JPS6086530A - 導波路形光スイツチ - Google Patents

導波路形光スイツチ

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Publication number
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
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Pending
Application number
JP19491783A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayuki Fujita
藤田 正幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
Priority to JP19491783A priority Critical patent/JPS6086530A/ja
Publication of JPS6086530A publication Critical patent/JPS6086530A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/0147Devices 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。

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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
・・・・・・・・・ (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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP19491783A 1983-10-18 1983-10-18 導波路形光スイツチ Pending JPS6086530A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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US7184631B2 (en) 2000-09-18 2007-02-27 Ngk Insulators, Ltd. Optical device
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