JPS6019109A - 波長同調可能なte−tm光モ−ド変換器 - Google Patents
波長同調可能なte−tm光モ−ド変換器Info
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- JPS6019109A JPS6019109A JP59126548A JP12654884A JPS6019109A JP S6019109 A JPS6019109 A JP S6019109A JP 59126548 A JP59126548 A JP 59126548A JP 12654884 A JP12654884 A JP 12654884A JP S6019109 A JPS6019109 A JP S6019109A
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- 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
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- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
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- G02F1/035—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 intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0353—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 intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure involving an electro-optic TE-TM mode conversion
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- G02F1/0142—TE-TM mode conversion
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (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】
本発明は集積光素子(薄膜回路)に関し、更に詳しくは
、波長同調可能な、電光的(electro opti
c ) T E −T M光モード変換器に関する。
、波長同調可能な、電光的(electro opti
c ) T E −T M光モード変換器に関する。
TE−TM光モード変換器は、導波路中でTEモモ−−
?をTMモードに変換し、又その逆の変換を行なうもの
である。このような変換器(は波長フィルター、偏光変
成器等種々の集積光学デバイスの製作に用いられる。波
長フィルターは光波機器において信号多重結合用および
多重結合信号の分離用に重要な構成要素である。一方偏
光変成器は伝送光信号の偏光が、時間および距離によっ
て好ましく ない変fヒを受けるのを補うものであり、
ある部類の光学干渉削測の信号処理技術に必要である。
?をTMモードに変換し、又その逆の変換を行なうもの
である。このような変換器(は波長フィルター、偏光変
成器等種々の集積光学デバイスの製作に用いられる。波
長フィルターは光波機器において信号多重結合用および
多重結合信号の分離用に重要な構成要素である。一方偏
光変成器は伝送光信号の偏光が、時間および距離によっ
て好ましく ない変fヒを受けるのを補うものであり、
ある部類の光学干渉削測の信号処理技術に必要である。
ヘテロダイン検波器やファイバー干渉計は、このような
技術を利用しており、従って特定方向に偏光された光信
号を必要とする。
技術を利用しており、従って特定方向に偏光された光信
号を必要とする。
ある種の光学モード変換器では、複屈折性物質からなる
光導波路に所定の電界を作用させT E −’T Mモ
ード変換を行なう。この変換器で行なわれるモード変換
は波長選択性が高いが、変換されたモードの波長は、そ
の光導波路に第2の電界を作用させることによって正し
く調整することができるということも知られている。例
えば米国特許第4,273,411号を参照されたい。
光導波路に所定の電界を作用させT E −’T Mモ
ード変換を行なう。この変換器で行なわれるモード変換
は波長選択性が高いが、変換されたモードの波長は、そ
の光導波路に第2の電界を作用させることによって正し
く調整することができるということも知られている。例
えば米国特許第4,273,411号を参照されたい。
第2の′電界を用いると同調範囲がかなり広くなるが、
モード変換および同調に必要な電界を設けるための所l
の電圧は、特足の波長に応用するだめの望ましい値より
大きい。
モード変換および同調に必要な電界を設けるための所l
の電圧は、特足の波長に応用するだめの望ましい値より
大きい。
本願発明においては、モード変換お」:び同調のだめ設
けられる電界は、複屈折性物質からなる光導波路中の空
間的に離れた、重なり合っていない領域に限定される。
けられる電界は、複屈折性物質からなる光導波路中の空
間的に離れた、重なり合っていない領域に限定される。
このように電界を分離すると、モード変換電界および同
調電界を与えるのに必要な印IJII 1LIlfx十
分減少させることができる。本発明の実施態様では、こ
の電界の分離は所定の形態の電極を先導波路の近傍に配
置することによって達成される。
調電界を与えるのに必要な印IJII 1LIlfx十
分減少させることができる。本発明の実施態様では、こ
の電界の分離は所定の形態の電極を先導波路の近傍に配
置することによって達成される。
添付図面により、本発明の2,3の実施態様を例をあげ
て以下に説明する。
て以下に説明する。
図面の第1図はTE−TM光モード変換器100を示す
。変換器100はTEとT Mの単−干一ドを伝搬する
誘電体導波路101を備え、これは屈折率がより低い電
光基板102に埋め込まれている。導波路101はチタ
ン拡散ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのよう
な複屈折性物質で造られており、説明の都合−1−、Z
方向カット、Y方向伝搬性とする。
。変換器100はTEとT Mの単−干一ドを伝搬する
誘電体導波路101を備え、これは屈折率がより低い電
光基板102に埋め込まれている。導波路101はチタ
ン拡散ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのよう
な複屈折性物質で造られており、説明の都合−1−、Z
方向カット、Y方向伝搬性とする。
既知のとおり、モード変換のためには、導波路に電界を
印加する必要がある。複屈折性物質からなる導波路中で
TE−TMモード電光変換を効率よく行なうには、周期
結合によって非同期のTEモードとTMモード間の位相
整合する必要がある。そうすると、波長選択性の高いモ
ード変換を行なうことができ、位相整合波長λは導波路
の複屈折と電極間隔との函数となる。この函数は次式の
ように表わすことができる。
印加する必要がある。複屈折性物質からなる導波路中で
TE−TMモード電光変換を効率よく行なうには、周期
結合によって非同期のTEモードとTMモード間の位相
整合する必要がある。そうすると、波長選択性の高いモ
ード変換を行なうことができ、位相整合波長λは導波路
の複屈折と電極間隔との函数となる。この函数は次式の
ように表わすことができる。
上式で、NTEおよびNTMは夫々TEモード、1Mモ
ード夫々に対する導波路の実効屈折率である。電極間隔
Pは一度モード変換器を作製してしまえば変更すること
はできないが、多数の電極区分を順次配列し、各電極区
分に異なった位相整合波長に適合する電険間隔を持たせ
ることによって複数の位相整合波長を適)応させること
ができる。しかしながら、一般的には、導波路に第2の
電界を作用させ、導波路の実効屈折率の差NTE−NT
Mを電光的に変更することによって、位相整合波長の調
節又は同調を行なう方がより望ましい。
ード夫々に対する導波路の実効屈折率である。電極間隔
Pは一度モード変換器を作製してしまえば変更すること
はできないが、多数の電極区分を順次配列し、各電極区
分に異なった位相整合波長に適合する電険間隔を持たせ
ることによって複数の位相整合波長を適)応させること
ができる。しかしながら、一般的には、導波路に第2の
電界を作用させ、導波路の実効屈折率の差NTE−NT
Mを電光的に変更することによって、位相整合波長の調
節又は同調を行なう方がより望ましい。
変換器100において、モード変換用′、L界と同調用
電界とは、誘電体導波路101中の別々の異なった領域
内に設けられる。第1図に示すように、電圧v1に接続
された電極103と接地された電極104とによってモ
ード変換が行なわれる。電極103は間隔(ピッチ)P
でもって配列された多数の突出部(フィンガー)103
−1〜103−N;/I・らなる。電圧V、をこれに印
加すると、導波路中に一定間隔の電界が生ずる。上記米
国特許第4,273./I t I 号に論じられてい
るように、この電界のX成分が非対角(off−dia
gonal )′電光係数と結合して、即ちTMとTE
モードを結合してT I’: −T M交換が行なわれ
る。
電界とは、誘電体導波路101中の別々の異なった領域
内に設けられる。第1図に示すように、電圧v1に接続
された電極103と接地された電極104とによってモ
ード変換が行なわれる。電極103は間隔(ピッチ)P
でもって配列された多数の突出部(フィンガー)103
−1〜103−N;/I・らなる。電圧V、をこれに印
加すると、導波路中に一定間隔の電界が生ずる。上記米
国特許第4,273./I t I 号に論じられてい
るように、この電界のX成分が非対角(off−dia
gonal )′電光係数と結合して、即ちTMとTE
モードを結合してT I’: −T M交換が行なわれ
る。
位相整合波長の同調は、電極104と、基準電圧V2に
接続された電極105とによって行なわ九る。電極10
5は多数のフィンガー105−1〜105−Nからなる
。多数の電極103のフィンガーと電極105のフィン
カーとは勿論同数である必要はない。フィンカー105
−1〜105−Nとフィンガー104−1〜104−N
とは交互に相手をはさむように組合わせられているが、
これ以外にd周期性についての要件を何ら満たす必要ぐ
」ない。すなわち、同調フィンガーはこの交互組合わせ
を満足させておれば、如何なる周期を持っていてもよい
。しかしながら、モード変換電極および同調電極のフィ
ンガーは導波路に沿った寸法が同じであり、各同調フィ
ンガーは隣接した2個のモート変換フィンカーの間の中
央に位置することが好ましい。電極104と105との
間の電位差によって生じた電界の2成分により、位相整
合波長の同調が行なわれる。同調電圧と位相整合波長の
変移との関係は、電光結晶係数、各モードに対する基板
の屈折率、同a周覗極と接地電極との間隙、および同調
′電界のZ成分とTE、TMモードの光陽(optic
al ’field )のZ成分との重なりの既知の函
数である。更に詳1割については、アール・シー・アル
ファネス(R,C。
接続された電極105とによって行なわ九る。電極10
5は多数のフィンガー105−1〜105−Nからなる
。多数の電極103のフィンガーと電極105のフィン
カーとは勿論同数である必要はない。フィンカー105
−1〜105−Nとフィンガー104−1〜104−N
とは交互に相手をはさむように組合わせられているが、
これ以外にd周期性についての要件を何ら満たす必要ぐ
」ない。すなわち、同調フィンガーはこの交互組合わせ
を満足させておれば、如何なる周期を持っていてもよい
。しかしながら、モード変換電極および同調電極のフィ
ンガーは導波路に沿った寸法が同じであり、各同調フィ
ンガーは隣接した2個のモート変換フィンカーの間の中
央に位置することが好ましい。電極104と105との
間の電位差によって生じた電界の2成分により、位相整
合波長の同調が行なわれる。同調電圧と位相整合波長の
変移との関係は、電光結晶係数、各モードに対する基板
の屈折率、同a周覗極と接地電極との間隙、および同調
′電界のZ成分とTE、TMモードの光陽(optic
al ’field )のZ成分との重なりの既知の函
数である。更に詳1割については、アール・シー・アル
ファネス(R,C。
Alferness )とエル・エル・ビュール(L;
LBuhl ) の論文、“′同調可能な電光導波路T
E←→TM変換器/波長フィルター′″、アプライド、
フィジックス、レタース、=1.(1(10)、19
’82 、 5 、 15 、 1861− I 8
(i 2 L’↓を参照されたい。
LBuhl ) の論文、“′同調可能な電光導波路T
E←→TM変換器/波長フィルター′″、アプライド、
フィジックス、レタース、=1.(1(10)、19
’82 、 5 、 15 、 1861− I 8
(i 2 L’↓を参照されたい。
電極103のフィンガーは蛇行形接地電極104に沿っ
て、フィンカー103−1〜103=Hの夫々に対向し
て導波路内に間隔をおいて位置する領域106内でモー
ド変換を行なうものであることに注意されたい。領域1
°07中でのモード変換は無視できる。そこでのモード
変換電界のX成分が同様に小さいからである。図1の変
換器において、電極103と104との距離120を、
フィンガー1[13−1〜103−Nの先端と電極10
4との距離130に比べて大きくとることによって、領
域107中のモード変換電界は実質的に除かれる。例え
ば距離120:距離130の比を10:1にとるとよい
。同様に同調は、電極105のフィンガーと蛇行形接地
電極104とによって、フィンガー105−1〜105
−Nの夫々に対向している導波路内の領域107におい
て行なわれる。この場合は、領域106内には同調電界
は存在しないので、こ\では同調が行なわれないことに
注意されたい。従って1つの同調領域と次の同調領域と
はモード変換領域によって隔離されているわけである。
て、フィンカー103−1〜103=Hの夫々に対向し
て導波路内に間隔をおいて位置する領域106内でモー
ド変換を行なうものであることに注意されたい。領域1
°07中でのモード変換は無視できる。そこでのモード
変換電界のX成分が同様に小さいからである。図1の変
換器において、電極103と104との距離120を、
フィンガー1[13−1〜103−Nの先端と電極10
4との距離130に比べて大きくとることによって、領
域107中のモード変換電界は実質的に除かれる。例え
ば距離120:距離130の比を10:1にとるとよい
。同様に同調は、電極105のフィンガーと蛇行形接地
電極104とによって、フィンガー105−1〜105
−Nの夫々に対向している導波路内の領域107におい
て行なわれる。この場合は、領域106内には同調電界
は存在しないので、こ\では同調が行なわれないことに
注意されたい。従って1つの同調領域と次の同調領域と
はモード変換領域によって隔離されているわけである。
この電界の隔離によって、所要の駆動電圧VlおよびV
2をは”;50%少くしうる利点が生ずる。
2をは”;50%少くしうる利点が生ずる。
図1の変換器はチタン拡散ニオブ酸リチウム又はタンタ
ル酸リチウムからなる導σグ路に適しているが、ニオブ
酸リチウムは複屈折性が高いので、電極間隔を非常に小
さくする必要があり(例えば位相整合波長]、 :32
11m に対して18μm)、父、フリンジング電界効
果によって同調とモード変換とが不都合な相互作用を起
す可能性がある。この相互作用は図2又は3に示す電極
構成を採用することによって避けることができる。
ル酸リチウムからなる導σグ路に適しているが、ニオブ
酸リチウムは複屈折性が高いので、電極間隔を非常に小
さくする必要があり(例えば位相整合波長]、 :32
11m に対して18μm)、父、フリンジング電界効
果によって同調とモード変換とが不都合な相互作用を起
す可能性がある。この相互作用は図2又は3に示す電極
構成を採用することによって避けることができる。
図2に示すTE−TM光モード変換器20(Jは、複屈
折性物質からなる導波路201を備え、これは図1のも
のと同様、屈折率のより低い電光物質からなる電光基板
202に埋め込まれている。説明の都合上1.導波路2
01は2方向カツトY方向伝搬性とする。モート変換は
、電圧v1に接続された複数の電極203と接地された
複数の電極204とによつて行なわれる。電極203お
よび204は夫々複数のフィンガーを有し、電極203
および204のフィンガーは夫々間隔Pで配列しており
、対向している。その結果モード変換は電極203のフ
インーカーと対向する電極204のフィンガーとにはさ
まれた導波路領域207内で行なわれる。
折性物質からなる導波路201を備え、これは図1のも
のと同様、屈折率のより低い電光物質からなる電光基板
202に埋め込まれている。説明の都合上1.導波路2
01は2方向カツトY方向伝搬性とする。モート変換は
、電圧v1に接続された複数の電極203と接地された
複数の電極204とによつて行なわれる。電極203お
よび204は夫々複数のフィンガーを有し、電極203
および204のフィンガーは夫々間隔Pで配列しており
、対向している。その結果モード変換は電極203のフ
インーカーと対向する電極204のフィンガーとにはさ
まれた導波路領域207内で行なわれる。
変換器200では、位相整合波長の同調は、電圧v2
に接続された複数の電極205と接地された複数の電極
206とによって行なわれる。電極205と206とは
隣り合った2組の電極201−204部分の間に互い対
向して配置されている。従って同調電界は導波路内の領
域208に限定される。こ\で特記しなければならない
ことは、配列された各電極2(13−204部分の対応
するフィンガ一部分は同位相でなければならないことで
ある。
に接続された複数の電極205と接地された複数の電極
206とによって行なわれる。電極205と206とは
隣り合った2組の電極201−204部分の間に互い対
向して配置されている。従って同調電界は導波路内の領
域208に限定される。こ\で特記しなければならない
ことは、配列された各電極2(13−204部分の対応
するフィンガ一部分は同位相でなければならないことで
ある。
このような対応するフィンガ一部分間の距離はnPで表
わされる。こ\でnは整数、Pはモード変換電極の間隔
(上記203および204のフィンガーのピッチ)であ
る。図2の変換器で、同調を効果的に行なうには、多く
のモード変換電極菓子と同−調゛電極累子とを交互に順
次配列する必要があることに注意すべきである。電極2
03〜206を夫々20以上設けることが好捷し7い。
わされる。こ\でnは整数、Pはモード変換電極の間隔
(上記203および204のフィンガーのピッチ)であ
る。図2の変換器で、同調を効果的に行なうには、多く
のモード変換電極菓子と同−調゛電極累子とを交互に順
次配列する必要があることに注意すべきである。電極2
03〜206を夫々20以上設けることが好捷し7い。
図3に本発明の第3の実施態様310の電極構成を示す
。導波路301と基板302との構造は、導波路を構成
する複屈折性物質がX方向カット、Y方向伝搬性である
こと以外は前記と同様である。モード変換用電極303
と304とは夫々電圧v1およびアースに接続されてお
り、交互に組合わせられたフィンガーを有している。同
調は隣り合った2組の電極303−304部分の間に互
いに対向して設けられた電極305と306とによって
行なわれる。従って、モード変換は電極303と304
と交互に組合わされたフィンカーの下の導波路領域にお
いて、その極間に形成された電界のX成分によって行な
われ、同調は電極305と306との間の導波路領域に
おいて、その間に形成された電界の2成分に応答して行
なわれる。図2に示したように、電4i305と306
との導波路に沿った部分の寸法は変えることができるが
、モード変換電極フィンガーの間隔は、モード変換操作
を効果的に行なうために、位相整合波長に保持し 4な
ければならない。
。導波路301と基板302との構造は、導波路を構成
する複屈折性物質がX方向カット、Y方向伝搬性である
こと以外は前記と同様である。モード変換用電極303
と304とは夫々電圧v1およびアースに接続されてお
り、交互に組合わせられたフィンガーを有している。同
調は隣り合った2組の電極303−304部分の間に互
いに対向して設けられた電極305と306とによって
行なわれる。従って、モード変換は電極303と304
と交互に組合わされたフィンカーの下の導波路領域にお
いて、その極間に形成された電界のX成分によって行な
われ、同調は電極305と306との間の導波路領域に
おいて、その間に形成された電界の2成分に応答して行
なわれる。図2に示したように、電4i305と306
との導波路に沿った部分の寸法は変えることができるが
、モード変換電極フィンガーの間隔は、モード変換操作
を効果的に行なうために、位相整合波長に保持し 4な
ければならない。
チタニウム拡散ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウ
ム以外の電光的複屈折性物質を導波路構成要素として用
いることは、当該技術の熟練者にとって明らかである。
ム以外の電光的複屈折性物質を導波路構成要素として用
いることは、当該技術の熟練者にとって明らかである。
又当該技術分野で知られているように他の結晶配向を利
用することもできる。例えば如何なる結晶カットと、電
光テンソル(tensor ) のオフ・ダイアゴナル
要素に結合した電界も、導波路実効屈折率の差NTE−
NTMを電光的に変える適切な同調電界と共に、モード
変換に用いることができる。本波長同調可能TE−TM
モード変換器は、米国特許第4,273,411号粋よ
び第4,384,760号に夫々開示されているように
、波長フィルターおよび偏光変成器に容易に組込むこと
ができると考えられる。
用することもできる。例えば如何なる結晶カットと、電
光テンソル(tensor ) のオフ・ダイアゴナル
要素に結合した電界も、導波路実効屈折率の差NTE−
NTMを電光的に変える適切な同調電界と共に、モード
変換に用いることができる。本波長同調可能TE−TM
モード変換器は、米国特許第4,273,411号粋よ
び第4,384,760号に夫々開示されているように
、波長フィルターおよび偏光変成器に容易に組込むこと
ができると考えられる。
有利な効果:モード変換電界と同調電界とを隔離して設
けることによって、印加すべき供給電圧のレベルを下げ
ることができる。
けることによって、印加すべき供給電圧のレベルを下げ
ることができる。
第1図、第2図、第3図は夫々本発明の第1、第2、第
3の実施態様の短縮斜況図である。 図において、 101、2(N、 301・・・導波路102.202
,302・・・・・・・電光基板107、:207・・
・・・・・モード変換が行われる導波路領域を夫々示す
。
3の実施態様の短縮斜況図である。 図において、 101、2(N、 301・・・導波路102.202
,302・・・・・・・電光基板107、:207・・
・・・・・モード変換が行われる導波路領域を夫々示す
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、(1) T EおよびTM光信号モードを誘導しう
る複屈折性導波路CI+01 : 201 : 301
)と、(2)上記導波路中に空間的に離れて存在する第
1の領域(・106 : 20171)に第1の電界を
与えることによって、所定の波長において−F記信号モ
ードの一方を他方へ変換する手段(103,104:2
03,204 ;303.304)と、(3)第2の電
界を与えることによって上記の所定の波長を変移させる
手段(104,105; 205,206 ;305、
606)とからなる波調同調可能なT4−TM尤モー
ド変換器において、第2の電界が導波路内の、上記第1
の領域と重畳していない第2の領域(:1,07 :
203)に実質的に限られることを特徴とする、モード
変換器。 2、波長変移手段が第1の電極構造と櫛の歯が交互に組
み合わされたように配列した第2の電極構造(1,04
,105;205゜206;305,30・6)からな
ることを特徴とする前記モード変換手段が、一定間隔で
配列した電極構造(10ろ、104 ; 203゜20
4 ;303,14)からなる、特許請求の範囲第1項
記載のモード変換器。 3、第1領域(1106,)と第2領截(107)とが
交互に導波路に沿って位置することを特徴とする特許請
求の範囲第1項又は第2項記載のモード変換器。
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