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JPH0480362B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0480362B2
JPH0480362B2 JP57086178A JP8617882A JPH0480362B2 JP H0480362 B2 JPH0480362 B2 JP H0480362B2 JP 57086178 A JP57086178 A JP 57086178A JP 8617882 A JP8617882 A JP 8617882A JP H0480362 B2 JPH0480362 B2 JP H0480362B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
optical waveguide
optical waveguides
light
waveguides
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP57086178A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58202406A (en
Inventor
Masayuki Izutsu
Tadashi Sueda
Masaharu Matano
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.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp filed Critical Omron Corp
Priority to JP8617882A priority Critical patent/JPS58202406A/en
Publication of JPS58202406A publication Critical patent/JPS58202406A/en
Priority to US06/816,974 priority patent/US4674827A/en
Priority to US07/000,865 priority patent/US4850666A/en
Publication of JPH0480362B2 publication Critical patent/JPH0480362B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/721Details
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125Bends, branchings or intersections

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  • Power Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光ビームを2つに分岐させたり、
逆に2つの光ビームを重ね合わせたりする場合に
用いる導波形光ビーム・スプリツタに関する。
[Detailed description of the invention] This invention splits a light beam into two,
On the other hand, the present invention relates to a waveguide optical beam splitter used to overlap two optical beams.

光通信、光情報処理の実用化をはかる上で光集
積回路技術は不可欠なものである。この技術のな
かにあつて、導波形光回路技術はとりわけ重要な
基本技術となつている。種々の光回路を導波形で
構成する試みが盛んにおこなわれているが、そう
したもののひとつに光ビーム・スプリツタがあ
る。導波形光回路において光ビーム・スプリツタ
の機能を果すものとしては、従来、方向性結合器
が利用されてきた。これは、2本の近接した平行
光導波路からなり、光導波路間の結合で光のパワ
ーが光導波路間を互いに移行するようにしたもの
で、光導波路間隔すなわち結合の強さと光導波路
の結合長とを適切に設定すれば、ビーム・スプリ
ツタと同等な機能を実現することができる。しか
しながら、そのためには光導波路の形状、間隔お
よび結合長の3つのパラメータを適切な値に、精
密に設定しなければならないという欠点があつ
た。
Optical integrated circuit technology is essential for the practical application of optical communications and optical information processing. Among these technologies, waveguide optical circuit technology has become a particularly important basic technology. There are many attempts to construct various optical circuits using waveguides, one of which is the optical beam splitter. Conventionally, directional couplers have been used to function as optical beam splitters in waveguide optical circuits. This consists of two parallel optical waveguides that are close to each other, and the optical power is transferred between the optical waveguides by coupling between the optical waveguides. If set appropriately, it is possible to achieve the same functionality as a beam splitter. However, in order to do this, three parameters, namely the shape, spacing, and coupling length of the optical waveguide, must be precisely set to appropriate values, which is a drawback.

導波形の光伝送線路として特公昭53−43304号
公報に記載のものがある。この光伝送線路はいわ
ゆるY字形のものであり、3ポートのものであ
る。この光伝送線路は第1の分岐の一端に第2、
第3の2つの分岐がY字形に結合されることによ
り構成されており、これらの3つの分岐の伝搬定
数が相互に異なつている。そして第1の分岐に導
入された光の分離、モード変換またはモード選択
が行なわれる。
As a waveguide type optical transmission line, there is one described in Japanese Patent Publication No. 43304/1983. This optical transmission line is so-called Y-shaped and has three ports. This optical transmission line has a second branch at one end of the first branch,
It is constructed by connecting two third branches in a Y-shape, and the propagation constants of these three branches are different from each other. Then, separation, mode conversion, or mode selection of the light introduced into the first branch is performed.

しかしながら、光情報処理の実用化のためには
光の分波のみならず光の合波が可能であることが
必要である。たとえば光の干渉を利用した光学的
測定の分野においては、入射光の導入ポート、こ
れとは分離した出射光の出力ポート、および干渉
させるべき2つの光のための2つのポートの合計
4個のポートをもつ光導波路が望まれる。
However, in order to put optical information processing into practical use, it is necessary to be able to combine not only light but also light. For example, in the field of optical measurement using light interference, there are a total of four ports: an input port for the incident light, a separate output port for the output light, and two ports for the two lights to be interfered. Optical waveguides with ports are desired.

この発明は、複雑、精密なパラメータの設定を
必要とせず、構成が容易でしかも4個のポートを
もつ導波形光ビーム・スプリツタを提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a waveguide optical beam splitter that does not require complicated and precise parameter settings, is easy to configure, and has four ports.

この発明による導波形光ビーム・スプリツタ
は、等しい位相定数を有する2つの単一モード光
導波路が一端で互いに交差することにより構成さ
れる対称側光導波路対と、互いに異なる位相定数
を有する2つの単一モード光導波路が一端で互い
に交差することにより構成される非対称側光導波
路対とが、基板上に形成されかつそれぞれの交差
部で互いに結合されることによりX字形の光導波
路を構成しており、対称側または非対称側のいず
れか一方の光導波路対から同相の光波を入力した
ときに他方の光導波路対の1つの光導波路から出
力光波が得られ、上記一方の光導波路対から逆相
の光波を入力したときには上記他方の光導波路対
の他の1つの光導波路から出力光波が得られるも
のである。光導波路は光学材料による基板上に周
囲よりも屈折率の大きい部分を形成することによ
り実現される。
The waveguide optical beam splitter according to the present invention has a symmetrical optical waveguide pair constituted by two single mode optical waveguides having the same phase constant crossing each other at one end, and two single mode optical waveguides having mutually different phase constants. A pair of asymmetric optical waveguides formed by one-mode optical waveguides crossing each other at one end are formed on a substrate and are coupled to each other at each intersection to form an X-shaped optical waveguide. , when an in-phase light wave is input from one of the optical waveguide pairs on the symmetric side or the asymmetric side, an output light wave is obtained from one optical waveguide of the other optical waveguide pair, and an out-of-phase optical wave is obtained from one of the optical waveguide pairs. When a light wave is input, an output light wave is obtained from the other optical waveguide of the other pair of optical waveguides. The optical waveguide is realized by forming a portion having a higher refractive index than the surrounding area on a substrate made of an optical material.

この発明によると、2つの単一モード光導波路
からそれぞれ構成され一端で互いに交差する対称
側および非対称側光導波路対をX字形に組合わせ
て基板上に作製すればよいので、その製造が容易
である。しかもこの発明による導波形光ビーム・
スプリツタは対称側光導波路対と非対称側光導波
路対とのそれぞれに2ポートずつ、合計4個のポ
ートをもつ。そして、対称側または非対称側のい
ずれか一方の光導波路対から同相の光波を入力し
たときに他方の光導波路対の1つの光導波路から
出力光波が得られ、上記一方の光導波路対から逆
相の光波を入力したときには上記他方の光導波路
対の他の1つの光導波路から出力光波が得られる
という、光ビームの合波の機能を達成でき、さら
に上述の作用は出力側と入力側とを交換しても成
立つから光ビームの分波の機能もあわせて達成で
きる。この発明によると、このような光の合波と
分波の機能を基板上に形成された光導波路という
形態で実現できるので、光集積回路技術の大幅な
進展が期待できる。
According to this invention, the pair of symmetrical and asymmetrical optical waveguides, each composed of two single mode optical waveguides and crossing each other at one end, can be combined in an X shape on a substrate, making it easy to manufacture. be. Moreover, the waveguided light beam according to this invention
The splitter has a total of four ports, two ports for each of the symmetric optical waveguide pair and the asymmetric optical waveguide pair. When an in-phase light wave is input from one of the optical waveguide pairs on the symmetrical side or the asymmetric side, an output optical wave is obtained from one optical waveguide of the other optical waveguide pair, and an outgoing optical wave is obtained from one optical waveguide pair on the above-mentioned one optical waveguide pair. When a light wave is inputted, an output light wave is obtained from the other optical waveguide of the other pair of optical waveguides, so that the function of combining the light beams can be achieved. Even if they are replaced, the same function can be achieved, so the function of splitting the light beam can also be achieved. According to the present invention, such optical multiplexing and demultiplexing functions can be realized in the form of an optical waveguide formed on a substrate, so that significant progress in optical integrated circuit technology can be expected.

まず、この発明による光ビーム・スプリツタの
動作原理について説明する。第1図において、1
対の単一モード光導波路1と2がその一端におい
て微小角度θ1で交差している。これらの光導波
路1と2とは等しい幅W1,W2を有しており、
したがつて位相定数が等しく設定されている。も
う1対の単一モード光導波路3と4とがあり、こ
れらの光導波路3と4もまた一端にて微小角度θ
2で交差している。光導波路3と4の幅W3とW
4とは異なり、光導波路4の幅W4は光導波路3
の幅W3よりも狭くなつている。したがつて、光
導波路3と4の位相定数は異なり、光導波路3の
方が大きい。光導波路1,2の幅W1,W2と光
導波路3の幅W3とは、第1図では等しく設定さ
れているが、必ずしも等しくなくてもよい。ま
た、交差角はθ1>θ2に設定されているが、θ
1≦θ2であつてもよい。このような光導波路
1,2と光導波路3,4とは、これらの光導波路
がほぼ直線状になるように、それぞれの交差部で
結合されている。この結合部を符号5で示す。説
明の便宜のために、光導波路1,2から光導波路
3,4に向う方向をZ軸、紙面に垂直な方向をX
軸として、XYZ座標軸をとる。また、光導波路
1,2を対称側、光導波路3,4を非対称側と呼
ぶ。
First, the operating principle of the optical beam splitter according to the present invention will be explained. In Figure 1, 1
A pair of single mode optical waveguides 1 and 2 intersect at one end at a small angle θ1. These optical waveguides 1 and 2 have equal widths W1 and W2,
Therefore, the phase constants are set equal. There is another pair of single mode optical waveguides 3 and 4, which also have a small angle θ at one end.
It intersects at 2. Widths W3 and W of optical waveguides 3 and 4
4, the width W4 of the optical waveguide 4 is different from that of the optical waveguide 3.
width W3. Therefore, the phase constants of optical waveguides 3 and 4 are different, and optical waveguide 3 is larger. Although the widths W1 and W2 of the optical waveguides 1 and 2 and the width W3 of the optical waveguide 3 are set equal in FIG. 1, they do not necessarily have to be equal. Also, the intersection angle is set to θ1>θ2, but θ
1≦θ2 may be satisfied. The optical waveguides 1 and 2 and the optical waveguides 3 and 4 are coupled at their respective intersections so that these optical waveguides are substantially straight. This joint portion is designated by the reference numeral 5. For convenience of explanation, the direction from the optical waveguides 1 and 2 to the optical waveguides 3 and 4 is the Z axis, and the direction perpendicular to the plane of the paper is the X axis.
Take the XYZ coordinate axes as the axes. Moreover, the optical waveguides 1 and 2 are called the symmetric side, and the optical waveguides 3 and 4 are called the asymmetric side.

簡単のために、X方向には変化のない2次元構
造を考える。また、2つの交差角θ1,θ2はい
ずれも十分に小さく、光波はほぼZ方向に進行
し、Z方向の微小変化に対して光導波路1と2の
間隔、および光導波路3と4の間隔の変化は無視
できるものとする。すなわち、結合部5を除い
て、微小区間を考えれば、2本の平行な光導波路
があり、Y方向に一様な5層構造が形成されてい
る、とみなすことができるものとする。このよう
な場合には、ローカル・ノーマル・モード
(Local Normal Mode)による解析法が適用で
きる。
For simplicity, consider a two-dimensional structure with no change in the X direction. Furthermore, both of the two crossing angles θ1 and θ2 are sufficiently small, the light wave travels approximately in the Z direction, and the distance between the optical waveguides 1 and 2 and the distance between the optical waveguides 3 and 4 changes with respect to minute changes in the Z direction. Changes are assumed to be negligible. That is, when considering a minute section excluding the coupling portion 5, it can be considered that there are two parallel optical waveguides and a uniform five-layer structure is formed in the Y direction. In such a case, a local normal mode analysis method can be applied.

よく知られているように、2つの単一モード光
導波路からなる5層光導波路の固有モードには、
偶モードと奇モードの2種類がある。第2図a,
bには、この5層光導波路構造における偶モード
と奇モードの伝搬状態がそれぞれ示されている。
第2図cには、この5層光導波路構造の偶、奇両
モードの位相定数の変化の様子が示されている。
光導波路1,2からなる対称側において、結合部
5から十分に遠く、光導波路1と2の間隔が広い
位置では、光導波路1と2の間の結合が無視でき
るため2つの固有モードは縮退し、両モードの位
相定数は等しい。結合部5に近づくにつれて縮退
がとけて両モードの位相定数の差が大きくなる。
結合部5では、2つの光導波路が1つになり、3
層光導波路構造となるため、偶モードは3層光導
波路の基本モード(位相定数の大きい方)に、奇
モードは1次モード(位相定数の小さい方)にそ
れぞれ移行する。結合部5を過ぎて、光導波路3
と4からなる非対称側にはいると、光導波路3と
4の間隔が再び拡大するため両モードの位相定数
の差は減少するが、光導波路3と4の位相定数が
異なるので偶、奇モードの位相定数はそれぞれ異
なる値に漸近する。この例では、光導波路3の幅
が光導波路4の幅より広くなつているから、位相
定数は光導波路3のほうで大きい。したがつて、
偶モードの光波パワーは光導波路3に、奇モード
の光波パワーは光導波路4にそれぞれ集中する。
As is well known, the eigenmodes of a five-layer optical waveguide consisting of two single mode optical waveguides are:
There are two types: even mode and odd mode. Figure 2a,
Part b shows the propagation states of even mode and odd mode in this five-layer optical waveguide structure.
FIG. 2c shows how the phase constants of the even and odd modes of this five-layer optical waveguide structure change.
On the symmetric side consisting of the optical waveguides 1 and 2, at a position sufficiently far from the coupling part 5 and where the distance between the optical waveguides 1 and 2 is wide, the coupling between the optical waveguides 1 and 2 can be ignored, so the two eigenmodes are degenerated. However, the phase constants of both modes are equal. As the coupling portion 5 is approached, the degeneracy is broken and the difference in phase constants of both modes becomes larger.
In the coupling part 5, the two optical waveguides become one, and the 3
Since it has a layered optical waveguide structure, the even mode shifts to the fundamental mode (the one with the larger phase constant) of the three-layered optical waveguide, and the odd mode shifts to the primary mode (the one with the smaller phase constant). After passing through the coupling part 5, the optical waveguide 3
When the optical waveguides 3 and 4 enter the asymmetric side consisting of The phase constants of each asymptote to different values. In this example, since the width of the optical waveguide 3 is wider than the width of the optical waveguide 4, the phase constant of the optical waveguide 3 is larger. Therefore,
Even mode light wave power is concentrated in the optical waveguide 3, and odd mode light wave power is concentrated in the optical waveguide 4.

上述の説明は、光が対称側から非対称側に伝搬
する場合のものであるが、非対称側から対称側に
光が進む場合には、上述の説明を逆にたどればよ
い。
The above explanation is for the case where the light propagates from the symmetric side to the asymmetric side, but when the light propagates from the asymmetric side to the symmetric side, the above explanation can be followed in reverse.

第3図は、上述の光導波路に対称側から種々の
光波を入力したときに得られる光波出力を示して
いる。第3図aは、対称側の2つの光導波路1,
2に同相の光波が入力した場合である。対称側で
は偶モードが励振されて伝搬し、結合部5では基
本モードに、非対称側では再び偶モードにそれぞ
れ変化する。非対称側における偶モードの光波パ
ワーは光導波路3に集中しているため、出力光波
は光導波路3から得られる。第3図bは、互いに
逆相の光波を対称側の2つの光導波路1,2に入
力した場合である。対称側では奇モードが励振さ
れて伝搬し、結合部5では1次モードに、非対称
側では再び奇モードにそれぞれ変化する。非対称
側における奇モードの光波パワーは光導波路4に
集中しているため、出力光波は光導波路4から得
られる。第3図cは、光波が光導波路2にのみ入
力した場合である。この場合には、対称側で偶モ
ードと奇モードとが等しいパワーで励振されたと
考えられるから、第3図aとbの重ね合わせとな
り、光導波路3と4に等しいパワーの光波が出力
される。
FIG. 3 shows the light wave output obtained when various light waves are input into the above-mentioned optical waveguide from the symmetrical side. FIG. 3a shows two optical waveguides 1 on the symmetric side,
This is a case where light waves of the same phase are input to 2. The even mode is excited and propagates on the symmetrical side, and changes to the fundamental mode at the coupling portion 5, and to the even mode again on the asymmetrical side. Since the optical wave power of the even mode on the asymmetric side is concentrated in the optical waveguide 3, the output optical wave is obtained from the optical waveguide 3. FIG. 3b shows a case where light waves having mutually opposite phases are input into two optical waveguides 1 and 2 on the symmetrical side. The odd mode is excited and propagates on the symmetrical side, and changes to the primary mode at the coupling portion 5, and to the odd mode again on the asymmetrical side. Since the light wave power of the odd mode on the asymmetric side is concentrated in the optical waveguide 4, the output light wave is obtained from the optical waveguide 4. FIG. 3c shows a case where a light wave is input only to the optical waveguide 2. In FIG. In this case, it is considered that the even mode and the odd mode are excited with equal power on the symmetric side, so the superposition of a and b in Fig. 3 occurs, and light waves with equal power are output to optical waveguides 3 and 4. .

光波を非対称側から入力することもでき、この
場合には上述した逆の過程をたどる。たとえば、
光導波路3に光波が入力した場合には、対称側の
両光導波路1と2とから同相の光波が出力される
(第3図aに破線の矢印で示す)。さらに非対称側
の両光導波路3と4とから同相または逆相の光波
を入力して、対称側の光導波路1,2のいずれか
一方から光波を出力させることもできる(第3図
cに示す破線の矢印を参照)。以上の考察から、
この光導波路構造が通常の光ビーム・スプリツタ
(たとえばハーフ・ミラー)と等価な機能を有す
るものであることが理解されよう。
It is also possible to input light waves from the asymmetric side, in which case the reverse process described above is followed. for example,
When a light wave is input to the optical waveguide 3, light waves in the same phase are outputted from both optical waveguides 1 and 2 on the symmetric side (indicated by broken line arrows in FIG. 3a). Furthermore, by inputting in-phase or anti-phase light waves from both optical waveguides 3 and 4 on the asymmetric side, it is also possible to output light waves from either one of the optical waveguides 1 and 2 on the symmetric side (as shown in Figure 3c). (see dashed arrow). From the above considerations,
It will be understood that this optical waveguide structure has a function equivalent to a normal optical beam splitter (for example, a half mirror).

第4図は実施例を示している。LiNbO3結晶基
板10の一面上に、Tiを熱拡散することにより、
第1図に示すような光導波路1と2の対、光導波
路3と4の対およびこれらの交差部の結合部5が
形成されている。これらの光導波路1〜4の結合
部5と反対側の端部には、平行な光導波路11,
12,13,14がそれぞれ連続している。光導
波路11,12を入力側、光導波路13,14を
出力側とすることもできるし、逆に光導波路1
3,14を入力側、光導波路11,12を出力側
とすることも可能である。いずれにしても、上述
の動作原理のところで説明した種々の光分岐また
は重ね合せを行なうことができる。光導波路1と
2の交差角、光導波路3と4の交差角θ1,θ2
はいずれも、1.2°以下の小さい値にとられてい
る。光導波路3と4の交差角θ2を小さくする
と、両光導波路3,4の非対称性が強調されるか
ら、非対称側の交差角θ2を対称側の交差角θ1
より小さくする方が有利である。
FIG. 4 shows an embodiment. By thermally diffusing Ti onto one surface of the LiNbO 3 crystal substrate 10,
As shown in FIG. 1, a pair of optical waveguides 1 and 2, a pair of optical waveguides 3 and 4, and a coupling portion 5 at the intersection of these are formed. At the ends of these optical waveguides 1 to 4 opposite to the coupling part 5, parallel optical waveguides 11,
12, 13, and 14 are consecutive. It is also possible to use the optical waveguides 11 and 12 as the input side and the optical waveguides 13 and 14 as the output side, or conversely, the optical waveguide 1
It is also possible to use the optical waveguides 3 and 14 on the input side and the optical waveguides 11 and 12 on the output side. In any case, the various light branching or superpositions described above under the principle of operation can be performed. Intersection angle between optical waveguides 1 and 2, intersection angle between optical waveguides 3 and 4 θ1, θ2
are all taken to be small values of 1.2° or less. If the crossing angle θ2 between the optical waveguides 3 and 4 is made smaller, the asymmetry between the two optical waveguides 3 and 4 will be emphasized, so the crossing angle θ2 on the asymmetric side is changed to the crossing angle θ1 on the symmetric side.
It is advantageous to make it smaller.

基板としてはLiNbO3以外にも他の多くの光学
材料を使用することができる。たとえば、ガラス
を基板として用い、銀イオンを拡散することによ
り光導波路を形成することができる。また、基板
上に光導波路を形成せずに、光フアイバを用いて
もこの発明による光ビーム・スプリツタを構成す
ることは可能である。
Besides LiNbO 3 many other optical materials can be used as the substrate. For example, an optical waveguide can be formed by using glass as a substrate and diffusing silver ions. Furthermore, it is possible to construct the optical beam splitter according to the present invention using optical fibers without forming an optical waveguide on the substrate.

第5図は、応用例を示し、この発明による導波
形光ビーム・スプリツタを用いて反転出力付差動
光変調素子を構成した場合である。第5図aにお
いて、LiNbO3基板10上に、Tiを拡散すること
により、上述の光導波路1〜4、結合部5、光導
波路11〜14に加えて、光導波路21〜23か
らなるY字形光分岐路が形成されている。光導波
路21,22はそれぞれ光導波路11,12に連
続している。また、平行な光導波路11,12上
に、SiO2バツフア層32を介して1対の電極3
1がつくられ、この電極31には電源33によつ
て電圧Vが印加される。バツフア層32は、光が
電極31によつて吸収されるのを防止するもので
ある。電極31は光導波路11,12の一部を覆
つても、全部を覆つてもどちらでもよい。
FIG. 5 shows an application example in which a waveguide type optical beam splitter according to the present invention is used to construct a differential optical modulation element with an inverted output. In FIG. 5a, by diffusing Ti on a LiNbO 3 substrate 10, in addition to the above-mentioned optical waveguides 1 to 4, coupling portion 5, and optical waveguides 11 to 14, a Y-shaped structure consisting of optical waveguides 21 to 23 is formed. An optical branch path is formed. The optical waveguides 21 and 22 are continuous with the optical waveguides 11 and 12, respectively. In addition, a pair of electrodes 3 are placed on the parallel optical waveguides 11 and 12 via a SiO 2 buffer layer 32.
1 is created, and a voltage V is applied to this electrode 31 by a power source 33. The buffer layer 32 prevents light from being absorbed by the electrode 31. The electrode 31 may cover either part or all of the optical waveguides 11 and 12.

第5図bは光導波路を平面からみた様子を示し
ており、この図を参照して、差動光変調素子の各
部の寸法の一例を示すと次の通りである。
FIG. 5b shows a plan view of the optical waveguide, and with reference to this figure, an example of the dimensions of each part of the differential light modulation element is as follows.

光導波路1および11の幅W1、光導波路2お
よび12の幅W2、ならびに光導波路21,22
および23の幅W5はいずれも3μm 光導波路3および13の幅W3は3μm 光導波路4および14の幅W4は2.5μm 光導波路1と2の交差角θ1は0.02rad 光導波路3と4の交差角θ2は0.005rad 光導波路21と22の交差角θ3は0.02rad 光導波路1,2の長さL1は1mm 光導波路3,4の長さL2は8mm 結合部5の長さL5は40μm 平行光導波路11,12および電極31の長さ
L3はいずれも10mm 光導波路21,22の長さL4は1mm 光導波路11と12の間隔D1は20μm 光導波路13と14の間隔D2は40μm 1対の電極31の間隔D3は22μm 光波は、光導波路23から入射され、光導波路
21,22によつて2つに分岐される。1対の電
極31間に電圧を印加すると、2つに分岐された
光波が光導波路11,12を伝搬する過程でそれ
らに印加電圧Vに応じた位相差が生じる。したが
つて、第3図a,bで説明したように、この位相
差に応じて光導波路13,14のいずれか一方か
らまたは両方から適当な割合で光波が出力する。
光導波路13,14から出力される光の相対強度
が第6図に示されている。この図からわかるよう
に、光導波路13からの出力光と光導波路14か
らの出力光とは互いに反転したものとなつてい
る。
Width W1 of optical waveguides 1 and 11, width W2 of optical waveguides 2 and 12, and optical waveguides 21 and 22
Width W5 of optical waveguides 3 and 23 is 3 μm Width W3 of optical waveguides 3 and 13 is 3 μm Width W4 of optical waveguides 4 and 14 is 2.5 μm Intersection angle θ1 of optical waveguides 1 and 2 is 0.02 rad Intersection angle of optical waveguides 3 and 4 θ2 is 0.005 rad Crossing angle θ3 of optical waveguides 21 and 22 is 0.02 rad Length L1 of optical waveguides 1 and 2 is 1 mm Length L2 of optical waveguides 3 and 4 is 8 mm Length L5 of coupling part 5 is 40 μm Parallel optical waveguide Length L3 of optical waveguides 11, 12 and electrode 31 is 10 mm. Length L4 of optical waveguides 21 and 22 is 1 mm. Distance D1 between optical waveguides 11 and 12 is 20 μm. Distance D2 between optical waveguides 13 and 14 is 40 μm. A pair of electrodes 31 The distance D3 is 22 μm. The light wave enters from the optical waveguide 23 and is split into two by the optical waveguides 21 and 22. When a voltage is applied between the pair of electrodes 31, a phase difference corresponding to the applied voltage V occurs between the two branched light waves as they propagate through the optical waveguides 11 and 12. Therefore, as explained with reference to FIGS. 3a and 3b, light waves are output from either or both of the optical waveguides 13 and 14 at an appropriate rate depending on this phase difference.
The relative intensities of the light output from the optical waveguides 13 and 14 are shown in FIG. As can be seen from this figure, the output light from the optical waveguide 13 and the output light from the optical waveguide 14 are inverted from each other.

この光変調素子においては、光導波路13また
は14から光を入射させることも可能である。こ
れは、第3図a,bに破線で示す方向に光を入射
した場合に相当する。光導波路23からは、電極
31に印加される電圧Vに応じて変調された出力
光が得られ、しかも光導波路13に入力した場合
と光導波路14に入力した場合とで得られる出力
光は反転している。
In this optical modulation element, it is also possible to input light from the optical waveguide 13 or 14. This corresponds to the case where light is incident in the direction shown by the broken lines in FIGS. 3a and 3b. Output light modulated according to the voltage V applied to the electrode 31 is obtained from the optical waveguide 23, and the output light obtained when inputting to the optical waveguide 13 and when inputting to the optical waveguide 14 is reversed. are doing.

第7図はさらに他の応用例を示すものであり、
導波形光ビーム・スプリツタを用いて反射形差動
光変調素子を構成した場合である。この素子は、
第5図に示す素子と同じようにしてつくられてい
るが、Y字形光分岐路は設けられていない。平行
な光導波路11,12の光導波路1,2との接続
側とは反対側の端部が終端になつており、この終
端において、基板10の端面には、Alを真空蒸
着するなどの方法によつて反射膜34が形成され
ている。
Figure 7 shows yet another application example,
This is a case where a reflective differential optical modulator is constructed using a waveguide optical beam splitter. This element is
It is constructed in the same manner as the device shown in FIG. 5, but without the Y-shaped optical branch. The ends of the parallel optical waveguides 11 and 12 opposite to the connection side with the optical waveguides 1 and 2 serve as terminations, and at this termination, aluminum is deposited on the end surface of the substrate 10 by a method such as vacuum evaporation. A reflective film 34 is formed by.

非対称側の一方の光導波路たとえば光導波路1
3に入力された光は、結合部5から対称側に進む
ときに光導波路1と2に等分され、それぞれ平行
光導波路11,12を通過して反射膜34で反射
して再び光導波路11,12を通る。光導波路1
1,12を往復する過程で両導波路11,12内
の光は電極31への印加電圧によつて変調され、
位相変化が生じる。そして、両光導波路11,1
2の光の位相差に応じて、光導波路4もしくは3
のいずれか一方に進むか、または両方に適当な割
合で分岐し光導波路14,13から出射する。両
光導波路11,12の光が丁度逆相になつたとき
に、光導波路13に入射した光は、そのほとんど
が光導波路14から出射する。光導波路13また
は14のいずれか一方に入射した光のうち他方の
光導波路から出射する光の相対強度と電極31へ
の印加電圧との関係が第8図に示されている。
One optical waveguide on the asymmetric side, for example, optical waveguide 1
The light input to 3 is divided equally into optical waveguides 1 and 2 when it travels from the coupling part 5 toward the symmetrical side, passes through parallel optical waveguides 11 and 12, and is reflected by the reflective film 34, and returns to the optical waveguide 11. , 12. Optical waveguide 1
In the process of reciprocating between the waveguides 11 and 12, the light in both waveguides 11 and 12 is modulated by the voltage applied to the electrode 31.
A phase change occurs. And both optical waveguides 11,1
Depending on the phase difference between the two lights, the optical waveguide 4 or 3
The light beam travels in either direction, or branches into both directions at an appropriate ratio and exits from the optical waveguides 14 and 13. When the light in both optical waveguides 11 and 12 has exactly the opposite phase, most of the light incident on the optical waveguide 13 is output from the optical waveguide 14. FIG. 8 shows the relationship between the relative intensity of the light that has entered one of the optical waveguides 13 or 14 and exits from the other optical waveguide and the voltage applied to the electrode 31.

第7図に示す応用例では、平行な2つの光導波
路中を伝搬する光の位相差を電気的に与えている
が、他のやり方によつても2つの光に位相差を与
えることができ、種々の応用の展開が可能とな
る。
In the application example shown in Figure 7, a phase difference is electrically given to the light propagating in two parallel optical waveguides, but a phase difference can also be given to the two lights by other methods. , it becomes possible to develop various applications.

第9図においては、平行光導波路11,12の
光が一旦基板10の外部に出射され、基板10の
外部に配置された反射鏡または物体などの反射面
41,42によつて反射され、再び光導波路1
1,12に導かれる。反射面41と42との相対
的な位置関係により、出力光の強度が変化する。
たとえば、光の波長をλとして、反射面41と4
2との距離がλ/4の場合には、光導波路13に
入射した光のほとんどが光導波路14から出力さ
れる。この構成は、たとえばデジタル・オーデイ
オ・デイスクなどの光学的読取りなどに応用でき
る。光導波路11,12からの光の入出力は光フ
アイバまたはレンズ系を用いればよい。
In FIG. 9, the light from the parallel optical waveguides 11 and 12 is emitted to the outside of the substrate 10, is reflected by reflective surfaces 41 and 42 such as reflective mirrors or objects placed outside the substrate 10, and is reflected again. Optical waveguide 1
I am guided by 1 and 12. The intensity of the output light changes depending on the relative positional relationship between the reflective surfaces 41 and 42.
For example, assuming the wavelength of light is λ, the reflecting surfaces 41 and 4
When the distance from the optical waveguide 2 is λ/4, most of the light incident on the optical waveguide 13 is output from the optical waveguide 14. This configuration can be applied, for example, to optical reading of digital audio discs. For inputting and outputting light from the optical waveguides 11 and 12, an optical fiber or a lens system may be used.

第10図に示す応用例では、光導波路11,1
2から出射される光が、それぞれ別個の光フアイ
バ43,44に導かれ、これらの光フアイバ4
3,44の先端で反射された光が再び光導波路1
1,12に戻されている。2本の光フアイバ43
と44の長さ、2本の光フアイバ43と44がそ
れぞれおかれている温度など種々の物理量の差
が、光導波路14の出力光の強度変化に変換され
るので、これらの物理量の測定に適用可能であ
る。
In the application example shown in FIG.
2 is guided to separate optical fibers 43 and 44, and these optical fibers 4
The light reflected at the tips of 3 and 44 returns to the optical waveguide 1.
It has been returned to 1 and 12. Two optical fibers 43
Differences in various physical quantities, such as the lengths of the optical fibers 43 and 44, and the temperatures at which the two optical fibers 43 and 44 are placed, are converted into changes in the intensity of the output light from the optical waveguide 14. Applicable.

第11図においては、一方の光導波路12の端
部に反射膜45が設けられており、この光導波路
12の光には位相変化が生じない。他方の光導波
路11からのみ光が外部に取出され、何らかの手
段によつて再び光導波路11に戻される。光導波
路11の光に位相変化を与える要因たとえば上述
のような光フアイバの長さ、光フアイバの温度
が、光導波路14の出力光の強度変化に変換され
る。
In FIG. 11, a reflective film 45 is provided at the end of one optical waveguide 12, and no phase change occurs in the light of this optical waveguide 12. Light is extracted to the outside only from the other optical waveguide 11 and is returned to the optical waveguide 11 again by some means. Factors that cause a phase change to the light in the optical waveguide 11, such as the length of the optical fiber and the temperature of the optical fiber as described above, are converted into changes in the intensity of the output light from the optical waveguide 14.

第9図から第11図においてはいずれも、光導
波路13から光を入力し、光導波路14から出力
しているが、逆に光導波路14から光を入力し、
光導波路13から出力させるようにしてもよい。
In each of FIGS. 9 to 11, light is input from the optical waveguide 13 and output from the optical waveguide 14, but conversely, light is input from the optical waveguide 14,
The light may be output from the optical waveguide 13.

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

第1図は、導波形光ビーム・スプリツタの動作
原理を示す構成図、第2図a,bは、このビー
ム・スプリツタにおける固有モードの伝搬の様子
を示す図、第2図cは位相定数の変化を示すグラ
フ、第3図は、このビーム・スプリツタへの光波
の入力と出力との種々の関係を示す図、第4図
は、この発明の実施例を示す斜視図、第5図およ
び第6図はこの発明によるビーム・スプリツタの
応用例を示すものであつて、第5図aは斜視図、
第5図bは光導波路の構成図、第6図は、印加電
圧と出力光の相対強度との関係を示すグラフ、第
7図および第8図は他の応用例を示すものであつ
て、第7図は斜視図、第8図は、印加電圧と出力
光の相対強度との関係を示すグラフ、第9図から
第11図はさらに他の応用例を示す構成図であ
る。 1,2,3,4……単一モード光導波路、5…
…結合部、10……基板、θ1,θ2……交差角。
Figure 1 is a block diagram showing the operating principle of a waveguided optical beam splitter, Figures 2a and b are diagrams showing how the eigenmode propagates in this beam splitter, and Figure 2c is a diagram showing the phase constant. FIG. 3 is a graph showing the changes, and FIG. 3 is a diagram showing various relationships between the input and output of light waves to this beam splitter. FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, and FIGS. Fig. 6 shows an example of application of the beam splitter according to the present invention, in which Fig. 5a is a perspective view;
FIG. 5b is a configuration diagram of an optical waveguide, FIG. 6 is a graph showing the relationship between applied voltage and relative intensity of output light, and FIGS. 7 and 8 show other application examples. FIG. 7 is a perspective view, FIG. 8 is a graph showing the relationship between applied voltage and relative intensity of output light, and FIGS. 9 to 11 are configuration diagrams showing still other application examples. 1, 2, 3, 4...single mode optical waveguide, 5...
...Joining portion, 10...Substrate, θ1, θ2...Intersection angle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 等しい位相定数を有する2つの単一モード光
導波路が一端で互いに交差することにより構成さ
れる対称側光導波路対と、互いに異なる位相定数
を有する2つの単一モード光導波路が一端で互い
に交差することにより構成される非対称側光導波
路対とが、基板上に形成されかつそれぞれの交差
部で互いに結合されることによりX字形の光導波
路を構成しており、対称側または非対称側のいず
れか一方の光導波路対から同相の光波を入力した
ときに他方の光導波路対の1つの光導波路から出
力光波が得られ、上記一方の光導波路対から逆相
の光波を入力したときには上記他方の光導波路対
の他の1つの光導波路から出力光波が得られる、
導波形光ビーム・スプリツタ。
1 A symmetrical optical waveguide pair constituted by two single-mode optical waveguides with equal phase constants crossing each other at one end, and two single-mode optical waveguides having mutually different phase constants crossing each other at one end. A pair of asymmetric side optical waveguides constituted by When in-phase light waves are input from one optical waveguide pair, an output light wave is obtained from one optical waveguide of the other optical waveguide pair, and when an opposite-phase optical wave is input from one of the optical waveguide pairs, an output optical wave is obtained from the other optical waveguide pair. an output light wave is obtained from the other optical waveguide of the pair;
Waveguide optical beam splitter.
JP8617882A 1982-05-20 1982-05-20 Waveguide type optical beam splitter Granted JPS58202406A (en)

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US06/816,974 US4674827A (en) 1982-05-20 1986-01-06 Slab-type optical device
US07/000,865 US4850666A (en) 1982-05-20 1987-01-06 Slab-type optical device

Applications Claiming Priority (1)

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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62239016A (en) * 1986-04-11 1987-10-19 Agency Of Ind Science & Technol Optical fiber gyro
JPS6340106A (en) * 1986-08-06 1988-02-20 Nippon Sheet Glass Co Ltd Manufacture of optical waveguide circuit
GB2441233A (en) * 2005-03-18 2008-02-27 Fujitsu Ltd Optical device
JP2007114222A (en) * 2005-03-31 2007-05-10 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Light control element
JP5019483B2 (en) * 2009-02-25 2012-09-05 国立大学法人徳島大学 Light switch

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5343304A (en) * 1976-09-30 1978-04-19 Mitsubishi Electric Corp Vehicle number detecting system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5343304A (en) * 1976-09-30 1978-04-19 Mitsubishi Electric Corp Vehicle number detecting system

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