JPS6086530A - 導波路形光スイツチ - Google Patents
導波路形光スイツチInfo
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- JPS6086530A JPS6086530A JP19491783A JP19491783A JPS6086530A JP S6086530 A JPS6086530 A JP S6086530A JP 19491783 A JP19491783 A JP 19491783A JP 19491783 A JP19491783 A JP 19491783A JP S6086530 A JPS6086530 A JP S6086530A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- refractive index
- heater
- waveguide
- substrate
- 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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-
- 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
- G02F1/01—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
- G02F1/0147—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 thermo-optic effects
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (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、光線路中に挿入され、元の通断あるいは光路
の切り替え全制御する導波路形光スイ。
の切り替え全制御する導波路形光スイ。
チに関する。
従来の導波路形光スイッチとしては、電気光学結晶中に
近接して形成された2本の導波路間の結合係数t1上記
電気光学結晶表面に形成された電極に電圧全印加して制
御することにより元を切り替える方向性結合器形や、同
様の原理で片方向の導波路の位相定数を変化させること
全利用するバランスドブリッジ形等が主なものである。
近接して形成された2本の導波路間の結合係数t1上記
電気光学結晶表面に形成された電極に電圧全印加して制
御することにより元を切り替える方向性結合器形や、同
様の原理で片方向の導波路の位相定数を変化させること
全利用するバランスドブリッジ形等が主なものである。
さらに熱による屈折率変化を利用したバランスドブリッ
ジ形のものが提案されている(1キ学技報0QE82−
67)。
ジ形のものが提案されている(1キ学技報0QE82−
67)。
従来のこれらの導波路形光スイッチは、次の様な欠点?
持つ。すなわちいずれも三次元導波路形成のための拡散
工程を含むため、作製工程が複雑となる。あるいは使用
する基板が拡故により屈折率制御のできる素材に限定さ
れる。また漏話量や導波損失全区域するために導波路パ
ターンに高い寸法精度が要求され、特に多分岐形スイッ
チを構成する場合、多くの菓子が必要となり、構成が複
雑となる。さらに、熱による屈折率変化を利用するもの
については、従来構造では屈折率変化の及ぶ範囲が導波
路の厚さにほぼ等しくなければならないため、導波路の
厚さが増すにつれてスイッチング速度が遅くなると同時
に消費電力も増加する。
持つ。すなわちいずれも三次元導波路形成のための拡散
工程を含むため、作製工程が複雑となる。あるいは使用
する基板が拡故により屈折率制御のできる素材に限定さ
れる。また漏話量や導波損失全区域するために導波路パ
ターンに高い寸法精度が要求され、特に多分岐形スイッ
チを構成する場合、多くの菓子が必要となり、構成が複
雑となる。さらに、熱による屈折率変化を利用するもの
については、従来構造では屈折率変化の及ぶ範囲が導波
路の厚さにほぼ等しくなければならないため、導波路の
厚さが増すにつれてスイッチング速度が遅くなると同時
に消費電力も増加する。
本発明の目的は、従来の導波路形光スイッチの持つ上記
欠点を克服し、構造が単純で作製の容易な導波路形光ス
イッチを提供することにある1木発明によれば、基板と
、この基板上に形成された第1の層と、この第1の層の
上に形成され温度の上昇と共にその屈折率が増加する第
2の層と、この第2の層の上に形成されたストリップ状
のヒータとを含み、前記ヒータに電fR,全通断じて第
1の層の前記ヒータ下部にあたる部分に三次元導波路全
形成もしくは消滅させることを特徴とする導波路形光ス
イッチが得られる。
欠点を克服し、構造が単純で作製の容易な導波路形光ス
イッチを提供することにある1木発明によれば、基板と
、この基板上に形成された第1の層と、この第1の層の
上に形成され温度の上昇と共にその屈折率が増加する第
2の層と、この第2の層の上に形成されたストリップ状
のヒータとを含み、前記ヒータに電fR,全通断じて第
1の層の前記ヒータ下部にあたる部分に三次元導波路全
形成もしくは消滅させることを特徴とする導波路形光ス
イッチが得られる。
次に本発明の実施例を図面t−診照して詳細に説明する
。
。
@1図は本発明に係る導波路形光スイッチの原理的構成
金示す斜視図である。
金示す斜視図である。
図において、屈折率rlt”を有する基板lと、基板上
に形成された屈折率n2を有する層鵞と、層2の上に形
成された屈折率ns t″有する層3と。
に形成された屈折率n2を有する層鵞と、層2の上に形
成された屈折率ns t″有する層3と。
層3の上に形成されたストリップ状のヒータ4から成る
。
。
今、屈折率n3が温度Tに対し正の勾配(dn3/dT
〉0)ヲ持ち、 基板l1層2.およびヒータ4と層3
t−覆う媒質の屈折率1m0間Kn2)n、 、 nm
の関係が有るとする0丁なわち、基板1および層3に挾
まれた層2内に光が閉じ込められ、スラブ導波路が形成
されているとする(nm>n2であっても層3の厚さ全
適当に選ぶことによ)1層2内に光が閉じこめられる)
、このとき、ヒータ4に通電すると層3のうちヒータ4
の直下にあたる部分の温度が上昇し、埒の部分の屈折率
が増加する。
〉0)ヲ持ち、 基板l1層2.およびヒータ4と層3
t−覆う媒質の屈折率1m0間Kn2)n、 、 nm
の関係が有るとする0丁なわち、基板1および層3に挾
まれた層2内に光が閉じ込められ、スラブ導波路が形成
されているとする(nm>n2であっても層3の厚さ全
適当に選ぶことによ)1層2内に光が閉じこめられる)
、このとき、ヒータ4に通電すると層3のうちヒータ4
の直下にあたる部分の温度が上昇し、埒の部分の屈折率
が増加する。
この結果1層3の屈折率の増加した部分の直下にあたる
層20部分の実効屈折率が増加し5面方向に対してもこ
の部分に元が閉じこめられ、三次元導波路が形成される
。
層20部分の実効屈折率が増加し5面方向に対してもこ
の部分に元が閉じこめられ、三次元導波路が形成される
。
次に第2図(a) 、 (b)h第3図(a)、 (b
)、 fc)および第4図を用いて第1図に示す導波路
形光スイッチの動作を詳しく説明する。第2図18)は
第1図に示す導波路形光スイッチの一部横断面図である
。今。
)、 fc)および第4図を用いて第1図に示す導波路
形光スイッチの動作を詳しく説明する。第2図18)は
第1図に示す導波路形光スイッチの一部横断面図である
。今。
ヒータ4に通電し層30層2および基板It−熱したと
すると、伝熱理論が示す様に温度上昇は熱源からの距離
により急速に減少するため、温度上昇は熱源であるヒー
タ4に最も近い層3内においてても、温度変化に伴なう
屈折率変化は層3内において著しい。
すると、伝熱理論が示す様に温度上昇は熱源からの距離
により急速に減少するため、温度上昇は熱源であるヒー
タ4に最も近い層3内においてても、温度変化に伴なう
屈折率変化は層3内において著しい。
したがって、ヒータ4に通電したときの層3のX軸方向
の屈折率分布、y軸方向の屈折率分布状態はそれぞれ第
2因ib)および(C)に示す様に階段状変化に近似で
きる0図中Δn3は層3の屈折率増加量である。第2図
(a)で示される系のヒータ4の下部にあたる層2の実
効屈折率”effC光が伝搬する方向の屈折率)は、ス
トリップ膜装荷形光導波路における実効屈折率の計算方
法(等側屈折率法)の応用によりめられる(Appl、
Opt、Vol、1λ322(1974)/App1.
opt、VOl、15,179(1976)参照)。
の屈折率分布、y軸方向の屈折率分布状態はそれぞれ第
2因ib)および(C)に示す様に階段状変化に近似で
きる0図中Δn3は層3の屈折率増加量である。第2図
(a)で示される系のヒータ4の下部にあたる層2の実
効屈折率”effC光が伝搬する方向の屈折率)は、ス
トリップ膜装荷形光導波路における実効屈折率の計算方
法(等側屈折率法)の応用によりめられる(Appl、
Opt、Vol、1λ322(1974)/App1.
opt、VOl、15,179(1976)参照)。
以下にその方法を説明する・
まず、第2図(alに示す系を第3図(alに示すよう
に層3の屈折率の変化した領域lとその他の領域■に分
ける。第3図talにおいて”mはヒータ4および層3
を覆う媒質の屈折率である。領域Iおよび1はy方向の
屈折率分布状態が異なるため、それぞれの領域の層2内
における実効屈折率が異なる。この実効屈折率の相違の
ため、領域Iの層2から見た領域Iの層2の屈折率は、
03では無く。
に層3の屈折率の変化した領域lとその他の領域■に分
ける。第3図talにおいて”mはヒータ4および層3
を覆う媒質の屈折率である。領域Iおよび1はy方向の
屈折率分布状態が異なるため、それぞれの領域の層2内
における実効屈折率が異なる。この実効屈折率の相違の
ため、領域Iの層2から見た領域Iの層2の屈折率は、
03では無く。
領域■および■のy方向と同様の屈折率分布を持った第
3図(b)および(C)に示す4層スラブ導波路におけ
る層2の実効屈折率をJeffおよび”1effとして
1次式 %式%) (1) で表現される等測的な屈折率n 6 gとなる。ただし
、ヒータ4の屈折率n4は十分大きいとした・すなわち
層2の実効屈折率は、ヒータ4の厚さに依存せず、層2
から見た薄膜ヒータ4の厚さは無限大とみなせるものと
する。
3図(b)および(C)に示す4層スラブ導波路におけ
る層2の実効屈折率をJeffおよび”1effとして
1次式 %式%) (1) で表現される等測的な屈折率n 6 gとなる。ただし
、ヒータ4の屈折率n4は十分大きいとした・すなわち
層2の実効屈折率は、ヒータ4の厚さに依存せず、層2
から見た薄膜ヒータ4の厚さは無限大とみなせるものと
する。
以上のことから第3図falに示す糸は、これと等価な
第4図に示す系に置き換えられる。すなわち。
第4図に示す系に置き換えられる。すなわち。
第3図(alの系において領域■の層2の屈折率t−n
eqに置き換え、ヒータ4の厚さ全無限大に置き換えた
系を不質的に同一であると見なせる。第4図において1
層2のうち屈折率がn=で示される部分の実効屈折率”
effはMarcat目i の提案した方mCB、S、
T、J、VO1,48,2071(1969))Kより
められる。すなわちEp、モードの実効屈折率は次式を
満足する。
eqに置き換え、ヒータ4の厚さ全無限大に置き換えた
系を不質的に同一であると見なせる。第4図において1
層2のうち屈折率がn=で示される部分の実効屈折率”
effはMarcat目i の提案した方mCB、S、
T、J、VO1,48,2071(1969))Kより
められる。すなわちEp、モードの実効屈折率は次式を
満足する。
・・・・・・・・・ (3)
ただし bY =”y 、bx =knx−−−−=
(4)b l y:k (Ill 2−n y 2−n
12) ”/2・・・・・・・・・ (5) P3y”k”22− ny2−(n3+u3)211z
4・・・・・・・・・ (6) P 1x”””k (n 2 ” −n x ”−n
e q ”) 1/2・・・・・・・・・ (7) ne(f”(n□2−ny2−ny2)1/2・・・・
・・・・・ (8) ここに、 k=r−λは真空中の光の波長、Dは層2の
厚さ、tは層3の厚さ、Wはヒ ータの幅、 tlxは光伝搬方向に垂直で層面に平行な
方向Xの屈折率、 nyは層2の厚さ方向yの屈折率で
ある。
(4)b l y:k (Ill 2−n y 2−n
12) ”/2・・・・・・・・・ (5) P3y”k”22− ny2−(n3+u3)211z
4・・・・・・・・・ (6) P 1x”””k (n 2 ” −n x ”−n
e q ”) 1/2・・・・・・・・・ (7) ne(f”(n□2−ny2−ny2)1/2・・・・
・・・・・ (8) ここに、 k=r−λは真空中の光の波長、Dは層2の
厚さ、tは層3の厚さ、Wはヒ ータの幅、 tlxは光伝搬方向に垂直で層面に平行な
方向Xの屈折率、 nyは層2の厚さ方向yの屈折率で
ある。
第5図はn1=2.14. nz=2..142.11
g =2.2゜na>>le rl、n=1. n=6
.am、 W=5μm、 t=3.gmとしたときの第
3図tb1. (C)にそれぞれ示す層3の屈折率n3
の増加量Δn3に対するE’ooモードでの層2の実効
屈折率”1eff、”1effと、第4図に示す層2の
うち屈折率がn=の部分の実効屈折率”effの変化を
示したものである。
g =2.2゜na>>le rl、n=1. n=6
.am、 W=5μm、 t=3.gmとしたときの第
3図tb1. (C)にそれぞれ示す層3の屈折率n3
の増加量Δn3に対するE’ooモードでの層2の実効
屈折率”1eff、”1effと、第4図に示す層2の
うち屈折率がn=の部分の実効屈折率”effの変化を
示したものである。
第4図の系におけるカットオフ条件は
”eff り”1eff ”−(9)
である、Δn3が小さく ”1eff≦”1eff と
なる範囲では力、トオ7条件が満足されておル、光はX
方向に閉じ込められない、△n3が大きくなり”1ef
f >”1effとなる範囲では”eff > ”1e
ff となり光はX方向に閉じ込められ層2内IC3次元導波
路が形成される。
なる範囲では力、トオ7条件が満足されておル、光はX
方向に閉じ込められない、△n3が大きくなり”1ef
f >”1effとなる範囲では”eff > ”1e
ff となり光はX方向に閉じ込められ層2内IC3次元導波
路が形成される。
以上の説明では簡単のためヒータの屈折率は十分大きい
と仮定したが、この仮定を満たさなくとも各部の屈折率
を適当に選ぶことにより同様の議論が成り立りことは言
うまでもない。
と仮定したが、この仮定を満たさなくとも各部の屈折率
を適当に選ぶことにより同様の議論が成り立りことは言
うまでもない。
第6図は本発明に係る導波路形光スイッチの笑施例で1
×6スイツチを示す、この光スイッチはヒータ4に分岐
部6を設はゼ分岐し、電源5から分岐したヒータへ供給
する電流をスイ、チアで順次切替えるようにしたもので
、ヒータの電流回路に対応した層2内の位置に前述した
3次元導波路が発生して光路が切り替えられる。この場
合、ヒータへの電流を断てば3次元導波路が消滅し1元
は層3の面方向に広がるため光シャ、り機能を行なわせ
ることができる。またヒータの分岐の枝に同時に通電す
ることにより光分岐としても用いることができる。
×6スイツチを示す、この光スイッチはヒータ4に分岐
部6を設はゼ分岐し、電源5から分岐したヒータへ供給
する電流をスイ、チアで順次切替えるようにしたもので
、ヒータの電流回路に対応した層2内の位置に前述した
3次元導波路が発生して光路が切り替えられる。この場
合、ヒータへの電流を断てば3次元導波路が消滅し1元
は層3の面方向に広がるため光シャ、り機能を行なわせ
ることができる。またヒータの分岐の枝に同時に通電す
ることにより光分岐としても用いることができる。
素材としては、基板lおよび層2にはほとんどの透明性
素材0層3にはガラス、透明性セラミック、LiNb0
a括晶など、ヒータには金属薄膜ヒータが使用できる。
素材0層3にはガラス、透明性セラミック、LiNb0
a括晶など、ヒータには金属薄膜ヒータが使用できる。
したがって発明に係る導波路形路形光スイッチでは、従
来の主な三次元導波路形成に用いられている拡散工程を
必らずしも必要としないため、その作製工程が単純化で
き、二次元導波路t−構成できる基板素材すべてが使用
可能となる。また本発明は熱に依る屈折率変化を利用し
たものであるた持つものすべてが使用可能である。さら
にヒータで発生した熱は層の面方向にもわずかに広かる
ため、ヒータのエツジ粗さによる光の散乱が緩和される
。また基板上の第1の層2のヒータの下部にあたる部分
の実効屈折率fleff が力、トオ7条件を満足し、
”1eff<”1effが成り立つ場合。
来の主な三次元導波路形成に用いられている拡散工程を
必らずしも必要としないため、その作製工程が単純化で
き、二次元導波路t−構成できる基板素材すべてが使用
可能となる。また本発明は熱に依る屈折率変化を利用し
たものであるた持つものすべてが使用可能である。さら
にヒータで発生した熱は層の面方向にもわずかに広かる
ため、ヒータのエツジ粗さによる光の散乱が緩和される
。また基板上の第1の層2のヒータの下部にあたる部分
の実効屈折率fleff が力、トオ7条件を満足し、
”1eff<”1effが成り立つ場合。
neg>n2 となるため層2の面方向に広がった光は
ヒータ下部にあたる層2の部分に入り込みにくくなり漏
話量が低減され、層3の厚さは、その下に形成される導
波路の厚さに関係なく選べるため、J傷3の厚さを変え
て層3の熱容it変えることに1よりスイッチング速度
および消費電力もまた導波路厚さに依らず選ぶことがで
きる。
ヒータ下部にあたる層2の部分に入り込みにくくなり漏
話量が低減され、層3の厚さは、その下に形成される導
波路の厚さに関係なく選べるため、J傷3の厚さを変え
て層3の熱容it変えることに1よりスイッチング速度
および消費電力もまた導波路厚さに依らず選ぶことがで
きる。
第1図は本発明に係る導波路形光スイッチの原理的な構
造を示す斜視図、第2図(a)は不発明に係る導波路形
光スイッチの断面図、同図(b)、 (C1は断面屈折
率分布を示す線図、第3図および第4図は不発明に係る
導波路形光スイッチの原理説明図、第5図は屈折率の計
算結果を示す図、第6図は本発明の実施例を示す斜視図
である。 1・・・・・基板、2・・・・・・層、3・・−・・層
、4・・・・・ヒータ、5・・・・−・電源、6・・・
分岐部、7・・・・切替スイ、チ。 銘 / 図 t12) /へ 、7. )?、 If 局 、3 図 1 1 1 1 1 1 l II 1 j 4 図 乙η3(Xyθ−f) z s 図 z 6 図
造を示す斜視図、第2図(a)は不発明に係る導波路形
光スイッチの断面図、同図(b)、 (C1は断面屈折
率分布を示す線図、第3図および第4図は不発明に係る
導波路形光スイッチの原理説明図、第5図は屈折率の計
算結果を示す図、第6図は本発明の実施例を示す斜視図
である。 1・・・・・基板、2・・・・・・層、3・・−・・層
、4・・・・・ヒータ、5・・・・−・電源、6・・・
分岐部、7・・・・切替スイ、チ。 銘 / 図 t12) /へ 、7. )?、 If 局 、3 図 1 1 1 1 1 1 l II 1 j 4 図 乙η3(Xyθ−f) z s 図 z 6 図
Claims (1)
- 基板と、この基板上に形成され7Icg11.1の層と
、この第1の層の上に形成され温度の上昇と共にその屈
折率が増加する第2の層と、この第2の層の上に形成さ
れたストリップ状のヒータとを含み、前記ヒータに電流
を通断して前記第1の層の前記ヒータ下部tCあたる部
分に三次元導波路全形成もしくは消滅させること全特徴
とする導波路形光スイッチ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19491783A JPS6086530A (ja) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | 導波路形光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19491783A JPS6086530A (ja) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | 導波路形光スイツチ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6086530A true JPS6086530A (ja) | 1985-05-16 |
Family
ID=16332488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19491783A Pending JPS6086530A (ja) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | 導波路形光スイツチ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6086530A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04122528U (ja) * | 1991-04-19 | 1992-11-04 | 澁谷工業株式会社 | ロータリーストツパの位置変更装置 |
GB2359898A (en) * | 2000-03-04 | 2001-09-05 | Bookham Technology Ltd | An integrated optical waveguide |
WO2002023264A1 (fr) * | 2000-09-18 | 2002-03-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Dispositif optique |
US6961493B2 (en) | 2001-04-18 | 2005-11-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical device |
-
1983
- 1983-10-18 JP JP19491783A patent/JPS6086530A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04122528U (ja) * | 1991-04-19 | 1992-11-04 | 澁谷工業株式会社 | ロータリーストツパの位置変更装置 |
GB2359898A (en) * | 2000-03-04 | 2001-09-05 | Bookham Technology Ltd | An integrated optical waveguide |
WO2002023264A1 (fr) * | 2000-09-18 | 2002-03-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Dispositif optique |
US7184631B2 (en) | 2000-09-18 | 2007-02-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical device |
US6961493B2 (en) | 2001-04-18 | 2005-11-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical device |
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