JPH0750285B2 - 光スイッチング方法 - Google Patents
光スイッチング方法Info
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- JPH0750285B2 JPH0750285B2 JP61295330A JP29533086A JPH0750285B2 JP H0750285 B2 JPH0750285 B2 JP H0750285B2 JP 61295330 A JP61295330 A JP 61295330A JP 29533086 A JP29533086 A JP 29533086A JP H0750285 B2 JPH0750285 B2 JP H0750285B2
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信等において光波の変調，光路の切替え等
を行なう光スイッチに関し、特に基板上に形成された光
導波路を用いた導波形の光スイッチに関する。
を行なう光スイッチに関し、特に基板上に形成された光
導波路を用いた導波形の光スイッチに関する。
光通信システムの実用化が進み、大容量や多機能をもつ
さらに高度のシステムへと開発が進められている。光伝
送路網の交換機能，光データバスにおける端末間の高速
接続，切替え等の新たな機能が求められており、それら
を可能にする光スイッチングネットワークの必要性が高
まっている。現在実用されている光スイッチは、プリズ
ム，ミラー，ファイバ等を機械的に移動させるものであ
り，低速であること，信頼性が不十分なこと，形状が大
きくマトリクス化に不適なこと等の欠点がある。これを
解決する手段として開発が進められているものは基板上
に設置した光導波路を用いた導波形の光スイッチであ
り、高速，多素子の集積化が可能，高信頼等の特長があ
る。特に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と大きな電気光学効果
を有しているため高効率である等の特長がある。
さらに高度のシステムへと開発が進められている。光伝
送路網の交換機能，光データバスにおける端末間の高速
接続，切替え等の新たな機能が求められており、それら
を可能にする光スイッチングネットワークの必要性が高
まっている。現在実用されている光スイッチは、プリズ
ム，ミラー，ファイバ等を機械的に移動させるものであ
り，低速であること，信頼性が不十分なこと，形状が大
きくマトリクス化に不適なこと等の欠点がある。これを
解決する手段として開発が進められているものは基板上
に設置した光導波路を用いた導波形の光スイッチであ
り、高速，多素子の集積化が可能，高信頼等の特長があ
る。特に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と大きな電気光学効果
を有しているため高効率である等の特長がある。
一般に光スイッチは光伝送路中に挿入され、光ファイバ
中を伝搬した光信号の光路を切り替えるために使用され
る場合が多い。高速，大容量の光通信システムでは光フ
ァイバとして単一モード光ファイバが使用され、光源に
は半導体レーザが使われる。半導体レーザ光は直線偏光
を出射するが、単一モード光ファイバ中を伝搬された光
波は一般にだ円偏光となり、また、その偏光状態も時間
的に変動する。一方、前述の導波形の光スイッチでは、
通常の構成の場合、スイッチ電圧，クロストーク等の特
性は入射光の偏光状態に大きく依存するという欠点があ
る。第２図は従来の導波形光スイッチの一例である方向
性結合形光スイッチを示す斜視図である。光学軸すなわ
ちｚ軸方向に垂直に切り出して整形したLiNbO3結晶基板
31上にTi等の金属を拡散して光導波路32,33が形成され
ている。光導波路32,33は数μｍ程度の間隔で近接して
設置されることにより光方向性結合器34を構成してお
り、光導波路32,33上にバッファ層であるSiO2膜（第２
図では省略）を介して制御電極35及び39が設置されてい
る。この光スイッチの基本的な動作原理は、先ず、片方
光導波路例えば32の端面から入射した光波16は光導波路
32中を伝搬し、光方向性結合器34の部分で近接した光導
波路33にエネルギーが移行し、光方向性結合器34の長さ
を完全結合長Lcに一致させた場合は、ほぼ100％のエネ
ルギーが光導波器33に移って出射光37となる。一方、制
御電極35と39の間に電圧を印加した場合、電気光学効果
によって光導波路32,33の屈折率が変化して両者の屈折
率が非対称となり、両者を伝搬する光波の間で位相不整
合が生じて結合状態が変化し、適当な印加電圧の下では
もとの光導波路32へエネルギーが移り出射光38となる。
ここで、基板上に形成された光導波路の伝搬光は一般に
独立な２つのモード、即ち、偏光方向が基板表面に垂直
なTMモードとそれに直交する偏光成分をもつTEモードに
分離される。通常、電気光学効果によって変化する屈折
率変化量は偏光方向によって異なり、その結果スイッチ
電圧も偏光方向によって大きく異なる。例えば、第２図
の場合、TMモード,TEモードに対して得られる屈折率変
化量はそれぞれ となる。ここで、r33，r13はそれぞれ電気光学定数、
ne，noはそれぞれ異常光，常光に対する屈折率、EzはＺ
方向に印加される電界強度である。LiNbO3結晶の場合、
r33＞3r13であるので、δｎTM＞３δｎTEとなり、TEモ
ードのスイッチ電圧はTEモードのスイッチ電圧の３倍以
上の値となる。そこで通常は入射光をTMまたはTEモード
のいずれか一方の偏光状態に一致させる必要が生じ、第
２図の構成の光スイッチは単一モード光ファイバ伝送路
中に挿入して使用することはできない。
中を伝搬した光信号の光路を切り替えるために使用され
る場合が多い。高速，大容量の光通信システムでは光フ
ァイバとして単一モード光ファイバが使用され、光源に
は半導体レーザが使われる。半導体レーザ光は直線偏光
を出射するが、単一モード光ファイバ中を伝搬された光
波は一般にだ円偏光となり、また、その偏光状態も時間
的に変動する。一方、前述の導波形の光スイッチでは、
通常の構成の場合、スイッチ電圧，クロストーク等の特
性は入射光の偏光状態に大きく依存するという欠点があ
る。第２図は従来の導波形光スイッチの一例である方向
性結合形光スイッチを示す斜視図である。光学軸すなわ
ちｚ軸方向に垂直に切り出して整形したLiNbO3結晶基板
31上にTi等の金属を拡散して光導波路32,33が形成され
ている。光導波路32,33は数μｍ程度の間隔で近接して
設置されることにより光方向性結合器34を構成してお
り、光導波路32,33上にバッファ層であるSiO2膜（第２
図では省略）を介して制御電極35及び39が設置されてい
る。この光スイッチの基本的な動作原理は、先ず、片方
光導波路例えば32の端面から入射した光波16は光導波路
32中を伝搬し、光方向性結合器34の部分で近接した光導
波路33にエネルギーが移行し、光方向性結合器34の長さ
を完全結合長Lcに一致させた場合は、ほぼ100％のエネ
ルギーが光導波器33に移って出射光37となる。一方、制
御電極35と39の間に電圧を印加した場合、電気光学効果
によって光導波路32,33の屈折率が変化して両者の屈折
率が非対称となり、両者を伝搬する光波の間で位相不整
合が生じて結合状態が変化し、適当な印加電圧の下では
もとの光導波路32へエネルギーが移り出射光38となる。
ここで、基板上に形成された光導波路の伝搬光は一般に
独立な２つのモード、即ち、偏光方向が基板表面に垂直
なTMモードとそれに直交する偏光成分をもつTEモードに
分離される。通常、電気光学効果によって変化する屈折
率変化量は偏光方向によって異なり、その結果スイッチ
電圧も偏光方向によって大きく異なる。例えば、第２図
の場合、TMモード,TEモードに対して得られる屈折率変
化量はそれぞれ となる。ここで、r33，r13はそれぞれ電気光学定数、
ne，noはそれぞれ異常光，常光に対する屈折率、EzはＺ
方向に印加される電界強度である。LiNbO3結晶の場合、
r33＞3r13であるので、δｎTM＞３δｎTEとなり、TEモ
ードのスイッチ電圧はTEモードのスイッチ電圧の３倍以
上の値となる。そこで通常は入射光をTMまたはTEモード
のいずれか一方の偏光状態に一致させる必要が生じ、第
２図の構成の光スイッチは単一モード光ファイバ伝送路
中に挿入して使用することはできない。
なお、導波形光スイッチにはここで示した方向性結合形
の他に全反射形，バランストブリッシ形,Y分岐形等の方
式があるが、光スイッチにとって重要なスイッチ電圧や
クロストークを比較的容易に低くでき、且つ構成が最も
簡単なものは方向性結合形である。
の他に全反射形，バランストブリッシ形,Y分岐形等の方
式があるが、光スイッチにとって重要なスイッチ電圧や
クロストークを比較的容易に低くでき、且つ構成が最も
簡単なものは方向性結合形である。
本発明の目的は、上述の従来の導波形光スイッチの欠点
を除き、入射光の偏光状態に対する依存性がなく、スイ
ッチ電圧が低く且つ製作の容易な光スイッチを提供する
ことにある。
を除き、入射光の偏光状態に対する依存性がなく、スイ
ッチ電圧が低く且つ製作の容易な光スイッチを提供する
ことにある。
上記目的を達成するために、本発明は、電気光学効果を
有する結晶基板上に形成された互いに近接した２本の光
導波路からなる光方向性結合器と、前記２本の光導波路
上にそれぞれ設置された第１及び第２の制御電極と、前
記第２の制御電極と対向し、かつ、前記光導波路に近接
して設置された第３の制御電極とから構成された光スイ
ッチを用い、前記光方向性結合器はTM、TE両モードに対
する完全結合長がほぼ等しくなるように設定し、かつ、
前記第３の制御電極と前記第１の制御電極との間に電位
差を生ずるような電圧を印加することによって、前記第
２の制御電極下の光導波路中に基板表面に垂直な電界成
分と水平な電界成分を同時に発生させ、前記TM、TE両モ
ードの出力を同時に制御するようにしたものである。
有する結晶基板上に形成された互いに近接した２本の光
導波路からなる光方向性結合器と、前記２本の光導波路
上にそれぞれ設置された第１及び第２の制御電極と、前
記第２の制御電極と対向し、かつ、前記光導波路に近接
して設置された第３の制御電極とから構成された光スイ
ッチを用い、前記光方向性結合器はTM、TE両モードに対
する完全結合長がほぼ等しくなるように設定し、かつ、
前記第３の制御電極と前記第１の制御電極との間に電位
差を生ずるような電圧を印加することによって、前記第
２の制御電極下の光導波路中に基板表面に垂直な電界成
分と水平な電界成分を同時に発生させ、前記TM、TE両モ
ードの出力を同時に制御するようにしたものである。
従来の方向性結合形光スイッチは、方向性結合器を構成
する２本の光導波路上にのみ電極を設置し、屈折率変化
を生じさせる電界成分としては１つの方向（例えば第２
図ではｚ方向）の電界成分しか利用していないのに対
し、本発明の光スイッチにおいては第３の制御電極を設
置することによって互いに直交する２つの方向の電界成
分を有効に利用してTM,TE両モードに対する屈折率変化
量を近づけ、且つスイッチ電圧の低減を可能にしてい
る。
する２本の光導波路上にのみ電極を設置し、屈折率変化
を生じさせる電界成分としては１つの方向（例えば第２
図ではｚ方向）の電界成分しか利用していないのに対
し、本発明の光スイッチにおいては第３の制御電極を設
置することによって互いに直交する２つの方向の電界成
分を有効に利用してTM,TE両モードに対する屈折率変化
量を近づけ、且つスイッチ電圧の低減を可能にしてい
る。
次に、本発明について第１図を参照して説明する。第１
図は本発明による光スイッチング方法の一実施例を示す
斜視図である。第２図に示した従来の方向性結合形スイ
ッチと同様の形状のLiNbO3基板11上に厚さ数百〜千Åで
幅が数〜十数μｍのTi膜パターンを熱拡散して形成した
光導波路12,13が近接して設置されて光方向性結合器14
を構成している。光導波路12,13上にはそれぞれ第1,第
２の制御電極15,19が設置され、さらに制御電極19に対
向して光導波路13に近接して第３の制御電極20が設置さ
れている。光方向性結合器14の長さは従来例と同様に、
TM,TE両モードに対してほぼ完全結合長に等しくなるよ
うに設定されている。その長さは通常数mm〜数十mmであ
る。基本的な動作原理は第２図について述べたものと同
じであるが、本実施例においてはTEモードに対する印加
電圧による屈折率変化量δｎTEはｚ方向の電界成分Ezに
よる値 とｙ方向の電界成分Eyによる変化量 の和となる。例えば、第１の制御電極15に正電圧V1，第
２の制御電極19をアース，制御電極20に負電圧V2を印加
すると、光導波路13中にはｚ方向電界成分と同時に正電
圧V1と負電圧V2の電位差によって生ずるｙ方向の電界Ey
が生じ、電気光学定数r22を介して上述のような屈折率
変化量δｎTE″が生ずる。このδｎTE″の値は負電圧V2
の値によって調整可能である。すなわち、第２図に示し
た従来の光スイッチでは、ｚ方向の電界成分Ezによる屈
折率変化だけを利用していたのでTEモードに対する屈折
率変化量δｎTEはTMモードに対する屈折率変化量δｎTM
の約1/3であり、屈折率変化量δｎTEとδｎTMを近づけ
るのは不可能であったが、本実施例においては、第３の
制御電極20への印加電圧を付加することによって屈折率
変化量δｎTMだけを増加させることが可能となり、屈折
率変化量δｎTEとδｎTMを近づけ、低電圧で偏光依存性
のない光スイッチング方法を得ることができる。
図は本発明による光スイッチング方法の一実施例を示す
斜視図である。第２図に示した従来の方向性結合形スイ
ッチと同様の形状のLiNbO3基板11上に厚さ数百〜千Åで
幅が数〜十数μｍのTi膜パターンを熱拡散して形成した
光導波路12,13が近接して設置されて光方向性結合器14
を構成している。光導波路12,13上にはそれぞれ第1,第
２の制御電極15,19が設置され、さらに制御電極19に対
向して光導波路13に近接して第３の制御電極20が設置さ
れている。光方向性結合器14の長さは従来例と同様に、
TM,TE両モードに対してほぼ完全結合長に等しくなるよ
うに設定されている。その長さは通常数mm〜数十mmであ
る。基本的な動作原理は第２図について述べたものと同
じであるが、本実施例においてはTEモードに対する印加
電圧による屈折率変化量δｎTEはｚ方向の電界成分Ezに
よる値 とｙ方向の電界成分Eyによる変化量 の和となる。例えば、第１の制御電極15に正電圧V1，第
２の制御電極19をアース，制御電極20に負電圧V2を印加
すると、光導波路13中にはｚ方向電界成分と同時に正電
圧V1と負電圧V2の電位差によって生ずるｙ方向の電界Ey
が生じ、電気光学定数r22を介して上述のような屈折率
変化量δｎTE″が生ずる。このδｎTE″の値は負電圧V2
の値によって調整可能である。すなわち、第２図に示し
た従来の光スイッチでは、ｚ方向の電界成分Ezによる屈
折率変化だけを利用していたのでTEモードに対する屈折
率変化量δｎTEはTMモードに対する屈折率変化量δｎTM
の約1/3であり、屈折率変化量δｎTEとδｎTMを近づけ
るのは不可能であったが、本実施例においては、第３の
制御電極20への印加電圧を付加することによって屈折率
変化量δｎTMだけを増加させることが可能となり、屈折
率変化量δｎTEとδｎTMを近づけ、低電圧で偏光依存性
のない光スイッチング方法を得ることができる。
なお、本実施例ではＺ板結晶（ｚ軸が基板表面に垂直な
結晶）を用いたが、Ｙ板またはＸ板結晶を用い、横方向
電界Ezと深さ方向電界EyまたはExの両電界成分を利用し
ても本実施例と同等の効果が得られる。
結晶）を用いたが、Ｙ板またはＸ板結晶を用い、横方向
電界Ezと深さ方向電界EyまたはExの両電界成分を利用し
ても本実施例と同等の効果が得られる。
以上述べたように本発明によれば、入射光の偏光状態に
対する依存性がなく、スイッチ電圧が低く且つ製作の容
易な光スイッチング方法が得られる。
対する依存性がなく、スイッチ電圧が低く且つ製作の容
易な光スイッチング方法が得られる。
第１図は本発明による光スイッチの一実施例を示す斜視
図、第２図は従来の光スイッチの一例を示す斜視図であ
る。 11,31……LiNbO3結晶基板、12,13,32,33……光導波路、
14,34……光方向性結合器、15,19,20,35,39……制御電
極、16……光波、17,18,37,38……出射光。
図、第２図は従来の光スイッチの一例を示す斜視図であ
る。 11,31……LiNbO3結晶基板、12,13,32,33……光導波路、
14,34……光方向性結合器、15,19,20,35,39……制御電
極、16……光波、17,18,37,38……出射光。
Claims (1)
- 【請求項１】電気光学効果を有する結晶基板上に形成さ
れた互いに近接した２本の光導波路からなる光方向性結
合器と、前記２本の光導波路上にそれぞれ設置された第
１及び第２の制御電極と、前記第２の制御電極と対向
し、かつ、前記光導波路に近接して設置された第３の制
御電極とから構成された光スイッチを用い、前記光方向
性結合器はTM、TE両モードに対する完全結合長がほぼ等
しくなるように設定し、かつ、前記第３の制御電極と前
記第１の制御電極との間に電位差を生ずるような電圧を
印加することによって、前記第２の制御電極下の光導波
路中に基板表面に垂直な電界成分と水平な電界成分を同
時に発生させ、前記TM、TE両モードの出力を同時に制御
することを特徴とする光スイッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61295330A JPH0750285B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 光スイッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61295330A JPH0750285B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 光スイッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63147146A JPS63147146A (ja) | 1988-06-20 |
| JPH0750285B2 true JPH0750285B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=17819215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61295330A Expired - Lifetime JPH0750285B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 光スイッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750285B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2812974B2 (ja) * | 1989-02-03 | 1998-10-22 | 日本放送協会 | 偏光無依存性光スイッチ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5221842A (en) * | 1975-08-12 | 1977-02-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Directional light coupler |
| JPS6019552A (ja) * | 1983-07-13 | 1985-01-31 | Rohm Co Ltd | 熱印字ヘツド |
-
1986
- 1986-12-10 JP JP61295330A patent/JPH0750285B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63147146A (ja) | 1988-06-20 |
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