JPS58137808A - 光回路 - Google Patents
光回路Info
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- JPS58137808A JPS58137808A JP1992482A JP1992482A JPS58137808A JP S58137808 A JPS58137808 A JP S58137808A JP 1992482 A JP1992482 A JP 1992482A JP 1992482 A JP1992482 A JP 1992482A JP S58137808 A JPS58137808 A JP S58137808A
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- wave
- waveguide
- film
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-
- 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
- G02B6/126—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 using polarisation effects
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は振動電界成分が互いに直交している光導波モー
ドの伝搬位相定数を一致させた光回路に関するものであ
る。
ドの伝搬位相定数を一致させた光回路に関するものであ
る。
光通信はその基本構成要素、とりわけ光７フイバの研究
開発の急激な進展によって実用段階を迎え、今まで以上
に通信系の高性能化、高信頼化が望まれ、それに伴い光
回路素子の簡素化、小形化。
開発の急激な進展によって実用段階を迎え、今まで以上
に通信系の高性能化、高信頼化が望まれ、それに伴い光
回路素子の簡素化、小形化。
集積化が進められ、従来のレンズ、プリズムの光学部品
を組み合せた構成から誘電体、半導体基板上に屈折率の
高い導波層を設けて先導波路とし、導波路内で各種光回
路素子を構成する方向へ向がいつつある。
を組み合せた構成から誘電体、半導体基板上に屈折率の
高い導波層を設けて先導波路とし、導波路内で各種光回
路素子を構成する方向へ向がいつつある。
先導波路内ではＴＭ波とＴＭ波が独立に存在しそれらの
伝搬位相定数を一致させると電気光学効果あるいは磁気
光学効果を用いてＴＭ波をＴＭ波あるいはその逆に変換
することができる。そしてこのモード変換を利用するこ
とにより光変調器。
伝搬位相定数を一致させると電気光学効果あるいは磁気
光学効果を用いてＴＭ波をＴＭ波あるいはその逆に変換
することができる。そしてこのモード変換を利用するこ
とにより光変調器。
光スィッチ、光アイソレータ等の各種回路素子への応用
が検討され従来次のようなものが知られている。ガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）結晶基板上に
磁性ガーネット（Ｙ３Ｇａ＋、ｚ−８ｃｏ、４Ｆｅｚｓ
０１２ ）薄膜をエピタキシャル成長させ、このカーネ
ット、薄膜上に導電性薄膜の電気回路を設は磁気光学効
果を用いてモード変換を行うものがある（詳細は文献ア
プライド・フイジクス・レターズの２１巻８号３９４頁
参照）。導波路を伝搬するＴＩ、ＴＭ波Ｏ伝搬位相定数
βｌ、β菖には差がある（β藁−β誠＝３．５Ｘ１０”
’に、）ため、光の進行方向に一様な磁界を印加する場
合にはＴＭ波からＴＩｃ波の変換（あるいはその逆）が
完全に行なわれない前にＴｌ波からＴＭ波への変換が生
じＴＭ波からＴＭ波の変換が相殺されてしまう。ここで
に・は自由空間の伝搬位相定数である。そこでＴｉ１ｔ
波からＴＭ波の変換が生じる距離に合せて磁界の方向が
交互に逆になるように電気回路を折り返しにして光の進
行する全距離にわたってモード変換を相加する構成にし
ている。しかし、この構造では複雑な電気回路を精度良
（設定しなければならない難点がある。さらに同じ磁気
光学効果を用いてモード変換を行うものとしてＧＧＧ結
晶基板上にイツトリウム・鉄・ガーネットの結晶層を設
けて導波路を形成したものがある（詳細は文献アイトリ
プルイーのトランザクシｌン、Ｍ’ｌ”ｆ’−２３゜７
０頁参照）。ここでは、基板と導波路の格子定数は完全
に一致し、導波路、基板は等方性の媒体としている。こ
のままではＴｌ波とＴＭ波の伝搬位相定数が異なるため
に効率良いモード変換が生じないので導波路上に光学的
異方性結晶であるヨウ素醗リチウム（ＬｉＩＯｓ）を密
着させる。このとき導波路から異方性結晶へ光が浸み出
し、そしてこの異方性結晶での複屈折性を利用して位相
定数の整合をとっている。しかし密着には接着等の不正
確な手法に依らざるを得ず安定性、信頼性に！点がある
。
が検討され従来次のようなものが知られている。ガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）結晶基板上に
磁性ガーネット（Ｙ３Ｇａ＋、ｚ−８ｃｏ、４Ｆｅｚｓ
０１２ ）薄膜をエピタキシャル成長させ、このカーネ
ット、薄膜上に導電性薄膜の電気回路を設は磁気光学効
果を用いてモード変換を行うものがある（詳細は文献ア
プライド・フイジクス・レターズの２１巻８号３９４頁
参照）。導波路を伝搬するＴＩ、ＴＭ波Ｏ伝搬位相定数
βｌ、β菖には差がある（β藁−β誠＝３．５Ｘ１０”
’に、）ため、光の進行方向に一様な磁界を印加する場
合にはＴＭ波からＴＩｃ波の変換（あるいはその逆）が
完全に行なわれない前にＴｌ波からＴＭ波への変換が生
じＴＭ波からＴＭ波の変換が相殺されてしまう。ここで
に・は自由空間の伝搬位相定数である。そこでＴｉ１ｔ
波からＴＭ波の変換が生じる距離に合せて磁界の方向が
交互に逆になるように電気回路を折り返しにして光の進
行する全距離にわたってモード変換を相加する構成にし
ている。しかし、この構造では複雑な電気回路を精度良
（設定しなければならない難点がある。さらに同じ磁気
光学効果を用いてモード変換を行うものとしてＧＧＧ結
晶基板上にイツトリウム・鉄・ガーネットの結晶層を設
けて導波路を形成したものがある（詳細は文献アイトリ
プルイーのトランザクシｌン、Ｍ’ｌ”ｆ’−２３゜７
０頁参照）。ここでは、基板と導波路の格子定数は完全
に一致し、導波路、基板は等方性の媒体としている。こ
のままではＴｌ波とＴＭ波の伝搬位相定数が異なるため
に効率良いモード変換が生じないので導波路上に光学的
異方性結晶であるヨウ素醗リチウム（ＬｉＩＯｓ）を密
着させる。このとき導波路から異方性結晶へ光が浸み出
し、そしてこの異方性結晶での複屈折性を利用して位相
定数の整合をとっている。しかし密着には接着等の不正
確な手法に依らざるを得ず安定性、信頼性に！点がある
。
また位相整合を実現させる簡便な方法として、結晶基板
上にその基板と格子定数の異なる結晶を成長させた時に
薄膜に生じる複屈折を利用したもの（詳細は昭和５６年
特許願第３６９８８号参照）がある。この構成はＧＧＧ
のようなガーネット基板上に液相あるいは気相成長法な
どによって結晶基板より屈折率が高く、格子定数が大き
い磁性結晶膜を設けたものである。このとき、基板と導
波層の格子定数不整合により導波層に複屈折（ｎｘ＞ｎ
、＝ｎｘ）が生じ、この導波層を伝搬する導波モードの
等側屈折率ｎ＠ｔｔ （位相定数βをに、で除した値）
と導波層の厚さｔの関係は第２図の実線のようになる。
上にその基板と格子定数の異なる結晶を成長させた時に
薄膜に生じる複屈折を利用したもの（詳細は昭和５６年
特許願第３６９８８号参照）がある。この構成はＧＧＧ
のようなガーネット基板上に液相あるいは気相成長法な
どによって結晶基板より屈折率が高く、格子定数が大き
い磁性結晶膜を設けたものである。このとき、基板と導
波層の格子定数不整合により導波層に複屈折（ｎｘ＞ｎ
、＝ｎｘ）が生じ、この導波層を伝搬する導波モードの
等側屈折率ｎ＠ｔｔ （位相定数βをに、で除した値）
と導波層の厚さｔの関係は第２図の実線のようになる。
ここで磁界が印加されていない場合の導波層の屈折率テ
ンソルの対角環はｎＸ＊ ｎ、、 ｎｅｔ非対角項は零
とする。Ｔｌ波の等側屈折率ｎｉｌはｔが小さいときに
は基板の屈折率ｎａ近傍の値をもち、ｔが大きくなるに
従ってｎ、に漸近する。一方、ＴＭ波の等側屈折率ｎ’
ｆ’Ｍはｔが小さいときにはｎＴｌと同様にｎ８近傍の
値をもち、またｎＴＢ＞ｎテ賛の関係があり、そしてｔ
が大きくなるに従いｎ、に漸近する。従っである膜厚ｔ
ｏにおいてｎ’ｒｌとｎＴｌは必ず交差する。即ちＴ１
波とＴＭ波の伝搬位相定数は一致する（Δｎａｆｆ＝ｎ
Ｔｌ−ｎｙｍ＝ｏ ）。
ンソルの対角環はｎＸ＊ ｎ、、 ｎｅｔ非対角項は零
とする。Ｔｌ波の等側屈折率ｎｉｌはｔが小さいときに
は基板の屈折率ｎａ近傍の値をもち、ｔが大きくなるに
従ってｎ、に漸近する。一方、ＴＭ波の等側屈折率ｎ’
ｆ’Ｍはｔが小さいときにはｎＴｌと同様にｎ８近傍の
値をもち、またｎＴＢ＞ｎテ賛の関係があり、そしてｔ
が大きくなるに従いｎ、に漸近する。従っである膜厚ｔ
ｏにおいてｎ’ｒｌとｎＴｌは必ず交差する。即ちＴ１
波とＴＭ波の伝搬位相定数は一致する（Δｎａｆｆ＝ｎ
Ｔｌ−ｎｙｍ＝ｏ ）。
しかしながら、導波層の厚さｔ及び被屈折（Δｎ＝ｎア
ーｎｇ）を厳密に設定する必要があり％ｔが４μｍの場
合にはΔｎ＝−３．２ｘｌＯ−’のときにΔ１１ｅｆｆ
＝０となり、′ｔやΔｎが僅かにずれると位相整合は実
現しない−０また１Δｎｅｆｆ ｌ＜ｔｏ−５とするた
めにはｔは４±０．０５μｍモしてΔｎは−３，２±ｏ
、１ｘｉｏ−’の精度を必要とし、実際の製作上困難で
ある。
ーｎｇ）を厳密に設定する必要があり％ｔが４μｍの場
合にはΔｎ＝−３．２ｘｌＯ−’のときにΔ１１ｅｆｆ
＝０となり、′ｔやΔｎが僅かにずれると位相整合は実
現しない−０また１Δｎｅｆｆ ｌ＜ｔｏ−５とするた
めにはｔは４±０．０５μｍモしてΔｎは−３，２±ｏ
、１ｘｉｏ−’の精度を必要とし、実際の製作上困難で
ある。
従って上記いずれの場合も位相整合を実現するためには
、複雑な構造や厳密な製作条件を必要とし、安定性、信
頼性の点でも問題が生じてしまう。
、複雑な構造や厳密な製作条件を必要とし、安定性、信
頼性の点でも問題が生じてしまう。
本発明の目的は、上記難点を除去し、構造が簡素で信頼
性が高く、そして厳密な製作精度を必要としない位相整
合のとれた光回路を提供することにある。
性が高く、そして厳密な製作精度を必要としない位相整
合のとれた光回路を提供することにある。
以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の実施例を示す図である。１はたとえば
ガドリニウム・ガリウム・ガーネット単結晶である。該
結晶基板上に液相、あるいは気相成長法などによって該
結晶基板より屈折率が高く格子定数が大きい結晶膜、例
えばＧｄｏ、４４Ｙｏ、２ｓＦｅｓＯ□のような結晶膜
を数μｍの厚さで設けて導波層２とする。このとき導波
層に複屈折が生じ本発明者の測定によれば格子定数不整
合量Δａ＝ａｓ −＊（（＊Ｂ ；基板の格子定数、＆
ｆ、導波層の格子定数）が−９，５，−７，９，−５，
１ＸＩＱ−’Ｘの場合の複屈折Δｎ＝ｎ、−ｎｘはそれ
ぞれ−５，６，−４，５，−３，１Ｘ１０−’であり、
またこの時位相整合条件を満足する膜厚ｔｏはそれぞれ
３．３．３．６．４．０μｍである。
ガドリニウム・ガリウム・ガーネット単結晶である。該
結晶基板上に液相、あるいは気相成長法などによって該
結晶基板より屈折率が高く格子定数が大きい結晶膜、例
えばＧｄｏ、４４Ｙｏ、２ｓＦｅｓＯ□のような結晶膜
を数μｍの厚さで設けて導波層２とする。このとき導波
層に複屈折が生じ本発明者の測定によれば格子定数不整
合量Δａ＝ａｓ −＊（（＊Ｂ ；基板の格子定数、＆
ｆ、導波層の格子定数）が−９，５，−７，９，−５，
１ＸＩＱ−’Ｘの場合の複屈折Δｎ＝ｎ、−ｎｘはそれ
ぞれ−５，６，−４，５，−３，１Ｘ１０−’であり、
またこの時位相整合条件を満足する膜厚ｔｏはそれぞれ
３．３．３．６．４．０μｍである。
そして、この複屈折が生じた該導波層の上面に調整膜３
を設ける。調整膜の付加によりＴＥ波。
を設ける。調整膜の付加によりＴＥ波。
ＴＭ波の等側屈折率１１？ｌとｎ’ｒＭは増加し、また
３７Ｍの増加量がｎｕの増加量よりも大きくその結果ｊ
ｆ１６ｆｆ＝ｎＴｌｌ−ｎ？Ｍが減少するため位相整合
位置が第２図の破線で示すように左側のｔ、′に移動し
、その移動量は調整膜の膜厚ｔ′の大きさで選択できる
。従って、導波層の作製時に生じた膜厚あるいは複屈折
の設定誤差は調整膜の膜厚を適当に設定することにより
補正でき、従来の導波路に訃ける製作時の困難さは生じ
ない。第３図にｔ′とｔｏ の関係の模式図を示す。
３７Ｍの増加量がｎｕの増加量よりも大きくその結果ｊ
ｆ１６ｆｆ＝ｎＴｌｌ−ｎ？Ｍが減少するため位相整合
位置が第２図の破線で示すように左側のｔ、′に移動し
、その移動量は調整膜の膜厚ｔ′の大きさで選択できる
。従って、導波層の作製時に生じた膜厚あるいは複屈折
の設定誤差は調整膜の膜厚を適当に設定することにより
補正でき、従来の導波路に訃ける製作時の困難さは生じ
ない。第３図にｔ′とｔｏ の関係の模式図を示す。
ここで調整膜は付加することによりその歪みで導波層の
複屈折を変化させないことが必要であり例えばポリイミ
ド、シロキサン（屈折率ｎ ＝１．５ ）などの有機物
のスピンコーティング、あるいは８１０ｔ（ｎ＝ｔ、ｓ
）のプラズＹＯＶＤ法による成膜で可能である。この場
合、ｔを４μｍとすると、調整膜の約０．４μｍの付加
によりΔｎｅｆｆは最大４Ｘ １０−’程度減少し、そ
の結果ｔ、Δｎの誤差がそれぞれ−０，１５μｍ、 ＋
４ Ｘ １０−５程度あっても位相整合を実現できる。
複屈折を変化させないことが必要であり例えばポリイミ
ド、シロキサン（屈折率ｎ ＝１．５ ）などの有機物
のスピンコーティング、あるいは８１０ｔ（ｎ＝ｔ、ｓ
）のプラズＹＯＶＤ法による成膜で可能である。この場
合、ｔを４μｍとすると、調整膜の約０．４μｍの付加
によりΔｎｅｆｆは最大４Ｘ １０−’程度減少し、そ
の結果ｔ、Δｎの誤差がそれぞれ−０，１５μｍ、 ＋
４ Ｘ １０−５程度あっても位相整合を実現できる。
そしてｔに０．１μｍ誤差が生じて３．９μｍに設定さ
れたとき、あるいはΔｎが３ Ｘ １０−’少なく設定
されたときｔ′を０．１μｍ設けることにより位相整合
が可能となる。
れたとき、あるいはΔｎが３ Ｘ １０−’少なく設定
されたときｔ′を０．１μｍ設けることにより位相整合
が可能となる。
また１Δｎ＊ｔｔ ｌ＜１ ’−５を満たすｔ、Δｎの
範囲はそれぞれ３．８≦ｔ≦４．０５μｍ −３，３Ｘ
１０””≦Δｎ≦−２，７Ｘ １０−’であり、従来
のものに比べて製作精度は大分緩和されたと言える。ま
た、屈折率が導波層に近い調整膜を用いることによりよ
り以上のｔ、Δｎの設定誤差の補正も可能であり、さら
に調整膜として金属膜、異方性の膜等を用いたり、膜を
多層にしても同様な効果が得られる。このように、従来
の難点であった製作上の困難さは導波路自身に製作誤差
を補正する機能を持たせることにより解決し、また歩留
りの悪い接着等の手法を用いることなく導波路を形成で
き信頼性も向上した。
範囲はそれぞれ３．８≦ｔ≦４．０５μｍ −３，３Ｘ
１０””≦Δｎ≦−２，７Ｘ １０−’であり、従来
のものに比べて製作精度は大分緩和されたと言える。ま
た、屈折率が導波層に近い調整膜を用いることによりよ
り以上のｔ、Δｎの設定誤差の補正も可能であり、さら
に調整膜として金属膜、異方性の膜等を用いたり、膜を
多層にしても同様な効果が得られる。このように、従来
の難点であった製作上の困難さは導波路自身に製作誤差
を補正する機能を持たせることにより解決し、また歩留
りの悪い接着等の手法を用いることなく導波路を形成で
き信頼性も向上した。
以上の説明では、磁気光学薄膜光導波路について述べた
がＣ板ＬｉＴａ０．結晶表面に銅を５５０℃で拡散した
光導波路にも適用できる。
がＣ板ＬｉＴａ０．結晶表面に銅を５５０℃で拡散した
光導波路にも適用できる。
以上のように本発明によればＴＥ波とＴＭ波の伝搬位相
定数が一散した小形で構造が簡素な光回路が得られる。
定数が一散した小形で構造が簡素な光回路が得られる。
第１図は本発明の実施例の構成図で１はガーネット基板
、２は基板より高い屈折率を有する磁気光学ガーネット
結晶導波層、３は調整膜である。 第２図は導波路厚と伝搬位相定数の関係の模式図、第３
図は調整膜の厚さと位相整合が成り立つ導波路厚の関係
を模式的に示したものである。 代理人弁理士内原 冒 第２図 導液路厚ｔ
、２は基板より高い屈折率を有する磁気光学ガーネット
結晶導波層、３は調整膜である。 第２図は導波路厚と伝搬位相定数の関係の模式図、第３
図は調整膜の厚さと位相整合が成り立つ導波路厚の関係
を模式的に示したものである。 代理人弁理士内原 冒 第２図 導液路厚ｔ
Claims (1)
- 結晶基板上に該基板より屈折率が高い、光導波路を形成
した光回路において、前記導波路の上面に調整膜を設け
、前記導波路における基板に水平方向に振動電界成分を
有する先導波モード（’ｌ’ｌｌｔ波）に対する伝搬位
相定数の大きさと、垂直方向に振動電界成分を有する先
導波モード（’Ｉ’Ｍ波）Ｋ対する伝搬位相定数の大き
さとが一致するように前記調整膜の膜厚を定めたことを
特徴とする光回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1992482A JPS58137808A (ja) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | 光回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1992482A JPS58137808A (ja) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | 光回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58137808A true JPS58137808A (ja) | 1983-08-16 |
Family
ID=12012767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1992482A Pending JPS58137808A (ja) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | 光回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58137808A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0591863A1 (en) * | 1992-10-03 | 1994-04-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical receiver, optical semiconductor apparatus, and optical communication system utilizing the same |
-
1982
- 1982-02-10 JP JP1992482A patent/JPS58137808A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0591863A1 (en) * | 1992-10-03 | 1994-04-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical receiver, optical semiconductor apparatus, and optical communication system utilizing the same |
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