JP2937799B2 - 音響光学フィルタ - Google Patents

音響光学フィルタ

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JP2937799B2 JP7093294A JP9329495A JP2937799B2 JP 2937799 B2 JP2937799 B2 JP 2937799B2 JP 7093294 A JP7093294 A JP 7093294A JP 9329495 A JP9329495 A JP 9329495A JP 2937799 B2 JP2937799 B2 JP 2937799B2
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    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11Devices 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 intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
    • G02F1/125Devices 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 intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves in an optical waveguide structure

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は音響光学フィルタに関
し、特にコリニア結合による音響光学効果を利用した光
波長フィルタの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の音響光学効果を利用した光波長
フィルタは、高速動作可能、同調可変幅が大きく取れ
る、複数波長を同時に選択できる等の特徴がある。この
種の光波長フィルタは、所定基板上に形成され光導波路
の入力端で励起された単一直線偏光を、光導波路上に装
荷された励振電極により生成された弾性表面波によっ
て、光導波路を伝搬する導波光の特定の波長成分のみを
上記偏光と直交する直線偏光に変換する音響光学フィル
タである。
【0003】図5にこのような音響光学フィルタの一例
を示しており、エレクトロニクスレター第25巻6号3
98〜399頁(ELECTRONICS LETTE
RSVol.25,No.6,pp398〜399,1
989)に開示されたものである。
【0004】ニオブ酸リチウム基板41上に当該フィル
タが形成されており、この基板41上にチャネル型光導
波路42が形成されている。この光導波路42上に装荷
された弾性表面波励振電極43a,43bが形成されて
いる。尚、45a〜dは弾性表面波吸収体を示してお
り、基板***部の46は光検光素子である。
【0005】ニオブ酸リチウム基板41上に装荷された
弾性表面波励振電極43a,43bにより励振された弾
性表面波によって、この基板41上の表面の光導波路
(チタン拡散光導波路)42を含む相互作用領域44
a,44bに、周期的な屈折率の変化が発生する。
【0006】光伝送路42の入力端で励起された単一直
線偏光、例えば基板41に対して水平な電界成分を有す
る直線偏光(以後TE偏光と称する)のうち、相互作用
領域44a,44b内の周期的な屈折率の変化によって
位相整合条件が満たされる特定の光波長のTE偏光のみ
が、基板に対して垂直な電界成分を有する直線偏光(以
後TM偏光と称する)に変換される。
【0007】素子の中央付近に設けられたZカットのニ
オブ酸リチウムウエハ片によるTM偏光検光素子46に
より、TM偏光は透過され、TE偏光は放射されて特定
波長の選択が行われることになる。
【0008】そして、第2の弾性表面波励振電極43b
により再び特定の光波長のTM偏光波がTE偏光に変換
される。この2段階の偏光変換によりフィルタ特性にお
けるサイドローブの低減が可能となっている。
【0009】図6は従来の他の音響光学フィルタの構成
を示すもので、ジャーナルオブライトウェーブテクノロ
ジー第12巻6号977〜982頁(JOURNAL
OFLIGHTWAVE TECHNOLOGY Vo
l.12,No.6,pp977〜982,1994)
に開示されたものである。
【0010】ニオブ酸リチウム基板51に装荷された弾
性表面波励振電極53によって励振された弾性表面波
は、ニオブ酸リチウム基板51の表面に形成されたチタ
ン拡散領域57a,57b,57cをクラッドとする弾
性表面波導波路に沿って伝搬する。
【0011】弾性表面波は隣接する2つの弾性表面波導
波路間を相互にいわゆるパワーフローしつつ伝搬するた
めに、光導波路52b上の弾性表面波吸収体55aで始
まり弾性表面波吸収体55bで終端する相互作用領域5
4に、弾性表面波の強度分布が発生する。この相互作用
領域54における特定の光波長のTE偏光からTM偏光
への変換作用は、光波と弾性表面波との結合係数の分布
によって定まり、この結合係数は弾性表面波の強度分布
に対応している。
【0012】結合係数が相互作用領域に亘って一様な場
合には、フィルタ特性におけるサイドローブレベルの上
限は−9dBに制限されるが、結合係数に重み付けを行
うことで、更なる低サイドローブ化を図ることができ
る。
【0013】この図6に示した音響光学フィルタにおい
ては、2つの弾性表面波導波路を互いに隣接させた構造
とすることにより、弾性表面波と光波との重み付け結合
を実現しており、低サイドローブ化を図っている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】音響光学フィルタは上
述した如く、弾性表面波と光波の相互作用を利用するも
のであり、弾性表面波と光波の結合係数が一様である従
来の構造では、フィルタ特性におけるサイドローブレベ
ルは論理的に−9dBになり、これ以上の低サイドロー
ブ化が図れない。更なる低サイドローブ化を図るため、
図5の音響光学フィルタでは2つのTE/TM偏光変換
素子をタンデムに接続しているが、素子の大型化,消費
電力増加などの問題がある。
【0015】図6の音響光学フィルタでは、弾性表面波
と光波の結合係数に重み付けをすることで低サイドロー
ブ化を図っているが、新たに2つの弾性表面波導波路を
設ける必要があるため、素子の大型化,作成工程が複雑
になるなどの問題がある。
【0016】本発明の目的は、大型化や消費電力の増加
等を招来することなく簡単な構成で低サイドローブ化を
図ることができる音響光学フィルタを提供することであ
る。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、弾性表
面波の偏りが存在する基板上に形成され光導波路の入力
端で励起された単一直線偏光を、前記光導波路上に装荷
された励振電極により生成され前記基板上を伝搬する
性表面波によって、前記光導波路を伝搬する導波光の特
定の波長成分のみを前記偏光と直交する直線偏光に変換
する音響光学フィルタであって、前記励振電極が前記光
導波路の形成方向に直交する方向に対して所定角度傾斜
して形成されており、前記光導波路が前記励振電極の開
口幅の中心位置からずれて形成されていることを特徴と
する音響光学光フィルタが得られる。
【0018】
【作用】本発明では、基板結晶軸より傾斜させて形成し
た弾性表面波励振電極によって光波の伝搬方向と偏った
方向に伝搬する弾性表面波を励振し、光波の伝搬方向に
対して弾性表面波の強度分布を発生させている。その強
度分布による弾性表面波と光波の結合係数の分布を、弾
性表面波励振電極の開口の中心位置より光導波路位置を
ずらして設定することによって調整して、低サイドロー
ブ化を図る弾性表面波と光波の重み付け結合をもたらし
ている。
【0019】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0020】図1は本発明の実施例を説明するための平
面図である。ニオブ酸リチウム基板11を用いて、チタ
ン拡散法で光導波路12を作成した場合を例にとる。X
カットY軸伝搬方位のニオブ酸リチウム基板11の上
に、幅:6〜10μm、膜厚:500〜1500Åのチ
タンストライプを形成し、950〜1100℃で熱拡散
を行い単一モードチタン拡散光導波路12を作製する。
【0021】弾性表面波と導波光の相互作用領域14は
弾性表面波励振電極13の位置から始まり弾性表面波吸
収体15bの位置で終端する。
【0022】弾性表面波励振電極13として、例えば、
簾状(櫛形)の形状を用い、その電極指周期は10〜1
5μmの間の中心光波長におけるTE偏光とTM偏光の
間の交換条件を満たす周期で作製を行う。例えば、光波
長が1.55μmの場合、電極指周期は21μm付近の
値となる。
【0023】弾性表面波励振電極13は、Z軸(光導波
路12の形成方向:Y方向に基板面上で直交する方向)
方向に対して所定角度θだけずらして傾斜して形成され
ている。この励振電極13の開口部から弾性表面波が励
振されて、図1の波線で示す如く、弾性表面波吸収体1
5bまで伝搬していく。尚、励振電極13の開口部から
の逆方向(−Y軸方向)への弾性表面波は弾性表面波吸
収体15aにより吸収されるようになっている。
【0024】光導波路12は弾性表面波励振電極13の
開口幅の中心位置から△zだけずれて形成されている。
【0025】図2は本発明の音響光学フィルタにおいて
発生させた一様でない結合係数分布を説明するための特
性図である。XカットY軸伝搬方位のニオブ酸リチウム
基板には、弾性表面波の偏り(波面法線の方向とエネル
ギー伝搬の方向が一致しない)が存在し、導波光の伝搬
方向に対して弾性表面波と光波の結合係数に不均一さ
(重み付け)が発生する。一様でない弾性表面波と光波
の結合係数は、フィルタ特性においてサイドローブレベ
ルや透過半値全幅を変化させる。この結合係数の分布
は、弾性表面波励振電極13の傾斜角度(θ)に依存
し、かつ、光導波路12の弾性表面波励振電極13の開
口方向に対する相対位置(△z)にも依存する。△zは
電極開口幅以内の位置に設定し、θは+Xカットニオブ
酸リチウム基板では0〜−10°、−Xカット基板では
0〜+10°の間に設定する。
【0026】図3は本発明において、−9dB以下の低
サイドローブレベルを実現するθと△zの条件範囲の一
例を示した領域図である。電極開口幅は75Λ(Λは弾
性表面波の波長)、相互作用領域14の長さは1000
Λの場合である。弾性表面波の電極開口方向の強度プロ
ファイルにおいて節をなす領域に光導波路位置を設定す
ることで、低サイドローブ化を図る弾性表面波と光波の
重み付け結合を実現している。本実施例では、光導波路
の形成位置として、電極開口の中心より−40〜−25
Λ及び、−20〜−4Λ及び、+10〜+20Λシフト
した領域に設定している。
【0027】ここで、図1に示した音響光学結晶基板1
1のY−Z面上における弾性表面波の音響分布につい
て、図4を用いて考案する。弾性表面波励振電極13の
位置のy1面における音波分布(振幅と位相)をU1
(y1,z1)とし、図1の相互作用領域14内の任意
の点(y2,z2)の音波分布U2(y2,z2)は、 U2(y2,z2)=j/Λ∫∫U1(y1,z1) ・(e-jkr/r)dy1・dz1…(1) で表わされる。
【0028】ここに、rはy1面からy2面までの距離
(図4参照)であり、kは波数ベクトルである。
【0029】上記(1)式を相互作用領域14内の任意
の点(y2,z2)について解くことで、弾性表面波の
音波分布を夫々求めることができる。上述の結合係数は
弾性表面波のパワーに比例し、それは音波分布から求め
ることができるので、上記(1)式から結合係数の分布
が算出できることになる。従って、この結合係数の分布
を基に図1のフィルタ特性が算出できるのである。
【0030】こうして得られたものが、図3に示した低
サイドローブを実現するθと△zとの条件範囲の例を示
した領域図である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
傾斜させた弾性表面波励振電極が励振する光波の伝搬方
向と偏った方向に伝搬する弾性表面波によって光波の伝
搬方向に対して弾性表面波の強度分布を発生させ、その
強度分布による弾性表面波と光波の結合係数の分布を光
導波路位置を弾性表面波励振電極の開口の中心からずら
して調整することによって弾性表面波と光波の重み付け
結合を実現し、−9dB以下の低サイドローブレベルを
図っている。
【0032】そのため、TE/TM偏光変換素子を二段
に接続する構造を取らず、単一素子で低サイドローブレ
ベルを実現することができ、また、弾性表面波導波路を
設けるなどの特別な作製工程を付加することなく、従来
と同等の作製手順で簡単に低サイドローブ化を図ること
ができる。
【0033】このように、光波長選択機能を必要とする
光集積回路において、S/Nの良好な、小サイズ、省電
力の音響光学フィルタを供給できる効果は極めて大きな
ものであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音響光学フィルタの一実施例を示す平
面図である。
【図2】本発明の音響光学フィルタにおいて発生させた
結合係数の不均一分布を説明するための特性図である。
【図3】本発明において−9dB以下の低サイドローブ
レベルを実現するθと△zの条件範囲の一例を示した領
域図である。
【図4】本発明の音響光学フィルタにおける弾性表面波
の音波分布を説明するための図である。
【図5】従来の技術の一例を説明するための斜視図であ
る。
【図6】従来の技術の他の例を説明するための斜視図で
ある。
【符号の説明】
11 ニオブ酸リチウム 12 光導波路 13 弾性表面波励振電極 14 相互作用領域 15a,15b 弾性表面波吸収体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 1995年(平成7年)春季第42回応用物 理学関係連合講演会講演予稿集No.3 (1995年3月28日発行)p.1046 細井 亨,西本裕「28a−ZF−8 LiNb O▲下3▼導波型音響光学フィルタの透 過特性に関する検討−サイドローブレベ ルの検討(▲II▼)−」 1991年(平成3年)電子情報通信学会 秋季大会講演論文集分冊4 通信・エレ クトロニクス(1991年8月15日発行) p.4−225 後藤信夫,宮崎保充「C −195コリニア音響光学素子における傾 斜SAW導波路によるフィルタ特性改 善」

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性表面波の偏りが存在する基板上に
    形成され光導波路の入力端で励起された単一直線偏光
    を、前記光導波路上に装荷された励振電極により生成さ
    れ前記基板上を伝搬する弾性表面波によって、前記光導
    波路を伝搬する導波光の特定の波長成分のみを前記偏光
    と直交する直線偏光に変換する音響光学フィルタであっ
    て、前記励振電極が前記光導波路の形成方向に直交する
    方向に対して所定角度傾斜して形成されており、前記光
    導波路が前記励振電極の開口幅の中心位置からずれて形
    成されており、前記弾性表面波の偏りが発生する結晶方
    位の方向に前記光導波路が形成されている音響光学フィ
    ルタにおいて、 前記中心位置からのずれ量は前記励振電極の開口幅以内
    の値であって、開口幅比:−0.53〜−0.33、−
    0.27〜−0.053、+0.13〜+0.27の範
    囲に設定されており、 前記所定基板はXカットニオブ酸リチウム基板であり、
    前記所定角度は、0゜より大きく±5゜より小さい範囲
    に設定されている ことを特徴とする音響光学フィルタ。
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1991年(平成3年)電子情報通信学会秋季大会講演論文集分冊4 通信・エレクトロニクス(1991年8月15日発行)p.4−225 後藤信夫,宮崎保充「C−195コリニア音響光学素子における傾斜SAW導波路によるフィルタ特性改善」
1995年(平成7年)春季第42回応用物理学関係連合講演会講演予稿集No.3(1995年3月28日発行)p.1046 細井亨,西本裕「28a−ZF−8 LiNbO▲下3▼導波型音響光学フィルタの透過特性に関する検討−サイドローブレベルの検討(▲II▼)−」

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