KR20030089492A - 도파로형 액정 광 스위치 - Google Patents

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KR20030089492A
KR20030089492A KR10-2003-0031080A KR20030031080A KR20030089492A KR 20030089492 A KR20030089492 A KR 20030089492A KR 20030031080 A KR20030031080 A KR 20030031080A KR 20030089492 A KR20030089492 A KR 20030089492A
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가와모토신지
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닛뽄 시트 글래스 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 저 소비 전력, 저 삽입 손실, 저렴하고 또한 무편파 의존성의 광 스위치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 그것을 위한 수단으로서, 한 쌍의 근접하는 제 1 코어 및 제 2 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고, 제 1 코어 또는 제 2 코어의 한쪽에 광을 입사하고, 양 코어 사이에서 상기 입사한 광의 광로의 전환을 행하는 광 스위치로서, 제 1 코어 및 제 2 코어로부터 소정 거리 이간하고, 제 1 코어와 제 2 코어에 끼우는 공간을 덮도록 마련되고, 또한 배향막에 의해 소정 방향으로 배향된 네마틱 액정을 충전하여 이루어지는 제 3 코어와, 제 3 코어의 제 1 코어 및 제 2 코어와는 반대측에 제 1 코어와 제 2 코어와의 간극 부분을 덮도록 배치되는 제 1 전극과, 제 1 전극을 끼워 쌍을 이루어 배치되고, 또한 배향막의 배향 방향과 직교하는 방향으로 액정 분자를 배향시키는 제 2 전극 및 제 3 전극과, 제 1 코어, 제 2 코어, 제 3 코어 및 각 전극을 일괄하여 포위하는 클래드를 구비하는 도파로형 액정 광 스위치.

Description

도파로형 액정 광 스위치{WAVEGUIDE TYPE LIQUID CRYSTAL OPTICAL SWITCH}
본 발명은, 광 통신 시스템에 이용되는 광 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도파로 사이에서의 광로의 전환을 액정에 의해 제어하는 도파로형 액정 광 스위치에 관한 것이다.
(종래의 기술)
광 통신은, 대량의 정보를 고속으로 송수신할 수 있기 때문에, 근래에는 일반 가정에도 보급되고 있다. 이 광 통신은 광 파이버에 의한 전송 시스템이지만, 각 단말에 광 신호를 분배하기 위해, 파이버형의 광 커플러나 광 도파로형의 광합 분기기, 광합 분파기, 광 스위치 등 다양한 광 부품의 개발이 이루어지고 있다.
이들 중에서, 광 스위치는 광 선로의 전환 기능을 갖고 있고, 광 통신용 교환기로서 중요하게 되어 있다. 광 통신용으로 이용되는 광 스위치는 종래, 다양한 것이 공지되어 있지만, 그 중 광 도파로를 사용하고, 각종의 물리 현상을 이용하여 광의 전반 경로를 전환하는 방식은, 기계적인 가동부를 갖지 않기 때문에, 신뢰성이 높고, 고속이라는 이점을 갖는다. 이와 같은 방식으로서, 예를 들면, 전기 광학 효과 또는 음향 광학 효과를 갖는 LiNbO3등의 유전체 결정 도파로, 캐리어 주입을 이용한 반도체 도파로, 열 광학 효과를 이용한 실리카계 도파로 등을 이용한 광 스위치가 공지되어 있다.
또한, 마찬가지의 광 도파로를 구비하는 광 스위치에 있어서, 액정을 이용한 것도 공지되어 있다. 액정은, 전계 인가에 의해 굴절율이 변화하는 넓은 뜻의 전기 광학 효과를 갖는다. 또한, 저전압으로 구동이 가능한 것, 디스플레이 등에서 실적이 있는 것과 같이 신뢰성이 높은 것, 생산성도 높게 저가격화도 가능한 것 등의 특성을 갖는다. 이와 같은 도파로형 액정 광 스위치로서, 예를 들면, 일본 특개평5-165068호 공보에는, 하층 클래드상에 2개의 평행하고, 그 일부가 접근한 결합 부분을 구비한 싱글 모드 광 코어 패턴을 형성하고, 또한 결합 부분의 하층 클래드상에 하부 전극을 형성하고, 결합 부분을 배향한 액정으로 채운, 상부 전극을 갖는 유리판으로 밀봉한 구성의 도파로형 액정 광 스위치가 기재되어 있다.
그러나, 이 도파로형 액정 광 스위치에서는, 하층 클래드의 거의 전체를 덮도록 액정 및 전극이 형성되어 있기 때문에, 클래드가 넓은 범위에서 굴절율이 변화하여 도파 모드에 혼란이 생기고, 스위치로서는 치명적이라고도 할 수 있을 만큼 큰 크로스토크가 발생하여 버린다. 게다가, 도파로 코어의 결합 부분도 그 3면이 액정에 접하여 있기 때문에, 소정 방향으로 배향되지 않은 액정 분자가 있으면, 그것에 의한 산란 손실도 커진다. 또한, 하부 전극이 도파로의 결합 부분의 매우 가갑게 존재하기 때문에, 하부 전극에 의한 손실이 상당히 커진다. 또한, 전극이 상하 한 쌍밖에 배치할 수 없는 구조이기 때문에, 편파(偏波) 의존성이 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 저소비 전력, 저가격 및 고신뢰성이라는 이점을 갖는 도파로형 액정 광 스위치에 있어서, 크로스토크나 삽입 손실을 개선하고, 또한 편파 의존성이 없는 도파로형 액정 광 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 한 쌍의 근접하는 제 1 코어 및 제 2 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고, 제 1 코어 또는 제 2 코어의 한쪽에 광을 입사하고, 양 코어 사이에서 상기 입사한 광의 광로의 전환을 행하는 광 스위치로서,제 1 코어 및 제 2 코어로부터 소정 거리 이간하고, 제 1 코어와 제 2 코어로 끼우는 공간을 덮도록 마련되고, 또한 배향막에 의해 소정 방향으로 배향된 네마틱 액정을 충전하여 이루어지는 제 3 코어와, 제 3 코어의 제 1 코어 및 제 2 코어와는 반대측에 제 1 코어와 제 2 코어와의 간극 부분을 덮도록 배치되는 제 1 전극과, 제 1 전극을 끼우고 쌍을 이루어 배치되고, 또한 배향막의 배향 방향과 직교하는 방향으로 액정 분자를 배향시키는 제 2 전극 및 제 3 전극과, 제 1 코어, 제 2 코어, 제 3 코어 및 각 전극을 일괄하여 포위하는 클래드를 구비하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광 스위치를 제공한다.
도 1은 본 발명에 관한 도파로형 액정 광 스위치의 한 실시 형태를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 선 A-A의 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 도파로형 액정 광 스위치에서의 광로의 전환 상태의 한 예를 도시한 평면도.
도 4는 도 1에 도시한 도파로형 액정 광 스위치에 의한 광로 전환의 원리를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 A모드 결합(A) 또는 B모드 결합(B)에 의한, 각 코어 내의 광 강도의 변화를 측정한 결과를 도시한 도면.
도 6은 A모드 결합 및 B모드 결합의 도파로형 액정 광 스위치의 설계예를 설명하기 위한 평면도(A) 및 단면도(B).
도 7은 상하 클래드의 굴절율 차에 의한 코어 내의 광 강도의 변화를 측정하기 위해 이용한 도파로형 액정 광 스위치의 설계예(A) 및 상하 클래드의 굴절율 차와 코어 내의 광 강도의 변화를 측정한 결과를 도시한 도면(B).
도 8은 본 발명의 도파로형 액정 광 스위치를 4개 접속하여 구성되는 더블게이트형 광 스위치를 도시한 평면도.
도 9는 본 발명의 도파로형 액정 광 스위치를 2개 접속하여 구성되는 더블 게이트 형 광 스위치를 도시한 평면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1A : 제 1 코어 1B : 제 2 코어
3 : 클래드 3A : 상 클래드
3B : 하 클래드 4 : 제 3 코어
6A : 제 2 전극 6B : 제 1 전극
6C : 제 3 전극 7A, 7B : 배향 막
8A : 상 기판 8B : 하 기판
10 : 도파로형 액정 광 스위치 11 : 광학 접착제
이하, 본 발명에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(도파로형 액정 광 스위치)
도 1은 본 발명에 관한 도파로형 액정 광 스위치(10)의 한 실시 형태를 도시한, 코어측(도 2의 아래쪽 측)으로부터 본 평면도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 도파로형 액정 광 스위치(10)는, 상 기판(8A)과 하 기판(8B)으로 2분할되고, 하 기판(8B)에는, 그 축선 방향에 따라 제 1 코어(1A) 및 제 2 코어(1B)가 표면으로부터 소정 깊이의 위치에 매설되어 있다. 제 1 코어(1A), 제 2 코어(1B)는, 중앙 부분에서 소정 길이에 걸쳐서 접근하여 평행하게 되어 있고, 양 단연(端緣)을 향하여 점차 간격이 넓게 되어 있다. 이 접근 평행 부분이, 소위 방향성 결합기를 형성한다.
상 기판(8A) 및 하 기판(8B)은, 제 1 코어(1A), 제2의 코어(1B)를 형성하는 재료보다 낮은 굴절율을 갖는 재료로 형성되고, 예를 들면, 굴절율 1.523의 (SiO2-TiO2)로 할 수 있다. 한편, 제 1 코어(1A), 제2의 코어(1B)는, 예를 들면, 굴절율 1.530의 (SiCl4-TiCl4)로 할 수 있다.
상 기판(8A)의 하 기판(8B)과 대향하는 측의 표면에는, 제 1 코어(1A)와 제 2 코어(1B)로 끼워지는 공간을 덮도록, 단면 사각형의 오목부가 줄무늬 형상으로 형성되어 있다. 이 오목부의 저부에는 배향막(7A)이 형성되어 있고, 그 위에 네마틱 액정이 충전된다. 하 기판(8B)에는, 그 전체면을 덮도록 배향막(7B)이 마련되어 있고, 상 기판(8A)과 하 기판(8B)을 적당한 광학 접착제(11)로 접합하여 일체화 함에 의해 네마틱 액정을 밀봉하고, 제 3 코어(4)를 형성한다.
제 3 코어(4)를 형성하는 네마틱 액정의 종류는 제한되는 것이 아니고, 예를 들면, 4-(4-펜틸시클로헥실)시아노벤젠 등을 사용할 수 있다. 또한, 배향막(7A) 및 배향막(7B)은 모두 공지인 것에 상관하지 않고, 예를 들면, 러빙 처리한 폴리아미드막 등을 사용할 수 있다.
또한, 상 기판(8A)에는, 제 3 코어(4)의 바로 위에, 제 1 코어(1A)와 제 2 코어(1B)와의 간극을 덮도록, 제 1 전극(6B)이 마련되어 있고, 또한 제 1 전극(6B)의 양측에, 제 2 전극(6A)과 제 3 전극(6C)이 형성되어 있다. 제 1 전극(6B), 제 2 전극(6A) 및 제 3 전극(6C)은, 각각 독립적으로 제어 가능하게 되어 있고, 또한, 제 2 전극(6A)과 제 3 전극(6C)에 의한 액정 분자의 배향 방향과 배향막(7A, 7B)의배향 방향과는 직교하도록 규정되어 있다. 전극 재료로서는, SnO2나 ITO 등의 투명 도전 재료 외에, 금, 구리, 알루미늄 등의 금속이 가능하다.
상기한 바와 같이 구성된 도파로형 액정 광 스위치(10)에서는, 제 1 내지 제 3 전극(6A 내지 6C)에 인가하는 전압을 조정하여 제 3 코어(4)의 액정 분자의 배향을 제어함에 의해, 제 1 코어(1A)와 제 2 코어(1B)와의 사이에서 광로의 전환(스위칭)을 행할 수 있다. 예를 들면, 도 3(A)에 도시한 바와 같이, 광 신호(5A, 5B)를, 각각 입사측의 코어로부터 제 3 코어(4)에 투과시키고, 또한 다른쪽의 코어로 이행시키거나, 도 3(B)에 도시한 바와 같이, 다른쪽의 코어로 이행한 광 신호를 재차 제 3 코어(4)에 투과시키고, 또한 입사측의 코어로 이행시킬 수 있다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 입사한 광 신호를 동일한 코어로부터 출사시키는 경우를 「0N 상태」(도 3(B))라고 하고, 입사한 광 신호를 다른쪽의 코어로부터 출사시키는 경우를 「OFF 상태」(도 3(A))라고 한다.
상기한 광로 전환에 있어서, 도 4(A)에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(6B)에 대해, 제 2 전극(6A) 및 제 3 전극(6C)에 동 위상의 전위를 가함에 의해, 도면중 화살표로 도시한 바와 같이, 제 1 전극(6B)으로부터 제 2 전극(6A) 및 제 3 전극(6C)을 향하는 전계가 발생하고, 그로 인해 제 3 코어(4)에서 제 1 전극(6B)에 대해 수직인 전계가 지배적으로 된다. 그 결과, TE 편광에 대한 결합 계수의 변화가 지배적으로 된다. 또한, 도 4(B)에 도시한 바와 같이, 제 2 전극(6A) 및 제 3 전극(6C)에, 제 1 전극(6B)을 기준 전위로 하고 역 위상의 전위를 가함에 의해, 도면중 화살표로 도시한 바와 같이, 제 2 전극(6A)으로부터 제 3 전극(6C)을 향하는 제 3 코어(4)에 대해 수평인 전계가 지배적으로 되고, TM 편광에 대한 결합 계수의 변화가 지배적으로 된다. 이와 같이, 제 1 전극(6B)에 대한, 제 2 전극(6A) 및 제 3 전극(6C)의 전압과 위상을 조정함에 의해, TE 편광 및 TM 편광의 쌍방에 대한 ON 상태, OFF 상태의 조정이 가능해지고, 편광 의존성이 없어진다.
일반적으로, 액정의 굴절율 변화는, 코어(1A, 1B)를 형성하는 재료와 클래드(3)를 형성하는 재료의 굴절율 차와 비교하여 수십배 크기 때문에, 상기한 스위칭을 적은 전압으로 확실하게 행할 수 있다.
또한, 상기한 스위칭 양식은, 제 3 코어(4)에 사용되는 네마틱 액정이 플러스의 굴절율 변화를 나타내는 경우와, 마이너스의 굴절율 변화를 나타내는 경우에서는 반대로 된다.
또한, 상기한 스위칭을 보다 정확하게 행하게 하기 위해, 하기에 나타내는 A모드 결합 또는 B모드 결합으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 어느 것이나, 상기 온 상태로 둔 경우를 나타낸다.
(1) A모드 결합
이 A모드 결합에서는, 제 1 코어(1A) 및 제 2 코어(1B)가, 각각의 광축 방향의 중간 위치에서, 광이 입사한 측의 코어(예를 들면, 제 1 코어(1A)) 및 제 3 코어(4)의 광 강도가 극소치를 취하고, 또한 광이 입사하지 않은 측의 코어(예를 들면, 제 2 코어(1B))의 광 강도가 최대치를 취하도록 한다. 이와 같은 결합 모드에서는, 제 1 코어(1A)에 입사한 광의 일부는 제 3 코어(4)를 경유하여 제 2코어(1B)로 이행하고, 그 후도 마찬가리로 제 3 코어(4)를 경유하여 제 1 코어(1A)로 되돌아온다.
이 A모드 결합을 실현하는 데는, 제 1 코어(1A)로부터 제 2 코어(1B)로 이행하는 주기와, 제 3 코어(4)를 통하여 제 1 코어(1A) 또는 제 2 코어(1B)로 이행하는 주기를 일치시키도록 각 코어를 설계할 필요가 있고, 이하에 그 한 예를 나타낸다. 또한, 하기 설계에 의해 제작한 도파로형 액정 광 스위치를 이용하여, 각 코어의 광 강도의 변화를 실측한 결과를 도 5(A)에 도시한다. 또한, 치수 개소는 도 6에 도시한 바와 같다.
W = 8㎛, D = 5㎛,
GLC= 1.5㎛, HLC= 1.6㎛, WLC= 8㎛, LLC= 2.97㎛
(2) B모드 결합
이 B모드 결합에서는, 제 1 코어(1A) 및 제 2 코어(1B)가, 각각의 광축 방향의 중간 위치에서, 광이 입사한 측의 코어(예를 들면, 제 1 코어(1A))의 광 강도가 극소치를 취하고, 또한 광이 입사하지 않은 측의 코어(예를 들면, 제 2 코어(1B)) 및 제 3 코어(4)의 광 강도가 최대치를 취하도록 한다. B모드 결합을 실현하기 위한 설계예를 하기에 나타내는데(치수 개소는 도 6에 도시한 바와 같다), A모드 결합에 비하여 제 1 코어(1A) 및 제 2 코어(1B)가 하 기판(8B)보다 심부에 형성되어 있는 것이 특징이다. 또한, 하기 설계에 의해 제작한 도파로형 액정 광 스위치를 이용하여, 각 코어의 광 강도의 변화를 실측한 결과를 도 5(B)에 도시한다.
W = 8㎛, D = 5㎛,
GLC= 3.9㎛, HLC= 1.6㎛, WLC= 8㎛, LLC= 2.77㎛
또한, 본 발명의 도파로형 액정 광 스위치(10)에서는, 전극 재료로서, 상기한 바와 같이 SnO2나 ITO 등의 투명 도전 재료 외에 금, 구리, 알루미늄 등의 금속이 사용되는데, 이들의 재료에 의한 광 흡수가 일어나기 때문에, 제 1 코어(1A) 및 제 2 코어(1B)와 각 전극을, 코어의 폭(W)의 반분 이상, 바람직하게는 폭과 같은 정도 이간시키는 것이 바람직하다. 그러나, 전극간 거리가 커지면, 그 만큼, 제 3 코어(4)의 액정 분자를 배향시키기 위한 인가 전압이 증대하여야 되므로, 운전을 위한 전력 코스트가 증가한다.
이와 같은 부적당함을 해소하기 위해서는, 각 전극의 외측에 분포하는 광의 강도를 억제하는 것이 유효하고, 그를 위해서는 제 1 코어(1A) 및 제 2 코어(1B)를 포위하는 클래드와, 각 전극을 포위하는 클래드를, 각각 다른 굴절율로 하면 좋다. 즉, 재차 도 2를 참조하면, 클래드(3)를 제 1 코어(1A) 및 제 2 코어(1B)를 포위하는 하 기판(8B)과, 제 1 내지 제 3 전극(6A 내지 6C) 및 제 3 코어(4)를 포위하는 상 기판(8A)으로 구획하고, 각각을 굴절율이 다른 별도 재료로 형성한다. 또한, 이후의 설명에서는 사정상, 상 기판(8A)을 상 클래드(3A)라고 부르고, 하 기판(8B)을 하 클래드(3B)라고 부른다.
이와 같은 구성에 의하면, 하 클래드(3B)의 굴절율을 NCL1상 클래드(3A)의 굴절율을 NCL2라고 하면, 코어로부터 전극측(도면중 상하 방향)으로 광이 누설되지않도록 하기 위해서는 (NCL1- NCL2) > 0으로 하면 좋고, (NCL1-NCL2)가 커질수록 광의 누설이 적어진다. 도 7(A)에 도시한 치수 및 굴절율 재료로 코어 및 상하의 클래드를 제작하고, ΔNCL= NCL1- NCL2를 파라미터로 하여 y축방향의 광 강도의 감쇠량을 측정한 결과를 도 7(B)에 도시하지만, ΔNCL= 0, 즉 상 클래드와 하 클래드의 굴절율이 같은 경우에 비해, 굴절율 차(ΔNCL)가 있으면 광 강도의 감쇠가 나타나고, 굴절율 차(ΔNCL)가 커질수록 광 강도의 감쇠도 커진다, 환언하면 광의 누설이 적어지는 것을 알 수 있다.
상기한 실험 결과에서, 예를 들면, 상 클래드(3A)와 하 클래드(3B)를, 굴절율 차(ΔNCL)가 0.04가 되는 재료를 이용하여, 각 전극(6A 내지 6C)을 하 클래드(3B)의 표면으로부터 2㎛ 정도 이간시켜 상 클래드(3A)에 형성함으로써, 전극 표면에서의 광 강도가 코어 내의 0.1% 이하로 감쇠하기 때문에, 전극에 의한 광의 흡수를 거의 무시할 수 있게 된다.
또한, 일반적으로 액정은 온도 의존성이 크기 때문에, 본 발명의 도파로형 액정 광 스위치에서는 외부 환경의 온도 변화에 의한 영향을 배제하기 위해, 온도 제어 수단을 구비하는 것이 보다 바람직하다. 온도 제어 수단으로서는, 소형이며, 온도 제어가 용이한 것 등으로부터 펠티에 소자가 매우 적합하고, 도시는 생략하지만, 예를 들면, 상 클래드(3B)(또는 상 기판 윗면 등, 제 3 코어(4)의 부근에 부설하고, 또한 스위치 전체를 단열한다. 이와 같이 온도의 변동을 억제함에 의해, 저크로스토크이고 저 손실의 도파로형 액정 광 스위치로 할 수 있다.
(더블 게이트형 광 스위치)
또한, 상기한 도파로형 액정 광 스위치(10)는, 그 짝수개를 접속하여, 전체로서 단일의 광 스위치와 마찬가지로 한 쌍의 입력단 및 한 쌍의 출력단을 구비하는 구성으로 할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 짝수개의 도파로형 액정 광 스위치(10)를 접속하고, 전체로서 단일의 광 스위치로서 기능하는 구성으로 한 것을 「더블 게이트형 광 스위치」라고 정의한다.
도 8은 이와 같은 더블 게이트형 광 스위치의 한 예를 도시한 것으로, 4개의 도파로형 액정 광 스위치(10)로 구성한 더블 게이트형 광 스위치를 모식적으로 도시한 도면이다. 도시된 더블 게이트형 광 스위치는, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 한쪽의 출력단(c)과 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 한쪽의 입력단(e), 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 다른쪽의 출력단(d)과 제 4 도파로형 액정 광 스위치(10D)의 한쪽의 입력단(m), 제 3 도파로형 액정 광 스위치(10c)의 한쪽의 출력단(k)과 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 다른쪽의 입력단(f), 제 3 도파로형 액정 광 스위치(10C)의 다른쪽의 출력단(l)과 제 4 도파로형 액정 광 스위치(10D)의 다른쪽의 입력단(n)을, 각각 광 도파로(20)로 접속하여 구성되어 있다. 또한, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 한쪽의 입력단(a)을 제 1 입력 포트(IN1), 제 3 도파로형 액정 광 스위치(10C)의 한쪽의 입력단(j)을 제 2 입력 포트(IN2)로 하고, 또한 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 한쪽의 출력단(g)을 제 1 출력 포트(OUT1)로 하고, 제 4 도파로형 액정 광 스위치(10D)의 다른쪽의 출력단(p)을 제 2 출력 포트(OUT2)로 하고 있고, 그것과 함께, 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 다른쪽의 출력단(h)이 더미 포트(1)로서, 제 4 도파로형 액정 광 스위치(10D)의 다른쪽의 출력단(o)이 더미 포트(2)로서 각각 터미네이트되어 있다.
이 더블 게이트형 광 스위치에 있어서도, 상기한 도파로형 액정 광 스위치를 모방하여(도 3 참조), 제 1 입력 포트(IN1)로부터 입사한 광 신호가 제 2 출력 포트(OUT1)로부터 출사하고, 제 2 입력 포트(IN2)로부터 입사한 광 신호가 제 2 출력 포트(OUT2)로부터 출사하는 상태를 「ON 상태」, 역으로 제 1 입력 포트(IN1)로부터 입사한 광 신호가 제 2 출력 포트(OUT2)로부터 출사하고, 제 2 입력 포트(IN2)로부터 입사한 광 신호가 제 1 출력 포트(OUT1)로부터 출사한 상태를 「0FF 상태」로 한다. 또한, ON 상태 또는 OFF 상태에 있어서, 각 출력 포트로부터 출사되어야 하는 광 신호의 강도와, 출사되지 않아야 할 광 신호(미광)의 강도와의 비를 「소광비」라고 정의한다.
상기 더블 게이트형 광 스위치에 있어서, ON 상태로 하기 위해서는 모든 도파로형 액정 광 스위치(10A 내지 10D)를 ON 상태로 한다. 그로 인해, 제 1 입력 포트(IN1)에 입사한 광 신호는 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 출력단(c)으로부터 출사하고, 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 입력단(e)에 입사하여 출력단(g), 즉 제 1 출력 포트(OUT1)로부터 출사한다. 그 때, 미광이 존재하여도, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)에서는 출력단(d)으로부터 출사되어 더미 포트(2)에 이르고, 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)에서는 더미 포트(1)에 이르고, 각각본래의 출력 포트로부터는 출사되지 않아, 높은 소광비를 실현할 수 있다.
한편, OFF 상태로 하기 위해서는, 모든 도파로형 액정 광 스위치(10A 내지 10D)를 OFF 상태로 하면 좋고, 그 경우도 미광은 더미 포트(1) 또는 더미 포트(2)로부터 출사된다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 도파로형 액정 광 스위치(10)를 2개 접속하고, 전체로서 단일의 광 스위치를 구성할 수 있다. 이 구성에서는, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 한쪽의 출력단(c)과 제 2 도파로형 액정 광 스위치(1OB)의 한쪽의 입력단(e)을 광 도파로(20)에 접속하고 있고, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 한쪽의 입력단(a)을 제 1 입력 포트(IN1)로 하고, 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 다른쪽의 입력단(a)을 제 2 입력 포트(IN2)로 하고, 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 한쪽의 출력단(g)을 제 1 출력 포트(OUT1)로 하고, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 다른쪽의 출력단(d)을 제 2 출력 포트(OUT2)로 하고 있다. 또한, 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 다른쪽의 출력단(h)을 더미 포트로 하고 있다.
이 더블 게이트형 광 스위치에 있어서, ON 상태로 하기 위해서는, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A) 및 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B) 모두 ON 상태로 한다. 그로 인해, 제 1 입력 포트(IN1)에 입사한 광 신호는, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 출력단(c)으로부터 출사하고, 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B)의 입력단(e)에 입사하여 출력단(g), 즉 제 1 출력 포트(OUT1)로부터 출사한다. 그 때, 미광이 존재하면, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A)의 다른쪽의 출력단(d)에 도달하여 제 2 출력 포트(OUT2)로부터 출사되기 때문에, 소광비는 도파로형 액정 광 스위치 단체의 경우와 같게 된다.
한편, OFF 상태로 하기 위해서는, 제 1 도파로형 액정 광 스위치(10A) 및 제 2 도파로형 액정 광 스위치(10B) 모두 OFF 상태로 한다. 그로 인해, 제 1 입력 포트(IN1) 및 제 2 입력 포트(IN2)에 입사한 광 신호의 미광은 어느 것이나 더미 포트(2)로부터 출력된다.
상기한 바와 같이, 2개의 도파로형 액정 광 스위치(10A, 10B)로 구성되는 더블 게이트형 광 스위치에서는, 도파로형 액정 광 스위치의 수가 적어 염가이지만, 제 2 입력 포트(IN2)로부터 제 2 출력 포트(OUT2)로의 출력은 할수 없기 때문에, ON 상태에서 제 2 출력 포트(OUT2)를 사용하지 않는 구성으로 할 필요가 있다.
또한, 상기 더블 게이트형 광 스위치는, 동일 기판상에 모든 도파로형 액정 광 스위치를 광 도파로로 접속하여 집적한 구성이 바람직하지만, 개별적으로 형성된 도파로형 액정 광 스위치를 광 파이버로 접속한 구성으로 할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 도파로형 액정 광 스위치에 비해, 저 삽입 손실이고, 편파 의존성이 없는 고성능의 도파로형 액정 광 스위치를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 코어에 의한 도파로가 형성되는 도파로형 액정 광 스위치에 있어서,
    한 쌍의 제 1 코어 및 제 2 코어로서, 제 1 코어 또는 제 2 코어의 한쪽에 광을 입사하며, 상기 제 1, 제 2 코어의 사이에서 광로의 전환이 행해지며, 또한, 상기 제 1, 제 2 코어는 그 사이에 공간을 형성하여 마련되며,
    제 1, 제 2의 코어로부터 소정 거리 떨어져 마련되는 제 3 코어로서 내부에 배향막에 의해 소정 방향으로 배향된 네마틱 액정이 충전되며,
    제 3 코어를 기준으로 제 1 코어와 제 2 코어의 반대측에, 제 1 코어와 제 2 코어 사이의 상기 공간에 겹쳐지도록 배치되는 제 1 전극과,
    제 1전극을 끼고 쌍을 이루어 배치되며, 또한, 배향막의 배향방향과 직행하는 방향으로 액정 분자를 배향시키는 제 2전극 및 제 3 전극과,
    제 1 코어, 제 2 코어, 제 3 코어 및 각 전극을 일괄하여 포위하는 클래드를 구비하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광 스위치.
  2. 제 1항에 있어서,
    TE 편광 또는 TM 편광에 대한 제 3 코어의 굴절율을 변화시키므로서, 제 1 및 제 2 코어 사이에 있어서의 광로의 전환을 행하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광 스위치.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 3 코어의 굴절율을 높인 상태에서, 제 1 코어 및 제 2 코어가, 각각의 광축 방향의 중간 위치에서, 광이 입사한 측의 코어 및 제 3 코어의 광 강도가 극소치를 취하고, 또한 광이 입사하지 않는 측의 코어의 광 강도가 최대치를 취하도록 모드 결합하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광 스위치.
  4. 제 1항에 있어서,
    제 3 코어의 굴절율을 높인 상태에서, 제 1 코어 및 제 2 코어가, 각각의 광축 방향의 중간 위치에서, 광이 입사한 측의 코어의 광 강도가 극소치를 취하고, 또한 광이 입사하지 않은 측의 코어 및 제 3 코어의 광 강도가 최대치를 취하도록 모드 결합하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광 스위치.
  5. 제 1항에 있어서,
    클래드를, 제 1 코어 및 제 2 코어를 포위하는 제 1 클래드와, 제 3 코어 및 각 전극을 포위하는 제 2 클래드로 구획하고, 제 1 클래드의 굴절율을 제 2 클래드의 굴절율보다도 높게 하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광 스위치.
  6. 제 1항에 있어서,
    광 도파로의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광 스위치.
  7. 제 6항에 있어서,
    온도 제어 수단이 일체화되고, 주위와 단열되어 있는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광 스위치.
  8. 제 1항에 기재된 도파로형 액정 광 스위치 2개 또는 4개로 이루어지고, 또한 한쪽의 도파로형 액정 광 스위치의 출력단과 다른쪽의 도파로형 액정 광 스위치의 입력단이 광 도파로 또는 광 파이버로 접속되고, 전체로서 2개의 입력단, 2개의 출력단, 하나 또는 2개의 더미 출력단을 구비하는 것을 특징으로 하는 더블 게이트형 광 스위치.
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