３の
導波路１８２，１８３の外側の縁部、すなわち境界に隣
接して形成されている。これらの電極１８４，１８８
は、接地され、第２および第３の導波路１８２，１８３
を間にして第１の電極と対向する位置にある。一般的
に、接地する電極と電位を印加する電極とは交換でき
る。
【００３７】第１の電極１８６に強い電圧を印加する
と、誘起された電磁界により導波路の屈折率が変化し、
同業者には公知であるように、入射光は一つの導波路か
ら他の導波路へ切換えられる。
と、誘起された電磁界により導波路の屈折率が変化し、
同業者には公知であるように、入射光は一つの導波路か
ら他の導波路へ切換えられる。
【００３８】導波路１８１〜１８３の伝播方向は、ウェ
ハ１８０のＺ軸に対して角度θを形成する。この角度は
好ましく０〜２０°の鋭角である。前記したように、第
１の導波路１８１の伝播方向とＺ軸との間に形成される
鋭角θはほぼ１０°とすることが最も望ましい。
ハ１８０のＺ軸に対して角度θを形成する。この角度は
好ましく０〜２０°の鋭角である。前記したように、第
１の導波路１８１の伝播方向とＺ軸との間に形成される
鋭角θはほぼ１０°とすることが最も望ましい。
【００３９】前記したように、図５に示した構成による
配向に対する実効γ係数（伝播方向に直角な方向におけ
る電気光学係数）をＺ軸と伝播方向との間の角度θの関
数として図６に示す。破線はＴＥモードの実効γ係数を
表わし実線はＴＭモードの実効γ係数を表わす。図から
知られるように、この実施例に対しては、Ｚ軸と伝播方
向との間の角度θは、おおよそ１０°が最良である。
配向に対する実効γ係数（伝播方向に直角な方向におけ
る電気光学係数）をＺ軸と伝播方向との間の角度θの関
数として図６に示す。破線はＴＥモードの実効γ係数を
表わし実線はＴＭモードの実効γ係数を表わす。図から
知られるように、この実施例に対しては、Ｚ軸と伝播方
向との間の角度θは、おおよそ１０°が最良である。
【００４０】そこでは、２つの偏光に対する実効γ係数
は符号および大きさが共に等しい。「純粋な」Ｚ軸方向
伝播（θ＝０°）では、大きさは等しいが符号が反対で
ある。γ係数が同じであることは、２つの偏光に対する
伝達関数が同じであることを意味し、小さい信号の変調
が可能となる。Ｚ軸が伝播方向に対して直角である配向
に較べて、２つのモードに対する実効屈折率は、はるか
に互いに近接しているため、はるかに高いビットレート
を使用しない限り、前記の帯域幅の制限は目立たない。
また、光が本質的に通常の屈折率を持つため、外部拡散
の問題はずっとゆるやかになる。一方、これらの利点
は、従来の偏光無依存ディジタル光スイッチよりも３０
％程度高い高目の駆動電圧の使用の代償として達成され
る。他方、図５の配向において存在する半漏洩モードに
よって、基板モードへの偏向結合に基くＴＥ偏光に対す
る高い余分の損失、すなわち、ＴＥ−ＴＭ結合に基く余
分の損失（Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎ，第２７巻、（１９７８年）、第３５３〜３５６頁の
ジュー．トロキー、エム．カダの論文“ＬｉＮｂＯ3 型
の異方性光導波路内の導波半漏洩モード”に記載）が生
じる。しかしながら、もし結晶配向が伝播方向のまわり
に９０°回転されたならば、この欠点の無い配向が得ら
れる（例えば、前記トロキーの論文を参照されたい）。
結果として得られる配向は、近Ｙカット、近Ｚ軸方向伝
播の場合となり、それは本発明の第２のバージョンに対
応している。（図６においては、Ｘカットの場合を想定
し、そこで行われるＴＥおよびＴＥ偏光の割当の関係を
図解している。）この配向および正しいγ係数を使用し
たスイッチを図７に示す。
は符号および大きさが共に等しい。「純粋な」Ｚ軸方向
伝播（θ＝０°）では、大きさは等しいが符号が反対で
ある。γ係数が同じであることは、２つの偏光に対する
伝達関数が同じであることを意味し、小さい信号の変調
が可能となる。Ｚ軸が伝播方向に対して直角である配向
に較べて、２つのモードに対する実効屈折率は、はるか
に互いに近接しているため、はるかに高いビットレート
を使用しない限り、前記の帯域幅の制限は目立たない。
また、光が本質的に通常の屈折率を持つため、外部拡散
の問題はずっとゆるやかになる。一方、これらの利点
は、従来の偏光無依存ディジタル光スイッチよりも３０
％程度高い高目の駆動電圧の使用の代償として達成され
る。他方、図５の配向において存在する半漏洩モードに
よって、基板モードへの偏向結合に基くＴＥ偏光に対す
る高い余分の損失、すなわち、ＴＥ−ＴＭ結合に基く余
分の損失（Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎ，第２７巻、（１９７８年）、第３５３〜３５６頁の
ジュー．トロキー、エム．カダの論文“ＬｉＮｂＯ3 型
の異方性光導波路内の導波半漏洩モード”に記載）が生
じる。しかしながら、もし結晶配向が伝播方向のまわり
に９０°回転されたならば、この欠点の無い配向が得ら
れる（例えば、前記トロキーの論文を参照されたい）。
結果として得られる配向は、近Ｙカット、近Ｚ軸方向伝
播の場合となり、それは本発明の第２のバージョンに対
応している。（図６においては、Ｘカットの場合を想定
し、そこで行われるＴＥおよびＴＥ偏光の割当の関係を
図解している。）この配向および正しいγ係数を使用し
たスイッチを図７に示す。
【００４１】図７に近Ｙカット、近Ｚ軸方向伝播のディ
ジタル光スイッチを示す。この配向では、図５のスイッ
チに影響を及ぼす半漏洩モードによる過剰損失が回避さ
れる。この本発明の実施例では、光スイッチは、Ｘ軸が
その表面内にあるＬｉＮｂＯ 3 電気光学材料の近Ｙカッ
ト単結晶ウェハ１９０を含んでいる。
ジタル光スイッチを示す。この配向では、図５のスイッ
チに影響を及ぼす半漏洩モードによる過剰損失が回避さ
れる。この本発明の実施例では、光スイッチは、Ｘ軸が
その表面内にあるＬｉＮｂＯ 3 電気光学材料の近Ｙカッ
ト単結晶ウェハ１９０を含んでいる。
【００４２】ウェハ上面の第１の導波路１９１は、ウェ
ハ１９０のＺ軸にほぼ平行になっている。第２および第
３の導波路１９２，１９３は、ウェハ１９０の上面に形
成され、第１の導波路１９１と交差し、Ｙ形状の腕およ
び脚を形成する。第１の電極１９４は、第２の導波路１
９２の一部分と実質的に一致するようにウェハ表面上に
配置され、第２の電極１９５は、第３の導波路１９３に
隣接し、かつ第３の導波路１９３と実質的に一致するよ
うに配置されている。第１の電極１９４には電圧が印加
され、第２の電極１９５は接地される。第１の電極１９
４に比較的高い電圧を選択的に印加することにより、屈
折率が制御され、リボン形導波路内の光の伝播が制御さ
れる。
ハ１９０のＺ軸にほぼ平行になっている。第２および第
３の導波路１９２，１９３は、ウェハ１９０の上面に形
成され、第１の導波路１９１と交差し、Ｙ形状の腕およ
び脚を形成する。第１の電極１９４は、第２の導波路１
９２の一部分と実質的に一致するようにウェハ表面上に
配置され、第２の電極１９５は、第３の導波路１９３に
隣接し、かつ第３の導波路１９３と実質的に一致するよ
うに配置されている。第１の電極１９４には電圧が印加
され、第２の電極１９５は接地される。第１の電極１９
４に比較的高い電圧を選択的に印加することにより、屈
折率が制御され、リボン形導波路内の光の伝播が制御さ
れる。
【００４３】第１、第２および第３の導波路１９１〜１
９３はＬｉＮｂＯ3 ウェハにＴｉを拡散して形成され
る。
９３はＬｉＮｂＯ3 ウェハにＴｉを拡散して形成され
る。
【００４４】第１の導波路１９１は、ウェハのＺ軸に対
して鋭角θをなしている。好ましくは、鋭角θの値は０
〜２０°の範囲内とされる。前記の理由で、鋭角θはほ
ぼ１０°とすることが最良である。同様に、ウェハ１９
０の法線は材料のＹ軸に対して０〜２０°、好ましくは
１０°の配向とされる。このスイッチの欠点は、近Ｙカ
ットとするために、特殊な結晶カットを必要とすること
である。それ以外では、このスイッチは、改良された全
帯域幅および安定度と、増加された瞬時帯域幅（両偏光
に対する実効屈折率がほぼ同じ）と、良好な線形性（同
一の両γ係数）と、減少した外部拡散と、低減された半
漏洩モードアクセス損失とを有する。
して鋭角θをなしている。好ましくは、鋭角θの値は０
〜２０°の範囲内とされる。前記の理由で、鋭角θはほ
ぼ１０°とすることが最良である。同様に、ウェハ１９
０の法線は材料のＹ軸に対して０〜２０°、好ましくは
１０°の配向とされる。このスイッチの欠点は、近Ｙカ
ットとするために、特殊な結晶カットを必要とすること
である。それ以外では、このスイッチは、改良された全
帯域幅および安定度と、増加された瞬時帯域幅（両偏光
に対する実効屈折率がほぼ同じ）と、良好な線形性（同
一の両γ係数）と、減少した外部拡散と、低減された半
漏洩モードアクセス損失とを有する。
【００４５】典型的に、特定のタイプのスイッチ素子と
配向および導波路のパラメータとに対して一定の電圧・
長さ積がある。これはデバイスの長さを２倍にする（例
えば、ディジタル光スイッチのＹ分岐の発散角度を２倍
にする）、特定のスイッチ状態を達成するために要する
電圧を半分にできることを意味する。ＬｉＮｂＯ3 ディ
ジタル光スイッチに対する代表的な数値として、発散角
度（Ｙ分岐の脚間角度）が０．００４ラジアンであるス
イッチにおいて、ほぼ−１５ｄＢのクロストークに対し
（Ｘカット、Ｙ軸方向伝播の例の場合）、通常の偏光を
切換えるのに要する電圧（高電圧を必要とする）は＋／
−６０ボルトである。本発明においては、いくらかより
高い電圧（３０％程度高い）が予想される。
配向および導波路のパラメータとに対して一定の電圧・
長さ積がある。これはデバイスの長さを２倍にする（例
えば、ディジタル光スイッチのＹ分岐の発散角度を２倍
にする）、特定のスイッチ状態を達成するために要する
電圧を半分にできることを意味する。ＬｉＮｂＯ3 ディ
ジタル光スイッチに対する代表的な数値として、発散角
度（Ｙ分岐の脚間角度）が０．００４ラジアンであるス
イッチにおいて、ほぼ−１５ｄＢのクロストークに対し
（Ｘカット、Ｙ軸方向伝播の例の場合）、通常の偏光を
切換えるのに要する電圧（高電圧を必要とする）は＋／
−６０ボルトである。本発明においては、いくらかより
高い電圧（３０％程度高い）が予想される。
【００４６】鋭角の範囲を０〜２０°として、興味を持
ち得るケースをカバーすることができる。図６から分か
るように、この角度が非常に小さい（例えば、４°より
も小さい）と、実効電気光学係数の正しい相対符号が得
られない。
ち得るケースをカバーすることができる。図６から分か
るように、この角度が非常に小さい（例えば、４°より
も小さい）と、実効電気光学係数の正しい相対符号が得
られない。
【００４７】図９は、Ｘカット、近Ｚ軸方向伝播の２×
２ディジタル光スイッチ２００を有する本発明の第３の
実施例を示す。ディジタル光スイッチ２００は単結晶Ｌ
ｉＮｂＯ3 ウェハを含み、その上に、Ｔｉのリボン形ガ
イドが、一方の側では非対称Ｙ分岐導波路２０１として
形成され、他方の側では対称Ｙ分岐導波路２０２として
形成されている。後の分岐２０２は、電極２０３，２０
４，２０５間に電界を発生させることにより非対称にす
ることができる。
２ディジタル光スイッチ２００を有する本発明の第３の
実施例を示す。ディジタル光スイッチ２００は単結晶Ｌ
ｉＮｂＯ3 ウェハを含み、その上に、Ｔｉのリボン形ガ
イドが、一方の側では非対称Ｙ分岐導波路２０１として
形成され、他方の側では対称Ｙ分岐導波路２０２として
形成されている。後の分岐２０２は、電極２０３，２０
４，２０５間に電界を発生させることにより非対称にす
ることができる。
【００４８】それぞれの分岐２０１，２０２は接続され
てＸ形状を形成し、この分岐は、ウェハのＺ軸に対して
鋭角をなす軸に対してほぼ対称とされる。鋭角は、他の
実施例のように、０〜２０°の範囲内であり、好ましく
は１０°である。
てＸ形状を形成し、この分岐は、ウェハのＺ軸に対して
鋭角をなす軸に対してほぼ対称とされる。鋭角は、他の
実施例のように、０〜２０°の範囲内であり、好ましく
は１０°である。
【００４９】断熱変換であれば、非対称Ｙ分岐２０１は
モード分類を行う。したがって、実効屈折率が最も高い
入力導波路のチャネルモードは、分岐に沿って徐々に変
換され、チャネルが互いに接近し、影響を及し合う２つ
のモード領域の１次局部正規モード（基本モード）へと
変化する（局部正規モード間には電力の転送はなく、大
きく分類した場合には、１次モードはチャネル・モード
の形状を有する）。同様に、他のチャネルのモードは、
２次モードに変化する。したがって、幅の広いチャネル
の信号は中間領域の１次モードに変化し、幅の狭いチャ
ネルの信号は中間領域の２次モードに変化する。スイッ
チ２００の他方の半分２０２も非対称であれば（すなわ
ち、奇屈折率摂動が誘起される）、電極２０５に電圧を
印加し、かつ、電極２０３および２０４を接地する（も
しくはその逆とする）ことにより、（幅の広い入力チャ
ネルに対応する）中間領域の１次モードは、屈折率が最
も高い出力チャネルに変化し、逆に、２次モードは屈折
率が最も低い出力チャネルに変化する。
モード分類を行う。したがって、実効屈折率が最も高い
入力導波路のチャネルモードは、分岐に沿って徐々に変
換され、チャネルが互いに接近し、影響を及し合う２つ
のモード領域の１次局部正規モード（基本モード）へと
変化する（局部正規モード間には電力の転送はなく、大
きく分類した場合には、１次モードはチャネル・モード
の形状を有する）。同様に、他のチャネルのモードは、
２次モードに変化する。したがって、幅の広いチャネル
の信号は中間領域の１次モードに変化し、幅の狭いチャ
ネルの信号は中間領域の２次モードに変化する。スイッ
チ２００の他方の半分２０２も非対称であれば（すなわ
ち、奇屈折率摂動が誘起される）、電極２０５に電圧を
印加し、かつ、電極２０３および２０４を接地する（も
しくはその逆とする）ことにより、（幅の広い入力チャ
ネルに対応する）中間領域の１次モードは、屈折率が最
も高い出力チャネルに変化し、逆に、２次モードは屈折
率が最も低い出力チャネルに変化する。
【００５０】出力Ｙ分岐非対称性は電気光学的に変えら
れるので、屈折率摂動が充分大きく、かつ、変換が断熱
的であれば、デバイスは２×２スイッチとして作動す
る。電極にゼロ電圧を印加すると、両信号に対して３ｄ
Ｂの分割が生じる。
れるので、屈折率摂動が充分大きく、かつ、変換が断熱
的であれば、デバイスは２×２スイッチとして作動す
る。電極にゼロ電圧を印加すると、両信号に対して３ｄ
Ｂの分割が生じる。
【００５１】図１０に近Ｙカット、近Ｚ軸方向伝播モー
ドの分類スイッチ２１０である本発明の第４の実施例を
示す。モード分類スイッチ２１０は、２×２ディジタル
光スイッチとして作動し、かつ、ＬｉＮｂＯ3 ウェハを
含み、その中では、一方の側に、拡散チタンのリボン形
光ガイドが非対称Ｙ分岐導波路２１１として形成され、
他方の側に、対称Ｙ分岐導波路２１２として形成されて
いる。後の分岐２１２は、電極２１３，２１４を用い
て、電界を印加することにより非対称性とすることがで
きる。
ドの分類スイッチ２１０である本発明の第４の実施例を
示す。モード分類スイッチ２１０は、２×２ディジタル
光スイッチとして作動し、かつ、ＬｉＮｂＯ3 ウェハを
含み、その中では、一方の側に、拡散チタンのリボン形
光ガイドが非対称Ｙ分岐導波路２１１として形成され、
他方の側に、対称Ｙ分岐導波路２１２として形成されて
いる。後の分岐２１２は、電極２１３，２１４を用い
て、電界を印加することにより非対称性とすることがで
きる。
【００５２】第３の実施例と同様に、各分岐２１１，２
１２は、互いに接続されてＸ形状を形成し、分岐はウェ
ハのＺ軸に対して鋭角をなす軸に対してほぼ対称とされ
ている。鋭角は他の実施例と同様に０〜２０°の範囲内
とされ、好ましくは１０°とされる。同様に、ウェハ１
９０の法線は材料のＹ軸に対して０〜２０°、好ましく
はほぼ１０°の配向とされる。
１２は、互いに接続されてＸ形状を形成し、分岐はウェ
ハのＺ軸に対して鋭角をなす軸に対してほぼ対称とされ
ている。鋭角は他の実施例と同様に０〜２０°の範囲内
とされ、好ましくは１０°とされる。同様に、ウェハ１
９０の法線は材料のＹ軸に対して０〜２０°、好ましく
はほぼ１０°の配向とされる。
【００５３】第３の実施例と同様に、変換が断熱的であ
れば、非対称Ｙ分岐はモード分類を行い、屈折率が最も
高い入力導波路のチャネルモードは、分岐に沿って徐々
に変換され、チャネルが互いに接近して影響を及し合う
２つのモード領域の１次局部正規モード（基本モード）
に変化する（局部正規モード間には電力の転送はなく、
大きく分離した場合には、１次モード（すなわち、第１
の高次モード）はチャネル・モードの形状を有する）。
同様に、他のチャネルのモードは、２次モードへ変化す
る。したがって、幅の広いチャネルの信号は、中間領域
の１次モードに変化し、幅の狭いチャネルの信号は、中
間領域の２次モードに変化する。電極２１３および２１
４へ電圧を印加してスイッチ２１０の他の半分の２１２
も非対称とされる（即ち、奇の屈折率摂動が誘起され
る）と、中間領域の１次モードは屈折率が最も高い出力
チャネルに変化し、逆に、２次モードは屈折率が最も低
い出力チャネルに変化する。
れば、非対称Ｙ分岐はモード分類を行い、屈折率が最も
高い入力導波路のチャネルモードは、分岐に沿って徐々
に変換され、チャネルが互いに接近して影響を及し合う
２つのモード領域の１次局部正規モード（基本モード）
に変化する（局部正規モード間には電力の転送はなく、
大きく分離した場合には、１次モード（すなわち、第１
の高次モード）はチャネル・モードの形状を有する）。
同様に、他のチャネルのモードは、２次モードへ変化す
る。したがって、幅の広いチャネルの信号は、中間領域
の１次モードに変化し、幅の狭いチャネルの信号は、中
間領域の２次モードに変化する。電極２１３および２１
４へ電圧を印加してスイッチ２１０の他の半分の２１２
も非対称とされる（即ち、奇の屈折率摂動が誘起され
る）と、中間領域の１次モードは屈折率が最も高い出力
チャネルに変化し、逆に、２次モードは屈折率が最も低
い出力チャネルに変化する。
【００５４】出力Ｙ分岐非対称性が電気光学的に変えら
れるので、屈折率の摂動が充分大きく、かつ、変換が断
熱的であれば、デバイスは２×２スイッチとして作動す
る。電極にゼロ電圧を印加すると、両信号に対して３ｄ
Ｂの分割が生じる。
れるので、屈折率の摂動が充分大きく、かつ、変換が断
熱的であれば、デバイスは２×２スイッチとして作動す
る。電極にゼロ電圧を印加すると、両信号に対して３ｄ
Ｂの分割が生じる。
【００５５】これらのスイッチに関して「ディジタル」
という用語は伝達関数と関連している（スイッチに加え
られた電力は、印加電圧の関数として出力される）。方
向性結合器のような干渉計形スイッチについては、電圧
応答が振動する伝達関数が得られる。ディジタル光スイ
ッチの場合には、モードの展開に基くモード分類動作が
示され、この振動は得られないことを意味する（特別な
場合として、屈折率の差が充分大きければ、たとい屈折
率の差が更に増加したとしても、全スイッチングが行わ
れて変化は起こらない）。したがって、伝達関数は「デ
ィジタル」となる。
という用語は伝達関数と関連している（スイッチに加え
られた電力は、印加電圧の関数として出力される）。方
向性結合器のような干渉計形スイッチについては、電圧
応答が振動する伝達関数が得られる。ディジタル光スイ
ッチの場合には、モードの展開に基くモード分類動作が
示され、この振動は得られないことを意味する（特別な
場合として、屈折率の差が充分大きければ、たとい屈折
率の差が更に増加したとしても、全スイッチングが行わ
れて変化は起こらない）。したがって、伝達関数は「デ
ィジタル」となる。
【００５６】特定実施例について本発明を開示し説明し
てきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、変更や
修正を行うことができる。本発明の精神および範囲内に
含まれるこのような変更や修正は、全て特許請求の範囲
内に含まれる。
てきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、変更や
修正を行うことができる。本発明の精神および範囲内に
含まれるこのような変更や修正は、全て特許請求の範囲
内に含まれる。
【図１】従来のディジタル光２×２スイッチを示す図。
【図２】図１に示したディジタル光スイッチに対し実験
により得られた伝達関数グラフ。
により得られた伝達関数グラフ。
【図３】スイッチ・ツリーの構成を示す図。
【図４】図３に示したツリー構成において使用される１
×２ディジタル光スイッチを示す図。
×２ディジタル光スイッチを示す図。
【図５】Ｘカット、近Ｚ軸方向伝播のディジタル光スイ
ッチを使用した本発明の第１の実施例のディジタル光ス
イッチを示す図。
ッチを使用した本発明の第１の実施例のディジタル光ス
イッチを示す図。
【図６】Ｚ軸と伝播方向との間の角度の関数として、図
５に示したスイッチの実効γ係数を示すグラフ。
５に示したスイッチの実効γ係数を示すグラフ。
【図７】近Ｙカット、近Ｚ軸方向伝播のディジタル光ス
イッチを使用した本発明の第２の実施例を示す図。
イッチを使用した本発明の第２の実施例を示す図。
【図８】ＬｉＮｂＯ3 の座標系の結晶構造および方位を
示す図。
示す図。
【図９】Ｘカット、近Ｚ軸方向伝播の２×２ディジタル
光スイッチを使用した本発明の第３の実施例を示す図。
光スイッチを使用した本発明の第３の実施例を示す図。
【図１０】近Ｙカット、近Ｚ軸方向伝播の２×２ディジ
タル光スイッチを使用した本発明の第４の実施例を示す
図。
タル光スイッチを使用した本発明の第４の実施例を示す
図。
１００ モード分類スイッチ １０１ 非対称Ｙ分岐導波路 １０２ 対称Ｙ分岐導波路 １０３ 電極 １０４ 電極 １３１ 入力単一モードチャネル １３２ モードの領域 １３３ 電極 １３４ 電極 １３５ 電極 １８０ Ｘカット単結晶ウェハ １８１ 導波路 １８２ 導波路 １８３ 導波路 １８４ 電極 １８６ 電極 １８８ 電極 １９０ 近Ｙカット単結晶ウェハ １９１ 導波路 １９２ 導波路 １９３ 導波路 １９４ 電極 １９５ 電極 ２００ Ｘカット、近Ｚ軸方向伝播の２×２ディジタル
光スイッチ ２０１ 非対称Ｙ分岐導波路 ２０２ 対称Ｙ分岐導波路 ２０３ 電極 ２０４ 電極 ２０５ 電極 ２１０ 近Ｙカット近Ｚ軸方向伝播モードの分類スイッ
チ ２１１ 非対称Ｙ分岐導波路 ２１２ 対称Ｙ分岐導波路 ２１３ 電極 ２１４ 電極
光スイッチ ２０１ 非対称Ｙ分岐導波路 ２０２ 対称Ｙ分岐導波路 ２０３ 電極 ２０４ 電極 ２０５ 電極 ２１０ 近Ｙカット近Ｚ軸方向伝播モードの分類スイッ
チ ２１１ 非対称Ｙ分岐導波路 ２１２ 対称Ｙ分岐導波路 ２１３ 電極 ２１４ 電極
Claims (48)
- 【請求項１】 電気光学材料のＸカット単結晶ウェハ
と、前記ウェハの上面にある第１の導波路であって、前
記ウェハのＺ軸にほぼ平行な軸を有する前記第１の導波
路と、前記ウェハの上面にある第２およぴ第３の導波路
であって、前記第１の導波路と、前記第２および第３の
導波路とは、それぞれＹ字形状の脚および腕の方向をも
って互いに交差する前記第２および第３の導波路と、前
記第２および第３の導波路に隣接し、かつ、前記第２お
よび第３の導波路により実質的に境界が定められる第１
の電極と、第２および第３の電極であって、前記第２お
よび第３の導波路に隣接し、かつ、前記第２および第３
の電極の各々は前記第２および第３の導波路の一方を間
において、前記第１の電極に対向する前記第２および第
３の電極とを包含する光スイッチ。 - 【請求項２】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
記電気光学材料は偏光依存材料を含む光スイッチ。 - 【請求項３】 請求項２記載の光スイッチにおいて、前
記第１、第２および第３の導波路はＬｉＮｂＯ3 により
構成されている光スイッチ。 - 【請求項４】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
記第２および第３の電極は電気的に接地されている光ス
イッチ。 - 【請求項５】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
記第１の電極に電圧が印加される光スイッチ。 - 【請求項６】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
記第２および第３の電極に電圧が印加される光スイッ
チ。 - 【請求項７】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
記第１の電極は電気的に接地されている光スイッチ。 - 【請求項８】 請求項１記載の光スイッチにおいて、前
記第１の導波路の前記軸は、前記ウェハの前記Ｚ軸に対
して鋭角をなしている光スイッチ。 - 【請求項９】 請求項８記載の光スイッチにおいて、前
記鋭角は０〜２０°の範囲内の値である光スイッチ。 - 【請求項１０】 請求項８記載の光スイッチにおいて、
前記鋭角はほぼ１０°である光スイッチ。 - 【請求項１１】 電気光学材料の近Ｙカット単結晶ウェ
ハと、前記ウェハの上面にある第１の導波路であって、
前記ウェハのＺ軸にほぼ平行な軸を有する第１の導波路
と、前記ウェハの上面にある第２および第３の導波路で
あって、前記第１の導波路と、前記第２および第３の出
力導波路とは、それぞれＹ字形状の脚および腕の方向を
もって互いに交差する前記第２および第３の導波路と、
前記第２の導波路に隣接し、かつ、実質的に該第２の導
波路に重なるように配置された第１の電極と、前記第３
の導波路に隣接し、かつ、実質的に該第３の導波路に重
なるように配置された第２の電極とを包含する光スイッ
チ。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の光スイッチにおい
て、前記電気光学材料は偏光依存材料を含む光スイッ
チ。 - 【請求項１３】 請求項１２記載の光スイッチにおい
て、前記電気光学材料はＬｉＮｂＯ3 を含む光スイッ
チ。 - 【請求項１４】 請求項１１記載の光スイッチにおい
て、前記第２の電極は電気的に接地されている光スイッ
チ。 - 【請求項１５】 請求項１１記載の光スイッチにおい
て、前記第１の電極に電圧が印加される光スイッチ。 - 【請求項１６】 請求項１１記載の光スイッチにおい
て、前記第２の電極に電圧が印加される光スイッチ。 - 【請求項１７】 請求項１１記載の光スイッチにおい
て、前記第１の電極は電気的に接地されている光スイッ
チ。 - 【請求項１８】 請求項１１記載の光スイッチにおい
て、前記第１の導波路の前記軸は、前記ウェハの前記Ｚ
軸に対して鋭角をなしている光スイッチ。 - 【請求項１９】 請求項１８記載の光スイッチにおい
て、前記鋭角は０〜２０°の範囲内の値である光スイッ
チ。 - 【請求項２０】 請求項１８記載の光スイッチにおい
て、前記鋭角はほぼ１０°である光スイッチ。 - 【請求項２１】 請求項１１記載の光スイッチにおい
て、前記材料のＹ軸は、前記ウェハの上面の法線に対し
て、第２の鋭角をなすことにより前記近Ｙカットを形成
する光スイッチ。 - 【請求項２２】 請求項２１記載の光スイッチにおい
て、前記第２の鋭角は０〜２０°の範囲内の値である光
スイッチ。 - 【請求項２３】 請求項２１記載の光スイッチにおい
て、前記第２の鋭角はほぼ１０°である光スイッチ。 - 【請求項２４】 請求項１１記載の光スイッチにおい
て、前記ウェハのＸ軸は、前記ウェハの上面内にある光
スイッチ。 - 【請求項２５】 電気光学材料のＸカット単結晶ウェハ
と、前記ウェハの上面にある第１、第２、第３および第
４の導波路であって、それぞれＸ字形状の腕の方向をも
って互いに交差し、かつ、前記第１および第２の導波路
のそれぞれに対し、更に前記第３および第４の導波路の
それぞれに対し、ほぼ対称的に位置し、かつ前記ウェハ
のＺ軸とほぼ平行な軸を有する前記第１、第２、第３お
よび第４の導波路と、前記第３および第４の導波路に隣
接し、かつ、前記第３および第４の導波路により実質的
に境界が定められる第１の電極と、第２および第３の電
極であって、前記第３および第４の導波路に隣接し、か
つ、前記第２および第３の電極の各々は前記第３および
第４の導波路の一方を間において、前記第１の電極に対
向する前記第２および第３の電極とを包含する２×２光
スイッチ。 - 【請求項２６】 請求項２５記載の光スイッチにおい
て、前記電気光学材料は偏光依存材料を含む光スイッ
チ。 - 【請求項２７】 請求項２５記載の光スイッチにおい
て、前記第１、第２、第３および第４の導波路はＬｉＮ
ｂＯ3 により構成されている光スイッチ。 - 【請求項２８】 請求項２５記載の光スイッチにおい
て、前記第２および第３の電極は電気的に接地されてい
る光スイッチ。 - 【請求項２９】 請求項２５記載の光スイッチにおい
て、前記第１の電極に電圧が印加される光スイッチ。 - 【請求項３０】 請求項２５記載の光スイッチにおい
て、前記第２および第３の電極に電圧が印加される光ス
イッチ。 - 【請求項３１】 請求項２５記載の光スイッチにおい
て、前記第１の電極は電気的に接地されている光スイッ
チ。 - 【請求項３２】 請求項２５記載の光スイッチにおい
て、前記ほぼ対称的に位置する軸は、前記ウェハのＺ軸
に対して鋭角をなしている光スイッチ。 - 【請求項３３】 請求項３２記載の光スイッチにおい
て、前記鋭角は０〜２０°の範囲内の値である光スイッ
チ。 - 【請求項３４】 請求項３２記載の光スイッチにおい
て、前記鋭角はほぼ１０°である光スイッチ。 - 【請求項３５】 電気光学材料の近Ｙカット単結晶ウェ
ハと、前記ウェハの上面にある第１、第２、第３および
第４の導波路であって、それぞれがＸ字形状の腕の方向
をもって互いに交差し、かつ、前記第１および第２の導
波路のそれぞれに対し、更に前記第３および第４の導波
路のそれぞれに対し、ほぼ対称的に位置し、かつ、前記
ウェハのＺ軸とほぼ平行な軸を有する前記第１、第２、
第３および第４の導波路と、前記第３の導波路に隣接
し、かつ、実質的に該第３の導波路に重なるように配置
された第１の電極と、前記第４の導波路に隣接し、か
つ、実質的に該第４の導波路に重なるように配置された
第２電極とを包含する２×２光スイッチ。 - 【請求項３６】 請求項３５記載の光スイッチにおい
て、電気光学材料は偏光依存材料を含む光スイッチ。 - 【請求項３７】 請求項３６記載の光スイッチにおい
て、前記電気光学材料はＮｉＮｂＯ3 を含む光スイッ
チ。 - 【請求項３８】 請求項３５記載の光スイッチにおい
て、前記第２の電極は電気的に接地されている光スイッ
チ。 - 【請求項３９】 請求項３５記載の光スイッチにおい
て、前記第１の電極に電圧が印加される光スイッチ。 - 【請求項４０】 請求項３５記載の光スイッチにおい
て、前記第２の電極に電圧が印加される光スイッチ。 - 【請求項４１】 請求項３５記載の光スイッチにおい
て、前記第１の電極は電気的に接地されている光スイッ
チ。 - 【請求項４２】 請求項３５記載の光スイッチにおい
て、前記ほぼ対称的に位置する軸は、前記ウェハのＺ軸
に対して鋭角をなしている光スイッチ。 - 【請求項４３】 請求項４２記載の光スイッチにおい
て、前記鋭角は０〜２０°の範囲内の値である光スイッ
チ。 - 【請求項４４】 請求項４２記載の光スイッチにおい
て、前記鋭角はほぼ１０°である光スイッチ。 - 【請求項４５】 請求項３５記載の光スイッチにおい
て、前記材料のＹ軸は、前記ウェハの上面の法線に対し
て、第２の鋭角をなすことにより前記近Ｙカットを形成
する光スイッチ。 - 【請求項４６】 請求項４５記載の光スイッチにおい
て、前記第２の鋭角は０〜２０°の範囲内の値である光
スイッチ。 - 【請求項４７】 請求項４５記載の光スイッチにおい
て、前記第２の鋭角はほぼ１０°である光スイッチ。 - 【請求項４８】 請求項３５記載の光スイッチにおい
て、前記ウェハのＸ軸は、前記ウェハの上面内にある光
スイッチ。
Applications Claiming Priority (2)
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