JPH063508B2 - 光スイツチ装置 - Google Patents
光スイツチ装置Info
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- JPH063508B2 JPH063508B2 JP8284985A JP8284985A JPH063508B2 JP H063508 B2 JPH063508 B2 JP H063508B2 JP 8284985 A JP8284985 A JP 8284985A JP 8284985 A JP8284985 A JP 8284985A JP H063508 B2 JPH063508 B2 JP H063508B2
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- optical
- switch device
- thin film
- optical waveguide
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光を変調、交換することを利用する光通信お
よび、光情報処理、光応用計測の分野の光スイッチ装置
に関するものである。
よび、光情報処理、光応用計測の分野の光スイッチ装置
に関するものである。
従来の技術 光路切換えまたは変調を行う光スイッチにおいて、低ク
ロストーク、低スイッチ電圧、高速応答が要求されてい
る。従来、高速応速の関点からは、スイッチ素子の小型
化が計れ電極容量が小さくなる点から交差型の導波路光
スイッチ、内部全反射（ＴＩＲ）型光スイッチと呼ばれ
るものが盛んに研究されてきた。このタイプのスイッチ
は、高速応答性にすぐれるが、クロストークが若干悪い
ために、それをおぎなうべく改良がなされた。第５図に
示すのがそれである。この従来例ではPLZT薄膜光導波路
２，３の交差部分４の屈折率を上げて、クロストークを
改善している。
ロストーク、低スイッチ電圧、高速応答が要求されてい
る。従来、高速応速の関点からは、スイッチ素子の小型
化が計れ電極容量が小さくなる点から交差型の導波路光
スイッチ、内部全反射（ＴＩＲ）型光スイッチと呼ばれ
るものが盛んに研究されてきた。このタイプのスイッチ
は、高速応答性にすぐれるが、クロストークが若干悪い
ために、それをおぎなうべく改良がなされた。第５図に
示すのがそれである。この従来例ではPLZT薄膜光導波路
２，３の交差部分４の屈折率を上げて、クロストークを
改善している。
しかしこの従来技術においては、電極１１ａ，１１ｂの
ギヤップの位置精度が厳しく、交差部分４の２等分線よ
りずれると、光導波路の非対称性のためクロストークが
劣化するという問題点があった。また、一方において、
第６図に示す様な、Δβ反転型の方向性結合器型の光ス
イッチでは、低スイッチ電圧、低クロストークが得られ
やすいが、電極長が長くなり、スイッチ電圧と最高応答
時間とはほぼ比例関係にあり、高速応答性において劣る
という欠点を有していた。
ギヤップの位置精度が厳しく、交差部分４の２等分線よ
りずれると、光導波路の非対称性のためクロストークが
劣化するという問題点があった。また、一方において、
第６図に示す様な、Δβ反転型の方向性結合器型の光ス
イッチでは、低スイッチ電圧、低クロストークが得られ
やすいが、電極長が長くなり、スイッチ電圧と最高応答
時間とはほぼ比例関係にあり、高速応答性において劣る
という欠点を有していた。
発明が解決しようとする問題点 低クロストーク、低スイッチ電圧、高速応答性にすぐれ
た光スイッチ装置を実現するために、ＴＩＲ型光スイッ
チでは制作時の電極の位置ずれや交差導波路制作条件の
ずれによるクロストークの劣化が問題となっていた。ま
た、方向性結合器型では、Δβ反転法により、製作精度
の許容度は向上したが、電極長が長くなり、高速応答性
に劣るという問題点があった。
た光スイッチ装置を実現するために、ＴＩＲ型光スイッ
チでは制作時の電極の位置ずれや交差導波路制作条件の
ずれによるクロストークの劣化が問題となっていた。ま
た、方向性結合器型では、Δβ反転法により、製作精度
の許容度は向上したが、電極長が長くなり、高速応答性
に劣るという問題点があった。
問題点を解決するための手段 従来の技術において、問題であった、低クロストーク実
現のための製作精度の厳しさと、高速応答性に関して、
筆者らは、一次電気光学効果を有する光学材料よりなる
交差型導波路光スイッチにおいて、交差部分の実効的な
屈折率を上げた構造において、バッファ層を介し、その
交差部上に対称な２分割平行電極を交差部中央にくるよ
うに配置し、この２分割平行電極に、互いに等しい電圧
振幅で、位相が１８０°異なる電圧をそれぞれの平行電
極間に印加することにより光路の切換えを行う光スイッ
チを提供する。また、光導波路形状としては、LiNbO3単
結晶にTi拡散または、Liの外拡散、またはH+イオン交換
により屈折率を上げて形成したものを用い、あるいは、
透明な基板上に形成したＰＬＺＲ（x/y/z） 薄膜を導波路材料に用い、ＰＬＺＴ薄膜の膜厚を変えた
り、バッファ層より屈折率の大きな透明薄帯をＰＬＺＴ
薄膜の上に装荷することにより、実効的な屈折率を上げ
たものを用いる。また、バッファ層には透明な誘電体薄
膜あるいは、ＩＴＯなどの透明導電部性薄膜などを用い
る。
現のための製作精度の厳しさと、高速応答性に関して、
筆者らは、一次電気光学効果を有する光学材料よりなる
交差型導波路光スイッチにおいて、交差部分の実効的な
屈折率を上げた構造において、バッファ層を介し、その
交差部上に対称な２分割平行電極を交差部中央にくるよ
うに配置し、この２分割平行電極に、互いに等しい電圧
振幅で、位相が１８０°異なる電圧をそれぞれの平行電
極間に印加することにより光路の切換えを行う光スイッ
チを提供する。また、光導波路形状としては、LiNbO3単
結晶にTi拡散または、Liの外拡散、またはH+イオン交換
により屈折率を上げて形成したものを用い、あるいは、
透明な基板上に形成したＰＬＺＲ（x/y/z） 薄膜を導波路材料に用い、ＰＬＺＴ薄膜の膜厚を変えた
り、バッファ層より屈折率の大きな透明薄帯をＰＬＺＴ
薄膜の上に装荷することにより、実効的な屈折率を上げ
たものを用いる。また、バッファ層には透明な誘電体薄
膜あるいは、ＩＴＯなどの透明導電部性薄膜などを用い
る。
作用 本発明の手段において、交差光導波路の交差部分の屈折
率を高くすることにより、低クロストーク化を計り、わ
ずかな交差角によりスイッチ電圧化が可能となり、短い
電極長により高速応答性が可能となるが、製作時の電極
位置ずれや光導波路製作時の条件ずれによる非対称性に
よるクロストーク劣化を、対称２分割平行電極を設け、
これに、位相の１８０°異なる等振幅の電圧を印加する
ことにより、あたかもΔβ反転型方向性結合器であるか
のごとく、クロストークが、電圧により微調整可能とな
り、低クロストーク化が可能となる。
率を高くすることにより、低クロストーク化を計り、わ
ずかな交差角によりスイッチ電圧化が可能となり、短い
電極長により高速応答性が可能となるが、製作時の電極
位置ずれや光導波路製作時の条件ずれによる非対称性に
よるクロストーク劣化を、対称２分割平行電極を設け、
これに、位相の１８０°異なる等振幅の電圧を印加する
ことにより、あたかもΔβ反転型方向性結合器であるか
のごとく、クロストークが、電圧により微調整可能とな
り、低クロストーク化が可能となる。
実施例 第１図は本発明の一実施例を示す上面図である。同図に
おいて、基板１上に設けられた交差する２本の光導波路
２，３の交差部４は、光導波路２，３よりも実効的な屈
折率が高くなっている。このときに光導波路２にＰ１の
光が入射すると、ほとんどはＰ４となって直進して出て
いくが、一部はＰ３となりクロストークが発生する。交
差導波路４上に設けられた２組の対称平行電極対、この
例では、等電極ギャップで、等しい長さＬ／２を有する
平行電極対、５ａ−５ｂ，５ｃ−５ｄが、バッファ層６
を介して、交差導波路上のほぼ二等分線上に形成されて
いる。電極対５ａ−５ｂと５ｃ−５ｄ間に、同じ電圧を
印加すると、従来例とほぼ同一の動作を示す。従来にお
いては、このＴＩＲ型光スイッチのスイッチ動作は次の
様に考えられていた。電極に印加した電圧により、電気
光学材料内部に内部電界が誘起させ、この内部電界によ
り10-4〜10-3程度だけ屈折率の低い部分を発生させ、導
波光が、この低屈折率部により全反射し切換わると考え
られていた。
おいて、基板１上に設けられた交差する２本の光導波路
２，３の交差部４は、光導波路２，３よりも実効的な屈
折率が高くなっている。このときに光導波路２にＰ１の
光が入射すると、ほとんどはＰ４となって直進して出て
いくが、一部はＰ３となりクロストークが発生する。交
差導波路４上に設けられた２組の対称平行電極対、この
例では、等電極ギャップで、等しい長さＬ／２を有する
平行電極対、５ａ−５ｂ，５ｃ−５ｄが、バッファ層６
を介して、交差導波路上のほぼ二等分線上に形成されて
いる。電極対５ａ−５ｂと５ｃ−５ｄ間に、同じ電圧を
印加すると、従来例とほぼ同一の動作を示す。従来にお
いては、このＴＩＲ型光スイッチのスイッチ動作は次の
様に考えられていた。電極に印加した電圧により、電気
光学材料内部に内部電界が誘起させ、この内部電界によ
り10-4〜10-3程度だけ屈折率の低い部分を発生させ、導
波光が、この低屈折率部により全反射し切換わると考え
られていた。
発明者等は、交差光導波路の研究を通じＴＩＲ型光スイ
ッチの動作原理が従来とは少じ趣を異にするという見解
を持つに到った。というのは、交差角１°程度にした場
合、導波路の屈折率増加量Δｎ（光の閉じこめに寄与す
る屈折率増加分）が10-3程度においては、印加電圧の低
い時には、方向性結合器型の動作を示し、直進光と反射
光出力が、電圧を上げていくと凝周期的反転をくりかえ
す動作を示すため、ＴＩＲ光スイッチといえども、交差
部において、場所ごとに伝搬定数βと結合係数Ｋの異な
る偶・奇モードの結合と考え、電圧印加により、結合係
数Ｋが変化して、出力の変化となって出てくると考えた
方が都合が良いことに気づいた。理論的にも、この考え
を裏付ける結果が出ており、この考えの正当なことを示
しているという知見を得た。筆者等は、この知見から、
方向性結合器におけるΔβ反転法を詳細に検討した結
果、ＴＩＲ型導波路光スイッチにおいて、応用可能なこ
とを見出し、分割電極を用い、等振幅、１８０°位相の
異なる電圧駆動することにより多少の電極の位置ずれ、
光導波路の製作条件ずれ等によるクロストークを完全に
なくする状態が実現できることをつきとめた。本発明に
より、ＴＩＲ型の小型，低電圧化，高速応答性を生か
し、更に、クロストークを電気的なバイアス印加により
減少させることが可能となり、高性能な光スイッチを提
供できることになった。
ッチの動作原理が従来とは少じ趣を異にするという見解
を持つに到った。というのは、交差角１°程度にした場
合、導波路の屈折率増加量Δｎ（光の閉じこめに寄与す
る屈折率増加分）が10-3程度においては、印加電圧の低
い時には、方向性結合器型の動作を示し、直進光と反射
光出力が、電圧を上げていくと凝周期的反転をくりかえ
す動作を示すため、ＴＩＲ光スイッチといえども、交差
部において、場所ごとに伝搬定数βと結合係数Ｋの異な
る偶・奇モードの結合と考え、電圧印加により、結合係
数Ｋが変化して、出力の変化となって出てくると考えた
方が都合が良いことに気づいた。理論的にも、この考え
を裏付ける結果が出ており、この考えの正当なことを示
しているという知見を得た。筆者等は、この知見から、
方向性結合器におけるΔβ反転法を詳細に検討した結
果、ＴＩＲ型導波路光スイッチにおいて、応用可能なこ
とを見出し、分割電極を用い、等振幅、１８０°位相の
異なる電圧駆動することにより多少の電極の位置ずれ、
光導波路の製作条件ずれ等によるクロストークを完全に
なくする状態が実現できることをつきとめた。本発明に
より、ＴＩＲ型の小型，低電圧化，高速応答性を生か
し、更に、クロストークを電気的なバイアス印加により
減少させることが可能となり、高性能な光スイッチを提
供できることになった。
具体的なスイッチ構造について述べる。第２図は、光導
波路をLiNbO3単結晶基板１に形成したものを示す。Tiの
熱拡散や、Liの外拡散や、H+イオン交換法により、交差
導波路２，３，４を形成し、交差部の導波路は、Δｎを
大きくしてある。バッファ層６には、ドリフトを押える
ためＩＴＯを用いた。電極５ａ，５ｂ等はＡｌを用いて
蒸着形成した。これらの構造のスイッチで本発明の分割
電極構造を用いたところ、従来のクロストーク１０〜２
５ｄＢが、電圧数Ｖ印加することにより、３０ｄＢ以下
に減少することを確認した。
波路をLiNbO3単結晶基板１に形成したものを示す。Tiの
熱拡散や、Liの外拡散や、H+イオン交換法により、交差
導波路２，３，４を形成し、交差部の導波路は、Δｎを
大きくしてある。バッファ層６には、ドリフトを押える
ためＩＴＯを用いた。電極５ａ，５ｂ等はＡｌを用いて
蒸着形成した。これらの構造のスイッチで本発明の分割
電極構造を用いたところ、従来のクロストーク１０〜２
５ｄＢが、電圧数Ｖ印加することにより、３０ｄＢ以下
に減少することを確認した。
第３，４図では、光導波路にＰＬＺＴ薄膜７を用いた実
施例の一つを示す。第３図においては、サファイヤ基板
１（Ｃ面）上にＰＬＺＴ（２８／０／１００）組成のタ
ーゲットによりマグネトロンスパッタ法によりエポタキ
シャル成長させた約３５００Åの薄膜を約５００Åエッ
チングし、交差部４を除く光導波路２，３は１０００Å
エッチングしてリッジ型導波路を形成した。この上にバ
ッファ層にＴａ２Ｏ５のアモルファス膜を約１５００Å
積層し、その上に４ｗギャップの１mm長さの分割電極を
形成した。交差角１°，幅１０μｍの導波路とした。Ｐ
ＬＺＴ薄膜は成長条件により１次のものも２次の電気光
学効果をもつものもできるが、本実施例では１次の電気
光学効果を示すものを用いた。
施例の一つを示す。第３図においては、サファイヤ基板
１（Ｃ面）上にＰＬＺＴ（２８／０／１００）組成のタ
ーゲットによりマグネトロンスパッタ法によりエポタキ
シャル成長させた約３５００Åの薄膜を約５００Åエッ
チングし、交差部４を除く光導波路２，３は１０００Å
エッチングしてリッジ型導波路を形成した。この上にバ
ッファ層にＴａ２Ｏ５のアモルファス膜を約１５００Å
積層し、その上に４ｗギャップの１mm長さの分割電極を
形成した。交差角１°，幅１０μｍの導波路とした。Ｐ
ＬＺＴ薄膜は成長条件により１次のものも２次の電気光
学効果をもつものもできるが、本実施例では１次の電気
光学効果を示すものを用いた。
スイッチ電圧は約５Ｖが得られ、数Ｖのオフセット電圧
印加で、クロストークが、１０ｄＢから２０ｄＢ以下ま
で減少した。
印加で、クロストークが、１０ｄＢから２０ｄＢ以下ま
で減少した。
第４図では、第３図と同様なＰＬＺＴ薄膜７を用い、Ｐ
ＬＺＴ薄膜にエッチング加工を行わずに、その上に透明
薄膜帯としてTa2O5アモルファス膜を、導波路２，３に
は約１００Å，交差部上には２００Å形成し、バッファ
層６には、Ａｌ２０３を添加したTa2O5膜を用いて、約
１５００Å形成し、分割電極５ａ，５ｂ等を設けた。寸
法は第３図と同一であった。この時、スイツチ電圧，ク
ロストークとも、第３図と同様な好結果を得たが、第４
図の場合には損失が第３図の場合より若干減少した。
ＬＺＴ薄膜にエッチング加工を行わずに、その上に透明
薄膜帯としてTa2O5アモルファス膜を、導波路２，３に
は約１００Å，交差部上には２００Å形成し、バッファ
層６には、Ａｌ２０３を添加したTa2O5膜を用いて、約
１５００Å形成し、分割電極５ａ，５ｂ等を設けた。寸
法は第３図と同一であった。この時、スイツチ電圧，ク
ロストークとも、第３図と同様な好結果を得たが、第４
図の場合には損失が第３図の場合より若干減少した。
以上の様に、本発明により、低スイッチ電圧、低クロス
トーク、高速応答性に優れた光スイッチ装置が提供され
ることになった。
トーク、高速応答性に優れた光スイッチ装置が提供され
ることになった。
なお、本発明の実施例では、バッファ層に、ＩＴＯ，Ta
2O5，Al203添加Ta2O5を用いたが、これに限定するもの
ではない。
2O5，Al203添加Ta2O5を用いたが、これに限定するもの
ではない。
発明の効果 本発明により、低スイツチ電圧、低クロストーク、高速
応答性に優れた光スイツチ装置がバイアス電圧印加によ
り容易に得られる様になった。特に、クロストークにお
いては、数Ｖのバイアス印加により、約５〜１０ｄＢの
減少が計られ本発明の有用性が示された。
応答性に優れた光スイツチ装置がバイアス電圧印加によ
り容易に得られる様になった。特に、クロストークにお
いては、数Ｖのバイアス印加により、約５〜１０ｄＢの
減少が計られ本発明の有用性が示された。
第１図は本発明の一実施例を示す上面図、第２図は本発
明の一実施例を示すLiNbO3単結晶を用いた光スイッチ装
置の断面図、第３図，第４図は本発明の一実施例を示す
ＰＬＺＴ薄膜を用いた光スイッチ装置を示す断面図、第
５図，第６図は従来例を示す上面図である。 １……基板、２，３，１２，１３……光導波路、４……
光導波路交差部高屈折率領域、５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｂ，１１ａ，１１ｂ……電極、６……バッファ層、７…
…ＰＬＺＴ薄膜、８……透明薄帯。
明の一実施例を示すLiNbO3単結晶を用いた光スイッチ装
置の断面図、第３図，第４図は本発明の一実施例を示す
ＰＬＺＴ薄膜を用いた光スイッチ装置を示す断面図、第
５図，第６図は従来例を示す上面図である。 １……基板、２，３，１２，１３……光導波路、４……
光導波路交差部高屈折率領域、５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｂ，１１ａ，１１ｂ……電極、６……バッファ層、７…
…ＰＬＺＴ薄膜、８……透明薄帯。
Claims (4)
- 【請求項１】一次電気光学係数を有する電気光学材料よ
りなる２本の交差する光導路の交差部分が、前記光導波
路の他の部分よりも屈折率の大きく、かつ、前記光導波
路の交差部分の上に、透明なバッファ層を介して、長さ
の等しい２組の対称な平行電極対を有する光スイッチ装
置において、前記２組の対称な平行電極対に、互いに大
きさが等しく、位相の１８０°反転した電圧を印加する
ことにより光を切換えることを特徴とする光スイッチ装
置。 - 【請求項２】光導波路が、LiNbO3単結晶にTi拡散また
は、Li外拡散、またはH+イオン交換により屈折率を上げ
て形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光スイッチ装置。 - 【請求項３】光導波路が、透明な基板上に形成された、
鉛，ジルコニウム，ランタン，チタンよりなる複合酸化
物ＰＬＺＴ（x/y/z）薄膜 からなり、前記光導波路部分の膜厚が大きい交差する２
本のリッジ構造を有するものあるいは、前記光導波路部
分が、前記ＰＬＺＴ薄膜の上にバッファ層より屈折率の
大きな交差する２本の透明薄帯により前記光導波路の実
効屈折率を上げたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光スイッチ装置。 - 【請求項４】透明なバッファ層が、透明誘電体薄膜ある
いは、透明導電性薄膜よりなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の光スイッチ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8284985A JPH063508B2 (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 光スイツチ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8284985A JPH063508B2 (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 光スイツチ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61240227A JPS61240227A (ja) | 1986-10-25 |
| JPH063508B2 true JPH063508B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=13785821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8284985A Expired - Lifetime JPH063508B2 (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 光スイツチ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063508B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6273207A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-03 | Fujitsu Ltd | 導波路光デイバイス |
| DE19623888A1 (de) * | 1996-06-05 | 1997-12-11 | Hertz Inst Heinrich | Digitaler optischer Schalter |
| US6836573B2 (en) | 2002-09-05 | 2004-12-28 | Fibest Kk | Directional coupler type optical modulator with traveling-wave electrode |
-
1985
- 1985-04-18 JP JP8284985A patent/JPH063508B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61240227A (ja) | 1986-10-25 |
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