JPS62123432A - 導波型光スイツチ - Google Patents

導波型光スイツチ

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JPS62123432A
JPS62123432A JP26338685A JP26338685A JPS62123432A JP S62123432 A JPS62123432 A JP S62123432A JP 26338685 A JP26338685 A JP 26338685A JP 26338685 A JP26338685 A JP 26338685A JP S62123432 A JPS62123432 A JP S62123432A
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JP
Japan
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waveguide
optical switch
waveguides
type optical
electrode
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Pending
Application number
JP26338685A
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English (en)
Inventor
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
Keisuke Watanabe
敬介 渡辺
Kiyoshi Nagai
長井 清
Shigehiro Kusumoto
楠本 茂宏
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.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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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】 (産業上の利用分野) この発明は導波路中を進む光の進行方向を電気的に偏向
する光スィッチ、特に2×2型光スイッチに関する。
(従来の技術) 従来、3本の導波路をqi行に並べて2 X 2 型の
光スィッチとして構成された3導波略語合器型の光スィ
ッチが文献工 [アプライド オブティクス(Appl
ied 0ptics) 24 [9](1985−5
−1)P、12fiO−1284Jに提案されている。
このような3導波路型詰合器型光スイッチは曲がり部を
有さない直線導波路を以って光でトリクススイッチを構
成することが出来る。このため、’il!Fビームによ
り8鶏に精度の良い導波路パターンを形成することが出
来ること、また曲がり部を有する導波路から成る光スィ
ッチのように曲がり部での光損失を設計り考慮する、と
いう必要がないこと簿の利点を有する。
文献Iに開示される従来の3導波路型光スイツヂを第5
図(A)及び(B)に示す、第5図(A)は光スイフチ
の斜視図及び(B)図はモ面図で、それぞれ概略的に示
1.である。 11は誘電体基板であり。
この基板りには直線の導波路13a−13eが各々平行
に形成されている。導波路13a及び+3cは入出力用
導波路であり、13bは中央導波路である。導波路13
a tには制御′電極部+5a及び+5bから成る制御
電極が設けられ、導波路+3b F、にはアース電極1
5cが設けられている。また、導波路13c[−には制
御電極部+5d及び15eから成る制御電極が設けられ
ている。このような構成の光スィッチを2×2型光スイ
ッチとして動作させた場合にクロス(Cr o s s
)状態を得るためには、2本の平行導波路で構成された
方向性結合基の光スィッチと同様、結合長と素子長とを
−・致させる惑星がある。このため2分割された制御電
J4i (f5a 、 15b)及び(15d、 U5
e)を入出力用導波路13a及び13eに設けた構造と
していた。これら電極のうち電極(15a、 15d)
及び(15b、 15e)を ・対として電圧を印加す
ると電気光学効果により導波路の等両層折率が変化する
。この電気光学効果を利用して等両層折率を電気的に調
整し、素子−長と結合長とを・致させ2×2型の光スィ
ッチとして動作させることが出来る。このように2分割
の制御電極で光スィッチの動作調整を行う方法は、2本
の上行導波路から成る反転Δβ電極型光スイッチと同様
である。
この従来の光スィッチの電極構成において例えば電極1
5a、15eに正電圧及び電極15b 、 15dに負
電圧を印加し素子長と結合長とが−・致するように等両
層折率を調整すれば、素子長及び結合長の不一致を解消
してクロス(Cr o s s)状態、バー(Bar)
状態を得ることが出来る。第5図(B)において制御電
極の北側端縁を導波の始点(入カポ−I・)、及び制御
電極のド側端縁を導波の終点(出力ポート)とすれば、
クロス状7,3では導波路13a(13c)(7)入力
ボート(伝搬孔@ z = O)に入力された光が導波
路13c(13a)の出力ポート(伝搬距離2=L)か
ら出力される。また、バー状態では導波路+3a  (
13c)の入力ポート(Z=O)に入力された光が導波
路+3a(13c)の出力ポート(Z=L)に出力され
る。このようなりロス状態及びバー状態が2×2型光ス
イッチの動作である。
この従来構成の光スィッチにおいて2×2型光スイッチ
の理想的動作状態を得るために必要な重要の条件は、導
波路13a〜13cそれぞれの等両層折率と、導波路間
(13aと13b間及び13bと13a間)の結合係数
との間の関係が存しないこと即ち等両層折率を変化させ
ても結合係数が実質的に変化しないこと、中央及び入出
力用導波路間(13b及び13a間、及び13b及び1
3a間)の等両層折率差がともに等しいこと、また、f
F′11tJJiAが設計通りの電極部lに設けられて
いて制御電極に電圧を印加した場合に、1価屈折率の変
化が入出力導波路13aと13eとで相等しいこと等で
ある。
このため従来の光スィッチでは制御It極に電圧を印加
しさらにバイアス電圧をかけて中央及び入出力用導波路
間の等両層折率の調整を行っていた。
さらに従来の光スィッチでは、制御電極が中央導波路に
対して対称に設けられていないため設計位置からずれた
状態にあるときにも5等価屈折率の変化が入出力導波路
13aと13cとで相τしくなるように/バイアス電圧
をかけて調整を行っていた。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、現実に従来構成の光スィッチを動作させ
るため制御電極に電圧を印加して等側屈折率が大きくな
るように変化させた場合と、小さくなるように変化させ
た場合とでは、一般に前者の場合に中央及び入出力用導
波路11!+の結合係数が大きくなるという関係がある
。すなわち従来の光スィッチでは等側屈折率を変化させ
たときに結合係数が実質的に変化してしまう、このよう
な関係が各導波路の等側屈折率と、中央及び入出力用導
波路間の結合係数との間に存するため、以下説明するよ
うに、従来の光スィッチでは2X2型の光スィッチとし
て理想的な動作をさせることが出来なかった。
以ド、第6図(A)及びCB)を参照して説明する。第
6図(A)及び(B)は横軸に伝書距glZをとり縦軸
に各導波路の相対光パワーをとって従来の光スィッチの
クロス状態における動作特性を示した線図である。この
図はΔβを(導波路13aと13cとの伝搬定数の差)
Xi/2とし、Δβbを入出力用導波路13aと13c
の伝搬定数の両者を平均した値と、中央導波路13bの
伝搬定数との差とし、さらに(結合係数の差)=2文X
Δβ(但し文は係数)、結合長文c=(π/2)/Ko
(但しKoはΔβ=0のときの結合係数)として結合方
程式 %式% ただし。
K=Ko +d+ Xi、K゛=に、+d2:111d
l =Δβ+Δβb 、  d2 =−Δβ+Δβba
、b、cは各導波路13a、13b、13cの光の強さ
を用いてより現実に近い光スィッチの動作を数値解析し
た結果を示したものである。なお、伝・搬定数=等両層
折率X光の波数であり、また係数文は従来の光スィッチ
の動作特性を理解しやすくするため大きめにとってあり
、現象を強調して図を示した。
第6図(A)及び(B)において曲線工、■及び■は伝
搬距離zに対する各導波路13a 、 13b及び13
cの相対光パワーの変化をそれぞれ示す曲線である。第
6図(A)は制御電極に電圧を印加したことにより入力
ポート(z=o)で等側屈折率が高くなっている導波路
13aに光を入射した場合であり、第6図(B)は制御
電極に電圧を印加したことにより入力ポート(z=0)
で等側屈折率が低くなっている導波路13cに光を入射
した場合である。第6図(A)の曲線■及び第6図(B
)の曲線m理解出来るように、光を入力した入出力用導
波路13a (13c)における相対光パワーは出力ポ
ート(z=L)で零となっており、従ってこの導波路1
3a (13c)の入力ポートに入力された光が残光と
ならず、従って導波路13a (13c)の出力ポート
から光は出力されない。このようにクロス状態を得るた
めに最適なΔβ及びΔβbの値が存在することが理解出
来る。しかしながらこの場合でも中央導波路13bにお
ける光の伝搬状態が、光を入出力用導波路13a及び+
3cのどちらの入力ポートに入力したかによって大きく
異なっている。第6図(A)において、光を導波路+3
aの入力ポートから入力した場合に出力ポート(Z=L
)における相対光パワーは導波路13C(曲線I)で1
.中央導波路13b(曲線■)で0となっており導波路
13aから入力された光は入出力用導波路13cの出力
ポートから損失なく出力されている。一方第6図゛(B
)において、光を導波路13cの入力ボートから入力し
た場合にはz=Lでの相対光パワーは入出力用導波路1
3aでは約0.4.中央導波路13bでは約0.6とな
っている。このように従来の光スィッチでは中央導波路
13bに残光が生じこれが光の損失となる。
上述したように従来構成の導波型光スイッチでは実際に
動作させた場合に入出力用導波路13a。
13cのどちらの入力ポートから光を入力をするかで光
スィッチとしての動作特性が大きく異なってしまう、そ
のため理想的な2×2型光スイッチとして動作せず厳密
には1×2型光スイッチとしてしか使えないという問題
点があった。尚、パー状態については2×2型光スイッ
チとして動作させた場合に問題なく動作させることが出
来る。
この発明の目的は以上述べた欠点を除去し光スィッチと
して実際に動作させた場合に、従来より光の損失を減少
することが出来て、かつ理想的な2×2型光スイッチと
して動作することの出来る導波型光スイッチを提供する
ことにある。
また、この発明の他の目的は従来より理想的な2×2型
光スイッチの動作特性を有し、しかも。
ゆるやかな作製条件で作製できる導波型光スイッチを提
供することにある。
c問題点を解決するための1段) この目的の達成を図るためこの発明の導波型光スイッチ
によれば、基板上、基板トに平行に順次に並べて設けら
れた第一、第二及び第三直線導波路上、第・、第二及び
第三直線導波路に関連させて設けられたアース’ilt
極及び制御電極とを具える2X2型光スイッチにおいて
、制御電極を少なくとも三個の制御電極部を以って構成
して成ることを特徴とする。
この発明の好適実施例においては、制御電極部を第一及
び第三直線導波路−ににそれぞれ対となして設けると共
に、アース屯極を、EF!二導波路1−に設けて成るこ
とが出来る。
この場合、このアース屯極を素子−の入力端から出力端
まで延在させて構成するのが好適である。
また、このアース電極を、少なくとも三個のアース電極
部を以って構成するのが好適である。
さらに、この発明の好適実施例においては、第一・、第
一及び第三直線導波路外であって当該導波路の側部の基
板面部分に、制御電極の少なくとも三個の制御電極部及
びアース′jヒ極を、前記直線導波路に沿って、設ける
ことが出来る。
この場合、このアース電極を、少なくとも三個の電極部
を以って構成するのが好適である。
さらに前記アース電極を、素子の入力端から出力端まで
延在させて構成するのが好適である。
(作用) この発明の導波型光スイッチによれば制御電極を少なく
とも3分割した電極部で構成し、この制u4電極部に交
配に極性の異なる電圧を印加して光スイフチの動作を制
御するので、従来のように光をどの入力ボートに入力し
たかで光の伝書状態が大きく異なってしまうことがなく
なり、これがため2×2型光スイッチとしての動作特性
を改善することが出来る。すなわち従来構成の光スィッ
チでは、素子−長と結合長を一致させるため結合係数を
−・定に保ったまま等価屈折率のみを変化させる必要が
あったが、現実には等価屈折率を変化させると結合係数
が変化してまい理想的な2×2型の動作が得られなかっ
た。しかし、この発明の構成によれば1等価屈折率を変
化させた場合に結合係数が変化しても2×2型の光スィ
ッチの理想的な動作を得ることが出来る。
また、この発明の導波型光スイッチによれば。
従来と同様に設計及び作製の段階で素り長と結合長とを
厳格に一致させる必要がないので作製条件がゆるやかで
あって、しかも、従来より理想的な2×2型光スインチ
の動作を行わせることが出来る。
(実施例) 以ド、図面を参照しながらこの発明の′実施例につき説
明する。
第1図(A)はこの発明の第・の実施例を概略的に示す
上面図である。この図において、21a及び21cは第
一及び第三導波路で入出力用直線導波路である。また、
21bは第一導波路であり中央直線導波路である。これ
ら導波路21a〜21cは、例えばLiNCh−Z板の
ように、深さ方向(図の紙面に垂直な方向)の電場に対
してポッケルス効果の大きい結晶から成る基板にT1を
拡散して形成する。導波路21a〜21cは、q:いに
平行となるように離間して設ける。この実施例では、導
波路間(21aと21a間)及び(21bと21c間〕
の間隔を同一・とじた。また電極部(23a〜23c)
及び(23e〜23g)は電圧を印加して光スィッチの
動作制御を行うためのそれぞれ1組の制御電極であり、
第一・及び第三導波路21a及び21chにそれぞれ設
ける。また23dはアース電極であり、このアース屯極
23dをこの光スィッチ(素F)の入力端(入力ポート
)から出力端(出力ボート)まで延在させて第一導波路
21b ヒに設ける。電圧は、相対向する制御電極部(
23a、23e ) 、  (23b、23f)及び(
23c 、 23F )をそれぞれ対となして各対毎に
(+、−)、(=、+)及び(+、−)の電位関係とな
るように交互に極性を変えて印加する。極性には(−1
+)、(+、−)及び(−1+)としても良い、この実
施例では、制御電極23a〜23c及び23e〜23g
をそれぞれ等分に3分割した電極を以って構成し、それ
ぞれの電極の長さを同一とした。また、入出力用導波路
21a及び21cは同一の幅とした。中央導波路の幅は
導波路21a及び21cの幅と同一か好ましくは広くす
るのが良い、アース電極23dの幅は中央導波路上同一
でなくとも良い、アース電極23dの幅は中央導波路よ
り幅広としても良い。
この実施例の光スイッチ素Fの動作を、従来例と同様の
結合方程式を用いて数値解析した。この数個解析は各導
波路の等両底折率と、中央及び入出力用導波路間の結合
係数との間に関係がある場合の結合方程式によって得た
ものである。この解析結果を第2図(A)及び(B)に
示す。7fS2図(A)及び(B)は、EFS6図(A
)及び(B)の場合と同様、光スィッチのクロス状態に
おける動作特性図である。これら動作特性図は、横軸に
伝搬距gIZをとり縦軸に各導波路の相対光パワーをと
って示しである。また、素子長及び結合長(π/2)/
K。
を第6図(A)及び(B)の場合と同一とじ、しかもこ
の実施例の電極構造において2×2型光スイッチとして
動作するに適したΔβ及びΔβbの(ilt設定して、
第2図(A)及び(B)に動作特性図を示した。第6図
(A)及び(B)及び第2図(A)及び(B)の動作特
性図を比較すると第6図(A)及び(B)の結果では、
中央導波路21bを伝搬する光の相対光パワーの状態が
、光を導波路の21a及び21cのどちらの入力ポート
から入射するかによって大さく異なっており、動作特性
が良くなかった。これに対し、第2図(A)及び(B)
の結果では動作特性が大幅に改再され、導波路の21a
及び21cのどちらから光を入力するかによる動作特性
の違いが減少していることが理解できる。特に。
第6図(B)及び第2図(B)との比較ではz=Lにお
いて従来の光スィッチの中央導波路12bに光が残り、
これが2×2型光スイッチの動作を行なわせた場合に、
損失となっていた。ところが、この実施例の光スィッチ
では、中央導波路21bに、光が残らない(残光がない
)、このようなΔβ及び ′Δβiの値は他のKO及び
立に対しても存在する。以E述べてきたように、この実
施例によれば第2図(A)及び(B)から理解出来るよ
うに2×2型光スイッチとして従来より理想的な動作を
行わせることが出来る。これにより2×2型光ス・イッ
チとして動作させた場合に、光の挿入損失を従来よりも
改涛することが出来ると共に、消光比の改暦も望める。
この実施例では光の挿入損失を従来に比して1dB以ト
改寿することが可能である。
また、この実施例によれば、従来よりも理想的な2×2
型光スイッチの動作が行え、しかも従来と同様に素り長
と結合長を一致させる必要がないのでゆるやかな作製条
件で作製することが出来る。
第1図(B)にこの発明の第一〕の実施例を示す。
この実施例は、第一の実施例においてアース電極を3等
分した電極部25a、25b及び25cで以って構成し
たものである。このように構成すれば、電極ずれしてい
る場合に等両底折率の変化が入出力導波路13aと13
cとで根笠しくなるようにバイアス電圧を印加して調整
することが容易となる。
第3図(A)にこの発明の第三の実施例を示す。
この実施例は例えばLiNO3−Y板のように基板表面
に平行な電場に対して電気光学効果の大きい基板を用い
た場合の構成である。この実施例では相互に平行な第一
、第一及び第三導波路31a。
31b及び31cを電場に対して直交する方向に設ける
。また、電極部(33a、33b、33c)及び(33
j、33k。
331)を以って制御電極を構成し、電極部(33d。
33e、33f)及び(33g、33h、 33i)を
以ッテアース御電極を構成した。第一の実施例と同様、
制御電極部(33a、33j) 、 (33b、33k
)及び(33c、331)に(+。
−) 、 (−、+)及び(+、−)という極性或はそ
れぞれ逆の極性で電圧を印加すれば良い。このように構
成することによりバイアス電圧の微調整が容易に行える
第3図CB)〜(E)はこの発明の他の実施例を示す線
図である。これらの実施例では第三の実施例に比し外部
電気回路への接続が筒中となる。
第3図(B)に示す実施例は、第一の実施例においてア
ース電極を光スィッチの入力ポートから出力ポートまで
延在させた2木の電極35a及び35bで以って構成し
たものである。このように構成しても第三の実施例と同
様にこの発明の目的を達成することが出来る。
同様に第3図(C)に示すように2本のアース電極を入
力ポートから出力ポートまで延在させた電極37a及び
37hを以って構成し、制御電極を3等分した電極部3
7b〜37d及び37e〜37gで以って構成すること
も出来る。
また、第3図(D)に示すように制御電極を電極部39
a 〜39c、39d 〜39F及び39g 〜39i
を以って構成し、アース電極を入力ポートから出力ポー
トまで延在させた1本のilj 8i39 j で以っ
て構成することも出来る。
ざらに第3図(E)に他の構成例を示す。この実施例の
ように制御′電極を3笠分した″を極部41a〜41c
及び41d〜4ifを以って構成し、アース゛ili極
を、入力ボートから出力ポートまで延在させた電極43
a及び43b l以って構成することも出来る。
尚、谷考として数値解析に用いた結合方程式において結
合係数と1価屈折率との間に関係がない場合の動作条件
の図(クロス状態或はバー状y5を得るための素r−長
し、伝搬定数、結合長文C)を示す(第一の実施例につ
いての動作条件図)、この場合に2×2型の光スィッチ
としての動作を得るに必要なΔβの値はこの図を基に決
定することが出来る。
(発明の効果) 」二連した説明からも明らかなように、この発明の導波
型光スイッチによれば、従来より理想的な2X2型光ス
イッチの動作を行わせることが出来る。
また、この発明の導波型光スイッチは、従来と同様に設
計及び作製の段階で素子長と結合長を厳格に一致させる
必要がなく、これがためゆるやかな作製条件で作製出来
、しかも、従来より理想的な2×2型光スイッチの動作
を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)及び(B)は、この発明の第一及び第二の
実施例の構成を示す線図、 第2図は(A)及び(B)は第一・の実施例の動作特性
を示す線図、 第]:W(A)はこの発明の第一ミの実施例の構成を示
す線図、第3図CB)〜(E)は0′S′E、の実施例
の変形例の構成を示す線図、 第4図は第一の実施例の動作条件を示す線図。 帛5図は従来構成を示す線図。 第6図(A)及び(B)は従来の導波型光スイッチの動
作特性を示す線図である。 21a 、21c・・・入出力用導波路21b・・・中
央導波路 23a〜23c 、23e〜23g・・・制8電極23
d・・・アース電極 31a、31c・・・入出力用導波路 31b・・・中央導波路 33a 〜33c、33j 〜331−・制御電極33
d〜33f、33g〜331・・・アース′i肛極35
a、35b −アース電極 37b 〜37d、37e 〜37g ・−・制御電極
37a、37h・・・アース電極 39a 〜39c、39d 〜39F、39g 〜39
i−制御電極39j・・・アース電極 41a 〜4Le、41d 〜41f −・−制御電極
43a、41b・・・アース電極 特許出願人   沖電気り業株式会社 ゛)・/−’ こめ発日月の光スィッチ ”/Jc=13  isβx ’/rc = 0.Q6
1;θ、/?  ムβυ×囁2θ・34イデミづ≠鴫ヒ
ン1巨、亀 2 実施葎Iの動作特性図 笛9M 二の光1月の九スイッ号 第3図 このを1月り九ス4./づ− 第3図 3fd  3fb  3fc この発明の九スイヅナ s3図 θ   2  4  6 イ云掲少定(交差X素子長/円用車 (ΔβXり情、) 動作条件図 第4図 /3C イ芝来の先スイッチ 第5図 L/’12c = /、J  4ρxL//yc;θ3
6第6図 手続7山正書 昭和61年10J]1411

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板と、該基板上に平行に順次に並べて設けられ
    た第一、第二及び第三直線導波路と、該第一、第二及び
    第三直線導波路に関連させて設けられたアース電極及び
    制御電極とを具える2×2型光スイッチにおいて、 前記制御電極を少なくとも三個の制御電極部を以って構
    成して成ることを特徴とする導波型光スイッチ。
  2. (2)前記制御電極部を、前記第一及び第三直線導波路
    上にそれぞれ対となして設けると共に、前記アース電極
    を、第二導波路上に設けて成ることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の導波型光スイッチ。
  3. (3)前記アース電極を素子の入力端から出力端まで延
    在させて成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項又
    は第2項記載の導波型光スイッチ。
  4. (4)前記アース電極を、少なくとも三個のアース電極
    部を以って構成して成ることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載の導波型光スイッチ。
  5. (5)前記第一、第二及び第三直線導波路外であって当
    該導波路の側部の基板面部分に、前記制御電極の少なく
    とも三個の制御電極部及び前記アース電極を、前記直線
    導波路に沿って設けて成ることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の導波型光スイッチ。
  6. (6)前記アース電極を、少なくとも三個の電極部を以
    って構成して成ることを特徴とする特許請求の範囲第5
    項記載の導波型光スイッチ。
  7. (7)前記アース電極を、素子の入力端から出力端まで
    延在させて成ることを特徴とする特許請求の範囲第5項
    記載の導波型光スイッチ。
JP26338685A 1985-11-22 1985-11-22 導波型光スイツチ Pending JPS62123432A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01108531A (ja) * 1987-10-22 1989-04-25 Oki Electric Ind Co Ltd 導波型光スイッチ

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