JPS5890620A - Electrooptic switch - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a compact, inexpensive electrooptic switch by providing a couple of electrode on a surface of photoelectric anisotropic crystal, connecting at least two optical fibers to one end surface crossing the surface at right angles, and providing on the other surface a concave mirror which guides polarized components of light from one optical fiber to the other optical fiber. CONSTITUTION:On a surface of anisotropic dielectric crystal 1 made of PbMoO4 having electrooptic effect, a couple of linear electrodes 2 are provided; and optical fibers 11-13 are connected through an SELFOC lens 4 to one end surface crossing the surface at right angles, and concave mirrors 21-23 are formed in the other end surface. While no AC voltage is applied to the electrodes 2, light projected from the optical fiber 11 for incident travels straight in the crystal 1 through the lens 4, and is reflected by the mirror 23 to illuminate the optical fiber 13. When a voltage is applied, an electric field E is produced in the crystal 1 and two polarized component of the incident light by birefringence are reflected by the concave mirrors 21 and 22 to enter the optical fiber 12. Thus, a compact, inexpensive switch is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電気光学効果を発生させる誘電体に電界を
加え誘電体に非一様な屈折率分布を形成させることによ
り、入射する光を偏向させる素子、とくに異方性誘電体
を利用した電気光学スイッチに関する。Detailed Description of the Invention The present invention relates to an element that deflects incident light by applying an electric field to a dielectric material that generates an electro-optic effect and forming a non-uniform refractive index distribution in the dielectric material, particularly an anisotropic element. The present invention relates to an electro-optical switch using a dielectric material.

偏向素子の対向する両端面に、入射用および出射用の光
ファイバをそｎぞｎ光結合させ、入射用光ファイバから
の光を一端面から偏光素子内に入射させ、偏向素子内を
通過して他端面から出射した光を出射用の光ファイバに
導く、電気光学スイッチがある。偏向素子内に電界を発
生させることにより、光は偏向素子内を伝搬するときに
偏向されるから）電界を加えるもしくは加えないことに
より、または電界の強さを変化することにより、出射用
光ファイバに入射する光を制御することができ、光信号
のスイッチングが可能となる。Optical fibers for input and output are optically coupled to opposite end faces of the deflection element, and light from the input optical fiber is made to enter the polarization element from one end face and pass through the deflection element. There is an electro-optic switch that guides light emitted from the other end face to an output optical fiber. By generating an electric field in the deflection element (because light is deflected as it propagates through the deflection element), by applying or not applying an electric field, or by changing the strength of the electric field, the output optical fiber is It is possible to control the light incident on the device, making it possible to switch optical signals.

ところが、このような電気光学スイッチでは、偏向妻子
内に入射した光ビームが偏向素子内を伝搬する間に広が
ってしまうことは避けられず、出射用光ファイバのコア
の径は、広がった光ビームの径よりもはるかに小さいの
で、出射用の光ファイバへの光結合の損失がきわめて大
きく、光スイツチ全体の光の損失を小さくできないとい
う問題がある。光ビームの広がりは、光路長に比例する
からできるだけ光路長を短くとればよいが、その場合に
は大きな偏向角の得らｎる誘電体が必要となる。However, in such an electro-optic switch, it is unavoidable that the light beam incident on the deflection wife spreads while propagating inside the deflection element, and the diameter of the core of the output optical fiber is adjusted to accommodate the spread light beam. Since the diameter of the optical switch is much smaller than the diameter of the optical switch, the loss of optical coupling to the output optical fiber is extremely large, and there is a problem that the optical loss of the entire optical switch cannot be reduced. Since the spread of a light beam is proportional to the optical path length, it is best to make the optical path length as short as possible, but in that case, a dielectric material that can obtain a large deflection angle is required.

しかしながら、電界を発生させるための印加電圧が低く
ても大きな偏向角が得られる誘電体の大半は、偏波面依
存性のある異方性誘電体である。異方性誘電体内に電界
を発生させると屈折率に異方性が生じるので、入射光ビ
ームは偏向角がそれぞれ異なる２つの成分に分かれ、ビ
ーム・スポットが２つ生じることになる。光スィッチの
出射用光ファイバには一方の偏光成分しか入射させるこ
とができないから、異方性誘電体を用いたスイッチでは
、出射用光ファイバへの光結合が半減し、光ビームが広
がることとあいまって、損失はきわめて大きくなってし
まう。However, most dielectrics that can obtain a large deflection angle even with a low applied voltage for generating an electric field are anisotropic dielectrics that are polarization dependent. Generating an electric field in an anisotropic dielectric causes anisotropy in the refractive index, so that the incident light beam is split into two components with different deflection angles, resulting in two beam spots. Since only one polarized component can enter the output optical fiber of an optical switch, a switch using an anisotropic dielectric material reduces the optical coupling to the output optical fiber by half, widening the light beam. Combined, the loss becomes extremely large.

このような異方性誘電体を用いた電気光学スイッチにお
ける問題に加えて、一般的に従来の光スィッチには、偏
向素子の両端で光のコリメートを行なわなけｎばならな
いので、そのためのレンズなどが少なくとも２個必要と
なり、コンパクト化および低廉化が困難となるという問
題がある。In addition to these problems with electro-optic switches using anisotropic dielectrics, conventional optical switches generally require collimation of light at both ends of the deflection element, which requires lenses, etc. There is a problem in that at least two are required, making it difficult to downsize and reduce the cost.

さらに、切換スイッチ機能を持たせる場合には、偏向素
子の他端面に少なくとも２本の出射用光ファイバを光結
合させる。したがって、少匍 なくとも光ファイバの径の大きさだけ光を偏光させなけ
ればならないので、同じように光の損失が大きくなると
いう問題がある。また、出射用光ファイバは相互に接゛
近して配置さｎるた〜めに、消光比が大きくとれないと
いう間頴もある◇この発明は、異方性誘電体を用いた場
合においても、光の損失をきわめて小さくすることがで
きるとともに、コンパクト化および低廉化を図ることの
できる電気光学スイッチを提供することを目的とする。Furthermore, when providing a changeover switch function, at least two output optical fibers are optically coupled to the other end surface of the deflection element. Therefore, since it is necessary to polarize the light by at least a small amount of the diameter of the optical fiber, there is also the problem that the loss of light increases. In addition, since the output optical fibers are arranged close to each other, there is a problem that a large extinction ratio cannot be obtained. It is an object of the present invention to provide an electro-optical switch that can minimize optical loss, be compact, and be inexpensive.

以下、図面を参照してこの発明を電気光学切換スイッチ
に適用した実施例について詳述する。Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to an electro-optical changeover switch will be described in detail with reference to the drawings.

この切換スイッチは、入射用光ファイバからの光を制御
信号に応じて２つの出射用光ファイノくに切換えて入射
させるものである。This changeover switch switches the light from the input optical fiber to the two output optical fibers in accordance with a control signal.

第１図において、電気光学効果を発生させる異方性の誘
電体結晶（１）、たとえばＰｂＭｏＯ４の表面に、１対
の線状電極（２）が適当な間隔をおいて平行に配置さｎ
ている。これらの線状電極（２）間には、交流電源（３
）によって適当な電圧が印加さｎる。電極（２）は、ホ
トリゾグラフィ技術によってアルミニウムを蒸着するこ
とによって形成することかできる。線状電極（２）間へ
の電圧印加によって１第２図に示すように、結晶（２）
内に、強さがその深さ方向に変化する電界に）が発生す
る。In FIG. 1, a pair of linear electrodes (2) are arranged in parallel at an appropriate distance on the surface of an anisotropic dielectric crystal (1) that generates an electro-optic effect, such as PbMoO4.
ing. An AC power source (3) is connected between these linear electrodes (2).
), an appropriate voltage is applied. The electrode (2) can be formed by depositing aluminum by photolithographic techniques. By applying a voltage between the linear electrodes (2), the crystal (2)
An electric field whose strength varies with its depth (within the depth) is generated.

結晶ｆｉ＋は異方性であるから、電気光学効果によって
、屈折率楕円体の主軸が回転し屈折率の異方性を生じる
とともに、屈折率は電界（６）およびその２乗に比例し
て変化するから、結晶（１）の厚さ方向に急激に変化す
る屈折率分布が得らｎる。Since the crystal fi+ is anisotropic, the main axis of the refractive index ellipsoid rotates due to the electro-optic effect, creating anisotropy in the refractive index, and the refractive index changes in proportion to the electric field (6) and its square. Therefore, a refractive index distribution that changes rapidly in the thickness direction of the crystal (1) is obtained.

この結果、結晶（１）の線状電極（２）に直交する一端
面から光ビームを、電極（２）間の中心付近の適当な深
さ位置でかつ電極（２）に平行に入射させると、この入
射ビームは互いに直交する偏光成分をもつ２つの成分に
分かｎ１各偏光成分はそｎぞｎ結晶（１）内を伝搬する
過程で結晶（１）の厚さ方向に、第２図においては上方
に偏向される。そして、こわらの２偏光成分は屈折率の
異方性の影響を受けそれぞｎ偏向角が異なるので、２つ
のビームに分かれて伝搬さｎていく。As a result, if a light beam is incident from one end surface of the crystal (1) perpendicular to the linear electrode (2) at an appropriate depth near the center between the electrodes (2) and parallel to the electrode (2), , this incident beam is divided into two components with polarization components orthogonal to each other, and each polarization component propagates through the crystal (1) in the thickness direction of the crystal (1) as shown in Figure 2. is deflected upward. Since the two polarized light components have different deflection angles due to the influence of the anisotropy of the refractive index, they are divided into two beams and propagated.

第１図から第３図を参照して、誘電体結晶（１）の上記
一端面には、入射光の１７４波長の厚さのコリメート用
セルフォックス・レンズ（４）が密着して配置されてい
る。３本の光ファイバＣｌ１ｌ　ＧＺ（１急は、その一
端がレンズ（４）の外面に対向するように配置され、こ
れらの光ファイバ（Ｉｌｌ〜（１３１がレンズ（４）を
介して結晶（１）と光結合している。光ファイバＱｌｌ
は入射用、他の光ファイバ（１２１（１３１は出射用で
あって、上から光ファイバα２）　（１１３Ｑ３の順に
上下に配列されている。これらの光ファイバ０１１〜．
１ １３１は、少なくとも結晶に近接した箇所では互いに平
行であり、かつ線状電極（２）とも平行であって、しか
も１対の線状電極（２）間の中心に配置されている。光
ファイバ０１）は、中心のコアＣ１１ａ）と、コア（Ｉ
ＩＩＬ）の周囲を被覆するクラッド層（１１ｂ］とから
構成されている。他の光ファイバ（１２（１３１も同じ
である。Referring to FIGS. 1 to 3, a collimating Selfox lens (4) with a thickness corresponding to 174 wavelengths of incident light is disposed in close contact with the one end surface of the dielectric crystal (1). There is. Three optical fibers Cl1l GZ (1) are arranged so that one end thereof faces the outer surface of the lens (4), and these optical fibers (Ill~ (131) are connected to the crystal (1) through the lens (4). optical fiber Qll.
is for input, and other optical fibers (121 (131 is for output, optical fiber α2 from above) are arranged vertically in the order of (113Q3). These optical fibers 011 to .
1 131 are parallel to each other at least in the vicinity of the crystal, and are also parallel to the linear electrodes (2), and are arranged at the center between the pair of linear electrodes (2). The optical fiber 01) has a central core C11a) and a core (I
The cladding layer (11b) covers the periphery of the optical fiber (IIL).The same applies to the other optical fibers (12 (131).

こｎらの光ファイバが設けられた一端面に対向Ｔる結晶
（１）の他端面には、線状電極（２）間の中心位置に、
上下に３つの、外方に突出した半球面状の突部（２４１
□□□（イ）が形成され、鏡面研磨仕上げされている。On the other end surface of the crystal (1) opposite to the one end surface on which these optical fibers are provided, there is a wire at the center between the linear electrodes (2).
Three hemispherical protrusions (241
□□□ (A) is formed and finished with mirror polishing.

そして、この突部（財）〜■にアルミニウム薄膜匈〜器
がそれぞｎ蒸着され、３つの凹面鏡（２１１＠　ｎが構
成さｎている。Then, thin aluminum films are deposited on these protrusions, respectively, to form three concave mirrors (211@n).

１対の線状電極（２）間に交流電圧が印加さｎていない
場合には、結晶（１）内には電界は発生していない。こ
の場合には、第３図に示すように、入射用光ファイバ（
ｉｌ＋から出射された光は、レンズ（４）でコリメート
さｎたのち結晶（１）内に入射し、偏向されることも２
偏光成分に分れることもなく、若干広がりながら直進し
、凹面鏡（２３）に達する。そして凹面鏡圀）で反射さ
ｎて、集光されながら直進し、レンズ（４）に入射しコ
リメートされて、光ファイバ＋１３１のコア内に入射す
る。両光ファイバ（ＩＩ）　Ｑ３１と凹面鏡（財）の位
置関係、凹面鏡（２３）の曲率半径、入射光と凹面鏡（
２■の方向などをあらかじめ調整しておけば、光ファイ
バ（１１）から出射した光のほぼ全光量を光ファイバＱ
３１のコアに入射させることができる。When no AC voltage is applied between the pair of linear electrodes (2), no electric field is generated within the crystal (1). In this case, as shown in Figure 3, the input optical fiber (
The light emitted from il+ is collimated by a lens (4) and then enters the crystal (1), where it may also be deflected.
The light does not split into polarized light components, but spreads out slightly as it travels straight and reaches the concave mirror (23). The light is then reflected by the concave mirror (concave mirror), travels straight while being condensed, enters the lens (4), is collimated, and enters the core of the optical fiber +131. Both optical fibers (II) Positional relationship between Q31 and concave mirror (goods), radius of curvature of concave mirror (23), incident light and concave mirror (
If the direction of 2■ is adjusted in advance, almost the entire amount of light emitted from the optical fiber (11) can be transferred to the optical fiber Q.
31 cores.

１対の線状電極（２）間に交流電圧が印加された場合に
は、結晶（１）内には電界（ト）が発生する。この場合
には１第２図に示すように、光ファイバ（１１）から出
射した光はレンズ（４）でコリメートされたのち、結晶
（１）内を伝搬する過程で若干床がりながらも１発生し
た電界による異方性屈折率分布によって異なる偏向角で
２偏光成分に分れて上方に偏向され）凹面鏡（２１）＠
にそれぞれ達する。When an AC voltage is applied between a pair of linear electrodes (2), an electric field (T) is generated within the crystal (1). In this case, as shown in Figure 2, the light emitted from the optical fiber (11) is collimated by the lens (4), and then is emitted while being slightly flattened in the process of propagating within the crystal (1). Concave mirror (21)@
reach respectively.

そして、凹面鏡（２）■でそれぞれ反射さｎた２つの偏
光成分は集光さｎながら、再び電界によって上、方に偏
向さｎルンズ（４）を経て光ファイバα２のコアに合成
されて入射する。両光ファイ／Ｎ＋０υ０２と凹面鏡臼
）■の位置関係、凹面鏡＠（支）の曲率半径、各偏光ビ
ームと凹面鏡に）■の方向１および印加電圧の大きさな
どを調整することにより、光ファイバαＤから出射され
、２偏光成分に分ｎｋ元ビームを合成し、そのほぼ全光
量を光ファイバＯＸ５に入射させることができる。The two polarized light components reflected by the concave mirror (2) are then condensed and deflected upward by the electric field again, passing through the lens (4) and being combined into the core of the optical fiber α2. do. Optical fiber αD It is possible to combine the nk-element beam into two polarized components and make almost the entire amount of light enter the optical fiber OX5.

このようにして、電界の印加を制御することにより、光
ファイバ（１１）からの光を、光ファイバ０３またはＱ
３１のいずれかに切換えて入射させることができる。こ
の実施例においては、出射用光ファイバ０りと０３は、
光ファイバａ１１を間に挾ンテ離ｎているので、大きな
消光比を得ることができる。In this way, by controlling the application of the electric field, the light from the optical fiber (11) is transferred to the optical fiber 03 or Q.
It is possible to switch to any one of 31 and make it incident. In this example, the output optical fibers 0 and 03 are
Since the optical fiber a11 is sandwiched between them, a large extinction ratio can be obtained.

上記実施例は切換スイッチの例であるが、単なるオン、
オフのみを行なうスイッチの場合には、光ファイバα２
またはＱ３１のいずれか一方、および凹面鏡２１）と■
の対または−のいずれか一方を省略Ｔればよい。逆に、
光ファイバおよび凹面鏡の数または凹面鏡の対の数を増
加させることにより、多点光スィッチを構成することも
できる。凹面鏡＠＠器は、結晶（１）の他端面を利用し
て形成されているが、この他端面を平坦にし、ここに別
途に作成された凹面鏡を結合させるようにしてもよい。The above embodiment is an example of a changeover switch, but it can be simply turned on,
In the case of a switch that only turns off, the optical fiber α2
or Q31, and concave mirror 21) and ■
Either one of the pair or - may be omitted. vice versa,
Multi-point optical switches can also be constructed by increasing the number of optical fibers and concave mirrors or concave mirror pairs. The concave mirror is formed using the other end surface of the crystal (1), but the other end surface may be flattened and a separately prepared concave mirror may be coupled thereto.

上記実施例のように、電極としては線状電極を用いる方
がより大きな電位勾配を得ることができるので好ましい
が、電極の形状としては、円形１方形、三角形、クシ歯
状その他任意のものを採用することができる。また、電
極の対数は１対以外に何対設けてもよいし、誘電体結晶
の表裏両面に設けることも可能である。さらに、電極に
印加する電圧は交流のみならず直流でもよい。− 以上詳細に説明したように、この発明においては、電気
光学効果を発生させる異方性誘電体の一表面上に、誘電
体の深さ方向にその強さが変化する電界を発生させるた
めの少なくとも１対の電極が設けらｎ１上記−表面に直
交する一端面に、少なくとも２本の光ファイバが光結合
され、上記一端面に対向する他端面に、誘電体内に電界
が発生したときに、一方の光ファイバから誘電体内に入
射された光の偏向角の異なる２つの成分を他方の光ファ
イバに向うようにそれぞれ反射させる１対の凹面鏡構造
が設けられている。１対の電極に電圧を印加し誘電体内
に電界を発生させることにより、一方の光ファイバから
誘電体内に入射された光を偏向させて、他方の光フアイ
バ内に入射させ、または入射させなくすることができ、
光スィッチが実現できる。誘電体内に入射された光が、
誘電体が異方性であるために一偏向角が異なる２成分に
分れて伝搬さｎても、１対の凹面鏡構造によって反射さ
せ、他方の光ファイバに向う過程で集光させかつ合成さ
せることができるので、低電圧で偏向角の大きくとれる
異方性誘電体を用いても、誘電体から他方の光ファイバ
への光結合の損失をきわめて小さくすることができる。As in the above embodiment, it is preferable to use a linear electrode as it is possible to obtain a larger potential gradient, but the shape of the electrode may be circular, rectangular, triangular, comb-shaped or any other shape. Can be adopted. Furthermore, any number of pairs of electrodes other than one pair may be provided, and it is also possible to provide them on both the front and back surfaces of the dielectric crystal. Furthermore, the voltage applied to the electrodes may be not only alternating current but also direct current. - As explained in detail above, in the present invention, an electric field whose strength changes in the depth direction of the dielectric is generated on one surface of an anisotropic dielectric that generates an electro-optic effect. At least one pair of electrodes are provided, and at least two optical fibers are optically coupled to one end face perpendicular to the n1 above-mentioned surface, and when an electric field is generated in the dielectric at the other end face opposite to the one end face, A pair of concave mirror structures are provided that respectively reflect two components of light having different deflection angles, which are incident on the dielectric body from one optical fiber, toward the other optical fiber. By applying a voltage to a pair of electrodes and generating an electric field within the dielectric, the light that has entered the dielectric from one optical fiber is deflected so that it enters or does not enter the other optical fiber. It is possible,
An optical switch can be realized. The light incident on the dielectric is
Even if the dielectric material is anisotropic, the light propagates in two components with different deflection angles, but is reflected by a pair of concave mirror structures and condensed and combined on the way to the other optical fiber. Therefore, even if an anisotropic dielectric material with a low voltage and a large deflection angle is used, loss in optical coupling from the dielectric material to the other optical fiber can be extremely reduced.

また、光ファイバとの光結合は誘電体の一端面において
しか必要なく、凹面鏡による集光によって光結合が容易
となることとあいまって、光結合におけるコリメート系
が簡単となり、コンパクト化と低廉化を図ることができ
る。さらに、光ビームは誘電体内を往復するので、一方
向にのみ伝搬する場合に比べて２倍の偏向角を得ること
ができ、印加電圧を低くすることが可能となるとともに
、出射用光ファイバが複数本ある場合にイ は、これらの光ファイバを離して配置できるので、消光
比を大きくすることがで養る。すべての光ファイノくは
同一方向に弓１出されるために、プリント基板等への実
装カイ容易で、力）つ実装密度を高めることができ、メ
ンテナンスも簡単となる。In addition, optical coupling with the optical fiber is required only at one end face of the dielectric, and combined with the ease of optical coupling by condensing light with a concave mirror, the collimating system for optical coupling is simple, making it more compact and less expensive. can be achieved. Furthermore, since the light beam travels back and forth within the dielectric, it is possible to obtain a deflection angle twice that of the case where the light beam propagates in only one direction, making it possible to lower the applied voltage and to When there are multiple optical fibers, these optical fibers can be placed apart from each other, which increases the extinction ratio. Since all the optical fibers are ejected in the same direction, mounting on a printed circuit board, etc. is easy, the mounting density can be increased, and maintenance is also simple.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図はこの発明の実施例を示す斜視図、第２図および
第３図は偏向およびスイ・ンチングの原理を示す説明図
である。 （１）・Ｏ・異方性電気光学誘電体、（２）・φ・線状
電極、０１）αりαＪ・・・光ファイノく、（社）器器
・・・凹面鏡。 以上 特許出願人　立石電機株式会社 外４名FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the invention, and FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams showing the principles of deflection and switching. (1)・O・Anisotropic electro-optic dielectric, (2)・φ・Linear electrode, 01)αri αJ・Optical Fino, Inc. Equipment・Concave mirror. Patent applicants: 4 people including Tateishi Electric Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）　　電気光学効果を発生させる異方性誘電体の一
表面上に１誘電体の深さ方向にその強さが変化する電界
を発生させるための少な（とも１対の電極が設けられ、
上記−表面に直交す；６一端面＋ｃ、少なくとも２本の
光ファイバが光結合すれ、上記−透面に対向する他端面
に、誘電体内に電界が発生したときに、一方の光ファイ
バから誘電体内に入射された光の偏向角の異なる２つの
成分を、他方の光ファイバに向うようにそｎぞｎ反射さ
せる１対の凹面鏡構造が設けらｎている、電気光学スイ
ッチ。(1) A pair of electrodes are provided on one surface of an anisotropic dielectric that generates an electro-optic effect to generate an electric field whose strength varies in the depth direction of the dielectric.
At least two optical fibers are optically coupled to each other at one end face +c, perpendicular to the above-mentioned surface; An electro-optic switch is provided with a pair of concave mirror structures that respectively reflect two components of light incident into the body having different deflection angles toward the other optical fiber. （２）　　上記一端面に少なくとも３本の第１、第２お
よび第３の光ファイバが光結合さｎ、上記他端面には、
少なくとも、電界が発生したときに第１の光ファイバか
ら誘電体に入射された光の偏向角の異なる２つの成分を
第２の光ファイバに向うようにそれぞれ反射させる１対
の凹面鏡構造と、無電界のときに第１の光ファイバから
の光を第３の光ファイバに向うように反射させる凹面鏡
構造とが設けらｎている、特許請求の範囲第（１）項記
載の電気光学スイッチ。(2) At least three first, second and third optical fibers are optically coupled to the one end surface, and the other end surface has:
At least a pair of concave mirror structures that respectively reflect two components having different deflection angles of light incident on the dielectric from the first optical fiber toward the second optical fiber when an electric field is generated; The electro-optic switch according to claim 1, further comprising a concave mirror structure that reflects light from the first optical fiber toward the third optical fiber when an electric field is applied. （３）　　電極が、光の伝搬方向に平行な線状電極であ
る、特許請求の範囲第（１）項記載の電気光学スイッチ
。(3) The electro-optic switch according to claim (1), wherein the electrode is a linear electrode parallel to the light propagation direction.