JPS6134526A - 光コンパレ−タ - Google Patents

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】 発明の背■ この発明は光コンパレータに関づる。

近年、Δノ１〜エレクｌ−Ｄニクス技術の進展はめざま
しく、光ＩＣの実現も開発課題の１つにあげられでいる
。事実、光ＩＣの基本となる論即回路、たとえば光論理
和（ＯＲ）回路や光排他的論理和回路が提案されでいる
。しかしながら、１基板上に集積化された光コンパレー
タはいまのところ提案されていない。

発明の概要 この発明は、光ＩＣの実現のために１基板上に作成可能
な光コンパレータを提供するものである。

この発明ＩＪよる光コンパレータは、電気光学効果をも
つ基板、基板に形成され、比較されるべき２つの光信号
が導入される２つの第１の光導波路、基板に形成された
基準光信号導入用の第２の光導波路、基板に形成され、
第２の光導波路の一部と近接した部分を２箇所に有する
第３の光導波路、第１の光導波路を伝播する光によって
それぞれ励起される光起電力素子、および第２の光導波
路と第３の光導波路どの互いに近接した部分にそれぞれ
設けられ、光起電力素子の発生電圧がそれぞれ印加され
る電極からなることを特徴とする。

第２の光導波路と第３の光導波路との互いに近接した部
分はそれぞれ方向性結合器を構成しており、一定の条件
のもとて第２の光導波路を伝播する光が第３の光導波路
に移行する。この方向性結合器に設けられた電極への電
圧の印加によって第２の光導波路から第３の光導波路へ
の光の移行およびその逆の移行をを制御づることか可能
である。第１の光導波路を伝播りる光によって励起され
た光起電力素子から発生ずる電圧が上記方向性結合器の
電極に印加される。

上記２つの方向性結合器にともに電圧が印加されない場
合、おＪ：びどもに電圧が印加された場合にのみ、第２
または第３の光導波路から出力光信号が得られ、この出
力光信号は２つの第１の光導波路に導入された２つの入
ノＪ光信号の比較結果を表ねｌノでいることになり、光
］ンパレータの機能が達成される。

この発明による光コンパレータは一塁板上に作製するこ
とが可能であるから、光ＩＣ実現のための１つの機能素
子となりうる。

実施例の説明 一３＝ まず、光コンパレータの動作について説明しておく。光
コンパレータは、２つの入力光信号を比較してその比較
結果を表わす出力光信号を出力するものである。第１図
に光コンパ１ノータの動作の一例が示されている。２つ
の入力光信号がｌ　ｉｎＡ、　Ｉ　ｉｎＢでそれぞれ表
わされ、光コンパレータの出力光信号がｒｏｕｔで示さ
れている。発布が論理値の「１」を表わし、光無が論理
値の「０」を表わしている。入力光信号ｆｉｎＡと■自
１Ｂが、ｒＯＪ　、！：　ｒＯＪ　またはＩＩ　Ｊ　、
！＝「１」の場合に、出力光信号ｒｏｕｔは「１」とな
り、入力が「１」と「０」またはｒＯＪと「１」の場合
に出力は「０」となる（光ＥｘＮＯＲ論理）。この出力
光信号１ｏｕｔを反転し、入力光信号がｒＯＪとｒＯＪ
または「１」と「１」の場合に「Ｏ」、入力が「１」と
ｒＯＪまたは「０」と「１」の°場合に「１」となる出
力を得るようにしてもよい（光ＥＸ　ＯＲ論理）。

第２図において、基板（１０）としてＬｉＮｂＯ３結晶
が用いられ、この基板（１０）上に４つの光導波路（１
１）　　（１２）　　（１３）および（１４）が形成さ
れている。これらの光導波路の作成は、たとえば、基板
（１０）表面全面にＴｉを蒸着またはスパッタし、この
Ｔｉｎ！を利用して−Ｙ１による導波路パターンをリフ
１〜オフ法により形成（）、さらにこの７ｉを酸素雰囲
気中において９７０℃で５時間、基板（１０）内に熱拡
散させることにより行なわれる。

第１の光導波路（１１）Ｊｊよび（１２）はイれぞれ、
基板（１０）の一端から基板（１０）の中央刊近まで形
成されており、光導波路（１１）　　（１２）の終端部
上には光起電力素子＜２１）　　（２２）がそれぞれ作
製されている。光起電力素子とｌノではたとえばｃｄＴ
Ｏがよい。光導波路（１１）　　（１２）上にｃｄＴｅ
を単に蒸着するだ４Ｊでも、光導波路（１１）　　（１
２）内の光の界分布は光起電力素子（２１＞　　（２２
）にも及ぶので、光起電力素子（２１）（２２）からは
起電力が発生Ｊ−る。発生Ｊる電圧が低い場合には、光
導波路（１１）　　（１２）よりも屈折率の大きな月利
による中間層、たとえばＴｉＯ２膜を光起電ノコ素子（
２１＞　　（２２＞と光導波路（１１）　　（１２）と
の間に介在させるＪ、うにづるとよい。Ｔ：０２膜はｌ
ことえばスパッタにより形成される。ざらに、光起電力
素子（２１＞　　（２２）が光導波路（１１）　　（１
２）を３０膜程度の角度で上下方向に斜めに横切るよう
に形成１−ることもできる。また、光導波路（１１）　
　（１２＞上面の光起電力素子（２１＞　　（２２）と
接覆る箇所にグレーティングを設（Ｊるように１）−（
もＪ、い１．光起電力索子（２１）　　（２２）は光ｉ
＃波路（１１）　　（１２＞の終端部に形成されている
から、光導波路線☆ｌｉ　Ｃ，の先の反ｑ１、散乱等に
よって光起電力索子〈２１）（２２）に感知される光間
は増大し、光起電力素子（２１）　　（２２）からより
高い電１Ｆが得られるであろう。

第２図にＡｊいで、第２の光導波路（１３）は基板（１
０〉の一端から他端まＣ形成されている。

第３の光導波路（１４）ｔＪ、２箇所にａ′３い一’Ｃ
１その一部が第２の光導波路（１３）の一部に近接し一
部いる１、第２の光導波路（１３）と第３の光導波路（
１４〉どの与いに近接した２つの部分（まそれぞれ方向
１１１結合器を構成している。このｂ向１〕１結合冊を
構成Ｊる光導波路部分上に（ま１対の電極（旧）（３２
）がそ七１ぞ１設（）ら４１（いる１、電極（３１）に
は配線パターン（２３）によって光起電力素子（２１）
の両端子が接続され、素子（２１）の起電力が電極（３
１）に印加されるようになっている。同じように、光起
電力素子（２２）の発生電圧が配線パターン（２４）に
よって電極（３２）に印加される。電極（３１）　　（
３２）おＪ：び配線パターン（２３＞　　（２４）はＡ
／を所定のパターンにリフト秩フすることにより作製さ
れる。　方向性結合器は近接した２本の平行光導波路間
で光のパワーのやりとりを生じさせるものである。

光導波路（１３）と（１４）との互いに近接した部分に
よって構成される方向性結合器は、一方の光導波路を伝
播する光の１００％のパワーが他方の光導波路に移行す
るようにその相互作用長、結合係数、位相定数等が設定
されている。

ｌ　ｉ　Ｎｂ　０３は電気光学効果をもつ結晶であるか
ら、この結晶に電界を印加するとぞの屈折率が変化Ｊ−
る。光起電力素子（２１）　　（２２）から発生した電
圧が電極（３１）　　（３２＞に印加されると、光導波
路（１３）　　（１４）の電極直１・にａ３りる屈折率
が変化し光導波路〈＋３）　　（１４）のこれらの光導
波路部分にお（Ｊる位相定数が変化りる（／カッｈ　ｌ
−ｉ　Ｎｂ　Ｑ３の場合）、または光導波路（１３）　
　（＋４）にお（Ｊるこれらの光導波路部分間の屈折率
が変化することにより結合の強さが変化Ｊる（Ｙカット
Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ，の場合〉。

このような結合の強さ、位相整合の変化によって、これ
らの方向性結合器にｄ−３いては光パワーの移行が生じ
なくなる。

さて、第２図に戻ってこの光コンパ１ノータの動作を統
一的に説明する。光導波路（１１）おＪ：び光導波路（
１２）にそれぞれ入力される光を、入力光信号（ｉｎＡ
および（ｉｎ３とする。光導波路（１３）には基準光（
ｉｎＲが常時入力している。

光導波路（１３）から得られる出力光信号を１０１１ｔ
とする。

第２図に示される光コンパレータの作用が第３図および
第４図に示されている。第４図の各曲線（ａ　）〜（ｄ
　＞は、第３図（ａ　）〜（ｄ　＞の状態にそれぞれ対
応している。

入力光信号）ｉｎＡおよび（ｉｎ３がともに論理値「０
」　（光無）の場合には、両光起電力素子（２１）　　
（２２）からはともに電圧が発生しない。

光導波路（１３）に入力された基準光Ｔ　ｉｎＲは、電
極（３１）が設けられた方向性結合器（以下、これを第
１の方向性結合器という）から光導波路（１４）にその
全パワーが移行する。光導波路（１４）を伝播するこの
光は電極（３２）が設けられた方向性結合器（以下これ
を第２の方向性結合器という）において光導波路（１３
）に移行する。１ノたがって、出力光信号１０１１ｔは
「１」となる（第３図（ａ）＞。

入力光信号１ｉｎ△がｒＯＪ、ｌ１ｎＢが「１」の場合
には光起電力素子（２２）のみから起電力が発生１ノ、
この発生電圧が電極（３２）に印加される。Ｍ単光１　
ｉｎＲは第１の方向性結合器で光導波路（１４）に移行
し、第２の方向性結合器Ｃ光導波路（１３）に移行しよ
うと４るが光導波路（１４）に戻ってしまいそのまま光
導波路（１４）から出力される。したがって、出力光信
号［ＯＵｌは「０」となる（第３図（ｂ））。

入力光信号１ｉｎＡがｒＩＪ、１ｉｎＢが「Ｏ−１の場
合には、光起電力素子（２１）のみから起電　　　　□
力が発生（）、これが電極（３１）に印加される。

−］］− 光導波路（１３）に入力した！！準先光ｌ１ｎＲ第１の
方向性結合器において光導波路（１４）に移行すること
なく光導波路（１３）を進み、第２の方向性結合器で光
導波路（１４）にその全パワーが移行する。この場合に
も出力光信号（０１１ｔはｒＯＪとなる（第３図（Ｃ）
）。

入力光信号［ｉｎ、６．とｌ　ｉｎＢがともに「１」の
場合には、光導波路（１１）　　（１２）を伝播する光
によって光起電力素子（２１）　　（２２）の両方から
に電圧が発生し、これが電極（３１）　　（３２）にそ
れぞれに印加される。したがって、基準光ｌ１ｎＲは光
導波路（１３）をそのまま進み、出力光信号［０Ｌｌｔ
は「１」となる（第３図（ｄ））。

上述の説明においては方向性結合器における光パワーの
移行量を理想的に１００％としているが、もちろん１０
０％である必要はない。なぜなら、光導波路（１３）か
ら出力される光信号［ｏｕｔのパワーをレベル弁別１）
で論理値「１」「０」を判別すればよいからｒある。

光導波路（１４）から出力される光信号をコンパレータ
の出力光信号１ｏｕｔとすることもできる（Ｅｘ　ＯＲ
論理）。

光導波路（１３）と（１４）の相互に近接した光導波路
部分が構成する方向性結合器において、たとえば２つの
光導波路部分の位相定数を異なる値にあらかじめ設定し
ておいて、たとえば２つの光導波路部分の巾を黄ならせ
ておいて、電圧印加によって位相定数が等しくなるよう
にすることによっても、光コンパレータの機能を達成す
ることができる。

基板（１０）は電界の印加によってその屈折率が変化す
る電気光学効果をもつものであれぽい−　１　Ａ　− がなるものでもよい。したがって、各光導波路（１１）
　　（１２）　　（１３＞　　（１４）もＴｉの熱拡散
以外の基板の種類に応じた種々の技術、材料により作製
できる。光起電力素子（，２１）　　（２２）もまた、
プラズマＣＶＤ法により作製されるａ−３ｉなど種々の
もので実現できるし、電極（３１）　　（３２）や配線
パターン（２３）　　（２４）もＴｉ等の材料で実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光コンパレータにお（プる演算を示す波形図、
第２図はこの発明の実施例を示す斜視図、第３図は第２
図のコンパレータの動作を光信号の界分布により表わし
た図、第４図は第２図のコンパレータの動作を光のパワ
ーにより表わしたグラフである。 （１０）・・・基板、（１１）　　（１２）　　（１３
）　　（１４）・・・光導波路、（２１）　　（２２）
・・・光起電力素子、（３１）〈３２）・・・電極。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電気光学効果をもつ基板、 基板に形成され、比較されるべき２つの光信号が導入さ
   れる２つの第１の光導波路、 基板に形成された基準光信号導入用の第２の光導波路、 基板に形成され、第２の光導波路の一部と近接した部分
   を２箇所に有する第３の光導波路、第１の光導波路を伝
   播する光によってそれぞれ励起される光起電力素子、お
   よび 第２の光導波路と第３の光導波路との互いに近接した部
   分にそれぞれ設けられ、光起電力素子の発生電圧がそれ
   ぞれ印加される電極、 からなる光コンパレータ。