JPH0820653B2 - 導波型光スイッチ - Google Patents
導波型光スイッチInfo
- Publication number
- JPH0820653B2 JPH0820653B2 JP1163356A JP16335689A JPH0820653B2 JP H0820653 B2 JPH0820653 B2 JP H0820653B2 JP 1163356 A JP1163356 A JP 1163356A JP 16335689 A JP16335689 A JP 16335689A JP H0820653 B2 JPH0820653 B2 JP H0820653B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coupling region
- length
- optical switch
- waveguides
- type optical
- 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
（産業上の利用分野） 本発明は、導波路中を伝搬する光信号の進行方向を電
気的に切換え制御する導波型光スイッチに関するもので
ある。 （従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、以下に示す文
献に記載されるものがあった。 ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロジー
（JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY），LT-4
気的に切換え制御する導波型光スイッチに関するもので
ある。 （従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、以下に示す文
献に記載されるものがあった。 ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロジー
（JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY），LT-4
〔９〕（1
986-9）P.1324-1327 西原・春名・栖原著「光集積回路」１版（昭60-2-2
5）オーム社P.304-307 特願昭62-295872号（特開平1-136131号公報） 以下、その構成を図を用いて説明する。 第２図は、前記文献に記載された従来の方向性結合
器方式の導波型光スイッチの一構成例を示す斜視図であ
る。 この導波型光スイッチは、電気光学効果を有する基板
１上に、２本の導波路2,3が近接して配置形成され、さ
らにその導波路2,3の結合領域10上に電極11,12が設けら
れている。電極11,12に印加する動作電圧voによって結
合領域10の導波路2,3の屈折率n0を制御できる構造とな
っている。電極の長さleは、結合領域10の長さｌよりも
短くなっている。結合領域10の長さｌは、動作電圧voを
印加していない場合に、一方の導波路２（または３）に
入力された光が、他方の導波路３（または２）から出力
される状態（クロス状態）になるように設定されてい
る。 電極11,12に動作電圧voを印加することにより、２つ
の導波路2,3の共鳴条件が破れ、一方の導波路２（また
は３）に入力された光は、同じ導波路２（または３）か
ら出力される状態（バー状態）になる。電極11,12の長
さleが、結合領域10の長さｌに等しい場合（ｌ＝le）、
一方の導波路２（または３）から入った光が、同じ導波
路２（または３）から完全に出力されるためには、２本
の導波路2,3の屈折率差Δｎ0が、次式を満足することが
必要となる。 但し、λ；光の真空中の波長 屈折率差Δｎ0は、動作電圧voに比例する。また、電
極11,12の長さleが短くなると、電極容量が低減する。
したがって、（１）式の左辺、２πｎ0le／λの値が小
さいほど、即ち、Δｎ0le積の値が小さいほど、動作電
圧voは低くなり、電極容量が低減して高速動作が得られ
る。 電極11,12の長さleが、結合領域10の長さｌより短い
場合（ｌ＞le）、導波路2,3が、バー状態であるために
は、屈折率差Δｎ0は、次式に示すような値である。 （２）式の右辺の、le/lの値を小さくすれば（le/l→
０）、（２）式の値は、πに近づき、（１）式の値より
も小さくできる。即ち、Δｎ0le積の値は、（１）式よ
りも（２）式の方が小さくなる。 従来は、結合領域10上に取付ける電極11,12の長さle
を短くすることによって、動作電圧voの低減及び高速動
作を行っていた。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の導波型光スイッチでは、同
一の屈折率差Δｎ0に対して、電極11,12の長さleを短く
すると、結合領域10の長さｌが長くなってしまうという
問題があった。 即ち、屈折率差Δｎ0と結合領域10の長さｌとの関係
は、次式のようになる。 （３）式の左辺の値は、その右辺においてle/lの値を
小さくする（le/l→０）と、大きくなる。即ち、屈折率
差Δｎ0の値が一定とすれば、電極11,12の長さleを短く
すると、結合領域10の長さｌは長くなってしまう。 したがって、導波型光スイッチを単体で使用する場合
には差し支えないが、半導体基板等に複数段に集積化し
て形成する場合などには、結合領域10の長さｌが長い
と、基板面積が増大してしまう。 そこで、本願出願人は、先に前記文献に記載された
導波型光スイッチを提案した。 この導波型光スイッチは、電気光学効果を有する基板
上に、２本の並置された導波路が設けられている。その
導波路の結合領域上には電極が設けられ、該導波路の間
隔は、結合領域の両端から中央へ向かって広げた構成に
なっている。この光スイッチにおいて、２本の導波路間
の結合係数は、その導波路の間隔が広くなると、小さく
なる。そのため、広げた部分の結合係数を小さくするこ
とにより、結合領域の長さを短くでき、さらには動作電
圧の低減効果が得られる。ところが、あるレベル以上に
動作電圧を低下させることができず、また十分に動作速
度を高めることが困難であった。 本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、結
合領域の長さｌが長くなる点と、動作電圧を大幅に低減
することが困難な点と、動作速度の十分な向上が図れな
い点について解決した導波型光スイッチを提供するもの
である。 （課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、複数本の導波路
を近接して並置し、その各導波路の結合領域上に電極を
それぞれ設けた導波型光スイッチにおいて、この光スイ
ッチを次のように構成したものである。即ち、前記導波
路間隔は、前記結合領域の両端で狭くすると共に、前記
結合領域の中央で広く形成し、前記電極はその長さを前
記結合領域の長さよりも短くして前記導波路に沿って形
成したものである。 （作用） 本発明によれば、以上のように導波型光スイッチを構
成したので、導波路の間隔を、結合領域の両端で狭くす
ると共に、結合領域の中央で広く形成したことは、結合
領域の中央部分での結合係数を小さくし、結合領域の長
さを短くするように働く。電極の長さを結合領域の長さ
よりも短くしたことは、電極容量を低減するように働
き、動作電圧の低減を促し、かつ動作速度を高める。 したがって、前記課題を解決できるのである。 （実施例） 第１図は、本発明の実施例を示す導波型光スイッチの
斜視図である。なお、この斜視図には、結合領域上にお
けるその中央からの距離を示すパラメータτが記入され
ている。 この導波型光スイッチは、電気光学効果を示すニオブ
酸リチウム（LiNbO3）単結晶から成る基板20を有してい
る。基板20上には、２本の導波路21,22が近接して配置
形成されている。導波路21は入力ポート21A及び出力ポ
ート21Bを、導波路22は入力ポート22A及び22Bを、それ
ぞれ有している。導波路21,22の結合領域30上におい
て、その結合領域30の両端では、導波路21,22間の光の
結合を得るために導波路間隔が狭く、結合領域30の両端
から中央に向って導波路の間隔が広げられている。 結合領域30上における２本の導波路21,22の外側に
は、それらに沿って電極31,32が、導波路間には電極33
が、それぞれ設けられいる。電極31,32,33の長さLeは、
結合領域30の長さＬよりも短くしてある。 電極31,32,33に電圧を印加していない場合に、入力ポ
ート21A（または22A）に入力された光が出力ポート22B
（または21B）から出力される状態（クロス状態）にな
るように、結合領域30の長さＬが設定されている。 以上の構成において、電極33をアースにして、電極31
及び32に正極性の電圧＋Ｖあるいは負極性の電圧−Ｖを
印加すると、基板30の水平方向に電場が生じ、２本の導
波路21,22の共鳴条件が破れ、入力ポート21A（または22
A）に入力された光は、出力ポート21B（または22B）か
ら出力される状態（バー状態）になる。したがって、電
極31,32,33に印加する所定極性の電圧Ｖをオン・オフす
れば、導波路21,22中を伝搬する光の方向をクロス状態
とバー状態に切換えることができる。 この導波型光スイッチの動作は、次式で表わすことが
できる。 但し、ρ；光の複素振幅比 τ；結合領域上における中央か らの距離を示すパラメータ Δβ；導波路間の伝搬定数差 κ（τ）；結合係数 ここで、Δβ＝２πΔn/λであり、Δｎは導波路21,2
2に電気的に誘起される屈折率差、λは真空中の光の波
長である。κ（τ）Ｌは、関数の形によらずに、最小の
結合係数κmin（結合領域の中央での値）と最大の結合
係数κmax（結合領域の両端での値）の比Ｒによって表
わすことができる。 （４）式を用いて、結合領域30上の導波路21,22の間
隔ｄがその結合領域30の両端から中央に向って直線状に
開いた第１図の導波型光スイッチの構造及びその特性を
解析する。 結合係数κ（τ）は、次式で表わされる。 κ（τ）＝κoexp（−γｄ） ……（５） 但し、κo，γ；定数 ｄ；結合領域30上の導波路21,22の間隔 （４）式の微分方程式を解くと、その解は、次式にな
る。 但し、Z;伝搬距離（Ｚ＝Ｌτ） （７）式を、ｍ＝０の場合について解いて得られるＬ
の値は結合長L0であり、次式のようになる。 但し、Ｒ＝κmin／κmax 結合領域30の長さＬは、結合長L0の奇数倍になるよう
に設定される。ここでは、Ｌ＝L0に設定されている。 κ（τ）Ｌの値は、次式にようになる。 また、Δβは、｜τ｜＜Le/Lの時だけ値をもつ。 以上説明した（５）式から（９）式までをまとめる
と、次のようになる。 （５）式は、よりわかり易く書くと、 κ（τ）＝κoexp〔−γｄ（τ）〕…… （５−１） となる。ｄは、結合領域30上の導波路21,22の間隔であ
り、τの関数となる。（６）式から、τ＝Z/Lであり、
結合領域30の中央（Ｚ＝０）でτ＝０、結合領域30の端
（Ｚ＝±L/2）でτ＝±1/2となることが導出される。こ
れは、第１図でも明示されている。（９）式から、 τ＝０のとき、κ（０） 但し、exp〔1nR×１〕＝Ｒ τ＝±1/2のとき、 但し、exp［lnR×０］＝１となる。したがって、τ＝
０のときのκ（τ）Ｌは、τ＝±1/2のときのκ（τ）
ＬのＲ倍だけ小さくなっている。そして、（５）式と
（９）式を比較すると、doをＺ＝±L/2でのｄ（τ）の
値として、 但し、κｏ＝κmax・exp（γdo）は公知の式 と表わされることがわかる。 以上のような（５）式から（９）式までの解析結果を
第３図、第４図及び第５図に示す。 第３図は、ΔβＬ積特性図であり、縦軸にΔβL/πの
値が、横軸にLe/Lの値がそれぞれとられている。 Ｒ＝１は、導波路を広げない場合である。この時、同
一の電圧に対して（Δβが一定）、電極の長さLeを短く
していくと、結合領域30の長さＬは長くなることがわか
る。 Ｒ＝0.5,0.1は、導波路を広げた場合である。同一の
電圧に対して、電極の長さLeを短くしても、結合領域30
の長さＬを短くできることがわかる。 第４図は、ΔβLe積特性図であり、縦軸にΔβLe/π
の値が、横軸にLe/Lの値がそれぞれとられている。 導波路を広げた場合（Ｒ＝0.5,0.1）には、導波路を
広げない場合（Ｒ＝１）に比べて、同一のLe/Lに対し
て、ΔβLe/πの値は小さくなる。ところが、電極の長
さLeを短くすることによって、ΔβLe/πの値は、さら
に低減することがわかる。 第５図は、Ｌ＝Leの時の、ΔβＬ積特性図であり、縦
軸にΔβL/π（Ｌ＝Le）の値が、横軸Ｒの値がそれぞれ
とられている。 電極の長さLeが、結合領域30の長さＬに等しい場合、
等波路の間隔を広げる（Ｒ＝0.1〜0.01）ことによっ
て、ΔβＬ積の値が低減されることがわかる。即ち結合
領域30の長さＬが短くなり、動作電圧が低下する。 この解析結果は、次のように説明される。 ２本の導波路が並置された系では、２つの固有モード
が存在する。この２つの固有モード間の伝搬定数差は、 である。 ２つの固有モード間の位相差φは、次式のようにな
る。 この系は、位相差φの値が、πの時にクロス状態であ
り、２πの時にバー状態である。 第１図の導波型光スイッチでは、モデルを単純化すれ
ば、結合領域30の中央付近では、結合係数κがゼロであ
り、結合領域30の両端では、結合係数κをδに比べて十
分に大きくすることができる。Δβ＝０、Δβ≠０のそ
れぞれの場合について、位相差φは、次式のようにな
る。 ２κ（L-Le）＝π （Δβ＝０） ……（12） ２κ（L-Le）＋２δLe＝２π （Δβ≠０） ……（13） （11），（12）式より、次式が得られる。 ΔβLe＝π ……（14） したがって、ΔβLe積の値がπにまで低減する。Δβ
の減少は動作電圧を低くし、Leの減少は電極容量を小さ
くする。 結合領域30の中央での結合係数がκpであるとすれ
ば、ΔβＬ積は次式のようになる。 κpの値を小さくする（κp→０）と、ΔβＬ積の値は
小さくなる。したがって、導波路21,22の間隔ｄを広げ
る（κp→０）ことによって、同一電圧に対して（Δβ
が一定）、結合領域30の長さＬは短くなる。 本実施例では、次のような利点を有する。 （ｉ）導波路21,22の間隔ｄを、結合領域30の両端から
中央へ向って広げたので、動作電圧Ｖを増大させること
なく、結合領域30の長さＬを短くできる。そのため、半
導体基板等に、この導波型光スイッチが形成される場
合、その基板面積を縮小することができる。 （ii）電極31,32,33の長さLeを、結合領域30の長さＬよ
りも短くしたので、動作電圧Ｖの低減幅を大きくでき、
電極容量が小さくなるため高速動作が得られる。例え
ば、Le/L0.7、Ｒ＜0.1で第２図の従来の導波型光スイ
ッチと比較して、同じ結合領域の長さで比べた場合、30
％以上の動作電圧の低減が達成される。 （iii）動作電圧Ｖ及び電極容量等の低減により、スイ
ッチング特性が向上し、バー状態の時にクロス方向へ光
が混入する割合（消光比）は、30dB以上にできる。 （iv）上記実施例においては、導波路21,22上に重ねず
に電極31,32,33を形成した。そのため、基板20の水平方
向に電場が生じ、垂直方向の偏光に電気光学効果を生じ
るので、この光スイッチの動作特性が安定化する。 第６図は、本発明の他の実施例を示す導波型光スイッ
チの斜視図であり、第１図中の要素と共通の要素には同
一の符号が付されている。 この導波型光スイッチは、第１図の実施例の３つの電
極31,32,33を他の形状にした点が異なっている。この実
施例では、第１図の電極31,32,33とほぼ同様の電極31B,
32B,33Bの他に、その両側に新たにバイアス用の電極31
A,32A,33A,31C,32C,33Cを形成している。この実施例で
は、新たに形成した電極31A,32A,33A,31C,32C,33Cにバ
イアス電圧を加えることによって生じる電界により、ク
ロス状態を設定することができる。電極31B,32Bに正極
性の動作電圧＋Ｖあるいは負極性の動作電圧−Ｖをそれ
ぞれ印加すれば、バー状態が得られる。 この実施例では、例えばバイアス電圧がゼロ付近の所
定の値（≠０）で、クロス状態になるように設定するこ
とができる。そのため、バイアス電圧の値を微調整する
ことで、第１図の導波型光スイッチよりも、クロス状態
を精度良く設定することが可能になり、消光比は改善さ
れる。 なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。その変形例としては、例えば次によう
なものがある。 （Ｉ）第１図の電極31,32は、その一部をそれぞれ導波
路21,22上に重なるように構成してもよいし、電極33も
その一部を導波路21,22上に重なるように構成してもよ
い。この場合、垂直方向に電場が生じるなどするが、基
板20の結晶方向を適宜選定することにより、第１図の実
施例とほぼ同様の利点が得られる。 （II）第１図の電極33を省略してもよい。この場合、電
極31,32をそれぞれ導波路21,22にも重なるように延長し
て形成する。電極31（または電極32）をアースにし、電
極32（または電極31）に正極性の動作電圧あるいは負極
性の動作電圧を印加すれば、バー状態が得られ、印加し
なければ、クロス状態である。電極33を省略したため、
製造工程が簡略化できる。 （III）第１図及び第５図における結合領域30中のくの
字形導波路21,22は円弧形等の他の形状にすると共に、
それに対応して電極形状を変形するなどしてもよい。 （IV）基板20は、LiTaO3等の単結晶基板を用いてもよ
い、InGaAsP及びGaAlAs等の化合物半導体基板などを用
いて構成してもよい。 （発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、導波路
の間隔を、結合領域の両端で狭くすると共に、結合領域
の中央で広く形成したので、動作電圧を低くしつつ、結
合領域の長さを短くできる。 しかも、電極の長さを結合領域の長さよりも短くしたの
で、動作電圧を大幅に低減でき、かつ動作速度の向上が
図れる。
986-9）P.1324-1327 西原・春名・栖原著「光集積回路」１版（昭60-2-2
5）オーム社P.304-307 特願昭62-295872号（特開平1-136131号公報） 以下、その構成を図を用いて説明する。 第２図は、前記文献に記載された従来の方向性結合
器方式の導波型光スイッチの一構成例を示す斜視図であ
る。 この導波型光スイッチは、電気光学効果を有する基板
１上に、２本の導波路2,3が近接して配置形成され、さ
らにその導波路2,3の結合領域10上に電極11,12が設けら
れている。電極11,12に印加する動作電圧voによって結
合領域10の導波路2,3の屈折率n0を制御できる構造とな
っている。電極の長さleは、結合領域10の長さｌよりも
短くなっている。結合領域10の長さｌは、動作電圧voを
印加していない場合に、一方の導波路２（または３）に
入力された光が、他方の導波路３（または２）から出力
される状態（クロス状態）になるように設定されてい
る。 電極11,12に動作電圧voを印加することにより、２つ
の導波路2,3の共鳴条件が破れ、一方の導波路２（また
は３）に入力された光は、同じ導波路２（または３）か
ら出力される状態（バー状態）になる。電極11,12の長
さleが、結合領域10の長さｌに等しい場合（ｌ＝le）、
一方の導波路２（または３）から入った光が、同じ導波
路２（または３）から完全に出力されるためには、２本
の導波路2,3の屈折率差Δｎ0が、次式を満足することが
必要となる。 但し、λ；光の真空中の波長 屈折率差Δｎ0は、動作電圧voに比例する。また、電
極11,12の長さleが短くなると、電極容量が低減する。
したがって、（１）式の左辺、２πｎ0le／λの値が小
さいほど、即ち、Δｎ0le積の値が小さいほど、動作電
圧voは低くなり、電極容量が低減して高速動作が得られ
る。 電極11,12の長さleが、結合領域10の長さｌより短い
場合（ｌ＞le）、導波路2,3が、バー状態であるために
は、屈折率差Δｎ0は、次式に示すような値である。 （２）式の右辺の、le/lの値を小さくすれば（le/l→
０）、（２）式の値は、πに近づき、（１）式の値より
も小さくできる。即ち、Δｎ0le積の値は、（１）式よ
りも（２）式の方が小さくなる。 従来は、結合領域10上に取付ける電極11,12の長さle
を短くすることによって、動作電圧voの低減及び高速動
作を行っていた。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の導波型光スイッチでは、同
一の屈折率差Δｎ0に対して、電極11,12の長さleを短く
すると、結合領域10の長さｌが長くなってしまうという
問題があった。 即ち、屈折率差Δｎ0と結合領域10の長さｌとの関係
は、次式のようになる。 （３）式の左辺の値は、その右辺においてle/lの値を
小さくする（le/l→０）と、大きくなる。即ち、屈折率
差Δｎ0の値が一定とすれば、電極11,12の長さleを短く
すると、結合領域10の長さｌは長くなってしまう。 したがって、導波型光スイッチを単体で使用する場合
には差し支えないが、半導体基板等に複数段に集積化し
て形成する場合などには、結合領域10の長さｌが長い
と、基板面積が増大してしまう。 そこで、本願出願人は、先に前記文献に記載された
導波型光スイッチを提案した。 この導波型光スイッチは、電気光学効果を有する基板
上に、２本の並置された導波路が設けられている。その
導波路の結合領域上には電極が設けられ、該導波路の間
隔は、結合領域の両端から中央へ向かって広げた構成に
なっている。この光スイッチにおいて、２本の導波路間
の結合係数は、その導波路の間隔が広くなると、小さく
なる。そのため、広げた部分の結合係数を小さくするこ
とにより、結合領域の長さを短くでき、さらには動作電
圧の低減効果が得られる。ところが、あるレベル以上に
動作電圧を低下させることができず、また十分に動作速
度を高めることが困難であった。 本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、結
合領域の長さｌが長くなる点と、動作電圧を大幅に低減
することが困難な点と、動作速度の十分な向上が図れな
い点について解決した導波型光スイッチを提供するもの
である。 （課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、複数本の導波路
を近接して並置し、その各導波路の結合領域上に電極を
それぞれ設けた導波型光スイッチにおいて、この光スイ
ッチを次のように構成したものである。即ち、前記導波
路間隔は、前記結合領域の両端で狭くすると共に、前記
結合領域の中央で広く形成し、前記電極はその長さを前
記結合領域の長さよりも短くして前記導波路に沿って形
成したものである。 （作用） 本発明によれば、以上のように導波型光スイッチを構
成したので、導波路の間隔を、結合領域の両端で狭くす
ると共に、結合領域の中央で広く形成したことは、結合
領域の中央部分での結合係数を小さくし、結合領域の長
さを短くするように働く。電極の長さを結合領域の長さ
よりも短くしたことは、電極容量を低減するように働
き、動作電圧の低減を促し、かつ動作速度を高める。 したがって、前記課題を解決できるのである。 （実施例） 第１図は、本発明の実施例を示す導波型光スイッチの
斜視図である。なお、この斜視図には、結合領域上にお
けるその中央からの距離を示すパラメータτが記入され
ている。 この導波型光スイッチは、電気光学効果を示すニオブ
酸リチウム（LiNbO3）単結晶から成る基板20を有してい
る。基板20上には、２本の導波路21,22が近接して配置
形成されている。導波路21は入力ポート21A及び出力ポ
ート21Bを、導波路22は入力ポート22A及び22Bを、それ
ぞれ有している。導波路21,22の結合領域30上におい
て、その結合領域30の両端では、導波路21,22間の光の
結合を得るために導波路間隔が狭く、結合領域30の両端
から中央に向って導波路の間隔が広げられている。 結合領域30上における２本の導波路21,22の外側に
は、それらに沿って電極31,32が、導波路間には電極33
が、それぞれ設けられいる。電極31,32,33の長さLeは、
結合領域30の長さＬよりも短くしてある。 電極31,32,33に電圧を印加していない場合に、入力ポ
ート21A（または22A）に入力された光が出力ポート22B
（または21B）から出力される状態（クロス状態）にな
るように、結合領域30の長さＬが設定されている。 以上の構成において、電極33をアースにして、電極31
及び32に正極性の電圧＋Ｖあるいは負極性の電圧−Ｖを
印加すると、基板30の水平方向に電場が生じ、２本の導
波路21,22の共鳴条件が破れ、入力ポート21A（または22
A）に入力された光は、出力ポート21B（または22B）か
ら出力される状態（バー状態）になる。したがって、電
極31,32,33に印加する所定極性の電圧Ｖをオン・オフす
れば、導波路21,22中を伝搬する光の方向をクロス状態
とバー状態に切換えることができる。 この導波型光スイッチの動作は、次式で表わすことが
できる。 但し、ρ；光の複素振幅比 τ；結合領域上における中央か らの距離を示すパラメータ Δβ；導波路間の伝搬定数差 κ（τ）；結合係数 ここで、Δβ＝２πΔn/λであり、Δｎは導波路21,2
2に電気的に誘起される屈折率差、λは真空中の光の波
長である。κ（τ）Ｌは、関数の形によらずに、最小の
結合係数κmin（結合領域の中央での値）と最大の結合
係数κmax（結合領域の両端での値）の比Ｒによって表
わすことができる。 （４）式を用いて、結合領域30上の導波路21,22の間
隔ｄがその結合領域30の両端から中央に向って直線状に
開いた第１図の導波型光スイッチの構造及びその特性を
解析する。 結合係数κ（τ）は、次式で表わされる。 κ（τ）＝κoexp（−γｄ） ……（５） 但し、κo，γ；定数 ｄ；結合領域30上の導波路21,22の間隔 （４）式の微分方程式を解くと、その解は、次式にな
る。 但し、Z;伝搬距離（Ｚ＝Ｌτ） （７）式を、ｍ＝０の場合について解いて得られるＬ
の値は結合長L0であり、次式のようになる。 但し、Ｒ＝κmin／κmax 結合領域30の長さＬは、結合長L0の奇数倍になるよう
に設定される。ここでは、Ｌ＝L0に設定されている。 κ（τ）Ｌの値は、次式にようになる。 また、Δβは、｜τ｜＜Le/Lの時だけ値をもつ。 以上説明した（５）式から（９）式までをまとめる
と、次のようになる。 （５）式は、よりわかり易く書くと、 κ（τ）＝κoexp〔−γｄ（τ）〕…… （５−１） となる。ｄは、結合領域30上の導波路21,22の間隔であ
り、τの関数となる。（６）式から、τ＝Z/Lであり、
結合領域30の中央（Ｚ＝０）でτ＝０、結合領域30の端
（Ｚ＝±L/2）でτ＝±1/2となることが導出される。こ
れは、第１図でも明示されている。（９）式から、 τ＝０のとき、κ（０） 但し、exp〔1nR×１〕＝Ｒ τ＝±1/2のとき、 但し、exp［lnR×０］＝１となる。したがって、τ＝
０のときのκ（τ）Ｌは、τ＝±1/2のときのκ（τ）
ＬのＲ倍だけ小さくなっている。そして、（５）式と
（９）式を比較すると、doをＺ＝±L/2でのｄ（τ）の
値として、 但し、κｏ＝κmax・exp（γdo）は公知の式 と表わされることがわかる。 以上のような（５）式から（９）式までの解析結果を
第３図、第４図及び第５図に示す。 第３図は、ΔβＬ積特性図であり、縦軸にΔβL/πの
値が、横軸にLe/Lの値がそれぞれとられている。 Ｒ＝１は、導波路を広げない場合である。この時、同
一の電圧に対して（Δβが一定）、電極の長さLeを短く
していくと、結合領域30の長さＬは長くなることがわか
る。 Ｒ＝0.5,0.1は、導波路を広げた場合である。同一の
電圧に対して、電極の長さLeを短くしても、結合領域30
の長さＬを短くできることがわかる。 第４図は、ΔβLe積特性図であり、縦軸にΔβLe/π
の値が、横軸にLe/Lの値がそれぞれとられている。 導波路を広げた場合（Ｒ＝0.5,0.1）には、導波路を
広げない場合（Ｒ＝１）に比べて、同一のLe/Lに対し
て、ΔβLe/πの値は小さくなる。ところが、電極の長
さLeを短くすることによって、ΔβLe/πの値は、さら
に低減することがわかる。 第５図は、Ｌ＝Leの時の、ΔβＬ積特性図であり、縦
軸にΔβL/π（Ｌ＝Le）の値が、横軸Ｒの値がそれぞれ
とられている。 電極の長さLeが、結合領域30の長さＬに等しい場合、
等波路の間隔を広げる（Ｒ＝0.1〜0.01）ことによっ
て、ΔβＬ積の値が低減されることがわかる。即ち結合
領域30の長さＬが短くなり、動作電圧が低下する。 この解析結果は、次のように説明される。 ２本の導波路が並置された系では、２つの固有モード
が存在する。この２つの固有モード間の伝搬定数差は、 である。 ２つの固有モード間の位相差φは、次式のようにな
る。 この系は、位相差φの値が、πの時にクロス状態であ
り、２πの時にバー状態である。 第１図の導波型光スイッチでは、モデルを単純化すれ
ば、結合領域30の中央付近では、結合係数κがゼロであ
り、結合領域30の両端では、結合係数κをδに比べて十
分に大きくすることができる。Δβ＝０、Δβ≠０のそ
れぞれの場合について、位相差φは、次式のようにな
る。 ２κ（L-Le）＝π （Δβ＝０） ……（12） ２κ（L-Le）＋２δLe＝２π （Δβ≠０） ……（13） （11），（12）式より、次式が得られる。 ΔβLe＝π ……（14） したがって、ΔβLe積の値がπにまで低減する。Δβ
の減少は動作電圧を低くし、Leの減少は電極容量を小さ
くする。 結合領域30の中央での結合係数がκpであるとすれ
ば、ΔβＬ積は次式のようになる。 κpの値を小さくする（κp→０）と、ΔβＬ積の値は
小さくなる。したがって、導波路21,22の間隔ｄを広げ
る（κp→０）ことによって、同一電圧に対して（Δβ
が一定）、結合領域30の長さＬは短くなる。 本実施例では、次のような利点を有する。 （ｉ）導波路21,22の間隔ｄを、結合領域30の両端から
中央へ向って広げたので、動作電圧Ｖを増大させること
なく、結合領域30の長さＬを短くできる。そのため、半
導体基板等に、この導波型光スイッチが形成される場
合、その基板面積を縮小することができる。 （ii）電極31,32,33の長さLeを、結合領域30の長さＬよ
りも短くしたので、動作電圧Ｖの低減幅を大きくでき、
電極容量が小さくなるため高速動作が得られる。例え
ば、Le/L0.7、Ｒ＜0.1で第２図の従来の導波型光スイ
ッチと比較して、同じ結合領域の長さで比べた場合、30
％以上の動作電圧の低減が達成される。 （iii）動作電圧Ｖ及び電極容量等の低減により、スイ
ッチング特性が向上し、バー状態の時にクロス方向へ光
が混入する割合（消光比）は、30dB以上にできる。 （iv）上記実施例においては、導波路21,22上に重ねず
に電極31,32,33を形成した。そのため、基板20の水平方
向に電場が生じ、垂直方向の偏光に電気光学効果を生じ
るので、この光スイッチの動作特性が安定化する。 第６図は、本発明の他の実施例を示す導波型光スイッ
チの斜視図であり、第１図中の要素と共通の要素には同
一の符号が付されている。 この導波型光スイッチは、第１図の実施例の３つの電
極31,32,33を他の形状にした点が異なっている。この実
施例では、第１図の電極31,32,33とほぼ同様の電極31B,
32B,33Bの他に、その両側に新たにバイアス用の電極31
A,32A,33A,31C,32C,33Cを形成している。この実施例で
は、新たに形成した電極31A,32A,33A,31C,32C,33Cにバ
イアス電圧を加えることによって生じる電界により、ク
ロス状態を設定することができる。電極31B,32Bに正極
性の動作電圧＋Ｖあるいは負極性の動作電圧−Ｖをそれ
ぞれ印加すれば、バー状態が得られる。 この実施例では、例えばバイアス電圧がゼロ付近の所
定の値（≠０）で、クロス状態になるように設定するこ
とができる。そのため、バイアス電圧の値を微調整する
ことで、第１図の導波型光スイッチよりも、クロス状態
を精度良く設定することが可能になり、消光比は改善さ
れる。 なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。その変形例としては、例えば次によう
なものがある。 （Ｉ）第１図の電極31,32は、その一部をそれぞれ導波
路21,22上に重なるように構成してもよいし、電極33も
その一部を導波路21,22上に重なるように構成してもよ
い。この場合、垂直方向に電場が生じるなどするが、基
板20の結晶方向を適宜選定することにより、第１図の実
施例とほぼ同様の利点が得られる。 （II）第１図の電極33を省略してもよい。この場合、電
極31,32をそれぞれ導波路21,22にも重なるように延長し
て形成する。電極31（または電極32）をアースにし、電
極32（または電極31）に正極性の動作電圧あるいは負極
性の動作電圧を印加すれば、バー状態が得られ、印加し
なければ、クロス状態である。電極33を省略したため、
製造工程が簡略化できる。 （III）第１図及び第５図における結合領域30中のくの
字形導波路21,22は円弧形等の他の形状にすると共に、
それに対応して電極形状を変形するなどしてもよい。 （IV）基板20は、LiTaO3等の単結晶基板を用いてもよ
い、InGaAsP及びGaAlAs等の化合物半導体基板などを用
いて構成してもよい。 （発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、導波路
の間隔を、結合領域の両端で狭くすると共に、結合領域
の中央で広く形成したので、動作電圧を低くしつつ、結
合領域の長さを短くできる。 しかも、電極の長さを結合領域の長さよりも短くしたの
で、動作電圧を大幅に低減でき、かつ動作速度の向上が
図れる。
第１図は本発明の実施例を示す導波型光スイッチの斜視
図、第２図は従来の導波型光スイッチの斜視図、第３図
は第１図の導波型光スイッチのΔβＬ積特性図、第４図
は第１図の導波型光スイッチのΔβLe積特性図、第５図
は第１図の導波型光スイッチでＬ＝Leの場合のΔβLe積
特性図、第６図は本発明の他の実施例を示す導波型光ス
イッチの斜視図である。 20……基板、21,22……導波路、30……結合領域、31,3
2,33……電極。
図、第２図は従来の導波型光スイッチの斜視図、第３図
は第１図の導波型光スイッチのΔβＬ積特性図、第４図
は第１図の導波型光スイッチのΔβLe積特性図、第５図
は第１図の導波型光スイッチでＬ＝Leの場合のΔβLe積
特性図、第６図は本発明の他の実施例を示す導波型光ス
イッチの斜視図である。 20……基板、21,22……導波路、30……結合領域、31,3
2,33……電極。
Claims (1)
- 【請求項１】複数本の導波路を近接して並置し、その各
導波路の結合領域上に電極をそれぞれ設けた導波型光ス
イッチにおいて、 前記導波路間隔は、前記結合領域の両端で狭くすると共
に、前記結合領域の中央で広く形成し、 前記電極はその長さを前記結合領域の長さよりも短くし
て前記導波路に沿って形成したことを特徴とする導波型
光スイッチ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163356A JPH0820653B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 導波型光スイッチ |
| DE69009107T DE69009107T2 (de) | 1989-06-26 | 1990-06-22 | Optischer Schalter in Wellenleiterform mit kurzem Kopplungsgebiet. |
| EP90306852A EP0405857B1 (en) | 1989-06-26 | 1990-06-22 | Waveguide type photoswitch with a short coupling region |
| US07/544,263 US5048906A (en) | 1989-06-26 | 1990-06-26 | Waveguide type photoswitch with a short coupling region |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163356A JPH0820653B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 導波型光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328829A JPH0328829A (ja) | 1991-02-07 |
| JPH0820653B2 true JPH0820653B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=15772331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1163356A Expired - Lifetime JPH0820653B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 導波型光スイッチ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5048906A (ja) |
| EP (1) | EP0405857B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0820653B2 (ja) |
| DE (1) | DE69009107T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05264834A (ja) * | 1992-03-18 | 1993-10-15 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 導波路型光部品 |
| AU2001235961A1 (en) * | 2000-03-02 | 2001-09-12 | Orchid Lightwave Communications, Inc. | Integrated optical devices and methods of making such devices |
| JP4438350B2 (ja) * | 2003-08-21 | 2010-03-24 | 横河電機株式会社 | 光スイッチ |
| US7522784B2 (en) * | 2006-02-27 | 2009-04-21 | Jds Uniphase Corporation | Asymmetric directional coupler having a reduced drive voltage |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01136131A (ja) * | 1987-11-24 | 1989-05-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイッチ |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2465243A1 (fr) * | 1979-09-06 | 1981-03-20 | Thomson Csf | Commutateur electro-optique a commande electrique et circuit optique integre comprenant un tel commutateur |
| JPS57185418A (en) * | 1981-05-11 | 1982-11-15 | Nec Corp | Optical switching method |
| US4679893A (en) * | 1983-08-26 | 1987-07-14 | Hughes Aircraft Company | High switching frequency optical waveguide switch, modulator, and filter devices |
| EP0153312B1 (en) * | 1983-08-26 | 1990-03-21 | Hughes Aircraft Company | Electro-optical filter device |
| US4674829A (en) * | 1983-12-12 | 1987-06-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Polarization-independent switch with coupler spacing optimized for low voltage operation |
| JPS6436131A (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-07 | Miyagi Nippon Denki Kk | Automatic gain control system for optical receiver |
| US4871223A (en) * | 1987-08-25 | 1989-10-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Arrangement comprising at least one integrated optical waveguide on a substrate of electro-optical material and comprising at least one electrode |
-
1989
- 1989-06-26 JP JP1163356A patent/JPH0820653B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-06-22 DE DE69009107T patent/DE69009107T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-06-22 EP EP90306852A patent/EP0405857B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-06-26 US US07/544,263 patent/US5048906A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01136131A (ja) * | 1987-11-24 | 1989-05-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイッチ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69009107D1 (de) | 1994-06-30 |
| EP0405857A2 (en) | 1991-01-02 |
| US5048906A (en) | 1991-09-17 |
| DE69009107T2 (de) | 1994-11-03 |
| EP0405857A3 (en) | 1991-11-13 |
| JPH0328829A (ja) | 1991-02-07 |
| EP0405857B1 (en) | 1994-05-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7088875B2 (en) | Optical modulator | |
| US4709978A (en) | Mach-Zehnder integrated optical modulator | |
| US5408544A (en) | Optical modulator for producing a controllable chirp | |
| US4695121A (en) | Integrated optic resonant structres and fabrication method | |
| US6501867B2 (en) | Chirp compensated Mach-Zehnder electro-optic modulator | |
| US20070081766A1 (en) | Optical waveguide device | |
| US11474384B2 (en) | Velocity matched electro-optic devices | |
| JPH1090638A (ja) | 光制御素子 | |
| WO2023284370A1 (zh) | 折叠型马赫曾德尔调制器 | |
| US6845183B2 (en) | Slotted electrode electro-optic modulator | |
| JP3272064B2 (ja) | ４セクション光結合器 | |
| JPH04264531A (ja) | 案内された光に対する偏光ビームスプリッタ | |
| JPH0820653B2 (ja) | 導波型光スイッチ | |
| JP3558529B2 (ja) | 光変調器および光変調装置 | |
| JP2651271B2 (ja) | 導波型光スイッチ | |
| JPH08194196A (ja) | 光導波路デバイスの製造方法 | |
| JP2002122834A (ja) | 光導波路素子 | |
| JP3020340B2 (ja) | 光導波路型光デバイス | |
| JPH05297332A (ja) | 光変調器 | |
| JPH05297333A (ja) | 光変調器 | |
| JP3236426B2 (ja) | 光結合器 | |
| JPS63142333A (ja) | 導波型光スイツチ | |
| JPH0785152B2 (ja) | 導波路光スイツチ | |
| JPH063508B2 (ja) | 光スイツチ装置 | |
| JPH01136131A (ja) | 導波型光スイッチ |