JPH06501785A - 電気制御光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気制御光スイッチ 本発明は、所謂「閾値」又は「ディジタル」タイプの光スィッチに係わる。そう したスイッチは、能動分岐点（！　Ｃｌ　ｉマｅｂｒｚｎｃｂ　ｐｏｉｎｔ）　 として光フアイバ遠隔通信で使用される。

光フアイバ回線におけるこの種の分岐点の実現は、使用されるスイッチが、該ス イッチを通過する光の偏光とは無関係に且つ高速度で作動することを必要とする 。

単一の入力導波路を育する既知の単一モード対称「閾値」スイッチ（ｍｏｎｏｍ ｏＩｌｅ　＋！ｌＩｍｅｔｒｉｃｚｌ　ｔｈ＋＋＋ｈｏｌｄ　ｔｗｉｔｃｈ）は 、電気光学基板上の前記入力導波路に接続されてＹ型結合器を形成する２つの単 一モード出力導波路を有する。この結合器に制御電界を印加するために、その電 気光学基板上に電極が形成される。

これらの電界は、入力導波路を経由してＹ型結合器に達する光が２つの出力導波 路のどちらか一方に向かって進むように、これらの出力導波路の内部屈折率を変 化させる。

この種の対称スイッチは対称出力構造を有する。こうしたスイッチは同一の出力 導波路を有しく従って、これらの導波路は同一の幅であり）、電界が無い時には 、３ｄＢ結合器とじて働き、即ち、光は２つの出力導波路の間に均等に分割され る。

この種の対称スイッチは、Ｐ、ＧＲＡＩＩＥＳＴＲＡＮＤ他による論文（Ｅｌｅ ｃ、ＬｅＮｃ＋＋、２６．　４　（１９９Ｇ））において論述されてイル。

この種の対称スイッチでは、切替え状態を得るために、言い換えれば、一方の出 力導波路だけを通って全ての光が出て行くために、非ゼロの電圧が常に印加され なければならない。これとは反対に、非対称スイッチは、電圧が全く無い時に、 そうした切替え状態が得られることを可能にする。

既知の非対称スイッチの１つが、特許文献ｌｌ５−Ａ−３９２０３１４（Ｈ，Ｙ ＡＩＩＭＡＩ　に説明されている。この電気光学スイッチは、その２つの出力導 波路の一方が電気制御入力なしに入射光の全てを受けるように、互いに異なった 有効屈折率を有する２つの出力導波路を含む。他方の入力導波路の中を光を通過 させるように、これらの有効屈折率の一方を変化させるために、電極が備えられ る（図６）。これらの出力導波路の周囲を囲む光閉込め材料に対して電界を印加 することによって、その有効屈折率が変化させられる。このスイッチの製作は複 雑である。

別の非対称スイッチは特許文献ＥＰ−Ａ−０３６７６８２（ＦＵＲＩＩＩＫＡＷ ＾ＥＬＥＣＴＲＩＣ）から知られている。電気制御入力が無い場合に、入力光の 全てが、そのスイッチの２つの出力導波路の一方によってだＩＪ受は入れられる 。電気制御人力が有る場合には、電流を送り込むことによって得られる屈折率の 変化の故に、その光が他方の出力導波路によって受け入れられる。この第２のス イ・ソチの電力消費は、許容不可能なほど大きい。

導波路接合ＤｘｖｅＢｉｄ！ｊワｎｅ＋１ｏｎ）が、特許文献ＷＯ−Ａ−８９０ ６［３（ＢＥＬＬ　Ｃ０ＭＭ５．　ＲＥＳＥＡＩＩＣＩＩ）から知られている。

複数の出力導波路が、入力ファイバによって伝送される複数の光モードを選択的 に受けるために、互いに異なった有効屈折率を有する。この接合は、様々な入力 光モードを選別するように意図されているが、しかし、高速スイッチングを目的 とするものではない。

本発明の目的は、特に、低電力消費であると共に高速で動作するのに適合した光 スィッチの簡単な実現と、それによる、ゼロ電圧においての切替え状態の実現で ある。

以下に、本発明がどのように実施されることが可能であるかということが、添付 図面を参照して非限定的な実施例として説明される。同一の構成要素が１つ以上 の図に示される場合には、こうした構成要素は常に同一の参照符号によって示さ れる。

図１は、電極を除いた、本発明によって実現される第１のスイッチの基板の平面 図である。

図２は、電極を伴う、本発明によって実現される稟１のスイッチの基板の平面図 である。

図３は、本発明による第２のスイッチの平面図である。

図４は、電極を除いた、本発明によって実現される第３のスイッチの基板の平面 図である。

さて、例示として、図１と図２を参照して、前述の既知のスイッチと本発明によ るスイッチとに共通である幾つかの配置を説明する。これらの配置の各々は、例 示として、最初に概略的に、それに次いで更に個別的に説明される。

このような配置の１つによれば、本発明による第１のスイッチは、電気光学基板 ２を有し、この電気光学基板２は電気光学材料で作られ、この電気光学材料は、 制御電界が無い場合には「休止」屈折率であり、一方、制御電界が有る場合には 、該電界によって「制御」されて前記休止屈折率に比較して増加又は減少させら れる「被制御」屈折率であることが可能な屈折率を育する。

この基板は、例えば、ニオブ酸リチウムのような結晶材料の水平な板である。こ の基板は、−例として説明される第１のスイッチにおける横断水平方向に方向付 けられた電気光学相互作用軸（一般的に文字ｒｌＪで示される）を有する。制御 電界は、その電気光学材料の屈折率が増加させられるべきか又は減少させられる べきかに応じて、一方又は他方の方向に、この相互作用軸に沿って方向付けられ る。

上記の共通の配置によれば、光導波路Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が基板４の上面に形成さ れる。これらの導波路の各々では、その電気光学材料の屈折率は内部屈折率であ る。この内部屈折率は、制御電界が無い時には「休止」内部屈折率であり、制御 電界が有る場合には「被制御」内部屈折率である。この「休止」内部屈折率は、 導波路の外側の材料の「休止」屈折率である外部屈折率より高い。通常の電界の 場合には、「被制御」内部屈折率も同様にその外部屈折率より高い。

これらの導波路の幾つか（即ち、導波路Ｇ２、Ｇ３）の横寸法は、そのスイッチ を通過する伝送光の単一の伝搬モードだけを導くように選択される。この伝送光 は、例えば波長１・１３マイクロメートルを有する。

これらの導波路の各々に関して、その内部屈折率と外部屈折率との間にあり且つ 特にその導波路の横寸法によって決定される有効屈折率を決めることが可能であ る。この有効屈折率は、「真空中の光の速度」対「導波路によって伝送される光 の速度」の比率に等しい。この有効屈折率は、制御電界の有無に応じて、「被制 御」屈折率又は「休止」屈折率と呼ばれる。この有効屈折率は、導波路の横寸法 が増大させられる場合に増加する。こうした導波路は、例えば公知の条件下でチ タン表面層からの拡散によって形成される（Ｓｐ＋ｉｎｇｅｒ４＋：ＩＢによっ て出版された著書ｒＧｏｉｄｅｄ　Ｗ！！！　０ｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ 　Ｊ中の第４章「Ｔｉｔａｎｉａｍ−Ｄｉｆｆｕｓｅｄ　Ｌｉｔｈｉｕｍ　Ｎ１ ｏｂｔｌｅ　Ｗｓｖ＋ｇｕｉｄｅ　Ｄｅｙｉｅｅ＋　Ｊを参照されたい）。

製造を容易にするために、これらの導波路は同一の厚さのチタン層から形成され る。その結果として、その有効屈折率は、導波路の幅と、導波路に印加される制 御電界とによってのみ決定される。

上記の共通の配置においては、これらの先導波路は、−前記伝送光から成る結合 器入力波を受けて伝送するための、結合器入力方向を有する共通の導波路Ｇｌと 、−第１の出力導波路Ｇ２と策２の出力導波路Ｇ３とを形成する。第１と第２の 出力導波路Ｇ２、Ｇ３は、その結合器入力方向に対して小角度で傾斜した第１と 第２の出力方向を育する。第１と第２の出力導波路Ｇ２、Ｇ３は、それらの出力 導波路の各々が前記結合器入力波からの光の一部分を受けて伝送するように、且 つ、その人力波が基本モードを有する場合に、より大きな有効屈折率を有する一 方の出力導波路にその入力光が優先的に導かれるように、Ｙ型結合器５によって 共通の導波路Ｇ１に接続される（図１）。その入力波が第１の反対称モードを有 する場合には、その光は、優先的に、有効屈折率がより小さい方の出力導波路を 経由して外に出で行く　（図４）。

２つのそうした出力導波路を有する受動制御装置の動作が、Ｗ、Ｋ、ＢＵＲＮＳ 　とＡ、Ｆ、ＩＩＩＬ丁０口こよる論文　（ＩＥＥＥ　１．　Ｑｕ＋ｎ＋Ｅ１１ ＋、、１６．　Ｎｏ　６．　１９８０年４月）において説明されている。

２つの出力方向は例えば角度Ａ＝０．１°をなし、その入力方向の延長線に関し て対称である。一般的には、パラメタＦは閾＋ＩＦ　＝　０．４３より大きくな ければならず、好ましくは、その閾値よりも非常に大きくなければならない。ス テップインデックス形導波路の単純な事例では、このパラメタは次式のように定 義されることが可能である。

Ｆ　＝　２ｐｉ（ｎｅ２　−　ｏｓ３）　ｄ／　（Ａ、ｌ）前式中でｎｅ２及び ｎｅ３は導波路Ｇ２、Ｇ３の休止有効屈折率であり、ｎｅ２はｎｅ３より大きく 、ｄは伝送光のエバネッセント波が導波路から周囲の電気光学材料の中に侵入す る距離（マイクロメートル単位）であり、人は２つの出力導波路の間の角度（ラ ジアン単位）であり、１は伝送光の波長（マイクロメートル単位）である。

上記の別の共通配置によれば、前記光を受けて伝送するために選択される一方の 出力導波路の有効屈折率を、他方の出力導波路（選択されない方の出力導波路） の有効屈折率に比較して相対的に増大させるように、前記第１と第２の出力導波 路に対して前記制御電界を選択的に印加するために、電極６．８．１０が使用さ れる。

この相対的増大は、一方の有効屈折率の絶対的増大と、それと同時の、他方の有 効屈折率の絶対的減少とによって実現されるのが有利である。これを達成するた めに、例えば、−例として説明される第１のスイッチの場合には、２つの導波路 Ｇ２、Ｇ３の組合せの外側の側方電極６、ＩＯが接地され、制御電源１２が２つ の出力導波路の間に配置された中央電極８に電圧を加える。

さて、本発明に特有の配置においては、共通の入力導波路からの光の全てが、制 御電界が無い時に、１つの出力導波路（この出力導波路が共通の導波路ＧＩ内の 光の伝搬モードが基本モードであるか第１の反対称モードであるかに従って、第 １の導波路か箪２の出力導波路かのどちらかである）によって受けられて伝送さ れるように、東１の出力導波路Ｇ２が、策２の出力導波路Ｇ３の「休止」有効屈 折率ｎ＋３よりも十分に大きい「休止」有効屈折率ｎｅ２を有する。

これらの「休止」有効屈折率の間の差は、導波路Ｇ２の幅が導波路Ｇ３の幅より も大きいという点だけから結果的に生じることが好ましい。これらの福の各々は 、例えば７マイクロメードルと８マイクロメートルである。この差は、（Ａ＝０ ．１°の場合に）条件Ｆが満たされるのに十分なだけ大きく、且つ、これらの幅 は、これらの出力導波路が単モード導波路であるのに十分なだけ小さい。

そのＹ型結合器の共通導波路Ｇ１が、ｌＸ２スイツチの入力導波路を構成する単 一の単モード導波路ＧＯに接続されてもよい（図１）。或いは、その代わりに、 ２×２スイツチの２つの入力導波路を形成するために、２つの非対称単一モード 受動導波路（Ｐｉ、Ｐ２）に接続されてもよい（図４）。

一つの単一モード入力導波路ＧＯを含むスイッチの場合に、図１は、伝送光によ って形成される波の基本モードの振幅を表す一連のグラフＤＯ−Ｄ５を示す。こ れらの振幅は、これらのグラフの各々に固有の断面軸ＣＯ〜Ｃ５から紬Ｅに対し て平行にプロットされる。これらの断面軸は、これらの振幅がそこに現れる箇所 を通る。各々の振幅は、その振幅がそこに現れる箇所から輪Ｅに平行にプロット される。これらのグラフは、制御電界が印加されない場合を示している。

これらのグラフは、光波のエネルギーが導波路Ｇ２内で次第に集中することを示 す。

（例えば１００ボルトの）電圧が電源１２（図２）によって印加される場合には 、２つの出力導波路の有効屈折率の順序が逆にされ、振幅のグラフが、その結合 器の２つの出力分枝の間で逆にされる。この時には、これらのグラフは、導波路 Ｇ３内でのエネルギーの集中を示す。従って、ゼロ電圧に関して予め決められた 切替え状態を有する　ｌＸ２スイツチが得られる。

実施例として説明される第２の　１×２スイツチ（図３）は、策１のスイッチと 概ね類似している。

その基板１０２は、垂直方向の電気光学相互作用軸２を有する。

その導波路１１０．　ｌ（ｌ、Ｈ２、Ｈ３は、導波路ＧＯ１Ｇｌ、　Ｇ２、Ｇ３ と同一である。

その２つの制御電極１１４．１１６は、出力導波路Ｈ２、Ｈ３の各々の上部を覆 い、これらの出力導波路に対して、互いに反対の向きの垂直電界を印加する。こ れらの制御電極は、制御電源１１２の２つの端子に接続される。

実施例として説明される第３のスイッチ（図５）は、第１のスイッチと概ね類似 しているが、２Ｘ２スイツチを実現するために、２つの受動非対称入力導波路Ｐ １、？２を有する。

フロントページの続き （７２）発明者　サンソ、サンドリーヌフランス国、９１１９０・シフ・ジュー ル・イベント、リュ・ドウ・シュブリー・５ （７２）発明者　サラベー、ローランスフランス国、９１１８０・サン・ジェル マン・し・アルパジョン、レジダンス・ルイ・ババン・１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．１つの共通の導波路（Ｇ１）にＹ型結合器（５）によって接続された２つの 単一モード出力導波路（Ｇ２、Ｇ３）を含む、特に遠隔通信ネットワークための 電気制御光スイッチであって、前記導波路（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）が電気光学材料
2. （２）内に形成され、前記スイッチが更に、前記２つの出力導波路（Ｇ２、Ｇ３ ）の有効屈折率の間の差を制御するための電極（６、８、１０）を含み、前記２ つの出力導波路（Ｇ２、Ｇ３）が、電界が無い時に、互いに異なった有効屈折率 （ｎｅ２、ｎｅ３）を有することを特徴とする前記スイッチ。 ２．前記スイッチが、基板（２）と、光導波路（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）とを含み、 −前記基板（２）が頂部表面（４）を有し且つ電気光学材料から成り、前記電気 光学材料の屈折率が、電界が全く無い場合に休止屈折率であり、又は、前記材料 の電気光学相互作用軸（Ｚ）に沿って方向付けられた制御電界が有る場合に、前 記休止屈折率に比較して増加又は減少させられる被制御屈折率であることが可能 であり、 −前記光導波路（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）が、前記頂部表面（４）内の前記電気光学 材料の中に形成され、前記光導波路（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）の各々において、前記 電気光学材料の屈折率が、制御電界が無い時に休止内部屈折率であり、制御電界 が有る時に被制御内部屈折率であり、前記休止内部屈折率が、前記導波路（Ｇ１ 、Ｇ２、Ｇ３）の外側の前記電気光学材料の休止屈折率である外部屈折率より高 く、 −前記導波路（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）の各々が、特にその導波路の横寸法に応じて 決定され且つ前記内部屈折率と前記外部屈折率との間にある有効屈折率を有し、 前記有効密折率が、「真空中の光の速度」対「導波路内を伝送される光の速度」 の比率に等しく、制御電界の有無に応じて被制御屈折率又は休止屈折率であり、 −前記光導波路（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）が、前記伝送光から成る入力波を受けて伝 送するための結合器入力方向を有する１つの共通の導波路（Ｇ１）と、前記光に 単一モード伝搬をもたらす働きをする横寸法を有する第１の出力導波路（Ｇ２） と第２の出力導波路（Ｇ３）とを形成し、更に、前記第１の出力導波路（Ｇ２） と前記第２の出力導波路（Ｇ３）の各々が入力光の一部分を受けて伝送すること が可能であるように、且つ、前記入力光が基本モードで前記共通の導波路（Ｇ１ ）内を伝搬する場合に、より大きな有効屈折率を有する一方の前記出力導波路に 前記入力光が優先的に導かれ、一方、前記入力光が第１の反対称モードで前記共 通の導波路（Ｇ１）内を伝搬する場合に、より小さい有効屈折率を有する他方の 前記出力導波路に前記入力光が優先的に導かれるように、前記第１の出力導波路 （Ｇ２）と前記第２の出力導波路（Ｇ３）が、前記結合器入力方向に対して小さ な角度をなす第１と第２の出力方向に延び、且つＹ型結合器によって前記共通の 導波路（Ｇ１）に合体させられ、 −更に、前記スイッチが、一方の前記出力導波路の有効屈折率を他方の前記出力 導波路の有効屈折率に比較して相対的に増大させるように、前記第１の出力導波 路と前記第２の出力導波路に対して前記制御電界を選択的に印加するための電極 （６、８、１０）を含み、 −前記スイッチが、前記制御電界が無い時に前記入力導波路（Ｇ１）からの光の 全てが前記２つの出力導波路のどちらか一方によって受け入れられて伝送される ように、前記第１の出力導波路（Ｇ２）が、前記第２の出力導波路（Ｇ３）の休 止有効屈折率（ｎｅ３）よりも十分に大きい休止有効屈折率（ｎｅ２）を有する ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
3. ３．前記第１の出力導波路（Ｇ２）が前記第２の出力導波路（Ｇ３）の幅より大 きい幅を有すことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ。