JPS6134646B2 - - Google Patents

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JPS6134646B2
JPS6134646B2 JP54148061A JP14806179A JPS6134646B2 JP S6134646 B2 JPS6134646 B2 JP S6134646B2 JP 54148061 A JP54148061 A JP 54148061A JP 14806179 A JP14806179 A JP 14806179A JP S6134646 B2 JPS6134646 B2 JP S6134646B2
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JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
thin film
optical fiber
index lens
Prior art date
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Expired
Application number
JP54148061A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5670523A (en
Inventor
Kazuo Hisama
Shuichi Tai
Koichi Hamanaka
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、屈折率分布型レンズ(例えば商品
名セルフオクレンズ)とその内部を伝搬する弾性
波を利用した光回路素子に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical circuit element that utilizes a gradient index lens (for example, the product name: SELF-OCLENS) and elastic waves propagating inside the lens.

従来、この種の光回路素子として第1図、第2
図に示すものがあつた。第1図において、1はガ
ラス薄膜、2は前記ガラス薄膜1とは異なつた屈
折率をもつた基板である。また、第2図におい
て、3は例えばLiNbO3基板、4はTi等の不純物
拡散層であり、これらで光導波路を形成してい
る。5は光の波長程度の周期のグレーテイングで
あり、Li,Lr,Ltは入射光、反射光、透過光で
あり、いずれも平行光線である。
Conventionally, this type of optical circuit element is shown in Figures 1 and 2.
I got what is shown in the figure. In FIG. 1, 1 is a glass thin film, and 2 is a substrate having a different refractive index from the glass thin film 1. In FIG. Further, in FIG. 2, 3 is a LiNbO 3 substrate, for example, and 4 is an impurity diffusion layer such as Ti, which forms an optical waveguide. 5 is a grating with a period comparable to the wavelength of light, and L i , L r , and L t are incident light, reflected light, and transmitted light, all of which are parallel light rays.

次に、動作について説明する。第1図におい
て、入射光Liが入射角θ′で入射したとする。ガ
ラス薄膜1内に入射した光は、図示のように無数
の反射を繰り返す。1往復分の光路差による位相
差は、 δ=4πnlcosθ/λ ………(1) で表わせる。ここに、λは光の真空中の波長、
θはガラス薄膜1内における屈折角、nはガラス
薄膜1の屈折率、lはガラス薄膜1の膜厚を表わ
す。ガラス薄膜1内における無数の反射の結果、
ガラス薄膜1からの全体の反射光強度および透過
光強度を反射率、透過率で表わすと、全入射量を
i、反射量をIr、透過量をItとして、 I/I=4Rsin(δ/2)/(1−R)
4Rsin(δ/2)………(2) I/I=(1−R)/(1−R)+4Rsin
(δ/2)………(3) となる。ここで、Rは空気中/ガラス薄膜、およ
びガラス薄膜/基板境界面における反射、透過特
性で決まる系固有の値である。第(2)、(3)式の特性
例を第3図、第4図に示す。
Next, the operation will be explained. In FIG. 1, it is assumed that incident light L i is incident at an incident angle θ'. The light incident on the glass thin film 1 undergoes countless reflections as shown in the figure. The phase difference due to the optical path difference for one round trip can be expressed as δ=4πnlcosθ/λ 0 (1). Here, λ 0 is the wavelength of light in vacuum,
θ represents the refraction angle within the glass thin film 1, n represents the refractive index of the glass thin film 1, and l represents the film thickness of the glass thin film 1. As a result of countless reflections within the glass thin film 1,
When the total reflected light intensity and transmitted light intensity from the glass thin film 1 are expressed by reflectance and transmittance, where the total incident amount is I i , the reflected amount is I r , and the transmitted amount is I t , I r /I i = 4Rsin 2 (δ/2)/(1-R) 2 +
4Rsin 2 (δ/2)……(2) I t /I i =(1-R) 2 /(1-R) 2 +4Rsin
2 (δ/2)……(3). Here, R is a system-specific value determined by the reflection and transmission characteristics at the air/glass thin film and glass thin film/substrate interfaces. Examples of characteristics of equations (2) and (3) are shown in FIGS. 3 and 4.

第3図、第4図において、横軸は光周波数、縦
軸は反射率、透過率であり、極大値(透過率)お
よび極小率(反射率)を与える光周波数νmは νm=mC/2nlcosθ ………(4) となる。ここにmは整数である。共振周波数の間
隔は、 Δν=C/2nlcosθ ………(5) で与えられる。ここに、C0は真空中の光の速度
である。
In FIGS. 3 and 4, the horizontal axis is the optical frequency, and the vertical axis is the reflectance and transmittance, and the optical frequency νm that gives the maximum value (transmittance) and minimum value (reflectance) is νm=mC 0 / 2nl cos θ ......(4). Here m is an integer. The interval between the resonance frequencies is given by Δν=C 0 /2nlcosθ (5). Here, C 0 is the speed of light in vacuum.

第3図、第4図よりわかるように、ガラス薄膜
1内における光の干渉効果を利用することによつ
て、透過光Ltの場合は光帯域通過フイルタ、反
射光の場合は光帯域阻止フイルタとして動作す
る。
As can be seen from FIGS. 3 and 4, by utilizing the light interference effect within the glass thin film 1, an optical band-pass filter is used for transmitted light L t , and an optical band-stop filter is used for reflected light. operates as

次に、第2図について説明する。第2図に示す
ようにLiNbO3基板3の表面にTiを熱拡散する
と、Ti等の不純物拡散層4の屈折率がLiNbO3
板3の屈折率よりも高くなり、光導波路として働
く。光導波路上に周期的なグレーテイング5が形
成されている場合、次の第(6)式を満足する入射光
iは、このグレーテイング5によつて分布的に
反射される。
Next, FIG. 2 will be explained. As shown in FIG. 2, when Ti is thermally diffused onto the surface of the LiNbO 3 substrate 3, the refractive index of the impurity diffusion layer 4 such as Ti becomes higher than the refractive index of the LiNbO 3 substrate 3, and it functions as an optical waveguide. When a periodic grating 5 is formed on the optical waveguide, the incident light L i that satisfies the following equation (6) is reflected by the grating 5 in a distributed manner.

λ=2P/m ………(6) ここに、Pはグレーテイングの周期、mは整
数、λは入射光Liの波長である。すなわち、第
(6)式を満足する光は反射され反射光Lrとなるた
め、透過光Ltから考えればこのグレーテイング
5は通過阻止フイルタとして動作する。
λ=2P/m (6) Here, P is the period of the grating, m is an integer, and λ is the wavelength of the incident light L i . That is, the first
Since the light that satisfies the equation (6) is reflected and becomes reflected light L r , considering the transmitted light L t , this grating 5 operates as a pass blocking filter.

従来の光帯域通過フイルタおよび光帯域阻止フ
イルタは以上のように構成されているので、光フ
アイバ通信用光回路素子として用いる場合、第1
図の例では、光フアイバ出射端および入射端と干
渉薄膜との間にレンズを挿入し、出射光を平行光
線にしたり、逆に平行光線を絞つたりする必要が
あつた。そのため、光学部品が増すばかりでな
く、系全体の挿入損失も増加する欠点があつた。
また、第2図の例でも、光フアイバと平面光導波
路との結合損失が大きい欠点があつた。
Conventional optical bandpass filters and optical bandstop filters are constructed as described above, so when used as an optical circuit element for optical fiber communication, the first
In the example shown in the figure, it was necessary to insert a lens between the output end and the input end of the optical fiber and the interference thin film to convert the output light into parallel light beams, or conversely to narrow down the parallel light beams. This not only increases the number of optical components but also increases the insertion loss of the entire system.
Furthermore, the example shown in FIG. 2 also has the drawback of large coupling loss between the optical fiber and the planar optical waveguide.

この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、屈折率分布型レン
ズ中に弾性波を伝搬させ周期的な屈折率変化を作
ることにより、低損失でコンパクトな光帯域阻止
フイルタを提供することを目的とする。以下、こ
の発明を図について説明する。
This invention was made in order to eliminate the drawbacks of the conventional lenses as described above. By propagating elastic waves in a gradient index lens and creating periodic changes in the refractive index, it is possible to create a compact light beam with low loss. The purpose is to provide a band rejection filter. The invention will be explained below with reference to the drawings.

第5図a,bはこの発明の一実施例を示す動作
説明図および、斜視図である。これらの図におい
て、11は光フアイバ、12はπカツトの屈折率
分布型レンズ、13は弾性波励振用の圧電薄膜ト
ランスジユーサ、14は電極、15は発振器、1
6は弾性波吸収剤、17は光フアイバ、Fは弾性
波波面である。
FIGS. 5a and 5b are an operation explanatory diagram and a perspective view showing an embodiment of the present invention. In these figures, 11 is an optical fiber, 12 is a π-cut gradient index lens, 13 is a piezoelectric thin film transducer for excitation of acoustic waves, 14 is an electrode, 15 is an oscillator, 1
6 is an elastic wave absorber, 17 is an optical fiber, and F is an elastic wave front.

次に、動作について説明する。光フアイバ11
から出射された光は、屈折率分布型レンズ12に
入射される。屈折率分布型レンズ12の入射側端
面には、弾性波を励振するためのLiNbO3、ZnO
等の圧電薄膜トランジユーサ13が蒸着されてい
るが、光の入射領域だけでは薄膜成長時にマスキ
ングを行つたり、薄膜成長後にエツチングを行つ
て穴あけされている。また、圧電薄膜トランジユ
ーサ13の両側には、金属薄膜の電極14が付着
されている。圧電薄膜トランジユーサ13の膜厚
をdとしてその縦波または横波速度をvSとする
と、1/2共振周波数f0は次式で与えられる。
Next, the operation will be explained. optical fiber 11
The light emitted from the lens enters the gradient index lens 12 . On the incident side end face of the gradient index lens 12, LiNbO 3 and ZnO are used to excite elastic waves.
A piezoelectric thin film transducer 13 such as the one shown in FIG. Furthermore, metal thin film electrodes 14 are attached to both sides of the piezoelectric thin film transducer 13 . When the film thickness of the piezoelectric thin film transducer 13 is d and its longitudinal or transverse wave velocity is v S , the 1/2 resonance frequency f 0 is given by the following equation.

f0=v/2d ………(7) 従つて、屈折率分布型レンズ12内での弾性波
位相速度をVGとすれば、屈折率分布型レンズ1
2内での弾性波の波長は、 λG=2dv/v ………(8) となる。弾性波が屈折率分布型レンズ12内を伝
搬すると、光にとつて弾性波は間隔がλG、速度
Gで進行する部分的な反射ミラーとして働く。
すなわち、 λ=2λG/m ………(9) を満足する光は分布的に反射され、透過光として
は伝達されない。一方、第(9)式を満足しない光は
媒質がπカツトの屈折率分布型レンズ12である
ため、出射端面の中心に集光され、光フアイバ1
7に結合される。屈折率分布型レンズ12の出射
端面には弾性波吸収剤16が付着されているが、
屈折率分布型レンズ12で集光された光が光フア
イバ17と結合する中心部には付着されていな
い。すなわち、第5図の構成によれば、第9式を
満たす光は反射され、その他の光は透過する帯域
阻止フイルタとして動作する。
f 0 =v S /2d (7) Therefore, if the elastic wave phase velocity within the gradient index lens 12 is V G , then the gradient index lens 1
The wavelength of the elastic wave within 2 is λ G =2dv G /v S (8). When an elastic wave propagates within the gradient index lens 12, the elastic wave acts as a partial reflection mirror for light that travels at a distance of λ G and a speed of v G .
That is, light that satisfies λ=2λ G /m (9) is reflected in a distributed manner and is not transmitted as transmitted light. On the other hand, since the medium is the π-cut graded index lens 12, the light that does not satisfy equation (9) is condensed at the center of the output end face, and is focused on the optical fiber 1.
Combined with 7. An elastic wave absorber 16 is attached to the output end face of the gradient index lens 12.
It is not attached to the central portion where the light focused by the gradient index lens 12 is coupled to the optical fiber 17. That is, the configuration shown in FIG. 5 operates as a band rejection filter that reflects light that satisfies Equation 9 and transmits other light.

なお、第5図において、圧電薄膜トランジユー
サ13に印加する交流電圧の周波数を変えれば、
圧電薄膜トランジユーサ13の帯域内において、
弾性波の波長を制御することができる。すなわ
ち、反射される光の波長も制御される。従つて、
この発明の実施例では、チユーナブルな光帯域阻
止フイルタとしても使用できる。
In addition, in FIG. 5, if the frequency of the AC voltage applied to the piezoelectric thin film transducer 13 is changed,
Within the band of the piezoelectric thin film transducer 13,
The wavelength of elastic waves can be controlled. That is, the wavelength of the reflected light is also controlled. Therefore,
Embodiments of the invention can also be used as tunable optical bandstop filters.

また、この発明の実施例がチユーナブルである
ことを利用すれば波長多重光伝送装置における高
速光スイツチとしても使用することができる。さ
らに弾性波があるかないかによつて、光の透過光
をオン、オフする高速光スイツチとして使用する
こともできる。また、反射光が入力光フアイバに
結合してS/N比が問題になる場合には、入力光
フアイバを屈折率分布型レンズ12のセンターか
ら多少ずらして使用することも可能である。
Further, by utilizing the tunability of the embodiment of the present invention, it can be used as a high-speed optical switch in a wavelength division multiplexing optical transmission device. Furthermore, it can also be used as a high-speed optical switch that turns on and off the transmitted light depending on the presence or absence of elastic waves. Further, if the reflected light is coupled to the input optical fiber and the S/N ratio becomes a problem, it is also possible to use the input optical fiber with the input optical fiber slightly shifted from the center of the gradient index lens 12.

以上説明したようにこの発明は、屈折率分布型
レンズを弾性波の伝搬媒体として使用しているた
め、低損失でコンパクトな、しかも微調整が可能
な光帯域阻止フイルタが容易に得られる。さらに
弾性波が作る周期的な屈折率変化による分布反射
機構を使用しているため、光の波長選択性が高い
利点があり、さらに波長多重光伝送装置における
高速光スイツチとしても動作させることができ
る。さらに、屈折率分布型レンズの入射側の端面
に、両面に入射用の光フアイバの結合部分を残し
て圧電薄膜トランスジユーサを取付け、また、同
じく出射側の端面に出射用の光フアイバの結合部
を残して弾性波吸収剤を付着させたので、入射
用、出射用の光フアイバと光回路素子との結合を
十分に良好に保つことができる。また、弾性波が
あるかないかによつて光の透過をオン、オフする
高速光スイツチとしても使用できる等の利点をも
有する。
As explained above, since the present invention uses a gradient index lens as a propagation medium for elastic waves, it is possible to easily obtain a low-loss, compact optical band-stop filter that can be finely adjusted. Furthermore, since it uses a distributed reflection mechanism based on periodic changes in the refractive index created by elastic waves, it has the advantage of high wavelength selectivity of light, and can also be used as a high-speed optical switch in wavelength multiplexing optical transmission equipment. . Furthermore, a piezoelectric thin film transducer is attached to the input side end face of the gradient index lens, leaving a coupling part for the input optical fiber on both sides, and the output optical fiber is also coupled to the output side end face. Since the elastic wave absorber is attached to the remaining portions, it is possible to maintain sufficiently good coupling between the input and output optical fibers and the optical circuit element. It also has the advantage that it can be used as a high-speed optical switch that turns on and off light transmission depending on the presence or absence of elastic waves.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図は従来の光フイルタの一例をそ
れぞれ説明するための側面略図、第3図、第4図
は第1図の光フイルタの透過および反射の特性
図、第5図はこの発明の一実施例を示すもので、
第5図aは動作説明図、第5図bは斜視図であ
る。 図中、11は光フアイバ、12はπカツトの屈
折率分布型レンズ、13は圧電薄膜トランスジユ
ーサ、14は電極、15は発振器、16は弾性波
吸収剤、17は光フアイバである。なお、図中の
同一符号は同一または相当部分を示す。
Figures 1 and 2 are schematic side views for explaining an example of a conventional optical filter, Figures 3 and 4 are transmission and reflection characteristics of the optical filter in Figure 1, and Figure 5 is a diagram showing the transmission and reflection characteristics of the optical filter in Figure 1. This shows one embodiment of the invention.
FIG. 5a is an explanatory diagram of the operation, and FIG. 5b is a perspective view. In the figure, 11 is an optical fiber, 12 is a π-cut gradient index lens, 13 is a piezoelectric thin film transducer, 14 is an electrode, 15 is an oscillator, 16 is an acoustic wave absorber, and 17 is an optical fiber. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 屈折率分布型レンズの入射側端面に、入射用
の光フアイバの結合部分を残して金属薄膜の電極
が両面に付着された圧電薄膜トランスジユーサを
取付け、前記屈折率分布型レンズの出射側端面に
出射用の光フアイバの結合部を残して弾性波吸収
剤を付着させたことを特徴とする光回路素子。
1. Attach a piezoelectric thin film transducer with metal thin film electrodes attached to both sides, leaving the coupling part of the optical fiber for incidence, on the input side end face of the gradient index lens, 1. An optical circuit element characterized in that an acoustic wave absorber is attached to an end face of an optical fiber, leaving a coupling part of an optical fiber for output.
JP14806179A 1979-11-15 1979-11-15 Light circuit element Granted JPS5670523A (en)

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JPS6361205A (en) * 1986-09-02 1988-03-17 Hamamatsu Photonics Kk Optical fiber having spectral characteristic
JP2712177B2 (en) * 1987-05-28 1998-02-10 旭硝子株式会社 Q switch element

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