JPH1144896A

JPH1144896A - 方向性結合型電気光学素子

Info

Publication number: JPH1144896A
Application number: JP20146797A
Authority: JP
Inventors: Masami Hatori; 正美羽鳥
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】方向性結合型電気光学素子において、光導波
路の曲がりによる光損失をなくす。【解決手段】方向性結合型電気光学素子を、電気光学
効果を有する基板10と、基板10の一端から他端に延びる
直線光導波路11と、該直線光導波路11にほぼ平行に近接
した近接部12a とこれに連続する、直線光導波路11から
徐々に離間する離間部12b とを備えた結合光導波路12
と、両光導波路11、12が近接する結合部において両光導
波路11、12に電圧を印加する電極13、14、15等とから構
成し、直線光導波路11の一端Ａから入力され、他端Ａ’
から出力される光を利用光とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路を利用した
方向性結合型電気光学素子、すなわち、電気光学効果を
有する基板に互いに近接した部分を有する２本もしくは
複数本の光導波路を形成し、両光導波路間の導波光の乗
り移りを、光導波路に電圧を印加して制御するようにし
た方向性結合型電気光学素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像信号等に基づいて光を変
調する光変調素子や、光の進路を切り換える光スイッチ
等を構成するために、光導波路を利用した方向性結合型
電気光学素子が広く適用されている（例えば特開平４−
３３３８３５号参照）。

【０００３】この方向性結合型電気光学素子は、一例と
して図７に示すように、電気光学効果を有するＬｉＮｂ
_xＴａ_1-xＯ₃（０≦ｘ≦１）結晶等からなる基板１
に、例えば数μｍ程度の間隔を置いて略平行に互いに近
接する部分を有する２本のチャンネル光導波路２、３を
形成し、両光導波路間の導波光の乗り移りを、光導波路
２、３への印加電圧を変えて制御するようにしたもので
ある。

【０００４】すなわち、チャンネル光導波路２、３の相
近接した部分（結合部）の側方に電極４、５、６が形成
され、光導波路２のポートＡから入力されてその結合部
を導波する光は、電極４、５、６による印加電圧が０の
場合は、上記結合部において他方の光導波路３に完全に
乗り移る状態（完全結合状態）となってクロスポートつ
まりポートＢ’から出力され、電極４、５、６によって
光導波路２、３に所定電圧が印加されると乗り移りが抑
制されて、ポートＡ’から出力されるようになる。

【０００５】なお、光学素子の光入出力端近くでは、チ
ャンネル光導波路２、３は互いに大きく離間しているた
め（数10μｍ程度）、この部分では光波分布の重なりが
全くなく、２本のチャンネル光導波路２、３は互いに独
立したものとなっている。なお上記図７の例はＸあるい
はＹカットの基板１を用いたものであるが、図８に示す
ようにＺカットの基板１’を用いた上で、各チャンネル
光導波路２、３の直上部分に電極７および８を配設して
もよい。要するに電極は主に基板のＺ軸方向に電界が加
わるように配置される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の方
向性結合型電気光学素子においては、両光導波路２、３
が共に、互いに平行な部分（平行部）と徐々に離間する
部分（離間部）とを有し、この平行部と離間部との接続
部分で曲がりを有するため、光導波路２、３を導波する
光に伝搬ロスが生じるという問題がある。

【０００７】そこで本発明は、光導波路に入力された光
を伝搬ロスなく出力することができる方向性結合型電気
光学素子を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の方向性結合型電
気光学素子は、電気光学効果を有する基板と、前記基板
の一端から他端へ直線状に延びるように該基板上に形成
された一本の直線光導波路と、前記直線光導波路の一部
にほぼ平行に近接して延びる近接部と、該近接部より前
記直線光導波路に近接しない離間部とを有する、前記基
板上に形成された結合光導波路と、前記直線光導波路と
前記結合光導波路とが近接した結合部において前記両光
導波路に電圧を印加する手段とを備えてなり、前記直線
光導波路の一端から入力され、該直線光導波路の他端か
ら出力された光を利用光として用いるものであることを
特徴とするものである。

【０００９】前記離間部は、前記近接部と比較して前記
直線光導波路に近接しない部であればよく、前記近接部
に連続した、前記直線光導波路から徐々に離間する部分
であってもよく、さらに前記近接部における両光導波路
間の距離よりも離間して前記直線光導波路と平行となる
部分を有するものであってもよい。また、この離間部は
導波路が存在しない部分であってもよい。

【００１０】なお、前記結合光導波路は複数あってもよ
く、この場合、各結合光導波路は前記直線光導波路の異
なる位置で近接部を有し、各結合部において電圧を印加
する手段を備えればよい。

【００１１】前記方向性結合型電気光学素子において
は、前記各光導波路が前記基板の所定部分をプロトン交
換後にアニールして形成されたものであることが望まし
い。

【００１２】さらに、前記基板は、ＬｉＮｂ_xＴａ_1-x
Ｏ₃（０≦ｘ≦１）基板またはそれにＭｇＯおよびＺｎ
Ｏの少なくともいずれか一方がドープされた基板である
ことが望ましい。

【００１３】

【発明の効果】本発明の方向性結合型電気光学素子は、
直線光導波路を備え、該直線光導波路の一端から入力さ
れ、その他端から出力された光を利用光として用いるも
のであり、該利用光が曲がりを有する光導波路を導波す
ることがないため、従来、利用光が曲がりのある光導波
路を導波していたために生じていた光の伝搬ロスを防ぐ
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一つの実
施形態による方向性結合型電気光学素子の平面形状を示
すものである。図示されるようにこの方向性結合型電気
光学素子は、ＭｇＯが５ mol％ドープされたＬｉＮｂＯ
₃（以下、ＭｇＯ−ＬＮと称する）の結晶基板10上にそ
の一端から他端へ直線状に延びるように形成された直線
光導波路11と、該基板10上に前記直線光導波路11に平行
に近接する近接部12a と直線光導波路11から徐々に離間
する離間部12b とを有する結合光導波路12と、両光導波
路11、12が平行に近接する結合部においてこれらの光導
波路11、12の各々の側方に形成された平板状電極13、1
4、15とを有している。

【００１５】基板10としてはＸカットのＭｇＯ−ＬＮ結
晶基板が用いられており、その全長は８ｍｍである。両
光導波路11、12は、基板10の表面にフォトリソグラフィ
により該光導波路11、12の形状に対応した開口を有する
マスクを形成し、このマスクの開口から露出している基
板部分をピロリン酸中でプロトン交換後、アニール処理
して形成される。本例では、プロトン交換条件は170 ℃
で68分、アニール条件は350 〜370 ℃で１〜２時間とし
た。

【００１６】また両光導波路11、12の結合長、つまり互
いに平行で近接した結合部の長さは４ｍｍであり、結合
部の光導波路11、12の間隔は、２〜３μｍである。結合
光導波路12の折れ曲がり部で光導波路11、12の中心線が
互いになす角度（分離角）は、一例として0.5 °とされ
ている。なお、両光導波路11、12のストライプ幅は６〜
９μｍである。

【００１７】上記構成の方向性結合型電気光学素子にお
いて、入力ポートＡから直線光導波路11に光を入力させ
たとき、平板状電極13、14、15を介して光導波路11、12
に電圧を印加しなければ、直線光導波路11を導波する光
は結合部において結合光導波路12に完全に乗り移り、出
力ポートＢ’から出射される。また平板状電極13、14、
15を介して両光導波路11、12に所定の電圧を印加する
と、直線光導波路11を導波する光は結合部において結合
光導波路12に乗り移ることなく、出力ポートＡ’から出
射される。

【００１８】以上のようにして、入力ポートＡから入力
させた光を、出力ポートＢ’とＡ’のいずれかから選択
的に出射するようにスイッチングすることができるが、
本実施形態においては、出力ポートＡ’から出射される
光を利用光とする。なお、上記電圧の印加を画像信号等
に基づいて制御することにより、その利用光を変調する
ことができる。

【００１９】上記構成の方向性結合型電気光学素子を用
い、入力ポートＡおよびＢのいずれかから光を入力し、
平板状電極13、14、15を介して両光導波路11、12に対し
て電圧を印加状態もしくは無印加状態とすることによ
り、出力ポートＡ’およびＢ’いずれかから光を出射さ
せ、入力ポートおよび出力ポートの各組み合わせにおけ
る光伝搬ロスを調べた。各組み合わせにおける入力ポー
トと出力ポートを図２（１）〜（４）に示す。

【００２０】（１）入力ポートＡから直線光導波路11に
光を入力させ、結合部において電圧を印加しない。この
とき、直線光導波路11を導波する光は結合部において結
合光導波路12に完全に乗り移り出力ポートＢ’から出射
される。

【００２１】（２）入力ポートＡから直線光導波路11に
光を入力させ、結合部において両光導波路11、12に所定
の電圧を印加する。このとき、直線光導波路11を導波す
る光は結合部において結合光導波路12に乗り移ることな
く出力ポートＡ’から出射される。

【００２２】（３）入力ポートＢから結合光導波路12に
光を入力させ、結合部において電圧を印加しない。この
とき、結合光導波路12を導波する光は結合部において直
線光導波路11に完全に乗り移り出力ポートＡ’から出射
される。

【００２３】（４）入力ポートＢから結合光導波路12に
光を入力させ、結合部において両光導波路11、12に所定
の電圧を印加する。このとき、結合光導波路12を導波す
る光は結合部において直線光導波路11に乗り移ることな
く出力ポートＢ’から出射される。

【００２４】入力ポートＡから光を入力し、出力ポート
Ａ’から出力させた場合の光伝搬におけるロス値を基準
として、各入力ポート、出力ポートの組み合わせにおけ
るロス値を測定すると、（１）〜（４）についてそれぞ
れ１０％、０％、１０％、２０％であった。この結果か
ら（１）、（３）の場合のように、光が結合光導波路12
の近接部12a と離間部12b との接続部分である曲がり部
を一つ経ると１０％のロスが生じ、（４）のように曲が
り部を二つ経ると２０％のロスが生じることが判った。
すなわち、曲がり部一つにつき１０％の光損失が生じて
いることが明らかになった。

【００２５】従って、光が直線光導波路のみを導波して
出力される場合には、曲がり部による光損失はない。す
なわち、本実施形態において利用される、（２）に示す
ように入力ポートＡから入力され直線光導波路11を導波
されて出力ポートＡ’から出射される光は導波路の曲が
りによる伝搬ロスのない光である。

【００２６】次に図３〜図６を参照して、本発明の他の
実施形態にかかる方向性結合型電気光学素子を説明す
る。なお、これらの図においては、電圧印加用の電極を
斜線部で示し、符号は省略する。

【００２７】図３は、直線光導波路11と、この直線光導
波路11を挟むようにして形成された２本の結合光導波路
12、12’とを備えた２段方向性結合型電気光学素子10を
示すものである。結合光導波路12、12’は、直線光導波
路11の互いに異なる位置で平行に近接する近接部を有す
るものである。すなわち、結合部が２段となるため、消
光比を上げることができる。ここで消光比とは、各結合
部を電圧印加状態とした時の出力と、各結合部を電圧無
印加状態とした時の出力の比である。結合部が１つであ
る１段方向性結合型電気光学素子の消光比は通常のプロ
セスでは１０〜３０ｄＢであるが、このような２段方向
性結合型電気光学素子では二倍の２０〜４０ｄＢとする
ことができる。

【００２８】なお本実施形態においては、直線光導波路
から入出力される光を利用光とするため、図４に示すよ
うに結合光導波路は入力出力端を有しないものであって
もよい。また、図５に示すように結合光導波路12、12’
は直線光導波路の片側に並べて形成されたものであって
もよい。

【００２９】さらに消光比を上げるため、図６に示すよ
うに複数本（Ｎ本）の結合光導波路を有し、複数の結合
部を備えたＮ段方向性結合型電気光学素子としてもよ
い。

【００３０】なお、上述の各実施形態においては、結合
光導波路が近接部と離間部とからなるものであるとして
説明したが、原理的には、離間部を有しない近接部のみ
の結合光導波路であっても方向性結合型電気光学素子と
しての基本機能は得られる。但し、実際上は以下の理由
により、離間部を有するものとすることが望ましい。す
なわち、光導波路の両端面は光学研磨されて光入出力部
とされるが、離間部がないと、研磨ロットに応じて結合
部の長さが異なる素子が形成されることになる。したが
って、特性バラツキが顕著になり、完全結合を果たし得
ない素子も作製されてしまうことになる。

【００３１】また離間部がない場合、２つのポートから
出力される光は空間的に十分に分離せず、特定のポート
から出力される光のみを利用光として使うことが極めて
困難となる。

【００３２】また光導波路を形成する基板は、前述のＭ
ｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ₃基板に限らず、その他
ＺｎＯがドープされたＬｉＮｂＯ₃基板、ＬｉＮｂＯ₃
基板、ＬｉＴａＯ₃基板、ＭｇＯ、ＺｎＯの少なくとも
いずれか一方がドープされたＬｉＴａＯ₃基板等を利用
することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施形態である方向性結合型電
気光学素子の平面図

【図２】図１に示す方向性結合型電気光学素子における
入出力ポートの組み合わせ例を示す図

【図３】本発明の方向性結合型電気光学素子における光
導波路の別の形状例を示す平面図

【図４】本発明の方向性結合型電気光学素子における光
導波路のさらに別の形状例を示す平面図

【図５】本発明の方向性結合型電気光学素子における光
導波路のさらに別の形状例を示す平面図

【図６】本発明の方向性結合型電気光学素子における光
導波路のさらに別の形状例を示す平面図

【図７】従来の方向性結合型電気光学素子の例を示す平
面図

【図８】従来の方向性結合型電気光学素子の別の例を示
す平面図

【符号の説明】

10 ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ₃基板 11 直線光導波路 12 曲がり光導波路 13、14、15 電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学効果を有する基板と、前記基板の一端から他端へ直線状に延びるように該基板
上に形成された一本の直線光導波路と、前記直線光導波路の一部にほぼ平行に近接して延びる近
接部と、該近接部より前記直線光導波路に近接しない離
間部とを有する、前記基板上に形成された結合光導波路
と、前記直線光導波路と前記結合光導波路とが近接した結合
部において前記両光導波路に電圧を印加する手段とを備
えてなり、前記直線光導波路の一端から入力され、該直線光導波路
の他端から出力された光を利用光として用いるものであ
ることを特徴とする方向性結合型電気光学素子。
【請求項２】前記離間部が、前記近接部に連続した、
前記直線光導波路から徐々に離間する部分であることを
特徴とする請求項１記載の方向性結合型電気光学素子。
【請求項３】前記各光導波路が、前記基板の所定部分
をプロトン交換後にアニールして形成されたものである
ことを特徴とする請求項１または２いずれか１項記載の
方向性結合型電気光学素子。
【請求項４】前記基板が、ＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ
₃（０≦ｘ≦１）基板またはそれにＭｇＯおよびＺｎＯ
の少なくともいずれか一方がドープされた基板であるこ
とを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方向
性結合型電気光学素子。