JPH0387704A - 光回路 - Google Patents
光回路Info
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- JPH0387704A JPH0387704A JP1226029A JP22602989A JPH0387704A JP H0387704 A JPH0387704 A JP H0387704A JP 1226029 A JP1226029 A JP 1226029A JP 22602989 A JP22602989 A JP 22602989A JP H0387704 A JPH0387704 A JP H0387704A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
-
- G—PHYSICS
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は基板中に設けた光導波路を用いた光回路に関し
、特に光導波路同士が交差す２る光回路に関する。
、特に光導波路同士が交差す２る光回路に関する。
（従来の技術）
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
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
ィッチが使用される。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
トリクス光スィッチは光信号の切り替え、交換のキーデ
バイスである。このような導波形のマトリクス光スィッ
チを実際の光通信システムに適用する場合、低損失であ
ることが実用上不可欠である。すなわちマトリクス光ス
ィ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。
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
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
ィッチが使用される。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
トリクス光スィッチは光信号の切り替え、交換のキーデ
バイスである。このような導波形のマトリクス光スィッ
チを実際の光通信システムに適用する場合、低損失であ
ることが実用上不可欠である。すなわちマトリクス光ス
ィ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。
（発明が解決しようとする課題）
第２図（ａ）、（ｂ）に従来の光回路の一例として西本
裕らの文献、電子通信情報学会技術報告ＯＱＥ ８８−
１４７による８×８マトリツクス光スイツチの光回路の
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１の上にチタンを拡散
して屈折率を基板よりも大きくして形成した帯状のシン
グルモード光導波路２及び３が形成されており、光導波
路２及び３は基板の中央部で互いに数ｐｍ程度まで近接
し、方向性結合器４を形成している。第２図（ａ）では
前記方向結合器４が６４素子同一基板上に集積されて８
×８マトリクス光スイツチを構成している。第２図（ｂ
）は各方向性結合器４間を接続する光導波路２及び３が
交差する領域を拡大した平面図である。この８×８マト
リツクス光スイツチの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４を構成する光導波路上
には制御電極５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５が形成されている。第２図（ｂ）にお
いて、光導波路２に入社した入射光７は方向性結合器４
の部分を伝搬するにしたがって近接した光導波路３へ徐
々に光エネルギーが移り、方向性結合器４を通過後は光
導波路にほぼ１００％エネルギーが移って出射光８とな
る。一方、制御電極５に電圧を印加した場合、電気工学
効果により制御電極５下の光導波路の屈折率が変化し、
光導波路２と３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。
裕らの文献、電子通信情報学会技術報告ＯＱＥ ８８−
１４７による８×８マトリツクス光スイツチの光回路の
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１の上にチタンを拡散
して屈折率を基板よりも大きくして形成した帯状のシン
グルモード光導波路２及び３が形成されており、光導波
路２及び３は基板の中央部で互いに数ｐｍ程度まで近接
し、方向性結合器４を形成している。第２図（ａ）では
前記方向結合器４が６４素子同一基板上に集積されて８
×８マトリクス光スイツチを構成している。第２図（ｂ
）は各方向性結合器４間を接続する光導波路２及び３が
交差する領域を拡大した平面図である。この８×８マト
リツクス光スイツチの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４を構成する光導波路上
には制御電極５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５が形成されている。第２図（ｂ）にお
いて、光導波路２に入社した入射光７は方向性結合器４
の部分を伝搬するにしたがって近接した光導波路３へ徐
々に光エネルギーが移り、方向性結合器４を通過後は光
導波路にほぼ１００％エネルギーが移って出射光８とな
る。一方、制御電極５に電圧を印加した場合、電気工学
効果により制御電極５下の光導波路の屈折率が変化し、
光導波路２と３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。
ところでこの８×８マトリクス光スイツチは接続パスに
より損失に差があるという課題があった。
より損失に差があるという課題があった。
前述した文献によればこの接続バスによる損失の違いは
２本の光導波路２及び３の交差部での損失（今後、交差
損失と呼ぶ）に起因することが述べられている。前述し
た接続パスの違いによる損失の差は、各接続バスにおけ
る２本の光導波路２がび３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
失は交差角０が７°の時、ＴＭ偏光に対して０．３５ｄ
Ｂ程度であり、この時、各接続パスにおいて有する交差
部は０点がら１５点と異なるためである。従って、有す
る交差点が０点と工５点の接続バ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。同時に
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。
２本の光導波路２及び３の交差部での損失（今後、交差
損失と呼ぶ）に起因することが述べられている。前述し
た接続パスの違いによる損失の差は、各接続バスにおけ
る２本の光導波路２がび３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
失は交差角０が７°の時、ＴＭ偏光に対して０．３５ｄ
Ｂ程度であり、この時、各接続パスにおいて有する交差
部は０点がら１５点と異なるためである。従って、有す
る交差点が０点と工５点の接続バ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。同時に
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。
この交差損失はシングルモードで伝搬してきた導波光が
交差部ではマルチモードとなり、交差部を通過後は再び
シングルモードとなるため交差部１０でのモード変換、
モード結合及び交差するもう一方の導波路への導波光の
移行などにより発生する。
交差部ではマルチモードとなり、交差部を通過後は再び
シングルモードとなるため交差部１０でのモード変換、
モード結合及び交差するもう一方の導波路への導波光の
移行などにより発生する。
本発明の目的は上述の従来の光回路の欠点を除き、交差
損失の小さい光回路を提供することにある。
損失の小さい光回路を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明による光回路は、基板に形成された複数の光導波
路と、該光導波路同士が交差している交差部と、該交差
部の周辺部に設けた屈折率が前記光導波路の屈折率より
小さい領域とからなることを特徴とする。
路と、該光導波路同士が交差している交差部と、該交差
部の周辺部に設けた屈折率が前記光導波路の屈折率より
小さい領域とからな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
の周辺部の屈折率を光導波路の屈折率より小さくしてい
る。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、光導波
路同士を交差させた従来の構造では交差部において実質
的に導波路幅が拡大したことになりモード変換が発生し
ていたが、交差部の周辺を低屈折率にすることで交差部
でも導波路幅が拡大せず従来の構造に比ベシングルモー
ドに近づくため、交差部でマルチモード成分が発生しな
いか、または、発生してもその割合は小さくなる。した
がって、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他方の光導波路への
導波光の以降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。
の周辺部の屈折率を光導波路の屈折率より小さくしてい
る。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、光導波
路同士を交差させた従来の構造では交差部において実質
的に導波路幅が拡大したことになりモード変換が発生し
ていたが、交差部の周辺を低屈折率にすることで交差部
でも導波路幅が拡大せず従来の構造に比ベシングルモー
ドに近づくため、交差部でマルチモード成分が発生しな
いか、または、発生してもその割合は小さくなる。した
がって、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他方の光導波路への
導波光の以降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。
以上のことにより、本発明の光制御デバイスは、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。
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）
第１図は本発明による光回路の一実施例である光導波路
の交差部の平面図を示す。第２図の例と同様にニオブ酸
リチウム結晶基板１の上にチタンを９００〜１１００６
Ｃ程度で数時間熱拡散して形成された３〜１０ｐｍ程度
の光導波路２及び３が交差している。交差部分には光導
波路と同程度の高屈折率をもつ島状領域（交差部）１０
とその周辺の低屈折率領域１１が形成されている。本実
施例では交差部１０が光導波路２及び３と０．２〜５ｐ
ｍの幅Ｗ２の低屈折率領域１１をもって形成されている
。この時この低屈折率領域１１は光導波路２及び３の屈
折率より小さくなっている。
の交差部の平面図を示す。第２図の例と同様にニオブ酸
リチウム結晶基板１の上にチタンを９００〜１１００６
Ｃ程度で数時間熱拡散して形成された３〜１０ｐｍ程度
の光導波路２及び３が交差している。交差部分には光導
波路と同程度の高屈折率をもつ島状領域（交差部）１０
とその周辺の低屈折率領域１１が形成されている。本実
施例では交差部１０が光導波路２及び３と０．２〜５ｐ
ｍの幅Ｗ２の低屈折率領域１１をもって形成されている
。この時この低屈折率領域１１は光導波路２及び３の屈
折率より小さくなっている。
この低屈折率領域１１を形成するには光導波路２及び３
を形成するために拡散するチタンのパターンを低屈折率
領域を除いた第工図と同一のパターンにしておく方法が
ある。この方法では、低屈折率領域１１の屈折率はほぼ
結晶基板１と同じとなる。
を形成するために拡散するチタンのパターンを低屈折率
領域を除いた第工図と同一のパターンにしておく方法が
ある。この方法では、低屈折率領域１１の屈折率はほぼ
結晶基板１と同じとなる。
その他の方法としてはチタンを拡散する際に低屈折率領
域１１を区別せず、低屈折率領域１１にもチタンを拡散
した後に、低屈折率領域１１を形成する方法がある。こ
の方法としては低屈折率領域１１にボロンなどをイオン
注入して屈折率を下げる方法の他、低屈折率領域１１の
結晶基板１をイオンビーム法、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ツチング法
、または、溶液を用いたケミカルエツチング法などのウ
ェットエツチング法などを用いてエツチングして溝を形
成する方法と溝を形成した後、その溝に光導波路２及び
３のより低い屈折率を有する物質を埋め込む方法がある
。この時、低屈折率領域１１を形成する溝に埋め込む材
料としては、５ｉ０２．５ｉＯＮ、 Ｓｉ３Ｎ４゜Ｚｎ
Ｏ２，Ａｌ２Ｏ３，ＬｉＮｂＯ３，ＩｎＯ２，５ｎ０２
．ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５などの光の吸収が小さいものが
選ばれる。
域１１を区別せず、低屈折率領域１１にもチタンを拡散
した後に、低屈折率領域１１を形成する方法がある。こ
の方法としては低屈折率領域１１にボロンなどをイオン
注入して屈折率を下げる方法の他、低屈折率領域１１の
結晶基板１をイオンビーム法、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ツチング法
、または、溶液を用いたケミカルエツチング法などのウ
ェットエツチング法などを用いてエツチングして溝を形
成する方法と溝を形成した後、その溝に光導波路２及び
３のより低い屈折率を有する物質を埋め込む方法がある
。この時、低屈折率領域１１を形成する溝に埋め込む材
料としては、５ｉ０２．５ｉＯＮ、 Ｓｉ３Ｎ４゜Ｚｎ
Ｏ２，Ａｌ２Ｏ３，ＬｉＮｂＯ３，ＩｎＯ２，５ｎ０２
．ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５などの光の吸収が小さいものが
選ばれる。
具体例として、光導波路２及び３と交差部１０を６３Ｏ
Ａのチタンを１０５０°Ｃで８時間拡散することにより
形成し、幅９ｐｍの光導波路２及び３を得た。この時、
交差部１０の幅Ｗ１は３〜１０ｐｍの範囲であればシン
グルモードを保つことができる。また、低屈折率領域の
幅Ｗ２はその屈折率の大きさにもよるが０．２〜５ｐｍ
であれば損失をおさえることができる。
Ａのチタンを１０５０°Ｃで８時間拡散することにより
形成し、幅９ｐｍの光導波路２及び３を得た。この時、
交差部１０の幅Ｗ１は３〜１０ｐｍの範囲であればシン
グルモードを保つことができる。また、低屈折率領域の
幅Ｗ２はその屈折率の大きさにもよるが０．２〜５ｐｍ
であれば損失をおさえることができる。
従来例では交差損失が交差角０が７°の時、ＴＭ偏光に
対して約０．３５ｄＢであったのに対し、本発明による
光回路では交差損失は約０．１ｄＢとなり、従来の光回
路に比べ著しく小さくなった。なお、低屈折率領域は広
すぎると、光導波路２及び３と交差部との結合喪失が大
きくなり、逆に狭すぎると交差損失を改善できない。−
例として、Ｚ−ｃｕｔ ＬｉＮｂＯ３基板に第１図に示
す光導波路２，３及び交差部１０と同様のパターンで交
差角を７°としし、Ｔｉを拡散したときの低屈折領域の
幅Ｗ２と交差損失の関係を第３図に示す。このとき光導
波路製作条件は、Ｔｉ幅９ｐｍ、 Ｔｉ膜厚６３０Ａ、
拡散温度１０５０’Ｃ１拡散時間８時間である。
対して約０．３５ｄＢであったのに対し、本発明による
光回路では交差損失は約０．１ｄＢとなり、従来の光回
路に比べ著しく小さくなった。なお、低屈折率領域は広
すぎると、光導波路２及び３と交差部との結合喪失が大
きくなり、逆に狭すぎると交差損失を改善できない。−
例として、Ｚ−ｃｕｔ ＬｉＮｂＯ３基板に第１図に示
す光導波路２，３及び交差部１０と同様のパターンで交
差角を７°としし、Ｔｉを拡散したときの低屈折領域の
幅Ｗ２と交差損失の関係を第３図に示す。このとき光導
波路製作条件は、Ｔｉ幅９ｐｍ、 Ｔｉ膜厚６３０Ａ、
拡散温度１０５０’Ｃ１拡散時間８時間である。
なお、この図は、はんの−例であり、製作条件等により
変わるので、低屈折率領域の幅の設定は適宜行う。
変わるので、低屈折率領域の幅の設定は適宜行う。
なお、本発明による光回路を形成する光導波路はニオブ
酸リチウム結晶規範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
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
。
酸リチウム結晶規範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
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は、従来の光回
路に比べ低損失な光回路を得ることができる。
路に比べ低損失な光回路を得ることができる。
第１図は本発明による光回路の一例を示す平面図、第２
図は従来の光回路の一例を示す平面図、第３図は、低屈
折率領域の幅と交差損失はの関係を示す図である。 図において、 １・・・ニオブ酸リチウム結晶基板、２，３・・・光導
波路、４゜、・方向性結合器、５・・・制御電極、６・
・・バッファ層、７・・・入射光、８，９・・・出射光
、１ｏ・・・交差部、１１・・・低屈折率領域である。
図は従来の光回路の一例を示す平面図、第３図は、低屈
折率領域の幅と交差損失はの関係を示す図である。 図において、 １・・・ニオブ酸リチウム結晶基板、２，３・・・光導
波路、４゜、・方向性結合器、５・・・制御電極、６・
・・バッファ層、７・・・入射光、８，９・・・出射光
、１ｏ・・・交差部、１１・・・低屈折率領域である。
Claims (1)
- 基板に形成された複数の光導波路と、該光導波路同士
が交差している交差部と、該交差部の周辺部に設けた屈
折率が前記光導波路の屈折率より小さいことを特徴とす
る光回路。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1226029A JP2894735B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 光回路 |
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