JPS63169615A - Optical waveguide gate element - Google Patents

Optical waveguide gate element

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JPS63169615A
JPS63169615A JP121287A JP121287A JPS63169615A JP S63169615 A JPS63169615 A JP S63169615A JP 121287 A JP121287 A JP 121287A JP 121287 A JP121287 A JP 121287A JP S63169615 A JPS63169615 A JP S63169615A
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optical waveguide
waveguide
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Akira Himeno
明 姫野
Morio Kobayashi
盛男 小林
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    • 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
    • G02F1/01Devices 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 intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21Devices 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 intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225Devices 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 intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure

Abstract

PURPOSE:To improve the consistency with other waveguides and to improve light confinement effect and layout freedom by forming a gate element of a quartz single-mode ridge type optical waveguide whose periphery is covered completely with a clad layer. CONSTITUTION:An optical waveguide core which becomes the quart single-mode ridge type optical waveguide forming a branch structure 5, arm optical waveguides 4a and 4b, and a confluence structure 6 on a buffer layer 3 with a low refractive index is covered with a clad layer 3 laminated on a layer 2 with a low refractive index including even the top surface. The gate element is composed of the single-mode ridge type waveguide whose periphery is covered completely with the clad layer and easily coupled easily and excellently with high consistency with other optical waveguides such as an optical fiber. The light confinement effect of the optical waveguide is high and the degree of freedom of layout is increased; and a sharp curvature angle is selected to reduce the size of the circuit and also facilitate integration.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光導波ゲート素子に関する。より詳細には、
光通信や光情報処理等の分野において、光スィッチとし
て有利に用いることのできる新規な素子の構成に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide gate element. More specifically,
The present invention relates to the configuration of a novel element that can be advantageously used as an optical switch in fields such as optical communication and optical information processing.

従来の技術 光導波ゲート素子は、光ファイバや各種の光導波路を伝
播する光信号の断続を行う素子であり、機械的な動作を
するもの或いは各種の光学効果を利用したもの等、多く
の種類の構成が提案されている。
Conventional technology Optical waveguide gate devices are devices that cut and break optical signals propagating through optical fibers and various optical waveguides, and there are many types, including those that operate mechanically and those that utilize various optical effects. The following configuration has been proposed.

第5図は、電気光学効果あるいは熱光学効果を利用して
、可動部分のない光スイツチ動作を実現した公知の光導
波ゲート素子の構成を示すものである。
FIG. 5 shows the structure of a known optical waveguide gate element that utilizes the electro-optic effect or thermo-optic effect to realize optical switch operation without moving parts.

この光導波ゲート素子は、基板10上に形成された光導
波路による光回路20と、この光回路の一部に近接して
設けられ、光導波路の屈折率を制御するための電極30
とから構成されている。
This optical waveguide gate element includes an optical circuit 20 formed on an optical waveguide formed on a substrate 10, and an electrode 30 provided close to a part of the optical circuit for controlling the refractive index of the optical waveguide.
It is composed of.

このような光導波ゲート素子では、光回路20はL+N
bO3基板にTiを熱拡散したりあるいは多成分ガラス
基板にイオン交換によりAg゛を加えることによって形
1戊した埋込み型光導波路によって一般に形成されてい
る。光回路20は、人力ポート11と、人力ポート11
に入射した光信号を2つに分岐する分岐部12と、分岐
部12で分岐された光信号を各々伝播する2本のアーム
光導波路13a 、13bと、更にアーム光導波路13
a 、 13bを伝播した光信号をひとつに合成する光
混合部14と出力ポート15とから形成されている。尚
、電極30は、このアーム光導波路13a 、13b上
に各々設けられている。即ち、電極30は、全屈の光吸
収による導波路中の伝搬光の減衰を避けるために、導波
路上に形成した導波路よりも屈折率の低いバッファ層を
介して、アーム光導波路13a 、 13bの直上に形
成されることが一般的である。
In such an optical waveguide gate element, the optical circuit 20 is L+N
It is generally formed by a buried optical waveguide formed by thermally diffusing Ti into a bO3 substrate or adding Ag by ion exchange to a multicomponent glass substrate. The optical circuit 20 includes a human power port 11 and a human power port 11.
A branching section 12 that branches an optical signal incident on the branching section 12 into two, two arm optical waveguides 13a and 13b that respectively propagate the optical signals branched at the branching section 12, and further an arm optical waveguide 13.
It is formed of an optical mixing section 14 that combines optical signals propagated through channels a and 13b into one, and an output port 15. Note that the electrodes 30 are provided on the arm optical waveguides 13a and 13b, respectively. That is, in order to avoid attenuation of propagating light in the waveguide due to total optical absorption, the electrode 30 connects the arm optical waveguide 13a, Generally, it is formed directly above 13b.

この光導波ゲート素子に入射した光信号は、分岐部12
で2つの光信号に分岐し、各アーム光導波路13a 、
 13bを伝播した後、混合部14て再び合成して出力
される。このとき、アーム光導波路13a113bの光
学長が完全に等しい、あるいは、アーム光導波路の出射
端における伝播光の位相差が2nπ(N=0.1.2・
・・・)である場合は、光信号は混合部14において同
位相で合成され、出力ポート15へ出力される。即ち、
入射した光信号と実質的に等価の光信号が出力されるの
で、光スィッチとして考えればこの状態は“ON”であ
る。
The optical signal incident on this optical waveguide gate element is transmitted to the branching section 12.
branched into two optical signals at each arm optical waveguide 13a,
After propagating through 13b, the signals are combined again in the mixer 14 and output. At this time, the optical lengths of the arm optical waveguides 13a and 113b are completely equal, or the phase difference of the propagating light at the output end of the arm optical waveguide is 2nπ (N=0.1.2·
), the optical signals are combined in the same phase in the mixer 14 and output to the output port 15. That is,
Since an optical signal substantially equivalent to the input optical signal is output, this state is "ON" when considered as an optical switch.

一方、アーム光導波路の出射端における光信号の位本目
差が(2n+1)πである場合は、混合部14において
逆位相の光信号が合成されることになり、光信号の出力
がなくなる。この状態が“OFF ”となる。
On the other hand, when the scale difference of the optical signal at the output end of the arm optical waveguide is (2n+1)π, optical signals of opposite phases are combined in the mixing section 14, and no optical signal is output. This state becomes "OFF".

このように、この光導波ゲート素子では、電極30の一
方に電力を供給することによってその電極に接している
アーム導波路の屈折率を変化し、アーム導波路の実質的
な光学長を制御する。
In this way, in this optical waveguide gate element, by supplying power to one of the electrodes 30, the refractive index of the arm waveguide in contact with that electrode is changed, and the substantial optical length of the arm waveguide is controlled. .

導波路がLiNbO3によって形成されている場合は電
極30により電界を印加して電気光学効果を利用するこ
とによって導波部の屈折率を変化する。
When the waveguide is formed of LiNbO3, the refractive index of the waveguide section is changed by applying an electric field through the electrode 30 and utilizing the electro-optic effect.

尚、図示を省略しているが、この場合は、ある1本の光
導波路を挟んだ1対の電極が必要となる。
Although not shown, in this case, a pair of electrodes sandwiching one optical waveguide are required.

また、光導波路が多成分ガラスによって形成されている
場合には、電極を加熱器として用い、1方の電極の電力
印加による発熱を利用して導波路を加熱し、熱光学効果
による導波路の屈折率変化を利用する。
In addition, when the optical waveguide is formed of multi-component glass, the electrodes are used as heaters, and the heat generated by applying power to one electrode is used to heat the waveguide, and the waveguide is heated by the thermo-optic effect. Utilizes changes in refractive index.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述のような従来の光ゲート素子には、
以下のような問題点があった。
Problems to be Solved by the Invention However, the conventional optical gate device as described above has the following problems:
There were the following problems.

即ち、従来の光ゲート素子の光回路は、埋込み型光導波
路によって構成されている。ところが、埋込み型光導波
路は、一般に熱拡散法、イオン交換法、光照射法あるい
はイオン注入法等によって形成されており、光導波路を
含む層内での、即ち基板に平行な方向の光とじ込め効果
が弱く、光導波路を小さな曲率半径で屈曲させることが
できない。
That is, the optical circuit of the conventional optical gate element is constructed of a buried optical waveguide. However, embedded optical waveguides are generally formed by a thermal diffusion method, an ion exchange method, a light irradiation method, or an ion implantation method, and they are formed by confining light within the layer containing the optical waveguide, that is, in a direction parallel to the substrate. The effect is weak and the optical waveguide cannot be bent with a small radius of curvature.

従って、光ゲート素子の光分岐構造あるいは光合流構造
を形成する際に分岐角度あるいは合流角度を大きくする
ことができない。また、分岐した後の2本のアーム光導
波路に必要な間隔をとるために各光導波路を屈曲させる
必要があるが、この曲がり導波路の曲率半径も小さくす
ることができない。このように、従来の光ゲート素子は
極めて小形化の難しい素子であった。
Therefore, when forming the light branching structure or the light merging structure of the optical gate element, the branching angle or the merging angle cannot be increased. Further, each optical waveguide must be bent in order to provide the necessary spacing between the two arm optical waveguides after branching, but the radius of curvature of this bent waveguide cannot be made small. As described above, conventional optical gate elements are extremely difficult to miniaturize.

更に、光ゲート素子は、実際の使用においては光ファイ
バ等の他の光導波路との接合が必要となる。しかしなが
ら、埋込み型光導波路は、光ファイバ等とは材料並びに
構造が共に異なる光導波路であり、結合は非常に困難で
ある。従って、池の光回路あるいは光回路素子、例えば
光導波路側壁で光を反射させ光路変換を行う、リッジ型
光導波路によって形成された反射曲げ回路(E!1ec
tronicsLetters、Vol、21. pp
1020−1021.1985)等との結合あるいは集
積化が難しいという問題があった。
Furthermore, in actual use, the optical gate element needs to be connected to other optical waveguides such as optical fibers. However, a buried optical waveguide is an optical waveguide whose material and structure are different from those of optical fibers, etc., and coupling thereof is extremely difficult. Therefore, a reflective bending circuit (E!
tronics Letters, Vol. 21. pp
1020-1021.1985), etc., or that it is difficult to integrate them.

また、前述のような構造では、電極用金属層は、実質的
に光導波路に接して形成されるので、金属の光吸収によ
る導波損失も無視することのできない問題である。
Furthermore, in the above structure, since the electrode metal layer is formed substantially in contact with the optical waveguide, waveguide loss due to light absorption by the metal is also a problem that cannot be ignored.

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、小型化あるいは高集債化が可能で他の光素子との結
合が容易な汎用性に冨む新規な光ゲートs子を提供する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a novel optical gate element that can be miniaturized or have a high concentration, and is easy to combine with other optical elements and has a lot of versatility. It is about providing.

問題点を解決するための手段 即ち、本発明に従い、分岐部によって2つに分岐された
人力光信号をそれぞれ伝播する1対のアーム光導波路と
、該1対のアーム光導波路の出射端に結合され、該−1
対のアーム光導波路を伝播した後出射される光信号をひ
とつに合成する光混合部とを備える光導波路が、平面基
板上に形成されて構成された光回路と、前記1対のアー
ム光導波路の少なくとも一方の側部に近接して設けられ
、該一方のアーム光導波路の光学長を変化させるだめの
電極手段とを備えた光導波ゲート素子であって、前記光
回路が、前記光導波路よりも屈折率の低いバッファ層を
介して前記平面基板上に形成され、更に、該光導波路の
上面および側面が該光導波路よりも屈折率の低いクラッ
ド層によって被覆されている石英系単一モードリッジ型
光導波路によって形成されていることを特徴とする光導
波ゲート素子が提供される。
Means for solving the problem, that is, according to the present invention, a pair of arm optical waveguides each propagating a human-powered optical signal split into two by a branching part, and coupling to the output ends of the pair of arm optical waveguides. and -1
An optical circuit configured by forming an optical waveguide on a flat substrate, including an optical mixing unit that combines optical signals emitted after propagating through the pair of arm optical waveguides into one, and the pair of arm optical waveguides. and electrode means for changing the optical length of the one arm optical waveguide, the optical circuit being further away from the optical waveguide. A silica-based single mode ridge is formed on the planar substrate via a buffer layer having a low refractive index, and further, the upper surface and side surfaces of the optical waveguide are covered with a cladding layer having a lower refractive index than the optical waveguide. An optical waveguide gate element is provided, which is characterized in that it is formed by a type optical waveguide.

尚、ここでリッジ型光導波路とは、基板上に、GaAs
、 H”  ドーズしたGaAs5Ti拡散LiNbO
3等の導波路材料によって3次元的に形成した光導波路
を意味する。
Note that the ridge type optical waveguide here refers to GaAs on the substrate.
, H” dosed GaAs5Ti diffused LiNbO
It means an optical waveguide three-dimensionally formed using a waveguide material such as No. 3.

作用 本発明に従う光導波ゲート米子は、その光回路を、クラ
ッド層で完全に周囲を覆われた石英系の単一モードリッ
ジ型光導波路によって形成していることをその主要な特
徴としている。
The main feature of the optical waveguide gate Yonago according to the present invention is that its optical circuit is formed by a quartz-based single mode ridge type optical waveguide completely surrounded by a cladding layer.

即ち、リッジ型光導波路は、イオンエツチング法あるい
は化学エツチング法によって形成することができるが、
この際にフォトリソグラフィー技術を利用することによ
って極めて微細な加工が可能である。
That is, the ridge type optical waveguide can be formed by an ion etching method or a chemical etching method.
At this time, extremely fine processing is possible by using photolithography technology.

また、光導波路を形成する前に、基板と光導波路との間
に光導波路よりも屈折率の低い物質によってバッファ層
を形成すると共に、やはり光導波路よりも屈折率の低い
材料のクラッド層によって光導波路の表面を覆い、特に
基板と平行な方向での光閉じ込め効果が画期的に改善さ
れた光導波路を形成することができる。従って、光回路
の光分岐構造あるいは光合流構造を形成する際に、比較
的大きな分岐あるいは合流角度を選択することが可能で
あり、また光導波路を比較的小さな曲率半径て屈曲する
ことも可能となる。こうして、本発明に従う光導波ゲー
ト素子では、集積化に有利なレイアウトを広い範囲で選
択することが可能になる。             
     −更に、光導波路を石英系の材料によって構
成しているので、他のりッジ型光導波路による光回路、
殊に光ファイバ等との接続が極めて容易となる。
Furthermore, before forming the optical waveguide, a buffer layer is formed between the substrate and the optical waveguide using a material with a refractive index lower than that of the optical waveguide, and a cladding layer made of a material also having a lower refractive index than the optical waveguide is used to guide the optical waveguide. By covering the surface of the waveguide, it is possible to form an optical waveguide with dramatically improved light confinement effect, especially in the direction parallel to the substrate. Therefore, when forming an optical branching structure or an optical merging structure of an optical circuit, it is possible to select a relatively large branching or merging angle, and it is also possible to bend the optical waveguide with a relatively small radius of curvature. Become. In this way, in the optical waveguide gate device according to the present invention, a layout that is advantageous for integration can be selected from a wide range.
-Furthermore, since the optical waveguide is made of quartz-based material, it is possible to
In particular, connection with optical fibers etc. becomes extremely easy.

また更に、本発明に従う光導波ゲート素子の構造では、
電界印加手段あるいは加熱手段としての電極は前述のク
ラッド層の外側に配置されるので、導波路内を伝播する
光信号はクラッド層によって電極との間を光学的に遮断
されており、電極材料の光吸収による伝播光信号の損失
についても大きく改善される効果がある。
Furthermore, in the structure of the optical waveguide gate element according to the present invention,
Since the electrodes serving as electric field application means or heating means are placed outside the cladding layer, the optical signal propagating within the waveguide is optically blocked from the electrodes by the cladding layer, and the electrode material is This also has the effect of greatly improving the loss of propagating optical signals due to optical absorption.

実施例 以下に図面を参照して本発明をより具体的に説明するが
、以下に開示するものは本発明の一実施例に過ぎず、本
発明の技術的範囲を同等限定するものではない。  ′ 第1図は、本発明に従って構成された光導波ゲート素子
の構成を示す斜視図である。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings, but what is disclosed below is only one example of the present invention and does not similarly limit the technical scope of the present invention. ' FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an optical waveguide gate element constructed according to the present invention.

この光導波ゲート素子は、Si基板1上に形成されてい
る。光導波コア4は、Sl基板1上にバッファ層2を介
して形成され、更にクラッド層3によって覆われている
。尚、第1図では図の手前側(光導波コア4の断面が見
えている側)を入射端としている。
This optical waveguide gate element is formed on a Si substrate 1. The optical waveguide core 4 is formed on the Sl substrate 1 with a buffer layer 2 interposed therebetween, and is further covered with a cladding layer 3. In FIG. 1, the front side of the figure (the side where the cross section of the optical waveguide core 4 is visible) is defined as the incident end.

光導波コア4は、図示の如(、入射後に分岐構造5を形
成して2本のアーム光導波路4aおよび4bに結合され
ている。アーム光導波路4aおよび4bは、他端で再び
合流構造6を形成している。
As shown in the figure, the optical waveguide core 4 forms a branching structure 5 after incidence and is coupled to two arm optical waveguides 4a and 4b. is formed.

また、アーム光導波路4aおよび4bの側部には各々独
立した導体薄膜層7a、7b、7cが形成されており、
特に導体薄膜層7a、7cの何れかは、図示していない
電力供給手段によって通電することができるように構成
されている。
Furthermore, independent conductor thin film layers 7a, 7b, and 7c are formed on the sides of the arm optical waveguides 4a and 4b, respectively.
In particular, either of the conductor thin film layers 7a, 7c is configured to be energized by a power supply means (not shown).

このような光導波ゲート素子は以下のようにして作製し
た。尚、製造の手順を概略的に第2図(a)乃至(d)
に示す。
Such an optical waveguide gate element was manufactured as follows. The manufacturing procedure is schematically shown in Figures 2 (a) to (d).
Shown below.

即ち、まず5ICIAを原料とし、H2および02を燃
焼ガスとする火炎直接堆積法によって、第2図(a)に
示すように、Si基板1上にバッファ層2並びに光導波
コア層4′ よりなる2層のプレーナ石英系光導波膜を
作製する。このとき、バッファ層2並びに光導波コア層
4” の厚さは、各々26μm、8μmとした。
That is, first, as shown in FIG. 2(a), a buffer layer 2 and an optical waveguide core layer 4' are formed on a Si substrate 1 by a flame direct deposition method using 5ICIA as a raw material and H2 and 02 as combustion gases. A two-layer planar quartz-based optical waveguide film is fabricated. At this time, the thicknesses of the buffer layer 2 and the optical waveguide core layer 4'' were 26 μm and 8 μm, respectively.

次に、光分岐構造5、光合流構造6並びにアーム光導波
路4a、4bを含む光導波路パターンをフォトリングラ
フィ技術によってプレーナ光導波路上に転写し、第2図
ら)に示すように、C2F gガスを主成分とする反応
性イオンエツチング法によってコア層4゛  の不要部
分を除去する。尚、光導波路コアの幅は8μmとした。
Next, the optical waveguide pattern including the optical branching structure 5, the optical combining structure 6, and the arm optical waveguides 4a and 4b is transferred onto the planar optical waveguide by photolithography technology, and as shown in FIG. Unnecessary portions of the core layer 4' are removed by reactive ion etching using as a main component. Note that the width of the optical waveguide core was 8 μm.

続いて、第2図(C)に示すように、CVD法によって
厚さ3μmのクラッド層3をコア層4の少なくとも上面
及び側面に形成する。実際には、光導波コアパターンを
含む基板上の全てをクラッド層によって覆っても差し支
えなく、作製は容易である。このとき、バッファ層2と
クラッド層3との屈折率は等しく、また、これらとコア
層4との比屈折率差は0,3%とした。こうして形成さ
れたバッファ層2並びにクラッド層3は、併せてコア層
4を包囲しいわゆるクラッドとして作用する。尚、バッ
ファ層2は、コア層4を通る光がSi基板1によって吸
収されることを防止する機能も有している。
Subsequently, as shown in FIG. 2(C), a cladding layer 3 having a thickness of 3 μm is formed on at least the upper surface and side surfaces of the core layer 4 by CVD. In fact, the entire substrate including the optical waveguide core pattern may be covered with a cladding layer, and the fabrication is easy. At this time, the buffer layer 2 and the cladding layer 3 had the same refractive index, and the relative refractive index difference between them and the core layer 4 was 0.3%. The buffer layer 2 and cladding layer 3 thus formed surround the core layer 4 and function as a so-called cladding. Note that the buffer layer 2 also has a function of preventing light passing through the core layer 4 from being absorbed by the Si substrate 1.

こうして形成された基板1並びに光導波路4上に、第2
図(d)に示すように、クロム層7′ を真空蒸着法に
より形成し、このクロム層7′ から、フォトリソグラ
フィ法によって不要部分を除去し、導体層7a、7b、
7cを形成する。こうして、第1図に示すような光導波
ゲート素子が完成する。
On the substrate 1 and optical waveguide 4 thus formed, a second
As shown in Figure (d), a chromium layer 7' is formed by vacuum evaporation, unnecessary parts are removed from this chromium layer 7' by photolithography, and conductor layers 7a, 7b,
Form 7c. In this way, an optical waveguide gate element as shown in FIG. 1 is completed.

二の光導波ゲート素子には、大別して2つのタイプがあ
る。即ち、後述するように、導体層に通電した場合に光
の伝播が阻止されるタイプと、導体層に通電した場合に
光が伝播するタイプである。
There are roughly two types of optical waveguide gate elements. That is, as will be described later, there are two types: a type in which light propagation is blocked when the conductor layer is energized, and a type in which light propagates when the conductor layer is energized.

まず前者について述べる。導体層に通電した場合に光の
伝播が阻止されるタイプとは、即ち、電力無印加時のア
ーム光導波路4aと4bとの光学長が等しい、あるいは
アーム光導波路の出射端における伝播光の位相差が2n
π(N=0.1.2・・・・)となる場合である。従っ
て、入射した光信号は分岐構造5で分岐し、それぞれア
ーム光導波路4a、4bを伝播した後、光混合構造6で
同位相で合成され、実質的に入射した光信号と等価の光
信号を出力する。
First, I will discuss the former. The type in which the propagation of light is blocked when electricity is applied to the conductor layer means that the optical lengths of the arm optical waveguides 4a and 4b are equal when no power is applied, or the position of the propagating light at the output end of the arm optical waveguide is the same. Phase difference is 2n
This is a case where π (N=0.1.2...). Therefore, the incident optical signal is branched by the branching structure 5, propagated through the arm optical waveguides 4a and 4b, and then synthesized in the same phase by the optical mixing structure 6, producing an optical signal substantially equivalent to the incident optical signal. Output.

この状態で、薄膜導体7aの1端から他端へ電流を流す
と、電気抵抗のために薄膜導体7aは発熱し、アーム導
波路4aの温度が上昇する。アーム光導波路4aの温度
が上昇すると、熱光学効果によって屈折率が上昇する。
In this state, when a current is passed from one end of the thin film conductor 7a to the other end, the thin film conductor 7a generates heat due to electrical resistance, and the temperature of the arm waveguide 4a rises. When the temperature of the arm optical waveguide 4a increases, the refractive index increases due to the thermo-optic effect.

光導波路の光学長は物理的実効長と屈折率の積で表わさ
れるので、この場合はアーム光導波路4aの光学長が延
びたことになる。尚、このとき電流の流れていない薄膜
導体7bおよび7cは、放熱器として熱を放散するので
、アーム導波路13bの光学長は変化しない。
Since the optical length of the optical waveguide is expressed as the product of the physical effective length and the refractive index, in this case, the optical length of the arm optical waveguide 4a is increased. Note that at this time, the thin film conductors 7b and 7c through which current is not flowing act as radiators and radiate heat, so the optical length of the arm waveguide 13b does not change.

こうして、アーム導波路4aの光学長のみが変化し、2
本のアーム光導波路4a、4bの光学長差が (+A+n)λ 〔λ:信号光の波長〕〔n:0または
整数〕 となったとき、光信号は混合部6において逆位相で合成
されるので、放射モードとなって出力ポートには現れな
くなる。
In this way, only the optical length of the arm waveguide 4a changes, and 2
When the optical length difference between the main arm optical waveguides 4a and 4b becomes (+A+n)λ [λ: wavelength of signal light] [n: 0 or an integer], the optical signals are combined in opposite phases in the mixing section 6. Therefore, it becomes a radiation mode and does not appear at the output port.

このような、導体薄膜に対する電力印加と、出力される
光信号との関係を第3図に実線で示した。
The relationship between the power applied to the conductive thin film and the output optical signal is shown by a solid line in FIG.

第3図から0.8W時に光出力が最小となるOFF状態
が得られた。光出力の0N10FF状態の比消光比は3
0dB、ON状態での過剰挿入損失は3dBであった。
From FIG. 3, an OFF state in which the optical output is minimum was obtained at 0.8 W. The specific extinction ratio in the 0N10FF state of optical output is 3
0 dB, the excess insertion loss in the ON state was 3 dB.

尚、この実験に用いた信号光の波長は1.3 μmであ
る。
Note that the wavelength of the signal light used in this experiment was 1.3 μm.

また、前記した第2のタイプの光導波ゲート素子、即ち
、光スィッチに電力を供給した場合に出力がOFFとな
るような光導波ゲート素子も作製した。この素子では、
アーム導波路4a、4bの光学長に、(+A+n)λ 
〔λ:信号光の波長〕〔n:0または整数〕 となるような差を予め設けた回路となる。尚、本実験で
は信号光の波長1.3μmと、屈折率1.45と差を設
けた。
Furthermore, an optical waveguide gate element of the second type described above, that is, an optical waveguide gate element whose output is turned off when power is supplied to the optical switch, was also fabricated. In this element,
The optical length of arm waveguides 4a and 4b is (+A+n)λ
[λ: Wavelength of signal light] [n: 0 or an integer] A circuit is created in which a difference is provided in advance such that [λ: wavelength of signal light] [n: 0 or an integer]. In this experiment, a difference was set between the signal light wavelength of 1.3 μm and the refractive index of 1.45.

この光導波ゲート素子の動作を、第3図に点線で示した
。即ち、印加電力QWのときOFF状態が、0,8Wの
ときON状態が得られたことが分かる。消光比、過剰挿
入損失は前の実施例と略同等であった。また、薄膜導体
は、光導波路の側方に離れて形成されているため、金属
の光吸収に伴う損失は殆ど観測されなかった。
The operation of this optical waveguide gate element is shown by dotted lines in FIG. That is, it can be seen that an OFF state was obtained when the applied power was QW, and an ON state was obtained when the applied power was 0.8W. The extinction ratio and excess insertion loss were approximately the same as in the previous example. Furthermore, since the thin film conductor was formed apart from the side of the optical waveguide, almost no loss due to light absorption by the metal was observed.

尚、本実施例では薄膜導体として真空蒸着したクロムを
用いた例で説明したが、他の金属またはアモルファスシ
リコン等の電気を通す導体であれば、他の材料であって
も良い。
Although this embodiment has been described using vacuum-deposited chromium as the thin film conductor, other materials may be used as long as they are conductors that conduct electricity, such as other metals or amorphous silicon.

また、本実施例では、電極の発熱による熱光学効果を利
用した光導波ゲート素子について説明したが、本発明の
範囲内で、電気光学効果を利用した光導波ゲート素子を
構成し得ることはいうまでもない。第1図に示した構造
で、このような動作をさせる場合は、電極7aあるいは
7bの何れか一方と中央の電極7Cとを用いることによ
って、アーム光導波路4aあるいは4bのいずれかに電
界を印加することができる。
Further, in this embodiment, an optical waveguide gate element that utilizes the thermo-optic effect due to heat generation of the electrodes has been described, but it is possible to configure an optical waveguide gate element that utilizes the electro-optic effect within the scope of the present invention. Not even. When performing such an operation with the structure shown in FIG. 1, an electric field is applied to either the arm optical waveguide 4a or 4b by using either the electrode 7a or 7b and the central electrode 7C. can do.

第4図は、上述のような光導波ゲート素子を用いた2×
2ゲートマ) IJソックスイッチの構成例を示してい
る。
Figure 4 shows a 2×
2 Gate Master) An example of the configuration of an IJ sock switch is shown.

この回路は、石英系リッジ型単一モード光導波路を基本
として構成されており、光分岐回路45a145b1光
導波ゲート素子46a〜46d1光導波反射曲げ回路4
7 a 〜47 e、及び光合流口路48a、48bに
よって構成されている。
This circuit is basically configured with a silica-based ridge type single mode optical waveguide, and includes optical branch circuits 45a145b1 optical waveguide gate elements 46a to 46d1 optical waveguide reflection bending circuit 4
7a to 47e, and optical confluence ports 48a and 48b.

ここで光ゲート素子468〜46dは、各々第1図に示
した光ゲート素子と同じ構成で、電力を印加した時に光
信号を出力するタイプを用いている。
Here, each of the optical gate elements 468 to 46d has the same configuration as the optical gate element shown in FIG. 1, and is of a type that outputs an optical signal when power is applied.

尚、隣接しているこれらの光ゲート素子において、例え
ば光ゲート素子46bの薄膜導体44bと光ゲート素子
46aの薄膜導体44aとは僅かな間隔で近接している
が、ヒータとして動作していない薄膜導体は放熱器とし
て作用するので、隣接した光導波ゲート素子が互いに異
なる動作をしても、相互の影響は極めて小さい。
Note that among these adjacent optical gate elements, for example, the thin film conductor 44b of the optical gate element 46b and the thin film conductor 44a of the optical gate element 46a are close to each other with a small distance, but the thin film conductor 44b of the optical gate element 46b and the thin film conductor 44a of the optical gate element 46a are close to each other with a small distance. Since the conductor acts as a heat sink, even if adjacent optical waveguide gate elements operate differently from each other, their influence on each other is extremely small.

このように構成されたゲートマトリックススイッチにお
いて、例えば■、に入力した光信号を01に出力するに
は、光導波ゲート素子46aのみをONとすれば良い。
In the gate matrix switch configured in this manner, for example, in order to output the optical signal inputted to ① to 01, it is sufficient to turn on only the optical waveguide gate element 46a.

尚、光分岐回路45a、45b並びに光合流口路18a
1bには通常槽やかな曲率を持つ曲がり導波路が用いら
れるが、本発明の光導波ゲート回路の光回路と同様に、
クラッド層を備えたリッジ型の導波路を用いることによ
って曲率半径を小さくし、回路寸法を縮少することがで
きる。
In addition, the optical branch circuits 45a, 45b and the optical junction path 18a
A curved waveguide with a slight curvature is normally used for 1b, but like the optical circuit of the optical waveguide gate circuit of the present invention,
By using a ridge-type waveguide with a cladding layer, the radius of curvature can be reduced and the circuit size can be reduced.

また、反射曲げ導波路47a〜47eにも同様の光導波
路を利用することによって回路全体を容易に高集積化す
ることができる。
Further, by using similar optical waveguides for the reflective bent waveguides 47a to 47e, the entire circuit can be easily highly integrated.

このように本発明の光導波ゲート素子は、他の光回路と
の組み合せ集積化に適しており、より高機能な光ICが
実現できる。
As described above, the optical waveguide gate element of the present invention is suitable for combination integration with other optical circuits, and a more highly functional optical IC can be realized.

発明の効果 以上詳述したように、本発明に従う光導波ゲート素子は
、その光回路を石英系単一モード先導路によって形成し
ているので、光ファイバ等の他の光導波路との材料並び
に構造の整合性が良く、結合が極めて容易である。
Effects of the Invention As detailed above, the optical waveguide gate element according to the present invention has its optical circuit formed by a silica-based single mode guiding path, so that it is compatible with other optical waveguides such as optical fibers in terms of material and structure. It has good consistency and is extremely easy to combine.

また、クラッド層で完全に囲まれたりッジ型導波構造を
用いているので、光導波路の光の閉じ込め効果が高く、
導波路のレイアウトの自由度が極めて高い。即ち、光導
波路の屈曲部、分岐部等において、小さな曲率半径や急
峻な角度を選択することができるので、回路の小型化に
極めて有利である。
In addition, since the optical waveguide is completely surrounded by a cladding layer and uses a wedge-type waveguide structure, the light confinement effect of the optical waveguide is high.
Extremely high degree of freedom in waveguide layout. That is, it is possible to select a small radius of curvature or a steep angle at the bent portion, branched portion, etc. of the optical waveguide, which is extremely advantageous for miniaturizing the circuit.

これらの有利な特性によって、本発明に従う光導波ゲー
ト素子は他の光回路との組み合せ集積化に適しており、
より高機能な光ICを実現することができる。
Due to these advantageous properties, the optical waveguide gate device according to the present invention is suitable for combinatorial integration with other optical circuits,
A more highly functional optical IC can be realized.

また、光ゲート駆動用の薄膜導体が光導波路から離れて
形成されているので、金属の吸収による損失増加がほと
んどなく、挿入損失が小さい等、ゲート素子としても優
れた特性を有している。
Furthermore, since the thin film conductor for driving the optical gate is formed apart from the optical waveguide, there is almost no increase in loss due to metal absorption, and it has excellent characteristics as a gate element, such as low insertion loss.

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

第1図は、本発明に従って構成された光導波ゲート素子
の構成を概略的に示す斜視図であり、第2図(a)乃至
(d)は、第1図に示した光導波ゲート素子の製造工程
を工程を追って示す図であり、第3図は、第1図に示し
た光導波ゲート素子の動作を示すグラフであり、 第4図は、第1図に示した光導波ゲート素子を利用して
構成した2×2ゲートマトリツクススイツチの構成を概
略的に示す図であり、 第5図は、従来の光導波ゲート素子の構成を示す斜視図
である。 (主な参照番号) 1・・・基板、   2・・・バッファ層、3・・・ク
ラッド層、4・・・光導波コア、4′ ・・光導波コア
層、 4a、4b・・・アーム光導波路、 5・・・分岐構造、 6・・・合流構造、7a、7b、
7C・・・導体薄膜層、 7′ ・・クロム層、 10・・・基板、11・・・人
力ポート、12・・・分岐部、13a 、 13b  
・・・アーム光導波路、14・・・光混合部、 15・
・・出力ボート、20・・・光回路、  30・・・電
極、44a、44b・・・薄膜導体、 45a、45b・・・光分岐部、
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of an optical waveguide gate element constructed according to the present invention, and FIGS. 2(a) to (d) are views of the optical waveguide gate element shown in FIG. 3 is a graph showing the operation of the optical waveguide gate element shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a graph showing the operation of the optical waveguide gate element shown in FIG. 1. FIG. 5 is a diagram schematically showing the structure of a 2×2 gate matrix switch constructed using the present invention, and FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a conventional optical waveguide gate element. (Main reference numbers) 1... Substrate, 2... Buffer layer, 3... Clad layer, 4... Optical waveguide core, 4'... Optical waveguide core layer, 4a, 4b... Arm Optical waveguide, 5...branch structure, 6...merging structure, 7a, 7b,
7C...Conductor thin film layer, 7'...Chromium layer, 10...Substrate, 11...Manpower port, 12...Branch portion, 13a, 13b
... Arm optical waveguide, 14... Optical mixing section, 15.
... Output boat, 20... Optical circuit, 30... Electrode, 44a, 44b... Thin film conductor, 45a, 45b... Optical branching section,

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)分岐部によって2つに分岐された入力光信号をそ
れぞれ伝播する1対のアーム光導波路と、該1対のアー
ム光導波路の出射端に結合され、該1対のアーム光導波
路を伝播した後出射される光信号をひとつに合成する光
混合部とを備える光導波路が、平面基板上に形成されて
構成された光回路と、 前記1対のアーム光導波路の少なくとも一方の側部に近
接して設けられ、該一方のアーム光導波路の光学長を変
化させるための電極手段と を備えた光導波ゲート素子であって、 前記光回路が、前記光導波路よりも屈折率の低いバッフ
ァ層を介して前記平面基板上に形成され、更に、該光導
波路の上面および側面が該光導波路よりも屈折率の低い
クラッド層によって被覆されている石英系単一モードリ
ッジ型光導波路によって形成されていることを特徴とす
る光導波ゲート素子。
(1) A pair of arm optical waveguides each propagating an input optical signal split into two by a branching part, and coupled to the output end of the pair of arm optical waveguides and propagating through the pair of arm optical waveguides. an optical circuit formed on a flat substrate, and an optical waveguide including an optical mixing unit that combines the optical signals emitted after the optical signals are combined into one; an optical waveguide gate element provided with electrode means for changing the optical length of the one arm optical waveguide, the optical circuit being provided with a buffer layer having a lower refractive index than the optical waveguide; A silica-based single mode ridge optical waveguide is formed on the planar substrate via the optical waveguide, and the upper and side surfaces of the optical waveguide are covered with a cladding layer having a lower refractive index than that of the optical waveguide. An optical waveguide gate element characterized by:
(2)前記電極手段が、前記平面基板上に形成された導
体薄膜であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載の光導波ゲート素子。
(2) The optical waveguide gate element according to claim 1, wherein the electrode means is a conductive thin film formed on the flat substrate.
(3)前記電極手段が、動作時に加熱器として作用する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第2項に記
載の光導波ゲート素子。
(3) The optical waveguide gate device according to any one of claims 1 to 2, wherein the electrode means acts as a heater during operation.
(4)前記電極手段が、非動作時に放熱器として作用す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項に
記載の光導波ゲート素子。
(4) The optical waveguide gate device according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode means acts as a heat sink when not in operation.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005077987A (en) * 2003-09-03 2005-03-24 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Optical modulator

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