JP2788762B2 - 光回路 - Google Patents
光回路Info
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- JP2788762B2 JP2788762B2 JP1212477A JP21247789A JP2788762B2 JP 2788762 B2 JP2788762 B2 JP 2788762B2 JP 1212477 A JP1212477 A JP 1212477A JP 21247789 A JP21247789 A JP 21247789A JP 2788762 B2 JP2788762 B2 JP 2788762B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は結晶基板上に設けた光導波路を用いた光回路
に関し、さらに詳しくは光導波路同士が交差して構成さ
れる光回路に関する。
に関し、さらに詳しくは光導波路同士が交差して構成さ
れる光回路に関する。
光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量
や多機能を持つ高度のシステムが求められており、光伝
送路の切り替え、交換や数多くの光信号の分配、合流な
どの新たな機能の付加が必要とされている。光伝送路の
切り替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，ファイバーなどを機械的に移
動させるものであり、低速であること、信頼性が不十分
であること、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
るものとしては光導波路を用いた導波形の光スイッチが
ある。これは高速，多素子の集積化が可能であり、しか
も高信頼等の特長がある。特に二オブ酸リチウム（LiNb
O3）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
結合器型光スイッチ、全反射型光スイッチ又はマッハツ
エンダ型光スイッチ等の種々の方式の光スイッチが報告
されている。
や多機能を持つ高度のシステムが求められており、光伝
送路の切り替え、交換や数多くの光信号の分配、合流な
どの新たな機能の付加が必要とされている。光伝送路の
切り替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，ファイバーなどを機械的に移
動させるものであり、低速であること、信頼性が不十分
であること、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
るものとしては光導波路を用いた導波形の光スイッチが
ある。これは高速，多素子の集積化が可能であり、しか
も高信頼等の特長がある。特に二オブ酸リチウム（LiNb
O3）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
結合器型光スイッチ、全反射型光スイッチ又はマッハツ
エンダ型光スイッチ等の種々の方式の光スイッチが報告
されている。
特に導波形光スイッチ間を基板上に光導波路からなる
光回路で接続し、多数個集積したマトリクス光スイッチ
は光信号の切り替え、交換の目的にはキーデバイスであ
るため数多くの検討及び報告がされている。このような
導波形のマトリクス光スイッチを実際の光通信システム
に適用する場合、低損失であることが重要であり、この
ためにはマトリクス光スイッチを構成する光回路が低損
失であることが不可欠である。
光回路で接続し、多数個集積したマトリクス光スイッチ
は光信号の切り替え、交換の目的にはキーデバイスであ
るため数多くの検討及び報告がされている。このような
導波形のマトリクス光スイッチを実際の光通信システム
に適用する場合、低損失であることが重要であり、この
ためにはマトリクス光スイッチを構成する光回路が低損
失であることが不可欠である。
一方、光信号を分配したり、合流する場合に現在は光
ファイバを用いているが、今後分配及び合流させる光信
号数の増加に伴う大型化、信号数増大に対しては不適当
である。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回路であ
る。光ファイバと同じ材料である石英系光導波路、ガラ
ス板及びニオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶等の誘電体基
板に形成した光導波路を用いた光回路は、光吸収が小さ
く低損失であるため、数多くの報告がされているが、や
はり、実際の光通信システムに適用する際には光回路が
低損失であることが実用上不可欠である。
ファイバを用いているが、今後分配及び合流させる光信
号数の増加に伴う大型化、信号数増大に対しては不適当
である。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回路であ
る。光ファイバと同じ材料である石英系光導波路、ガラ
ス板及びニオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶等の誘電体基
板に形成した光導波路を用いた光回路は、光吸収が小さ
く低損失であるため、数多くの報告がされているが、や
はり、実際の光通信システムに適用する際には光回路が
低損失であることが実用上不可欠である。
しかしながら、従来の光回路では光回路の損失に関し
て十分な特性は得られていない。第２図（ａ），（ｂ）
に従来の光導波路が交差して構成される光回路の一例と
して西本裕らの文献，電子情報通信学会技術報告OQE 88
−147による８×８マトリクス光スイッチの光回路の平
面図を示す。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11上にチタンを拡散
し、屈折率を基板11よりも大きくして形成した埋め込み
形のシングルモード光導波路12及び13が形成されてお
り、光導波路12及び13は基板11の中央部で互いに数μｍ
程度まで近接し、方向性結合器14を形成している。第２
図（ａ）では前記方向性結合器14が64素子同一基板上に
集積されて８×８マトリクス光スイッチを構成してい
る。第２図（ｂ）は各方向性結合器14間を接続する光導
波路12及び13が交差する領域を拡大した平面図である。
15は制御電極、17は入射光、18,19は出射光、20は交差
部である。前述した文献によれば、８×８マトリクス光
スイッチの接続パスによる損失の違いは２本の光導波路
12及び13の交差部での損失（今後、交差損失と呼ぶ）に
起因すること、また、低損失化を達成するためには交差
損失の低減が必要であることが明らかにされている。前
述した接続パスの違いによる損失の差は、各接続パスに
おける２本の光導波路12及び13が交差する交差部の数の
違いに起因している。すなわち、前述した文献によれ
ば、交差損失はTM偏光に対して一つの交差部で0.35dB程
度あり、このとき各接続パスが有する交差部は０点から
15点と異なるためである。従って、交差点が０点と15点
の接続パスの間には交差損失だけで約5dBの損失の差が
発生することになる。デバイスの損失を低減するために
は、この交差損失を低損失化することが必要となる。シ
ングルモードで伝搬してきた導波光は、交差する２本の
導波路が近接する領域から交差部にかけてマルチモード
となり、交差部を通過後は交差する２本の導波路が離れ
た領域で再びシングルモードとなる。このように、交差
部20でのモード変換、モード結合及び交差して近接する
もう一方の導波路への導波光の移行などにより、交差損
失が発生する。
て十分な特性は得られていない。第２図（ａ），（ｂ）
に従来の光導波路が交差して構成される光回路の一例と
して西本裕らの文献，電子情報通信学会技術報告OQE 88
−147による８×８マトリクス光スイッチの光回路の平
面図を示す。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11上にチタンを拡散
し、屈折率を基板11よりも大きくして形成した埋め込み
形のシングルモード光導波路12及び13が形成されてお
り、光導波路12及び13は基板11の中央部で互いに数μｍ
程度まで近接し、方向性結合器14を形成している。第２
図（ａ）では前記方向性結合器14が64素子同一基板上に
集積されて８×８マトリクス光スイッチを構成してい
る。第２図（ｂ）は各方向性結合器14間を接続する光導
波路12及び13が交差する領域を拡大した平面図である。
15は制御電極、17は入射光、18,19は出射光、20は交差
部である。前述した文献によれば、８×８マトリクス光
スイッチの接続パスによる損失の違いは２本の光導波路
12及び13の交差部での損失（今後、交差損失と呼ぶ）に
起因すること、また、低損失化を達成するためには交差
損失の低減が必要であることが明らかにされている。前
述した接続パスの違いによる損失の差は、各接続パスに
おける２本の光導波路12及び13が交差する交差部の数の
違いに起因している。すなわち、前述した文献によれ
ば、交差損失はTM偏光に対して一つの交差部で0.35dB程
度あり、このとき各接続パスが有する交差部は０点から
15点と異なるためである。従って、交差点が０点と15点
の接続パスの間には交差損失だけで約5dBの損失の差が
発生することになる。デバイスの損失を低減するために
は、この交差損失を低損失化することが必要となる。シ
ングルモードで伝搬してきた導波光は、交差する２本の
導波路が近接する領域から交差部にかけてマルチモード
となり、交差部を通過後は交差する２本の導波路が離れ
た領域で再びシングルモードとなる。このように、交差
部20でのモード変換、モード結合及び交差して近接する
もう一方の導波路への導波光の移行などにより、交差損
失が発生する。
なお、第２図（ａ）に示した８×８マトリクス光スイ
ッチの64素子の各方向性結合器型光スイッチにおいて、
方向性結合器14を構成する光導波路上には制御電極15に
よる光吸収を防ぐためのバッファ層を介して制御電極15
が形成されている。第２図（ｂ）において、光導波路12
に入射した入射光17は方向性結合器14の部分を伝搬する
にしたがって近接した光導波路13へ徐々に光エネルギー
が移り、方向性結合器14を通過後は光導波路13にほぼ10
0％エネルギーが移って出射光18となる。一方、制御電
極15に電圧を印加した場合、電気光学効果により制御電
極15下の光導波路の屈折率が変化し、光導波路12と13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。この動作を用いて導波光
の伝搬路の切り替えを行っている。
ッチの64素子の各方向性結合器型光スイッチにおいて、
方向性結合器14を構成する光導波路上には制御電極15に
よる光吸収を防ぐためのバッファ層を介して制御電極15
が形成されている。第２図（ｂ）において、光導波路12
に入射した入射光17は方向性結合器14の部分を伝搬する
にしたがって近接した光導波路13へ徐々に光エネルギー
が移り、方向性結合器14を通過後は光導波路13にほぼ10
0％エネルギーが移って出射光18となる。一方、制御電
極15に電圧を印加した場合、電気光学効果により制御電
極15下の光導波路の屈折率が変化し、光導波路12と13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。この動作を用いて導波光
の伝搬路の切り替えを行っている。
本発明の目的は上述の従来の光回路の課題を解決し、
低損失の光回路を提供することにある。
低損失の光回路を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明にかかる光回路は、
結晶基板に鋭角に交差して形成された組をなす２本の光
導波路と、 前記光導波路の交差部に隣接して前記結晶基板に形成
された凹部と、 前記結晶基板の表面に形成された前記結晶基板より低
屈折率のクラッド層からなり、 前記交差部における導波光を閉じ込めて、交差部に生
じる交差損失を低減する光回路であって、 凹部は前記鋭角に交差した２本の光導波路に挟まれた
領域にのみ形成したものであることを特徴とする。
結晶基板に鋭角に交差して形成された組をなす２本の光
導波路と、 前記光導波路の交差部に隣接して前記結晶基板に形成
された凹部と、 前記結晶基板の表面に形成された前記結晶基板より低
屈折率のクラッド層からなり、 前記交差部における導波光を閉じ込めて、交差部に生
じる交差損失を低減する光回路であって、 凹部は前記鋭角に交差した２本の光導波路に挟まれた
領域にのみ形成したものであることを特徴とする。
［作用］ 本発明の光回路は、光導波路同士が交差している交差
部の光導波路を除いた結晶基板上に凹部を有し、凹部は
交差する２本の光導波路が近接する領域に形成されるた
め、近接する２本の光導波路間は交差部の周辺部で、導
波路の断面がリッジ形の形状を有する。本発明者の実験
によると、交差部をこのような構造にすることにより交
差損失は低減する。
部の光導波路を除いた結晶基板上に凹部を有し、凹部は
交差する２本の光導波路が近接する領域に形成されるた
め、近接する２本の光導波路間は交差部の周辺部で、導
波路の断面がリッジ形の形状を有する。本発明者の実験
によると、交差部をこのような構造にすることにより交
差損失は低減する。
すなわち、交差部の周辺部の光導波路をリッジ形状と
することで、光導波路を導波光の進行方向に対して横方
向から取り囲むクラッド層は、従来の光回路における交
差部に比べ結晶基板よりも更に屈折率の低い物質にする
ことが可能となる。このため、従来の構造に比べ、交差
する２本の導波路が近接してくる領域から交差部直前ま
で、近接する２本の導波路間は低屈折率の物質に遮断さ
れ、導波路は導波光の閉じ込めが強くなり、マルチモー
ド成分が発生せず、前述した交差損失の要因であるモー
ド変換による損失、モード結合による損失及び近接する
他方の光導波路への導波光の移行による損失がそれぞれ
減少するため、交差損失は大幅に低減される。
することで、光導波路を導波光の進行方向に対して横方
向から取り囲むクラッド層は、従来の光回路における交
差部に比べ結晶基板よりも更に屈折率の低い物質にする
ことが可能となる。このため、従来の構造に比べ、交差
する２本の導波路が近接してくる領域から交差部直前ま
で、近接する２本の導波路間は低屈折率の物質に遮断さ
れ、導波路は導波光の閉じ込めが強くなり、マルチモー
ド成分が発生せず、前述した交差損失の要因であるモー
ド変換による損失、モード結合による損失及び近接する
他方の光導波路への導波光の移行による損失がそれぞれ
減少するため、交差損失は大幅に低減される。
以上のように、本発明の光回路では交差損失を低減で
き、従来に比べて交差部を有する光回路が低損失で得ら
れる。
き、従来に比べて交差部を有する光回路が低損失で得ら
れる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。
に説明する。
第１図（ａ），（ｂ）は本発明による光回路の一実施
例である光導波路の交差部の平面図、断面図を示す。図
において、光導波路12と13との交差部20の周辺で、かつ
光導波路を除いたニオブ酸リチウム結晶基板11に凹部21
を形成するためには、イオンビーム法、リアクティブイ
オンビーム法、リアクティブイオン法などのドライエッ
チング法、又は、溶液を用いたケミカルエッチング法な
どのウェットエッチング法などを用いてエッチングする
方法がある。
例である光導波路の交差部の平面図、断面図を示す。図
において、光導波路12と13との交差部20の周辺で、かつ
光導波路を除いたニオブ酸リチウム結晶基板11に凹部21
を形成するためには、イオンビーム法、リアクティブイ
オンビーム法、リアクティブイオン法などのドライエッ
チング法、又は、溶液を用いたケミカルエッチング法な
どのウェットエッチング法などを用いてエッチングする
方法がある。
本実施例の光回路では、リアクティブイオンビームエ
ッチング法を用いた。すなわち、従来例と同様にニオブ
酸リチウム結晶基板11にチタン拡散による光導波路を形
成した後に、凹部21を形成する部分以外の領域をマスク
し、リアクティブイオンビームエッチング法によってニ
オブ酸リチウム結晶基板11をエッチング除去した。
ッチング法を用いた。すなわち、従来例と同様にニオブ
酸リチウム結晶基板11にチタン拡散による光導波路を形
成した後に、凹部21を形成する部分以外の領域をマスク
し、リアクティブイオンビームエッチング法によってニ
オブ酸リチウム結晶基板11をエッチング除去した。
本発明の光回路における凹部21の深さＤは、0.1μｍ
以上あれば交差損失低減の効果が認められた。光導波路
12及び13を導波光の進行方向に対して、横方向から取り
囲むクラッド層16は、ニオブ酸リチウム結晶基板11より
屈折率が小さく、かつ透明な材料であればよい。この材
料として、SiO2，Si3N4，Al2O3等を用いた。
以上あれば交差損失低減の効果が認められた。光導波路
12及び13を導波光の進行方向に対して、横方向から取り
囲むクラッド層16は、ニオブ酸リチウム結晶基板11より
屈折率が小さく、かつ透明な材料であればよい。この材
料として、SiO2，Si3N4，Al2O3等を用いた。
従来の光回路では交差損失がTM偏光に対して一つの交
差部で約0.35dBであったのに対し、本実施例による光回
路では交差損失は約0.1dBとなり、従来例に比べ著しく
小さくなった。このとき、第１図において、Ｄは１μ
ｍ、Ｇは０μｍ以上、光導波路12及び13の幅Ｗは９μ
ｍ、交差部での光導波路の交差角θは約７度（ただし７
度以上）、クラッド層16はSiO2であり、光導波路は厚さ
630オングストロームのチタンを1050℃で８時間熱拡散
することにより形成した。
差部で約0.35dBであったのに対し、本実施例による光回
路では交差損失は約0.1dBとなり、従来例に比べ著しく
小さくなった。このとき、第１図において、Ｄは１μ
ｍ、Ｇは０μｍ以上、光導波路12及び13の幅Ｗは９μ
ｍ、交差部での光導波路の交差角θは約７度（ただし７
度以上）、クラッド層16はSiO2であり、光導波路は厚さ
630オングストロームのチタンを1050℃で８時間熱拡散
することにより形成した。
なお、本発明による光回路を形成する光導波路はニオ
ブ酸リチウム結晶基板にチタンを拡散したものに限定さ
れず、ガラス基板やニオブ酸リチウムを用いたプロトン
交換光導波路、サファイア、Si基板上に形成する石英系
光導波路など全ての光回路に適用できるのは明らかであ
る。
ブ酸リチウム結晶基板にチタンを拡散したものに限定さ
れず、ガラス基板やニオブ酸リチウムを用いたプロトン
交換光導波路、サファイア、Si基板上に形成する石英系
光導波路など全ての光回路に適用できるのは明らかであ
る。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明による光回路では、従来の
光回路に比べて、損失を低減することができる。
光回路に比べて、損失を低減することができる。
第１図（ａ）は本発明による光回路の一例を示す平面
図、（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ′線断面図、第２図
（ａ）は従来の光回路を示す平面図、（ｂ）は第２図
（ａ）のII部拡大図である。 11…ニオブ酸リチウム結晶基板 12,13…光導波路、14…方向性結合器 15…制御電極、16…クラッド層 17…入射光、18,19…出射光 20…交差部、21…凹部
図、（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ′線断面図、第２図
（ａ）は従来の光回路を示す平面図、（ｂ）は第２図
（ａ）のII部拡大図である。 11…ニオブ酸リチウム結晶基板 12,13…光導波路、14…方向性結合器 15…制御電極、16…クラッド層 17…入射光、18,19…出射光 20…交差部、21…凹部
Claims (1)
- 【請求項１】結晶基板に鋭角に交差して形成された組を
なす２本の光導波路と、 前記光導波路の交差部に隣接して前記結晶基板に形成さ
れた凹部と、 前記結晶基板の表面に形成された前記結晶基板より低屈
折率のクラッド層からなり、 前記交差部における導波光を閉じ込めて、交差部に生じ
る交差損失を低減する光回路であって、 凹部は前記鋭角に交差した２本の光導波路に挟まれた領
域にのみ形成したものであることを特徴とする光回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1212477A JP2788762B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 光回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1212477A JP2788762B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 光回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0375707A JPH0375707A (ja) | 1991-03-29 |
| JP2788762B2 true JP2788762B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=16623294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1212477A Expired - Fee Related JP2788762B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 光回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2788762B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3362105B2 (ja) * | 1997-03-31 | 2003-01-07 | 住友大阪セメント株式会社 | 導波路型光変調器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58154820A (ja) * | 1982-02-10 | 1983-09-14 | Fujitsu Ltd | 光スイツチ用導波路の形成法 |
| JPS61246705A (ja) * | 1985-04-24 | 1986-11-04 | Omron Tateisi Electronics Co | 分岐、結合部分を有する３次元光導波路装置 |
-
1989
- 1989-08-18 JP JP1212477A patent/JP2788762B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0375707A (ja) | 1991-03-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |