JPH07168213A - 光制御デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電極形成によって誘電体結晶基板の光導波路特
性が変化しない光制御デバイスを提供することにある。 【構成】電気光学効果を有するＺ軸に垂直に切出した誘
電体結晶基板中に形成された光導波路と該光導波路の結
合部上に設けられた電極とを含む光制御デバイスであっ
て、該光導波路中の光の伝搬方向をＹ軸方向としたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、光波の変調，光路切換
え等を行なう光制御デバイスに関し、特に、基板中に形
成された光導波路を用いて制御を行なう導波型の光制御
デバイスに関する。

【従来の技術】光通信システムの実用化が進むにつれ、
さらに大容量や多機能をもつ高度のシステムが求められ
ており、より高速の光信号の発生や光伝送路の切換え，
交換等の新たな機能の付加が必要とされている。現在の
実用システムでは、光信号は直接半導体レーザや発光ダ
イオードの注入電流を変調することによって得られてい
る。ところが、直接変調方式では、緩和振動等の効果の
ため数ＧＨｚ以上の高速変調が難しいこと、波長変動が
発生するためコヒーレント光伝送方式には適用が難しい
こと等の欠点がある。これを解決する手段としては、外
部光変調器を使用する方法があり、特に基板中に形成し
た光導波路により構成した導波形の光変調器は、小形，
高効率，高速という特長がある。一方、光伝送路の切換
えやネットワークの交換機能を得る手段としては光スイ
ッチが使用される。現在実用化されている光スイッチ
は、プリズム，ミラー，ファイバー等を機械的に移動さ
せるものであり、低速であること，信頼性が不十分，形
状が大きくマトリクス化に不適当の欠点がある。これを
解決する手段として開発が進められているものは、やは
り光導波路を用いた導波形の光スイッチであり、高速，
多素子の集積化が可能，高信頼等の特長がある。特に、
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶等の強誘電体材
料を用いたものは、光吸収が小さく低損失であること、
大きな電気光学効果を有しているため高効率である等の
特長があり、これまで方向性結合形光変調器またはスイ
ッチ，全反射形光スイッチ等の種々の方式の光制御素子
が報告されている。このような導波形の光制御素子を実
際の光通信システムに適用する場合、低損失，高速性等
の基本的性能と共に特に、動作の安定性が実用上不可欠
である。図３に従来の光制御デバイスの一例として方向
性結合型光スイッチを示し、分図（ａ）は平面図、及び
分図（ｂ）は断面図を示す。図３においてＺ軸に垂直に
切り出したニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを
拡散して屈折率を基板よりも大きくして形成した帯状の
光導波路２及び３がＸ軸方向に光が伝搬するように形成
されている。光導波路２及び３は基板の中央部で互いに
数μｍ程度まで近接して結合部を成し、方向性結合器４
を構成している。また、方向性結合器４を構成する光導
波路上には電極による光吸収を防ぐためのバッファ膜６
を介して制御電極５が形成されている。図３（ｂ）の分
図は方向性結合器４の部分の光導波路２，３に垂直な断
面図を示している。図３の分図（ａ）において、光導波
路２に入射した入射光７は方向性結合器４の部分を伝搬
するに従って近接した光導波路３へ徐々に光エネルギー
が移り、方向性結合器４を通過後は光導波路３に理想的
には１００％エネルギーが移って出射光８となる。一
方、制御電極５に電圧を印加した場合、電気光学効果に
より電極下の光導波路の屈折率が変化し、光導波路２と
３を伝搬する導波モードの間に位相速度の不整合が生
じ、両者の間の結合状態は変化し、出射光９となる。図
３に示す光制御デバイスの制御電極５はバッファ膜６上
に電極膜を形成した後、マスクを用いて導波路２及び３
の上に電極を残すようにパターンニングし、エッチング
によって形成される。

【発明が解決しようとする課題】一般に光導波路を有す
る誘電体結晶基板上にバッファ膜，電極膜等の薄膜を成
膜すると、その薄膜に歪が生じる。この歪は光導波路及
び誘電体結晶基板のその他の部分にまでおよんでその特
性に影響を与える。誘電体結晶基板上全面に薄膜が形成
されたときは、歪は基板全面に均一に生じているとみな
せるので、基板の導波路の屈折率とその他の部分の屈折
率との関係は変化しない。しかしながら、電極を形成す
ると、歪の均一性がくずれ光導波路に不均一な歪を与え
るため、光導波路両外側に不均一な電荷が発生し、その
電荷差によってもたらされる電界が光導波路に印加され
ることになる。Ｚ軸に垂直に切出されたＬｉＮｂＯ３，
ＬｉＴａＯ３に形成され、光がＸ軸方向に伝搬する光導
波路の場合、基板に水平な電界成分を持つＴＥモードの
光に対し、この電界は次の電気光学定数を介して光導波
路の屈折率を変化させてしまう。このために、各光導波
路２，３は、それぞれ異なった伝搬定数をもつことにな
り、電極に電圧を印加していないにも拘らず、ＴＥモー
ドの光に対してのみ伝搬定数差Δβが、結合器を形成す
る光導波路間で発生して電極形成前の光導波路特性を変
化させてしまう。これはＴＥモード光を用いる光制御デ
バイスばかりでなく、偏光無依存の光制御デバイスを製
造する上で問題である。

【課題を解決するための手段】本発明は、電気光学効果
を有するＺ軸に垂直に切出したＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａ
Ｏ３誘電体結晶基板中に形成された光導波路と該光導波
路の結合部上に設けられた電極とを含む光制御デバイス
において、該光導波路中の光の伝搬方向をＹ軸方向とし
たことを特徴とする。

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明による光制御デバイスの一実施例であ
る方向性結合型光スイッチを示し、分図（ａ）は平面
図、および分図（ｂ）は断面図である。従来と同一のも
のには同一番号が付してある。図３の従来例と同様にＺ
カットニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを９０
０〜１１００℃程度で数時間熱拡散して、深さ３〜１０
μｍ程度の光導波路２および３がＹ軸方向に光が伝搬す
るように形成されている。この光導波路２及び３はニオ
ブ酸リチウム結晶基板１の中央部で互いに数μｍまで近
接して結合部を成し、方向性結合器４を構成している。
光導波路が形成されたニオブ酸リチウム結晶基板１の上
にはバッファ膜６を介して制御電極５が形成されてい
る。図２は本実施例と従来の方向性結合型光スイッチの
ＴＥモードに対する方向性結合器分岐比の電極形成前後
の変化を示す。一方の光導波路からの出射光をＰ１、他
方の光導波路からの出射光をＰ２とすると、図２より明
らかな通り、従来の方向性結合型光スイッチは電極を形
成すると一方の光導波路に入射した光の約５０％が他方
の光導波路へ移らずそのまま出射光となっている。これ
に対し本実施例の方向性結合型光スイッチではほぼ１０
０％の光が他方の光導波路へ移っている。

【発明の効果】以上のように本発明は、光導波路をＹ軸
方向に光が伝搬するように形成したことによって、電極
形成により光導波路両外側近傍に発生した不均一な歪が
電界を発生させても、その電界方向に関与する１次の電
気光学定数が存在しない為、光導波路の伝搬定数が変化
しないという効果を有する。従ってＴＥモードに対して
目的どおりの光制御デバイスや、偏光無依存の光制御デ
バイスを安定して提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る方向性結合型光スイッ
チを示し、分図（ａ）は平面図、分図（ｂ）は断面図で
ある。

【図２】図１の方向性結合型光スイッチと従来の方向性
結合型光スィッチのＴＥモードに対する分岐比の電極形
成前後の変化を示すグラフである。

【図３】従来の方向性結合型光スイッチを示し、分図
（ａ）は平面図、分図（ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

１ ニオブ酸リチウム結晶基板 ２，３ 光導波路 ４ 方向性結合器 ５ 制御電極 ６ バッファ膜 ７ 入射光 ８，９ 出射光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気光学効果を有するＺ軸に垂直に切り
   だした誘電体結晶基板中に形成された光導波路と該光導
   波路の上部に設けられた電極とを含む光制御デバイスに
   おいて、該光導波路中の光伝搬方向が、Ｙ軸方向である
   ことを特徴とする光制御デバイス。
2. 【請求項２】 前記誘電体結晶基板はニオブ酸リチウム
   であることを特徴とする請求項１に記載された光制御デ
   バイス。