JPH1020348A - 光可変減衰器 - Google Patents
光可変減衰器Info
- Publication number
- JPH1020348A JPH1020348A JP17018496A JP17018496A JPH1020348A JP H1020348 A JPH1020348 A JP H1020348A JP 17018496 A JP17018496 A JP 17018496A JP 17018496 A JP17018496 A JP 17018496A JP H1020348 A JPH1020348 A JP H1020348A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- optical
- branch
- refractive index
- waveguides
- 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.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光通信装置内や測定装置内に組み込み可能な
ように小型で、機械振動や温度変化に強く、電気的制御
が可能な光可変減衰器を実現する。 【解決手段】 ポリマー系材料で形成され、熱光学効果
によって導波路屈折率が変化するY分岐導波路を用い、
その一方の導波路の屈折率を変化させ、その一方または
他方の出力導波路へ結合する光強度を可変させる。導波
路の屈折率の変化は、Y分岐導波路の分岐方向ごとに個
別に配置されたヒータ抵抗に供給する電流値を制御する
ことにより行う。
ように小型で、機械振動や温度変化に強く、電気的制御
が可能な光可変減衰器を実現する。 【解決手段】 ポリマー系材料で形成され、熱光学効果
によって導波路屈折率が変化するY分岐導波路を用い、
その一方の導波路の屈折率を変化させ、その一方または
他方の出力導波路へ結合する光強度を可変させる。導波
路の屈折率の変化は、Y分岐導波路の分岐方向ごとに個
別に配置されたヒータ抵抗に供給する電流値を制御する
ことにより行う。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号処理システ
ムや光伝送システムその他において、光強度の調整に用
いられる光可変減衰器に関する。
ムや光伝送システムその他において、光強度の調整に用
いられる光可変減衰器に関する。
【0002】
【従来の技術】光可変減衰器は、光通信の分野で各種測
定装置や光受信回路への入力光強度を調整する手段とし
て多く用いられてきた。そのため寸法は特に問題ではな
く、市販品は手のひらサイズの大きさがあった。その動
作は、光ファイバから空間系へ放射させて平行ビーム化
した光を単純にND(Neutral Density)フィルタに通過
させるものであり、NDフィルタを機械的に回転させる
ことにより光可変減衰器として動作させていた。
定装置や光受信回路への入力光強度を調整する手段とし
て多く用いられてきた。そのため寸法は特に問題ではな
く、市販品は手のひらサイズの大きさがあった。その動
作は、光ファイバから空間系へ放射させて平行ビーム化
した光を単純にND(Neutral Density)フィルタに通過
させるものであり、NDフィルタを機械的に回転させる
ことにより光可変減衰器として動作させていた。
【0003】光通信技術の進展により、光通信装置内や
測定装置内に、電気的制御が可能で小型かつ安定な光可
変減衰器が必要とされるようになってきた。ただし、機
械的動作方式の減衰器は小型化や安定性の点で適さな
い。図7は、光導波路を用いた従来の光可変減衰器の構
成例を示す(特開平6−186513号公報)。
測定装置内に、電気的制御が可能で小型かつ安定な光可
変減衰器が必要とされるようになってきた。ただし、機
械的動作方式の減衰器は小型化や安定性の点で適さな
い。図7は、光導波路を用いた従来の光可変減衰器の構
成例を示す(特開平6−186513号公報)。
【0004】図において、電気光学効果を有する基板1
1上に、複数N個の湾曲部を有する光導波路12が形成
され、各湾曲部の外側にその屈折率を小さくするように
電界を印加する電極13−1〜13−7が配置され、各
電極に個別に電圧が印加されるように構成されている。
湾曲部の外側に電界を印加すると、電気光学効果により
屈折率が減少し、湾曲部の外側に放射する光のエネルギ
ーが低減される。したがって、電極の印加電圧をオン/
オフすることにより、放射による損失すなわち減衰量を
切り替えることができる仕組みになっている。
1上に、複数N個の湾曲部を有する光導波路12が形成
され、各湾曲部の外側にその屈折率を小さくするように
電界を印加する電極13−1〜13−7が配置され、各
電極に個別に電圧が印加されるように構成されている。
湾曲部の外側に電界を印加すると、電気光学効果により
屈折率が減少し、湾曲部の外側に放射する光のエネルギ
ーが低減される。したがって、電極の印加電圧をオン/
オフすることにより、放射による損失すなわち減衰量を
切り替えることができる仕組みになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、公報には、
電気光学効果を有する基板11としてz−カット・リチ
ウムニオベートを用いる例が示されているが、温度に対
する安定性に欠ける。また、湾曲部を多数設け、ステッ
プ状に損失を増加させる構成であるので、設定精度に限
界があった。さらに、減衰量範囲を広げるには湾曲部の
数を多くする必要があり、寸法が大きくなる欠点があっ
た。一方、湾曲部の数を少なくすると、減衰量範囲が小
さくなる欠点があった。
電気光学効果を有する基板11としてz−カット・リチ
ウムニオベートを用いる例が示されているが、温度に対
する安定性に欠ける。また、湾曲部を多数設け、ステッ
プ状に損失を増加させる構成であるので、設定精度に限
界があった。さらに、減衰量範囲を広げるには湾曲部の
数を多くする必要があり、寸法が大きくなる欠点があっ
た。一方、湾曲部の数を少なくすると、減衰量範囲が小
さくなる欠点があった。
【0006】本発明は、光通信装置内や測定装置内に組
み込み可能なように小型で、機械振動や温度変化に強
く、電気的制御が可能な光可変減衰器を提供することを
目的とする。
み込み可能なように小型で、機械振動や温度変化に強
く、電気的制御が可能な光可変減衰器を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の光可変減衰器
は、ポリマー系材料で形成され、熱光学効果によって導
波路屈折率が変化するY分岐導波路を用い、その一方の
導波路の屈折率を変化させ、その一方または他方の出力
導波路へ結合する光強度を可変させる構成である。導波
路の屈折率の変化は、Y分岐導波路の分岐方向ごとに個
別に配置されたヒータ抵抗に供給する電流値を制御する
ことにより行う。
は、ポリマー系材料で形成され、熱光学効果によって導
波路屈折率が変化するY分岐導波路を用い、その一方の
導波路の屈折率を変化させ、その一方または他方の出力
導波路へ結合する光強度を可変させる構成である。導波
路の屈折率の変化は、Y分岐導波路の分岐方向ごとに個
別に配置されたヒータ抵抗に供給する電流値を制御する
ことにより行う。
【0008】また、本発明の光可変減衰器は、2つのY
分岐導波路の分岐導波路を向かい合わせに接続してマッ
ハツェンダ干渉計を構成する。その2つのY分岐導波路
を接続する一方の導波路の屈折率を変化させ、マッハツ
ェンダ干渉計における光の結合位相を変化させて出力導
波路へ結合する光強度を可変させる構成である。
分岐導波路の分岐導波路を向かい合わせに接続してマッ
ハツェンダ干渉計を構成する。その2つのY分岐導波路
を接続する一方の導波路の屈折率を変化させ、マッハツ
ェンダ干渉計における光の結合位相を変化させて出力導
波路へ結合する光強度を可変させる構成である。
【0009】
(第1の実施形態…請求項1,2)図1は、本発明の光
可変減衰器の第1の実施形態を示す。ここでは、ポリマ
ー系を材料としたY分岐導波路による構成を示す。図に
おいて、光導波路1−0,1−1,1−2から構成され
るY分岐導波路の分岐部に、ヒータ抵抗2−1,2−2
を蒸着した構成である。光導波路1−0から入力された
光は、光導波路1−1,1−2へ出力される。各光導波
路に出力される光強度は、分岐部における熱の印加状態
に応じて変化する。すなわち、一方の光導波路を温める
と、屈折率が変化して非対称Y分岐導波路が形成され、
他方の光導波路に光強度の多くを導波させることができ
る。ここで、光導波路1−1を出力導波路とし、光導波
路1−2を光可変減衰器としての目的には使用しないダ
ミー導波路とする。
可変減衰器の第1の実施形態を示す。ここでは、ポリマ
ー系を材料としたY分岐導波路による構成を示す。図に
おいて、光導波路1−0,1−1,1−2から構成され
るY分岐導波路の分岐部に、ヒータ抵抗2−1,2−2
を蒸着した構成である。光導波路1−0から入力された
光は、光導波路1−1,1−2へ出力される。各光導波
路に出力される光強度は、分岐部における熱の印加状態
に応じて変化する。すなわち、一方の光導波路を温める
と、屈折率が変化して非対称Y分岐導波路が形成され、
他方の光導波路に光強度の多くを導波させることができ
る。ここで、光導波路1−1を出力導波路とし、光導波
路1−2を光可変減衰器としての目的には使用しないダ
ミー導波路とする。
【0010】ヒータ抵抗で発生する熱量は、ヒータ抵抗
へ流す電流によって可変できる。図2は、ヒータ抵抗2
−1,2−2へ流す電流値と光導波路1−1へ出力され
る光強度の関係を示す。実線は、ヒータ抵抗2−2へ流
した電流値に対する光強度の変化を示す。破線は、ヒー
タ抵抗2−1へ流した電流値に対する光強度の変化を示
す。
へ流す電流によって可変できる。図2は、ヒータ抵抗2
−1,2−2へ流す電流値と光導波路1−1へ出力され
る光強度の関係を示す。実線は、ヒータ抵抗2−2へ流
した電流値に対する光強度の変化を示す。破線は、ヒー
タ抵抗2−1へ流した電流値に対する光強度の変化を示
す。
【0011】両方のヒータ抵抗へ電流を流さないときに
は、Y分岐導波路は対称Y分岐導波路として機能するの
で、光導波路1−1へ出力される光強度は、光導波路1
−0へ入力される光強度の半分となる。ヒータ抵抗2−
2へ流す電流を増加させていくと、光導波路1−2への
分岐部の屈折率が大きくなって分岐部の対称性が崩れ、
光導波路1−1への結合率が大きくなる。電流値に応じ
て徐々に光強度が増加していく様子が図2からもわか
る。光導波路1−1への結合率が 100%になると、それ
以上電流値を増加させても出力光強度は変化せず、飽和
する。一方、ヒータ抵抗2−2へ流す電流値をゼロと
し、ヒータ抵抗2−1へ電流を流していくと、光導波路
1−1への分岐部の屈折率が大きくなり、光導波路1−
1へ結合される光強度は徐々に減少していく。
は、Y分岐導波路は対称Y分岐導波路として機能するの
で、光導波路1−1へ出力される光強度は、光導波路1
−0へ入力される光強度の半分となる。ヒータ抵抗2−
2へ流す電流を増加させていくと、光導波路1−2への
分岐部の屈折率が大きくなって分岐部の対称性が崩れ、
光導波路1−1への結合率が大きくなる。電流値に応じ
て徐々に光強度が増加していく様子が図2からもわか
る。光導波路1−1への結合率が 100%になると、それ
以上電流値を増加させても出力光強度は変化せず、飽和
する。一方、ヒータ抵抗2−2へ流す電流値をゼロと
し、ヒータ抵抗2−1へ電流を流していくと、光導波路
1−1への分岐部の屈折率が大きくなり、光導波路1−
1へ結合される光強度は徐々に減少していく。
【0012】このように、ヒータ抵抗を備えたY分岐導
波路を用い、ヒータ抵抗へ流す電流値を制御することに
より、簡単に光可変減衰器を実現することができる。な
お、本実施形態の光可変減衰器では、ヒータ抵抗2−
1,2−2へ電流を流さない状態で、入力光強度に対す
る出力光強度の減衰量は50%となる。これを50%から0
%に可変させるには、ヒータ抵抗2−2へ流す電流値を
0から所定値(図2の例では約15mA以上)まで変化さ
せる。一方、50%から 100%に可変させるには、ヒータ
抵抗2−1へ流す電流値を0から所定値(図2の例では
約15mA以上)まで変化させる。すなわち、減衰量50%
を境にして、電流を流すヒータ抵抗を切り替える必要が
ある。以下に示す第2の実施形態の光可変減衰器はその
必要がないものである。
波路を用い、ヒータ抵抗へ流す電流値を制御することに
より、簡単に光可変減衰器を実現することができる。な
お、本実施形態の光可変減衰器では、ヒータ抵抗2−
1,2−2へ電流を流さない状態で、入力光強度に対す
る出力光強度の減衰量は50%となる。これを50%から0
%に可変させるには、ヒータ抵抗2−2へ流す電流値を
0から所定値(図2の例では約15mA以上)まで変化さ
せる。一方、50%から 100%に可変させるには、ヒータ
抵抗2−1へ流す電流値を0から所定値(図2の例では
約15mA以上)まで変化させる。すなわち、減衰量50%
を境にして、電流を流すヒータ抵抗を切り替える必要が
ある。以下に示す第2の実施形態の光可変減衰器はその
必要がないものである。
【0013】ここで、ポリマー系を材料としたY分岐導
波路は、熱光学係数が大きいので小さな駆動電力で動作
可能である。したがって、ヒータ抵抗への電流供給を制
御する電流供給回路は、TTLロジック回路を使用する
ことができる。図3は、電流供給回路の構成例を示す。
本電流供給回路は、1個のオヘアンプ、1個のトランジ
スタ、2個の抵抗により構成される定電流回路になって
いる。トランジスタのエミッタに接続された基準抵抗R
ref における電圧降下分が、オペアンプの入力電圧(電
流値制御信号)Vref と一致するようにヒータ抵抗へ電
流が流れる。オペアンプ入力電圧Vrefは、例えばD/
A変換器によって与えることができる。
波路は、熱光学係数が大きいので小さな駆動電力で動作
可能である。したがって、ヒータ抵抗への電流供給を制
御する電流供給回路は、TTLロジック回路を使用する
ことができる。図3は、電流供給回路の構成例を示す。
本電流供給回路は、1個のオヘアンプ、1個のトランジ
スタ、2個の抵抗により構成される定電流回路になって
いる。トランジスタのエミッタに接続された基準抵抗R
ref における電圧降下分が、オペアンプの入力電圧(電
流値制御信号)Vref と一致するようにヒータ抵抗へ電
流が流れる。オペアンプ入力電圧Vrefは、例えばD/
A変換器によって与えることができる。
【0014】電流供給回路は、ヒータ抵抗2−1とヒー
タ抵抗2−2とにそれぞれ個別に用意してもよい。しか
し、同時に両方のヒータ抵抗へ電流を流すことはないの
で、図4に示すように、2つのヒータ抵抗2−1,2−
2と電流供給回路(図3におけるトランジスタのコレク
タ)3との間にアナログスイッチ4を挿入し、スイッチ
制御信号によって切り替える構成としてもよい(請求項
3)。
タ抵抗2−2とにそれぞれ個別に用意してもよい。しか
し、同時に両方のヒータ抵抗へ電流を流すことはないの
で、図4に示すように、2つのヒータ抵抗2−1,2−
2と電流供給回路(図3におけるトランジスタのコレク
タ)3との間にアナログスイッチ4を挿入し、スイッチ
制御信号によって切り替える構成としてもよい(請求項
3)。
【0015】(第2の実施形態…請求項4)図5は、本
発明の光可変減衰器の第2の実施形態を示す。図におい
て、2つのY分岐導波路5−1,5−2を向かい合わせ
に接続し、一方の光導波路にヒータ抵抗2を蒸着してマ
ッハツェンダ干渉計を構成する。入出力間の伝達特性I
は、Y分岐導波路における分岐率を理想的に1対1とす
ると、 I= cos2(Kf) …(1) となる。ここで、K=πnΔL/c、nは光導波路の屈
折率、ΔLは2つの導波路アーム間の長さの差、cは真
空中における光速、fは透過光周波数を示す。
発明の光可変減衰器の第2の実施形態を示す。図におい
て、2つのY分岐導波路5−1,5−2を向かい合わせ
に接続し、一方の光導波路にヒータ抵抗2を蒸着してマ
ッハツェンダ干渉計を構成する。入出力間の伝達特性I
は、Y分岐導波路における分岐率を理想的に1対1とす
ると、 I= cos2(Kf) …(1) となる。ここで、K=πnΔL/c、nは光導波路の屈
折率、ΔLは2つの導波路アーム間の長さの差、cは真
空中における光速、fは透過光周波数を示す。
【0016】式(1) に基づいて伝達特性を計算した結果
を図6に示す。横軸は屈折率変化Δn、縦軸は相対透過
率をデシベルで示す。ヒータ抵抗2に電流を流して屈折
率nを変化させることにより入出力特性を変化させるこ
とができ、30dB以上の減衰が可能である。一般的なマッ
ハツェンダ干渉計は、干渉計としての動作原理から透過
特性に波長依存性を有する。式(1) からも光周波数fに
依存していることがわかる。しかし、Kを小さくするこ
とにより周波数周期間隔(フリースペクトルレンジ:F
SR)を広くすることができるので、例えば10〜20nm
の波長範囲で透過率が一定と見なせるように構成可能で
ある。 200GHz間隔で8波多重化する波長多重伝送シス
テムでは、透過率を一定とみなす必要がある波長範囲は
200GHz×7=1.4THz≒12nmであるので、20nm程
度の波長範囲を確保できれば十分である。
を図6に示す。横軸は屈折率変化Δn、縦軸は相対透過
率をデシベルで示す。ヒータ抵抗2に電流を流して屈折
率nを変化させることにより入出力特性を変化させるこ
とができ、30dB以上の減衰が可能である。一般的なマッ
ハツェンダ干渉計は、干渉計としての動作原理から透過
特性に波長依存性を有する。式(1) からも光周波数fに
依存していることがわかる。しかし、Kを小さくするこ
とにより周波数周期間隔(フリースペクトルレンジ:F
SR)を広くすることができるので、例えば10〜20nm
の波長範囲で透過率が一定と見なせるように構成可能で
ある。 200GHz間隔で8波多重化する波長多重伝送シス
テムでは、透過率を一定とみなす必要がある波長範囲は
200GHz×7=1.4THz≒12nmであるので、20nm程
度の波長範囲を確保できれば十分である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光可変減
衰器は、2つの光導波路間における相対的温度の違いに
よって減衰量が制御される構成であるので、環境温度が
変化してもその特性が大きく変化することはなく、安定
に動作する。また、ポリマー系を材料としたY分岐導波
路を用いているので電気的制御が容易であり、コンパク
トな光可変減衰器を実現することができる。
衰器は、2つの光導波路間における相対的温度の違いに
よって減衰量が制御される構成であるので、環境温度が
変化してもその特性が大きく変化することはなく、安定
に動作する。また、ポリマー系を材料としたY分岐導波
路を用いているので電気的制御が容易であり、コンパク
トな光可変減衰器を実現することができる。
【図1】本発明の光可変減衰器の第1の実施形態を示す
図。
図。
【図2】ヒータ抵抗2−1,2−2へ流す電流値と光導
波路1−1へ出力される光強度の関係を示す図。
波路1−1へ出力される光強度の関係を示す図。
【図3】電流供給回路の構成例を示す図。
【図4】電流供給回路とヒータ抵抗の接続例を示す図。
【図5】本発明の光可変減衰器の第2の実施形態を示す
図。
図。
【図6】式(1) に基づいて伝達特性を計算した結果を示
す図。
す図。
【図7】光導波路を用いた従来の光可変減衰器の構成例
を示す図。
を示す図。
1 光導波路 2 ヒータ抵抗 3 電流供給回路 4 アナログスイッチ 5 Y分岐導波路
Claims (4)
- 【請求項1】 ポリマー系材料で形成され、熱光学効果
によって導波路屈折率が変化するY分岐導波路を用い、
その一方の導波路の屈折率を変化させ、その一方または
他方の出力導波路へ結合する光強度を可変させる構成で
あることを特徴とする光可変減衰器。 - 【請求項2】 ポリマー系材料で形成され、熱光学効果
によって導波路屈折率が変化するY分岐導波路と、 前記Y分岐導波路の分岐方向ごとに個別に配置されたヒ
ータ抵抗と、 前記各ヒータ抵抗ごとに個別に配置され、各ヒータ抵抗
に供給する電流値を制御する電流供給回路とを備え、 前記各ヒータ抵抗に供給される電流値に応じて、前記Y
分岐導波路の一方の導波路の屈折率を変化させ、出力導
波路へ結合する光強度を可変させる構成であることを特
徴とする光可変減衰器。 - 【請求項3】 ポリマー系材料で形成され、熱光学効果
によって導波路屈折率が変化するY分岐導波路と、 前記Y分岐導波路の分岐方向ごとに個別に配置されたヒ
ータ抵抗と、 前記各ヒータ抵抗に供給する電流値を制御する1つの電
流供給回路と、 前記電流供給回路と前記Y分岐導波路の2つのヒータ抵
抗の一方を選択して接続し、電流供給回路から供給され
た電流を一方のヒータ抵抗に流すスイッチ回路とを備
え、 前記各ヒータ抵抗に供給される電流値に応じて、前記Y
分岐導波路の一方の導波路の屈折率を変化させ、出力導
波路へ結合する光強度を可変させる構成であることを特
徴とする光可変減衰器。 - 【請求項4】 ポリマー系材料で形成され、熱光学効果
によって導波路屈折率が変化する2つのY分岐導波路を
用い、それぞれの分岐導波路を向かい合わせに接続して
構成されるマッハツェンダ干渉計と、 前記2つのY分岐導波路を接続する一方の導波路に配置
されたヒータ抵抗と、 前記ヒータ抵抗に供給する電流値を制御する電流供給回
路とを備え、 前記ヒータ抵抗に供給される電流値に応じて、前記一方
の導波路の屈折率を変化させ、前記マッハツェンダ干渉
計における光の結合位相を変化させて出力導波路へ結合
する光強度を可変させる構成であることを特徴とする光
可変減衰器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17018496A JPH1020348A (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 光可変減衰器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17018496A JPH1020348A (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 光可変減衰器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1020348A true JPH1020348A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=15900252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17018496A Pending JPH1020348A (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 光可変減衰器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1020348A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2002196378A (ja) * | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Fujikura Ltd | 熱光学効果型光スイッチおよびそれを用いた波長多重化装置 |
US6741775B2 (en) | 2000-02-04 | 2004-05-25 | Fujikura Ltd. | Optical switch |
WO2005045489A3 (en) * | 2003-07-02 | 2005-06-30 | Du Pont | Y-branch-based thermo-optic digital optical switches and variable optical attenuators with non-uniform heating |
US6925217B2 (en) | 2003-11-07 | 2005-08-02 | Nec Corporation | Optical waveguide device, variable optical attenuator, and optical switch |
US7310460B2 (en) | 2003-12-08 | 2007-12-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical device |
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1996
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