JPH06202170A - 光スイッチ - Google Patents

光スイッチ

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JPH06202170A
JPH06202170A JP34909892A JP34909892A JPH06202170A JP H06202170 A JPH06202170 A JP H06202170A JP 34909892 A JP34909892 A JP 34909892A JP 34909892 A JP34909892 A JP 34909892A JP H06202170 A JPH06202170 A JP H06202170A
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JP
Japan
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light
optical waveguide
polarization
optical
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP34909892A
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English (en)
Inventor
Yoshio Sugihara
美穂 杉原
Toshiaki Ogura
敏明 小倉
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大面積の基板を必要とせず、光導波路での伝
搬光の損失が少なく、再現性のよい素子作製ができ、ま
た、空間的に光を出力することができる。 【構成】 第1の偏光制御器10の光導波路12が、入射光
を伝搬させ、電極13が、光導波路12に電界を印加するこ
とにより伝搬光の偏波面を変化させ、第1のマイクロプ
リズムアレイ20が、光導波路12の出力光を、その偏光に
応じて分離し、第2の偏光制御器30の光導波路32が、第
1のマイクロプリズムアレイ20の出力光を伝搬させ、電
極33が、光導波路32に電界を印加することにより伝搬光
の偏波面を変化させ、第2のマイクロプリズムアレイ40
が、光導波路32の出力光を、その偏光に応じて第1のマ
イクロプリズムアレイ20の分離方向とは直交する方向に
分離する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ハイビジョンテレビ信
号等を伝送する光ファイバ通信などに用いる光スイッチ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えばハイビジョンテレビ信号を
伝送する光ファイバ通信に用いる光スイッチは、図2に
示すように、Z板のニオブ酸リチウム等の電気光学効果
を有する単結晶基板51上に、チタン等を拡散すること
により、ツリー状に、その基板51より屈折率を高くし
た光導波路52を形成させて作製される。この光導波路
52は、その1つのユニット(1つのスイッチ機能を有
する部分)において、2本の光導波路52が近接した平
行部を持つ方向性結合器型光導波路を構成するように作
製する。さらに、光導波路52の各平行部には、電界印
加用の電極53が近接して設けられている。
【0003】このように構成された光スイッチの動作
は、第一段目のユニットにおいて、一つの光導波路52
より光を入射し、電極53により光導波路52に電界を
印加すると、電気光学効果による屈折率変化によって、
入射された伝搬光がその光導波路52を伝搬せず、他方
の光導波路52に移転する。このようにして、入射光の
光路を切り換え、出力される出射光の伝送経路を変更す
ることができる。これを、ツリー状に多段に作製し、そ
れぞれの電極53の印加電圧を制御することにより、入
力側、又は出力側に多数接続された光の伝搬経路を切り
換える光スイッチを構成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、切り換える伝搬経路が多くなると大面
積の基板を必要とし、また光導波路の曲がりによる伝搬
光の損失も多く、また、長さ、平行部の間隔、屈折率等
の制御パラメータが多いため、光路の切り換えに要する
光導波路の作製条件が厳しく、再現性のよい素子作製が
困難であるという課題がある。
【0005】また、この構成では、出力光が一次元とな
り、空間的(2次元的)に光をスイッチングすること
は、不可能であるという課題がある。
【0006】本発明は、従来の光スイッチのこのような
課題を考慮し、大面積の基板を必要とせず、光導波路で
の伝搬光の損失が少なく、再現性のよい素子作製がで
き、また、空間的に光を出力することができる光スイッ
チを提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の本発明は、入
射された光を伝搬するために、基板上に形成され、その
基板より屈折率が高い電気光学効果を有する光導波路
と、その光導波路に電界を印加することにより伝搬光の
偏波面を変化させるための偏波面制御手段と、光導波路
の出力光を、その偏光に応じて分離する光分離手段とを
備えた光スイッチである。
【0008】請求項2の本発明は、入射された光を伝搬
するために、第1基板上に形成され、その第1基板より
屈折率が高い電気光学効果を有する第1光導波路と、そ
の第1光導波路に電界を印加することにより伝搬光の偏
波面を変化させるための第1偏波面制御手段と、第1光
導波路の出力光を、その偏光に応じて分離する第1光分
離手段と、その第1光分離手段の出力光を伝搬するため
に、第2基板上に形成され、その第2基板より屈折率が
高い電気光学効果を有する第2光導波路と、その第2光
導波路に電界を印加することにより伝搬光の偏波面を変
化させるための第2偏波面制御手段と、第2光導波路の
出力光を、その偏光に応じて第1光分離手段の分離方向
とは実質上直交する方向に分離する第2光分離手段とを
備えた光スイッチである。
【0009】
【作用】請求項1の本発明は、光導波路が、入射された
光を伝搬させ、偏波面制御手段が、光導波路に電界を印
加することにより伝搬光の偏波面を変化させ、光分離手
段が、光導波路の出力光を、その偏光に応じて分離す
る。
【0010】請求項2の本発明は、第1光導波路が、入
射された光を伝搬させ、第1偏波面制御手段が、第1光
導波路に電界を印加することにより伝搬光の偏波面を変
化させ、第1光分離手段が、第1光導波路の出力光を、
その偏光に応じて分離し、第2光導波路が、第1光分離
手段の出力光を伝搬させ、第2偏波面制御手段が、第2
光導波路に電界を印加することにより伝搬光の偏波面を
変化させ、第2光分離手段が、第2光導波路の出力光
を、その偏光に応じて第1光分離手段の分離方向とは実
質上直交する方向に分離する。
【0011】
【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。
【0012】図1は、本発明にかかる一実施例の光スイ
ッチの構成図である。すなわち、光スイッチは2段で構
成され、光の入射側に第1の偏光制御器10が配置され
ている。その偏光制御器10は、ニオブ酸リチウム、P
LZT等の電気光学効果を有する結晶基板11上に、チ
タン熱拡散あるいはプロトン交換等により作製した直線
状の光導波路12が、例えば2本形成され、その光導波
路12の近接した部位には電界を印加するための電極1
3がそれぞれ設けられている。ここで光導波路12の屈
折率は、結晶基板11の屈折率より高く形成されてい
る。又、電極13が第1偏波面制御手段を構成してい
る。
【0013】上記の偏光制御器10の出力光側には、第
1光分離手段である第1のマイクロプリズムアレイ20
が配置され、そのマイクロプリズムアレイ20は、プレ
ス加工によって成形されたきょ歯状部を有するガラス板
22を、きょ歯状部が噛み合うように2枚貼合わせ、そ
の貼合わせた斜面の部分に、2種の誘電体の周期構造に
よる人工異方性媒質21を挟んで作製されている。この
2種の誘電体には、例えば、SiO2 とTiO 2あるい
は、SiO2とMgF2が用いられている。このマイクロ
プリズムアレイ20は、1本の光導波路12からの光に
対して2つのマイクロプリズム(以下、マイクロプリズ
ムアレイ20の1つの斜面を構成する1ブロックをマイ
クロプリズムと呼ぶ)が対応するように設けられ、偏光
方向により伝搬光を2つの方向(ここでは水平方向)に
分離する(すなわち、マイクロプリズムは水平方向に4
つ配置されている)。
【0014】そのマイクロプリズムアレイ20の出力光
側には、第2の偏光制御器30が配置され、その偏光制
御器30は、前述の偏光制御器10と同様に、ニオブ酸
リチウム、PLZT等の電気光学効果を有する結晶基板
31上に、チタン熱拡散あるいはプロトン交換等により
作製した直線状の光導波路32が形成され、その光導波
路32の近接した部位には電界を印加するための電極3
3が設けられている(電極33が第2偏波面制御手段を
構成している)。ここで、光導波路32は、マイクロプ
リズムアレイ20の各マイクロプリズムの出力光を伝搬
できるように配置されている。又、この偏光制御器30
が第1の偏光制御器10と異なるのは光導波路32の本
数であり、偏光制御器10の本数の2倍の本数、すなわ
ち、マイクロプリズムアレイ20のマイクロプリズムの
個数と同数の4本の光導波路32が形成されている。
【0015】その偏光制御器30の光出力側には、第2
光分離手段である第2のマイクロプリズムアレイ40が
配置され、そのマイクロプリズムアレイ40は、プレス
加工によって成形されたきょ歯状部を有するガラス板4
2を、きょ歯状部が噛み合うように2枚貼合わせ、その
貼合わせた斜面の部分に、2種の誘電体の周期構造によ
る人工異方性媒質21を挟んで作製されている。この2
種の誘電体には、例えば、SiO2 とTiO 2あるい
は、SiO2とMgF2が用いられている。このマイクロ
プリズムアレイ40は、1本の光導波路32からの光に
対して2つのマイクロプリズムが対応するように設けら
れ、偏光方向により伝搬光を2つの方向に分離する。こ
こで、第2のマイクロプリズムアレイ40が第1のマイ
クロプリズムアレイ20と異なる点は、光を2つの方向
に分離する方向が、第1のマイクロプリズムアレイ20
の分離する方向とは直交する方向であり、又、1つのマ
イクロプリズムに光が4本とも入射する点である。従っ
て、マイクロプリズムアレイ40のマイクロプリズムは
垂直方向に配置されている。
【0016】次に、上記実施例の光スイッチの動作につ
いて説明する。
【0017】まず、入射光が第1の偏光制御器10の光
導波路12に入射されると、その入射光は光導波路12
内を単一モード伝搬していく。このとき、電極13を介
して電界を印加すると、電気光学効果によって電界に応
じて伝搬光の偏光面が変化する。次に、その出力光が、
マイクロプリズムアレイ20に照射されると、人工異方
性媒質21により、例えばP偏光は通過し、S偏光は反
射するため、偏光方向に応じて光が2つの方向に分離さ
れる。例えば、電極13に電界を印加しない場合、伝搬
光がP偏光であるとすると光はそのまま直進する。次に
電極13に電界を印加した場合、伝搬光の偏波面が変化
してS偏光になるとすると、光は1つ目のマイクロプリ
ズムで直角に反射され、更に2つ目のマイクロプリズム
により再び反射されて隣の経路に出力される。又、電極
13に印加する電界を適当に制御することによって、P
偏光とS偏光とを含む伝搬光に変化させると、それら
P,S偏光の割合に応じて光を分離することができる。
【0018】以上のように分離された光は、各マイクロ
プリズムに対応するように配置された第2の偏光制御器
30の各光導波路32へ入射され、光導波路32内を伝
搬していく。このとき、前述と同様に電極33を介して
電界を印加すると、電気光学効果によって電界に応じて
伝搬光の偏光面が変化する。次に、その出力光が、マイ
クロプリズムアレイ40に照射されると、人工異方性媒
質41により、P偏光は通過し、S偏光は反射するた
め、偏光方向に応じて光が2つの方向に分離される。こ
こで、光が分離する方向は、第1のマイクロプリズムア
レイ20のときとは異なり、前述の方向に対して直交す
る方向に分離される。すなわち、図1に示されるよう
に、出射光において、A点は、第1の偏光制御器10、
第2の偏光制御器30とも、P偏光の場合の光路であ
り、以下、各点の偏光を(第1の偏光、第2の偏光)で
示すと、A点は(P,P)、B点は(P,S)、C点は
(S,P)、D点は(S,S)の場合の光路となり、光
を2次元的(空間的)に分離することができ、小型化が
可能であり、又、光ファイバ通信だけでなく、例えば画
像表示装置等にも応用可能となる。この場合、画像表示
装置の表示速度は、液晶表示装置などと比較すると極め
て高速になる。
【0019】なお、上記実施例では、光導波路、偏波面
制御手段、及び光分離手段等の組合せを1単位として2
段構成としたが、これに限らず、1段のみの構成として
もよい。あるいは又、3段以上の構成としてもよい。
【0020】また、上記実施例では、光分離手段をマイ
クロプリズムアレイにより構成したが、光を偏光に応じ
て分離できれば、これに限定されるものではない。
【0021】また、上記実施例では、マイクロプリズム
アレイのマイクロプリズムをガラス板により形成した
が、これに限らず、例えば、透明樹脂、透明セラミック
ス等の材料を用いてもよい。
【0022】また、上記実施例では、偏光機能膜を2種
の誘電体の周期構造からなる誘電体膜を用いたが、これ
に限らず、偏光機能を有すれば他の材料でもよい。又、
2種の誘電体も、SiO2とTiO2あるいは、SiO2
とMgF2に限定されるものではない。
【0023】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、電気光学効果を有する光導波路と、その光導波
路に電界を印加することにより伝搬光の偏波面を変化さ
せるための偏波面制御手段と、光導波路の出力光を、そ
の偏光に応じて分離する光分離手段とを備えているの
で、大面積の基板を必要とせず、光導波路での伝搬光の
損失が少なく、再現性のよい素子作製ができるという長
所を有する。
【0024】また、光スイッチを多段とすることによ
り、空間的に光を分離することができるという利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる一実施例の光スイッチの構成図
である。
【図2】従来の光スイッチの構成図である。
【符号の説明】
10、30 偏波面制御器 11、31 結晶基板 12、32 光導波路 13、33 電極 20、40 マイクロプリズムアレイ 21、41 人工異方性媒質 22、42 ガラス板 51 単結晶基板 52 光導波路 53 電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射された光を伝搬するために、基板上
    に形成され、その基板より屈折率が高い電気光学効果を
    有する光導波路と、その光導波路に電界を印加すること
    により伝搬光の偏波面を変化させるための偏波面制御手
    段と、前記光導波路の出力光を、その偏光に応じて分離
    する光分離手段とを備えたことを特徴とする光スイッ
    チ。
  2. 【請求項2】 入射された光を伝搬するために、第1基
    板上に形成され、その第1基板より屈折率が高い電気光
    学効果を有する第1光導波路と、その第1光導波路に電
    界を印加することにより伝搬光の偏波面を変化させるた
    めの第1偏波面制御手段と、前記第1光導波路の出力光
    を、その偏光に応じて分離する第1光分離手段と、その
    第1光分離手段の出力光を伝搬するために、第2基板上
    に形成され、その第2基板より屈折率が高い電気光学効
    果を有する第2光導波路と、その第2光導波路に電界を
    印加することにより伝搬光の偏波面を変化させるための
    第2偏波面制御手段と、前記第2光導波路の出力光を、
    その偏光に応じて前記第1光分離手段の分離方向とは実
    質上直交する方向に分離する第2光分離手段とを備えた
    ことを特徴とする光スイッチ。
  3. 【請求項3】 光分離手段は、偏光機能膜を有するマイ
    クロプリズムアレイであることを特徴とする請求項1、
    又は2記載の光スイッチ。
  4. 【請求項4】 偏光機能膜は、SiO2 とTiO2 ある
    いは、SiO2 とMgF2 等の2種の誘電体の周期構造
    からなる誘電体膜であることを特徴とする請求項3記載
    の光スイッチ。
  5. 【請求項5】 マイクロプリズムアレイは、片面にきょ
    歯状部あるいは、三角波形状部を有するガラス板2枚
    を、そのきょ歯状部あるいは、三角波形状部を噛み合わ
    せ、その噛み合った斜面に前記偏光機能膜を設けたこと
    を特徴とする請求項3、又は4記載の光スイッチ。
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