JPH063510B2 - 導波型光スイツチ - Google Patents
導波型光スイツチInfo
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- JPH063510B2 JPH063510B2 JP358486A JP358486A JPH063510B2 JP H063510 B2 JPH063510 B2 JP H063510B2 JP 358486 A JP358486 A JP 358486A JP 358486 A JP358486 A JP 358486A JP H063510 B2 JPH063510 B2 JP H063510B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguides
- waveguide
- optical switch
- light
- type optical
- Prior art date
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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
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、導波路中を進む光の進行方向を電気的に制御
する光スイッチに関し、特に作製しやすく動作条件が厳
しくない導波型光スイッチに関する。
する光スイッチに関し、特に作製しやすく動作条件が厳
しくない導波型光スイッチに関する。
〔従来の技術〕 従来、この種の光スイッチとしては方向性結合器型の光
スイッチが知られており、例えば「回路とシステムのア
イ・イー・イー・イー会報(IEEE Transcations on Circ
uits and Systems)Vol.CAS-26 No.12(P.1099)」に記載さ
れているものがある。（以下、この文献を文献Ａと記
す。） このような方向性結合器型光スイッチは、２本の導波路
を平行に配置し、それぞれの導波光間の相互作用を制御
して光のスイッチングを行う。ここで、２本の導波路が
全く同一な構造である場合、一方の導波路に入射した光
は徐々に他方の導波路に移って行き、ある距離光が伝播
すると光は完全に移行する。
スイッチが知られており、例えば「回路とシステムのア
イ・イー・イー・イー会報(IEEE Transcations on Circ
uits and Systems)Vol.CAS-26 No.12(P.1099)」に記載さ
れているものがある。（以下、この文献を文献Ａと記
す。） このような方向性結合器型光スイッチは、２本の導波路
を平行に配置し、それぞれの導波光間の相互作用を制御
して光のスイッチングを行う。ここで、２本の導波路が
全く同一な構造である場合、一方の導波路に入射した光
は徐々に他方の導波路に移って行き、ある距離光が伝播
すると光は完全に移行する。
しかし、この光は再び元の入射された一方の導波路へ徐
々に移って行き、ある距離光が伝播すると光は完全に移
行する。このようにして光は、伝播距離に対して周期的
に移ったり戻ったりする。
々に移って行き、ある距離光が伝播すると光は完全に移
行する。このようにして光は、伝播距離に対して周期的
に移ったり戻ったりする。
また、２つの導波路の屈折率が十分に違う場合には、光
は全く他方の導波路へ移ることなく、入射された導波路
に留まっている。
は全く他方の導波路へ移ることなく、入射された導波路
に留まっている。
ところで、前述した現象を素子に利用する場合、先ず、
第２図に示すように全く同一構造の導波路１ａ，１ｂを
平行に配置して、完全に光が移行する長さＬを形成す
る。次に、それぞれの導波路上へ屈折率制御用の電極２
を装荷する。
第２図に示すように全く同一構造の導波路１ａ，１ｂを
平行に配置して、完全に光が移行する長さＬを形成す
る。次に、それぞれの導波路上へ屈折率制御用の電極２
を装荷する。
このような構成において、電極２へ電圧をかけない場合
には、一方の導波路１ａへ入射した光が、他方の導波路
１ｂの出力ポートから出射する。以下、この現象をCros
s状態と記す。
には、一方の導波路１ａへ入射した光が、他方の導波路
１ｂの出力ポートから出射する。以下、この現象をCros
s状態と記す。
また、電極２に電圧をかけた場合には、２本の導波路１
ａ，１ｂの屈折率に差が生じる。そのため、一方の導波
路１ａの入力ポートに入射した光が、他方の導波路１ｂ
に移ることなく、そのまま導波路１ａを進み導波路１ａ
の出力ポートから出射する。以下、この現象をBar状態
と記す。
ａ，１ｂの屈折率に差が生じる。そのため、一方の導波
路１ａの入力ポートに入射した光が、他方の導波路１ｂ
に移ることなく、そのまま導波路１ａを進み導波路１ａ
の出力ポートから出射する。以下、この現象をBar状態
と記す。
前述した光スイッチでは、光が完全に移行する長さがプ
ロセスにより変化するため、この長さに導波路１ａ，１
ｂの前記長さＬを形成することが難しい。しかも、この
長さＬの誤差は、６％程度しか許されない。
ロセスにより変化するため、この長さに導波路１ａ，１
ｂの前記長さＬを形成することが難しい。しかも、この
長さＬの誤差は、６％程度しか許されない。
そこで、この問題を解決する手段として、前記文献Ａに
記載されたような２組の電極を用いたΔβ方向性結合器
型スイッチが用いられている。すなわち、２本の各導波
路にそれぞれ電極を設け、この電極により導波路間の結
合係数を変化することによって、導波路の長さＬの誤差
許容範囲を大きくできるようにする。
記載されたような２組の電極を用いたΔβ方向性結合器
型スイッチが用いられている。すなわち、２本の各導波
路にそれぞれ電極を設け、この電極により導波路間の結
合係数を変化することによって、導波路の長さＬの誤差
許容範囲を大きくできるようにする。
しかしながら、このような従来例は、Cross状態を得る
ためにある特定の値の電圧をΔβ反転電極に印加する必
要があるため、動作条件が厳しくなる問題がある。
ためにある特定の値の電圧をΔβ反転電極に印加する必
要があるため、動作条件が厳しくなる問題がある。
本発明は、前記した問題を解決するためになされたもの
であり、その目的は、２本の導波路の形状を変えること
により作製しやすく動作条件が厳しくない導波路スイッ
チを提供することにある。
であり、その目的は、２本の導波路の形状を変えること
により作製しやすく動作条件が厳しくない導波路スイッ
チを提供することにある。
前記した目的を達成するため、本発明は、光が移動する
２本の導波路と、導波路における屈折率を制御する電極
を備えた導波型光スイッチにおいて、２本の導波路は、
その間隔が中央より端に行くに従って広がり電極により
結合係数が変化し、しかも中央部では等価屈折率が等し
く、一方側の端と反対側の端では導波路間の異なる等価
屈折率の大小関係が反転していることを特徴とする。
２本の導波路と、導波路における屈折率を制御する電極
を備えた導波型光スイッチにおいて、２本の導波路は、
その間隔が中央より端に行くに従って広がり電極により
結合係数が変化し、しかも中央部では等価屈折率が等し
く、一方側の端と反対側の端では導波路間の異なる等価
屈折率の大小関係が反転していることを特徴とする。
前記特徴を有する本発明は、先ずCross状態の場合、幅
の広い導波路に光が入射したとき主に偶モードが励起
し、また幅の狭い導波路に光が入射したとき主に奇モー
ドが励起する。ここで、結合係数に対して導波路の長さ
Ｌが大きく、その等価屈折率の変化が充分にゆるやかな
場合には、光が導波路を伝播する間偶モードと奇モード
の割合は変化しない。
の広い導波路に光が入射したとき主に偶モードが励起
し、また幅の狭い導波路に光が入射したとき主に奇モー
ドが励起する。ここで、結合係数に対して導波路の長さ
Ｌが大きく、その等価屈折率の変化が充分にゆるやかな
場合には、光が導波路を伝播する間偶モードと奇モード
の割合は変化しない。
そのため、幅の広い導波路に光を入射した場合には、主
に偶モードが励起し、光が伝播した後終端でも偶モード
となっているので、幅の広い導波路にパワーが集中す
る。したがって、本発明は導波路の幅が導波路型光スイ
ッチの中点に対して点対称となっているので、容易にCr
oss状態になる。
に偶モードが励起し、光が伝播した後終端でも偶モード
となっているので、幅の広い導波路にパワーが集中す
る。したがって、本発明は導波路の幅が導波路型光スイ
ッチの中点に対して点対称となっているので、容易にCr
oss状態になる。
また、Bar状態は電気光学効果が大きい場合、電極に電
圧を印加して得る。すなわち、屈折率を下げ結合係数を
低下すると共に、２本の導波路の等価屈折率が一致しな
いようにすることによって、Bar状態を得る。
圧を印加して得る。すなわち、屈折率を下げ結合係数を
低下すると共に、２本の導波路の等価屈折率が一致しな
いようにすることによって、Bar状態を得る。
以下、本発明の第１実施例を第１図，第３図(a),(b)に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
第１図は本発明に係る導波型スイッチの第１実施例の説
明図である。第１図において、基板３には電気的に屈折
率を大きく変化することができる物質、例えば電気光学
効果の大きいPLZT及び半導体等が用いられており、２本
の導波路４ａ，４ｂがある。
明図である。第１図において、基板３には電気的に屈折
率を大きく変化することができる物質、例えば電気光学
効果の大きいPLZT及び半導体等が用いられており、２本
の導波路４ａ，４ｂがある。
前記導波路４ａは伝播距離Ｚが増加するに従って等価屈
折率が増加するように、また導波路４ｂは伝播距離Ｚが
増加するに従って等価屈折率が減少するように、それぞ
れ導波路幅が変化させてある。しかも、導波路４ａと４
ｂとの間隔が中央より端へ行くに従って広がり、結合係
数が低下する。
折率が増加するように、また導波路４ｂは伝播距離Ｚが
増加するに従って等価屈折率が減少するように、それぞ
れ導波路幅が変化させてある。しかも、導波路４ａと４
ｂとの間隔が中央より端へ行くに従って広がり、結合係
数が低下する。
５ａは結合係数を制御する電極であり、導波路４ａと４
ｂ間の中心線に配置する。５ｂは電気的に光の屈折率を
低下させる電極であり、前記中心線より導波路４ａ側に
ずらしてある。尚、屈折変化の大きい物質の基板３で
は、その基板３に対して垂直方向の電場になるように電
極５ａ，５ｂが配置している。
ｂ間の中心線に配置する。５ｂは電気的に光の屈折率を
低下させる電極であり、前記中心線より導波路４ａ側に
ずらしてある。尚、屈折変化の大きい物質の基板３で
は、その基板３に対して垂直方向の電場になるように電
極５ａ，５ｂが配置している。
次に、この構成によってCross状態が容易に得られる理
由を説明する。先ず、Ｚ＝０で一方の導波路４ａまたは
４ｂに光が入射した場合、幅の広い導波路４ｂに光が入
射したときは主に偶モードが励起し、また幅の狭い導波
路４ａに光が入射したときは主に奇モードが励起する。
由を説明する。先ず、Ｚ＝０で一方の導波路４ａまたは
４ｂに光が入射した場合、幅の広い導波路４ｂに光が入
射したときは主に偶モードが励起し、また幅の狭い導波
路４ａに光が入射したときは主に奇モードが励起する。
この偶モードや奇モードが励起される量の比は、δ/kを
パラメータとして表わされる。ただし、Ｚ＝０またはＺ
＝Ｌにおいてδは等価屈折率差を示し、Ｋは結合係数を
示す。ここで、δ/Kが十分大きければ、前者の場合には
程んど偶モードのみが励起されることになり、また後者
の場合には程んど奇モードのみが励起されることにな
る。結合係数に対して長さＬが大きく、距離Ｚに対する
等価屈折率の変化が充分ゆるやかな場合には、光が導波
型光スイッチ中を伝播する間偶モードと奇モードの割合
は変化しない。
パラメータとして表わされる。ただし、Ｚ＝０またはＺ
＝Ｌにおいてδは等価屈折率差を示し、Ｋは結合係数を
示す。ここで、δ/Kが十分大きければ、前者の場合には
程んど偶モードのみが励起されることになり、また後者
の場合には程んど奇モードのみが励起されることにな
る。結合係数に対して長さＬが大きく、距離Ｚに対する
等価屈折率の変化が充分ゆるやかな場合には、光が導波
型光スイッチ中を伝播する間偶モードと奇モードの割合
は変化しない。
ここで、導波型光スイッチの終端つまり伝播距離Ｚ＝Ｌ
において、主に偶モードのみ伝播してきたとする。この
とき、偶モードは主に幅の広い導波路４ｂにパワーが集
中して存在しており、その割合はδ/K→∞で程んど１と
なる。
において、主に偶モードのみ伝播してきたとする。この
とき、偶モードは主に幅の広い導波路４ｂにパワーが集
中して存在しており、その割合はδ/K→∞で程んど１と
なる。
前記終端つまり伝播距離Ｚ＝Ｌに光が達したときにおい
て、クローストークRcが最も大きくなる場合は、偶モー
ドと奇モードの間の位相差が（2m＋１）π（ただし、ｍ
は整数）のときであり、Rc＝2/(δ/K)程度となる。した
がって、δ/Kが大きい程クロストークは小さくなる。
て、クローストークRcが最も大きくなる場合は、偶モー
ドと奇モードの間の位相差が（2m＋１）π（ただし、ｍ
は整数）のときであり、Rc＝2/(δ/K)程度となる。した
がって、δ/Kが大きい程クロストークは小さくなる。
このようにして幅の広い導波路４ｂに光を入射した場合
には、主に偶モードが励起し、光が伝播した後終端でも
偶モードとなっているので幅の広い導波路４ａにパワー
が集中する。したがって、導波路４ａ，４ｂの幅は導波
路型光スイッチの中点に対して点対称となっているの
で、容易にCross状態を得ることができる。
には、主に偶モードが励起し、光が伝播した後終端でも
偶モードとなっているので幅の広い導波路４ａにパワー
が集中する。したがって、導波路４ａ，４ｂの幅は導波
路型光スイッチの中点に対して点対称となっているの
で、容易にCross状態を得ることができる。
第３図(a)は結合係数と２本の導波路４ａ，４ｂの出射
光比との関係図であり、結合方程式を解いた結果を示
し、横軸に導波型光スイッチの中点での結合係数K0と2L
/πとの積つまり結合係数の大きさをとり、縦軸に２本
の導波路４ａ，４ｂの出射光比つまりCross方向相対出
力光パワーをとった。ここで、出射光比が１のときCros
s状態を示し、また結合係数は、K=K0exp(-(Z-L/2)2/r)
としてある。尚、r-1=10/L2である。
光比との関係図であり、結合方程式を解いた結果を示
し、横軸に導波型光スイッチの中点での結合係数K0と2L
/πとの積つまり結合係数の大きさをとり、縦軸に２本
の導波路４ａ，４ｂの出射光比つまりCross方向相対出
力光パワーをとった。ここで、出射光比が１のときCros
s状態を示し、また結合係数は、K=K0exp(-(Z-L/2)2/r)
としてある。尚、r-1=10/L2である。
また、Bar状態は電気光学効果が大きい場合、電極５
ａ，５ｂに電圧を印加して得る。すなわち、電極５ａに
電圧を印加してその部分に対応する屈折率を下げ、導波
路４ａ，４ｂ間の結合係数K0を低下すると共に、２本の
導波路４ａ，４ｂの等価屈折率が一致しないように、電
極５ｂに電圧を印加してその部分に対応する等価屈折率
をδΔだけ下げることによって、Bar状態を得る。
ａ，５ｂに電圧を印加して得る。すなわち、電極５ａに
電圧を印加してその部分に対応する屈折率を下げ、導波
路４ａ，４ｂ間の結合係数K0を低下すると共に、２本の
導波路４ａ，４ｂの等価屈折率が一致しないように、電
極５ｂに電圧を印加してその部分に対応する等価屈折率
をδΔだけ下げることによって、Bar状態を得る。
この様子を第３図(b)に示す。第３図(b)はBar状態を説
明するための説明図であり、横軸に導波型光スイッチの
中点での結合係数K0と2L/πとの積つまり結合係数の大
きさをとり、縦軸に２本の導波路４ａ，４ｂのCross方
向相対出力光パワーつまりクロストークをとった。
明するための説明図であり、横軸に導波型光スイッチの
中点での結合係数K0と2L/πとの積つまり結合係数の大
きさをとり、縦軸に２本の導波路４ａ，４ｂのCross方
向相対出力光パワーつまりクロストークをとった。
ここで、導波型光スイッチの中点での最も大きい結合係
数K0が、電極５ａに電圧を印加しないときの1/20になれ
ば−２０dB近くのクロストークが得られる。また、クロ
ストークが１のときは導波型光スイッチがCross状態に
あることを示す。
数K0が、電極５ａに電圧を印加しないときの1/20になれ
ば−２０dB近くのクロストークが得られる。また、クロ
ストークが１のときは導波型光スイッチがCross状態に
あることを示す。
尚、Cross状態にするための構造としては、第４図(a)に
示す構造にしてもよい。第４図(a),(b)は本発明の第２
実施例を示す構成図である。ただし、前記第１実施例と
同一部分には同一番号を付した。この第２実施例は、導
波路４ａ，４ｂ上に電極６を設けたものである。
示す構造にしてもよい。第４図(a),(b)は本発明の第２
実施例を示す構成図である。ただし、前記第１実施例と
同一部分には同一番号を付した。この第２実施例は、導
波路４ａ，４ｂ上に電極６を設けたものである。
この場合、第４図(b)に示すように電極６の位置が、導
波路４ａと４ｂ間の中心線より例えば導波路４ａまたは
４ｂ側にずれていれば、前記第１実施例と同様な効果を
得る。すなわち、１個の電極６により等価屈折率差の増
大と結合係数の低下を行うことができる。
波路４ａと４ｂ間の中心線より例えば導波路４ａまたは
４ｂ側にずれていれば、前記第１実施例と同様な効果を
得る。すなわち、１個の電極６により等価屈折率差の増
大と結合係数の低下を行うことができる。
第４図は本発明に係る導波路型光スイッチの第３実施例
を示す構成図である。尚、前記第２実施例と同一部分に
は同一番号を付して説明を省略する。
を示す構成図である。尚、前記第２実施例と同一部分に
は同一番号を付して説明を省略する。
第４図に示すようにく字状の導波路７ａ，７ｂが背中合
せにＸ状に配置しており、中央だけは等価屈折率差がな
くそれ以外は一定の等価屈折率差となると共に、一方の
端と反対側の端では２本の導波路７ａ，７ｂ間の等価屈
折率の大小関係が反転している。
せにＸ状に配置しており、中央だけは等価屈折率差がな
くそれ以外は一定の等価屈折率差となると共に、一方の
端と反対側の端では２本の導波路７ａ，７ｂ間の等価屈
折率の大小関係が反転している。
このような構成の第３実施例の場合でも、前記第２実施
例と同様な動作を行う。
例と同様な動作を行う。
前記した如く、本発明に係る導波型光スイッチによれ
ば、Cross状態を得る場合δ/Kがある値より十分大きく
しかも一定の決まった値でなくてもよいため作製し易
く、またBar状態を得る場合ある一定以上の電圧を電極
に印加すればよいため動作条件が緩やかになる。
ば、Cross状態を得る場合δ/Kがある値より十分大きく
しかも一定の決まった値でなくてもよいため作製し易
く、またBar状態を得る場合ある一定以上の電圧を電極
に印加すればよいため動作条件が緩やかになる。
したがって、前述した効果により偏波依存性のない導波
路型光スイッチとしての動作ができる効果がある。
路型光スイッチとしての動作ができる効果がある。
また、本発明は電極が位置ずれしても動作電極に影響を
及ぼすだけで消光比には程んど影響なく、しかも電極に
電圧を印加するときはBar状態を得るときだけであるの
で、電圧制御が簡単である効果がある。
及ぼすだけで消光比には程んど影響なく、しかも電極に
電圧を印加するときはBar状態を得るときだけであるの
で、電圧制御が簡単である効果がある。
第１図は本発明の第１実施例の説明図、第２図は従来例
の構成図、第３図(a)は結合係数と２本の導波路の出射
光比との関係図、第３図(b)はBar状態を説明するための
説明図、第４図(a),(b)は本発明の第２実施例の構成
図、第５図は本発明の第３実施例の構成図である。 ３…基板 ４ａ，４ｂ，７ａ，７ｂ…導波路 ５ａ，５
ｂ，６…電極
の構成図、第３図(a)は結合係数と２本の導波路の出射
光比との関係図、第３図(b)はBar状態を説明するための
説明図、第４図(a),(b)は本発明の第２実施例の構成
図、第５図は本発明の第３実施例の構成図である。 ３…基板 ４ａ，４ｂ，７ａ，７ｂ…導波路 ５ａ，５
ｂ，６…電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長井 清 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (56)参考文献 特公 平３−61172（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】光が移動する２本の導波路と、導波路にお
ける屈折率を制御する電極を備えた導波型光スイッチに
おいて、 ２本の導波路は、その間隔が中央より端に行くに従って
広がり、電極により結合係数が変化し、しかも中央部で
は等価屈折率が等しく、一方側の端と反対側の端では導
波路間の異なる等価屈折率の大小関係が反転しているこ
とを特徴とする導波型光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP358486A JPH063510B2 (ja) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | 導波型光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP358486A JPH063510B2 (ja) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | 導波型光スイツチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62163023A JPS62163023A (ja) | 1987-07-18 |
| JPH063510B2 true JPH063510B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=11561500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP358486A Expired - Fee Related JPH063510B2 (ja) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | 導波型光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063510B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2752531B2 (ja) * | 1991-06-20 | 1998-05-18 | 沖電気工業株式会社 | 波長選択素子 |
-
1986
- 1986-01-13 JP JP358486A patent/JPH063510B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62163023A (ja) | 1987-07-18 |
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