JP3250712B2 - 偏波無依存光制御素子 - Google Patents
偏波無依存光制御素子Info
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- optical
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- 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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—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 intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/225—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 intensity, phase, polarisation or colour by interference in an optical waveguide structure
- G02F1/2255—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 intensity, phase, polarisation or colour by interference in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic component in an electric waveguide structure
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- 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
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光変調器や光スイッチ
などの光制御素子の中で、小型で駆動電圧が小さく高速
動作が可能で、かつ入力光の偏波状態に依存しない偏波
無依存光制御素子に関するものである。
などの光制御素子の中で、小型で駆動電圧が小さく高速
動作が可能で、かつ入力光の偏波状態に依存しない偏波
無依存光制御素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高速かつ大容量の光伝送システムや、光
交換システムにおいては、高速で駆動するために、駆動
電圧が小さい光制御素子が有用である。この種の光制御
素子の一例としては、光スイッチや位相変調器や、光強
度変調器等があり、基本技術として、プリズムや光ファ
イバを機械的に移動させるメカニカル型、石英系ガラス
導波路等で用いられる熱光学効果型、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂ
Ｏ3 導波路等で用いられる電気光学効果型、等に大別さ
れる。この中でメカニカル型や熱光学効果型の光制御素
子は偏波依存性はないが、その応答速度は１ｍｓｅｃ程
度以上と遅いという問題がある。
交換システムにおいては、高速で駆動するために、駆動
電圧が小さい光制御素子が有用である。この種の光制御
素子の一例としては、光スイッチや位相変調器や、光強
度変調器等があり、基本技術として、プリズムや光ファ
イバを機械的に移動させるメカニカル型、石英系ガラス
導波路等で用いられる熱光学効果型、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂ
Ｏ3 導波路等で用いられる電気光学効果型、等に大別さ
れる。この中でメカニカル型や熱光学効果型の光制御素
子は偏波依存性はないが、その応答速度は１ｍｓｅｃ程
度以上と遅いという問題がある。
【０００３】一方、電気光学効果型光制御素子は、応答
速度が極めて速いという特徴を持っている。しかしなが
ら、同じ電圧あるいは電界を印加しても、屈折率変化が
光の偏波方向によって異なり、その動作が偏波方向に依
存したものになってしまうという問題があった。
速度が極めて速いという特徴を持っている。しかしなが
ら、同じ電圧あるいは電界を印加しても、屈折率変化が
光の偏波方向によって異なり、その動作が偏波方向に依
存したものになってしまうという問題があった。
【０００４】従来の光制御素子としてマッハツェンダ型
光強度変調器の例を、図１５および１６に示す。図１５
は該光強度変調器の透視的に見た平面図であり、図１６
は図１５のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
光強度変調器の例を、図１５および１６に示す。図１５
は該光強度変調器の透視的に見た平面図であり、図１６
は図１５のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【０００５】この光強度変調器では、例えば、電気光学
効果を有するｚ板ＬｉＮｂＯ3 基板１に、Ｔｉ熱拡散に
より光導波路２が形成されている。この基板１の上には
ＳｉＯ2 バッファ層８が０．３〜１μｍ程度形成され、
バッファ層８の上には進行波型電極３が形成されてい
る。進行波型電極３間に給電線１１からマイクロ波電圧
Ｖが供給される。
効果を有するｚ板ＬｉＮｂＯ3 基板１に、Ｔｉ熱拡散に
より光導波路２が形成されている。この基板１の上には
ＳｉＯ2 バッファ層８が０．３〜１μｍ程度形成され、
バッファ層８の上には進行波型電極３が形成されてい
る。進行波型電極３間に給電線１１からマイクロ波電圧
Ｖが供給される。
【０００６】ここで、強度が一定の入射光６を光導波路
２に入射させると、光はマッハツェンダ干渉計を構成す
るＹ分岐部９ａで二つの光導波路にパワーを分配する。
光導波路２、２と、電極３に印加した電圧とが相互作用
する領域で、その入力電圧に応じて光の屈折率あるいは
位相が変化し、Ｙ分岐部９ｂで光が干渉し合い出射光７
の強度が変化する。
２に入射させると、光はマッハツェンダ干渉計を構成す
るＹ分岐部９ａで二つの光導波路にパワーを分配する。
光導波路２、２と、電極３に印加した電圧とが相互作用
する領域で、その入力電圧に応じて光の屈折率あるいは
位相が変化し、Ｙ分岐部９ｂで光が干渉し合い出射光７
の強度が変化する。
【０００７】このような光導波路２内では、基板面に垂
直な電界成分を有するＴＭモードと水平方向に電界成分
を有するＴＥモードと呼ばれる直交する二つの偏波モー
ドが伝搬する。光導波路２と、電極３に印加した電圧と
が相互作用する領域（領域の長さをＬとする）では、光
の伝搬方向をＬｉＮｂＯ3 結晶のｘ軸方向とし、光導波
路２内における実効的な電界をＥｚとした場合、ＴＭモ
ードに対する屈折率変化Δｎ（ＴＭ）はＴＥモードに対
する屈折率変化Δｎ（ＴＥ）の約３倍である。ここで、
駆動電圧Ｖｐと相互作用長Ｌとは、
直な電界成分を有するＴＭモードと水平方向に電界成分
を有するＴＥモードと呼ばれる直交する二つの偏波モー
ドが伝搬する。光導波路２と、電極３に印加した電圧と
が相互作用する領域（領域の長さをＬとする）では、光
の伝搬方向をＬｉＮｂＯ3 結晶のｘ軸方向とし、光導波
路２内における実効的な電界をＥｚとした場合、ＴＭモ
ードに対する屈折率変化Δｎ（ＴＭ）はＴＥモードに対
する屈折率変化Δｎ（ＴＥ）の約３倍である。ここで、
駆動電圧Ｖｐと相互作用長Ｌとは、
【０００８】
【数１】 Ｖｐ・Ｌ＝Γ …（１） Γ：光変調器の材質、構造等により決まる定数 で示される関係があるため、従来例においては、ＴＭモ
ードに対する定数ΓをΓ（ＴＭ）とし、ＴＥモードに対
する定数ΓをΓ（ＴＥ）とすると、
ードに対する定数ΓをΓ（ＴＭ）とし、ＴＥモードに対
する定数ΓをΓ（ＴＥ）とすると、
【０００９】
【数２】 Γ（ＴＥ）〜３Γ（ＴＭ） …（２） と表記できる。
【００１０】この光強度変調器の場合、進行波型電極３
は分布定数回路として構成されているので、理想的には
電気回路的な帯域制限はない。しかし、実際にはマイク
ロ波と光には位相速度差があり、これによって動作周波
数の上限が制限される。
は分布定数回路として構成されているので、理想的には
電気回路的な帯域制限はない。しかし、実際にはマイク
ロ波と光には位相速度差があり、これによって動作周波
数の上限が制限される。
【００１１】マイクロ波に対する基板の実効的な屈折率
をｎm 、光に対する光導波路の実効的な屈折率をｎ0 と
表すと、この位相速度によって生じる上限周波数ｆv
は、次式で与えられる［参考文献：信学論（Ｃ），Ｊ６
４−Ｃ，ｐ２６４−２７１，１９８１］。
をｎm 、光に対する光導波路の実効的な屈折率をｎ0 と
表すと、この位相速度によって生じる上限周波数ｆv
は、次式で与えられる［参考文献：信学論（Ｃ），Ｊ６
４−Ｃ，ｐ２６４−２７１，１９８１］。
【００１２】
【数３】 ｆv ＝１．４ｃ／（πＬ｜ｎm −ｎ0 ｜） …（３） ただし、ｃは真空中における光速である。上記屈折率ｎ
m は基板の実効的な比誘電率εeff に対して、
m は基板の実効的な比誘電率εeff に対して、
【００１３】
【数４】 ｎm ＝εeff １／２ …（４） で与えられる。
【００１４】電気光学効果を持つ基板材料では、一般に
マイクロ波に対する屈折率ｎm は、光に対する屈折率ｎ
0 とは必ずしも一致しない。基板の実効的な比誘電率ε
effは、構造や材質によって異なるが、従来例において
はｎm が３．２程度の値となる。
マイクロ波に対する屈折率ｎm は、光に対する屈折率ｎ
0 とは必ずしも一致しない。基板の実効的な比誘電率ε
effは、構造や材質によって異なるが、従来例において
はｎm が３．２程度の値となる。
【００１５】図１７は、図１５、図１６の光強度変調器
において、電極の長さ（相互作用長）を２０ｍｍとした
場合に、波長１．３μｍにおいて得られた特性の一例で
ある。光がＯＮ／ＯＦＦするのに要する電圧（駆動電
圧）はＶｐ（ＴＭ）が５Ｖであるのに対し、Ｖｐ（Ｔ
Ｅ）は１５Ｖであった。これは、上述した（１）式およ
び（２）式の関係から推定される値と一致している。な
お、周波数帯域としては、ＴＭモードの屈折率ｎ0 （Ｔ
Ｍ）＝２．１５、ＴＥモードの屈折率ｎ0 （ＴＥ）＝
２．２２で、屈折率ｎm は屈折率ｎ0 の約１．５倍の大
きさになるので、式（３）から７ＧＨｚ程度になる。
において、電極の長さ（相互作用長）を２０ｍｍとした
場合に、波長１．３μｍにおいて得られた特性の一例で
ある。光がＯＮ／ＯＦＦするのに要する電圧（駆動電
圧）はＶｐ（ＴＭ）が５Ｖであるのに対し、Ｖｐ（Ｔ
Ｅ）は１５Ｖであった。これは、上述した（１）式およ
び（２）式の関係から推定される値と一致している。な
お、周波数帯域としては、ＴＭモードの屈折率ｎ0 （Ｔ
Ｍ）＝２．１５、ＴＥモードの屈折率ｎ0 （ＴＥ）＝
２．２２で、屈折率ｎm は屈折率ｎ0 の約１．５倍の大
きさになるので、式（３）から７ＧＨｚ程度になる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例によれば、ＴＭおよびＴＥモードとも同時にＯＮ／
ＯＦＦする場合には、電圧がそれぞれ０Ｖおよび１５Ｖ
において達成されるため、駆動電圧として最低１５Ｖ必
要であり、高速で動作させる場合に駆動電源にとって大
きな負担となる。
来例によれば、ＴＭおよびＴＥモードとも同時にＯＮ／
ＯＦＦする場合には、電圧がそれぞれ０Ｖおよび１５Ｖ
において達成されるため、駆動電圧として最低１５Ｖ必
要であり、高速で動作させる場合に駆動電源にとって大
きな負担となる。
【００１７】また、光強度変調器の高速動作化は、上記
（３）式から明らかなように、動作周波数に応じて、相
互作用長Ｌを短くすることにより達成できるものの、相
互作用長Ｌを短くすると、上記（１）式で示されるよう
に、駆動電圧が大きくなるという欠点があった。
（３）式から明らかなように、動作周波数に応じて、相
互作用長Ｌを短くすることにより達成できるものの、相
互作用長Ｌを短くすると、上記（１）式で示されるよう
に、駆動電圧が大きくなるという欠点があった。
【００１８】さらに、両モードのＯＦＦ電圧がずれる
と、消光比劣化が生じてしまい、システム上許容される
消光比を確保できなくなることが予想される。
と、消光比劣化が生じてしまい、システム上許容される
消光比を確保できなくなることが予想される。
【００１９】本発明の課題は、上述した従来の問題点を
解消し、低駆動電圧で高速動作が可能な、小型で入力光
の偏波状態に依存しない偏波無依存光制御素子を提供す
ることにある。
解消し、低駆動電圧で高速動作が可能な、小型で入力光
の偏波状態に依存しない偏波無依存光制御素子を提供す
ることにある。
【００２０】
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明の請求項１の偏波無依存光制御素子は、電気
光学効果を有する光学基板と、該光学基板の表面付近に
形成された光導波路と、該光導波路が形成された前記光
学基板面上に配置された進行波型電極とを備え、前記電
極にマイクロ波を印加して誘起される電圧により前記光
導波路と前記電極との相互作用領域が形成される偏波無
依存光制御素子であって、波長板および反射層を有する
とともに光偏波面を実質的に９０°前後回転して折り返
す折り返し部を前記光導波路の少なくとも一ケ所に具備
し、かつ前記光導波路、前記折り返し光導波路および前
記進行波型電極の長さを、直交する伝搬光モードの前記
相互作用部におけるマイクロ波の実効的な電圧の総和が
ほぼ一致する長さに、設定したことを特徴とする。
め、本発明の請求項１の偏波無依存光制御素子は、電気
光学効果を有する光学基板と、該光学基板の表面付近に
形成された光導波路と、該光導波路が形成された前記光
学基板面上に配置された進行波型電極とを備え、前記電
極にマイクロ波を印加して誘起される電圧により前記光
導波路と前記電極との相互作用領域が形成される偏波無
依存光制御素子であって、波長板および反射層を有する
とともに光偏波面を実質的に９０°前後回転して折り返
す折り返し部を前記光導波路の少なくとも一ケ所に具備
し、かつ前記光導波路、前記折り返し光導波路および前
記進行波型電極の長さを、直交する伝搬光モードの前記
相互作用部におけるマイクロ波の実効的な電圧の総和が
ほぼ一致する長さに、設定したことを特徴とする。
【００２２】本発明の請求項２の偏波無依存性光制御素
子は、前記請求項１の光制御素子において、進行波型電
極を二つ以上に分割したことを特徴とする。
子は、前記請求項１の光制御素子において、進行波型電
極を二つ以上に分割したことを特徴とする。
【００２３】本発明の請求項３の偏波無依存光制御素子
は、前記請求項１または２に記載の光制御素子におい
て、光導波路の折り返し部を二つ以上具備したことを特
徴とする。
は、前記請求項１または２に記載の光制御素子におい
て、光導波路の折り返し部を二つ以上具備したことを特
徴とする。
【００２４】本発明の請求項４の偏波無依存光制御素子
は、前記請求項１ないし３のいずれかに記載の光制御素
子において、光導波路、折り返し光導波路および進行波
型電極の長さを、相互作用部におけるマイクロ波と光と
の実効的な走行時間がほぼ一致する長さに、設定したこ
とを特徴とする。
は、前記請求項１ないし３のいずれかに記載の光制御素
子において、光導波路、折り返し光導波路および進行波
型電極の長さを、相互作用部におけるマイクロ波と光と
の実効的な走行時間がほぼ一致する長さに、設定したこ
とを特徴とする。
【００２５】
【作用】本発明によれば、光導波路の折り返し部におい
て、波長板により偏波方向を９０°回転させて反射させ
ることでＴＥモードとＴＭモードが変換されるので、入
射時にＴＥおよびＴＭモードであった入射光が、分岐後
再び合波するまでに受ける位相変化は同じになり、偏波
依存性がなくなる。また、電気光学効果を有する光学基
板の大きさには制限があるが、本発明のように光導波路
を折り返すと相互作用長を長くすることができ、駆動電
圧を非常に低減することができる。また、折り返し部で
電極と光導波路の長さに差を設けることができるので、
マイクロ波と光の位相速度差を補償することができ、従
来より高速動作を行うことが可能となる。また、同じ駆
動電圧に対して全素子長を短くすることができるため、
小型化も図ることができる。
て、波長板により偏波方向を９０°回転させて反射させ
ることでＴＥモードとＴＭモードが変換されるので、入
射時にＴＥおよびＴＭモードであった入射光が、分岐後
再び合波するまでに受ける位相変化は同じになり、偏波
依存性がなくなる。また、電気光学効果を有する光学基
板の大きさには制限があるが、本発明のように光導波路
を折り返すと相互作用長を長くすることができ、駆動電
圧を非常に低減することができる。また、折り返し部で
電極と光導波路の長さに差を設けることができるので、
マイクロ波と光の位相速度差を補償することができ、従
来より高速動作を行うことが可能となる。また、同じ駆
動電圧に対して全素子長を短くすることができるため、
小型化も図ることができる。
【００２６】さらに、ＴＥモードとＴＭモードを２回以
上入れ変えられるので、マイクロ波の伝搬損失によって
生じる各偏波モードの実効的な電圧の不均衡を解消する
ことができ、従って、高速動作においても偏波依存性の
無い特性が得られる。
上入れ変えられるので、マイクロ波の伝搬損失によって
生じる各偏波モードの実効的な電圧の不均衡を解消する
ことができ、従って、高速動作においても偏波依存性の
無い特性が得られる。
【００２７】これらの動作原理は、次の実施例の中で実
際のデバイスに沿ってより具体的に説明する。
際のデバイスに沿ってより具体的に説明する。
【００２８】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００２９】（実施例１）図１は、本発明による偏波無
依存光制御素子として、マッハツェンダ型光強度変調器
の第１の実施例を説明するための平面図であり、図２は
図１のＡ−Ａ′線に沿う拡大断面図である。
依存光制御素子として、マッハツェンダ型光強度変調器
の第１の実施例を説明するための平面図であり、図２は
図１のＡ−Ａ′線に沿う拡大断面図である。
【００３０】本実施例では、図１５および１６に示した
従来例と同様に電気光学効果を有するｚ板ＬｉＮｂＯ3
基板１上にＴｉ熱拡散法により光導波路２を形成してい
る。この光導波路２には、光度変換型折り返し光導波路
部１０が形成されている。光導波路２上に進行波型電極
３を配置している。光導波路２を伝搬する光が電極３に
よる吸収損失を少なくするために、例えばＳｉＯ2 でバ
ッファ層８を基板１と電極３との間に１μｍ程度形成し
ている。進行波型電極３に給電線１１からマイクロ波電
圧Ｖが供給される。
従来例と同様に電気光学効果を有するｚ板ＬｉＮｂＯ3
基板１上にＴｉ熱拡散法により光導波路２を形成してい
る。この光導波路２には、光度変換型折り返し光導波路
部１０が形成されている。光導波路２上に進行波型電極
３を配置している。光導波路２を伝搬する光が電極３に
よる吸収損失を少なくするために、例えばＳｉＯ2 でバ
ッファ層８を基板１と電極３との間に１μｍ程度形成し
ている。進行波型電極３に給電線１１からマイクロ波電
圧Ｖが供給される。
【００３１】図３に、第１の実施例の光路変換型折り返
し光導波路部１０の端部近傍の拡大一部断面視した平面
図の一例を示す。研磨等で形成した光路変換型光導波路
の折り返し部１０の端部に、片側に高反射膜５を形成し
た１／４波長板４を、その主軸が基板面と４５°となる
ように傾けて接合した。ここで、波長板４は、（２ｎ＋
１）／４波長板（ｎは０以上の整数）でもよい。また、
光導波路端部と波長板４との屈折率不整合による不要な
反射光を除去するため、光導波路端部と波長板４との間
に反射防止膜を形成している。なお、波長板４の厚さ
は、厚い程損失が大きくなるため、薄い方が望ましい。
し光導波路部１０の端部近傍の拡大一部断面視した平面
図の一例を示す。研磨等で形成した光路変換型光導波路
の折り返し部１０の端部に、片側に高反射膜５を形成し
た１／４波長板４を、その主軸が基板面と４５°となる
ように傾けて接合した。ここで、波長板４は、（２ｎ＋
１）／４波長板（ｎは０以上の整数）でもよい。また、
光導波路端部と波長板４との屈折率不整合による不要な
反射光を除去するため、光導波路端部と波長板４との間
に反射防止膜を形成している。なお、波長板４の厚さ
は、厚い程損失が大きくなるため、薄い方が望ましい。
【００３２】次に、上記構成による光強度変調器の動作
について説明する。
について説明する。
【００３３】強度が一定の入射光を光導波路２に入射さ
せると、光はマッハツェンダ干渉計を構成するＹ分岐部
９ａで二つの光導波路にパワーを分配する。光導波路２
と電極３とが第１の相互作用領域（ＰＱ間：長さＬ1 ）
１３でその入力信号に応じて光の屈折率あるいは位相が
変化する。折り返し部１０において、光が４５°傾いた
１／４波長板４を往復するため、実効的に１／２波長板
を通過したことと同じになり、ＴＭモードがＴＥモード
へ、ＴＥモードがＴＭモードへ変換される。第２の相互
作用領域（ＲＳ間：長さＬ2 ）１４を経てＹ分岐部９ｂ
で光が合波する。ここで、Ｌ1 とＬ2 が等しい場合（Ｌ
＝Ｌ1 ＝Ｌ2 ）、分岐してから合波するまでの間に、異
なる入射光モードが受ける位相変化が等しくなり、各モ
ードとも二つの光導波路間の屈折率変化を同じように受
ける。従って、各入射モードとも同じ電圧において合波
部（Ｙ分岐部９ｂ）で干渉し合い出射光７の強度が変化
する。
せると、光はマッハツェンダ干渉計を構成するＹ分岐部
９ａで二つの光導波路にパワーを分配する。光導波路２
と電極３とが第１の相互作用領域（ＰＱ間：長さＬ1 ）
１３でその入力信号に応じて光の屈折率あるいは位相が
変化する。折り返し部１０において、光が４５°傾いた
１／４波長板４を往復するため、実効的に１／２波長板
を通過したことと同じになり、ＴＭモードがＴＥモード
へ、ＴＥモードがＴＭモードへ変換される。第２の相互
作用領域（ＲＳ間：長さＬ2 ）１４を経てＹ分岐部９ｂ
で光が合波する。ここで、Ｌ1 とＬ2 が等しい場合（Ｌ
＝Ｌ1 ＝Ｌ2 ）、分岐してから合波するまでの間に、異
なる入射光モードが受ける位相変化が等しくなり、各モ
ードとも二つの光導波路間の屈折率変化を同じように受
ける。従って、各入射モードとも同じ電圧において合波
部（Ｙ分岐部９ｂ）で干渉し合い出射光７の強度が変化
する。
【００３４】ここで、図１５、図１６で示した従来構造
におけるＴＭモード（ＴＥモード）における駆動電圧を
Ｖｐ（ＴＭ）（Ｖｐ（ＴＥ））とすると、駆動電圧Ｖｐ
（ＴＭ＋ＴＥ）は、
におけるＴＭモード（ＴＥモード）における駆動電圧を
Ｖｐ（ＴＭ）（Ｖｐ（ＴＥ））とすると、駆動電圧Ｖｐ
（ＴＭ＋ＴＥ）は、
【００３５】
【数５】 Vp（TM＋TE）＝(2/(1/Vp(TM)＋1/Vp(TE)) ＝2Vp(TM)Vp(TE)/(Vp(TM＋Vp(TE)) …（５） で与えられる。この時、相互作用長ＬとＴＭモード（Ｔ
Ｅモード）に対するΓ（ＴＭ）（Γ（ＴＥ））は、従来
構造の値とほぼ同じとする。
Ｅモード）に対するΓ（ＴＭ）（Γ（ＴＥ））は、従来
構造の値とほぼ同じとする。
【００３６】一方、ＴＭモードとＴＥモード光の平均的
な実効屈折率をｎ0 、マイクロ波の実効的な屈折率をｎ
m 、ＱＲ間に実効的な光導波路の長さをＬ3 、ＱＲ間の
実効的な電極の長さをＬ3 ′とした時に、
な実効屈折率をｎ0 、マイクロ波の実効的な屈折率をｎ
m 、ＱＲ間に実効的な光導波路の長さをＬ3 、ＱＲ間の
実効的な電極の長さをＬ3 ′とした時に、
【００３７】
【数６】 ｎm （Ｌ1 ＋Ｌ3 ′）＝ｎ0 （Ｌ1 ＋Ｌ3 ） …（６） の関係が成り立つように設定すると、Ｐ点におけるマイ
クロ波と光の各位相面が、Ｒ点においても一致する。つ
まり、相互作用部における実効的な走行時間を一致させ
ることができる。従って、上限周波数は前記（３）式の
ＬをＬ1 とした値となる。図１５、図１６の光制御素子
の相互作用長Ｌと図１の光制御素子の相互作用長Ｌ1 を
等しくすると、周波数帯域は同じとなり、かつ上記で示
したように入射光の偏波モードに依存せずに駆動電圧を
低減することができる。
クロ波と光の各位相面が、Ｒ点においても一致する。つ
まり、相互作用部における実効的な走行時間を一致させ
ることができる。従って、上限周波数は前記（３）式の
ＬをＬ1 とした値となる。図１５、図１６の光制御素子
の相互作用長Ｌと図１の光制御素子の相互作用長Ｌ1 を
等しくすると、周波数帯域は同じとなり、かつ上記で示
したように入射光の偏波モードに依存せずに駆動電圧を
低減することができる。
【００３８】なお、上記（６）式から僅かにずれた場合
でも、低電圧化、高速動作化等に大きな影響は与えな
い。
でも、低電圧化、高速動作化等に大きな影響は与えな
い。
【００３９】図４は、全相互作用長を４０ｍｍとして、
波長１．３μｍの光を用いたときの印加電圧に対する光
出力特性である。ここで、横軸は電極に印加した電圧を
縦軸に出射光強度を示す。駆動電圧は３．８Ｖであり、
入射光の偏波によらず同じ特性を示すことがわかる。図
１５、図１６で示した従来例におけるＶｐ（ＴＭ）＝５
Ｖ、Ｖｐ（ＴＥ）＝１５Ｖの値から、上記（５）式を用
いて駆動電圧Ｖｐ（ＴＭ＋ＴＥ）を推定した値と良く一
致していることがわかる。よって、本発明による構成に
よって偏波無依存光強度変調器は、従来の構成によるも
のと比較して１／４程度の駆動電圧ですむことになる。
また、周波数帯域は図１５、図１６の従来例と同程度で
あった。さらに、入射光の偏波に対してＯＮ／ＯＦＦ電
圧が一致しているため、消光比劣化はほとんとない。
波長１．３μｍの光を用いたときの印加電圧に対する光
出力特性である。ここで、横軸は電極に印加した電圧を
縦軸に出射光強度を示す。駆動電圧は３．８Ｖであり、
入射光の偏波によらず同じ特性を示すことがわかる。図
１５、図１６で示した従来例におけるＶｐ（ＴＭ）＝５
Ｖ、Ｖｐ（ＴＥ）＝１５Ｖの値から、上記（５）式を用
いて駆動電圧Ｖｐ（ＴＭ＋ＴＥ）を推定した値と良く一
致していることがわかる。よって、本発明による構成に
よって偏波無依存光強度変調器は、従来の構成によるも
のと比較して１／４程度の駆動電圧ですむことになる。
また、周波数帯域は図１５、図１６の従来例と同程度で
あった。さらに、入射光の偏波に対してＯＮ／ＯＦＦ電
圧が一致しているため、消光比劣化はほとんとない。
【００４０】このように、本発明の光強度変調器は、偏
波依存性を無くし、かつその駆動電圧を従来より大幅に
低減することができ、またマイクロ波と光の位相速度差
を補償することができるため高速動作を実現することが
できる。
波依存性を無くし、かつその駆動電圧を従来より大幅に
低減することができ、またマイクロ波と光の位相速度差
を補償することができるため高速動作を実現することが
できる。
【００４１】（実施例２）図５は、２×２光スイッチと
した本発明の第２の実施例である。図１と同一構成要素
には同一符号を付して説明を簡略化した。図１の第１の
実施例のＹ分岐部９ａ，９ｂを２×２カプラ部１５に置
き換えた２×２光スイッチの構成となっている。２×２
カプラは部１５、方向性結合器やＸ分岐等で構成し、各
偏波に対してそれぞれ３ｄＢとなるように設定してあ
る。
した本発明の第２の実施例である。図１と同一構成要素
には同一符号を付して説明を簡略化した。図１の第１の
実施例のＹ分岐部９ａ，９ｂを２×２カプラ部１５に置
き換えた２×２光スイッチの構成となっている。２×２
カプラは部１５、方向性結合器やＸ分岐等で構成し、各
偏波に対してそれぞれ３ｄＢとなるように設定してあ
る。
【００４２】以上の実施例では、マイクロ波と光の速度
不整合による帯域制限が主要因で、マイクロ波の伝搬に
伴う損失が無視できるような場合を示した。
不整合による帯域制限が主要因で、マイクロ波の伝搬に
伴う損失が無視できるような場合を示した。
【００４３】一方、マイクロ波と光の速度不整合によ
り、マイクロ波の伝搬に伴う損失が帯域制限の主要因と
なる場合は、ＴＭモードとＴＥモードの全相互作用領域
で受ける実効的な電圧の総和が異なり、偏波依存性が生
じてしまう問題がある。
り、マイクロ波の伝搬に伴う損失が帯域制限の主要因と
なる場合は、ＴＭモードとＴＥモードの全相互作用領域
で受ける実効的な電圧の総和が異なり、偏波依存性が生
じてしまう問題がある。
【００４４】（実施例３）図６は、マイクロ波の伝搬損
失が無視できない場合の本発明の第３の実施例である。
図中、図１および図５と同一構成要素には同一符号を付
して説明を簡略化した。第１のマイクロ波給電線１６と
第２のマイクロ波給電線１７からの入力は、Ｐ点におけ
るマイクロ波と光の各位相面が、Ｒ点においても一致す
るように、Ｐ点からＲ点までの光の到達時間Δｔだけ遅
延時間を有する。図７は、マイクロ波と光速度が一致し
た場合におけるマイクロ波の伝搬距離に対する実効的な
電圧（パワー）を示している。電圧は伝搬距離に対して
指数関数的に減衰する。特に周波数が高い場合、図１に
示す第１の実施例では、図８で示すように光が受ける実
効的な電圧の総和が入射偏波モードによって異なってく
る。図９は、図６において、第１，第２のマイクロ波の
パワーを同じ値に設定した場合の光が受ける実効的な電
圧の距離依存性を示している。これにより、マイクロ波
の伝搬損失による高周波領域におけるＰＱ間の実効的な
電圧とＲＳ間の実効的な電圧を一致させることができる
ため、ＤＣあるいは低周波動作だけでなく高周波動作に
おいても偏波依存性をなくすことができる。
失が無視できない場合の本発明の第３の実施例である。
図中、図１および図５と同一構成要素には同一符号を付
して説明を簡略化した。第１のマイクロ波給電線１６と
第２のマイクロ波給電線１７からの入力は、Ｐ点におけ
るマイクロ波と光の各位相面が、Ｒ点においても一致す
るように、Ｐ点からＲ点までの光の到達時間Δｔだけ遅
延時間を有する。図７は、マイクロ波と光速度が一致し
た場合におけるマイクロ波の伝搬距離に対する実効的な
電圧（パワー）を示している。電圧は伝搬距離に対して
指数関数的に減衰する。特に周波数が高い場合、図１に
示す第１の実施例では、図８で示すように光が受ける実
効的な電圧の総和が入射偏波モードによって異なってく
る。図９は、図６において、第１，第２のマイクロ波の
パワーを同じ値に設定した場合の光が受ける実効的な電
圧の距離依存性を示している。これにより、マイクロ波
の伝搬損失による高周波領域におけるＰＱ間の実効的な
電圧とＲＳ間の実効的な電圧を一致させることができる
ため、ＤＣあるいは低周波動作だけでなく高周波動作に
おいても偏波依存性をなくすことができる。
【００４５】（実施例４）図１０は、マイクロ波の伝搬
損失が無視できない場合の光路変換型折り返し光導波路
部１０を２ケ所用いて相互作用部を２回折り返しとした
本発明の第４の実施例を示す図である。本実施例では第
１の相互作用領域（ＰＱ間）１３＋第３の相互作用領域
（ＴＵ間）１８の長さと第２の相互作用領域（ＲＳ間）
１４の長さを等しくしている。図１１は、入射偏波モー
ド光が受ける実効的な電圧の距離依存性を示している。
ＰＱ間およびＴＵ間の電圧の総和とＲＳ間の電圧の総和
を等しくするように各領域の長さを設定すれば、入射の
各モード光が受ける実効的な電圧をほぼ等しくすること
ができるため、ＤＣあるいは低周波領域だけでなく、高
周波領域においても偏波依存性をなくすことができる。
なお、繰り返し回数を３回以上行ってもよい。また、速
度不整合が問題とならない場合には、上記相互作用領域
の長さは限定されない。
損失が無視できない場合の光路変換型折り返し光導波路
部１０を２ケ所用いて相互作用部を２回折り返しとした
本発明の第４の実施例を示す図である。本実施例では第
１の相互作用領域（ＰＱ間）１３＋第３の相互作用領域
（ＴＵ間）１８の長さと第２の相互作用領域（ＲＳ間）
１４の長さを等しくしている。図１１は、入射偏波モー
ド光が受ける実効的な電圧の距離依存性を示している。
ＰＱ間およびＴＵ間の電圧の総和とＲＳ間の電圧の総和
を等しくするように各領域の長さを設定すれば、入射の
各モード光が受ける実効的な電圧をほぼ等しくすること
ができるため、ＤＣあるいは低周波領域だけでなく、高
周波領域においても偏波依存性をなくすことができる。
なお、繰り返し回数を３回以上行ってもよい。また、速
度不整合が問題とならない場合には、上記相互作用領域
の長さは限定されない。
【００４６】（変形例）図１２、図１３、図１４は、前
記第１，第２，第３および第４の実施例における光路変
換型折り返し光導波路部の端部近傍の他の構成を示す図
である。図１２、図１３は角度θの光導波路４０２と光
導波路端部４０３で構成され、光導波路端部に取り付け
られた波長板４の周囲にはこの波長板４を取り付けるた
めの溝１９が形成されている。また図１４は光導波路２
が端部近傍で３ｄＢカプラを形成し、カプラ部２０を光
が波長板４を通して往復することにより光路が変換され
る構造である。
記第１，第２，第３および第４の実施例における光路変
換型折り返し光導波路部の端部近傍の他の構成を示す図
である。図１２、図１３は角度θの光導波路４０２と光
導波路端部４０３で構成され、光導波路端部に取り付け
られた波長板４の周囲にはこの波長板４を取り付けるた
めの溝１９が形成されている。また図１４は光導波路２
が端部近傍で３ｄＢカプラを形成し、カプラ部２０を光
が波長板４を通して往復することにより光路が変換され
る構造である。
【００４７】これら実施例では、Ｔｉ熱拡散法による光
導波路について説明したが、例えばイオン交換法等によ
り形成してもよい。また、リッジ型光導波路としてもよ
い。さらに、光導波路として直線導波路を用いることに
よって位相変調器を構成することができる。また、バッ
ファ層材料についてもＳｉＯ2 の場合について説明した
が、アルミナやテフロン等の誘電体や半絶縁体を用いて
もよい。進行波型電極としてＣＰＷ電極について説明し
たが、ＡＣＰＳ電極等の電極構造を用いてもよい。
導波路について説明したが、例えばイオン交換法等によ
り形成してもよい。また、リッジ型光導波路としてもよ
い。さらに、光導波路として直線導波路を用いることに
よって位相変調器を構成することができる。また、バッ
ファ層材料についてもＳｉＯ2 の場合について説明した
が、アルミナやテフロン等の誘電体や半絶縁体を用いて
もよい。進行波型電極としてＣＰＷ電極について説明し
たが、ＡＣＰＳ電極等の電極構造を用いてもよい。
【００４８】以上では、ｚ板ＬｉＮｂＯ3 基板中の電気
光学効果を用いた光制御素子について実施例を示してき
たが、個の他にｘ板やｙ板のＬｉＮｂＯ3 基板や、他の
強誘電体をはじめ、半導体や有機物などの異方性を有す
る基板の電気光学効果を用いた光制御素子にも本発明の
構成は非常に有効であることは言うまでもない。
光学効果を用いた光制御素子について実施例を示してき
たが、個の他にｘ板やｙ板のＬｉＮｂＯ3 基板や、他の
強誘電体をはじめ、半導体や有機物などの異方性を有す
る基板の電気光学効果を用いた光制御素子にも本発明の
構成は非常に有効であることは言うまでもない。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、電気光学効果を有
する光学基板と、光学基板の表面付近に形成された光導
波路と、光導波路が形成された光学基板面上に配置され
た進行波型電極とを備え、電極にマイクロ波を印加して
誘起される電圧により光導波路と電極との相互作用領域
が形成される偏波無依存光制御素子であって、波長板お
よび反射層を有するとともに光偏波面を実質的に９０°
前後回転して折り返す折り返し部を光導波路の少なくと
も一ケ所に具備し、かつ光導波路、折り返し光導波路お
よび進行波型電極の長さを、直交する伝搬光モードの相
互作用部におけるマイクロ波の実効的な電圧の総和がほ
ぼ一致するように、光導波路や該折り返し光導波路の長
さや繰り返し数、および進行波型電極の長さや分割数を
設定することにより、入力光の偏波状態によらず、相互
作用長を長くすることができるため、駆動電圧を非常に
低減することができる。また、マイクロ波と光の位相速
度差を補償することができ、従来から高速動作を行うこ
とが可能となる。また、同じ駆動電圧に対して全素子長
を短くすることができるため、小型化も図ることができ
る。また、マイクロ波の伝搬損失によって生じる各偏波
モードの実効的な電圧の不均衡を解消することができる
ため、高速動作においても偏波依存性の無い特性が得ら
れる。
する光学基板と、光学基板の表面付近に形成された光導
波路と、光導波路が形成された光学基板面上に配置され
た進行波型電極とを備え、電極にマイクロ波を印加して
誘起される電圧により光導波路と電極との相互作用領域
が形成される偏波無依存光制御素子であって、波長板お
よび反射層を有するとともに光偏波面を実質的に９０°
前後回転して折り返す折り返し部を光導波路の少なくと
も一ケ所に具備し、かつ光導波路、折り返し光導波路お
よび進行波型電極の長さを、直交する伝搬光モードの相
互作用部におけるマイクロ波の実効的な電圧の総和がほ
ぼ一致するように、光導波路や該折り返し光導波路の長
さや繰り返し数、および進行波型電極の長さや分割数を
設定することにより、入力光の偏波状態によらず、相互
作用長を長くすることができるため、駆動電圧を非常に
低減することができる。また、マイクロ波と光の位相速
度差を補償することができ、従来から高速動作を行うこ
とが可能となる。また、同じ駆動電圧に対して全素子長
を短くすることができるため、小型化も図ることができ
る。また、マイクロ波の伝搬損失によって生じる各偏波
モードの実効的な電圧の不均衡を解消することができる
ため、高速動作においても偏波依存性の無い特性が得ら
れる。
【図１】光制御素子としてマッハツェンダ強度光変調器
とした本発明の第１の実施例の平面図である。
とした本発明の第１の実施例の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。
【図３】第１の実施例における折り返し光導波路端部近
傍の平面図である。
傍の平面図である。
【図４】図１に示すマッハツェンダ強度光変調器の電極
に電圧を印加した場合の光出力特性図である。
に電圧を印加した場合の光出力特性図である。
【図５】２×２光スイッチとした本発明の第２の実施例
の平面図である。
の平面図である。
【図６】マイクロ波の伝搬損失が無視できない場合の本
発明の第３の実施例の平面図である。
発明の第３の実施例の平面図である。
【図７】マイクロ波の伝搬損失がある場合のマイクロ波
電圧（パワー）の伝搬距離依存性を示す図である。
電圧（パワー）の伝搬距離依存性を示す図である。
【図８】図１に示す第１の実施例における入射偏波モー
ド光が受ける実効的な電圧の距離依存性を示す図であ
る。
ド光が受ける実効的な電圧の距離依存性を示す図であ
る。
【図９】図６に示す実施例における入射偏波モード光が
受ける実効的な電圧の距離依存性を示す図である。
受ける実効的な電圧の距離依存性を示す図である。
【図１０】マイクロ波の伝搬損失が無視できない場合の
光路変換型折り返し光導波路を２回用いた本発明の第４
の実施例の平面図である。
光路変換型折り返し光導波路を２回用いた本発明の第４
の実施例の平面図である。
【図１１】入射偏波モード光が受ける実効的な電圧の距
離依存性を示す図である。
離依存性を示す図である。
【図１２】第１，第２，第３および第４の実施例におけ
る折り返し光導波路端部近傍の変形例を示す平面図であ
る。
る折り返し光導波路端部近傍の変形例を示す平面図であ
る。
【図１３】図１２のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。
【図１４】第１，第２，第３および第４の実施例におけ
る折り返し光導波路端部近傍の他の変形例を示す平面図
である。
る折り返し光導波路端部近傍の他の変形例を示す平面図
である。
【図１５】従来のマッハツェンダ型強度光変調器の一例
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。
【図１７】図１５に示す従来のマッハツェンダ強度光変
調器の電極に電圧を印加した場合の光出力特性図であ
る。
調器の電極に電圧を印加した場合の光出力特性図であ
る。
１ ＬｉＮｂＯ3 基板 ２ 光導波路 ３ 進行波型電極 ４ 薄膜型１／４波長板 ５ 高反射膜 ６ 入射光 ７ 出射光 ８ ＳｉＯ2 バッファ層 ９ａ、９ｂ マッハツェンダ干渉計を構成する光導波路
のＹ分岐部 １０ 折り返し型光導波路部 １１ マイクロ波給電線 １２ 終端抵抗 １３ 第１の相互作用領域 １４ 第２の相互作用領域 １５ ２×２カプラ部 １６ マイクロ波給電線 １７ マイクロ波給電線 １８ 第３の相互作用領域 １９ 溝 ２０ ３ｄＢカプラ部 ４０２ 光導波路 ４０３ 光導波路端部
のＹ分岐部 １０ 折り返し型光導波路部 １１ マイクロ波給電線 １２ 終端抵抗 １３ 第１の相互作用領域 １４ 第２の相互作用領域 １５ ２×２カプラ部 １６ マイクロ波給電線 １７ マイクロ波給電線 １８ 第３の相互作用領域 １９ 溝 ２０ ３ｄＢカプラ部 ４０２ 光導波路 ４０３ 光導波路端部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 靖之 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 安藤 慎治 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−355714（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−232417（ＪＰ，Ａ) 1994年電子情報通信学会春季大会予稿 集 Ｃ−339 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/00 - 1/125 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する光学基板と、該光
学基板の表面付近に形成された光導波路と、該光導波路
が形成された前記光学基板面上に配置された進行波型電
極とを備え、前記電極にマイクロ波を印加して誘起され
る電圧により前記光導波路と前記電極との相互作用領域
が形成される偏波無依存光制御素子であって、 波長板および反射層を有するとともに光偏波面を実質的
に９０°前後回転して折り返す折り返し部を前記光導波
路の少なくとも一ケ所に具備し、かつ前記光導波路、前
記折り返し光導波路および前記進行波型電極の長さを、
直交する伝搬光モードの前記相互作用部におけるマイク
ロ波の実効的な電圧の総和がほぼ一致する長さに、設定
したことを特徴とする偏波無依存光制御素子。 - 【請求項２】 前記進行波型電極を二つ以上に分割した
ことを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存光制御素
子。 - 【請求項３】 前記光導波路の折り返し部を二つ以上具
備したことを特徴とする請求項１または２に記載の偏波
無依存光制御素子。 - 【請求項４】 前記光導波路、前記折り返し光導波路お
よび前記進行波型電極の長さを、前記相互作用部におけ
るマイクロ波と光との実効的な走行時間がほぼ一致する
長さに、設定したことを特徴とする請求項１ないし３の
いずれかに記載の偏波無依存光制御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15949995A JP3250712B2 (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 偏波無依存光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15949995A JP3250712B2 (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 偏波無依存光制御素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0915545A JPH0915545A (ja) | 1997-01-17 |
| JP3250712B2 true JP3250712B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=15695109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15949995A Expired - Fee Related JP3250712B2 (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 偏波無依存光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3250712B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1003198C2 (nl) * | 1995-07-07 | 1997-11-25 | Nederland Ptt | Polarisatie-onafhankelijke optische inrichting. |
| US5886807A (en) * | 1997-01-24 | 1999-03-23 | California Institute Of Technology | Traveling-wave reflective electro-optic modulator |
| JP4519436B2 (ja) * | 2003-09-26 | 2010-08-04 | 住友大阪セメント株式会社 | 反射型光変調器 |
| US7515774B2 (en) * | 2004-12-20 | 2009-04-07 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus for single fiber optical telemetry |
| JP4555715B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2010-10-06 | 富士通株式会社 | 光デバイス |
| KR101054174B1 (ko) | 2005-07-25 | 2011-08-03 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 반도체 칩 모듈 및 모듈 |
| JP5123528B2 (ja) * | 2007-01-11 | 2013-01-23 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法 |
| JP5421595B2 (ja) * | 2007-02-14 | 2014-02-19 | 日本碍子株式会社 | 進行波型光変調器 |
| GB2452505A (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-11 | Univ Kent Canterbury | Optical external modulator and method of modulating a light beam |
| CN108490649A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-04 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 采用四分之一玻片实现偏振无关的铌酸锂电光相位调制器 |
-
1995
- 1995-06-26 JP JP15949995A patent/JP3250712B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９４年電子情報通信学会春季大会予稿集 Ｃ−３３９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0915545A (ja) | 1997-01-17 |
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