JPS61500281A - 高い周波数でスイッチングする光導波器のスイッチ、モジュレタ−およびフィルタ装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 高い周波数でスイッチングする先導波器のスイッチ、モジュレターおよびフィル タ装置 １−３里Ω史１ 本発明は、一般に光導波器に係わり特に広帯域の光スィッチの機能を最適化でき る光装置の第１の実施態様、および狭帯域のパスバンド光フィルタである第２の 実施態様、両実施態様で光の強度変調を行なうことができ、そしてパラレルおよ びクロス状態でスイッチング周波数が直流からマイクロの範囲でスイッチを行な う光装置に関する。

２、従来技術の説明 光通信システムの開発は、特に光フアイバー通信システムは、最近の数年で急速 に発達した。これらのシステムでは、光の集積の獣念は急激に発達し、光信号の 演算は半導体集積回路によって達成される。代表的なシステムはチップ状の基板 に形成した半導体レーザー、同様にチップ状のさまざまなスイッチ、フィルタ、 アンプそしてカップリング素子で）育成できる。多くのシステムは同様に、チッ プ状の基板に形成したチャンネル導波器に結合する単一モードの光ファイバーを 含む。このように種々の集積化した光スィッチおよびフィルタは同一チップ状に 構成でき、光フアイバー通信ネットワークのような異なる波長の光学システムの マルチプレックス、スイッチングおよびデマルチプレックスに適応できる。　従 来の技術による光マルチプレクサ／デマルチプレクサとして動作することができ る光フィルタは米国特許第４．１４６゜２９７号アルファーネス等により開示さ れている。アルファーネス等の特許はＬ　！　Ｎ　Ｉ）　０３の非同調−ストリ ップ導波器からなる集積光フィルタを開示している。装置の中心フィルタ周波数 は数百オングストロームの異なる波長の範囲で同調可能で、スイッチング効果の 電気的な制御を行なえる。アルファーネス等によって述べられた光フィルタの機 能は充分であるとはいえ、クロスオーバの能率は相対的にブロードで、そしてフ ィルタのサイドローブ特性は要求よりも大きい。したがって、要求される一般的 なタイプの光フィルタはアルファーネス等の特許で開示されたようなものではめ るが、バンド幅が狭く、サイドローブを減少したものである。これはまた素子の ノイズおよび光学的なタロストークを減少し光フィルタの特性を向上することで ある。

集積化光スィッチとしては、いくつかの重要な動作パラメータ、スイッチング電 圧および電力、光クロストーク、スイッチング速度および光損失がある。もし大 きな光クロストークを許容し高いデータレート（１ＧＨｚ以上）を望むならばイ ヅツ等がＩＥ［ＥＥジャーナル　ファンタム　エレクトロニクスＶｏ１．ＱＥ− １４Ｐ３９４．１９７８に”ＩＧＨｚバンド幅進行１ｉＮｂｏ：＋光辱波変調器 °′として開示したような簡単な方向性結合器を進行波スイッチ制御信号源と共 に用いることができる。しかしながら、もし低いクロストーク（−２０デシベル 以下）が望まれるならば、データレートは１Ｇ’Ｈｚよりも減じられ、コーゲル ニックらがＩＥＥＥジャーナル　ファンタム　エレクトロニクスＶｏ１．ＱＥ− １２Ｐ３９６，１９７６に開示したようなΔβリバーサルスイッチを代表的には 用いる。バーンズ等の米国特許４，２６２゜９９４号は、セクションに接して形 成した基板の結晶に形成した電極および導波器を有する交互Δβスイッチが図説 されている。セクションに接することはスイッチング電圧を減じることを望むと はいえ、製造工程の要求は視雑で相対的に高価になる。コゲルニツタ等の特許４ ，０１２，１１３号は、クロスおよびパラレル状態で近接した手段によって提供 される光スィッチについて述べている。駆動電極は２つあるいはより多くの連続 するセクションに分？Ｊされクロス状態の電気的な調整を可能としている。しか しながら上述の特許で述べているスイッチは、Δβリバーサルスイッチの応用で 同様にスイッチング速度に関しては限られたもので、たとえば約１ＧＨｚよりも 低い。もし光スィッチが低クロストーク（従来のΔβスイッチに比べて）および 高いスイッチング速度ならば、装置を進行波相互作用の利用に用いることができ る。

−及服五皿ｊ 本発明は、光集積装置として提供される従来の技術による光フィルタおよびスイ ッチを種々の欠点および制限の点で凌駕し、第１の実施例は広帯域の光スィッチ として最適な動作を行なえ、糖２の実施例は狭帯域のパスバンドフィルタに係わ り、両者は光の強度変調が可能で、さらに直流から高いマイクロ波の周波数範囲 の光のパラレルおよびクロス状態の間でスイッチを行なうことができる。

本発明によれば互いに略パラレルな第１、第２の光チヤンネル導波器の電気−元 基板を提供することを達成でき、導波器は第１および第３の領域が光結合し、事 実上挿入した第２の領域で光学的に分離し、第１、第２、第３の電極を上記第１ 、第２、第３の領域のそれぞれ導波器に共同してセットし、第１および第３の電 極は第１、第２の導波器の間のそれぞれの部分で与えられた周波数帯の幅の各転 送光がかたよるようにセットし、第２の電極は第２の領域内の各導波器に依存す る光の間の用意された選択可能な相対位相差がかたよるようにセットしている。

このことは、第１の導波器の第１の領域から第１の領域の第２の導波器への光放 射を仮想的な転送とし、第１および第２の導波器間の光を第２の領域へ導く相対 位相差とし、第２の電極へ与えた信号によって位相差の角度とし、加えて第３の 領域の第１、第２の導波器間で転送する光の転送の方向および大きさは第１、第 ２の導波器間に存在する光の相対位相差とすることを許容する。このようにして 本発明の利点は光を、光制御装置の電極へ向けて信号に直接応答して２つのチャ ンネル導波器の間でスムーズにスイッチすることができる。

本発明の他の利点は、進行波電極エレメントに形成して信号を与えられる制御エ レメント電極は、直流から高いマイクロウェーブの範囲の周波数で素子をスイッ チすることが′できる。

さらに本発明の他の利点は、素子のスイッチング能力を最少のクロストークで提 供することである。

さらにまた本発明の他の利点は、柔軟に最適化できる広帯域の光スィッチで中心 周波数が調整可能で相対的に極めて狭帯域のバンド幅の光スィッチで、特に光フ ィルタとしての用途に適し、すべての実施例は、光のパラレルおよびクロス状態 の間で高い光学的スイッチング性能を有する。

そしてまた本発明の他の利点は、適応性を形成し、直流からマイクロ波の周波数 範囲の与えられた電位内でスイッチ制御信号に適用して最適な応答を得られるこ とである。

そしてまたさらに本発明の他の利点は、その製造工程は単なる通常の工程技）］ ：Ｊを必要とするだけで、費用に対して最も効率良〈実施可能である。

図面の簡単な説明 く理解するために、以下の記述に関連して読まれる添附の図面は同一参照番号と し、各図で同一部＜オは同一に記載する。

第１ａ図は、上）小のアルファーネス等の特許で開示した内容による、従来の技 術の光装置の斜視図、第１ｂおよび１Ｃ図は、異なる寸法および実質的に同一の 寸法の光チヤンネル導波器の周波数による反射率の効果の相対的な関係を示すグ ラフ、 第２ａ図は、本発明によって構成した光装置の斜視図、第２ｂ図は第２ａ図に示 す光装置の交互電極の形態の゛実施例を示す上面図、 第３図は、本発明の第２の実施例によって構成した光スィッチを示す斜視図、 第４図は、第２ａ図、第２ｂ図、および第３図ｔこ示すスイッチの動作に必要な 電圧レベルを図示する曲線、第６図は、従来の技術によるフィルタに比較して本 発明の光装置の改良したフィルタの特性を図示するグラフである。

日を実施づるための最良の形態 本発明を適切な展望に置くために、アルファーネス等の装置の検討およびその動 作の手法を以下に述べる。この検討の前に、この従来技術の装置は、ひとつの先 導波器から他へ光からフィルタした光をスイッチするクロス状態へ比較的高い周 波数（く約ＩＧＨｚ）で電気的に動作させることができる光フィルタであること が理解されよう。以下の概要に述べるようにフィルタの機能、バンド幅および中 心周波数は相対的な大きさに本質的に関係し、導波器の光学的な固有性に対応す る。特に導波器の大きさおよび固有性の条件は、装置は単なるスイッチとして動 作し、広いバンド幅の範囲で全く光の周波数から独立して事実上同一である。大 きさおよび光の固有性の適合に関して導波器の間の違いが増大し、光フィルタの バンド幅は略中心周波数に狭くなる。ここにおいて、本発明の一部は実質的にア ルファーネス等の装置に類似する動作が理解されよう。したがってアルファーネ ス等によって開示された、本発明をを理解するために必要な動作の特殊な゛詳細 な説明はここに一括して参照する。

第１図を参照して、従来の装置８は、リチウム　ナイオベートの電気−元基板１ に２つの導波器］０および２０を設けてなる。導波器］Ｏおよび２０はそれぞれ 異なる幅＼■１および＼■２で、そして互いにギャップＧで近接し、予め設定し た長ざＬで相互作用をさせる。導波器１０，２０は通常のマスクしたフｔトリン グラフィ技術を用いてＺカットの表面の所望の波長の長さのバスに沿って、２つ の異なる幅＼■１およびＷ２で厚みτ１の最初のチタニウム金属のデポジットに よりるチタニウムのストリップはフォトレジストと共にマスクを除去し、所望の 幅広のガイドに対応する以前のデポジットは厚みがτ２にイオンエッチを行なう 。チタニウムはリチウムナイオベート内へ９８０′Ｃで６時間拡散して導波器を 形成する。なぜならば、所望のガイド幅に対応するメタルの厚みは、幅狭のガイ ドよりも少なく、幅広のガイドは結局、基板とガイドの屈折率の差Δｎ２は幅狭 のガイド△ｎ１に比べて小さい。この結果、それぞれの導波器に関してガイドは 伝１１ａ差を有する。

第１ｂ図の示す所は、２つのガイド１０．２０の反ＩＪｊ効率は１波長λ０での み、等しい。この位相整合の波長は、エネルギーが近くコヒーレントで、１つの ガイドから伯へ結合している（クロスオーバー）。位相整合の値以外の波長では 、それらの装置のフィルタ特性に応じである角度で結合するのい相互作用長さし と、そして４マイクロメータに等しいギャップＧとを有する。チタニウムメタル のデポジットの厚みは、代表値は、幅狭の導波器では５００人に等しく、幅広の 導波器では３５０人に等しい。

波長λ０の中心の電気的な調整は、２つの導波器１Ｑ、２０にデポジットした２ つの対の電＠２５および２６によってなされる。各電極対の、１個の電極（２５ ′と２６′）は、幅広の電極の上に位置する。それぞれの、電極の対は・電極対 によって確立せしめられた電場の方向へ、対向した１つの導波器の電位を適用す る１つの電極対が、同様に並んで位置する。結果が等しいので、対向する電位は 、一対の電極を横切って適用出来、したがって両導波器の波長の分散に関する対 の変更の原因となる。両電極対を横切ってＶよりも大きな電位を供給するので、 他のガイドの指標の効果のカーブは、波長を減少せしめる。すべての結果は、新 たな分散の関係で第１ｂ図に示すように新たな波長λνを横断する各電極対に適 用する電位Ｖが存在する状況に対応する。したがってフィルタの応答特性は、シ フトし、フィルタの中心波長は、波長λＶで生じる最大のクロスオーバー効率に 対応する。

電気−光が、引起こす中心波長１λ０−λｖｌ／λ０のわずかなシフトは、電圧 （△ｎ１−Δｎ２）のわずかな変化により決定される。リチウム　ナイオベート の導波器の後者の差異の代表値は小さく、５Ｘ１０”のオーダーである。この大 きさの変更は、共振電圧のリニアー電気−光効果によってなし遂げることができ る。

クロスオーバー効果は、いかなる中心周波数でも１００％ま゛で増加することが できる。この特性は、分離電極形態の結果であり、Δβリバーサル装置の特性で ある。同様にして所望の中心周波数（位相が整合した）とするために、フィルタ ーを電気的に同調した後は、各電極対を横切って等しいが反対方向の最大の電位 、各電極対の電位は、大いに乱れ、または他の電極対に実質的に等しくかつ相対 的に反対方向の量となる。もし電位の変化の世をＶ′で代表すると、ひとつの電 極対の電圧Ｖ１は、Ｖ十Ｖ−に等しく、そして伯の電極対の電圧Ｖ２はｖ−■− に等しい。各電極対２５および２６の、これらの大いに乱れた電位は、相互作用 の長さＬが１より大きく３より少ない結合長で、実質的に完べきなりロスオーバ ーを許容する。このような状況の元で、本質的に１／２の光を、装置の中央へ光 が届いた時に他の導波器へ転送する。現、実の■−の値は、長さしおよび導波器 間の光結合の強さに依存する。

上）本の適用は、ひとつの例外を除いて、ふたつの導波器の光特性の大きさおよ び対応は本質的に同一である。第１Ｃ図に示すように、周波数による反則の指標 の実際の変化は、両導波器で等しい。したがって、波長の中心は無く、位相整合 は、特別な基板および導波器の材料によって決定され、広い位が上）ホしたこと にあてはまる状況では、装置の動作は簡単な光スィッチとなり、ひとつの導波器 から他へすべての光を転送する。第２ａ図は、本発明の第１の実施例からなる光 スイツチ装置３０を示す。装置の基本的な構成は、光導波器の対応する部分に治 って、装置３０のそれぞれ領域■および■とするように、相互作用の長ざＬの略 半分に減じられ、長ざ１−３に分離されて、第１図に示すものに類似している。

ふたつの単一モードチャンネルの導波器４０および４２は、全く同一の大きさで 、分散する特性で、著しく近接して位置しく例えばギャップＧで分消し）領域■ およびｍ内に合計の相互作用長さが２１１＝Ｌで平行にしている。光制御エレメ ント２７は、第２ａ図に示すように交互の２個、第２ｂ図に示すように３個から なり、電極２８．２９、そして３１．３２．３３はそれぞれ長さＬ２としている 。これらの電極は、電極対２５と２６の間のリチウムニオベート基板にデポジッ トされ、光導波器４０．４２の一部に被着しまたは連携する。導波器のこれらの 部分は、装置３０の領域■内に設けられ、そして実質的に図示するように、互い に、本質的に光の絶縁を行なうように離れて置かれる。

本発明の領域■および■内の装置３０の動作を考察すると、通常導波器４０は、 導波器４２の一定の位相に等しい、一定の位相β０を有する。電極２５−の電圧 子Ｖ１の適用は、導波器の電極２５′の下でＣ０よりも大きな値の一定の位相β 】に変換し、導波器の電極２５パの下でＢｒｒよりも小さな値の一定の位相β２ に変換するのでβ１−Ｃ２＞０となる。逆に言えば、電極２６−の電圧−■の適 用は、導波器のＮ極２６′の下でＣ０よりも小さな値の一定の位相（βＤ）に変 換し、導波器の電極２６″の下でβＤよりも大きな値の一定の位相β２に変換す るのでβ１−Ｃ２＜Ｏとなる。このような状況とするために、導波器４２に入射 するビーム３５のある部分は、導波器４０に結合し、そして光ビーム３６として 光スィッチ３０に出力する。

したが°つて、電圧子ｖ１および−ｖ１の電気−光（ポッケルス効果）は導波器 ４０および４２のそれぞれの部分の位相を一定に制御する。大きざが等しく、そ して反対の極性の電圧がそれぞれの電極２５′および２６′へ供給され、伝播乗 数の不整合は（β１−Ｃ２）＝△βとなる。スイッチの領域工および−Δβは領 域■へ影響を及ぼす。第２ａ図に示ずスイッチ装置３Ｑでは、ふたつの△βリバ ーサル　セクションの間に非結合（ｋ＝ｏ）領域■を生じる。非結合または光絶 縁導波器の状況は、むしろ導波器の間を１０ないし３０マイクロメータ離すこと により、増大し成し遂げられる。非結合の状況はまた領域■内の導波器４０およ び４２の間の溝をイオンでミーリングすること、またはガイドを物理的に分離す ることにより行われる。Ｉ＠３０の光ビームの強度の入力（ＲＯ、Ｓｏ　）出力 （Ｒ，Ｓ）の間の関係は以下の結合モードの式によ・って与えら、れる。

Ｄ＝２Ａ１＊Ｂｘ　Ｃ０３Ｌ２δ２　：　’　（５）Ａ２　＝Ｃ０８ｌ　２６２ ＋ｊｓｉｎＬ２δ２＝ｅｘｐ　（ｊ　Ｌ２δ２　＞　：　＋８）そしてここで ｋは領域■、■の結合係数 δｌ［ｆｆＥ、即チ領域■、ＩＩｌ内テｌ：Ｖ　［ｌβ１−β２１／２］＝δで 与えられる領域工、ｍ内の、導波器４０．４２のセクション間の伝播定数の差異 の半分 りはＬ＝２Ｌ２は領域■、■の長さ、 Ｌ２は領域■の電極の長さ β２は領域■の電圧Ｖ２による領域■、■間の導波器４０．４２のセクション間 の伝播定数の差異の半分もし１．．２δ２＝Ｏ（またはｃｏｓδ２［２−コ）な らば式１はリバーサル　スイッチの式の特性に対応する。一般にＬ２　＝０マフ 、：１．ｔＶ２＝Ｏ（β２＝Ｏ）（７）とぎはβ２１−２はゼロである。スイッ チ３０は、Ｖ２＝Ｏの時にＩＶＩＩを変化させることによって、交叉状態を得る ようにΔβリバーサルセクションを利用して動作し、平行状態は１ｖ１１を一定 に保ったままβ２　（■２を経由して）をｃｏｓδ２Ｌ２＝０（β２Ｌ２＝π／ ２）まで変化させて得る。平行状態は、常特ノモ０１６１−５００２８１（５） に得ることが出来るが、しかしながら、交叉状態における低クロストークは、Ａ ２　＝Ａ２　：’、：　（実数）およびＡｔ　Ａ１＊＝８１２に依存する。平行 状態は、Δβセクションの状態に係わらず独立して得られる。平行状態を得る為 には、代表的な値は５ｖの電圧ｖ２が必要であり、電圧１ｖ１１を変化させてス イッチングをなし遂げる為に必要とする電圧よりも低い事が重要であり、もし光 装置２７が無いならば、スイッチング動作には、代表値として１０Ｖの変化を必 要とする。上記の記載において、もしβ２＝Ｏならば光スィッチ３０は、■２＝ Ｏの時に△βリバーサル　スイッチとして動作する。交叉状態でｖ２＝０の点の 軌跡は第４図のカーブ］こ電圧１Ｖ１１の関数および２Ｌ１／ｌ（ひとつの導波 器から、光結合した隣接する他の導波器へ光の完壁な転送を行なう効果が得られ る光転送の長さとして第２図に示す装置の電極２５−１２６′の長さの比、すな わちこの装置の材料および大きさの変数）として示される。

カーブＢは、Ｖ２＝Ｏの時に準備することが必要な点の軌跡を示す（第２図に示 す装置３０）。第５図は、本発明の装置のすべての動作の形態をより代表して示 すものである。もし、光ビーム３５が強度の値が１をもって導波器４２へ入射し 、そして長さがし１の各電極２５および３６を選択し、または第１図に示す相互 作用の長さしの半分、および装置および電圧のパラメータの適当な選択、第一の 電極対２５は入力する光ビームを二つの等しい光ビーム３６および３７に分離τ ゛るように動作する。（５０−５０の分離は、装置３０の動作を最適化するのに 最良である）相対位相差△φは、その経路が導波器の領域■であるビーム３６へ 導かれ光導波器およびこの領域の先導波器および連合した電極は本質的マツハー ツエンダーの干渉計に光制御装置２７の、それぞれの電極間の電位の応用では、 電場はそれぞれ導波器４０．４２の領域■に生じる。電場が、それぞれの各導波 器４０．４２に対向して位置するならば、導波器４０．４２の分散特性は、装置 ３０の領域■を通る相対位相で、遅れまたは進みに対応する。

光ビーム３６．３７は導波器４０．４２の一部を通過するので、領域■の電極対 ２９が連合し、光は再び、導波器４０．４２の間で効果的に転送される。この効 果的な光転送の大きざと方向は、ｓ　ｉ　ｎ２Δφ／２で与えられ導波器４２か ら出力され、またＣｏ５２△φ／２でで与えられ導波器４０から出力される光の 強さをもって、領域■で導かれる相対位相差△φに直接依存する。したがって△ φ＝Ｏでは（第２ａ図の装置３０のＶ２＝０）導波器４０から強さの値が１の光 が出力され（交叉状態）、Δφ＝πの間、△φ＝２Ｌ２δ２の所に電位Ｖ２の大 きさを調整して得られ、強さの値が１の光が導波器４２から出力される。本質的 には、光スィッチ３０はスイッチの外部の電圧ＩＶ１１およびＶ２を交叉状態ま たは平行状態に応じて適当に選択して、光ビームが入射することを許容し、この ようなスイッチングは実質的に広い周波数範囲で、光ビームの波長に依存してな される。ざらにまた、スイッチの領域■の電極は、むしろ進行波電極からなり、 （電圧Ｖ２を適応し、充分に周波数を高くし、電極へ電磁波を伝播させて、電極 下の導波器の反則率を進行波に応答して変化させる）このように極めて高い周波 数で交叉状態から平行状態へ効率よくスイッチングを許容する。領域■、ｍ内の 動作位置にセットした光スィッチ３０の電極２５．２６へ与えるバイアス電圧± ｖ１は、交叉状態で、平行および交叉状態の間に入射される光ビームをスイッチ ングするように■２が進行波領域の■へ供給され、直流からマイクロ波の周波数 信号で入力信号に直接応答する。

ふたつの好ましい光制御装＠２７．２７′の電極の形態は、それぞれ第２ａ図、 第２ｂ図に示す。第２ａ図の制御装置２７では、ふたつの電Ｗｉ５０．’５２が 設けられ、それぞれは、各導波器４０．４２の一部に被さっている。電極５０の 電位は、信号を供給する間それぞれＶａ＝０に保ち、ｖ２はＯ≦ｌＶ２１ＶＭＡ Ｘで電極５２に電機的に結合し、ＩＶＭＡＸｌは装置３０の領域■を介して、光 が相対位相差△φ＝πを得るに必要な電位である。

第２ｂ図の制御装置２７−では、みっつの電極５４．５６．５８の中心の電極５ ６はふたつの導波器４０．４２に対応する位置に設けられ、そして好ましくはＶ Ｇ＝Ｏに保たれる。

外側電極５４．５８は狭い間隔で中心電極５６から離れ実質的に図示する如くで ある。これらの外側電極は差動的な電位の信号子■２に電気的に接続され、好ま しくはそれらは等しい大きざに保たれるが、反対極性の電位は供給される信号Ｉ Ｖ２１（＋５よびＯ≦ｌＶ２１ＶＭＡＸに比例する。

第２ｂ図のエレメント２７−に比較して第２ａ図の光制御エレメント２７の電極 の形態の差異は重要である。先制Ｖ＠装置２７のふたつの電極５０．５２の形態 は、直流から約２０ＧＨｚの信号周波数で有用である。電極５Ｑ、５２は消して 置くべきであるが、電気−光基板３２に生じる電場の対応は低い。このように、 高い信号電圧Ｖ２が装置３０の光の状態のスイッチには、一般ｔこ要求される。

３つの電極５４．５６．５８の形態は、直流から最大１ＧＨｚ−ｒｍｌこ広がる 周波数の範囲よりも幾分率さいことが有効である。く周波数は領域■の電極長Ｌ ＩＩの結果である）。しかしながら３つの電極形態において電極間隔を極めて近 接させることは、供給される信号電位が極めて小さくても必要とする強度の電場 を得ることができる。

本発明の第２の実施例では、光フィルタとして最適化した動作を行なうものを第 ３図に示す。光フィルタ７０は実質的に上述の光スィッチ３０に構成Ｊ３よび動 作の２つの事柄について類似している。光フィルタ７０の相違は、２つの先導波 器のチャンネルが異なる物理的寸法を有し、異なる光の分散特性に対Ｙ：６する ことに意味がある。このような関係によれば、装置７０は、第１図に示す装置に 類似のものである。光フィルタ７０は第２ａ図に示す光スィッチとはざらに事な り、それを光制御装置２７−の３つの電極５４．５６．５８で示す。

光スィッチ３０とともに光フィルタ７０では上述の各形態の動作特製で基礎的に 必要とする電極形状を利用出来る。

光フィルタ７０の動作は、光スィッチ３０とは、略所望の位相整合の波長を中心 として、相対的に狭い周波数帯であることにより区別される。光フィルシタの動 作を進ｔこ理解する！こめに、１−８式を成立させることを考慮し、直流ｌ＼イ アスｌＶ１　ｌは導波器７２．７４の特定の大きざおよびそれらの先回有性を考 １．９して選択し、しかも１Ｖ２１＝○（△に＞＝Ｏ）では所望の中心波長λＶ で交叉状［ぶとなることを仮定する。

このように波長λＶを略中心とする狭い周波数帯内の波長ｌよ、クロス状態とな る効果力鳴る。周波数帯域内のサイドローブ内の波長は、同様ｔこクロス状態に 効果があり、低いクロス状態の効率に意味があると考えられる。当然、中心周波 数置は、１００％のクロスオーバー効果を得られるように可能な限り狭くし、か つサイドローブの周波数帯は極度に低いり１］スオーバー効栗を持つには本質的 に存在しないことが望ましＧ＼。

光フィルタ７０のフィルタの（幾能は次で与えられる。

ＤＤ：ｉ：＝　［４Ａｔ　Ａｔ　：：Ｂ＋　Ｂｌ　］　ｃｃｓ２　（△φ−）こ こで△Φ−＝　（ｌ　３　β２）　式（９）のカッコの部分は領域工および■の △βリバーサル　セクションに直接に帰τ′るものである。残りの項は、領域■ のマツハーツエンダーの干渉計のセクションに奇与する。

このように、本質は、領域Ｈの光エレメントは、狭帯賊フィルタの特性を有し、 領域工、ｍ間の光エレメント間（こ挿入され、それぞれは固有のフィルタ特性を 有し、このような装置７０のフィルタ機能は、本質的に、それぞれの分離したフ ィルタ特性によって生じる。このよう（こ、領域■の選択ざ′れたエレメントの 特性は、容易かつ直接にＬ３によって選択されることを許容し、その動作にヌル を生じさせる。（△φ−＝（２ｎ＋１）・（π／２）ここでｎは任意のＯより大 なる整数）電極対２５．２６による特性の、サイドローブのピークで動作する時 で、クロス状態のフィルタは、狭い中心周波数を有し、サイドローブが重要な条 件を有するならば。これは、装置７０の全てのフィルタ機能をコンピュータ　モ デルによって得た結果のクロスオーバ効率を第６図に図示するものである。縦座 標はフィルタの標準化した強度の応答、横座標はδに等価で、δ＝（β１−β２ ）／２でβ１、β２【ま導波器７２．７４の伝搬定数、それぞれδはｆ（λ）。

クロスオーバ周波数ｆｖ＝ｃ／λＶ、δはＯのときである。図示する波形４０は 第１図に示す従来技術の装置のフィルりの応答を示すものである。図示する波形 ４２および４４は第２図【こ示す光スィッチの間隔Ｌ３のフィルタ応答を示すも ので、波形４２は、間隔Ｌ３が電極対２５．２６の長さの約１／３（Ｌ３　＝１ ／３Ｌ１　）および波形４４は、電極対の長さの約半分の間隔Ｌ３（Ｌ３＝１／ ２ｌ−ｔ）によるフィルりの応答を図示する。フィルタのバンド幅は、上述のよ う【こ間隔Ｌ３が増大すると、最適の長さし３までの間は狭くなり、クロスオー バー効率はサイドローブｔこ連動して同様）こ減少づることが認められる。

本発明の装置によって提供される濾波機能は、第１図の従来技術によるものより もより好ましい。加えて、附随自′すな光ビームの経路（クロスオーバーおよび パラレル状態で）（よ、ＩＶ２１の適当な選択によって、分離しそして独立して 制御される（β２および△φを制御して）にのように、たとえば、光ビーム３５ は１Ｖ２１＝ｏにおいて単一の波長２＝λＶであり、光ビーム３５はクロス状態 の光ビーム３８により装置７０から出力される。もし電［ＩＶ２１が電極５４お よ・　び５８へ供給されると、発生した光ビームは、伝１（殺差δ２ｔこ関連し た強度を有するふたつのビーム３８および３９に分離し、そして領域■の二つの 導波器７２．７４の間の相対位相差は△φである。光ビーム３５はＩＶ２１−○ で、周波数バンドを有し、この周波数バンド内の周波数は第７図に示すフィルタ 特性によって、特別の装置７０では式（９）に基（Ａで、フィルタ機能の特性に よって定まる強度によりに規定される。

完全にクロス状態に結合していない周波数の一部は、光ビーム３９を放出する（ パラレル状態で）。クロスおよびパラレル状態のビームの強度は、１■２１の調 整を所望の値に制御して行なうことができる。この様にスイッチングおよびモヅ ユレージョン機能は改良したフィルタ（幾能に兼用することが本発明の第１の実 施例による光スィッチは、１０００’Ｃの１４２０とΔｒの雰囲気中で８８）間 Ｔ１を４００人に拡散して製造したＺカットのＬ　Ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏａ基板を用い て導波器を形成する。冷却聞かん中にＬｉＮｂＯ５のΔｒは還元されて０２に置 き代わる。形成される導波器は、それぞれ４マイクロメ　・−タの幅で、Ｇは３ マイクロメータ、Ｌｌは１．５ミリメータである。Ｌ２の長さは６ミリメータ、 Ｌ３の長さは７ミリメータ、そして領域■の導波器の間隔は１２マイクロメータ である。２５００人のＳ　ｉ　０２のバッファ一層を、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂｏ３へ、 金属−光の相互作用に協同して、光のロスを除いた電極を製造する前に、スパッ タでデポジットする。アルミニウム電極は、従来の金属蒸着技術を用いて製造す る。光制御装置の電極は、第２図に示す様な形にデザインする。

装置は、Δβリバーサル　クロス状態の直流バイアスＩＶ１１の、横向きの電位 、横向きの磁気（Ｔ　Ｅ　／　Ｔ　Ｍ　）の動作は、それぞれ１５０Ｖおよび６ ０Ｖである。クロスからパラレルへのスイッチングのＴＥ／ＴＭの配位は、３ｏ がら３５Ｖの範囲で供給される電圧Ｖ２によって生じる。パラレルとクロスの両 方の状態のＴＥモードのクロス１〜−り１よ、−３０デシベルで、ＴＭクロス状 態のクロストークは一１５デシベルに過ぎない（ＬｉＮｂ０３では、ＴＥとＴＭ モードの２つの異なる電磁モードで伝搬する、このようにスイッチング電圧に含 まれる装置の特性は、わすかに異なる）。本発明はこのようにして、１つでも容 易に製作でき、コスト効果はディスクリートの装置と同等、または光集積回路の 一部と同等なフレキシビリティの高い光導波装置を提供できる。本発明の光装置 は、種々の最適化を行なえ、光スィッチ、光モジュレータ、および狭帯域の光フ ィルタの特性を有する。すべての場合に、装置の光帯域幅は、基板、導波器の材 質および導波器の大きさによって直接決定され、実施例の光フィルタおよびモジ ュレータの中心周波数は、異なる波長の範囲にわたって、正確に電気的１こ調整 され、代表値は約１マイクロメータのＬｉＮｂＯ３の中心の、１マイクロメータ の波長のスペクトル内で約０．１マイクロメータである。全ての実施例で、直流 から高いマイクロ波（２０ＧＨ２）の広くかつ連続する周波数範囲で、種々の光 制御装置の電極の形態を使用することを許容する。ざらに全ての実施例の特徴と して、例かい的に低クロストークで、光フィルタの実施例は同様１こ、実質的な サイドローブ特性を減少し、狭い帯域から極めて狭い帯域の選択性を有する。

上述の開示は、本発明の最良の実施例に関するものであることが理解されよう。

上記の教示にもとずいて、本発明の原理と目的から離脱することなく多くの変形 を実施することができる。このような変形は、ＧａＡＳまたはＩＮＧａＡｓＰ等 の異なる４オ質の基板の使用を限定するものではなく、異なる導波器の構成また は陽子変換で形成したような先導波器を提供する方法、異なる電極金属または種 々の直流バイアスおよび本発明のスイッチ制御信号に適用するために用意する異 なる電極形状のデザインを含むものである。したがって、縦続クレームの目的の 範囲内で、本発明は、慨）ホの他にも実行することができる。

１０３０５Ｇ 国際調査報告 ＋ｍ拳ｎｎａｅｎａ１＾６１１ｋｌＵ６ｎｋ、ＰＣＴ／ＵＳｆ３コ１０ｉ９７１ ＰＪ−７ＥＸ　ＴＯτＦ、ｒ：　ＩＮＴ三ＲＮＡＴｒＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲ Ｅ？ＣＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．以下のａ）乃至ｃ）からなる電気−光装置でａ）電気−光基板（３２） ｂ）上記基板（３２）の表面に設けた第１（７４）第２（７２）の光チャンネル 導波器で、上記導波器（７２、７４）は互いに略平行で上記装置の第１、第３の 領域では互いに光結合し、そして間に介挿した第２の領域では本質的に光絶縁し 、 ｃ）上記装置のそれぞれ第１、第２、第３の領域内の、上記導波器（７２、７４ ）に共同して位置する第１、第２、第３の電極で、上記第１および第３の電極（ ２５、２６）は第１、第２の導波器（７２、７４）間の光エネルギーを効率的に 転送するためにバイアスし、上記第２の電極（２７）は各導波器（７２、７４） の光エネルギーの移動の相対位相差に対応して比例するようにバイアスし、上記 第１の導波器（７４）へ導かれる光エネルギー（３５）は、上記第１の領域内の 上記第２の導波器（７２）の一部へ効率的に転送され、光エネルギーは上記第３ の領域の上記第１、第２の導波器（７２、７４）間で効果的に転送され、転送の 方向および大きさは上記第１、第２の導波器（７２、７４）間を移動する光エネ ルギーの相対位相差の角度に直接依存し、上記装置の上記第２の領域によって、 提供される。 ２．上記第１（２５）、第２（２７）および第３（２６）の電極形状は、それら のそれぞれのバイアスおよび信号電位を適用するように、上記装置の上記第１、 第２および第３の領域のそれぞれによって生じる電場は、上記装置（７０）の対 応する領域内で上記各導波器（７２、７４）のそれぞれで反対極性である請求の 範囲第１項の装置。 ３．第２の電極（２７）は、高い周波数の信号の受信に適する形態にデザインし た請求の範囲第２項の装置。 ４．上記第１、第２および第３の電極対（２５、２６、２７）のそれぞれは、第 １（２５′、５０、２６′）および第２（２５′′、５２、２６′′）の電極か らなり、上記第１の電極は上記第１の導波器（７４）と協同し、上記第２の電極 は上記第２の導波器（７２）と協同する請求の範囲第３項の装置。 ５．上記第２の電極対（２７）はさらに３つの電極（５４、５６、５８）からな る請求の範囲第４項の装置。 ６．等しい大きさおよび反対極性のバイアス電位をそれぞれ上記第１（２５）お よび第３（２６）の電極対へ与えて、与えられた周波数範囲内で、半分の光エネ ルギーを上記第１の領域の、第１の導波器（７４）から第２の導波器（７２）へ 効率良く転送するに十分な大きさのバイアス電位とした請求の範囲第４項の装置 。 ７．上記第２の電極対（２７）へ与える信号電位は、上記第３の領域内の第２の 導波器（７２）から第１の導波器（７４）へ転送された全ての光エネルギーを上 記第１の領域へ効果的に転送すべく０の相対位相差から充分な相対位相差までに 対応する範囲内とした請求の範囲第６項の装置。 ８．上記導波器（７２、７４）は光スイッチとして動作する上記装置と同じ大き さおよび光特性である請求の範囲第３項または第７項の装置。 ９，上記導波器（７２、７４）は光フィルタとして動作する上記装置のような光 特性に似ていない大きさおよび対応性である請求の範囲第３項または第７項の装 置。 １０．上記基板（３２）は、リチウムナイオベートからなる請求の範囲第３項ま たは第７項の装置。 １１．上記導波器（７２，７４）は、チタニウムからなる請求の範囲第１０項の 装置。 １２．上記電極（２６，２７，２８）は、アルミニウムからなる請求の範囲第１ １項の装置。