JPS63163432A - 光スイツチ - Google Patents

光スイツチ

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Publication number
JPS63163432A
JPS63163432A JP30965586A JP30965586A JPS63163432A JP S63163432 A JPS63163432 A JP S63163432A JP 30965586 A JP30965586 A JP 30965586A JP 30965586 A JP30965586 A JP 30965586A JP S63163432 A JPS63163432 A JP S63163432A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
switch
directional coupler
crystal substrate
waveguide
Prior art date
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Pending
Application number
JP30965586A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsukazu Kondo
充和 近藤
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
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP30965586A priority Critical patent/JPS63163432A/ja
Publication of JPS63163432A publication Critical patent/JPS63163432A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G02F1/29Devices 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 position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type

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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】 (産業上の利用分野) 本発明は光通信等において、光波の変調、光路の切替え
等を行なう光スイッチに関し、特に基板中に設けた光導
波路を用いた導波形の光スイッチに関する。
(従来技術とその問題点) 光通信システムの実用化が進み、大容量や多機能をもつ
さらに高度のシステムへと開発が進められている。光伝
送路網の交換機能、光データバスにおける端末間の高速
接続、切換え等の新たな機能が求められており、それら
を可能にする光スイツチングネットワークの必要性が高
まっている。現在実用されている光スイッチは、プリズ
ム、ミラー、ファイバー等を機械的に移動させるもので
あり、低速であること、信頼性が不十分、形状が大きく
マトリクス化に不適等の欠点°がある。これを解決する
手段として開発が進められているものは基板上に設置し
た光導波路を用いた導波形の光スイッチであり、高速、
多素子の集積化が可能、高信頼等の特長がある。特にL
iNbO3結晶等の強誘電体材料を用いたものは、光吸
収が小さく低損失であること、大きな電気光学効果を有
しているため高効率である等の特長がある。一般に光ス
イッチは光伝送路中に挿入され、光フアイバ中を伝搬さ
れた光信号の光路を切換えのために使用される場合が多
い。高速、大容量の光通信システムでは光ファイバとし
て単一モード光ファイバが使用され、光源には半導体レ
ーザが使われる。
半導体レーザ光は直線偏光を出射するが、単一モード光
ファイバ中を伝搬された光波は、一般に楕円偏光となり
、また、その偏光状態も時間的に変動する。一方、前述
の導波形の光スイッチでは、通常の構成の場合、スイッ
チ電圧、クロストーク等の特性は、入射光の偏光状態に
大きく依存するという欠点がある。第3図は従来の導波
形光スイッチの一例である方向性結合形光スイッチを示
す。光軸すなわち2軸方向に垂直に切り出して整形した
LiNb0a基板31上にTi等の金属を拡散して光導
波路32.33が形成されている。光導波路32.33
は数11m程度の間隔で近接して設置されることにより
光方向性結合器34を構成しており、光導波路32.3
3上にバッファ層である5i02膜(第3図では省略)
を介して制御電極35が設置されている。この光スイッ
チの基本的な動作原理は、先ず、片方の光導波路例えば
32の端面から入射した光波36は光導波路32中を伝
搬し、光方向性結合器34の部分で近接した光導波路3
3にエネルギーが移行し、光方向性結合器34の長さを
完全結合長Lcに一致させた場合は、はぼ100%のエ
ネルギーが光導波路33に移って出射光37となる。一
方、制御電極に電圧を印加した場合、電気光学効果によ
って光導波路32.33の屈折率が変化して両者の屈折
率が非対称となり、両者を伝搬する光波の間で位相不整
合が生じて結合状態が変化し、適当な印加電圧の下では
もとの光導波路32ヘエネルギーが移り出射光38とな
る。ここで、基板上に形成された光導波路の伝搬光は一
般に独立な2つのモード即ち、偏光方向が基板表面に垂
直なTMモードとそれに直交する偏光成分をもつTEモ
ードに分離され、光方向性結合器を構成した場合、TM
モードでは異常光に対する屈折率変化量、TEモードで
は常光に対する屈折率変化量によってそれぞれの導波特
性が決まるため両モード間では通常、結合状態が異なり
、それに対応して完全結合長も異なってしまう。さらに
通常、電気光学効果によって変化する屈折率変化量も偏
光方向によって異なり、その結果スイッチ電圧も偏光方
向によって大きく異なる。例えば、第3図の場合、TM
モード、TEモードに対して得られる屈折率変化はそれ
ぞれδnTM=+r33ne3Ez、δrlpB=ir
t3no3Ezとなる。ここで、r33.r13はそれ
ぞれ電気光学定数、ne、noはそれぞれ異常光、常光
に対する屈折率、Ezは2方向に印加される電界強度で
ある。LiNbO3結晶の場合、rsa > 3rxs
であるので、δnTM〉3δn’rEとなり、TEモー
ドのスイッチ電圧はTMモードのスイッチ電圧の3倍以
上の値となる。そこで通常は入射光をTM又はTEモー
ドのいずれか一方の偏光状態に一致させる必要が生じ、
第3図の構成の光スイッチは単一モード光ファイバ伝送
路中に挿入して使用することはできない。
上述のような偏光依存性を改善するために、光方向性結
合器の2つの光導波路の間隔をテーパ状に変化させ、T
M、TEモードに対して冗長性をもたせてスイッチする
方向性結合形光スイッチがレオン・マツコーハン(LE
ONMCCAUGHAN)によりアイ・イー・イー・イ
ー、ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テ  り  
ノ  ロ  ジー(IEEE、Journal of 
LightwaveTechnology)、LT−2
巻、1号、51〜55ページに述べられている。しかし
、このようなテーパ状の結合部を持たせた光スイッチで
も第3図と同様な結晶基板を用いた場合、テーパ構造に
よってスイッチ電圧が非常に大きくなってしまうという
欠点があり、また、前述のように通常、光導波路部分の
基板に対する屈折率差Δnは常光と異常光では異なるの
で電圧0の状態でTE、TM両モードの完全結合長を一
致させるためには光導波路構造をある限定された特別の
条件に合わせる必要があり製作プロセスの制御が非常に
難しいという問題もあった。
なお、導波形光スイッチにはここで示した方向性結合形
の他に全反射形、バランスドブリッヂ形、Y分岐形等の
方式があるが、光スイッチにとって重要なスイッチ電圧
やクロストークを比較的容易に低くでき、構成が簡単な
ものは、方向性結合形であり、また、偏光状態に対する
依存性は他方式でも同様に存在する。
(発明の目的) 本発明の目的は上述の従来の導波形光スイッチの欠点を
除き、入射光の偏光状態に対する依存性がなく、スイッ
チ電圧が比較的低く、製作の容易な光スイッチを提供す
ることにある。
(発明の構成) 本発明の光スイッチは、光学的異方性を有する結晶基板
上に形成された互いに近接した2本の光導波路からなる
光方向性結合器と該先方向性結合器の近傍に設置された
制御電極よりなり、前記結晶基板の光軸は前記光導波路
の光透過方向に対して一致している。
(作用) 本発明では、光方向性結合器を構成する光導波路の光透
過方向が光軸に一致しているためTE。
TM両モードとも常光屈折率が関係するので導波特性が
ほぼ一致し、完全結合長もほぼ等しくなる。
このため製作プロセスも特に高精度を必要としない。ま
た、利用する電気光学効果もTE、TM両モードへの作
用は符号が異なるだけで絶対値は同じであるのでスイッ
チ電圧は両モードに対して一致する。例えばニオブ酸リ
チウム結晶の場合は、Y板ではTE、TM両モードに対
してそれぞれr12.r22が作用する。そこで本発明
では、スイッチ電圧を一致させるためのテーパ構造は不
要であり、また、印加電圧に対する屈折率変化量が常に
TE、TMモードで一致するので前述のテーパ状の光ス
イッチでは得られないクロストーク特性の優れた電極分
割反転形駆動(Δp反転型)等の構成を採用することが
できる。
この場合には、必要なプロセス精度はさらにゆるくなる
(実施例) 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明による光スイッチの一実施例である偏光
依存性のない方向性結合形光スイッチを示す斜視図であ
る。第3図に示した従来の方向性結合形光スイッチと同
様の形状のLiNbO5基板11上に厚さ数百〜千人で
幅が数〜十数pmのTi膜パターンを熱拡散して形成し
た光導波路12,13が設置され、光方向性結合器14
を構成している。但し、本実施例では第3図と異なり、
LiNbO5基板11は、結晶の光軸(Z)が光導波路
12.13の光透過方向に一致し、かつ、結晶Y軸が基
板表面の法線に、一致するように切り出され整形されて
いる。光導波路12.13上には厚さ1000〜300
0人の5i02膜のバッファ層(第1図では省略)がコ
ーティングされ、その上にAu、AI膜等からなる制御
電極15が設置される。光方向性結合器14の長さはT
M、TEモード両者に対してほぼ完全結合長(通常数m
m〜数十mm)に等しくなるように設定されている。基
本的な動作原理は第3図の例と同様に制御電極15に電
圧を印加することによって2つの光導波路12.13を
伝搬する光波間に位相不整合を生じさせて結合状態を制
御するものである。第2図は第1図の光スイッチの光方
向性結合器14の部分を2軸方向からみた断面図である
。印加電圧により光導波路12.13中に生ずるY軸方
向の電界EYにより光導波路12.13中のTEモード
対してはそれぞれ、δnrrg=+rx2no3Ey、
δn2Tg=−+ri2no”Eyノ屈折率変化が生じ
、光導波路12.13中のTMモードに対してはそれぞ
れδn1TE=−)r22no3Ey、δn2Tg=−
+r22no”Eyの屈折率変化が生ずる。ここでr1
2=−r22であるのでTE。
TM両モードとも光導波路12.13間の等側屈折率の
差即ち非対象性Li 1r22no3Eylとなり、ス
イッチング電圧は両モード一致する。また、r22の値
はr13の十程度であるがテーパ構造が不要であるので
スイッチ電圧は従来のテーパ状のスイッチよりも小さい
また、両モードが関係する屈折率はともに常光屈折率で
あるので電圧0の状態での完全結合長のTM。
TEモード間の違いは従来よりも小さいので、そのプロ
セス上の制御や製作も従来よりも容易である。また、前
述のように、印加電圧による屈折率変化量はTE、TM
モードで一致するので、クロストークを容易に低減でき
るΔp反転形の電極構成を用いることができる。
以上述べたように本発明によれば入射光の偏光状態に対
する依存性がなく、従来よりもスイッチ電圧が低く、製
作の容易な光スイッチが得られる。
なお、本発明において使用する結晶基板は上述の実施例
にとられれるものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光スイッチの実施例を示す斜視図
、第2図は本発明による光スイッチの原理を説明するた
めの図、第3図は従来の光スイッチを示す斜視図である
。 図において、11.31はLiNbO3結晶基板、12
,13,32゜33は光導波路、14.34は光方向性
結合器、15.35は制御電極である。 (1i) 第1図 第2図 1ヒモート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光学的異方性を有する結晶基板上に形成された互
    いに近接した2本の光導波路からなる光方向性結合器と
    該光方向性結合器近傍に設置された制御電極よりなり、
    前記結晶基板の光学軸は前記光導波路の光透過方向に一
    致していることを特徴とする光スイッチ。
  2. (2)結晶基板としてニオブ酸リチウム結晶またはタン
    タル酸リチウム結晶を用いたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の光スイッチ。
  3. (3)結晶基板のY軸が基板表面に垂直な方位を有する
    ことを特長とする特許請求の範囲第2項記載の光スイッ
    チ。
JP30965586A 1986-12-26 1986-12-26 光スイツチ Pending JPS63163432A (ja)

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JP30965586A JPS63163432A (ja) 1986-12-26 1986-12-26 光スイツチ

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ID=17995665

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JP (1) JPS63163432A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04237016A (ja) * 1991-01-22 1992-08-25 Nec Corp 光制御デバイス

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04237016A (ja) * 1991-01-22 1992-08-25 Nec Corp 光制御デバイス

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