JPS5890620A - 電気光学スイツチ - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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
   。