JPH0458229A - Optical device - Google Patents
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- JPH0458229A JPH0458229A JP16830990A JP16830990A JPH0458229A JP H0458229 A JPH0458229 A JP H0458229A JP 16830990 A JP16830990 A JP 16830990A JP 16830990 A JP16830990 A JP 16830990A JP H0458229 A JPH0458229 A JP H0458229A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野ｊ
本発明は光通信および光計測用などの光信号処理デバイ
スに係わり、特にシングルモード光ファイバにより伝送
された光信号をその偏光に依存することな（スイッチン
グし、かつ送信受信することのできる導波路形光デバイ
スに関するものである。この光デバイスは光ＣＡＴＶ、
光ＬＡＮ ＄よび光集中管理測定システムなどへの応用
が可能である。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to an optical signal processing device for optical communication and optical measurement, and in particular to a device for processing optical signals transmitted through a single mode optical fiber depending on its polarization. This relates to a waveguide type optical device that can perform switching and transmit/receive.This optical device is used for optical CATV,
It can be applied to optical LANs, optical centralized control measurement systems, etc.
［発明の概要］
本発明は、シングルモード光フイアバにより伝送された
光をその光信号のままスイッチングすることのできるデ
バイスに関し、ＬｉＮｂＯ５，ＬｉＴａ０ｍなどの基板
上に分岐干渉形光変調部と少なくとも一つの非対称Ｙ分
岐部とを有し、該光変調部を構成する二つの分岐路の一
方もしくは両方に印加電界に依存しない等側屈折率制御
部を設け、またさらに入出力端のいずれかに反射部およ
び受光部を具備したことを特徴とする光導波路デバイス
構成により、任意の偏光面をもつ光を変調し、さらに受
光および送信機能を備える素子を容易に作製可能ならし
めるとともに、低電圧駆動、受信ＳＮ比の向上、反射量
の電圧可変、相補出力および広帯域受信等を可能にする
ものである。[Summary of the Invention] The present invention relates to a device capable of switching light transmitted by a single-mode optical fiber as it is as an optical signal. an asymmetrical Y-branch section, an isolateral refractive index control section independent of the applied electric field is provided in one or both of the two branch paths constituting the optical modulation section, and a reflection section is further provided at either the input/output end. By using an optical waveguide device configuration characterized by having a light receiving section and a light receiving section, it is possible to modulate light with an arbitrary plane of polarization, and furthermore, it is possible to easily produce an element with light receiving and transmitting functions, and it is possible to easily manufacture a device that has a light receiving and transmitting function. This makes it possible to improve the signal-to-noise ratio, vary the voltage of the amount of reflection, provide complementary output, and wideband reception.
［従来の技術１
反射部を備えた反射型の光スィッチの例はほとんどなく
、反射部に波長フィルターを設けた素子があるだけであ
る（文献： Ｅ、Ｊ、ＭＵＲＰＨＹ。[Prior Art 1 There are almost no examples of reflective optical switches equipped with a reflective section, and there are only elements in which a wavelength filter is provided in the reflective section (Reference: E, J, MURPHY.
Ｊ、０ＣＥＮＡＳＥＫ、 Ｃ，Ｒ，５ＡＮＤＡＨＬ、
Ｒ，Ｊ、ＬＩＳＣＯ，ＡＮＤ Ｙ、Ｃ。J,0CENASEK,C,R,5ANDAHL,
R, J., LISCO, AND Y., C.
ＣＨＥＮ、Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｓｉｎｇｌ−Ｆ
ｉｂｅｒ Ｔｒａｎｓ−ｇｉｓ＋ｉｏｎ ｏｆ Ｖｉｄ
ｅｏ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｎａｌ Ｖｏｉｃｅ／Ｄａｔ
ａＵｓｉｎｇ ＬｉＮｂＯ３Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅ
Ｄｅｖｉｃｅｓ、 ”’Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ ｌｉｇｈ
ｔｗａｖｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、 ｖｏｌ、６．
Ｎｏ、６ Ｊｕｎｅ１９８８参照）、第１１図は従来の
光スィッチを示したもので、Ｚｃｕｔ−ＬｉＮｂＯｓ基
板１に光導波路２．２′が設けられ、基板結晶のＺ軸方
向に電界を印加するための電極３および反射部４が設け
られている。光導波路２．２′は互いに接近し、光方向
性結合器を構成し、電極３への電圧の印加の有無によっ
て受光部５への光入力をオン・オフさせる。すなわち、
この光デバイスは偏光無依存性光スィッチとして動作す
る。CHEN, Simultaneous Single-F
iber Trans-gis+ion of Vid
eo Bidirectional Voice/Dat
aUsing LiNbO3Guided-Wave
Devices, ”'Journal of light
twave technology, vol, 6.
No. 6 June 1988), Fig. 11 shows a conventional optical switch, in which an optical waveguide 2.2' is provided on a Zcut-LiNbOs substrate 1, and an electric field is applied in the Z-axis direction of the substrate crystal. An electrode 3 and a reflective section 4 are provided. The optical waveguides 2 and 2' are close to each other to form an optical directional coupler, and the light input to the light receiving section 5 is turned on and off depending on whether or not a voltage is applied to the electrode 3. That is,
This optical device operates as a polarization-independent optical switch.
［発明が解決しようとする課題１
方向性結合形において偏光無依存性光スイツチインク動
作を実現する場合、完全なりロス状態を実現するために
は、光導波路の形状（位相定数）、結合の強さ、結合の
長さの３つのパラメータを精度よ（合わせる必要があり
、そのため厳しい製作条件および高い作成精度が要求さ
れる。さらに光の波長や温度の違いにより特性が変化す
る。前述した方向性結合形偏光無依存性光スイッチでは
、いずれも製作条件が厳しいうえに、３０〜７０Ｖとい
う高い動作電圧が必要であるなどの欠点がある。[Problem to be Solved by the Invention 1] When realizing polarization-independent optical switch operation in a directional coupling type, in order to realize a complete loss state, it is necessary to change the shape of the optical waveguide (phase constant) and the strength of coupling. It is necessary to precisely match three parameters, namely, the length of the bond and the length of the bond, which requires strict manufacturing conditions and high manufacturing accuracy.Furthermore, the characteristics change due to differences in the wavelength and temperature of the light.The above-mentioned directionality All coupled polarization-independent optical switches have drawbacks such as strict manufacturing conditions and the need for a high operating voltage of 30 to 70V.
本発明はこのような従来の欠点を解決し、簡単な構成を
有し、しかも低電圧で偏光に依存せずに光のスイッチン
グおよび変調ができ、さらに送信および受光機能を備え
た光デバイスを提供することを目的とする。The present invention solves these conventional drawbacks and provides an optical device that has a simple configuration, can switch and modulate light at low voltage without depending on polarization, and has transmitting and receiving functions. The purpose is to
［課題を解決するための手段ｊ
かかる目的を達成するために、本発明は基板上に形成さ
れ、非対称７分岐路と分岐干渉形光変調部とを有する光
導波路と、該光変調部を構成する二つの分岐路に電界を
印加してスイッチング動作を行わせるための電極と、前
記二つの分岐路の少なくとも一方に設けられた前記印加
電圧に依存しない等側屈折率制御部と、前記光導波路の
入力および出力端のいずれか一方に設けられた受光部お
よび反射部を具備したことを特徴とする。[Means for Solving the Problems j] In order to achieve such an object, the present invention comprises an optical waveguide formed on a substrate and having seven asymmetrical branch paths and a branching interference type optical modulation section, and the optical modulation section. an electrode for applying an electric field to the two branched paths to perform a switching operation; an isolateral refractive index control unit that does not depend on the applied voltage and is provided in at least one of the two branched paths; and the optical waveguide. The device is characterized by comprising a light receiving section and a reflecting section provided at either one of the input and output ends of the device.
［作 用１
本発明による光デバイスは光導波路の構成として非対称
７分岐路（Ｙ分岐した二つの光導波路の等側屈折率が異
なる非対称７分岐路）と分岐干渉形光変調部とが設けら
れており、この光変調部を構成する二つの分岐路の一方
もしくは両方に印加電界に依存しない等側屈折率制御部
が設けられ、さらに入出力端のいずれかに反射部および
受光部を具備したものである。[Function 1] The optical device according to the present invention is provided with an asymmetric 7-branch path (asymmetric 7-branch paths in which the two Y-branched optical waveguides have different equilateral refractive indexes) and a branch interference type optical modulator as an optical waveguide configuration. An isolateral refractive index control section that does not depend on the applied electric field is provided on one or both of the two branch paths that constitute this optical modulation section, and a reflecting section and a light receiving section are provided at either of the input and output ends. It is something.
第１図はこのような本発明の構成の一例を示す図である
。光導波路２は点Ｐにおいて分岐している。分岐光導波
路２Ａ、 ２Ｂの平行部分の両側および中間には電極３
が設けられている。光導波路２Ａ。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the present invention. The optical waveguide 2 branches at a point P. Electrodes 3 are provided on both sides and in the middle of the parallel portions of the branched optical waveguides 2A and 2B.
is provided. Optical waveguide 2A.
２Ｂは点Ｏにおいて交差し、その延長上に光導波路２Ｃ
，２Ｄが形成されている。光導波路２Ａ、 ２Ｂの間隔
は広（、方向性結合器は構成されず、入射側から点０に
至る部分で分岐干渉形光変調部６が構成される。光導波
路２Ｃと２Ｄとはその等側屈折率が異なり、点Ｏの左右
において非対称Ｘ分岐路７が、点Ｏから出射側で非対称
７分岐路８が構成される。2B intersect at point O, and on its extension is optical waveguide 2C.
, 2D are formed. The spacing between the optical waveguides 2A and 2B is wide (no directional coupler is formed, and a branching interference type optical modulator 6 is formed from the input side to point 0.The optical waveguides 2C and 2D are The side refractive indexes are different, and an asymmetrical X-branching path 7 is formed on the left and right sides of point O, and an asymmetrical seven-branching path 8 is formed on the exit side from point O.
この例では２Ａ、 ２Ｂの幅を変えて等側屈折率を変化
させる例を示しであるが、非対称７分岐路の形成法はこ
れに限られない。光導波路２Ｃ１３よび２Ｄの出射端に
はそれぞれ反射部４および受光部５が設けられ、光導波
路２Ｂには等側屈折率制御部９が設けられている。この
等側屈折率制御部９については後に詳しく説明する。反
射部４および受光部５が、図示と逆にそれぞれ光導波路
２Ｄおよび２Ｃの出射端に設けられていてもよく、等側
屈折率制御部９が光導波路２人に、あるいは２Ａおよび
２Ｂの双方に設けられていてもよい。Although this example shows an example in which the isolateral refractive index is changed by changing the widths of 2A and 2B, the method of forming the asymmetric seven-branch path is not limited to this. A reflecting section 4 and a light receiving section 5 are provided at the output ends of the optical waveguides 2C13 and 2D, respectively, and an isolateral refractive index control section 9 is provided at the optical waveguide 2B. This isolateral refractive index control section 9 will be explained in detail later. The reflecting section 4 and the light receiving section 5 may be provided at the output ends of the optical waveguides 2D and 2C, respectively, contrary to the illustration, and the isolateral refractive index control section 9 may be provided at the output ends of the optical waveguides 2D and 2C, respectively, or both of the optical waveguides 2A and 2B. may be provided.
第２図は本発明の他の構成例を示したもので、入力側を
非対称７分岐路８とし、出力側を反射型の分岐干渉形光
変調部６′とし、光導波路２Ａ、 ２Ｂの出射端に反射
部４Ａを設けたものである。反射部４Ａは入射光の一部
を透過して受光部５へ導き、一部は反射して導波路２Ｃ
，２Ｄへもどす。FIG. 2 shows another configuration example of the present invention, in which the input side is an asymmetric seven-branch path 8, the output side is a reflection type branching interference type optical modulator 6', and the output of the optical waveguides 2A and 2B. A reflective section 4A is provided at the end. The reflecting section 4A transmits a portion of the incident light and guides it to the light receiving section 5, and reflects a portion of the incident light to the waveguide 2C.
, return to 2D.
従来の構成ではこの等優遇屈折率制御部を有せず、電気
光学効果だけで位相を制御しているので、方向性光結合
器の構造としなければ偏光無依存性の光スィッチができ
なかった０本発明においては、等側屈折率制御部により
すなわち変調部の二つの光導波路のうち一方または両方
の等側屈折率を一部変えることにより、偏光に依存する
ことなくスイッチングが可能となる。また本発明では、
さらに反射部並びに受光部を備えていることにより、送
信源としての光源を必要とせずに、送受信が可能となる
。Conventional configurations do not have this preferential refractive index control section, and the phase is controlled only by electro-optic effects, so it was impossible to create a polarization-independent optical switch without using a directional optical coupler structure. In the present invention, switching is possible without depending on polarization by partially changing the isolateral refractive index of one or both of the two optical waveguides of the modulation section using the isoside refractive index control section. Further, in the present invention,
Furthermore, by including a reflecting section and a light receiving section, transmission and reception can be performed without requiring a light source as a transmission source.
第１図に示した構成ではスイッチングによって光は非対
称７分岐路の二つの光路に切り替えられることになるが
、このとき光が反射部を備える光路に導かれた場合には
、光は反射部により反射され、もと来た導波路をたどり
入射端に戻る。一方反射部のない光路に導かれた場合に
は、反射されずに受光部にて受光される。したがって一
方で受光部５にはスイッチング動作に従った信号が入り
、他方ではスイッチング動作により戻り光が強度変調さ
れ、送信信号として利用されることになる。この場合変
調しない時には光は１００％受光部に入るので受信信号
のＳＮ比が向上する。また受光部はひとつの単一モード
導波路に直接結合し受光面積を小さくできるため、広帯
域信号（２ＧＨｚ以上）の受信が可能である。また反射
量は反射部を構成する材料の反射率でも変えられるが、
本素子の特徴は、駆動電圧により反射量を任意に変化し
得ることが可能である。In the configuration shown in Figure 1, the light is switched to two optical paths of the asymmetric seven-branch path by switching, but at this time, if the light is guided to the optical path equipped with a reflective part, the light will be transferred by the reflective part. It is reflected and returns to the input end following the waveguide from which it came. On the other hand, when the light is guided to an optical path without a reflecting section, the light is received by the light receiving section without being reflected. Therefore, on the one hand, a signal according to the switching operation enters the light receiving section 5, and on the other hand, the returning light is intensity-modulated by the switching operation and is used as a transmission signal. In this case, when no modulation is performed, 100% of the light enters the light receiving section, improving the S/N ratio of the received signal. Furthermore, since the light receiving section is directly coupled to one single mode waveguide and the light receiving area can be reduced, it is possible to receive wideband signals (2 GHz or more). The amount of reflection can also be changed by the reflectance of the material that makes up the reflective part.
A feature of this element is that the amount of reflection can be changed arbitrarily by changing the driving voltage.
第２図に示した構成の場合には、反射部４Ａで反射され
た反射光はスイッチング動作により非対称Ｙ分岐路の二
つの光路に切り替えられるので、反射光は送信信号とし
て利用できる。この場合、導波路２Ｃ，２Ｄへの出力は
オン、オフが互いに逆となる相補出力が得られるので、
本素子を従属接続して信号のやり取りが可能であり、光
ＬＡＮ 、光ＣＡＴＶ等の応用が可能である。一方受光
部５へ出力する出射光はスイッチング動作と関係なく、
信号光がそのまま受光される。In the case of the configuration shown in FIG. 2, the reflected light reflected by the reflecting section 4A is switched to the two optical paths of the asymmetric Y branch path by a switching operation, so that the reflected light can be used as a transmission signal. In this case, the outputs to the waveguides 2C and 2D are complementary outputs in which on and off are opposite to each other, so
This device can be connected in a subordinate manner to exchange signals, and applications such as optical LAN and optical CATV are possible. On the other hand, the emitted light output to the light receiving section 5 is independent of the switching operation.
The signal light is received as is.
次に本素子の偏光に依存しないスイッチング動作原理に
ついて詳述する。Next, the principle of switching operation independent of polarization of this device will be described in detail.
ｌ、動作原理
非対称Ｙ分岐路はＸ交差点Ｏで発生した基本および１次
モード光をそれぞれ太い光導波路と細い光導波路に分離
するためであり、分岐干渉形光変調部は二つの光導波路
に分かれた光波を交差点０で干渉させて、上記基本およ
び１次モード光を発生させるためである。さらに等側屈
折率制御部はＴＥモード光と７Ｍモード光に対して一定
の位相差を与えるものである。この位相差を適当な値に
制御することにより偏光無依存性の光スイツチング動作
を実現することができる。等側屈折率制御部および電圧
印加時のＴＥ／ＴＭモード光の位相変化θ５゜θ工は一
般に
θ１＝＆＋α■
θ＋−＝ｂ＋βＶ
と表わされる。ａ、ｂは等側屈折率制御部によるＴＥモ
ード光および７Ｍモード光の位相変化分で、各式の右辺
第２項は電圧（Ｖ）印加に基づく電気光学効果によりＴ
Ｅモード光および７Ｍモード光に誘起される位相変化分
である。αとβは電気光学係数に依存する比例定数であ
る。本発明の光デバイスの非対称Ｙ分岐路を構成する一
方の光導波路の光出力Ｐ０はＰｉを入力光強度とすると
、
Ｐｏ＝Ｐ＋ ｓｉｎ”（θ／２）
で与えられる。また他方の光導波路の光出力Ｐ０′は
Ｐｏ’ ＝Ｐ＋ ｃｏｓ”（θ／２）で与えられる
。l. Principle of operation: The asymmetrical Y-branch path is to separate the fundamental and first-order mode lights generated at the X-intersection O into a thick optical waveguide and a thin optical waveguide, respectively, and the branching interference type optical modulator is divided into two optical waveguides. This is to cause the light waves obtained by interfering with each other at intersection point 0 to generate the fundamental and first-order mode light. Further, the isolateral refractive index control section provides a certain phase difference between the TE mode light and the 7M mode light. By controlling this phase difference to an appropriate value, polarization-independent optical switching operation can be realized. The phase change θ5°θ of the TE/TM mode light during the isolateral refractive index control section and voltage application is generally expressed as θ1=&+α■ θ+-=b+βV. a and b are the phase changes of the TE mode light and 7M mode light due to the isolateral refractive index control section, and the second term on the right side of each equation is T due to the electro-optic effect based on the voltage (V) application.
This is the phase change induced by E mode light and 7M mode light. α and β are proportionality constants that depend on the electro-optic coefficient. The optical output P0 of one optical waveguide constituting the asymmetric Y branch of the optical device of the present invention is given by Po=P+ sin''(θ/2), where Pi is the input light intensity. The optical output P0' is given by Po'=P+cos'' (θ/2).
ただし、θ＝θｔあるいはθ工である。従ってＴＥ／Ｔ
Ｍモード光に対するこの素子の光出力対印加電圧特性曲
線は等側屈折率制御部の位相変化分ａ、ｂに依存する。However, θ=θt or θt. Therefore TE/T
The optical output versus applied voltage characteristic curve of this element for M-mode light depends on the phase changes a and b of the isolateral refractive index control section.
一例として第１図の構成においてＬ ｘ Ｎ ｂ Ｏｚ
結晶のＸ軸に沿って光を伝搬させ、結晶のＺ軸方向に電
界を印加する場合を例にとり本発明による素子の動作を
説明する。この場合
α：β”ｎ＠”ｒｓｓ ： ｎｏ”ｒ＋ｓ”Ｆ２．９
： １（ただし、ｎｏ、 ｎａはＬｉＮｂＯ５結晶の常
屈折率および異常屈折率、ｒｓｓ＋ｒ＋ｓは電気光学係
数（ポッケルス定数）である）で与えられるため、ＴＥ
モード光および７Ｍモード光の光出力対印加電圧特性は
一般に第３図（ａ）に示されるようになる。αとβはほ
ぼ整数比の関係にあるため、等側屈折率制御部を適当に
構成して、第３図（ｂ）に示すようにＴＥ、７Ｍモード
光の強度の最小点がほぼ一致するように前記ａ、ｂを制
御すれば、偏光無依存性な光スイツチング動作となる。As an example, in the configuration shown in FIG. 1, L x N b Oz
The operation of the device according to the present invention will be described using an example in which light is propagated along the X-axis of the crystal and an electric field is applied in the Z-axis direction of the crystal. In this case α:β”n@”rss: no”r+s”F2.9
TE
The optical output versus applied voltage characteristics of mode light and 7M mode light are generally shown in FIG. 3(a). Since α and β are in an approximately integer ratio relationship, by configuring the isolateral refractive index control section appropriately, the minimum points of the intensity of the TE and 7M mode lights almost coincide, as shown in Figure 3(b). If a and b are controlled in this way, a polarization-independent optical switching operation can be achieved.
また第１図に示した素子構成において、ＬｉＮｂＯｘ結
晶のＺ軸方向に光を伝搬し、結晶のＹ軸方向に電界を印
加する素子では、比例定数αおよびβには大きさが等し
く符号だけが異なる電気光学係数が含まれるため、β＝
−αとなり、光出力対印加電圧特性は第４図（ａ）のよ
うに周期が一致する。いま等側屈折率制御部を適当に構
成して第４図（ｂ）に示すように、ａ＋ｂ＝＝±２Ｎπ
（Ｎは整数）なる位相差を与えれば偏光無依存性な光ス
イツチング動作となる。この素子構成の特徴は、印加電
界により非対称Ｙ分岐路の各出力を連続的に変化させる
ことができることである。In addition, in the element configuration shown in Figure 1, in an element that propagates light in the Z-axis direction of the LiNbOx crystal and applies an electric field in the Y-axis direction of the crystal, the proportionality constants α and β have the same magnitude and only the sign. Since different electro-optic coefficients are involved, β=
-α, and the period of the optical output vs. applied voltage characteristic matches as shown in FIG. 4(a). Now, by configuring the isolateral refractive index control section appropriately, as shown in FIG. 4(b), a+b==±2Nπ
If a phase difference of (N is an integer) is given, polarization-independent optical switching operation will be achieved. A feature of this device configuration is that each output of the asymmetric Y branch can be continuously changed by the applied electric field.
これらの位相差を与えるための等側屈折率制御部の具体
的な構成はたとえば以下の通りである。The specific configuration of the isolateral refractive index control section for providing these phase differences is, for example, as follows.
１）分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導波路の長
さを互いに異ならせる。1) The lengths of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator are made different from each other.
２）分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導波路の屈
折率を全長にわたって、またはその一部において互いに
異ならせる。2) The refractive indexes of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator are made different over the entire length or in a part thereof.
３）分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導波路の幅
を全長にわたって、またはその一部において互いに異な
らせる。3) The widths of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator are made different over the entire length or in a part thereof.
４）分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導波路の一
方もしくは両方の一部に、光導波路の屈折率より小さい
屈折率をもち、透明な絶縁材料を装荷して二つの光導波
路の等偏屈折率を互いに異ならせる。4) A transparent insulating material having a refractive index smaller than the refractive index of the optical waveguide is loaded on a part of one or both of the two optical waveguides constituting the branching interference type optical modulator, so that the two optical waveguides are The polarized refractive index is made to be different from each other.
などの方法があり、さらに、上述した方法を組合せるこ
ともできる。導波路の屈折率は、ＬｉＮｂＯ５やＬｉＴ
ａ０．を基板として用いる時は、一般には導波路中への
Ｔｉの拡散量によって制御される。導波路を形成するた
めのＴｉ膜の厚さまたは幅、またはその両方を変えるこ
とによって導波路の屈折率および幅の一方または両方を
制御することができる。There are methods such as the following, and the methods described above can also be combined. The refractive index of the waveguide is LiNbO5 or LiT.
a0. When using Ti as a substrate, it is generally controlled by the amount of Ti diffused into the waveguide. By changing the thickness and/or width of the Ti film forming the waveguide, one or both of the refractive index and width of the waveguide can be controlled.
１）〜３）の方法は一般にＴＥ／ＴＭモード光に対して
適当な位相変化量を与えることができる。Methods 1) to 3) can generally provide an appropriate amount of phase change to TE/TM mode light.
４）の方法は、特に７Ｍモード光に対して大きな位相変
化を与えることができる。なお１）〜４）の方法を組合
せることにより、零バイアス動作の偏光に依存しない光
スイツチング動作を実現することが可能である。例えば
、前述の第１図に示した構成において、ＬｉＮｂＯ５結
晶のＺ軸方向に光を伝搬し、この結晶のＹ軸方向に電界
を印加する素子では、ａ−！−ｂ＝±２Ｎｚとａ＝π／
２±２Ｍπ（Ｍは整数）の両条件を満たすように等価屈
折率制御部を適当に構成することで得られる。The method 4) can particularly give a large phase change to 7M mode light. Note that by combining methods 1) to 4), it is possible to realize a polarization-independent optical switching operation with zero bias operation. For example, in the configuration shown in FIG. 1 described above, in an element that propagates light in the Z-axis direction of the LiNbO5 crystal and applies an electric field in the Y-axis direction of this crystal, a-! -b=±2Nz and a=π/
This can be obtained by appropriately configuring the equivalent refractive index control section so as to satisfy both conditions of 2±2Mπ (M is an integer).
なお、非対称７分岐路も上述した等価屈折率制御部の構
成と全く同様にして構成することができる。Note that the asymmetric seven-branch path can also be configured in exactly the same manner as the configuration of the equivalent refractive index control section described above.
２、実験例
ここでは基板材料にＬｔＮｂＯｓ結晶を使用し、第１図
に示した構成、より詳しくはＬｉＮｂＯ５結晶のＺ軸方
向に光を伝搬し、Ｙ軸方向に電界を印加する、いわゆる
Ｚ軸伝搬ＬｉＮｂＯ５素子上に構成した本発明による光
スィッチについて述べる。2. Experimental example Here, an LtNbOs crystal is used as the substrate material, and the configuration shown in Fig. 1 is used.More specifically, light is propagated in the Z-axis direction of the LiNbO5 crystal, and an electric field is applied in the Y-axis direction, which is the so-called Z-axis. An optical switch according to the present invention constructed on a propagating LiNbO5 device will be described.
第５図に示すように、ＬｔＮｂＯｓ基板１１に形成され
た光導波路２は点Ｐで導波路２Ａ、 ２Ｂに分岐して分
岐干渉形光変調部を構成する。導波路２Ａ、 ２Ｂは点
Ｏにおいて交差して非対称７分岐路を形成し、その一方
の導波路２Ｃの端部には反射部４が設けられ、他方の導
波路２Ｄには受光部５が接続されている。光変調部の導
波路２Ａ、 ２Ｂの両側およびその中間には電極３が設
けられ、さらに等価屈折率制御部としてクラッド層ｌＯ
が設けられている。このクラッド層ｌＯは上述した等価
屈折率制御部を構成するための第４の方法に対応するも
ので、フォトレジスト（屈折率ｎ ＝ １．６１）を塗
布し、加熱固化して透明クラッド層１０としたものであ
る。As shown in FIG. 5, the optical waveguide 2 formed on the LtNbOs substrate 11 branches into waveguides 2A and 2B at a point P to form a branching interference optical modulator. The waveguides 2A and 2B intersect at point O to form seven asymmetrical branch paths, one of which is provided with a reflecting section 4 at the end of the waveguide 2C, and a light receiving section 5 is connected to the other waveguide 2D. has been done. Electrodes 3 are provided on both sides and between the waveguides 2A and 2B of the optical modulation section, and a cladding layer lO is provided as an equivalent refractive index control section.
is provided. This cladding layer 10 corresponds to the fourth method for configuring the equivalent refractive index control section described above, in which a photoresist (refractive index n = 1.61) is applied and heated to solidify to form the transparent cladding layer 10. That is.
第６図はレジスト長βと、受光部５で受光したＴＥモー
ドと７Ｍモードの静的位相差（Δφ＝ａ＋ｂ）との関係
を示し、直線Ａは第５図の分岐干渉彩度調部を構成する
二つの光導波路の下側の光導波路２Ｂに、直線Ｂは上側
の光導波路２Ａにそれぞれレジストを装荷したときの特
性である。いずれもほぼ直線的に変化している。レジス
トを装荷しないときでも静的位相差（約０．７π）があ
るが、これは分岐干渉形光変調部を構成する二つの光導
波路２Ａ、 ２Ｂの分岐長の違いによるもので上述した
１）の構成を予め施したことに相当する。いずれにして
もレジスト長を適当に選ぶことにより偏光無依存性光ス
ィッチが構成できる。位相差Δφ＝０すわち１＝６ｍｍ
（第５図において、二つの分岐路のうち上側の光導波路
２Ａに長さ６０１１１１のレジストを装荷）のとき偏光
に依存しない光スィッチができる。第７図はＩ２＝６ｍ
ＤＩのときのＴＥモード光および７Ｍモード光に対する
非対称７分岐路の各導波路（２Ｃ，２Ｄ）の光出力対印
加電圧特性である。ＴＥ／ＴＭ両モード光モード光ほぼ
同じ特性を示している。FIG. 6 shows the relationship between the resist length β and the static phase difference (Δφ=a+b) between the TE mode and the 7M mode received by the light receiving section 5, and the straight line A represents the branching interference chroma adjustment section in FIG. The straight line B represents the characteristic when resist is loaded on the lower optical waveguide 2B and the upper optical waveguide 2A of the two constituent optical waveguides. Both change almost linearly. There is a static phase difference (approximately 0.7π) even when no resist is loaded, but this is due to the difference in the branch lengths of the two optical waveguides 2A and 2B that make up the branching interference type optical modulator, as described in 1) above. This corresponds to applying the configuration in advance. In any case, by appropriately selecting the resist length, a polarization-independent optical switch can be constructed. Phase difference Δφ=0 or 1=6mm
(In FIG. 5, when the upper optical waveguide 2A of the two branch paths is loaded with a resist having a length of 6011111), an optical switch that does not depend on polarization is created. Figure 7 shows I2=6m
This is the optical output versus applied voltage characteristic of each waveguide (2C, 2D) of the asymmetric seven-branch path for TE mode light and 7M mode light during DI. Both the TE and TM modes exhibit almost the same characteristics.
すなわち偏光に依存しない光スィッチとして動作してい
ることが分かる。半波長電圧が１６Ｖと低いことが分か
る。このようにＺ軸伝搬素子構成では低電圧で駆動でき
る偏光に依存しない光スイツチング動作が容易に得られ
る。In other words, it can be seen that it operates as an optical switch that does not depend on polarization. It can be seen that the half-wave voltage is as low as 16V. In this way, with the Z-axis propagation element configuration, an optical switching operation that is independent of polarization and can be driven with a low voltage can be easily obtained.
第５図において、基板として、ＬｉＮｂＯ５にかえ、Ｌ
ｉＴａＯ５を用いても効果は同様である。In FIG. 5, the substrate is replaced with LiNbO5, and L
The effect is similar even when iTaO5 is used.
［実施例１
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。[Embodiment 1] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施例１
第８図に本発明による光デバイスの一実施例を示す。こ
の実施例は先に示した第１図および第５図の構成に対応
するデバイスである。スイッチング動作をさせるための
電極および等価屈折率制御部の図示を省略しであるが、
これらはすでに説明したとおりである。なお、後の実施
例においても、電極１等価屈折率制御部は図示が省略さ
れている。Example 1 FIG. 8 shows an example of an optical device according to the present invention. This embodiment is a device corresponding to the configurations of FIGS. 1 and 5 shown above. Although illustrations of the electrodes and equivalent refractive index control unit for performing the switching operation are omitted,
These are as already explained. Note that in the later examples as well, illustration of the electrode 1 equivalent refractive index control section is omitted.
本実施例は入射端にシングルモード光ファイバ１２が、
非対称７分岐路の出射端の一方には、ｐｉｎ−ＰＤ（ホ
トダイオード）やＡＰＤ （アバランシェホトダイオー
ド）等のホトダイオード１３が取り付けられ、他方には
厚いＡｊ２蒸看膜などによる完全反射膜１４が取り付け
られている。従って、先に説明したように、ホトダイオ
ード１３には図示しない電極への電圧印加によるスイッ
チング動作に応じた信号が出力され、一方、入射側から
強度変調された光を取り出すことができる。In this embodiment, a single mode optical fiber 12 is installed at the input end.
A photodiode 13 such as a pin-PD (photodiode) or an APD (avalanche photodiode) is attached to one of the output ends of the seven asymmetrical branch paths, and a complete reflection film 14 such as a thick Aj2 evaporation film is attached to the other. There is. Therefore, as described above, the photodiode 13 outputs a signal corresponding to a switching operation by applying a voltage to an electrode (not shown), and on the other hand, intensity-modulated light can be extracted from the incident side.
実施例２ 第９図に本発明による光デバイスの他の実施例を示す。Example 2 FIG. 9 shows another embodiment of the optical device according to the present invention.
この実施例は入力側に非対称７分岐路を有し、完全反射
膜１４と７分岐路との間に反射形の分岐干渉形光変調器
を構成した構造である。第２図について説明したように
、入射用の単一モード光ファイバ１２および出射用の単
一モードまたはマルチモード光ファイバ１５には、それ
ぞれ、オン。This embodiment has seven asymmetrical branch paths on the input side, and has a structure in which a reflective branching interference optical modulator is constructed between the perfect reflection film 14 and the seven branch paths. As described with reference to FIG. 2, the single mode optical fiber 12 for input and the single mode or multimode optical fiber 15 for output are each turned on.
オフが逆の相補出力が出射される。変調部が反射形の分
岐干渉形光変調器となっており、駆動電圧が大幅に低減
で各る。Complementary outputs with opposite OFF states are emitted. The modulation section is a reflective branching interference type optical modulator, and the drive voltage is significantly reduced.
本実施例では非対称７分岐路の間隔は僅か１００μｍ以
下であるため、ホトダイオード１３へはシングルモード
またはマルチモード光ファイバ１５で出力光を導いた構
成としている。In this embodiment, since the spacing between the seven asymmetrical branch paths is only 100 μm or less, the configuration is such that the output light is guided to the photodiode 13 through a single mode or multimode optical fiber 15.
実施例３
第１Ｏ図に本発明の他の実施例を示す０本実施例は第２
図に示した構成に対応する例である。すなわち、反射部
として、薄いＡβ蒸着膜１４Ａを用い、あるいは結晶端
面そのものを反射面として用い、入射光の一部を反射し
、一部を透過して反射膜１４Ａの直後に設けられたホト
ダイオード１３に導く。入射側の非対称７分岐路端には
単一モード光ファイバ１２，１２Ａが取り付けられてい
る。この実施例の動作は、第２図について説明したとお
りである。Embodiment 3 FIG. 1O shows another embodiment of the present invention. This embodiment is the second embodiment.
This is an example corresponding to the configuration shown in the figure. That is, by using the thin Aβ vapor deposited film 14A as a reflective part, or by using the crystal end face itself as a reflective surface, part of the incident light is reflected and part of it is transmitted, and the photodiode 13 provided immediately after the reflective film 14A is formed. lead to. Single mode optical fibers 12, 12A are attached to the ends of the asymmetric seven-branch path on the input side. The operation of this embodiment is as described with reference to FIG.
［発明の効果１
以上説明したように、本発明によれば以下に述べる効果
がある。[Effects of the Invention 1 As explained above, the present invention has the following effects.
１）スイッチング機能を得る方法として、光方向性結合
器ではなく非対称７分岐路を用いているので、製作条件
および作製精度が厳しくない。従って設計が容易であり
、作製の容易である。さらに低電圧化が可能である。1) As the method of obtaining the switching function, an asymmetric seven-branch path is used instead of an optical directional coupler, so the manufacturing conditions and manufacturing accuracy are not strict. Therefore, it is easy to design and easy to manufacture. Furthermore, lower voltage is possible.
２）偏光に依存しない光スイツチング動作が等価屈折率
制御部を設けるだけで形成でき、構成が簡易である。2) An optical switching operation that does not depend on polarization can be achieved simply by providing an equivalent refractive index control section, and the configuration is simple.
３）特にＬｉＮｂ０ｍ結晶のＺ軸方向に光を伝搬し、Ｙ
軸方向に電界を印加するいわゆるＺ軸伝搬ＬｉＮｂＯ５
結晶上に構成した本発明の素子は、光に対して損傷が少
なくＴｉ拡散時にＬｉ諺０の外拡散がな（、容易に基本
モード光導波路を形成することができる。3) In particular, the light propagates in the Z-axis direction of the LiNb0m crystal, and the Y
So-called Z-axis propagation LiNbO5 that applies an electric field in the axial direction
The element of the present invention constructed on a crystal has little damage to light, and there is no outward diffusion of Li during Ti diffusion (so that a fundamental mode optical waveguide can be easily formed).
さらに印加電界により非対称分岐路の各出力、すなわち
反射光信号を連続的に変化することができるので、アナ
ログ光変調が可能である。Furthermore, since each output of the asymmetric branch path, that is, the reflected optical signal, can be continuously changed by the applied electric field, analog optical modulation is possible.
４）反射部を有するので、送信用の光源が不用である。4) Since it has a reflective part, a light source for transmission is unnecessary.
また受光部をも備えたものであるため、本素子は分配、
受光、送信および変調の多機能をひとつに集積化した素
子と見なすことができる。Also, since it is equipped with a light receiving section, this device can be used for distributing,
It can be regarded as an element that integrates multiple functions of light reception, transmission, and modulation into one.
このため信頼性および経済性を向上させることができる
。Therefore, reliability and economical efficiency can be improved.
５）反射部の反射量を変調電圧により任意に可変するこ
とが可能であり、システム設計等が容易になる。5) It is possible to arbitrarily vary the amount of reflection from the reflection section by changing the modulation voltage, which facilitates system design, etc.
６）スイッチング構成であるため、同時に二つの相補的
な出力が得られ、システム応用がきわめて柔軟になる。6) Due to the switching configuration, two complementary outputs are available at the same time, making the system application extremely flexible.
７）変調しない時には１００％受光部に光が入射するた
め、受信信号のＳＮ比が向上する。7) Since 100% of the light is incident on the light receiving section when no modulation is performed, the S/N ratio of the received signal is improved.
８）受光部は一つの単一モード導波路から出射する光を
受けるので、受光面積が小さ（でき、広帯域信号を受信
できる。8) Since the light receiving section receives the light emitted from one single mode waveguide, the light receiving area is small (can be made) and wideband signals can be received.
第１図および第２図は本発明の素子の基本構成図、
第３図は本発明の素子の光出力対印加電圧特性の一例を
示す図、
第４図は本発明の素子の光出力対印加電圧特性の一例を
示す図、
第５図は本発明の一実施例を示す図、
第６図は第５図の実施例におけるホトレジスト長対静的
位相差特性を示す図、
第７図は第５図の実施例により形成した偏光無依存性光
スィッチの光出力対印加電圧特性を示す図、
第８図ないし第１０図はそれぞれ本発明の素子の実施例
を示す図、
第１１図は従来の光スィッチの構成を示す図である。
１−Ｚｃｕｔ−ＬＬＮｂＯｓ 、
２．２′・・・光導波路、
３・・・電極、
４・・・反射部、
５・・・受光部、
６・・・分岐干渉形光変調部、
７・・・非対称Ｘ分岐路、
８・・・非対称Ｙ分岐路、
９・・・等側屈折率制御部、
ｌＯ・・・クラッド層、
１１・・・ＬＬＮｂＯｊ基板、
１２・・・単一モード光ファイバ、
１３・・・ホトダイオード、
１４・・・完全反射膜、
１４Ａ・・・不完全反射膜、
１５・・・光ファイバ。
；シ’＝ＩｅｖＦ４ ｒ＞＆ｆ’１１ｆｌ ｔ＃ＴＩり
第１図
ネ史１月の他の、１！八イｐＨ＊１（２）第２図
＜ａ）
一舷の秤往
（ｂ） イ看１ξ轍をＩ）ｄ尤スイｌ↑の特１主光世
ｔＪ灯印卯電艮椅住口
第３図
（０）一般の椅に
（ｂ） 儂光儀依浮）主光スイ１すの秤暑１ｉ−
光＆：、ｔ）１寸印力Ｏ電艮椅徨囚
第４図
本＄１１１１す）ヒｆ列／）撲式的千釦口第８図
ヤトレジスト灯Ｗ的（ｊｌ長）ｈ１国
第６図
第
図
（ｂ）
２Ｃへの４戒尤豫友
２０への導遺先張戊
電圧 （Ｖｌ
光ム力ガ卯加を氏衿ａＩ！Ｉ
第７図1 and 2 are basic configuration diagrams of the device of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing an example of the optical output vs. applied voltage characteristics of the device of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing the optical output vs. applied voltage characteristic of the device of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing an example of applied voltage characteristics. FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing photoresist length versus static phase difference characteristics in the embodiment of FIG. 5. FIG. 5 is a diagram showing the optical output versus applied voltage characteristics of the polarization-independent optical switch formed according to the embodiment, FIGS. 8 to 10 are diagrams each showing an embodiment of the device of the present invention, and FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional optical switch. 1-Zcut-LLNbOs, 2.2'... Optical waveguide, 3... Electrode, 4... Reflection section, 5... Light receiving section, 6... Branch interference type optical modulation section, 7... - Asymmetrical X branch path, 8... Asymmetrical Y branch path, 9... Isolateral refractive index control section, lO... Clad layer, 11... LLNbOj substrate, 12... Single mode optical fiber, 13... Photodiode, 14... Perfect reflection film, 14A... Incomplete reflection film, 15... Optical fiber. ;shi'=IevF4 r>&f'11fl t#TI ri Figure 1 History January's other 1! 8i pH * 1 (2) Figure 2 <a) Weighing of one ship (b) I see 1 (0) In a general chair (b) I Kogiyui) Lord light Sui 1 Su no Heishatsu 1i- Light &:, t) 1 sun impression power O electric chair 4th picture book $1111) hi f column/) Ushiki style thousand button mouth Fig. 8 Yatle resist light W (jl length) h1 country Fig. 6 Fig. (b) 4 precepts to 2C to Yuyu 20 leading destination tension voltage ( Vl Hikari Miki Uka wo AI!I Figure 7
Claims (1)
変調部とを有する光導波路と、 該光変調部を構成する二つの分岐路に電界を印加してス
イッチング動作を行わせるための電極と、 前記二つの分岐路の少なくとも一方に設けられた前記印
加電圧に依存しない等価屈折率制御部と、 前記光導波路の入力および出力端のいずれか一方に設け
られた受光部および反射部を具備したことを特徴とする
光デバイス。 ２）前記光導波路の入力側を非対称Ｙ分岐路とし、出力
側を反射形の分岐干渉光変調部としたことを特徴とする
請求項１に記載の光デバイス。 ３）前記反射部が完全反射器であり、二つの光ファイバ
が前記入力側の非対称Ｙ分岐路端に取り付けられ、さら
に該光ファイバの一方に受光部が取り付けられているこ
とを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。 ４）前記反射部は入射光の一部を透過し、該反射部直後
に受光器が取り付けられ、前記入射側の非対称Ｙ分岐路
端には二つの単一モード光ファイバが取り付けられてい
ることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。 ５）前記基板がＬｉＮｂＯ＿３もしくはＬｉＴａＯ＿３
結晶であり、光が該結晶のＺ軸方向に伝搬し、電界がＹ
軸方向に印加されることを特徴とする請求項１ないし４
のいずれかの項に記載の光デバイス。 ６）前記基板がＬｉＮｂＯ＿３もしくはＬｉＴａＯ＿３
結晶であり、光が該結晶のＸ軸方向に伝搬し、電界がＺ
軸方向に印加されることを特徴とする請求項１ないし４
のいずれかに記載の光デバイス。[Claims] 1) An optical waveguide formed on a substrate and having an asymmetrical Y branch path and a branch interference type optical modulation section, and switching by applying an electric field to the two branch paths constituting the optical modulation section. an electrode for performing the operation; an equivalent refractive index control section that does not depend on the applied voltage and is provided on at least one of the two branch paths; and an equivalent refractive index control section that is provided on either the input or output end of the optical waveguide. An optical device comprising a light receiving section and a reflecting section. 2) The optical device according to claim 1, wherein the input side of the optical waveguide is an asymmetrical Y-branch path, and the output side is a reflective branching interference light modulator. 3) A claim characterized in that the reflecting section is a perfect reflector, two optical fibers are attached to the ends of the asymmetric Y branch path on the input side, and a light receiving section is further attached to one of the optical fibers. Item 2. The optical device according to item 2. 4) The reflecting section transmits a part of the incident light, a light receiver is attached immediately after the reflecting section, and two single mode optical fibers are attached to the end of the asymmetric Y branch on the incident side. The optical device according to claim 2, characterized in that: 5) The substrate is LiNbO_3 or LiTaO_3
It is a crystal, and light propagates in the Z-axis direction of the crystal, and the electric field is
Claims 1 to 4 characterized in that the voltage is applied in the axial direction.
An optical device described in any of the following sections. 6) The substrate is LiNbO_3 or LiTaO_3
It is a crystal, and light propagates in the X-axis direction of the crystal, and the electric field is Z
Claims 1 to 4 characterized in that the voltage is applied in the axial direction.
The optical device according to any of the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16830990A JP2898066B2 (en) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | Optical device |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0458229A true JPH0458229A (en) | 1992-02-25 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2898066B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102317352A (en) * | 2009-02-12 | 2012-01-11 | 本州化学工业株式会社 | Ester group-containing tetracarboxylic acid dianhydride, polyester polyimide precursor, polyesterimide, and methods for producing same |
-
1990
- 1990-06-28 JP JP16830990A patent/JP2898066B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102317352A (en) * | 2009-02-12 | 2012-01-11 | 本州化学工业株式会社 | Ester group-containing tetracarboxylic acid dianhydride, polyester polyimide precursor, polyesterimide, and methods for producing same |
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|---|---|
| JP2898066B2 (en) | 1999-05-31 |
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