JP2800297B2 - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
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- control device
- electrode
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/29—Devices 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
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL 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
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/21—Thermal instability, i.e. DC drift, of an optical modulator; Arrangements or methods for the reduction thereof
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波の変調、光路切換え等を行なう光制御デ
バイスに関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制
御を行なう導波形の光制御デバイスに関する。
バイスに関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制
御を行なう導波形の光制御デバイスに関する。
光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量
や多機能をもつ高度のシステムが求められている。より
高速の光信号の発生や光伝送路の切換え、交換等の新た
な機能の付加が必要とされている。現在の実用システム
では光信号は直接半導体レーザや発光ダイオードの注入
電流を変調することによって得られているが、直接変調
では緩和振動等の効果のため数GHz以上の高速変調が難
しいこと、波長変動が発生するためコヒーレント光伝送
方式には適用が難しいこと等の欠点がある。これを解決
する手段としては、外部光変調器を使用する方法があ
り、特に基板中に形成した光導波路により構成した導波
形の光変調器は、小形、高効率、高速という特徴があ
る。一方、光伝送路の切換えやネットワークの交換機能
を得る手段としては光スイッチが使用される。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
られているものはやはり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。特にニオブ酸リチウム（LiNbO3）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り、従来からも方向性結合形光変
調器またはスイッチ全反射形光スイッチ等の種々の方式
の光制御素子が報告されている。このような導波形の光
制御素子を実際の光通信システムに適用する場合、低損
失、高速性等の基本的性能と同時に特に、動作の安定性
や長期的な信頼性が実用上不可欠である。
や多機能をもつ高度のシステムが求められている。より
高速の光信号の発生や光伝送路の切換え、交換等の新た
な機能の付加が必要とされている。現在の実用システム
では光信号は直接半導体レーザや発光ダイオードの注入
電流を変調することによって得られているが、直接変調
では緩和振動等の効果のため数GHz以上の高速変調が難
しいこと、波長変動が発生するためコヒーレント光伝送
方式には適用が難しいこと等の欠点がある。これを解決
する手段としては、外部光変調器を使用する方法があ
り、特に基板中に形成した光導波路により構成した導波
形の光変調器は、小形、高効率、高速という特徴があ
る。一方、光伝送路の切換えやネットワークの交換機能
を得る手段としては光スイッチが使用される。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
られているものはやはり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。特にニオブ酸リチウム（LiNbO3）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り、従来からも方向性結合形光変
調器またはスイッチ全反射形光スイッチ等の種々の方式
の光制御素子が報告されている。このような導波形の光
制御素子を実際の光通信システムに適用する場合、低損
失、高速性等の基本的性能と同時に特に、動作の安定性
や長期的な信頼性が実用上不可欠である。
しかし、従来の導波形の光制御デバイスでは、安定
性、信頼性に関しては十分な特性は得られていない。第
２図に従来の光制御デバイスの一例として方向性結合型
光スイッチの平面図（第２図（ａ））及び断面図（第２
図（ｂ））を示す。第２図（ａ）においてｚ軸に垂直に
切り出したニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを
拡散して屈折率を基板よりも大きくして形成した帯状の
光導波路２及び３が形成されており、光導波路２及び３
は基板の中央部で互いに数μｍ程度まで近接し、方向性
結合器４を構成している。また、方向性結合器４を構成
する光導波路上には電極による光吸収を防ぐためのバッ
ファ膜６を介して制御電極５が形成されている。第２図
（ｂ）は方向性結合器４の部分の光導波路2,3に垂直な
断面図を示している。
性、信頼性に関しては十分な特性は得られていない。第
２図に従来の光制御デバイスの一例として方向性結合型
光スイッチの平面図（第２図（ａ））及び断面図（第２
図（ｂ））を示す。第２図（ａ）においてｚ軸に垂直に
切り出したニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを
拡散して屈折率を基板よりも大きくして形成した帯状の
光導波路２及び３が形成されており、光導波路２及び３
は基板の中央部で互いに数μｍ程度まで近接し、方向性
結合器４を構成している。また、方向性結合器４を構成
する光導波路上には電極による光吸収を防ぐためのバッ
ファ膜６を介して制御電極５が形成されている。第２図
（ｂ）は方向性結合器４の部分の光導波路2,3に垂直な
断面図を示している。
第２図において、光導波路２に入射した入射光７は方
向性結合器４の部分を伝搬するに従って近接した光導波
路３へ徐々に光エネルギーが移り、方向性結合器４を通
過後は光導波路３にはほぼ100％エネルギーが移って出
射光８となる。一方、制御電極５に電圧を印加した場
合、電気光学効果により電極下の光導波路の屈折率が変
化し、光導波路２と３を伝搬する導波モードの間に位相
速度の不整合が生じ、両者の間の結合状態は変化する。
向性結合器４の部分を伝搬するに従って近接した光導波
路３へ徐々に光エネルギーが移り、方向性結合器４を通
過後は光導波路３にはほぼ100％エネルギーが移って出
射光８となる。一方、制御電極５に電圧を印加した場
合、電気光学効果により電極下の光導波路の屈折率が変
化し、光導波路２と３を伝搬する導波モードの間に位相
速度の不整合が生じ、両者の間の結合状態は変化する。
印加電圧を上昇するに従って光導波路２から３への光
エネルギーの移行量は減少し、ある電圧値VSでは、入射
光７は方向性結合器４を通過後に光エネルギーの100％
が光導波路２にもどってしまう状態となる。すなわち、
制御電極５への印加の電圧の有無により入射光７は光導
波路２からの出射光９又は光導波路３からの出射光８と
なる。
エネルギーの移行量は減少し、ある電圧値VSでは、入射
光７は方向性結合器４を通過後に光エネルギーの100％
が光導波路２にもどってしまう状態となる。すなわち、
制御電極５への印加の電圧の有無により入射光７は光導
波路２からの出射光９又は光導波路３からの出射光８と
なる。
しかし、第２図に示すような従来の光スイッチでは、
温度が変化した場合やDC電圧を印加した場合の特性の不
安定性や経時的な特性劣化が生じていた。特性の不安定
性は、温度が変化した場合に焦電効果によって誘起され
る結晶中の局部的な電界の不均一性や、DC電圧印加によ
り結晶中の電荷が結晶や膜の界面に局部的に蓄積されて
光波に作用する電界強度が変化することにより生じる。
また、、経時適な特性劣化は、電極材料が電気化学的に
空気中の水分等と反応して腐食されることが原因であ
る。
温度が変化した場合やDC電圧を印加した場合の特性の不
安定性や経時的な特性劣化が生じていた。特性の不安定
性は、温度が変化した場合に焦電効果によって誘起され
る結晶中の局部的な電界の不均一性や、DC電圧印加によ
り結晶中の電荷が結晶や膜の界面に局部的に蓄積されて
光波に作用する電界強度が変化することにより生じる。
また、、経時適な特性劣化は、電極材料が電気化学的に
空気中の水分等と反応して腐食されることが原因であ
る。
従来、単に温度変化による局部的な電界分布の不均一
性を除く手段として、表面にITO膜やSi膜をコーティン
グし、基板裏面に接地用電極を設ける方法が報告されて
いるが、その場合でも、ITO,Si等の膜自体が周囲環境の
影響を受けやすく経時的な変化が生じ易いことや、ま
た、前述の電極の劣化を長期的に防ぐことができない等
の問題がある。また、上述のITO,Si等の膜は成膜条件に
よって抵抗値が大きく異なるので製作時の制御が難しい
という欠点もある。
性を除く手段として、表面にITO膜やSi膜をコーティン
グし、基板裏面に接地用電極を設ける方法が報告されて
いるが、その場合でも、ITO,Si等の膜自体が周囲環境の
影響を受けやすく経時的な変化が生じ易いことや、ま
た、前述の電極の劣化を長期的に防ぐことができない等
の問題がある。また、上述のITO,Si等の膜は成膜条件に
よって抵抗値が大きく異なるので製作時の制御が難しい
という欠点もある。
本発明の目的は上述の従来の光制御デバイスの欠点を
除き、特性が長期的にわたって安定でかつ、信頼性が高
く、製作の容易な光制御デバイスを提供することにあ
る。
除き、特性が長期的にわたって安定でかつ、信頼性が高
く、製作の容易な光制御デバイスを提供することにあ
る。
本発明による光制御デバイスは、電気光学効果を有す
る誘電体結晶基板に形成された光導波路と誘光導波路の
近傍に設置された電極と該電極上に設置された導電性樹
脂膜により構成される。
る誘電体結晶基板に形成された光導波路と誘光導波路の
近傍に設置された電極と該電極上に設置された導電性樹
脂膜により構成される。
本発明の光制御デバイスは、電極上に導電性樹脂膜を
コーティングしている。発明者の実験によると、導電性
樹脂膜は、化学的に安定であり、特に疎水性であるので
電極材料が腐食されるのを長期間にわたって防ぐことが
可能である。また、さらにその膜の比抵抗は、通常数μ
ｍ〜数十μｍの間隔で数mm〜数十mmの長さをもつ電極間
に挿入されても、該電極に接続された駆動回路が影響さ
れない位に十分に高い抵抗値となり、かつ局所的に蓄積
された電荷を均一化することが可能な104〜106Ωcm程度
の値である。さらに上記抵抗値は、従来のITO膜やSi膜
と異なり、温度、湿度等の周囲環境に対しても、経時的
にも非常に安定である。
コーティングしている。発明者の実験によると、導電性
樹脂膜は、化学的に安定であり、特に疎水性であるので
電極材料が腐食されるのを長期間にわたって防ぐことが
可能である。また、さらにその膜の比抵抗は、通常数μ
ｍ〜数十μｍの間隔で数mm〜数十mmの長さをもつ電極間
に挿入されても、該電極に接続された駆動回路が影響さ
れない位に十分に高い抵抗値となり、かつ局所的に蓄積
された電荷を均一化することが可能な104〜106Ωcm程度
の値である。さらに上記抵抗値は、従来のITO膜やSi膜
と異なり、温度、湿度等の周囲環境に対しても、経時的
にも非常に安定である。
以上のことより、本発明の光制御デバイスは、従来に
比べて長期間にわたり安定で高信頼である。また、本発
明は用いる導電性樹脂膜は、構造的に安定であるので、
スピンコート、ディップコート等により非常に容易に形
成できるという利点がある。
比べて長期間にわたり安定で高信頼である。また、本発
明は用いる導電性樹脂膜は、構造的に安定であるので、
スピンコート、ディップコート等により非常に容易に形
成できるという利点がある。
第１図は本発明による光制御デバイスの一実施例であ
る方向性結合型光スイッチの平面図（第１図（ａ））及
び断面図（第１図（ｂ））を示す。第２図の例と同様に
ニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを900〜1100
℃程度で数時間熱拡散して形成された深さ３〜10μｍ程
度の光導波路２及び３が設置され、基板の中央部で両光
導波路は互いに数μｍまで近接して方向性結合器４を構
成している。その上に、バッファ層６を介して制御電極
５が設置されている。本実施例ではさらにその制御電極
の上にスピンコート法，ディップコート法等により導電
性樹脂膜10がコーティングされている。導電性樹脂膜と
は、例えばポリアクリルニトリル,PMMA,アクリル，ポリ
ビニールブチラール，ポリスチレンポリエステル，エポ
キシ樹脂,Si樹脂等に所定の比抵抗を得るために導電性
物質，例えばITO,ZnO,InO,SiO,Si,Cを適量分散したもの
で、誰でも容易に入手あるいは作製できるものである。
る方向性結合型光スイッチの平面図（第１図（ａ））及
び断面図（第１図（ｂ））を示す。第２図の例と同様に
ニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを900〜1100
℃程度で数時間熱拡散して形成された深さ３〜10μｍ程
度の光導波路２及び３が設置され、基板の中央部で両光
導波路は互いに数μｍまで近接して方向性結合器４を構
成している。その上に、バッファ層６を介して制御電極
５が設置されている。本実施例ではさらにその制御電極
の上にスピンコート法，ディップコート法等により導電
性樹脂膜10がコーティングされている。導電性樹脂膜と
は、例えばポリアクリルニトリル,PMMA,アクリル，ポリ
ビニールブチラール，ポリスチレンポリエステル，エポ
キシ樹脂,Si樹脂等に所定の比抵抗を得るために導電性
物質，例えばITO,ZnO,InO,SiO,Si,Cを適量分散したもの
で、誰でも容易に入手あるいは作製できるものである。
実際には、スピンコート法，ディップコート法等によ
り高分子をコーティングした後、50〜250℃程度で10〜1
20分程度ベイキングを行なうことにより高品質でかつ、
前述した104〜106Ωcmの比抵抗をもつ膜を再現性よく得
ることができる。
り高分子をコーティングした後、50〜250℃程度で10〜1
20分程度ベイキングを行なうことにより高品質でかつ、
前述した104〜106Ωcmの比抵抗をもつ膜を再現性よく得
ることができる。
本実施例の方向性結合型光スイッチの基本的な動作は
第２図の従来例と同じであるが、本実施例では電極上に
導電性樹脂膜をコーティングすることにより長期的に安
定で高い信頼性が得られる。
第２図の従来例と同じであるが、本実施例では電極上に
導電性樹脂膜をコーティングすることにより長期的に安
定で高い信頼性が得られる。
以上述べたように、本発明の光制御デバイスでは、従
来の光制御デバイスに比べ、特性が長期間にわたって安
定で、かつ信頼性が高く、製作の容易な光制御デバイス
が得られる。
来の光制御デバイスに比べ、特性が長期間にわたって安
定で、かつ信頼性が高く、製作の容易な光制御デバイス
が得られる。
第１図（ａ），（ｂ）は本発明による光制御デバイスの
一例を示す図、第２図（ａ），（ｂ）は従来の光制御デ
バイスの一例を示す図で、ともに（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。図において、１はニオブ酸リチ
ウム結晶基板、2,3は光導波路、５は制御電極、６はバ
ッファ膜、10は導電性樹脂膜である。
一例を示す図、第２図（ａ），（ｂ）は従来の光制御デ
バイスの一例を示す図で、ともに（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。図において、１はニオブ酸リチ
ウム結晶基板、2,3は光導波路、５は制御電極、６はバ
ッファ膜、10は導電性樹脂膜である。
Claims (1)
- 【請求項１】電気光学効果を有する誘電体結晶基板に形
成された光導波路と、該光導波路の近傍に設置された電
極と、該電極上に設置された導電性樹脂膜を有すること
を特徴とする光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22204489A JP2800297B2 (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22204489A JP2800297B2 (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0383024A JPH0383024A (ja) | 1991-04-09 |
| JP2800297B2 true JP2800297B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=16776214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22204489A Expired - Fee Related JP2800297B2 (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2800297B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04326332A (ja) * | 1991-04-26 | 1992-11-16 | Nec Corp | 光導波路デバイス |
| JP2773792B2 (ja) * | 1993-05-25 | 1998-07-09 | 日本電気株式会社 | 導波路光デバイス |
-
1989
- 1989-08-28 JP JP22204489A patent/JP2800297B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0383024A (ja) | 1991-04-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070710 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |