JPH0743487B2 - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
- Publication number
- JPH0743487B2 JPH0743487B2 JP34453689A JP34453689A JPH0743487B2 JP H0743487 B2 JPH0743487 B2 JP H0743487B2 JP 34453689 A JP34453689 A JP 34453689A JP 34453689 A JP34453689 A JP 34453689A JP H0743487 B2 JPH0743487 B2 JP H0743487B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- electrode
- waveguide
- control device
- vicinity
- 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。
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が，直接変調で
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
性が不十分であること、形状が大きくマトリクス化に不
適であること等の欠点がある。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、従来からも
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（C2
05昭63信学会秋季全国大会）。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。
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が，直接変調で
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
性が不十分であること、形状が大きくマトリクス化に不
適であること等の欠点がある。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、従来からも
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（C2
05昭63信学会秋季全国大会）。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（ａ）は従来の一例を示す方向性結合型光スイッ
チの平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）におけるＢ−
Ｂ線断面図である。
チの平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）におけるＢ−
Ｂ線断面図である。
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
形成されており、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、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。
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
形成されており、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、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（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にほぼ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する。
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にほぼ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する。
一般に、制御電極５は電極膜の成膜後にマスクを用いて
光導波路2,3上に電極が来るようにパターニングし、そ
の後、エッチングして形成する。ここで、バッファ膜６
及び電極膜の成膜時に発生する歪が電極膜のエッチング
によって電極近傍に不均一に残存する。この歪は光導波
路2,3の近傍にまで及んで導波路特性を変化させ、その
結果方向性結合器４の結合状態も変化させてしまう。
光導波路2,3上に電極が来るようにパターニングし、そ
の後、エッチングして形成する。ここで、バッファ膜６
及び電極膜の成膜時に発生する歪が電極膜のエッチング
によって電極近傍に不均一に残存する。この歪は光導波
路2,3の近傍にまで及んで導波路特性を変化させ、その
結果方向性結合器４の結合状態も変化させてしまう。
上述した従来の導波形の光制御デバイスでは、エッチン
グによって電極及び光導波路の近傍に成膜歪が不均一に
局在して導波路特性と結合状態とを変化させる。その変
化量は電極膜の成膜バッチごとに変化の差があるばかり
でなく、同一の電極成膜バッチ内においても１ウェハ内
に複数形成した方向性結合器で個々に異なる傾向にある
ため、導波路形成時に有していた結合状態が電極エッチ
ング後に各方向性結合器で変化し、設計どおりの結合状
態が安定して得られないという欠点があった。
グによって電極及び光導波路の近傍に成膜歪が不均一に
局在して導波路特性と結合状態とを変化させる。その変
化量は電極膜の成膜バッチごとに変化の差があるばかり
でなく、同一の電極成膜バッチ内においても１ウェハ内
に複数形成した方向性結合器で個々に異なる傾向にある
ため、導波路形成時に有していた結合状態が電極エッチ
ング後に各方向性結合器で変化し、設計どおりの結合状
態が安定して得られないという欠点があった。
本発明の光制御デバイスは、電気光学効果を有する誘電
体結晶基板に形成された光導波路と、この光導波路の近
傍に設けられた電極を含んでなる光制御デバイスにおい
て、前記電極の近傍に一定間隔で点在させた前記電極と
同一材料の膜群を備えることを特徴とする。
体結晶基板に形成された光導波路と、この光導波路の近
傍に設けられた電極を含んでなる光制御デバイスにおい
て、前記電極の近傍に一定間隔で点在させた前記電極と
同一材料の膜群を備えることを特徴とする。
一般に、成膜時に有していた歪量は局所的には誘電体結
晶基板全体に均一に分布するため、成膜の前後において
誘電体結晶基板及び光導波路の屈折率が変化しても、光
導波路の誘電体結晶基板に対する屈折率差は変化しな
い。従って、方向性結合器の結合状態も変化しないた
め、光導波路を誘電体結晶基板に形成したときの結合状
態を保存している。
晶基板全体に均一に分布するため、成膜の前後において
誘電体結晶基板及び光導波路の屈折率が変化しても、光
導波路の誘電体結晶基板に対する屈折率差は変化しな
い。従って、方向性結合器の結合状態も変化しないた
め、光導波路を誘電体結晶基板に形成したときの結合状
態を保存している。
しかし、電極をパターニングすると、局所的には誘電体
結晶基板全体に一様に分布していた歪は電極近傍にのみ
集中し、特に電極の境界部での歪集中が個々の光導波路
近傍の屈折率分布状態に影響を与える。さらに、その光
導波路近傍に発生した歪は電歪効果により電界を発生さ
せ、方向性結合器を形成している部分ではあたかも電極
に電圧を印加した場合と同じような状態を作ってしま
う。
結晶基板全体に一様に分布していた歪は電極近傍にのみ
集中し、特に電極の境界部での歪集中が個々の光導波路
近傍の屈折率分布状態に影響を与える。さらに、その光
導波路近傍に発生した歪は電歪効果により電界を発生さ
せ、方向性結合器を形成している部分ではあたかも電極
に電圧を印加した場合と同じような状態を作ってしま
う。
本発明は電極と同じ材料からなる微小面積の膜群（以下
点群という）を電極の近傍に一定間隔で配列することに
より、従来電極下の光導波路近傍に集中していた歪を分
散させ、方向性結合器の結合状態の変化を抑制すること
ができる。
点群という）を電極の近傍に一定間隔で配列することに
より、従来電極下の光導波路近傍に集中していた歪を分
散させ、方向性結合器の結合状態の変化を抑制すること
ができる。
次に、本発明について第１図，第２図を参照して説明す
る。
る。
第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す方向性結合型光
スイッチの平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線断面図、第２図は第１図および第３図におけ
るTEモード光に対する電極パターニング前後の分岐比変
化を示す図である。
スイッチの平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線断面図、第２図は第１図および第３図におけ
るTEモード光に対する電極パターニング前後の分岐比変
化を示す図である。
第１図に示すように、本実施例はＺカットのニオブ酸リ
チウム結晶板１の上にチタンを900〜1100℃で数時間熱
拡散して深さ３〜10μｍの光導波路2,3を形成する。光
導波路2,3は基板の中央部で互いに数μｍまで近接して
方向性結合器４を構成している。その上にバッファ層６
を介して制御電極５を形成する。さらに制御電極５を形
成する工程で制御電極５と同一材料で点群10を同時に形
成する。
チウム結晶板１の上にチタンを900〜1100℃で数時間熱
拡散して深さ３〜10μｍの光導波路2,3を形成する。光
導波路2,3は基板の中央部で互いに数μｍまで近接して
方向性結合器４を構成している。その上にバッファ層６
を介して制御電極５を形成する。さらに制御電極５を形
成する工程で制御電極５と同一材料で点群10を同時に形
成する。
本実施例では点群10はそれぞれ10μｍを一辺とする正方
形の微小膜を10μｍの間隔で配列し、制御電極５から10
0μｍ離れた領域に形成してある。
形の微小膜を10μｍの間隔で配列し、制御電極５から10
0μｍ離れた領域に形成してある。
このように構成した本実施例では、第２図に実線で図示
したように電極パターニング前後における方向性結合器
４の分岐比P1／（P1＋P2）の変化が従来例のもの（破線
図示）より著しく小さいことがわかる。この効果は、例
えば電極に電圧を印加した時の分岐比変化、すなわちス
イッチング特性を測定すると、従来の電極パターニング
形状では10V以上の電圧シフト量を持っていたのに対
し、本実施例では2V以下の電圧シフト量となってあらわ
れる。
したように電極パターニング前後における方向性結合器
４の分岐比P1／（P1＋P2）の変化が従来例のもの（破線
図示）より著しく小さいことがわかる。この効果は、例
えば電極に電圧を印加した時の分岐比変化、すなわちス
イッチング特性を測定すると、従来の電極パターニング
形状では10V以上の電圧シフト量を持っていたのに対
し、本実施例では2V以下の電圧シフト量となってあらわ
れる。
以上説明したように本発明は、電極パターニング時に制
御電極と同時に点群を電極の近傍に形成させることによ
り、電極パターニング前後での方向性結合器の結合状態
の変化を低減することができるので、設計どおりの特性
が安定して得られるという効果がある。
御電極と同時に点群を電極の近傍に形成させることによ
り、電極パターニング前後での方向性結合器の結合状態
の変化を低減することができるので、設計どおりの特性
が安定して得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す方向性結合型光
スイッチの平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線断面図、第２図は第１図および第３図におけ
るTEモード光に対する電極パターニング前後の分岐比変
化を示す図、第３図（ａ）は従来の一例を示す方向性結
合型光スイッチの平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）
におけるＢ−Ｂ線断面図である。 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
層、７……入射光、8,9……出射光、10……点群。
スイッチの平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線断面図、第２図は第１図および第３図におけ
るTEモード光に対する電極パターニング前後の分岐比変
化を示す図、第３図（ａ）は従来の一例を示す方向性結
合型光スイッチの平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）
におけるＢ−Ｂ線断面図である。 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
層、７……入射光、8,9……出射光、10……点群。
Claims (1)
- 【請求項１】電気光学効果を有する誘電体結晶基板に形
成された光導波路と、この光導波路の近傍に設けられた
電極を含んでなる光制御デバイスにおいて、前記電極の
近傍に一定間隔で点在させた前記電極と同一材料の膜群
を備えることを特徴とする光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34453689A JPH0743487B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34453689A JPH0743487B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03202817A JPH03202817A (ja) | 1991-09-04 |
| JPH0743487B2 true JPH0743487B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=18370038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34453689A Expired - Lifetime JPH0743487B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743487B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP34453689A patent/JPH0743487B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03202817A (ja) | 1991-09-04 |
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