JPS6015251B2

JPS6015251B2 - 光分波器

Info

Publication number: JPS6015251B2
Application number: JP222679A
Authority: JP
Inventors: 修三上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1979-01-16
Filing date: 1979-01-16
Publication date: 1985-04-18
Also published as: JPS5595928A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、光伝送システムあるいは光集積回路において
用いられるＴＭ・ＴＥモード分波器に関するものである
。

偏波面が９０ｏ異なる直線偏波光を分離する素子として
は従来複屈折結晶からなるプリズム等が知られている。

例えばＷａｌｌａｓｔｏｎ（ウオラストン）プリズム、
Ｒ比ｈｏｎ（ローション）プリズムがあり、これらのプ
リズムの平行光を入射すると、これを通過した方向は２
つに分かれ、各々が互いに垂直に振動する直線偏波光と
なる。しかしながら、これらのプリズムはバルク構造で
あり導波路化されていないため、光伝送システムあるい
は光集積回路に適用することは難かしい。光フアイバあ
るいは光導波路などの導波構造中を伝搬する光波に対し
て、偏波方向のちがし、により光分波の作用を有するも
のとしては第１図に示すものがある。

基板１の表面近傍に作成された光導波路２の表面に金属
膜３を装荷した構造になっている。基板に垂直な偏波面
５−１をもつＴＭモードの伝搬光に対して、金属膜は非
常に大きな吸収を生じる。一方、基板に平行な偏波面５
一２をもつＴＥモード‘こ対しては吸収をほとんど生じ
ない。したがってこの導波路２に入射された光はＴＥモ
ード成分のみが低い伝搬損失で通過し、ＴＭモード成分
は通過するとはできない。すなわち、ＴＥモード通過フ
ィル夕として作用する。この構造ではＴＭモード通過フ
ィル夕はできない。ＴＭおよびＴＥモードのいずれか一
方のみを通過できるフィル夕としては、第２図に示すも
のがある。２本の導波路間の光結合を利用するものであ
り、基板１の表面に平面導波路２および４が作成され、
とくに平面光導波路４は、光の伝搬方向に対して垂直方
向に厚みが変化されテーパ状となっている。

６は両導波路より屈折率が小さい中間層である。

いま導波路２，４の伝搬定数を３，、３２とし、光結合
係数をＣとする。導波路の厚みおよび屈折率を適当に選
べば、ＴＭモー日こ対して８，＝８２、またＴＭモード
に対してｌ３，一８２ＡＩ》Ｃとすることができる。こ
の結果、両導波路の間でＴＭモードのみが結合され、光
パワーが他の導波路へ移る。したがって導波路２に光７
を入射すると、ＴＥモードは結合されることなく導波路
２を光８として通過する。一方ＴＭモードへ導波路４に
結合され、かつ導波路４はテーパ構造となっているため
、結合したＴＭモ−ドの伝搬光９は光路を曲げて進行す
るので、ＴＭモードとＴＥモード‘ま空間的に分離され
る。ＴＭモードとＴＥモードを入替えても、伝搬定数を
そのように設定すれば同じことが成立つ。この場合、導
波路を３次元化することが不可能であり、光フアィバと
の接続ができないという問題があった。従って本発明の
技術の上記各欠点を改善することを目的とし、その特徴
は、電気光学効果を有する物質による基板と、基板の表
面近傍にもうけられる平行近接した長さ１の結合領域を
有する１対の同じ構成の光導波路と、一方の光導波路の
表面に装荷される金属膜電極と、ｍｌｏ＜１く（ｍ＋２
）ｌｏ（ｍは自然数、ｌｏは結合領域のＴＥモード‘こ
対する１００％結合長）を満足するｍの値に従って長さ
１を光の伝播方向に（ｍ＋１）分割し、分割領域毎にバ
ッファ層を介してもう一つの光導波路の上又は光導波路
からずらして光導波路と平行にもうけられる電極と、該
電極と前記金属膜電極を介して少なくとも一方の光導波
路に分割領域毎に交互に符号の異なる電位差を与える手
段とを有するごとき光分波器にある。以下図面による実
施例を説明する。第３図は本発明の一実施例であり、電
気光学効果を有する物質から成る基板１の表面の２本の
直線導波路２，４が作成されている。

両導波路が平行近接した結合領域１０の長さを１とする
。導波路４の表面には金属膜１１が、ストリップ状に装
荷されている。また導波路２の上にはフアイバ層１２を
装荷した上に、長さ１／２のストリップ状電極１３−１
，１３−２が設けられている。ここで電気光学効果を有
する物質としては、ＬＩＮＯ０３に代表される強諺電体
結晶あるいはＧａＡｓに代表される半導体結晶であり、
外部電界の印如によって物質の屈折率が変化する特性を
有する。以後ＬｉＮｂ０３を例として説明を行う。Ｌｉ
Ｎの３単結晶を基板とした場合は、導波路２，４はパタ
ーン化したＴｉ金属等を熱拡散することによって作成す
ることができる。基板表面に垂直な偏波面５−１をもつ
導波光をＴＭモード、平行な偏波面５−２をもつ導波光
をＴＥモードを称する。ＴＥモード光に対する１００％
結合長をｌｏとし、結合部長川こ対してｌｏく１く乳ｏ
の関係が成立すると仮定する。ＴＭモード光に対する１
００％結合長に対する制限はない。一般に２本の導波路
間の光結合を考える場合、それぞれの導波路（ここでは
２，４）の伝搬送数をａ，、８２とした時、ｌ８，一３
２ｌ》Ｃならば両者間での光結合は生じない。Ｃは結
合係数であり、Ｃ＝汀／２１。で与えられる。また一般
に導波略の表面に金属膜を装荷するとＴＭモード光に対
して大きな吸収を生じるとともに伝搬定数が著しく小さ
くなる。ＴＥモードに対しては金属膜装荷の影響は小さ
い。したがってＴＭモードに対してはＩ８，一８２ｌ
》Ｃの条件が満たされ、導波勝間の光結合は生じない。
一方、ＴＥモードに対しては金属膜装荷に伴う伝搬定数
の変化は小さいため、８，と８２とはほぼ等しく光結合
が生じる。前述したごとくＴＥモードに関する結合は１
。く１く３。なる関係が成立している。この時結合領域
を２分割し、互いに符号が異なる位相差を導波路２，４
の間に誘起することにより、１００％結合を実現するこ
とができる。これについては伍ＥＥ、Ｊｏｕｍａｌ
ｏｆＱ雌ｎｔ山ｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶｏｌ１
２、ｐ３９６（１９７６）の日．Ｋｏｇｅｌｎｉｋ氏ら
の論文に説明されている。このため導波路２の上に２枚
の蝿極１３−１，１３一２が設けられている。電極が導
波光に及ぼす影響、例えば光吸収と伝搬定数の変化、を
無くすため、屈折率や導波路より小さいバッファ層１２
が設けられている。バッファ層としてはＡＩ２０３やＳ
ｉ０２を用いることができる。導波路４の上に装荷され
た金属膜を共通接地のための電極として用い、電極１３
−１，１３−２にそれぞれ符号が逆の電圧Ｖ，，Ｖ２を
印放し、その電圧を調整することにより、ＴＥモード‘
こ対して１００％結合を実現できる。基板１において分
極軸１４は基板表面に垂直とする。外部から電圧を印加
すると、電極の真下に符号が異なる電界が集中する。こ
の様子を第４図に示す。第４図は第３図の断面図であり
、第３図と同一のものは同じ番号をつけた。１５は印加
電界である。

このため導波路２，４のそれぞれの伝搬定数が一方は増
加し、他方は減少する。この結果、両導波略の間に位相
差が生じ、かつ印加電圧ｙ，，Ｖ２の符号により２分割
された結合領域で譲起される位相差の符号が異なる。し
たがって第３図において導波路２にレーザ光７を入射す
るとＴＭモード光は導波路４へ結合されることなく、導
波路２を進み出射光８として取出される。

一方ＴＥモード光は導波路４へ１００％結合し出射光９
として取出される。ＴＥモード光に対して１００％結合
を生じるための電圧を印加した時に生じる伝搬定数の変
化は、金属膜装荷による誘起されたＴＭモード光に対す
る伝搬定数の変化に比較して十分小さいため、ＴＭモー
ド光への影響は小さい。したがって電圧印加によっても
ＴＭモードの非結合の条件がくずされることはない。こ
こではＴＥモードに対する結合度がｌｏ＜１＜３ｏの場
合について述べたが、ｍｌｏ＜１く（ｍ十２）ｌｏの場
合も同様である。ここでｍ＝１、２、３、……である。
つぎに第５図は本発明の別の実施例であり、第３図、第
４図と同じものは同一番号をつけている。

この場合、分割電極はｍ＝１の場合を示しているが、他
の場合でも同様である。分割電極１３ーーおよび１３−
２は導波路２の上にではなく、金属膜１１を装荷した導
波路４の近傍に設けられている。したがって第３図の実
施例で示したバッファ層１２は必要とされない。印加電
界１５は、導波路４において集中し、その伝搬定数８２
を変えることにより、導波路間に所望の位相差を与える
ことができる。導波路２へ入射された光７は、ＴＭモー
ド光８は結合することなく導波路２より出射する。一方
ＴＥモード光９は所定の電圧印加により導波路４へ１０
０％結合する。第５図においては分割電極１３一１．１
３一２は導波路４の外側に設けられているが、導波略２
の外側に設けても同様である。第６図は本発明の別の実
施例であり、基板１の分極軸１４は基板表面に平行であ
る。

通常、電気光学効果は印放電界が分極軸と平行な場合に
もっとも効率よく屈折率変化を生じる。したがってこ一
の場合、分割電極１３−１，１３−２を導波路２をはさ
むように設ける。バッファ層１２は必要としない。導波
路２において分極軸と平行な印加電界１５によって屈折
率が変化し、所望の位相差を与えることができる。導波
路２に光７を入射すると、ＴＭモード光８は結合を生じ
ず、導波路２より出射する。またＴＥモード光９は１０
０％結合を生じ、導波路４から出射する。つぎに第３図
に示した構造の実施例についての実験結果を述べる。

Ｃ板ＬｉＮｂ０３を基板とし、Ｔｉ金属を約５００人ス
パッタした後２本の直線導波路状にパターン化する。寸
法は導波路幅８仏肌、間隔５１の結合部長１＝１６肋で
ある。これを１０３０℃、ｌｑ時間大気中にて熱拡散す
ると光方向性結合器が作成される。基板の両端面を研摩
た後、一方の導波路（■とする）上に約３０００Ａ厚の
ＡＩをストリップ状に装荷する。つぎにバッファ層とし
て山２０３を約２０００Ａ厚蒸着した後、他方の導波路
（■とする）上に２分割電極をＡＩで形成する。各電極
の長さは８柵、幅１０山肌である。金属膜および電極の
形成以前にレーザ光を入射し結合特性を把握した。この
結果１．１５山肌光に対してＴＭモ−ドは１０３１２欄
、ＴＥモードは１０ご８帆であることが判明した。した
がってＴＥモード‘こ対してｌｏく１＜乳ｏの関係が成
立している。各電極にＶ，ご１８Ｖ、Ｖ２ご２４Ｖ程度
を印加した時ＴＥモードは１００％結合を生じた。ＴＭ
モードは結合することなく入射導波路をそのまま通過し
た。得られたクロストークはＴＭ・ＴＥモードとも約２
ＭＢであった。以上説明したように本発明は、‘１’３
次元の導波略緩造であること、‘２）ＴＭ・ＴＥモード
を同時に分波できること及び｛３｝分波された各モード
が空間的に分離することなどの特徴を有しているので光
フアィバあるいは光集積回路において用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＴＥモード・フィル夕の構成図、第２図
は従来のＴＭ・ＴＥモード分波器の構成図、第３図は本
発明の一実施例の構成図、第４図は第３図の断面図、第
５図および第６図は本発明の他の実施例の構成図である
。１・・・・・・基板、２・・・・・・導波路、３・・・
・・・金属膜、４・・…・導波路、５・・・・・・偏波
面、６・・・・・・中間層、７・・・・・・入射光、８
・・・・・・非結合光、９・・・・・・結合光、１０・
・・・・・結合領域、１１・・・・・・金属膜、１２…
・・・バッファ層、１３・・・・・・分割電極、１４・
・・・・・分極軸、１５・・・…印加電界。第１図第２図第３図第５図第６図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

１電気光学効果を有する物質による基板と、基板の表
面近傍にもうけられる平行近接した長さの１の結合領域
を有する１対の同じ構成の光導波路と、一方の光導波路
の表面に装荷される金属膜電極と、ｍｌ＿０＜ｌ＜（ｍ
＋２）ｌ＿０（ｍは自然数、ｌ＿０は結合領域のＴＥモ
ードに対する１００％結合長）を満足するｍの値に従つ
て長さｌを光の伝播方向に（ｍ＋１）分割し、分割領域
毎にバツフア層を介してもう一つの光導波路の上又は光
導波路からずらして光導波路と平行にもうけられる電極
と、該電極と前記金属膜電極を介して少なくとも一方の
光導波路に分割領域毎に交互に符号の異なる電位差を与
える手段とを有することを特徴とする光分波器。