JPH09166795A

JPH09166795A - 波長選択型の音響−光学導波路装置

Info

Publication number: JPH09166795A
Application number: JP8271008A
Authority: JP
Inventors: Schmid Steffen; ステフェン・シュミド
Original assignee: Pirelli Cavi SpA; Cavi Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1997-06-24
Also published as: CA2187597C; EP0768555A1; CN1152715A; ITMI952096A1; ITMI952096A0; CA2187597A1; CN1114838C; IT1277256B1; US5748810A

Abstract

(57)【要約】【課題】平衡状態の光路を有する、調節可能な音響−
光導波路スイッチを提供すること。【解決手段】波長選択型の音響−光導波路装置は、光
導波路内に長さの異なる第一及び第二の光導波路の経路
１５０、１６０を有し、その長さの差が、ｄ＝±λ（ｋ
＋ｍ）で求めた値に等しく、ここで、ｄは、二つの光導
波路の光路の差、λは、上記光信号の波長、ｋは、０以
上で１以下の数字、ｍは、０または整数であり、上記光
信号の少なくとも第一及び第二の寄生成分同士を相シフ
トさせるために、上記寄生成分同士が破壊的干渉を生ず
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平衡状態の光路を
有する、調節可能な音響−光導波路スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】波長を分割する多重化機能を有する電気
通信ネットワークにおいて、互いに独立的な幾つかの光
通信号、または幾つかのチャンネルは、通常、光ファイ
バで出来た同一の線を通じて、波長多重化により、即
ち、周波数を分割して異なる波長にて信号を同時に伝達
することにより、伝達される。その伝達された信号、ま
たはチャンネルは、デジタル、またはアナログの何れか
とし、これらの信号の各々は、特定の波長に関係付けら
れるため、その信号が互いに識別される。ネットワーク
内には、ノードがあり、このノードにて、光ファイバ線
のノードにて共にまとめられる光ファイバ線から切換え
られて、ノードから分岐する光ファイバ線に達する。そ
の構築を簡略化するために一つのノード内にて信号を呼
出すために、波長を選択する光整流子を使用することが
可能である。個々の信号をネットワークの出力側にて、
再度、分離させるためには、一つの信号の波長上に中心
決めされ且つ隣接する信号を遮断するのに十分に狭小な
波長帯域を伝達することのできるフィルタが必要とされ
る。

【０００３】複屈折性で且つ光弾性的な材料の基層上に
得られた導波路内を伝達される光信号と、適当なトラン
スデューサを通じて発生された、基層表面上を伝達され
る音響波との相互作用を利用して作用する、一体型の音
響−光学装置は公知である。偏波された光信号と音響波
との相互作用によって信号の偏波変換が為される、即
ち、そのＴＥ（横断方向電気）とＴＭ（横断方向磁気）
の偏波成分が回転する。

【０００４】かかる音響−光学装置において、光波の周
波数を制御することにより、その装置のスペクトル応答
曲線を調節することが可能であり、このため、かかる装
置は、波長−分割多重化機能を有する光電気通信ネット
ワーク内での信号のスイッチ及び光ファイバフィルタと
して使用するのに適したものとなる。こうした調節可能
なスイッチ及びフィルタは、構成要素の配線を変更せず
に、変更すべき信号を選択し、従って、ネットワークを
再構築することが可能である。

【０００５】また、こうした音響−光学装置は、基層表
面上を伝達される音響波が異なる音響波を重ね合わせた
ものであるならば、異なる信号、またはチャンネルを切
換え且つ同時に選択することが可能である。実際には、
スイッチは、同時に付与された周波数に応答する波長に
て信号の複合スイッチ動作を実行し、フィルタは、音響
波の周波数によって決まる、一組の異なる周波数間隔に
対応するパス帯域を有している。

【０００６】ＩＥＥＥの量子エレクトロニクス・ジャー
ナル（ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＪｏ
ｕｒｎａｌ）（１９９１年、３月のＶｏｌ．２７、Ｎ
ｏ．３、６０２−６０７頁）において、ポールマン（Ｐ
ｏｈｌｍａｎｎ）その他の者は、波長の選択機能を有
し、音響的に調節可能であり、偏波から独立的な応答性
を持った、音響−光導波路装置を記載しており、この装
置は、二つの入力側及び二つの出力側を有する（２×
２）スイッチとして、また、フィルタとして使用するこ
とができる。

【０００７】この文献の図４に示されたスイッチは、リ
チウムニオブ酸塩（ＬｉＮｂＯ_３）のｘ−カット及びｙ
−伝達性の結晶から成る基層と、平行な二つの光導波路
と、二つの能動型スプリッタと、電気音響トランスデュ
ーサと、音響導波路と、音響アブソーバとを備えてい
る。これらの光導波路及び電気音響トランスデューサ
は、音響−光モードの変換段を形成する。この電気音響
トランスデューサは、中心周波数１８０ＭＨｚの高周波
数（ＲＦ）の表面音響波を発生させることのできる相互
かみ合い型電極により形成される。この音響導波路は、
１５０μｍの幅を有し、双方の光導波路を収容してい
る。音響アブソーバは、音響波及び自由に伝達する波の
反射を解消する。

【０００８】光導波路及び偏波スプリッタは、基層内で
のチタニウムの拡散により形成され、また、音響導波路
のチャンネルは、該導波路に外接する領域内でのチタニ
ウムの拡散により形成される。電気音響トランスデュー
サの相互かみ合い型電極は、酸化スズ及び酸化インジウ
ムを陰極噴霧により付着させて形成される。

【０００９】アプライドフィジクス・レターズ（Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）（１９９
０年、１月のＶｏｌ．５６、Ｎｏ．３、２０９−２１１
頁）において、Ｄ．Ａ．スミス（Ｓｍｉｔｈ）その他の
者は、ポールマン、その他の者の装置と同一の型式であ
る、偏波から独立的な反応性を備える、音響的に調節可
能な光フィルタを記載している。このＤ．Ａ．スミスに
よるフィルタは、リチウムニオブ酸塩のｘ−カット及び
ｙ−伝達性の結晶として形成され、５ｃｍの長さで形成
される。該フィルタは、２７０μｍの間隔にて配置され
た二つの光導波路と、相互かみ合い型電極から成る電気
音響トランスデューサと、指向性カプラーから成る二つ
の偏波スプリッタとを備えている。

【００１０】ＩＥＥＥのフォトニックス・テクノロジー
・レターズ（ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）（１９９４年、３月、Ｖｏｌ．６、
Ｎｏ．３、３９０−３９３頁）においてデ・アレサンド
ロ（Ｄ’Ａｌｅｓｓａｎｄｒｏ）その他の者がポールマ
ンその他の者の装置と同一型式である音響−光学スイッ
チを記載している。このデ・アレサンドロ及びその他の
者のスイッチは、リチウムニオブ酸塩のＸＹ結晶として
形成され、その長さは５ｃｍである。該スイッチは、二
つの光導波路と、電気音響トランスデューサと、その内
部に光導波路が収容された音響導波路と、陽子の交換／
チタニウムの拡散及び焼鈍しによって形成された二つの
能動型偏波セパレータとを備えている。このスイッチ
は、１５４６ｎｍ乃至１５８８ｎｍの４ｎｍの間隔の波
長と、４つの光波長を選択するために１７５．８９ＭＨ
ｚ、１７５．３８ＭＨｚ、１７４．８６ＭＨｚ、１７
４．４２ＭＨｚの値を有の４つのパイロット高周波数と
から成る４つの信号で作用する。

【００１１】米国特許第５，２１８，６５３号におい
て、ジョーン・Ｊ・ジョンソン（ＪｏｈｎＪ．Ｊｏｈ
ｎｓｏｎ）その他の者がデ・アレサンドロその他の者の
装置と同様の装置を記載している（図２）。

【００１２】上述の音響−光学装置は、偏波から独立的
な応答性を持った、調節可能な２×２スイッチとして機
能する。

【００１３】所定の波長の一つのチャンネルが選択され
たならば、入力側を通じて入る、その波長における光信
号は、対応するクロス状態の出力側に呼び出され、その
他の入力側を通じて入る信号は、対応するその他のクロ
ス状態の出力側（クロス状態のスイッチ）に呼び出され
る。呼び出されなかった信号は、入力側から対応する直
接的な出力側（直接伝達、または並列状態、或いはバー
状態のスイッチ）に呼び出される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】こうした装置は、クロ
ス状態のスイッチ動作のとき、偏波から独立的な応答性
を有する、調節可能なパス帯域の音響−光学フィルタと
して機能する。この場合、対応するクロス状態の出力側
と共に、一つの入力側しか使用されない。

【００１５】上述の装置には、幾つかの欠点がある。

【００１６】この装置は、単一の音響−光学変換段から
成っている。かかる単一段において、二つの光導波路に
おける光信号と音響制御波との相互作用による偏波変換
に伴って、音響波の周波数に等しい周波数のシフトが為
される。かかる周波数シフトは、上述の形態のとき、光
信号の偏波に対応して逆の符号を有しており、このた
め、二つの独立的な対角状の偏波構成要素は、それぞれ
正のシフト及び負のシフトを有する。

【００１７】光信号が音響的変換周波数からシフトする
結果、電気通信ネットワークにビートの問題が生じる可
能性がある。

【００１８】二つの光導波路における二つの偏波周波数
シフトを制限するため、その光導波路の各々にそれぞれ
の音響導波路が関係付けられた、音響−光学装置が提案
されている。

【００１９】１９９３年４月の集積型光学素子に関する
第６回欧州会議の議事録、１０．１−１０．３頁（ＥＣ
ＩＯ’９３、スイス、ニューチャテル（Ｎｅｕｃｈａｔ
ｅｌ））において、Ｈ・ハーマン（Ｈｅｒｒｍａｎｎ）
その他の者は、二つの光導波路と、並べて配置された二
つの音響導波路とを備える、２×２音響−光学スイッチ
（図１０）を記載しており、その各々には、光導波路が
設けられ、その場合、表面の音響波は反対方向に伝播す
る。

【００２０】米国特許第５，２１８，６５３号におい
て、ジョーン・Ｊ・ジョンソンその他の者は、Ｈ・ハー
マンその他の者の装置と同様の装置を記載している（図
３）。

【００２１】このＨ．ハーマンその他の者によって記載
された型式の音響−光学装置は、当該出願人が製造した
ものである。この装置において、二つの光導波路は、偏
波モードを結合する二つの偏波スプリッタに接続され、
また、それぞれの部分が「Ｓ」字状に曲げられた導波路
に接続され、また、その各々がそれぞれの導波路内に収
容された二つの音響導波管に接続されている。音響導波
路の各々には、相互かみ合い型電極により形成された電
気音響トランスデューサが関係付けられている。これら
二つの音響導波路は、長さ１８ｍｍ、間隔２７０μｍで
あり、偏波スプリッタは長さ約５ｍｍで、「Ｓ」字形に
曲げられた部分は長さ約８ｍｍで、その曲率半径は約１
６０ｍｍである。この装置の全長は約６０ｍｍとした。

【００２２】装置がオフ状態にあるとき（直接通信）、
総損失はＴＭ入力側で約２ｄＢ、ＴＥ入力側で５ｄＢで
あり、その結果、各偏波スプリッタに接続するために
「Ｓ」字形に曲げた４つの部分が存在するため、偏波か
ら独立的な損失は３ｄＢとなる。完全なクロス状態とな
ったときの漏話は、偏波スプリッタの分割比に対して、
−１８ｄＢ乃至−２０ｄＢの範囲となる。

【００２３】装置がオン状態（クロス状態）にあると
き、ＴＭ入力側で約２ｄＢ、及びＴＥ入力側で約３ｄＢ
の総損失が検出された。偏波から独立的な損失は、両方
の偏波時におけるスイッチ機能の損失が分散されるため
に低い。

【００２４】スイッチ特性は、帯域幅２．０ｎｍで、第
一のサイドローブが−１８ｄＢであった。変換効率は、
９９％以上であった（双方の光導波路を別個に考えた場
合）。基層の表面に対する法線に関して４５°偏波させ
た入力信号の場合、装置の消衰比は、約−１６ｄＢに制
限され、それは、結合させた音響力の音響的なクロス結
合作用が−１７ｄＢ程度であるためであり、０．２ｎｍ
乃至０．５ｎｍの範囲に亙る変換波長の適合誤差に起因
して、平均（総）変換効率が、約８０％に低下したため
である。

【００２５】特に、音響導波路内を伝播する音響波の特
定の成分が並べて配置された光導波路内を伝播する光信
号と干渉することが理解される。このため、直接通信状
態にあるインターポートの漏話は約−１８ｄＢ増大す
る。

【００２６】更に、基層が均質性に欠けるため、光信号
の周波数シフト、または適合誤差の絶対値が二つの光導
波路にて異なる可能性がある。実際には、チタニウムの
析出層の厚さ及び／または幅が不均一であること、また
は、チタニウム層の拡散温度の勾配が不均一であるとい
った、製造中の欠陥に起因して、基層の材料、及び光導
波路を形成する材料の複屈折性が完全には均一ではない
ためである。複屈折性が局部的に少しでも変化すると、
二つの光導波路の間で切換えられるピーク波長に差が生
じ、この差は、同一の導波路間の距離が長ければ長い
程、大きくなる。

【００２７】偏波変換段の光導波路に接続された二つの
偏波スプリッタの製造上の欠陥のため、装置がオフ状態
（直接通信）にあるとき、直接通信出力側に向けて案内
される入力信号Ｓｉは、低下する。その低下程度は、分
割比ＳＲ＝α／（１−α）（この場合、αは約０．３
％）に従って偏波スプリッタの漏話に対応する。二つの
偏波スプリッタの特性が等しい場合、第一の偏波スプリ
ッタからの寄生信号、または残留信号成分は、第二の偏
波スプリッタからの寄生信号、または残留成分と同程度
の強さを有する。伝播損失を無視すれば、直接通信出力
側には、信号Ｓｂ＝（１−４α）Ｓｉがある。この信号
Ｓｉの寄生成分は、クロス状態の出力側に向けて案内さ
れ、ここで、残留信号Ｓｃ＝４αＳｉとなる。（並列）
で直接状態の出力側にて、信号Ｓｉの寄生成分同士が破
壊的干渉を行う一方、クロス状態の出力側には、信号Ｓ
ｉの二つの寄生成分同士が建設的干渉を行う。

【００２８】出力側に残留信号が存在することは、総消
衰比（減衰された偏波成分に対する装置からの出力側の
出力と出力側における総出力との比）、またはインター
ポートの漏話に悪影響が及ぶ。当該出願人が製造した装
置において、単一の偏波スプリッタの消衰比に関する装
置の総消衰比は５−６ｄＢであることが検出されてい
る。実際には、単一の偏波スプリッタの消衰比は−２５
ｄＢである一方、二つのスプリッタを備える完全な装置
の場合、消衰比は僅か−１９ｄＢにしか過ぎない。

【００２９】二つの光導波路用の共通の電気音響トラン
スデューサと、同一の光導波路用の電気音響導波路とを
備える変換段を有する、上述の音響−光学装置内では同
様のノイズが生じる。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、波長選
択型の音響−光導波路装置は、複屈折性で且つ光弾性的
な材料から成る基層を備えており、該基層上には、ａ）所定の範囲の波長の光信号の少なくとも一つの偏波
モード変換段と、ｂ）前記変換段のそれぞれ上流及び下流の位置に配置さ
れた第一及び第二の偏波選択要素であって、前記第一及
び第二の光導波路の経路と光学的に接続され、上記第一
及び第二の光学路内にて上記光信号の二つの偏波成分を
分離させることのできる第一及び第二の偏波選択要素と
が設けられ、該偏波モード段が、ａ１）第一及び第二の光導波路の経路と、ａ２）前記第一及び第二の光導波路の経路の少なくとも
一方の一部を含む、少なくとも一つの第一の音響導波路
と、ａ３）前記第一の音響導波路と関係付けられた、第一の
表面音響波発生手段とを備え、上記第一及び第二の光導
波路の経路が互いに異なる光学長さを有し、その長さの
差が、次式で求められた所定の値に等しく、ｄ＝±λ（ｋ＋ｍ）ここで、ｄは、二つの光導波路の光路の差、λは、上記
光信号の波長、ｋは、０以上で１以下の数字、ｍは、０
または整数であり、上記第二の偏波選択要素から出る上
記光信号の少なくとも第一及び第二の寄生成分同士を相
シフトさせるために、上記寄生成分が破壊的干渉を受け
るようにしたことを特徴とする。

【００３１】本発明による音響−光学装置において、二
つの導波路の光路の間には、波長の所定の一部、または
その波長の奇数倍に等しい差ｄが形成される。即ち、ｄ
＝±λ（ｋ＋ｍ）となる。光路が平衡状態となることが
波長に依存する程度を最小にし得るように、ｍ＝０とす
ることが好ましい。光路同士が平衡状態にあるため、装
置のクロス通信出力側に存在する信号の二つの所定の寄
生成分を相シフトさせることが可能となる。この相シフ
トは、信号の二つの寄生成分同士を破壊的干渉させ、こ
れにより、互いに打ち消すような値にする。光路が平衡
状態にあるため、装置が完全なクロス状態にあるとき、
消衰比、またはインターポートの漏話を顕著に低下させ
ることが可能となる。

【００３２】本発明による音響−光学装置のその他の利
点は、中央（調節）波長以外の波長の暗ノイズを少なく
し、また、調節帯域の幅を拡げる点にある。

【００３３】本発明による音響−光学装置は、偏波から
独立的な応答性を有する、調節可能な２×２、１×２、
２×１スイッチとして、または偏波から独立的な応答性
を有する、調節可能なフィルタとして使用することがで
きる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面に非限定的な一
例として示した本発明の実施の形態に関して、本発明の
特徴及び利点を説明する。

【００３５】図１には、本発明により形成された、偏波
から独立的な応答性を有する、調節可能な２×２音響−
光導波路スイッチが図示されている。該スイッチは、リ
チウムニオブ酸塩（ＬｉＮｂＯ_３）から成る、複屈折性
で且つ光弾性的な材料で出来た基層１を備えている。

【００３６】この基層１内には、二つの偏波選択要素
２、３と、変換段４とが含まれる。

【００３７】これら二つの偏波選択要素２、３は、光導
波路内の偏波スプリッタにより形成され、該スプリッタ
の各々は、それぞれの中央導波路部分５、６と、スプリ
ッタ２に対する入力及び出力枝部分７、８、９、１０
と、スプリッタ３に対する枝部分１２、１３、１４とを
備えている。

【００３８】スプリッタ２の入力枝部分７、８は、それ
ぞれの接続光導波路７０、８０を通じてスイッチの入力
ポート７１、８１に接続されている。スプリッタ３の出
力枝部分１３、１４は、それぞれの接続光導波路１３
０、１４０を通じてスイッチの出力ポート１３１、１４
１に接続されている。スプリッタ２の出力枝部分９、１
０は、その各々が対向凸部９０ａ、９０ｂ、１００ａ、
１００ｂを有する湾曲状、または円弧状の二つの部分を
有するそれぞれの接続光導波路９０、１００に接続され
ている。同様に、スプリッタ３の出力枝部分１１、１２
は、その各々が対向する凸部１１０ａ、１１０ｂ、１２
０ａ、１２０ｂを有する湾曲状、または円弧状の二つの
部分から成るそれぞれの接続光導波路１１０、１２０に
接続されている。凸部９０ａ、９０ｂ、１００ａ、１０
０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂは、例
えば、１００乃至１８０ｍｍの曲率半径Ｒを有する。

【００３９】入力ポート７１、８１及び出力ポート１３
１、１４１は、公知の型式であるために図示しない、適
当な接続装置（ピグテールと称される）によって電気通
信ネットワークの光ファイバに、またはその他の光学的
構成要素に接続し得るようにされている。かかる接続装
置の特徴として、ポート７１、８１及びポート１３１、
１４１が、例えば、互いに約２７０μｍ離れた位置にあ
る。

【００４０】変換段４は、直線状で且つ平行な二つの導
波路枝部分１５、１６と、これらの枝部分１５、１６を
収容する二つの音響導波路１８、１９と、電気音響トラ
ンスデューサ２０、２１とをそれぞれ備えている。

【００４１】枝部分１５、及びこれに対応する接続光導
波路９０、１１０と、枝部分１６、及びこれに対応する
接続光導波路１００、１２０とが偏波スプリッタ２、３
を接続する二つの光路１５０、１６０を形成する。

【００４２】電気音響トランスデューサ２０、２１は、
反対方向に伝幡する高周波数の表面音響波を発生させる
ことのできる相互かみ合い型電極により形成される。ト
ランスデューサ２１により発生された音響波は、波長枝
部分１５に沿って伝達される信号と共線的となる一方、
トランスデューサ２１により発生された音響波は、波長
枝部分１６に沿って伝達される信号と反対線的となる。
第一及び第二の音響波が同一の周波数を有するようにす
るためには、電気音響トランスデューサ２０、２１の双
方に単一の電気駆動信号が送られるようにすることが好
ましい。これらのトランスデューサ２０、２１は、それ
ぞれ音響導波路１８、１９と連通状態にて並んで配置さ
れた音響導波路２２、２３内に配置され、音響カプラー
を形成する。かかる音響カプラーは、次のようにして製
造される。即ち、導波路２２、２３に沿った表面音響波
の強さプロファイルが、当該導波路の中央部分にピーク
値を有し、当該導波路の両端に谷部分があるように製造
される。枝部分１５、１６に沿って伝幡する光信号は、
所定の相互作用長さを有する領域内にて経路に沿った途
中まで強さが増し、その残りの途中で強さが低下する、
それぞれの音響波と相互作用する。音響導波路２２、２
３の両端には、音響波の反射を解消することのできる音
響アブソーバ手段２４が設けられている。これらの音響
導波路１８、１９、２２、２３は、導波路１８、１９、
２２、２３内よりも音響波の速度が速い領域２５によっ
て形成される。

【００４３】接続する導波路１００、１２０、及び枝部
分１６の全長は、スイッチを通って流れる光信号の波長
の１／２（λ／２）、またはその奇数倍だけ、枝部分１
５の二つの接続光導波路９０、１１０及び枝部分１５の
全長よりも長く、このため、波長の１／２、またはその
奇数倍だけ全長の異なる光路１５０、１６０が形成され
る。図示した実施の形態において、特に、図２に示すよ
うに、湾曲部分９０ａ、９０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、
１００ａ、１００ｂ、１２０ａ、１２０ｂの曲率半径が
等しく、また、対応する中央部分の対角が異なるため、
波長１５５０ｎｍの光信号の場合、接続する光導波路９
０、１１０、１００、１２０の全長は異なる。

【００４４】勿論、光路１６０は、波長の１／２以上、
または１／２以下だけ、光路１５０よりも長くし、また
は短くすることができる。

【００４５】上述のスイッチの作用は次の通りである。

【００４６】電気音響トランスデューサ２０、２１に電
圧が印加されないとき、装置はスイッチオフ（オフ状
態）とされ、この状態は、入力ポート７１、８１と出力
ポート１３１、１４１との間にそれぞれ直接的な通信が
為される直接通信、または並列状態（バー状態）であ
る。光信号は、ポート７１、８１から入り、偏波スプリ
ッタ２に到達し、ここで、偏波成分ＴＥ（横断方向電
気）及びＴＭ（横断方向磁力）が出力電波管部分９、１
０内にて最適に分離される。これらの成分ＴＥ、ＴＭ
は、変換段４の枝部分１５、１６を変化せずに透過し、
次に、偏波スプリッタ３の出力電波管部分１３、１４内
にて分離され、このため、ポート７１、８１を通って入
る信号は、ポート１３１、１４１から変化せずに出る。

【００４７】偏波スプリッタ２、３は最適ではないた
め、光信号Ｓ１がスプリッタの入力に供給されると、信
号が存在してはならないスプリッタの枝部分には、αの
値、例えば、０．３％の値の信号成分（スプリッタの漏
話）がある。例えば、スプリッタ２に漏話α１が生じる
ならば、スプリッタを貫通する並列（バー）通路が提供
される信号である、入力７１にて供給される強さＳ１の
信号のＴＭ偏波成分の場合、スプリッタの枝部分１０に
おいては、信号が存在しないのではなくて、α１Ｓ１の
値の成分が存在し、また、これに対応して、強さ（１−
α１）Ｓ１の信号が枝部分９に存在することを意味す
る。一方、スプリッタ３に、漏話α２が生ずるならば、
偏波成分ＴＭの場合、枝１１の入力にて、強さ（１−α
１）Ｓ１の信号が存在し、また、スプリッタ３に漏話が
あれば、出力枝部分１３（即ち、スイッチの出力１３
１）に、強さＳｂ１＝（１−α２）（１−α１）Ｓ１の
信号が提供され、また、スイッチのクロス状態の出力側
１４１である枝部分１４に、強さＳｃ１＝α２（１−α
１）Ｓ１の信号が存在する。更に、スプリッタ３への入
力側にて、枝部分１２に、強さα１Ｓ１の成分がある。
一方、かかる成分は、枝部分１４内で強さＳｃ２＝（１
−α２）α１Ｓ１の信号を発生させ、また、枝部分１３
内で強さＳｂ２＝α２α１Ｓ１の信号を発生させる。

【００４８】α１及びα２が等しく、α^２が無視し得る
とみなすならば、それぞれ出力側１３１にて次の通りと
なる。

【００４９】Ｓｂ１＝（１−２α）Ｓ１（バー出力にお
ける損失が無視し得る）、及び出力１４１にて；Ｓｃ１
＝α（１−α）Ｓ１（スプリッタ３を直接、透過する、
変換器の枝部分１６内の漏話成分α１Ｓ１）、Ｓｃ２＝
α（１−α）Ｓ１（変換器の枝部分１５内に直接、進ん
だ成分（１−α１）Ｓ１のスプリッタ３を介しての漏
話）、スイッチの二つの枝部分における光路が同一であ
る従来の形態において、二つの成分Ｓｃ１、Ｓｃ２の場
（建設的干渉）が組み合わされる。理想的には、信号強
さＳｃ（ＴＭ）＝４αＳ１となる。

【００５０】入力における光信号の偏波成分ＴＥの挙動
は同様である。

【００５１】本発明によるスイッチにおいて、二つの光
路１５０、１６０は、波長の１／２（またはその奇数
倍）だけ差があるように選択され、二つの成分Ｓｃ１、
Ｓｃ２は完全に反対相を有し、このため、破壊的干渉を
生じさせる。実際には、光路１６０の長さは、波長の分
数、特に、波長の１／２だけ光路１５０よりも長いた
め、接続する導波路１４０内に存在する光信号の寄生成
分は１８０°位相外となり、破壊的に干渉し、互いに打
ち消し合う点で最適である。クロス状態の通信出力１４
１には、０に略等しい信号Ｓｃがある一方、直接通信出
力１３１には、Ｓ１に略等しい信号Ｓｂがあり、このた
め、実際には、偏波スプリッタ２、３の漏話に伴う不利
益が解消される。

【００５２】トランスデューサ２０、２１の電極に対し
適当なスイッチ信号を付与することにより、装置は、ス
イッチオン（オン状態）とされ、また、クロス状態に変
化し、ここで、入力ポート７１、８１は、それぞれクロ
ス状態の出力ポート１４１、１３１に対応する。トラン
スデューサ２０、２１は、偏波変換ＴＥ−＞ＴＭまたは
ＴＭ−＞ＴＥが行われる光の共振波長に対応する音響制
御周波数ｆ_ac（１５５０ｎｍにて作動する装置の場合、
約１７４±１０ＭＨｚ及び１３００ｎｍにて作動する装
置の場合、２１０±１０ＭＨｚ）のそれぞれの高周波数
の表面音響波を発生させる。光信号は偏波スプリッタ２
に入り、ここで、偏波成分ＴＥ、ＴＭが分離されて、変
換段４の枝部分１５、１６を透過し、該変換段にて、偏
波成分は対角状の偏波成分に変換される。次に、偏波成
分ＴＥ、ＴＭは、偏波スプリッタ３内に送られ、入力ポ
ート７１からの選択された偏波成分がポート８１からの
選択されない成分と共に出力ポート１４１から去ること
ができ、ポート８１からの選択された偏波成分は、ポー
ト７１からの選択されない成分と共に、出力ポート１３
１から去ることができる。こうした信号、即ち、変換段
４にて偏波成分に変換された信号は、完全なクロス状態
の状況にて案内され、完全なスイッチ機能を果たす。

【００５３】導波路部分１４０に存在する二つの光信号
の寄生成分は、１８０°の位相外であり、破壊的に干渉
し、互いに打ち消し合う。クロス状態の通信出力１４１
には、光導波路１５内で変換された信号、例えば、Ｓ
（ＴＥ）に略等しい信号Ｓｃがある。この信号Ｓ（Ｔ
Ｅ）は、光信号及び音響波が共線状的、または反対線的
の何れかであることにより、その符号が決まる周波数シ
フトを有する。光導波路１５及び光導波路１６内で光信
号の二つの寄生成分が変換されたため、直接通信出力１
３１には、信号Ｓｂがある。二つの寄生成分は、それぞ
れ強さがαＳ（ＴＥ）であり、また、光信号及び音響波
が共線的、または反対線的の何れかであるかにより、そ
れぞれ負または正の符号の周波数シフトを有する。こう
した信号の二つの寄生成分は、最大強さが略４αＳ（Ｔ
Ｅ）のビートを発生させる。このようにして、偏波スプ
リッタの平均漏話は約−２２ｄＢに制限される。

【００５４】当該出願人は、次の寸法を有し且つ１５５
０ｎｍの波長にて作動する、図１のものと同様の平衡型
音響−光スイッチを実現した。即ち、二つの光導波路１
５、１６の長さが約１８ｍｍ、その間隔が２７０μｍで
ある。湾曲部分９０ａ、９０ｂ、１００ａ、１００ｂ、
１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂの曲率半径が
約１４０ｍｍである。図２に図示するように、部分９０
ａ、１１０ａの中心におけるそれぞれの対角が約１．４
７７°、部分９０ｂ、１１０ｂの中心における対角が約
１．７７７°、部分１００ａ、１２０ａの中心における
それぞれの対角が約１．５６４°、部分１００ｂ、１２
０ｂの中心におけるそれぞれの対角が１．８６４°であ
る。光路１６０の全長は、波長の１／２だけ、光路１５
０の全長よりも長い。偏波スプリッタ２、３の長さは約
５ｍｍである。この装置の全長は約６０ｍｍである。

【００５５】図７には、クロス通信状態における平衡型
音響−光スイッチのフィルタ曲線のスペクトルが図示さ
れている。ｄＢで表示した光信号の強さ（伝達）をｙ軸
線に沿って示し、光信号の波長（λ）をｎｍの単位でｘ
軸線に沿って示してある。暗ノイズは、−３０ｄＢ以下
または−３０ｄＢに等しく、サイドローブは−２２ｄＢ
以下または−２２ｄＢに等しく、帯域幅は１００ｎｍで
あることが理解される。

【００５６】平衡型音響−光スイッチにより得られる性
能上の改良点は、図１のスイッチと同様ではあるが、従
来の方法にて（長さの等しい光路を有するように）形成
された構造体と、クロス通信状態における、音響−光ス
イッチのフィルタ曲線のスペクトルを図示する図８のグ
ラフとを比較することにより、明らかになると考えられ
る。図７のｘ軸線及びｙ軸線は、図８のグラフのｘ軸線
及びｙ軸線と一致し、このため、二つのグラフを重ね合
わせて比較することができる。暗ノイズが−２１ｄＢ以
下または−２１ｄＢに等しく、サイドローブが約−１８
ｄＢ、帯域幅が２ｎｍである点で従来のスイッチは、図
１のスイッチの性能よりも劣る。

【００５７】勿論、光導波路の湾曲部分の大きさが異な
る円弧によってのみならず、スイッチの特別な設計上の
条件に従い、湾曲部分の曲率半径及び直線状の枝部分１
５、１６の長さが異なるようにすることによっても、光
路の所望の長さの差を設定することができる。

【００５８】図３には、同一の部品は、同一の参照符号
で示して、図１の音響−光スイッチの一つの変形例が図
示されている。図３のスイッチにおいて、変換段４の光
導波路１５、１６の枝部分は、共通の音響導波路３０内
に収容されている。横に並んだ導波路３２内に配置され
た一つの電気音響トランスデューサ３１のみにて、二つ
の光導波路１５、１６と相互作用する表面音響波が発生
される。この音響波は、導波路１５、１６に沿って伝達
される信号と共線的である。該音響導波路３０は、略１
１０μｍの幅を有し、二つの光導波路の枝部分１５、１
６は、約４０μｍの位置に配置されている。

【００５９】この場合、光路１６０の長さは、波長の１
／４（λ／４）だけ、光路１５０の長さよりも長い（ま
たは短い）。接続導波路１４０の部分内で光信号の寄生
成分間にて部分的な破壊的干渉が為されるようにするこ
とが好ましい。

【００６０】装置をスイッチオンにすると、二つの光路
１５０、１６０内で分離された二つの偏波成分は、共に
音響信号と同一方向に伝播され、同一符号の周波数シフ
トが為される。クロス状態の通信出力１４１には、光導
波路１５内で変換された、例えばＳ（ＴＥ）の信号に略
等しい信号Ｓｃがある。この信号Ｓ（ＴＥ）は、光信号
及び音響波が共線的であるため、負の符号の周波数シフ
トを有する。このように、クロス通信状態にて、スイッ
チの光路を平衡させることができる。直接通信出力１３
１には、光導波路１５及び光導波路１６内で変換された
光信号の二つの寄生成分がある結果、信号Ｓｂがある。
こうした信号の寄生成分は、強さαＳ（ＴＥ）であり、
９０°（λ／４）相シフトされるため、部分的な破壊的
干渉状態となる。このようにして、装置全体の平均的漏
話は約−２２ｄＢに制限される。

【００６１】図３のスイッチにおいて、光路１５０、１
６０の長さが、波長の１／２（またはその奇数倍）だけ
異なるならば、寄生成分は、スイッチの直接（バー）出
力にて建設的に集合し、スイッチ自体の消衰比を著しく
制限することになる（約−１９ｄＢ程度）。

【００６２】図４には、図１の音響−光スイッチの一つ
の変形例が図示されており、この場合、光導波路の枝部
分１５、１６に、二つの正電極４０、４１と、共通の負
電極４２とが関係付けられている。これらの電極４０乃
至４２は、蒸発、またはガルバニック成長、或いはスパ
ッタリングにより析出されたＴｉ、Ａｕ、Ａｌのよう
な、所定形状の導電性材料ストリップで形成されてい
る。これらの電極４０、４１、４２は、適当な電気エネ
ルギ源に接続されている。対の電極４０、４２、及び電
極４１、４２は、基層１の材料の屈折率を変化させて、
枝部分１５、１６における光路を精密に調節し得るよう
にすべく、強さを調節することのできる二つの電界を発
生する。

【００６３】図５には、図１の音響−光スイッチの一つ
の変形例が図示されており、この場合、電極５０、５
１、５２及び電極６０、６１、６２は、導波路部分９
０、１００、１１０、１２０と関係付けられている。電
極５０乃至５２及び電極６０乃至６２は、適当な電気エ
ネルギ源に接続された、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｌのような所定
の形状の導電性材料ストリップで形成されている。この
場合、図４に関して説明したものと同一の機能を果た
す、対の電極５０、５２、電極５１、５２、電極６０、
６２、電極６１、６２は、接続光導波路９０、１００、
１１０、１２０に配置され、基層１の長さを何ら増すこ
とを必要とせずに、それ自体の接続部に沿って光路に所
望の変更を加えることが可能になる。

【００６４】図４のスイッチの電極４０、４１、４２及
び図５のスイッチの電極５０、５１、５２は、特に、二
つの偏波成分ＴＭ、ＴＥ間の挙動の差を補正することを
可能にし、これは、印加された電界の作用に対する二つ
の成分ＴＭ、ＴＥの感度が異なるからである。

【００６５】図６に示したスイッチの更なる実施の形態
において、電極１７０、１７１、１７２、及び電極１８
０、１８１、１８２は、図３に関して既に上述した型式
の単一の音響導波路を有するスイッチと関係付けられて
いる。これらの電極は、装置をスイッチオンにしたとき
に作動するようにすることが便宜である。この場合、互
いにλ／２だけ長さが異なる光路１５０、１６０を配置
し、オフ状態にて寄生成分を完全に消衰させ、また、装
置をオンにしたときだけ、電極を通じて、光路の長さを
変更することが可能である。このようにして、装置がス
イッチオン状態にあるときでも、スイッチオフ状態のと
きの挙動を劣化させずに、寄生成分の完全な破壊的干渉
状態を再設定することができる。

【００６６】図１、図３、図４、図５及び図６のスイッ
チは、入力ポート７１、８１及び出力ポート１３１、１
４１を交換し、後者が入力ポートとして機能し、前者が
出力ポートとして機能するようにしても正確に機能す
る。

【００６７】図１、図３、図４、図５、図６のスイッチ
は、１５５０ｎｍ、または１３００ｎｍの波長上に中心
決めされた少なくとも１００ｎｍの幅の光波長の範囲内
で実際に作動することができる。このことは、光電気通
信にてとって極めて興味のあることである。

【００６８】基層１は、ｘ軸線に対して垂直にカットし
たＬｉＮｂＯ_３の結晶から成っている。導波路の枝部分
１５、１６は、上記の結晶のｙ軸線に沿って方向決めさ
れている。ＬｉＮｂＯ_３に代えて、ＬｉＴａＯ_３、Ｔｅ
Ｏ_２、ＣａＭｏＯ_４の群内で選択された、別の複屈折性
で且つ光弾性的な圧電材料を使用することができる。装
置の全長は、約４０乃至６０ｍｍである。

【００６９】音響導波路１８、１９、２２、２３、３
０、３２は、基層１の領域２５に外接する、写真平版マ
スクによって製造することもできる。マスクの孔が外接
する表面内に厚さ１６０ｎｍのＴｉ層が析出され、その
後に１０６０°Ｃの温度の加熱炉内にて３１時間、基層
内でＴｉを拡散させる。この拡散作用のため、音響波の
速度は約０．３％速くなり、このため、領域２５は、導
波路１８、１９、３０に沿って音響波を封じ込める。

【００７０】光導波路及び偏光スプリッタは、屈折率を
増大させることのできる物質を基層内で拡散させること
により製造することができる。写真平版マスクを使用す
れば、厚さ約１２０ｎｍのＴｉ層を析出させ、その後
に、１０３０°Ｃの温度で９時間、拡散させることがで
きる。光導波路に対応して、該マスクは、約７μｍの幅
の孔を有している。

【００７１】光及び音響導波路は、使用される光及び音
響波に対して単モードであることが好ましい。

【００７２】電気音響トランスデューサ２０、２１、３
１の相互かみ合い型電極は、ｙ軸線に対して約５°傾斜
させて、（圧電性の）基層１に析出される。該トランス
デューサは、約２０．８μｍの間隔に配置された、相互
かみ合い型電極を１５乃至２０対、またはそれ以上、有
することが好ましい。電極は、応答帯域を拡げるべく可
変ピッチ（「チャープ（ｃｈｉｒｐ）」）を有する。こ
の間隔値は、約１５５０ｎｍの光波長にてＴＥ＜−＞Ｔ
Ｅの変換のために必要とされる値である、約１７３．５
ＭＨｚの周波数の表面音響波のＬｉＮｂＯ_３における波
長の値から求めたものである。これらの電極の間隔の値
を調節することにより、その他の波長帯域にて作動する
音響−光装置に適したトランスデューサを提供すること
が可能となる。これらの電極は、例えば、厚さ５００ｎ
ｍのアルミニウムのような金属層を基層上に析出させて
製造することができる。

【００７３】中心波長１５５０ｎｍに関して５０ｎｍだ
け変位させた波長１５００ｎｍ、または１６００ｎｍに
対して音響−光スイッチを調節することも可能である。
これは、中心波長にて作動するために必要とされる５０
ｍＷに対して、約１００ｍＷの電気を相互かみ合い型電
極に供給することにより行われる。

【００７４】２×２型のスイッチに関して本発明を説明
したが、本発明は、当業者に公知の方法に従って、調節
を為すことにより、偏波スプリッタ間に光路が存在す
る、より複雑な構成要素に適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って形成された、偏波から独立的な
応答性を持つ、調節可能な２ｘ２音響光スイッチの概略
図である。

【図２】図１のスイッチの導波管の拡大縮尺部分を示す
図である。

【図３】図１のスイッチの変形例を示す図である。

【図４】図１のスイッチの別の変形例を示す図である。

【図５】図１のスイッチの更に別の変形例を示す図であ
る。

【図６】図１のスイッチのもう一つ別の変形例を示す図
である。

【図７】図１の音響−光スイッチのフィルタ曲線のグラ
フである。

【図８】従来の音響−光スイッチのフィルタ曲線のグラ
フである。

【符号の説明】

１基層２、３偏波選択要
素／スプリッタ４変換段５、６中央導波路
部分７、８入力枝部分９、１０出力枝部
分１１、１２、１３、１４出力枝部分１５、１６導波路枝部分１８、１９、２２、
２３音響導波路２０、２１電気音響トランスデューサ２４音響アブソーバ手段２５領域３０、３２音響導波路３１電気音響トラ
ンスデューサ４０、４１正電極４２負電極５０、５１、５２、６０、６１、６２電極７０、８０接続光導波路７１、８１入力ポ
ート９０、１００、１１０、１２０接続光導波路９０ａ、９０ｂ、１００ａ、１００ｂ、１１０ａ、１１
０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ凸部１３０、１４０接続光導波路１３１、１４１出
力ポート１５０、１６０光路１７０、１７１、１７２、１８０、１８１、１８２電
極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複屈折性で且つ光弾性的な材料から成る
基層（１）を備え、該基層（１）上には、ａ）所定の範囲の波長の光信号の少なくとも一つの偏波
モード変換段（４）と、ｂ）前記変換段（４）のそれぞれ上流及び下流の位置に
配置された第一及び第二の偏波選択要素（２、３）であ
って、光導波路（９０、１５、１１０；１００、１６、
１２０）内の第一及び第二の光路（１５０、１６０）と
光学的に接続され、前記第一及び第二の光路（１５０、
１６０）内にて前記光信号の二つの偏波成分を分離させ
ることのできる前記第一及び第二の偏波選択要素（２、
３）とが設けられ、前記偏波モード変換段（４）が、ａ１）前記光導波路（９０、１５、１１０；１００、１
６、１２０）内の前記第一及び第二の光路（１５０、１
６０）と、ａ２）前記光導波路（９０、１５、１１０；１００、１
６、１２０）内の前記第一及び第二の光路（１５０、１
６０）の少なくとも一方の一部を含む、少なくとも一つ
の第一の音響導波路（１８、１９；３０）と、ａ３）前記第一の音響導波路（１８、１９；３０）と関
係付けられた、第一の表面音響波発生手段（２０、２
１；３１）とを備える、波長選択型の音響−光学導波路
装置にして、前記光導波路（９０、１５、１１０；１００、１６、１
２０）内の前記第一及び第二の光路（１５０、１６０）
が互いに異なる光学長さを有し、その長さの差が、次式
で求められた所定の値に等しく、ｄ＝±λ（ｋ＋ｍ）ここで、ｄは、二つの光導波路（９０、１５、１１０；
１００、１６、１２０）の前記光路（１５０、１６０）
の差、 λは、前記光信号の波長、ｋは、０以上で１以下の数字、ｍは、０または整数であり、前記第二の偏波選択要素（３）から出る前記光信号の少
なくとも第一及び第二の寄生成分同士を相シフトさせ
て、該寄生成分が破壊的干渉を受けるようにしたことを
特徴とする波長選択型の音響−光学導波路装置。
【請求項２】請求項１に記載の音響−光学装置にし
て、前記第一及び第二の光路（１５０、１６０）が、光導波
路（１５、１６）の直線状で且つ平行なそれぞれの第一
及び第二の枝部分と、それぞれの接続光導波路（９０、
１１０；１００、１２０）とを備え、該それぞれの接続光導波路（９０、１１０；１００、１
２０）が、前記第一及び第二の枝部分（１５、１６）を
前記第一及び第二の偏波選択要素（２、３）に接続し、前記第一の光路（１５０）の前記接続光導波路（９０、
１１０）の長さが、前記値ｄに等しい程度だけ、前記第
二の光路（１６０）の前記接続光導波路（１００、１２
０）の長さと異なることを特徴とする音響−光学装置。
【請求項３】請求項２に記載の音響−光学装置にし
て、前記第二の光路（１６０）の前記接続光導波路（１０
０、１２０）の長さが、前記値ｄに等しい程度だけ、前
記第一の光路（１５０）の前記接続光導波路（９０、１
１０）よりも長いことを特徴とする音響−光学装置。
【請求項４】請求項２に記載の音響−光学装置にし
て、前記接続光導波路（９０、１１０；１００、１２０）
が、所定の曲率半径及び対向する凸部を有するそれぞれ
の一対の湾曲部分（９０ａ、９０ｂ；１１０ａ、１１０
ｂ；１００ａ、１００ｂ；１２０ａ、１２０ｂ）を備
え、中心角に対する前記該湾曲部分（９０ａ、９０ｂ；１１
０ａ、１１０ｂ；１００ａ、１００ｂ；１２０ａ、１２
０ｂ）の値が異なるので、前記第二の光路の長さが前記
値ｄだけ前記第一の光路よりも長いことを特徴とする音
響−光学装置。
【請求項５】請求項４に記載の音響−光学装置にし
て、前記湾曲部分（９０ａ、９０ｂ；１１０ａ、１１０ｂ；
１００ａ、１００ｂ；１２０ａ、１２０ｂ）が、１００
乃至１８０ｍｍの範囲の曲率半径を有することを特徴と
する音響−光学装置。
【請求項６】請求項１に記載の音響−光学装置にし
て、前記第二の表面音響波発生手段（２１；２０）が、第二
の音響導波路（１９）と関係付けられ、前記第一の音響導波路（１８）が、前記第一の光路（１
５０）の少なくとも一部を含み、前記第二の音響導波路（１９）が、前記第二の光路（１
６０）の少なくとも一部を含み、前記第一及び第二の光路（１５０、１６０）の間の前記
長さの差が波長の１／２に等しいことを特徴とする音響
−光学装置。
【請求項７】請求項１に記載の音響−光学装置にし
て、前記第一の音響導波路（３０）が、前記第一及び第二の
光路（１５０、１６０）の少なくとも一部を含み、前記第一及び第二の光路（１５０、１６０）の間の前記
長さの差が波長の１／４に等しいことを特徴とする音響
−光学装置。
【請求項８】請求項２に記載の音響−光学装置にし
て、前記電極（４０、４１、４２）が、前記基層（１）の材
料の屈折率を変化させ得る電界を発生させ且つ前記光路
（１５０、１６０）の精密な調節を為し得るように、前
記第一及び第二の光導波路の枝部分（１５、１６）と関
係付けられることを特徴とする音響−光学装置。
【請求項９】請求項２に記載の音響−光学装置にし
て、前記電極（５０、５１、５２；６０、６１、６２）が、
前記基層（１）の材料の屈折率を変化させ得る電界を発
生させ且つ前記光路（１５０、１６０）の微調節を為し
得るように、前記第一及び第二の光路（１５０、１６
０）の前記接続光導波路（９０、１１０；１００、１２
０）と関係付けられることを特徴とする音響−光学装
置。
【請求項１０】請求項１に記載の音響−光学装置にし
て、前記第一の音響導波路（３０）が、前記第一及び第二の
光路（１５０、１６０）の少なくとも一部を含み、前記第一及び第二の光路（１５０、１６０）の間の前記
長さの差が波長の１／４に等しく、前記電極（１７０、１７１、１７２；１８０、１８１、
１８２）が、前記基層（１）の材料の屈折率を変化させ
得る電界を発生させ且つ前記光路（１５０、１６０）の
前記長さを変化させ得るように、前記第一及び第二の光
路（１５０、１６０）の前記接続光導波路（９０、１１
０；１００、１２０）と関係付けられることを特徴とす
る音響−光学装置。