JPH0743485B2 - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
- Publication number
- JPH0743485B2 JPH0743485B2 JP18613289A JP18613289A JPH0743485B2 JP H0743485 B2 JPH0743485 B2 JP H0743485B2 JP 18613289 A JP18613289 A JP 18613289A JP 18613289 A JP18613289 A JP 18613289A JP H0743485 B2 JPH0743485 B2 JP H0743485B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- electrode
- control device
- waveguide
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (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
制御を行なう導波形の光制御デバイスに関する。
イスに関し，特に基板中に形成された光導波路を用いて
制御を行なう導波形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。
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。
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。
第３図に従来の光制御デバイスの一例として方向性結合
型光スイッチの平面図（ａ）及び断面図（ｂ）を示す。
型光スイッチの平面図（ａ）及び断面図（ｂ）を示す。
第３図（ａ）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
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。第３図
（ｂ）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。
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
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。第３図
（ｂ）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。
第３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。
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。
第３図（ａ）及び（ｂ）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。
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。
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。
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，電極を形成するときのように薄膜の一部
を残してエッチングを行うと，残された電極部分の近傍
にのみ歪が局在することになる。この場合，電極近傍，
即ち導波路の屈折率のみが変化してしまい，結合部の状
態が変化してしまうという問題点がある。
を残してエッチングを行うと，残された電極部分の近傍
にのみ歪が局在することになる。この場合，電極近傍，
即ち導波路の屈折率のみが変化してしまい，結合部の状
態が変化してしまうという問題点がある。
また，歪が生じると電歪効果によって電界が発生してお
り，電極を形成すると，電極に電圧を印加したときと同
じ状態になってしまい結合部の状態が変化する。
り，電極を形成すると，電極に電圧を印加したときと同
じ状態になってしまい結合部の状態が変化する。
更に，薄膜に生じた歪は局所的には不均一であり，同一
基板上で作成した光制御デバイスであってもその電極の
歪による影響は個々に異なる。即ち，同一特性の光制御
デバイスを安定して得ることができないという問題点が
ある。
基板上で作成した光制御デバイスであってもその電極の
歪による影響は個々に異なる。即ち，同一特性の光制御
デバイスを安定して得ることができないという問題点が
ある。
本発明の目的は，電極形成による導波路の結合部の状態
変化を抑制し，同一特性の光制御デバイスが安定して得
られるようにすることにある。
変化を抑制し，同一特性の光制御デバイスが安定して得
られるようにすることにある。
［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，前記誘電体結晶
基板上，かつ前記電極の近傍に電極と同一材料からなる
格子を有することを特徴とする。
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，前記誘電体結晶
基板上，かつ前記電極の近傍に電極と同一材料からなる
格子を有することを特徴とする。
［実施例］ 次に，本発明について図面を参照して説明する。第１図
に本発明による光制御デバイスの一実施例である方向性
結合型光スイッチの平面図（ａ）および断面図（ｂ）を
示す。従来と同一のものには同一番号が付してある。第
３図の従来例と同様にＺカットニオブ酸リチウム結晶基
板１の上にチタンを900〜1100℃程度で数時間熱拡散し
て，深さ３〜10μｍ程度の光導波路２および３が形成さ
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まで近接して結晶部を
形成し，方向性結合器４を構成している。
に本発明による光制御デバイスの一実施例である方向性
結合型光スイッチの平面図（ａ）および断面図（ｂ）を
示す。従来と同一のものには同一番号が付してある。第
３図の従来例と同様にＺカットニオブ酸リチウム結晶基
板１の上にチタンを900〜1100℃程度で数時間熱拡散し
て，深さ３〜10μｍ程度の光導波路２および３が形成さ
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まで近接して結晶部を
形成し，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。本実施例ではさらに制御電極５の近傍には制御電極
５と同一材料の格子10が形成されている。格子10は，制
御電極５から100μｍはなれた所から制御電極と平行に
同一の幅，ギャップによって周期的に形成されている。
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。本実施例ではさらに制御電極５の近傍には制御電極
５と同一材料の格子10が形成されている。格子10は，制
御電極５から100μｍはなれた所から制御電極と平行に
同一の幅，ギャップによって周期的に形成されている。
格子10の形成は，電極膜を成膜したあと，エッチングに
よる制御電極５の形成の際に，同時に行なわれる。
よる制御電極５の形成の際に，同時に行なわれる。
第２図に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。
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，第２図より明らかな通り，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。
の出射光をP2とすると，第２図より明らかな通り，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
100％の光が他方の光導波路へ移っている。
100％の光が他方の光導波路へ移っている。
［発明の効果］ 本発明によれば，光制御デバイスの電極近傍に格子を設
けたことで，電極形成時に生じた歪の影響を低減するこ
とができ，同一特性の光制御デバイスを安定して提供で
きる。
けたことで，電極形成時に生じた歪の影響を低減するこ
とができ，同一特性の光制御デバイスを安定して提供で
きる。
第１図は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，（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図，第２図は
第１図の方向性結合型光スイッチと従来の方向性結合型
光スイッチの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，第３図は従来の方向性結合型光スイ
ッチを示し，（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図である。 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,10……格子。
チを示し，（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図，第２図は
第１図の方向性結合型光スイッチと従来の方向性結合型
光スイッチの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，第３図は従来の方向性結合型光スイ
ッチを示し，（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図である。 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,10……格子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/03 ５０５ 1/035
Claims (1)
- 【請求項１】電気光学効果を有する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， 前記誘電体結晶基板上，かつ，前記電極の近傍に電極と
同一材料からなる格子を有することを特徴とする光制御
デバイス。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18613289A JPH0743485B2 (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 光制御デバイス |
| DE69016863T DE69016863T2 (de) | 1989-07-20 | 1990-07-19 | Optische Steuerungsvorrichtung. |
| CA002021572A CA2021572C (en) | 1989-07-20 | 1990-07-19 | Optical control device |
| EP90113865A EP0409238B1 (en) | 1989-07-20 | 1990-07-19 | Optical control device |
| US07/555,014 US5050947A (en) | 1989-07-20 | 1990-07-20 | Optical waveguide control device employing directional coupler on substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18613289A JPH0743485B2 (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0351826A JPH0351826A (ja) | 1991-03-06 |
| JPH0743485B2 true JPH0743485B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=16182932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18613289A Expired - Lifetime JPH0743485B2 (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743485B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013061564A (ja) * | 2011-09-14 | 2013-04-04 | Ricoh Co Ltd | 光偏向素子および光偏向装置 |
-
1989
- 1989-07-20 JP JP18613289A patent/JPH0743485B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0351826A (ja) | 1991-03-06 |
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