JPS5936250B2 - 光変調・光スイッチ素子 - Google Patents
光変調・光スイッチ素子Info
- Publication number
- JPS5936250B2 JPS5936250B2 JP14605078A JP14605078A JPS5936250B2 JP S5936250 B2 JPS5936250 B2 JP S5936250B2 JP 14605078 A JP14605078 A JP 14605078A JP 14605078 A JP14605078 A JP 14605078A JP S5936250 B2 JPS5936250 B2 JP S5936250B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- waveguide
- region
- light
- length
- 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.)
- Expired
Links
Classifications
-
- 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
- G02F1/29—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 for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光伝送システムあるいは光集積回路において
、導波光を電気的に変調するとともに、変調された導波
光の光路を電気的に切換えるようにした光変調・光スイ
ッチ素子に関するものである。
、導波光を電気的に変調するとともに、変調された導波
光の光路を電気的に切換えるようにした光変調・光スイ
ッチ素子に関するものである。
導波化されたレーザ光を電気的に変調したり、あるいは
その光路を電気的に切換える機能を有する代表的な素子
としては、方向性結合形光変調器あるいは方向性結合形
光スイッチがある。
その光路を電気的に切換える機能を有する代表的な素子
としては、方向性結合形光変調器あるいは方向性結合形
光スイッチがある。
第1図は、この基本構造を示したもので、電気光学効果
を有する結晶基板1の表面近傍に2本の光導波路2−1
、2−2が平行に近接して作成されている。この基板1
としては、LiNbO3、LiTaO3等の強誘電体結
晶、あるいはGaAs、GaAlAs等の半導体結晶が
用いられる。また光導波路の作成は、前者の場合にはパ
ターン化したTi金属等の熱拡散やエピタキシャル成長
等により行われ、後者の場合もエピタキシャル成長法等
により行われる。この基板1に適当な構造の電極3−1
、3−2を設けることにより、この基板1の電気光学効
果を介して屈折率変化を誘起し、導波光の結合状態を電
気的に制御することによつて出力光の強度変調あるいは
光路の切換えを行うものである。この構成において、1
00%の光パワーが一方の光導波路から他方に移り変わ
るに要する結合部の長さを0dB結合長10とする。
を有する結晶基板1の表面近傍に2本の光導波路2−1
、2−2が平行に近接して作成されている。この基板1
としては、LiNbO3、LiTaO3等の強誘電体結
晶、あるいはGaAs、GaAlAs等の半導体結晶が
用いられる。また光導波路の作成は、前者の場合にはパ
ターン化したTi金属等の熱拡散やエピタキシャル成長
等により行われ、後者の場合もエピタキシャル成長法等
により行われる。この基板1に適当な構造の電極3−1
、3−2を設けることにより、この基板1の電気光学効
果を介して屈折率変化を誘起し、導波光の結合状態を電
気的に制御することによつて出力光の強度変調あるいは
光路の切換えを行うものである。この構成において、1
00%の光パワーが一方の光導波路から他方に移り変わ
るに要する結合部の長さを0dB結合長10とする。
この10の大きさは導波路の屈折率、間隙の大きさ、レ
ーザ光の波長等により決定される。また印加電界によつ
て引起される2本の光導波路間の位相差をΔβ、光導波
路の平行近接領域4を結合部長lとすれは、光導波路2
−1に単位強度の光5が入射する時、両光導波路2−1
、2−2の出力光強度は、それぞれP4■1−P2 P′=0≦、=f、゜”゛゛□f計′゛゛π で与えられる、この方向性結合形光変調器および光スイ
ッチを用いて、レーザ光を電気的に変調し、その変調さ
れた導波光の光路を電気的に切換えるためには、従来個
々の基板に作成した光変調器および光スイッチを各種の
方法で直列に接続して行っていた。
ーザ光の波長等により決定される。また印加電界によつ
て引起される2本の光導波路間の位相差をΔβ、光導波
路の平行近接領域4を結合部長lとすれは、光導波路2
−1に単位強度の光5が入射する時、両光導波路2−1
、2−2の出力光強度は、それぞれP4■1−P2 P′=0≦、=f、゜”゛゛□f計′゛゛π で与えられる、この方向性結合形光変調器および光スイ
ッチを用いて、レーザ光を電気的に変調し、その変調さ
れた導波光の光路を電気的に切換えるためには、従来個
々の基板に作成した光変調器および光スイッチを各種の
方法で直列に接続して行っていた。
第2図は、基板1に作成された光変調器の光導波路2−
2の出力端面から出射した光をレンズ6を用いて、基板
杓こ作成された光スイッチの光等波路25−2の入力端
面に集光する方法である。
2の出力端面から出射した光をレンズ6を用いて、基板
杓こ作成された光スイッチの光等波路25−2の入力端
面に集光する方法である。
また、第3図は、第2図のレンズの代わりに、フアイバ
を用いて接続する方法である。更に、第4図は、光変調
器の光導波路2−2と光スイツチの光導波路2′−1と
を直接接続する方法である。これらの方法は、いずれも
機械振動に対して極めて不安であるばかりでなく、接続
の際の光損失が大きいという欠点があつた。本発明は、
上記従来例の欠点を解消するために、1枚の基板上に作
成した1組の光導波路を用いて、一体化して形成した光
変調・光スイツチ素子を提供するものである。
を用いて接続する方法である。更に、第4図は、光変調
器の光導波路2−2と光スイツチの光導波路2′−1と
を直接接続する方法である。これらの方法は、いずれも
機械振動に対して極めて不安であるばかりでなく、接続
の際の光損失が大きいという欠点があつた。本発明は、
上記従来例の欠点を解消するために、1枚の基板上に作
成した1組の光導波路を用いて、一体化して形成した光
変調・光スイツチ素子を提供するものである。
以下、図面により実施例を詳細に説明する。第5図は、
本発明の1実施例を示したもので、電気光学効果を有す
る物質からなる基板1の表面近傍に、平行に近接した2
本の光導波路2−1,2−2が形成されている。
本発明の1実施例を示したもので、電気光学効果を有す
る物質からなる基板1の表面近傍に、平行に近接した2
本の光導波路2−1,2−2が形成されている。
これは、具体的にはLlNbO3を基板としてパターン
化したTl金属を熱拡散すればよい。この2本の光導波
路2−1,2−2が十分に近接していれば、一方の光導
波路を伝搬する光波は次第に他の光導波路に結合し、0
dB結合長Z。を進むと100%の光パワーが移る。い
ま平行に近接した領域4の長さをZとし、l〉2Z0と
する。この領域を3分割し、それぞれ第1、第2、第3
領域8,9,10とする。この第1,3領域8,10の
長さをZl,Z3とし、また両者は少くとも1。より大
とするが、まず簡単のために、Z,=13−10の場合
を考える。この場合、第1、第3領域8,10では10
0%の光パワーが他方の導波路に移り得る。次に適当な
構造の電極を形成することにより、2本の導波路間に位
相差Δβを与えるようにする。これは、基板としてLl
NbO3を用い、その分極軸15が基板表面に垂直な場
合には、第5図jこ示したように各導波路上にプレーナ
電極3−1,3−2,3!−1,3/−2を形成すれば
よい。またこれらの電極(こ電圧を印加した時、各電極
の下に電界集中が生じ、かつその符号が異なるため、導
波路の伝搬定数が方は増加、他方は減少するように変化
することから、2本の導波路間に位相差Δβを与えるこ
とができる。また前式(1)より、Δβ−V百π/10
の場合には全く光結合は生じない。従つて、入射された
光はその導波路をそのまま伝搬し、他方の導波路には移
らない。この結果、光変調あるいは光路の切換えが電気
的に行えることになる。また第1領域8あるいは第3領
域10の長さZl,l3の一方あるいは両方が0dB結
合長1。より大の場合には、電極構成を第6図に示した
ように分割電極12−1,12−2,12−3とし、各
分割された電極に異符号の電圧を印加することにより、
結合、非結合の光変調の光スイツチを実現できる。この
分割電極につい−CはH−KOgelnikの論文IE
EE.JOurnalOfQuantumElectr
On一IcsvOl.l2,p396(1976)に詳
しく述べらられている。また第2領域9の長さはZ2−
l−(11+13)である。
化したTl金属を熱拡散すればよい。この2本の光導波
路2−1,2−2が十分に近接していれば、一方の光導
波路を伝搬する光波は次第に他の光導波路に結合し、0
dB結合長Z。を進むと100%の光パワーが移る。い
ま平行に近接した領域4の長さをZとし、l〉2Z0と
する。この領域を3分割し、それぞれ第1、第2、第3
領域8,9,10とする。この第1,3領域8,10の
長さをZl,Z3とし、また両者は少くとも1。より大
とするが、まず簡単のために、Z,=13−10の場合
を考える。この場合、第1、第3領域8,10では10
0%の光パワーが他方の導波路に移り得る。次に適当な
構造の電極を形成することにより、2本の導波路間に位
相差Δβを与えるようにする。これは、基板としてLl
NbO3を用い、その分極軸15が基板表面に垂直な場
合には、第5図jこ示したように各導波路上にプレーナ
電極3−1,3−2,3!−1,3/−2を形成すれば
よい。またこれらの電極(こ電圧を印加した時、各電極
の下に電界集中が生じ、かつその符号が異なるため、導
波路の伝搬定数が方は増加、他方は減少するように変化
することから、2本の導波路間に位相差Δβを与えるこ
とができる。また前式(1)より、Δβ−V百π/10
の場合には全く光結合は生じない。従つて、入射された
光はその導波路をそのまま伝搬し、他方の導波路には移
らない。この結果、光変調あるいは光路の切換えが電気
的に行えることになる。また第1領域8あるいは第3領
域10の長さZl,l3の一方あるいは両方が0dB結
合長1。より大の場合には、電極構成を第6図に示した
ように分割電極12−1,12−2,12−3とし、各
分割された電極に異符号の電圧を印加することにより、
結合、非結合の光変調の光スイツチを実現できる。この
分割電極につい−CはH−KOgelnikの論文IE
EE.JOurnalOfQuantumElectr
On一IcsvOl.l2,p396(1976)に詳
しく述べらられている。また第2領域9の長さはZ2−
l−(11+13)である。
いまこの領域の一導波路2−2の上に導波路より高い屈
折率を有する薄膜11を、この膜中に光波が伝搬可能に
なるカツトオフ厚以上に装荷する。この導波路に入射さ
れた光はすべて装荷膜中にもれてしまうため、導波路の
出口に光は到達しない。即ち光の伝搬は阻止される。従
つて、第1領域8においてレーザ光5を導波路2−1に
入射し、第2領域の導波路2−2の上に高屈折率膜11
を装荷して光の伝搬を阻止することにする。この第1領
域8の電極3−1,3−2に信号電圧を印加し、入射レ
ーザ光を変調すれば、第2領域9の出口においては、導
波路2−1のみから、強度変調された光が出射する。即
ち第3領域10の入力部では、強度変調された光が導波
路2−1のみに入射することができる。この第3領域1
0において、この強度変調された光波を電気信号により
スイツチングすれば、変調光の光路は電気的に2−1,
2−2とに切換えることができる。以上の説明では、第
1領域8の導波路2−1に光波が入射する場合を考えた
が、導波路2−2に入射しても同様に作用する。また第
2領域9の一導波路上に装荷した高屈折率膜10として
は、LiNbO3基板の場合、Se,Sをベースとした
カルコゲナイト・ガラス薄膜を利用することができるO
次に、第7図は、第2領域9の装荷膜として金属膜13
を利用した例を示したもので、この例は、TMモードの
みに限るが、TMモードに対して金属膜装荷に伴なう光
減衰が極めて大きいことはよく知られているから、この
例は光伝搬の阻止に利用できる。
折率を有する薄膜11を、この膜中に光波が伝搬可能に
なるカツトオフ厚以上に装荷する。この導波路に入射さ
れた光はすべて装荷膜中にもれてしまうため、導波路の
出口に光は到達しない。即ち光の伝搬は阻止される。従
つて、第1領域8においてレーザ光5を導波路2−1に
入射し、第2領域の導波路2−2の上に高屈折率膜11
を装荷して光の伝搬を阻止することにする。この第1領
域8の電極3−1,3−2に信号電圧を印加し、入射レ
ーザ光を変調すれば、第2領域9の出口においては、導
波路2−1のみから、強度変調された光が出射する。即
ち第3領域10の入力部では、強度変調された光が導波
路2−1のみに入射することができる。この第3領域1
0において、この強度変調された光波を電気信号により
スイツチングすれば、変調光の光路は電気的に2−1,
2−2とに切換えることができる。以上の説明では、第
1領域8の導波路2−1に光波が入射する場合を考えた
が、導波路2−2に入射しても同様に作用する。また第
2領域9の一導波路上に装荷した高屈折率膜10として
は、LiNbO3基板の場合、Se,Sをベースとした
カルコゲナイト・ガラス薄膜を利用することができるO
次に、第7図は、第2領域9の装荷膜として金属膜13
を利用した例を示したもので、この例は、TMモードの
みに限るが、TMモードに対して金属膜装荷に伴なう光
減衰が極めて大きいことはよく知られているから、この
例は光伝搬の阻止に利用できる。
例えば、Ti拡散LiNbO3導波路の場合、Al膜の
装荷により数10dB/(177!以上の減衰が得られ
るので、第2領域9の長さZ2が十分長い場合、金属膜
装荷は簡単でかつ効果的である。また第2領域9の一導
波路の光伝搬を阻止する他の方法は、その導波路をスパ
ツタ・エツチあるいはイオン・ミリング等により削る方
法である。第8図は、この例を示したもので、この場合
、削り取る部分14は、導波路の大きさ一杯である必要
はなく、その導波路のカツトオフ状態が満足されればよ
い。次に、第9図は、本発明をより具体的に実現する方
法を示したもので、まず第9図aにおいて、LiNbO
3を基板1とし、パターン化したTi金属を熱拡散する
ことにより平行に近接した2本の導波路2−1,2−2
を作成する。
装荷により数10dB/(177!以上の減衰が得られ
るので、第2領域9の長さZ2が十分長い場合、金属膜
装荷は簡単でかつ効果的である。また第2領域9の一導
波路の光伝搬を阻止する他の方法は、その導波路をスパ
ツタ・エツチあるいはイオン・ミリング等により削る方
法である。第8図は、この例を示したもので、この場合
、削り取る部分14は、導波路の大きさ一杯である必要
はなく、その導波路のカツトオフ状態が満足されればよ
い。次に、第9図は、本発明をより具体的に実現する方
法を示したもので、まず第9図aにおいて、LiNbO
3を基板1とし、パターン化したTi金属を熱拡散する
ことにより平行に近接した2本の導波路2−1,2−2
を作成する。
次に、第9図bに示したように、結合領域4における導
波路2−2のみの上に、高屈折率膜11をストリツプ状
に装荷する。この高屈折率膜はSe,Sをベースとした
ガラス薄膜を1μm程度の厚みに破荷すれば、カツトオ
フ厚以上となる。この場合、導波路2−1,2−2の伝
搬定数が大きく異つてしまうことから、両者の間での光
結合は生じない。即ち導波路2−2に入射された光は、
導波路2−2に結合することなく、導波路2−1から出
射する。次に、第9図cに示したように、この高屈折率
膜11を端から順次取除き、無装荷領域8の長さ11を
Oから増加する。この無装荷領域8においては結合が生
じるから、長さ11に相当する光パワーが導波路2−2
に結合し、導波路2−1の出力光パワーは減少する。従
つて、この長さZ1に対する出力光パワーの減衰の様子
を測定することにより、第1領域8の長さ11を丁度0
dB結合長1。に等しくすることが容易にできる。次に
、第9図dに示したように、高屈折率膜11を反対の端
から取除き、前と同様な方法で第3領域10の長さ13
を1。に等しくする。この11および13が決定した後
、残りの高屈折率膜装荷領域9が第2領域の長さ、12
−l−(11+13)として作用する。次に第1領域、
第3領域にそれぞれ変調およびスイツチ用の電極を形成
する。なお、第2領域9において金属膜を装荷する場合
も同様の方法が用いられる。また導波路を削り取る場合
には、高屈折率膜あるいは金属膜装荷の方法により、第
2領域9の長さ12を明らかにした後、その領域の導波
路を削り取ればよい。以上説明したように、本発明は、
光変調器および光スイツチを一体化して構成し、且つ方
向性結合形構造を採用しているので、外部環境の変化に
対しても極めて安定であり、また光挿入損を小さくでき
る利点があり、また通常方向性結合形素子を作成する場
合、0dB結合長1。
波路2−2のみの上に、高屈折率膜11をストリツプ状
に装荷する。この高屈折率膜はSe,Sをベースとした
ガラス薄膜を1μm程度の厚みに破荷すれば、カツトオ
フ厚以上となる。この場合、導波路2−1,2−2の伝
搬定数が大きく異つてしまうことから、両者の間での光
結合は生じない。即ち導波路2−2に入射された光は、
導波路2−2に結合することなく、導波路2−1から出
射する。次に、第9図cに示したように、この高屈折率
膜11を端から順次取除き、無装荷領域8の長さ11を
Oから増加する。この無装荷領域8においては結合が生
じるから、長さ11に相当する光パワーが導波路2−2
に結合し、導波路2−1の出力光パワーは減少する。従
つて、この長さZ1に対する出力光パワーの減衰の様子
を測定することにより、第1領域8の長さ11を丁度0
dB結合長1。に等しくすることが容易にできる。次に
、第9図dに示したように、高屈折率膜11を反対の端
から取除き、前と同様な方法で第3領域10の長さ13
を1。に等しくする。この11および13が決定した後
、残りの高屈折率膜装荷領域9が第2領域の長さ、12
−l−(11+13)として作用する。次に第1領域、
第3領域にそれぞれ変調およびスイツチ用の電極を形成
する。なお、第2領域9において金属膜を装荷する場合
も同様の方法が用いられる。また導波路を削り取る場合
には、高屈折率膜あるいは金属膜装荷の方法により、第
2領域9の長さ12を明らかにした後、その領域の導波
路を削り取ればよい。以上説明したように、本発明は、
光変調器および光スイツチを一体化して構成し、且つ方
向性結合形構造を採用しているので、外部環境の変化に
対しても極めて安定であり、また光挿入損を小さくでき
る利点があり、また通常方向性結合形素子を作成する場
合、0dB結合長1。
は設計値通りの大きさを得ることは極めて困難であり、
素子作成後の測定によつて1。の値が明らかになること
が多いが、本発明のように、2本の導波路を作成後に光
変調部・光スイツチ部を形成する方法は極めて素子作成
を容易にする。更に、本発明はレーザ光に時分割的に光
情報を与えて多重化し、その変調された導波光の光路を
電気的に切換える素子として応用する上で、極めて利点
が多い。
素子作成後の測定によつて1。の値が明らかになること
が多いが、本発明のように、2本の導波路を作成後に光
変調部・光スイツチ部を形成する方法は極めて素子作成
を容易にする。更に、本発明はレーザ光に時分割的に光
情報を与えて多重化し、その変調された導波光の光路を
電気的に切換える素子として応用する上で、極めて利点
が多い。
第1図は、光方向性結合形素子の基本構成図、第2図、
第3図、第4図は、従来の光変調・光スイツチ素子の構
成図、第5図は、本発明の一実施例の構成図、第6図は
、第5図の電極部の構成図、第7図、第8図は、第5図
の第2領域の断面図、第9図は、本発明の一実施例の製
作手順を示した図である。 1・・・・・・基板、2・・・・・・光導波路、3・・
・・・・電極、4・・・・・・光結合部、5・・・・・
・入射光、6・・・・・・レンズ、7・・・・・・フア
イバ、8・・・・・・第1領域(光変調部)、9・・・
・・・第2領域、10・・・・・・第3領域(光スイツ
チ音Dlll・・・高屈折率装荷膜、12・・・・・・
電極、13・・・・・・金属装荷膜、14・・・・・・
光導波路の削り取り部、15・・・・・・分極軸。
第3図、第4図は、従来の光変調・光スイツチ素子の構
成図、第5図は、本発明の一実施例の構成図、第6図は
、第5図の電極部の構成図、第7図、第8図は、第5図
の第2領域の断面図、第9図は、本発明の一実施例の製
作手順を示した図である。 1・・・・・・基板、2・・・・・・光導波路、3・・
・・・・電極、4・・・・・・光結合部、5・・・・・
・入射光、6・・・・・・レンズ、7・・・・・・フア
イバ、8・・・・・・第1領域(光変調部)、9・・・
・・・第2領域、10・・・・・・第3領域(光スイツ
チ音Dlll・・・高屈折率装荷膜、12・・・・・・
電極、13・・・・・・金属装荷膜、14・・・・・・
光導波路の削り取り部、15・・・・・・分極軸。
Claims (1)
- 1 電気光学結晶からなる物質を基板とし、該基板の表
面近傍に作成した2本の光導波路の平行に近接する結合
領域を3分割し、この第1および第3の領域の長さを0
dB結合長に等しくするかあるいはそれ以上の長さにす
るとともに、前記第1および第3領域における前記2本
の光導波路間に位相差を与えるための電極を設け、次に
第2領域の一方の光導波路上に該光導波路より高い屈折
率を有する薄膜または金属膜を装荷するかあるいは前記
光導波路の領域を削り取ることにより、前記第2領域の
光導波路中を導波光が伝搬することを阻止したことを特
徴とする光変調・光スイッチ素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14605078A JPS5936250B2 (ja) | 1978-11-28 | 1978-11-28 | 光変調・光スイッチ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14605078A JPS5936250B2 (ja) | 1978-11-28 | 1978-11-28 | 光変調・光スイッチ素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5573019A JPS5573019A (en) | 1980-06-02 |
JPS5936250B2 true JPS5936250B2 (ja) | 1984-09-03 |
Family
ID=15398955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14605078A Expired JPS5936250B2 (ja) | 1978-11-28 | 1978-11-28 | 光変調・光スイッチ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5936250B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH071358B2 (ja) * | 1986-12-10 | 1995-01-11 | 日本電信電話株式会社 | 光可変分岐器 |
CH667155A5 (de) * | 1987-08-13 | 1988-09-15 | Landis & Gyr Ag | Lichtmodulator. |
-
1978
- 1978-11-28 JP JP14605078A patent/JPS5936250B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5573019A (en) | 1980-06-02 |
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