JPH09184936A - Ｙ−接合形非線形光導波路 - Google Patents
Ｙ−接合形非線形光導波路Info
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- JPH09184936A JPH09184936A JP8262777A JP26277796A JPH09184936A JP H09184936 A JPH09184936 A JP H09184936A JP 8262777 A JP8262777 A JP 8262777A JP 26277796 A JP26277796 A JP 26277796A JP H09184936 A JPH09184936 A JP H09184936A
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- Japan
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- optical waveguide
- incident light
- power
- linear
- nonlinear optical
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2821—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
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- 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
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3515—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
- G02F1/3521—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using a directional coupler
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/1215—Splitter
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】従来の非線形方向性結合器と二重モード干渉結
合器の短所を補完した完全光動作の、分岐角が大きいＹ
−接合形非線形光導波路を提供する。 【解決手段】直線形の線形光導波路１２と、この線形光
導波路１２に接合され曲がった非線形光導波路１４とに
より構成される。入射光のパワーが所定の大きさ以下の
場合、入射光が主に線形光導波路１２に進行し、入射光
のパワーが所定の大きさ以上の場合、入射光が主に非線
形光導波路１４に進行する。入射光の分岐角が増加され
ており、急激なスイッチング現象を示すので、集積度を
向上させることができ、臨界パワーの調整があまり難し
くないため製作が容易である。
合器の短所を補完した完全光動作の、分岐角が大きいＹ
−接合形非線形光導波路を提供する。 【解決手段】直線形の線形光導波路１２と、この線形光
導波路１２に接合され曲がった非線形光導波路１４とに
より構成される。入射光のパワーが所定の大きさ以下の
場合、入射光が主に線形光導波路１２に進行し、入射光
のパワーが所定の大きさ以上の場合、入射光が主に非線
形光導波路１４に進行する。入射光の分岐角が増加され
ており、急激なスイッチング現象を示すので、集積度を
向上させることができ、臨界パワーの調整があまり難し
くないため製作が容易である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分岐角が大きいＹ−
接合形非線形光導波路（Nonlinear Y-Junction Wavegui
de Structure）に関するもので、特に超高速完全光信号
処理網の具現のための超高速完全光交換および能動的な
光経路設定が可能である、非線形導波光を効率的に調整
することができる完全光動作の分岐角が大きいＹ−接合
形非線形光導波路の構造に関するものである。
接合形非線形光導波路（Nonlinear Y-Junction Wavegui
de Structure）に関するもので、特に超高速完全光信号
処理網の具現のための超高速完全光交換および能動的な
光経路設定が可能である、非線形導波光を効率的に調整
することができる完全光動作の分岐角が大きいＹ−接合
形非線形光導波路の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在まで、完全光動作素子として広く研
究されている構造は、非線形方向性結合器（Nonlinear
Directional Coupler ：ＮＬＤＣ）と二重モード干渉結
合器（Two Mode Interference Coupler ：ＴＭＩ結合
器）の二つに大きく分類される。
究されている構造は、非線形方向性結合器（Nonlinear
Directional Coupler ：ＮＬＤＣ）と二重モード干渉結
合器（Two Mode Interference Coupler ：ＴＭＩ結合
器）の二つに大きく分類される。
【０００３】非線形方向性結合器の構造は、S.M.Jensen
“The Nonlinear Coherent Coupler" ＩＥＥＥ，J.Qua
ntum Electron.,Vol.QE-18.pp1580-1583,1982. によっ
て最初に報告されたが、超高速スイッチングと広い動作
帯域幅等の有用性と応用潜在性が提案され、また実験的
に証明されることによって広範囲な研究が遂行されてい
る。
“The Nonlinear Coherent Coupler" ＩＥＥＥ，J.Qua
ntum Electron.,Vol.QE-18.pp1580-1583,1982. によっ
て最初に報告されたが、超高速スイッチングと広い動作
帯域幅等の有用性と応用潜在性が提案され、また実験的
に証明されることによって広範囲な研究が遂行されてい
る。
【０００４】二重モード干渉結合器は、零次非線形方向
性結合器（Zero-Gap Nonlinear Directional Coupler）
ともいわれ、ＴＥ0モードとＴＥ1モードの干渉を利用し
て光の経路を決定する。
性結合器（Zero-Gap Nonlinear Directional Coupler）
ともいわれ、ＴＥ0モードとＴＥ1モードの干渉を利用し
て光の経路を決定する。
【０００５】ＴＭＩ結合器は、臨界パワーがＮＬＤＣと
比べて非常に小さく、出力パワーがデジタル特性を見
せ、種々の研究が遂行されている。
比べて非常に小さく、出力パワーがデジタル特性を見
せ、種々の研究が遂行されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＮＬＤＣとＴ
ＭＩは解決すべきいろいろな問題点を持っている。
ＭＩは解決すべきいろいろな問題点を持っている。
【０００７】まず、ＮＬＤＣは光導波路の構造に大きい
影響を受け、また入射光の波長と臨界パワーの調整が容
易ではない。
影響を受け、また入射光の波長と臨界パワーの調整が容
易ではない。
【０００８】他方、ＴＭＩ結合器は分岐角が小さく素子
が大形化され集積度を低下させる。
が大形化され集積度を低下させる。
【０００９】ＮＬＤＣとＴＭＩ完全光動作素子の元にな
る線形方向性結合器について、次に簡単に説明する。
る線形方向性結合器について、次に簡単に説明する。
【００１０】方向性結合器は、光導波路内部に入射され
た光が隣接した光導波路とパワーを交換しながら進行す
るように考案された光素子であり、集積光学系で有用な
機能を遂行する重要な素子である。
た光が隣接した光導波路とパワーを交換しながら進行す
るように考案された光素子であり、集積光学系で有用な
機能を遂行する重要な素子である。
【００１１】方向結合器は、パワー分割（division）、
変調（modulation）、交換（switching）、周波数選択
（frequency selection)、そして偏光選択（polarizati
on selection）等の多くの機能を遂行するように設計す
ることができる。
変調（modulation）、交換（switching）、周波数選択
（frequency selection)、そして偏光選択（polarizati
on selection）等の多くの機能を遂行するように設計す
ることができる。
【００１２】こうした機能は、方向結合器を構成する光
導波路のうち一つの光導波路に電界を印加することによ
って可能である。
導波路のうち一つの光導波路に電界を印加することによ
って可能である。
【００１３】すなわち、導波路にかかる電界の強度によ
って光を調整する電光素子（eletro-optic device)の一
種である。
って光を調整する電光素子（eletro-optic device)の一
種である。
【００１４】電界で光を調整する方法は素子を駆動する
速度面で限界が発生する。
速度面で限界が発生する。
【００１５】こうした問題点を克服するために種々の研
究が遂行されているが、最近、方向性結合器を構成する
二つの導波路の間にカー（Kerr）媒質や、カー効果を持
つ非線形媒質を置くと、完全光素子としての応用が可能
となり、信号を超高速で処理することができる事実が学
会に報告され、活発な研究が進んでいる。
究が遂行されているが、最近、方向性結合器を構成する
二つの導波路の間にカー（Kerr）媒質や、カー効果を持
つ非線形媒質を置くと、完全光素子としての応用が可能
となり、信号を超高速で処理することができる事実が学
会に報告され、活発な研究が進んでいる。
【００１６】このような非線形媒質を利用した方向性結
合器を非線形方向性結合器と称している。
合器を非線形方向性結合器と称している。
【００１７】しかし、非線形方向性結合器は、臨界パワ
ーが大きく入射光の波長と構造の媒介変数等に大きい影
響を受けるので、製作が非常に困難である。
ーが大きく入射光の波長と構造の媒介変数等に大きい影
響を受けるので、製作が非常に困難である。
【００１８】そこで、このような短所を補完するために
二重モード干渉結合器構造が提案されて大きい注目をあ
びている。
二重モード干渉結合器構造が提案されて大きい注目をあ
びている。
【００１９】しかし、臨界パワーが小さく、それの大き
さが構造の媒介変数にあまり影響を受けない長所がある
一方、分岐角が小さいために全体の光素子のサイズが大
きくなって集積度が落ちるという短所を持っている。
さが構造の媒介変数にあまり影響を受けない長所がある
一方、分岐角が小さいために全体の光素子のサイズが大
きくなって集積度が落ちるという短所を持っている。
【００２０】したがって、本発明は、従来の非線形方向
性結合器と二重モード干渉結合器の短所を補完した完全
光動作の、分岐角が大きいＹ−接合形非線形光導波路を
提供するにその目的がある。
性結合器と二重モード干渉結合器の短所を補完した完全
光動作の、分岐角が大きいＹ−接合形非線形光導波路を
提供するにその目的がある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、Ｙ−接合形非線形光導波路の構造におい
て、直線形の線形光導波路と、この線形光導波路に一部
分が接合され出力端部分が一定の角度に曲がった非線形
光導波路とにより構成され、上記線形導波路に入力され
る入射光のパワーが所定の大きさ以下の場合、入射光が
主に上記の線形光導波路を沿って進行し、入射光のパワ
ーが所定の大きさ以上の場合、入射光が主に非線形光導
波路を沿って進行することを特徴とする。
めの本発明は、Ｙ−接合形非線形光導波路の構造におい
て、直線形の線形光導波路と、この線形光導波路に一部
分が接合され出力端部分が一定の角度に曲がった非線形
光導波路とにより構成され、上記線形導波路に入力され
る入射光のパワーが所定の大きさ以下の場合、入射光が
主に上記の線形光導波路を沿って進行し、入射光のパワ
ーが所定の大きさ以上の場合、入射光が主に非線形光導
波路を沿って進行することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、添附された図面を参照して
本発明を詳細に説明する。
本発明を詳細に説明する。
【００２３】図１は本発明で提案する分岐角が大きい非
線形Ｙ−接合形光導波路の構造を図示した図面である。
線形Ｙ−接合形光導波路の構造を図示した図面である。
【００２４】図１を参照すると、本発明による非線形光
導波路は、基板１０上に一方向に直線状に形成される線
形光導波路１２と、この線形光導波路１２に一部分が接
続して任意の角度に分岐した非線形光導波路１４とによ
り構成されている。
導波路は、基板１０上に一方向に直線状に形成される線
形光導波路１２と、この線形光導波路１２に一部分が接
続して任意の角度に分岐した非線形光導波路１４とによ
り構成されている。
【００２５】線形光導波路１２と曲がった非線形光導波
路１４とがなす角を分岐角（branching angle)θとして
表示する。
路１４とがなす角を分岐角（branching angle)θとして
表示する。
【００２６】この時、非線形光導波路１４の曲がった角
度は３°ないし１０°の範囲を持つ。そして入射光のパ
ワーはＰi、線形光導波路出力端より出射する光のパワ
ーをＰlinとし、非線形光導波路出力端より出射される
光のパワーをＰnlとする。
度は３°ないし１０°の範囲を持つ。そして入射光のパ
ワーはＰi、線形光導波路出力端より出射する光のパワ
ーをＰlinとし、非線形光導波路出力端より出射される
光のパワーをＰnlとする。
【００２７】ここで線形光導波路１２を曲がった形態で
はない直線構造とし、非線形光導波路１４を曲がった構
造として設計するのは次の理由による。すなわち、線形
導波路を進行する光は、非線形光導波路１４が曲がった
位置での放射損失（radiation loss）が非常に大きい
が、非線形光導波路１４では経路が曲がっていても線形
光導波路１２の構造より放射損失が大きくないためであ
る。
はない直線構造とし、非線形光導波路１４を曲がった構
造として設計するのは次の理由による。すなわち、線形
導波路を進行する光は、非線形光導波路１４が曲がった
位置での放射損失（radiation loss）が非常に大きい
が、非線形光導波路１４では経路が曲がっていても線形
光導波路１２の構造より放射損失が大きくないためであ
る。
【００２８】本発明の光導波路構造では入射光のパワー
の函数として進行光の経路が能動的に決定されるが具体
的な原理は次のようである。
の函数として進行光の経路が能動的に決定されるが具体
的な原理は次のようである。
【００２９】臨界パワーより小さいパワーを持つ入射光
がＹ−接合形光導波路の線形光導波路領域に入射される
場合には、非線形光導波路１４の線形屈折率は線形光導
波路１２の屈折率より小さいので、入射光は線形光導波
路１２の内部を導波する。
がＹ−接合形光導波路の線形光導波路領域に入射される
場合には、非線形光導波路１４の線形屈折率は線形光導
波路１２の屈折率より小さいので、入射光は線形光導波
路１２の内部を導波する。
【００３０】しかし入射光のパワーが臨界パワーより大
きい場合には、非線形光導波路１４の非線形性によって
屈折率が線形光導波路１２の屈折率より大きくなり、入
射光のパワーが非線形光導波路１４の領域に伝達されて
進行する。
きい場合には、非線形光導波路１４の非線形性によって
屈折率が線形光導波路１２の屈折率より大きくなり、入
射光のパワーが非線形光導波路１４の領域に伝達されて
進行する。
【００３１】非線形光導波路１４の領域に伝達された導
波光は、曲がった非線形光導波路１４の経路に沿って進
行する。
波光は、曲がった非線形光導波路１４の経路に沿って進
行する。
【００３２】結果的に、駆動電圧など外部の調整なしに
信号光が持っているパワーに依存して光の進行経路が決
定されるので、信号光（Ｐi）は能動的に自己の経路を
設定することができるのである。
信号光が持っているパワーに依存して光の進行経路が決
定されるので、信号光（Ｐi）は能動的に自己の経路を
設定することができるのである。
【００３３】図２はガウシアン（gaussian）電界分布を
持つ入射光が線形光導波路の領域に入射する場合に非線
形光の導波特性に対する電算模擬実験（computer simul
ation)の結果を表わしたものである。
持つ入射光が線形光導波路の領域に入射する場合に非線
形光の導波特性に対する電算模擬実験（computer simul
ation)の結果を表わしたものである。
【００３４】ガウシアン分布の入射光が３００μｍまで
進行すると、導波光のパワーは非線形光導波路の領域１
４に伝達される。
進行すると、導波光のパワーは非線形光導波路の領域１
４に伝達される。
【００３５】非線形光導波路１４の領域に伝達された導
波光は、曲がった非線形光導波路に沿って少ない放射損
失とともに効率的に進行されていることがわかる。
波光は、曲がった非線形光導波路に沿って少ない放射損
失とともに効率的に進行されていることがわかる。
【００３６】図３は分岐角が３°に固定され、入射光の
パワーが変わる場合に、出力光のパワー特性曲線を図示
したものである。
パワーが変わる場合に、出力光のパワー特性曲線を図示
したものである。
【００３７】実線で表わした分岐パワー比（branching
radio)Ｐlin／Ｐiは入射光のパワーに対する線形光導波
路出力端から出射された出力光のパワー比を表示してお
り、点線で表わしたＰnl／Ｐiは入射光のパワーに対す
る非線形光導波路出力端から出射された出力光のパワー
比を表示している。
radio)Ｐlin／Ｐiは入射光のパワーに対する線形光導波
路出力端から出射された出力光のパワー比を表示してお
り、点線で表わしたＰnl／Ｐiは入射光のパワーに対す
る非線形光導波路出力端から出射された出力光のパワー
比を表示している。
【００３８】入射光のパワーが臨界パワーの大きさに至
らない場合には、大部分の導波光が線形光導波路１２の
内部に拘束されて進行するが、臨界パワーより大きくな
る瞬間に大部分のパワーが非線形光導波路１４の領域に
伝達されることがわかる。
らない場合には、大部分の導波光が線形光導波路１２の
内部に拘束されて進行するが、臨界パワーより大きくな
る瞬間に大部分のパワーが非線形光導波路１４の領域に
伝達されることがわかる。
【００３９】それで、本発明の非線形Ｙ−接合形光導波
路は臨界パワー附近で急激なスイッチング現象を起すの
がわかる。
路は臨界パワー附近で急激なスイッチング現象を起すの
がわかる。
【００４０】図４は入射光のパワーが臨界パワーより大
きい場合に、分岐角を変化させながら出力光の分岐パワ
ー比に対する変化の特性を計算した結果を図示した図面
である。
きい場合に、分岐角を変化させながら出力光の分岐パワ
ー比に対する変化の特性を計算した結果を図示した図面
である。
【００４１】分岐角が１０°に到達する時まで分岐パワ
ー比は７０％以上の値を保持する。
ー比は７０％以上の値を保持する。
【００４２】そして分岐角が５°の場合に分岐パワー比
が８５％程度になるので、零次非線形方向性結合器の場
合に１°の分岐角で８５％の分岐パワー比が得られるこ
とを比較すると、分岐角が５倍程度向上されていること
がわかる。
が８５％程度になるので、零次非線形方向性結合器の場
合に１°の分岐角で８５％の分岐パワー比が得られるこ
とを比較すると、分岐角が５倍程度向上されていること
がわかる。
【００４３】
【発明の効果】上記したように、本発明によるＹ−接合
形非線形光導波路は従来の完全光動作素子に比べて分岐
角が増加されており、急激なスイッチング現象を表わす
ので臨界パワーの調整が容易である。
形非線形光導波路は従来の完全光動作素子に比べて分岐
角が増加されており、急激なスイッチング現象を表わす
ので臨界パワーの調整が容易である。
【００４４】また、こうした理由で超高速信号処理に大
きな長所を持つ完全光動作素子の小形化によって集積度
を向上させることができる。
きな長所を持つ完全光動作素子の小形化によって集積度
を向上させることができる。
【図１】本発明による分岐角が大きいＹ−接合形非線形
光導波路の構造図。
光導波路の構造図。
【図２】入射光のパワーに対する分岐パワー比の特性を
示した図。
示した図。
【図３】入射光の分岐角を固定してパワーを変化させた
場合の分岐パワー比の特性を示した図。
場合の分岐パワー比の特性を示した図。
【図４】入射光のパワーが臨界パワーより大きい場合に
分岐角を変化させながら出力光の分岐パワー比に対する
変化特性を計算した結果を示した図。
分岐角を変化させながら出力光の分岐パワー比に対する
変化特性を計算した結果を示した図。
１２ 線形光導波路 １４ 非線形光導波路 θ 分岐角 Ｐi 入射光のパワー Ｐlin 線形光導波路の出力端より出射する光のパワ
ー Ｐnl 非線形光導波路の出力端より出射する光のパワ
ー Ｐnl 非線形光導波路の出力端より出射する光のパワ
ー θ 線形導波路と非線形光導波路の分岐角
ー Ｐnl 非線形光導波路の出力端より出射する光のパワ
ー Ｐnl 非線形光導波路の出力端より出射する光のパワ
ー θ 線形導波路と非線形光導波路の分岐角
Claims (2)
- 【請求項１】Ｙ接合形非線形光導波路構造において、 直線形の線形光導波路と、 上記線形光導波路に一部分が接合され、出力端部分が一
定の角度に曲がった非線形光導波路とにより構成され、 上記線形光導波路に入力される入射光のパワーが所定の
大きさ以下の場合、入射光が主に上記線形光導波路を沿
って進行し、入射光のパワーが所定の大きさ以上の場
合、入射光が主に上記の非線形光導波路を沿って進行す
ることを特徴とするＹ−接合形非線形光導波路。 - 【請求項２】請求項１記載のＹ−接合形非線形光導波路
において、 上記の非線形光導波路の曲がった角度は３°ないし１０
°の範囲を持つことを特徴とするＹ−接合形非線形光導
波路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950053660A KR970054827A (ko) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | Y-접합형 비선형 광도파로 |
| KR95-53660 | 1995-12-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09184936A true JPH09184936A (ja) | 1997-07-15 |
Family
ID=19442550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8262777A Pending JPH09184936A (ja) | 1995-12-21 | 1996-10-03 | Ｙ−接合形非線形光導波路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5822480A (ja) |
| JP (1) | JPH09184936A (ja) |
| KR (1) | KR970054827A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6526193B1 (en) | 2000-11-17 | 2003-02-25 | National Research Council Of Canada | Digital optical switch |
| WO2005057253A2 (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Sioptical, Inc. | Planar waveguide optical isolator in thin silicon-on-isolator (soi) structure |
| DE102007004891A1 (de) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | CCS Technology, Inc., Wilmington | Optischer Verzweiger |
| CN103345022B (zh) * | 2013-07-03 | 2015-05-06 | 吉林大学 | 一种基于少模光纤的非对称平面光波导模式复用/解复用器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0284910B1 (de) * | 1987-03-30 | 1993-05-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Integriert-optische Anordnung für die bidirektionale optische Nachrichten- oder Signalübertragung |
| EP0598966B1 (en) * | 1992-11-24 | 1999-02-10 | International Business Machines Corporation | Optical waveguide isolator |
-
1995
- 1995-12-21 KR KR1019950053660A patent/KR970054827A/ko not_active Application Discontinuation
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1996
- 1996-10-03 JP JP8262777A patent/JPH09184936A/ja active Pending
- 1996-11-01 US US08/742,159 patent/US5822480A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR970054827A (ko) | 1997-07-31 |
| US5822480A (en) | 1998-10-13 |
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