JP3861395B2 - 光導波路デバイス及び光導波路デバイスを用いた光通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
（目次）
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段
作用
発明の実施の形態
・（ａ）第１実施形態の説明（図４、図５、図６、図１７、図１８）
・（ｂ）第２実施形態の説明（図７）
・（ｃ）第３実施形態の説明（図８）
・（ｄ）第４実施形態の説明（図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４）
・（ｅ）第５実施形態の説明（図１５）
・（ｆ）第６実施形態の説明（図１６）
・（ｇ）第７実施形態の説明（図１９）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
近年、高度情報化社会の進展とともに膨大な情報量の処理が必要とされ、これらの情報を伝送する手段として光ファイバを用いた光通信システムが活用さされている。
この光通信システムでも変調速度の高速化によって年々伝送容量の増大が図られ、現在すでにギガビット／秒（Ｇｂ／ｓ）以上の変調速度が実現されている。
【０００３】
しかし、今後増大が見込まれる画像等大容量の伝送を多く扱う伝送システムでは、テラビット／秒（Ｔｂ／ｓ）以上の伝送容量を有するシステムが求められている。
このようなシステムでは変調速度の増大だけでは伝送容量の要求を満足することはできず、光波長多重伝送システムが不可欠と考ええられている。
【０００４】
この波長多重通信を実現する場合の重要な光回路構成部品として、光波長フィルタがある。
このフィルタは多数の光源で発生した波長の異なる光を一本のファイバに合波したり、一本のファイバ中を伝搬して来た多数の波長の光を分波してそれぞれファイバやディテクタに導いたりするもので、光波長多重伝送システムのキーデバイスである。
【０００５】
特に、この分野ではシステムによって数波から１００波程度の幅広い波長数の波長多重が期待されたり、波長間隔も１ｎｍ以下から数十ｎｍと幅広い間隔が要求されたり、アクセス系システムへの適用では極めて低価格のフィルタの実現が求められるなどシステムによって種々多様な要求が成されている。
特に、本発明の光導波路デバイスは、波長特性をチューナブルに制御できるチューナブル波長フィルタを実現でき、光多重通信線路における光アドドロップマルチプレクサ( ＡＤＭ) や光クロスコネクト、光交換などの通信システムで不可欠なデバイスである。
【０００６】
またこのデバイスは単一波長に注目すれば、スイッチや変調機能も有することとなり、多波長を同時にスイッチ、変調させるデバイスとしても重要である他、単一波長を用いた長距離通信でも、光増幅器によって発生するＡＳＥ光を除去して受信感度を向上させるＡＳＥ光除去用フィルタとしても重要である。
さらに、近年情報処理や計測の分野にもこの波長多重技術を使う試みが成されており、本発明はこれらの分野でも重要である。
【０００７】
本発明はこのような波長多重システムにおける合分波器、スイッチ、変調器や波長特性を改善する部品としてチューニング特性、量産性、低価格などの特長を生かして、広範な光伝送、処理システムに対応できる光導波路技術を用いた光導波路デバイに関するものである。
【０００８】
【従来の技術】
従来より弾性波と光を相互干渉させて機能するデバイスは多く存在する。図１はこの一例でｘ−ｙカットのLiNbO3基板上にTi金属を熱拡散させ、チャネル化導波路１、平面導波路２、導波路レンズ３を形成し、ここに表面弾性波（ＳＡＷ）を励起させる櫛の歯状電極からなるトランスデューサ４が形成されている。
【０００９】
このデバイスでは、導波路レンズ３で平行光となった光がＳＡＷの存在によって光弾性効果による屈折率グレーティングが発生し、このグレーティングによって光が回折し、ＳＡＷの周波数によって異なる方向に回折する。
この回折した光をレンズ５により、集光すると回折した光がそれぞれ異なる点に焦点を結ぶことにより、光ディフレクタとして機能する。
【００１０】
図２は同じくＳＡＷによる屈折率グレーティングを利用した従来例のデバイス( Photonics in Switching, Sendai, April 21-25,1996 )であるが、この場合にはＹカットのLiNbO3基板６上に光導波路７，８が形成され、その上にＳＡＷの導波路としてTa2O5 などから成る薄膜９が形成されている。
この場合には平行な光導波路７．８間でＳＡＷによる屈折率グレーティングによって偶モードと奇モードの結合が起き、光導波路７に入射した光はＳＡＷによる屈折率グレーティングに対応した特定の波長の光だけが光導波路８にスイッチする。
【００１１】
また、この例では、ＳＡＷを導波する薄膜９の幅および厚さが変えられてグレーティングに重み付けが設けられ、波長特性におけるサイドローブ低減が図られている。
また、導波路を横切ってＳＡＷ導波路を形成することでこの重み付けがなされた例も知られている。
【００１２】
一方、図３は、ＳＡＷの周波数に対応する波長の光に対して導波路屈折率の主軸が回転し、伝搬光の偏光が回転させることで特定の波長の取り出しや変調を行う光導波路デバイスである。
ＸカットのLiNbO3基板１０上にTi拡散で構成した光導波路１１，１２が形成され、これを挟んでＳＡＷを導波する領域１３を形成するためにTiの深拡散領域１４が形成されるとともにＳＡＷ用トランスデューサ１５が形成されている。
【００１３】
入力光は交差型偏光ビームスプリッタ（交差型ＰＢＳ）１６によりＴＥモード光とＴＭモード光に分離されＴＥモード光は光導波路１２にＴＭモード光は光導波路１１に入射する。
ＳＡＷと対応した波長の光は光導波路１１の中でＴＭモード光からＴＥモード光に偏光が回転し、かつ、光導波路１２ではＴＥモード光からＴＭモード光に偏光が回転する。
【００１４】
ここで、交差型ＰＢＳ１７で光導波路１１のＴＭモード光は非選択光側にＴＥモード光の光は選択光側に出力され、光導波路１２のＴＥモード光は非選択光側にＴＭモード光の光は選択光側に出力されることにより、特定の波長の取り出しや変調を行う光導波路デバイスである。
ここで、吸収体１９及び２０はＳＡＷの基板端面の反射を防止するためのＳＡＷ吸収体である。
【００１５】
この構成に於いては、Tiの深拡散領域１４のＳＡＷ速度がTiの影響で早くなるため、Tiの深拡散領域１４の間のＳＡＷ伝搬の速度が遅い領域１３にＳＡＷが閉じ込められて伝搬し、領域１４がＳＡＷ導波路として機能する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図１や図２に示した光導波路の偶モードと奇モード間での結合を利用したフィルタ、スイッチでは、ＴＥモード光とＴＭモードそれぞれに対して独立にフィルタやスイッチングが実現できる状態が存在する。
もしも、光導波路およびＳＡＷの影響が完全に対称に形成あるいは生じている場合にはそのようなことが起きるが、一般に平面上に形成された光導波路ではＴＥモード光とＴＭモード光の伝搬定数は異なる。
【００１７】
また、接近した二つの光導波路間の結合の問題では、明らかにＴＥモード光とＴＭモード光のモード依存性が生ずる。
このため、フィルタ特性又は、スイッチ特性に偏光状態の依存性が生ずることとなる。 これは、光通信のように任意の偏光状態の光を制御しなければならないデバイスとしては問題である。
【００１８】
図１及び図２の構成で、偏光無依存にするためには、入力光を偏光分離して、図１及び図２デバイスを２組用意しそれぞれの偏波に対応させる事も考えられるが、デバイスが二組必要に成り現実的でない。
一方、図３に示す例の場合には、本来偏光を分離してＴＥからＴＭに、ＴＭからＴＥに変換して動作するため、偏光依存性を除去することができるが、Tiの深拡散領域の形成に数十時間と多大な工数を必要とする他、第２図に示すように光導波路に交差して形成することができない。
【００１９】
この理由は、Tiの深拡散領域が同じTi拡散で形成する光導波路をかき消してしまい構成することはできない。
このため、交差構造によるフィルタ等の波長特性におけるサイドローブの低減ができない。
さらに、Tiの深拡散によるＳＡＷ導波路ではＳＡＷに対する閉じ込め力が弱く、側に集積してＳＡＷ導波路を形成することができない。
【００２０】
これらの三つの例が知られていると、当然、図１あるいは図２に示す薄膜を設置する方法で図３に示すＴＥ／ＴＭモード変換で動作するデバイスが予想されるが、これらの歴史は古いにも係わらず、これを実行した例は存在しなかった。
ＳＡＷ導波路を形成するためには、その部分の音速を周囲に比較して遅くする必要があり、このためには直感的に音速の遅い物質を形成するべきと考えられる。
【００２１】
しかし、SiO2やAl2O3 といったバッファ層に良く用いられる材料では、音速は6000m/s 程度と早く、直感的には膜材料に適さないと考えられる。
また、LiNbO3の音速はその伝搬方向によって大きく異なり（約3500〜4000m/s)、選択された方位に適した音速の材料が必要となる。
また、これらは導波路の上に形成されるため、透明でLiNbO3よりも屈折率の小さい物質である必要がある。
【００２２】
さらに、ＴＥ／ＴＭモード変換を引き起こすに十分な振幅のＳＡＷの分布をLiNbO3中に形成する必要がある。
このような種々の条件を満足する薄膜の材質、厚さ、幅を計算等で推測、設計するのはかなり難しく、労力のいる作業である。
さらに、ＴＥ／ＴＭモード変換を行う基板に於いては、基板表面に異なる材料の膜が形成されると、表面状態が変化し、わずかなＴＥ−ＴＭモード変換を行う効果に支障をきたす懸念があるため、現在まで未検討であった。
【００２３】
このような理由からこれまで「薄膜でＳＡＷをガイドし、ＴＥ／ＴＭモード変換で動作するデバイス」が実現されなかったと考えられる。
当然、図１や図２に示すｚ軸方向に導波路が形成されたデバイスでは図３に示すようなＴＥ／ＴＭモード変換の機能は実現できない。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決は，
１．音響光学効果を有する基板と、
該基板表面内部に形成された概ねX またはY 軸方向に光が伝搬する光導波路と、
該基板に接して形成し弾性表面波を励起させるトランスデューサとにより該光導波路が該弾性表面波で該光導波路の屈折率楕円体の軸方位が傾き伝搬する該光の偏光がモード変換する光導波路デバイスにおいて、
該基板の表面に弾性表面波を閉じ込める薄膜を形成し該基板表面がリッジ構造とし、前記薄膜はSiO2に透明な金属酸化物が添加されて透明であることを特徴とする光導波路デバイスあるいは、
３．請求項１記載の薄膜が、酸化インジウムあるいは、酸化インジウムに金属酸化物が添加されていることを特長とする光導波路デバイスあるいは、
４．請求項１記載の薄膜は該基板を弾性表面波が伝搬する速度より早い速度で伝搬する材料としたことを特徴とする光導波路デバイスあるいは、
５．請求項１記載の該薄膜は該基板表面に形成されるとともに、その上に金属膜を形成したことを特長とする光導波路デバイスあるいは、
６．請求項１記載の該薄膜は該基板表面に形成され、かつ、一部の厚さが異なるように構造したことを特長とする光導波路デバイスあるいは、
７．請求項１記載の該薄膜の中心線が、該光導波路を横切るあるいは光導波路に対して傾斜して形成したことを特長とする光導波路デバイスあるいは、
８．請求項１記載の薄膜は場所によって太さを変えて形成したことを特長とする光導波路デバイスあるいは、
９．請求項１記載の該薄膜が段数を重ねる毎に該光導波路方向の長さが短くなるように形成された多段構造から成ることを特長とする光導波路デバイス或いは、
１０．請求項１記載の該トランスデューサと該薄膜は複数あり、該薄膜は該基板表面で交差していることを特長とする光導波路デバイスあるいは、
１１．音響光学効果を有する基板と、
該基板の表面に該基板の結晶軸のX 軸又はY 軸方向に光が伝搬するように構成した光導波路と、
該基板表面に弾性表面波を励起させるトランスデューサと、
該光導波路上を伝搬する弾性表面波をガイドする薄膜を設け、
該薄膜は該基板を弾性表面波が伝搬する速度より早い速度で伝搬する材料を用いて該基板表面がリッジ構造とし、前記薄膜はSiO2に透明な金属酸化物が添加されて透明であることを特徴とする光導波路デバイスあるいは、
１２．請求項１記載の該光導波路デバイスに伝送路から伝送された波長多重した光信号を入力し、該トランスデューサより該光信号内の特定波長を出力するための弾性表面波を出力し、該波長多重した光信号内の特定波長を出力することを特徴とする光通信システム。
【００２５】
【作用】
LiNbO3基板表面内部に形成された概ねX またはY 軸方向に伝搬する光導波路と概ね同じ方向に基板表面がリッジ状になるよう、1 μm 弱程度の厚さのSiO2などの透明薄膜を形成するだけで、ＳＡＷを効果的にガイドできるＳＡＷ導波路を形成できる。
【００２６】
薄膜の音速と言うよりも、LiNbO3基板１０の表面がリッジ型になるように膜を形成されている構成により、重さのある物が乗っている事による質量付加による閉じ込め効果、表状態変化の閉じ込め効果、膜その物のＳＡＷの閉じ込め効果、などが関与し、ＳＡＷを閉じ込めていると考えられる。
この構成で形成されたＳＡＷガイドでは、光導波路に効果的なＴＥ／ＴＭモード変換に十分な結晶軸の回転を引き起こすことができる。
【００２７】
また、膜の厚さ、幅、材質の設計で従来に比較して、ＳＡＷ導波路の閉じ込め力を大幅に強くできるとともに、導波路上にもＳＡＷ導波路を交差させたり、多段構成等により、ＳＡＷの強度分布、速度を幅方向、進行方向共に複雑に分布制御させることができ、ＴＥ／ＴＭモード変換型ＳＡＷデバイスの設計性を広くでき、高機能化を実現しやすくした。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（ａ）第１実施形態の説明
第４図（ａ）は本発明の第１実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図であり、x-cut LiNbO3基板１０にy 軸方向に伸びる光導波路１１，１２が形成され、この上にＳＡＷを発生させる櫛の歯電極からなるトランスデューサ１５が形成されている。
【００２９】
LiNbO3基板１０の光入力側とトランスデューサ１５との間にレジストからなるＳＡＷ吸収体を形成されている。
さらにその後方の導波路上に光学的に透明でLiNbO3基板よりも屈折率の低いSiO2膜からなるＳＡＷ導波路用の薄膜１８が形成されている。
さらに、電極の前方およびＳＡＷ導波路用の薄膜１８の終点にレジストからなるＳＡＷ吸収体２０が形成されている。
【００３０】
この図で上側の導波路に入射した光は交差型ＰＢＳ１６でＴＥモード光とＴＭモード光に分離され、平行な導波路部を伝搬し、再び後方の交差型ＰＢＳ１７で合波されて上側の出力導波路１１’から出射する。
ＳＡＷの周波数に対応した波長は導波路１１，１２間でモード変換が行われ、下側の出力導波路１２’より出力される。
【００３１】
この導波路１１，１１’，１２，１２’は例えば約0.1 μm の厚さで幅7 μm のTi金属膜を1000℃で10時間熱拡散して得られる。
一方、トランスデューサ１５は長さ140 μm で約20μm 周期で15対の櫛の歯電極から形成されており、この電極に約175 MHz の高周波電力を印加することでLiNbO3基板表面１０にＳＡＷが発生し、このＳＡＷに対応する波長の光約 1.54 μm の光が選択的にＴＥ／ＴＭモード変換を受ける。
【００３２】
しかしながら、トランスデューサ１５で発生したＳＡＷはこれをガイドする機構が無いとすぐに拡散して広がってしまう。
この対策として設けられた物がSiO2膜からなるＳＡＷ導波路用薄膜で、ここでは幅120 μm 、厚さ 0.5 μm 、長さ30mmに形成してある。
図４（ｂ）に図４（ａ）のＡの位置でLiNbO3をカットした場合の断面図を示し図４（ａ）と同一番号は同一部材である。
【００３３】
図４の構成でフィルタ特性を評価したところ、図５に示すような結果が得られた。
この半値幅0.82μm は理論計算から求められた計算結果と良く一致していた。
さらに、ＳＡＷ吸収体の位置をＳＡＷ導波路用薄膜で手前に移動し、半値幅や電力を評価した所、30〜40mmのＳＡＷ導波路用薄膜ではＳＡＷの減衰は観測されなかった。
【００３４】
さらに、ＳＡＷ導波路用薄膜の幅180 μmnの物についてそのＳＡＷ強度分布を導波路を相対的にＳＡＷ導波路用薄膜から少しづつずらした物を作製し評価した所、図６に示すようなきれいなガウス分布となっており、このＳＡＷ導波路用中にきれいな基本モードのＳＡＷが伝搬していることを確認した。多数のサンプルに対して評価した結果、ガイド幅が30〜250 μm でいずれも良好なガイドとなっていることを確認することができた。
【００３５】
また、このＳＡＷ導波路用薄膜材料としてSiO2膜に酸化インジウムを添加したところ、ＳＡＷに対する閉じ込め効果が増加した。
100%の酸化インジウムの場合にも良好なＳＡＷ導波路はできていたが、この場合には、多少光が薄膜に吸収された。また酸化スズや酸化チタンなど他の透明な金属酸化物を添加した場合にも同様に閉じ込め力は増加した。
【００３６】
また、酸化インジウムが主体となっている物に金属酸化物を添加しても同様に有効であった。
このように幅広い材料物質でガイドが実現できた理由は、薄膜の音速と言うよりも、LiNbO3基板１０の表面がリッジ型になるように膜を形成されていることによるＳＡＷの閉じ込め効果，重さのある物が乗っていることによる質量付加による閉じ込め効果、表面状態が変化することによる閉じ込め効果などが関与していると考えられる。
【００３７】
一般に、ＳＡＷの伝搬速度を決める要素は基板上に設けた物質の硬さと重さに影響され図１７の表にあるように振り分けられる。
従って、基板より硬くＳＡＷの伝搬速度が早い薄膜をリッジ状に構成することにより、リッジ状に構成した部分の質量付加による伝搬速度の低下が基板に生じ、ＳＡＷの閉じ込めが生じる効果が強く影響しているものと考えられる。
【００３８】
図２の従来例と図４の実施例のＳＡＷの伝搬のパワー分布の比較を図１８に示す。
図１８（ａ）は図２の構成を示し、薄膜の硬さの影響により薄膜自体をＳＡＷが伝搬するしている。
これに対して、図１８（ｂ）は図４の構成を示し、薄膜の質量効果や表面状態の変化により基板そのもの伝搬速度が変化しＳＡＷが基板の内部に閉じ込められていると考える。 このような事実は実際に実験によって調べることで見いだすことができた物である。
【００３９】
図１の実施例ではＸカットのLiNbO3基板を例として上げたが、これは、ＳＡＷの励起効率が最も高いため、代表例として説明したが、ＺカットのLiNbO3基板でも、ＴＥ／ＴＭモード変換は生じる。
ＺカットのLiNbO3基板の場合は、光導波路の光が伝搬する方向にＸ軸又はＹ軸の何方の軸でも、ＴＥ／ＴＭモード変換は生じる。
【００４０】
（ｂ）第２実施形態の説明
図７は本発明の第２実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図であり図４と同一部材は同一番号で示す。
LiNbO3基板１０上に光導波路１１，１２を覆って導波路１１，１２よりも屈折率の小さく、透明な透明な薄膜２２が形成されている。
【００４１】
本例では薄膜２２はトランスデューサ１５の後方全面を覆うように構成している。
この上に所望のＳＡＷ導波路形状に金属膜２１が形成された構成となっている。
一例として透明な薄膜２２として厚さ0.4 μm のSiO2膜を選び、この上に厚さ0.3 μm の金製の金属膜２１を形成した所、良好なＳＡＷ導波路を実現することができた。
【００４２】
金属の場合、一般にLiNbO3よりも音速が遅く、かつ重いため質量付加効果もあり、有効である。
さらに、この場合には図４の如くSiO2膜のパターン化によるリッジ構造が行われていないため、LiNbO3基板１０とSiO2膜の薄膜２２との間のエッジ部におけるLiNbO3とSiO2膜のストレスによる不均一歪みも無い。
【００４３】
また、金はやわらかいため、ストレスに与える影響は小さい。
また、下地のSiO2膜がパターン化されている場合には、エッジ部のストレスの問題はあるが、SiO2膜がパターン化されてない場合に比べ一層閉じ込め力は強くなり、ＳＡＷの閉じ込めに関しては極めて有効である。
（ｃ）第３実施形態の説明
図８は本発明の第３実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図であり図４と同一部材は同一番号で示す。
【００４４】
前述のように透明の薄膜のパターン化によって生ずるストレスを避けるため、図示のように透明の薄膜２２が周囲を残してリッジ型に形成されている。
この場合、材質をSiO2膜に選び、残された部分２３の厚さを0.3 μm 、リッジの高さを0.5 μm とした所、図７と同様に良好なＳＡＷ導波路が作製できていることを確認した。（ｄ）第４実施形態の説明
図９は本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図であり図４と同一部材は同一番号で示す。
【００４５】
薄膜１８からなるＳＡＷ導波路が光導波路１１，１２をよぎって形成されている。
この場合には、ＴＥ／ＴＭのモード変換が光導波路の進行方向に対してガウス分布的な重み付けが成されることとなり、フィルタ特性におけるサイドローブ低減が実現できる。 第１０図はこの１例で、薄膜１８の材料としてSiO2にInSnを60重量% 添加した物を用い、幅120 μm 、厚さ0.4 μm 、傾き 0.5度でＳＡＷ導波路を形成した場合の測定結果である。
【００４６】
このような重み付けが実現できるのも、本発明のように膜を形成するだけでＳＡＷ導波路が実現できることによる。
また、ガウス分布的な重み付けを行う手段としては、図１１に示すように、ＳＡＷ導波路を構成する薄膜２７の幅を場所によって太さを変える構成とすることで、その重み付けに自由度がまし、よりガウス分布に近く、あるいはさらに良好な分布曲線に近づけることができる。
【００４７】
さらに、その変形として、図１２の構成がある。
図１２に於いて図４と同一部材は同一番号で示す。
図１２においては、ＳＡＷ導波路を構成する薄膜２６の中心線を直線ではなく曲線で構成することによって自由度を増加させ、より良好なＳＡＷ強度の分布を実現できる。
【００４８】
また、さらに、その変形として図１３の構成がある。
図１３に於いて図４と同一部材は同一番号で示す。
図１３では、薄膜25を多段のリッジ構造とすることで、ＳＡＷ導波路を構成し、ＳＡＷ強度の分布を実現する。この場合、最下層は透明膜でパターン化されており、その上に金属膜がパターン化される構成も有効である。
【００４９】
さらに、同様の実施例として、図１４を示す。
図１４に於いて図４と同一部材は同一番号で示す。
図１４では、薄膜２８が図１３と同様の多段リッジ構成に成っている。
ここで、薄膜２８の上部は、下地のパターンに対して菱形に形成されており、光導波路１１，１２の進行方向に対して、LiNbO3基板１１側面方向に広がるため、より良好なＳＡＷの強度分布を実現することが出来る。
【００５０】
図１３及び図１４において、多段構成された薄膜の最上段の部分を金属で形成するとより効果的である。
（ｅ）第５実施形態の説明
第１５図は本発明の第５実施形態にかかる光デバイスの構成を示す模試図であり、ＳＡＷ導波路を構成する薄膜２４，２５に対して、それぞれトランスデューサ１５−１，１５−２が接続される。
【００５１】
薄膜２４，２５はLiNbO3基板***部で交差してＳＡＷ導波路を形成している。
この例のように複数のトランスデューサ１５−１，１５−２を設けた構成では最適なＳＡＷ発振を実現できる波長をトランスデューサ１５−１，１５−２ごとに少し変えることで幅広い周波数に対して効率良くＳＡＷを発生できる利点を有する。
【００５２】
この場合、薄膜２４，２５の中央部は重なって一つのＳＡＷ導波路である場合と、分岐し複数のＳＡＷ導波路の構成と成っている。
重なっている部分のＳＡＷ導波路は合流する時に、ＳＡＷに大きな損失を生ずるが、中央部では入射方向に依らない特性を実現できる。
また、図１５の場合には導波路に対しても対称構造となっているため、分岐した部分についはそれぞれの導波路を伝搬する光はどちらからのＳＡＷに対しても、等価な影響を受ける。
【００５３】
またこの例、ではトランスデューサを分散して形成できる利点があり、発熱の緩和やＳＡＷ同士の相互干渉の緩和などに効果がある。
このような構成も本発明によるＳＡＷ導波路を用いることで容易に実現できる。
（ｆ）第６実施形態の説明
図１６に示す実施例は、光導波路１１一つで構成さており、ＴＥ／ＴＭモード変換を行うものである。
【００５４】
この構成の構成においても、ＳＡＷをガイドする薄膜１８を設け、ＳＡＷを閉じ込めることが可能である。
図１６の薄膜１８の構成は図７，図８，図９，図１１，図１２，図１３，図１４，図１５の薄膜によるリッジ構造を適用することができる。
（ｇ）第７実施形態の説明
図１９は第７の実施形態を示す。
【００５５】
図１９には伝送路である光ファイバ31から送れてきた、波長多重した光信号を入力し、この入力信号の特定の波長λの信号に対応するＳＡＷをトランスデューサ１５により発生させ、薄膜１８によトランスデューサ１５で発生したＳＡＷを基板内部にとじこめ、光導波路１１，１２を回折させ特定波長λの波を回転させることで、特定波長の光信号を光ファイバ32へ取り出すことができる。
【００５６】
さらに、トランスデューサ１５より出力するＳＡＷを断続的に与えることにより、取り出した特定波長の光を光変調を行うことができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、LiNbO3基板表面内部に形成された概ねX またはY 軸方向に伝搬する光導波路と該基板に接して形成されたLiNbO3基板のピエゾ効果を利用した弾性表面波を励起させるトランスデューサと励起された弾性表面波をガイドする弾性表面波用導波路とから構成されるとともに、この光導波路が弾性表面波の存在によってその屈折率楕円体の軸方位が傾く効果を有し、これを利用した偏光のモード変換を用いて機能するＴＥ／ＴＭモード変換型導波路デバイスにおいて、LiNbO3基板上にチャネル化して薄膜を形成することで効率的なＳＡＷ導波路を実現でき、その膜材料の選択、幅、厚さ、形状、多段構成および複数のＳＡＷ導波路入出力部などにより、フィルタ特性の制御に対する設計の自由度を飛躍的に広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来よりの光デバイスの構成を示す図である。
【図２】従来よりの光デバイスの構成を示す模式図である。
【図３】従来よりの光デバイスの構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスのフィルタ特性を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスのＳＡＷ導波路幅方向のＳＡＷ強度分布を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる光デバイスの構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスのフィルタ特性を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１５】本発明の第５実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１６】本発明の第６実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１７】ＳＡＷの伝搬速度を決める要素の表である。
【図１８】従来例と実施例のＳＡＷの伝搬のパワー分布の比較を示す図である。
【図１９】本発明の第７実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０．LiNbO3基板
１１．１１’．１２，１２’は光導波路
１５．トランスデューサ
１６．１７．交差型ＰＢＳ
１８．薄膜
１９．２０．吸収体
２１．金属膜
（目次）
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段
作用
発明の実施の形態
・（ａ）第１実施形態の説明（図４、図５、図６、図１７、図１８）
・（ｂ）第２実施形態の説明（図７）
・（ｃ）第３実施形態の説明（図８）
・（ｄ）第４実施形態の説明（図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４）
・（ｅ）第５実施形態の説明（図１５）
・（ｆ）第６実施形態の説明（図１６）
・（ｇ）第７実施形態の説明（図１９）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
近年、高度情報化社会の進展とともに膨大な情報量の処理が必要とされ、これらの情報を伝送する手段として光ファイバを用いた光通信システムが活用さされている。
この光通信システムでも変調速度の高速化によって年々伝送容量の増大が図られ、現在すでにギガビット／秒（Ｇｂ／ｓ）以上の変調速度が実現されている。
【０００３】
しかし、今後増大が見込まれる画像等大容量の伝送を多く扱う伝送システムでは、テラビット／秒（Ｔｂ／ｓ）以上の伝送容量を有するシステムが求められている。
このようなシステムでは変調速度の増大だけでは伝送容量の要求を満足することはできず、光波長多重伝送システムが不可欠と考ええられている。
【０００４】
この波長多重通信を実現する場合の重要な光回路構成部品として、光波長フィルタがある。
このフィルタは多数の光源で発生した波長の異なる光を一本のファイバに合波したり、一本のファイバ中を伝搬して来た多数の波長の光を分波してそれぞれファイバやディテクタに導いたりするもので、光波長多重伝送システムのキーデバイスである。
【０００５】
特に、この分野ではシステムによって数波から１００波程度の幅広い波長数の波長多重が期待されたり、波長間隔も１ｎｍ以下から数十ｎｍと幅広い間隔が要求されたり、アクセス系システムへの適用では極めて低価格のフィルタの実現が求められるなどシステムによって種々多様な要求が成されている。
特に、本発明の光導波路デバイスは、波長特性をチューナブルに制御できるチューナブル波長フィルタを実現でき、光多重通信線路における光アドドロップマルチプレクサ( ＡＤＭ) や光クロスコネクト、光交換などの通信システムで不可欠なデバイスである。
【０００６】
またこのデバイスは単一波長に注目すれば、スイッチや変調機能も有することとなり、多波長を同時にスイッチ、変調させるデバイスとしても重要である他、単一波長を用いた長距離通信でも、光増幅器によって発生するＡＳＥ光を除去して受信感度を向上させるＡＳＥ光除去用フィルタとしても重要である。
さらに、近年情報処理や計測の分野にもこの波長多重技術を使う試みが成されており、本発明はこれらの分野でも重要である。
【０００７】
本発明はこのような波長多重システムにおける合分波器、スイッチ、変調器や波長特性を改善する部品としてチューニング特性、量産性、低価格などの特長を生かして、広範な光伝送、処理システムに対応できる光導波路技術を用いた光導波路デバイに関するものである。
【０００８】
【従来の技術】
従来より弾性波と光を相互干渉させて機能するデバイスは多く存在する。図１はこの一例でｘ−ｙカットのLiNbO3基板上にTi金属を熱拡散させ、チャネル化導波路１、平面導波路２、導波路レンズ３を形成し、ここに表面弾性波（ＳＡＷ）を励起させる櫛の歯状電極からなるトランスデューサ４が形成されている。
【０００９】
このデバイスでは、導波路レンズ３で平行光となった光がＳＡＷの存在によって光弾性効果による屈折率グレーティングが発生し、このグレーティングによって光が回折し、ＳＡＷの周波数によって異なる方向に回折する。
この回折した光をレンズ５により、集光すると回折した光がそれぞれ異なる点に焦点を結ぶことにより、光ディフレクタとして機能する。
【００１０】
図２は同じくＳＡＷによる屈折率グレーティングを利用した従来例のデバイス( Photonics in Switching, Sendai, April 21-25,1996 )であるが、この場合にはＹカットのLiNbO3基板６上に光導波路７，８が形成され、その上にＳＡＷの導波路としてTa2O5 などから成る薄膜９が形成されている。
この場合には平行な光導波路７．８間でＳＡＷによる屈折率グレーティングによって偶モードと奇モードの結合が起き、光導波路７に入射した光はＳＡＷによる屈折率グレーティングに対応した特定の波長の光だけが光導波路８にスイッチする。
【００１１】
また、この例では、ＳＡＷを導波する薄膜９の幅および厚さが変えられてグレーティングに重み付けが設けられ、波長特性におけるサイドローブ低減が図られている。
また、導波路を横切ってＳＡＷ導波路を形成することでこの重み付けがなされた例も知られている。
【００１２】
一方、図３は、ＳＡＷの周波数に対応する波長の光に対して導波路屈折率の主軸が回転し、伝搬光の偏光が回転させることで特定の波長の取り出しや変調を行う光導波路デバイスである。
ＸカットのLiNbO3基板１０上にTi拡散で構成した光導波路１１，１２が形成され、これを挟んでＳＡＷを導波する領域１３を形成するためにTiの深拡散領域１４が形成されるとともにＳＡＷ用トランスデューサ１５が形成されている。
【００１３】
入力光は交差型偏光ビームスプリッタ（交差型ＰＢＳ）１６によりＴＥモード光とＴＭモード光に分離されＴＥモード光は光導波路１２にＴＭモード光は光導波路１１に入射する。
ＳＡＷと対応した波長の光は光導波路１１の中でＴＭモード光からＴＥモード光に偏光が回転し、かつ、光導波路１２ではＴＥモード光からＴＭモード光に偏光が回転する。
【００１４】
ここで、交差型ＰＢＳ１７で光導波路１１のＴＭモード光は非選択光側にＴＥモード光の光は選択光側に出力され、光導波路１２のＴＥモード光は非選択光側にＴＭモード光の光は選択光側に出力されることにより、特定の波長の取り出しや変調を行う光導波路デバイスである。
ここで、吸収体１９及び２０はＳＡＷの基板端面の反射を防止するためのＳＡＷ吸収体である。
【００１５】
この構成に於いては、Tiの深拡散領域１４のＳＡＷ速度がTiの影響で早くなるため、Tiの深拡散領域１４の間のＳＡＷ伝搬の速度が遅い領域１３にＳＡＷが閉じ込められて伝搬し、領域１４がＳＡＷ導波路として機能する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図１や図２に示した光導波路の偶モードと奇モード間での結合を利用したフィルタ、スイッチでは、ＴＥモード光とＴＭモードそれぞれに対して独立にフィルタやスイッチングが実現できる状態が存在する。
もしも、光導波路およびＳＡＷの影響が完全に対称に形成あるいは生じている場合にはそのようなことが起きるが、一般に平面上に形成された光導波路ではＴＥモード光とＴＭモード光の伝搬定数は異なる。
【００１７】
また、接近した二つの光導波路間の結合の問題では、明らかにＴＥモード光とＴＭモード光のモード依存性が生ずる。
このため、フィルタ特性又は、スイッチ特性に偏光状態の依存性が生ずることとなる。 これは、光通信のように任意の偏光状態の光を制御しなければならないデバイスとしては問題である。
【００１８】
図１及び図２の構成で、偏光無依存にするためには、入力光を偏光分離して、図１及び図２デバイスを２組用意しそれぞれの偏波に対応させる事も考えられるが、デバイスが二組必要に成り現実的でない。
一方、図３に示す例の場合には、本来偏光を分離してＴＥからＴＭに、ＴＭからＴＥに変換して動作するため、偏光依存性を除去することができるが、Tiの深拡散領域の形成に数十時間と多大な工数を必要とする他、第２図に示すように光導波路に交差して形成することができない。
【００１９】
この理由は、Tiの深拡散領域が同じTi拡散で形成する光導波路をかき消してしまい構成することはできない。
このため、交差構造によるフィルタ等の波長特性におけるサイドローブの低減ができない。
さらに、Tiの深拡散によるＳＡＷ導波路ではＳＡＷに対する閉じ込め力が弱く、側に集積してＳＡＷ導波路を形成することができない。
【００２０】
これらの三つの例が知られていると、当然、図１あるいは図２に示す薄膜を設置する方法で図３に示すＴＥ／ＴＭモード変換で動作するデバイスが予想されるが、これらの歴史は古いにも係わらず、これを実行した例は存在しなかった。
ＳＡＷ導波路を形成するためには、その部分の音速を周囲に比較して遅くする必要があり、このためには直感的に音速の遅い物質を形成するべきと考えられる。
【００２１】
しかし、SiO2やAl2O3 といったバッファ層に良く用いられる材料では、音速は6000m/s 程度と早く、直感的には膜材料に適さないと考えられる。
また、LiNbO3の音速はその伝搬方向によって大きく異なり（約3500〜4000m/s)、選択された方位に適した音速の材料が必要となる。
また、これらは導波路の上に形成されるため、透明でLiNbO3よりも屈折率の小さい物質である必要がある。
【００２２】
さらに、ＴＥ／ＴＭモード変換を引き起こすに十分な振幅のＳＡＷの分布をLiNbO3中に形成する必要がある。
このような種々の条件を満足する薄膜の材質、厚さ、幅を計算等で推測、設計するのはかなり難しく、労力のいる作業である。
さらに、ＴＥ／ＴＭモード変換を行う基板に於いては、基板表面に異なる材料の膜が形成されると、表面状態が変化し、わずかなＴＥ−ＴＭモード変換を行う効果に支障をきたす懸念があるため、現在まで未検討であった。
【００２３】
このような理由からこれまで「薄膜でＳＡＷをガイドし、ＴＥ／ＴＭモード変換で動作するデバイス」が実現されなかったと考えられる。
当然、図１や図２に示すｚ軸方向に導波路が形成されたデバイスでは図３に示すようなＴＥ／ＴＭモード変換の機能は実現できない。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決は，
１．音響光学効果を有する基板と、
該基板表面内部に形成された概ねX またはY 軸方向に光が伝搬する光導波路と、
該基板に接して形成し弾性表面波を励起させるトランスデューサとにより該光導波路が該弾性表面波で該光導波路の屈折率楕円体の軸方位が傾き伝搬する該光の偏光がモード変換する光導波路デバイスにおいて、
該基板の表面に弾性表面波を閉じ込める薄膜を形成し該基板表面がリッジ構造とし、前記薄膜はSiO2に透明な金属酸化物が添加されて透明であることを特徴とする光導波路デバイスあるいは、
３．請求項１記載の薄膜が、酸化インジウムあるいは、酸化インジウムに金属酸化物が添加されていることを特長とする光導波路デバイスあるいは、
４．請求項１記載の薄膜は該基板を弾性表面波が伝搬する速度より早い速度で伝搬する材料としたことを特徴とする光導波路デバイスあるいは、
５．請求項１記載の該薄膜は該基板表面に形成されるとともに、その上に金属膜を形成したことを特長とする光導波路デバイスあるいは、
６．請求項１記載の該薄膜は該基板表面に形成され、かつ、一部の厚さが異なるように構造したことを特長とする光導波路デバイスあるいは、
７．請求項１記載の該薄膜の中心線が、該光導波路を横切るあるいは光導波路に対して傾斜して形成したことを特長とする光導波路デバイスあるいは、
８．請求項１記載の薄膜は場所によって太さを変えて形成したことを特長とする光導波路デバイスあるいは、
９．請求項１記載の該薄膜が段数を重ねる毎に該光導波路方向の長さが短くなるように形成された多段構造から成ることを特長とする光導波路デバイス或いは、
１０．請求項１記載の該トランスデューサと該薄膜は複数あり、該薄膜は該基板表面で交差していることを特長とする光導波路デバイスあるいは、
１１．音響光学効果を有する基板と、
該基板の表面に該基板の結晶軸のX 軸又はY 軸方向に光が伝搬するように構成した光導波路と、
該基板表面に弾性表面波を励起させるトランスデューサと、
該光導波路上を伝搬する弾性表面波をガイドする薄膜を設け、
該薄膜は該基板を弾性表面波が伝搬する速度より早い速度で伝搬する材料を用いて該基板表面がリッジ構造とし、前記薄膜はSiO2に透明な金属酸化物が添加されて透明であることを特徴とする光導波路デバイスあるいは、
１２．請求項１記載の該光導波路デバイスに伝送路から伝送された波長多重した光信号を入力し、該トランスデューサより該光信号内の特定波長を出力するための弾性表面波を出力し、該波長多重した光信号内の特定波長を出力することを特徴とする光通信システム。
【００２５】
【作用】
LiNbO3基板表面内部に形成された概ねX またはY 軸方向に伝搬する光導波路と概ね同じ方向に基板表面がリッジ状になるよう、1 μm 弱程度の厚さのSiO2などの透明薄膜を形成するだけで、ＳＡＷを効果的にガイドできるＳＡＷ導波路を形成できる。
【００２６】
薄膜の音速と言うよりも、LiNbO3基板１０の表面がリッジ型になるように膜を形成されている構成により、重さのある物が乗っている事による質量付加による閉じ込め効果、表状態変化の閉じ込め効果、膜その物のＳＡＷの閉じ込め効果、などが関与し、ＳＡＷを閉じ込めていると考えられる。
この構成で形成されたＳＡＷガイドでは、光導波路に効果的なＴＥ／ＴＭモード変換に十分な結晶軸の回転を引き起こすことができる。
【００２７】
また、膜の厚さ、幅、材質の設計で従来に比較して、ＳＡＷ導波路の閉じ込め力を大幅に強くできるとともに、導波路上にもＳＡＷ導波路を交差させたり、多段構成等により、ＳＡＷの強度分布、速度を幅方向、進行方向共に複雑に分布制御させることができ、ＴＥ／ＴＭモード変換型ＳＡＷデバイスの設計性を広くでき、高機能化を実現しやすくした。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（ａ）第１実施形態の説明
第４図（ａ）は本発明の第１実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図であり、x-cut LiNbO3基板１０にy 軸方向に伸びる光導波路１１，１２が形成され、この上にＳＡＷを発生させる櫛の歯電極からなるトランスデューサ１５が形成されている。
【００２９】
LiNbO3基板１０の光入力側とトランスデューサ１５との間にレジストからなるＳＡＷ吸収体を形成されている。
さらにその後方の導波路上に光学的に透明でLiNbO3基板よりも屈折率の低いSiO2膜からなるＳＡＷ導波路用の薄膜１８が形成されている。
さらに、電極の前方およびＳＡＷ導波路用の薄膜１８の終点にレジストからなるＳＡＷ吸収体２０が形成されている。
【００３０】
この図で上側の導波路に入射した光は交差型ＰＢＳ１６でＴＥモード光とＴＭモード光に分離され、平行な導波路部を伝搬し、再び後方の交差型ＰＢＳ１７で合波されて上側の出力導波路１１’から出射する。
ＳＡＷの周波数に対応した波長は導波路１１，１２間でモード変換が行われ、下側の出力導波路１２’より出力される。
【００３１】
この導波路１１，１１’，１２，１２’は例えば約0.1 μm の厚さで幅7 μm のTi金属膜を1000℃で10時間熱拡散して得られる。
一方、トランスデューサ１５は長さ140 μm で約20μm 周期で15対の櫛の歯電極から形成されており、この電極に約175 MHz の高周波電力を印加することでLiNbO3基板表面１０にＳＡＷが発生し、このＳＡＷに対応する波長の光約 1.54 μm の光が選択的にＴＥ／ＴＭモード変換を受ける。
【００３２】
しかしながら、トランスデューサ１５で発生したＳＡＷはこれをガイドする機構が無いとすぐに拡散して広がってしまう。
この対策として設けられた物がSiO2膜からなるＳＡＷ導波路用薄膜で、ここでは幅120 μm 、厚さ 0.5 μm 、長さ30mmに形成してある。
図４（ｂ）に図４（ａ）のＡの位置でLiNbO3をカットした場合の断面図を示し図４（ａ）と同一番号は同一部材である。
【００３３】
図４の構成でフィルタ特性を評価したところ、図５に示すような結果が得られた。
この半値幅0.82μm は理論計算から求められた計算結果と良く一致していた。
さらに、ＳＡＷ吸収体の位置をＳＡＷ導波路用薄膜で手前に移動し、半値幅や電力を評価した所、30〜40mmのＳＡＷ導波路用薄膜ではＳＡＷの減衰は観測されなかった。
【００３４】
さらに、ＳＡＷ導波路用薄膜の幅180 μmnの物についてそのＳＡＷ強度分布を導波路を相対的にＳＡＷ導波路用薄膜から少しづつずらした物を作製し評価した所、図６に示すようなきれいなガウス分布となっており、このＳＡＷ導波路用中にきれいな基本モードのＳＡＷが伝搬していることを確認した。多数のサンプルに対して評価した結果、ガイド幅が30〜250 μm でいずれも良好なガイドとなっていることを確認することができた。
【００３５】
また、このＳＡＷ導波路用薄膜材料としてSiO2膜に酸化インジウムを添加したところ、ＳＡＷに対する閉じ込め効果が増加した。
100%の酸化インジウムの場合にも良好なＳＡＷ導波路はできていたが、この場合には、多少光が薄膜に吸収された。また酸化スズや酸化チタンなど他の透明な金属酸化物を添加した場合にも同様に閉じ込め力は増加した。
【００３６】
また、酸化インジウムが主体となっている物に金属酸化物を添加しても同様に有効であった。
このように幅広い材料物質でガイドが実現できた理由は、薄膜の音速と言うよりも、LiNbO3基板１０の表面がリッジ型になるように膜を形成されていることによるＳＡＷの閉じ込め効果，重さのある物が乗っていることによる質量付加による閉じ込め効果、表面状態が変化することによる閉じ込め効果などが関与していると考えられる。
【００３７】
一般に、ＳＡＷの伝搬速度を決める要素は基板上に設けた物質の硬さと重さに影響され図１７の表にあるように振り分けられる。
従って、基板より硬くＳＡＷの伝搬速度が早い薄膜をリッジ状に構成することにより、リッジ状に構成した部分の質量付加による伝搬速度の低下が基板に生じ、ＳＡＷの閉じ込めが生じる効果が強く影響しているものと考えられる。
【００３８】
図２の従来例と図４の実施例のＳＡＷの伝搬のパワー分布の比較を図１８に示す。
図１８（ａ）は図２の構成を示し、薄膜の硬さの影響により薄膜自体をＳＡＷが伝搬するしている。
これに対して、図１８（ｂ）は図４の構成を示し、薄膜の質量効果や表面状態の変化により基板そのもの伝搬速度が変化しＳＡＷが基板の内部に閉じ込められていると考える。 このような事実は実際に実験によって調べることで見いだすことができた物である。
【００３９】
図１の実施例ではＸカットのLiNbO3基板を例として上げたが、これは、ＳＡＷの励起効率が最も高いため、代表例として説明したが、ＺカットのLiNbO3基板でも、ＴＥ／ＴＭモード変換は生じる。
ＺカットのLiNbO3基板の場合は、光導波路の光が伝搬する方向にＸ軸又はＹ軸の何方の軸でも、ＴＥ／ＴＭモード変換は生じる。
【００４０】
（ｂ）第２実施形態の説明
図７は本発明の第２実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図であり図４と同一部材は同一番号で示す。
LiNbO3基板１０上に光導波路１１，１２を覆って導波路１１，１２よりも屈折率の小さく、透明な透明な薄膜２２が形成されている。
【００４１】
本例では薄膜２２はトランスデューサ１５の後方全面を覆うように構成している。
この上に所望のＳＡＷ導波路形状に金属膜２１が形成された構成となっている。
一例として透明な薄膜２２として厚さ0.4 μm のSiO2膜を選び、この上に厚さ0.3 μm の金製の金属膜２１を形成した所、良好なＳＡＷ導波路を実現することができた。
【００４２】
金属の場合、一般にLiNbO3よりも音速が遅く、かつ重いため質量付加効果もあり、有効である。
さらに、この場合には図４の如くSiO2膜のパターン化によるリッジ構造が行われていないため、LiNbO3基板１０とSiO2膜の薄膜２２との間のエッジ部におけるLiNbO3とSiO2膜のストレスによる不均一歪みも無い。
【００４３】
また、金はやわらかいため、ストレスに与える影響は小さい。
また、下地のSiO2膜がパターン化されている場合には、エッジ部のストレスの問題はあるが、SiO2膜がパターン化されてない場合に比べ一層閉じ込め力は強くなり、ＳＡＷの閉じ込めに関しては極めて有効である。
（ｃ）第３実施形態の説明
図８は本発明の第３実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図であり図４と同一部材は同一番号で示す。
【００４４】
前述のように透明の薄膜のパターン化によって生ずるストレスを避けるため、図示のように透明の薄膜２２が周囲を残してリッジ型に形成されている。
この場合、材質をSiO2膜に選び、残された部分２３の厚さを0.3 μm 、リッジの高さを0.5 μm とした所、図７と同様に良好なＳＡＷ導波路が作製できていることを確認した。（ｄ）第４実施形態の説明
図９は本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図であり図４と同一部材は同一番号で示す。
【００４５】
薄膜１８からなるＳＡＷ導波路が光導波路１１，１２をよぎって形成されている。
この場合には、ＴＥ／ＴＭのモード変換が光導波路の進行方向に対してガウス分布的な重み付けが成されることとなり、フィルタ特性におけるサイドローブ低減が実現できる。 第１０図はこの１例で、薄膜１８の材料としてSiO2にInSnを60重量% 添加した物を用い、幅120 μm 、厚さ0.4 μm 、傾き 0.5度でＳＡＷ導波路を形成した場合の測定結果である。
【００４６】
このような重み付けが実現できるのも、本発明のように膜を形成するだけでＳＡＷ導波路が実現できることによる。
また、ガウス分布的な重み付けを行う手段としては、図１１に示すように、ＳＡＷ導波路を構成する薄膜２７の幅を場所によって太さを変える構成とすることで、その重み付けに自由度がまし、よりガウス分布に近く、あるいはさらに良好な分布曲線に近づけることができる。
【００４７】
さらに、その変形として、図１２の構成がある。
図１２に於いて図４と同一部材は同一番号で示す。
図１２においては、ＳＡＷ導波路を構成する薄膜２６の中心線を直線ではなく曲線で構成することによって自由度を増加させ、より良好なＳＡＷ強度の分布を実現できる。
【００４８】
また、さらに、その変形として図１３の構成がある。
図１３に於いて図４と同一部材は同一番号で示す。
図１３では、薄膜25を多段のリッジ構造とすることで、ＳＡＷ導波路を構成し、ＳＡＷ強度の分布を実現する。この場合、最下層は透明膜でパターン化されており、その上に金属膜がパターン化される構成も有効である。
【００４９】
さらに、同様の実施例として、図１４を示す。
図１４に於いて図４と同一部材は同一番号で示す。
図１４では、薄膜２８が図１３と同様の多段リッジ構成に成っている。
ここで、薄膜２８の上部は、下地のパターンに対して菱形に形成されており、光導波路１１，１２の進行方向に対して、LiNbO3基板１１側面方向に広がるため、より良好なＳＡＷの強度分布を実現することが出来る。
【００５０】
図１３及び図１４において、多段構成された薄膜の最上段の部分を金属で形成するとより効果的である。
（ｅ）第５実施形態の説明
第１５図は本発明の第５実施形態にかかる光デバイスの構成を示す模試図であり、ＳＡＷ導波路を構成する薄膜２４，２５に対して、それぞれトランスデューサ１５−１，１５−２が接続される。
【００５１】
薄膜２４，２５はLiNbO3基板***部で交差してＳＡＷ導波路を形成している。
この例のように複数のトランスデューサ１５−１，１５−２を設けた構成では最適なＳＡＷ発振を実現できる波長をトランスデューサ１５−１，１５−２ごとに少し変えることで幅広い周波数に対して効率良くＳＡＷを発生できる利点を有する。
【００５２】
この場合、薄膜２４，２５の中央部は重なって一つのＳＡＷ導波路である場合と、分岐し複数のＳＡＷ導波路の構成と成っている。
重なっている部分のＳＡＷ導波路は合流する時に、ＳＡＷに大きな損失を生ずるが、中央部では入射方向に依らない特性を実現できる。
また、図１５の場合には導波路に対しても対称構造となっているため、分岐した部分についはそれぞれの導波路を伝搬する光はどちらからのＳＡＷに対しても、等価な影響を受ける。
【００５３】
またこの例、ではトランスデューサを分散して形成できる利点があり、発熱の緩和やＳＡＷ同士の相互干渉の緩和などに効果がある。
このような構成も本発明によるＳＡＷ導波路を用いることで容易に実現できる。
（ｆ）第６実施形態の説明
図１６に示す実施例は、光導波路１１一つで構成さており、ＴＥ／ＴＭモード変換を行うものである。
【００５４】
この構成の構成においても、ＳＡＷをガイドする薄膜１８を設け、ＳＡＷを閉じ込めることが可能である。
図１６の薄膜１８の構成は図７，図８，図９，図１１，図１２，図１３，図１４，図１５の薄膜によるリッジ構造を適用することができる。
（ｇ）第７実施形態の説明
図１９は第７の実施形態を示す。
【００５５】
図１９には伝送路である光ファイバ31から送れてきた、波長多重した光信号を入力し、この入力信号の特定の波長λの信号に対応するＳＡＷをトランスデューサ１５により発生させ、薄膜１８によトランスデューサ１５で発生したＳＡＷを基板内部にとじこめ、光導波路１１，１２を回折させ特定波長λの波を回転させることで、特定波長の光信号を光ファイバ32へ取り出すことができる。
【００５６】
さらに、トランスデューサ１５より出力するＳＡＷを断続的に与えることにより、取り出した特定波長の光を光変調を行うことができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、LiNbO3基板表面内部に形成された概ねX またはY 軸方向に伝搬する光導波路と該基板に接して形成されたLiNbO3基板のピエゾ効果を利用した弾性表面波を励起させるトランスデューサと励起された弾性表面波をガイドする弾性表面波用導波路とから構成されるとともに、この光導波路が弾性表面波の存在によってその屈折率楕円体の軸方位が傾く効果を有し、これを利用した偏光のモード変換を用いて機能するＴＥ／ＴＭモード変換型導波路デバイスにおいて、LiNbO3基板上にチャネル化して薄膜を形成することで効率的なＳＡＷ導波路を実現でき、その膜材料の選択、幅、厚さ、形状、多段構成および複数のＳＡＷ導波路入出力部などにより、フィルタ特性の制御に対する設計の自由度を飛躍的に広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来よりの光デバイスの構成を示す図である。
【図２】従来よりの光デバイスの構成を示す模式図である。
【図３】従来よりの光デバイスの構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスのフィルタ特性を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスのＳＡＷ導波路幅方向のＳＡＷ強度分布を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる光デバイスの構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスのフィルタ特性を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１５】本発明の第５実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１６】本発明の第６実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【図１７】ＳＡＷの伝搬速度を決める要素の表である。
【図１８】従来例と実施例のＳＡＷの伝搬のパワー分布の比較を示す図である。
【図１９】本発明の第７実施形態にかかる光デバイスの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０．LiNbO3基板
１１．１１’．１２，１２’は光導波路
１５．トランスデューサ
１６．１７．交差型ＰＢＳ
１８．薄膜
１９．２０．吸収体
２１．金属膜
Claims (12)
- 音響光学効果を有する基板と、
該基板表面内部に形成された概ねX またはY 軸方向に光が伝搬する光導波路と、
該基板に接して形成し弾性表面波を励起させるトランスデューサとにより該光導波路が該弾性表面波で該光導波路の屈折率楕円体の軸方位が傾き伝搬する該光の偏光がモード変換する光導波路デバイスにおいて、
該基板の表面に弾性表面波を閉じ込める薄膜を形成し該基板表面がリッジ構造とし、前記薄膜はSiO2に透明な金属酸化物が添加されて透明であることを特徴とする光導波路デバイス。 - 請求項１記載の前記薄膜が、伝搬する光に対して透明でかつ屈折率が該導波路より小さい材料から形成されていることを特長とする光導波路デバイス。
- 請求項１記載の薄膜が、酸化インジウムあるいは、酸化インジウムに金属酸化物が添加されていることを特長とする光導波路デバイス。
- 請求項１記載の薄膜は該基板を弾性表面波が伝搬する速度より早い速度で伝搬する材料としたことを特徴とする光導波路デバイス。
- 請求項１記載の該薄膜は該基板表面に形成されるとともに、その上に金属膜を形成したことを特長とする光導波路デバイス。
- 請求項１記載の該薄膜は該基板表面に形成され、かつ、一部の厚さが異なるように構造したことを特長とする光導波路デバイス。
- 請求項１記載の該薄膜の中心線が、該光導波路を横切るあるいは光導波路に対して傾斜して形成したことを特長とする光導波路デバイス。
- 請求項１記載の薄膜は場所によって太さを変えて形成したことを特長とする光導波路デバイス。
- 請求項１記載の該薄膜が段数を重ねる毎に光導波路方向の長さが短くなるように形成された多段構造から成ることを特長とする光導波路デバイス。
- 請求項１記載の該トランスデューサと該薄膜は複数あり、該薄膜は該基板表面で交差していることを特長とする光導波路デバイス。
- 音響光学効果を有する基板と、
該基板の表面に該基板の結晶軸のX 軸又はY 軸方向に光が伝搬するように構成した光導波路と、
該基板表面に弾性表面波を励起させるトランスデューサと、
該光導波路上を伝搬する弾性表面波を閉じ込めてガイドする薄膜を設け、
該薄膜は該基板を弾性表面波が伝搬する速度より早い速度で伝搬する材料を用いて該基板表面がリッジ構造とし、前記薄膜はSiO2に透明な金属酸化物が添加されて透明であることを特徴とする光導波路デバイス。 - 請求項１に記載の該光導波路デバイスに伝送路から伝送された波長多重した光信号を入力し、該トランスデューサより該光信号内の特定波長を出力するための弾性表面波を出力し、該波長多重した光信号内の特定波長を出力することを特徴とする光通信システム。
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