JPS62170944A - Optical switch - Google Patents
Optical switchInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光伝送路中に挿入されて光路を切り換える光ス
イッチに係わり、特に電気光学効果を用いる導波路形光
スイッチに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical switch inserted into an optical transmission line to switch an optical path, and more particularly to a waveguide type optical switch using an electro-optic effect.
一般に、電気光学効果を用いた導波路形光スイッチは、
可動部を有しないので切換の信頼度が高く、また高速の
切換応答が可能である。さらに、誘電体基板や半導体素
子基板上に従来の半導体のフォトリソグラフィー技術や
拡散技術を応用して形成でき、高集積化にも適している
など種々のすぐれた特長がある。In general, waveguide optical switches using electro-optic effects are
Since there are no moving parts, switching reliability is high and high-speed switching response is possible. Furthermore, it has various excellent features such as being able to be formed on a dielectric substrate or a semiconductor element substrate by applying conventional semiconductor photolithography technology and diffusion technology, and being suitable for high integration.
第３図は従来の導波路形光スイッチの一例を示す図であ
る。この光スイッチは、Ｌ ＩＮ ｂ Ｏｓ から成る
基板１にＴｉを拡散して２本の導波路２、３を形成する
と共に、導波路２．３上に形成された電極４に電圧を印
加し、電気光学効果により導波路２．３の屈折率を変化
させ光路を切り換えるようにし、さらに前記導波路２．
３に光ファイバ５．６．７を結合することによって構成
されている。FIG. 3 is a diagram showing an example of a conventional waveguide type optical switch. This optical switch diffuses Ti into a substrate 1 made of L IN b Os to form two waveguides 2 and 3, and applies a voltage to an electrode 4 formed on the waveguide 2.3. The refractive index of the waveguide 2.3 is changed by the electro-optic effect to switch the optical path, and furthermore, the waveguide 2.3 is changed to switch the optical path.
3 and an optical fiber 5.6.7.
現在のところ、光フアイバー導波路−光ファイバの構造
の光スイッチの挿入損失として２ｄＢ程度、漏話２Ｏ−
３０ｄＢ、切換電圧５■程度、切換速度数ｎｓ以下が実
現されている。At present, the insertion loss of an optical switch with an optical fiber waveguide-optical fiber structure is about 2 dB, and the crosstalk is 2 O-
A switching voltage of about 30 dB, a switching voltage of about 5 cm, and a switching speed of several ns or less have been achieved.
ところで、このように従来の導波路形光スイッチは数々
の特長を有するが、実用上の大きな問題の１つとして、
偏波依存性が大きいことが挙げられる。すなわち、ＴＥ
ＳＴＭ偏波に対して電気光学効果が異なる（電気機械結
合係数が異なる）ので、ＴＭ波で切換条件を満足してい
る時、ＴＥ波でも切換条件が満足されているとは限らな
い。この結果、特定の偏波に対しては良好な特性を示す
が、もう一方の偏波に対しては著しく特性が劣化する場
合もある。上述した導波路形光スイ・７チの特性例もＴ
Ｍ波に対しての値である。By the way, although conventional waveguide type optical switches have many advantages, one of the major problems in practical use is that
One example is that the polarization dependence is large. That is, T.E.
Since the electro-optical effect is different for STM polarized waves (the electromechanical coupling coefficient is different), when the switching conditions are satisfied for TM waves, the switching conditions are not necessarily satisfied for TE waves as well. As a result, although it exhibits good characteristics for a specific polarized wave, the characteristics may deteriorate significantly for the other polarized wave. The characteristic example of the waveguide optical switch 7 mentioned above is also T.
This is the value for M waves.
この問題を解決するために偏波依存性のない光スイッチ
が提案されている。たとえば
ｒＬ、 ＭｃＣａｕｇｈａｎ ｉ”Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ
Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
Ｂｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌ ５ｗ１ｔｈｅｓ
”ａｔλ＝１．３μｍ 、 Ｊｏｕｒｎａｌｆ Ｌ
ｉｇｈｔｗａｖｅ ７ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 。To solve this problem, optical switches without polarization dependence have been proposed. For example, rL, McCaughan i”Low-Loss
Po1arization-Independent
Blectrooptical 5w1thes
"atλ=1.3μm, Journalf L
lightwave 7technology.
Ｖｏｌ、 Ｌｔ４、Ｎ０１１、Ｆｅｂ、１９８４ ｐｐ
、５１−５５ Ｊ等である。Vol, Lt4, N011, Feb, 1984 pp
, 51-55 J, etc.
この光スイッチにおいては第４図に示すように、ＴＭＳ
ＴＥ波に共通の切換電圧があるようにＬ ｉ Ｎ ｂ
０３基板上に拡散するＴｉの導波路、ＮＩＬラメータを
コントロールするのであるが、本質的にＴＥ、ＴＭ波で
は電気機械結合係数が約３倍異なるので切換電圧が高く
なってしまう。例えば、ＴＭ波みのみでは５■程度の切
換電圧が可能であるが、この場合では約ＴＯＶとなって
しまう。切換電圧が高いと、ドリフトの影響を受けやす
く、また高速応答の光スイツチ駆動回路が複雑になる等
の実用上の問題が出て（る。In this optical switch, as shown in Fig. 4, TMS
L i N b so that the TE wave has a common switching voltage
It controls the Ti waveguide and NIL lameter diffused on the 03 substrate, but essentially the electromechanical coupling coefficient is about three times different between TE and TM waves, so the switching voltage becomes high. For example, a switching voltage of about 5 .mu. is possible using only the TM wave, but in this case, the switching voltage is about TOV. If the switching voltage is high, practical problems arise, such as being susceptible to drift and complicating a fast-response optical switch drive circuit.
本発明の目的は上述した問題点に鑑みなされたもので、
偏波依存性を極力小さくすることができしかもＴＭ波と
同じ低電圧切換を可能ならしめた光スイッチを提供する
にある。The purpose of the present invention was made in view of the above-mentioned problems,
An object of the present invention is to provide an optical switch that can minimize polarization dependence and also enables low voltage switching similar to that of TM waves.
本発明の光スイッチは、基板上にＴＭ波で切換条件を満
足する第１、第２の導波路形光スイッチング素子を並列
に形成すると共に、前記第１の光スイッチング素子の入
力側導波路に第１の変換素子が形成されかつ前記第２の
光スイッチング素子の出力側導波路に第１の変換素子と
は逆の機能を持つ第２の変換素子が形成されて成り、さ
らに前記基板と入力端光ファイバとの間には基板上の導
波路と光ファイバを結合するレンズおよびＴＥ。In the optical switch of the present invention, first and second waveguide-type optical switching elements that satisfy switching conditions using TM waves are formed in parallel on a substrate, and the input side waveguide of the first optical switching element is A first conversion element is formed, and a second conversion element having an opposite function to that of the first conversion element is formed in the output side waveguide of the second optical switching element, and further includes an input to the substrate. A lens and a TE are provided between the end optical fiber and the optical fiber to couple the waveguide on the substrate with the optical fiber.
ＴＭ波を分離する複屈折材料が配置され、かつ前記基板
と出力側光ファイバとの間には基板上の導波路と光ファ
イバを結合するレンズおよびＴＥ。A birefringent material for separating TM waves is disposed, and a lens and a TE for coupling the waveguide on the substrate and the optical fiber are arranged between the substrate and the output optical fiber.
ＴＭ波を合成する複屈折材料が配置された構成とし、も
って上述した目的を達成せんとするものである。The structure is such that a birefringent material for synthesizing TM waves is arranged, thereby achieving the above-mentioned purpose.
以下、図に示す実施例を用いて本発明の詳細な説明する
。Hereinafter, the present invention will be explained in detail using embodiments shown in the drawings.
第１図は本発明に係わる光スイッチの一実施例を示すｉ
略構成図である。本発明の光スイッチは、電気光学効果
の大きい基板８上に、ＴＭ波で切換条件を満足するよう
に並列な状態で導波路形光スイッチ素子９、ｌＯが形成
されている。光スイッチング素子９の入力側導波路１１
にはＴＥ波からＴＭ波へモード変換する第１の変換素子
１２が形成されており、また光スイッチング素子１０の
出力側導波路１３にはＴＭ波からＴＥ波へモード変換す
る第２の変換素子１４が形成されている。基板８と入力
端光ファイバ１５との間には、導波路１１．１３と光フ
ァイバ１５を結合するためのレンズ１６および複屈折材
料１７が配置されている。FIG. 1 shows an embodiment of an optical switch according to the present invention.
It is a schematic configuration diagram. In the optical switch of the present invention, waveguide type optical switch elements 9 and 10 are formed in parallel on a substrate 8 having a large electro-optic effect so as to satisfy switching conditions using TM waves. Input side waveguide 11 of optical switching element 9
A first conversion element 12 for mode conversion from TE waves to TM waves is formed, and a second conversion element 12 for mode conversion from TM waves to TE waves is formed in the output side waveguide 13 of the optical switching element 10. 14 is formed. A lens 16 and a birefringent material 17 for coupling the waveguide 11.13 and the optical fiber 15 are arranged between the substrate 8 and the input end optical fiber 15.
また、基板８と出力側光ファイバ１８．１９との間には
導波路１１．１３と光ファイバ１８．１９を結合するた
めのレンズ２０と複屈折材Ｍ２１が配置されている。Further, a lens 20 and a birefringent material M21 for coupling the waveguide 11.13 and the optical fiber 18.19 are arranged between the substrate 8 and the output optical fiber 18.19.
このような構成としたので、本発明の光スイッチは偏波
依存性がない。すなわち、光ファイバ１５からの入力光
は、レンズ１６により像変換後、複屈折材料１７により
、ＴＥＳＴＭ波に分離され導波路１１．１３にそれぞれ
結合する。導波路１１に結合したＴＥ波は第１の変換素
子１２によりＴＭ波に変換され、ＴＭ波に対して切換条
件を満足する光スイッチング素子９に入る。With such a configuration, the optical switch of the present invention has no polarization dependence. That is, the input light from the optical fiber 15 undergoes image conversion by the lens 16, and then is separated into TESTM waves by the birefringent material 17 and coupled to the waveguides 11 and 13, respectively. The TE wave coupled to the waveguide 11 is converted into a TM wave by the first conversion element 12, and enters the optical switching element 9 which satisfies the switching conditions for the TM wave.
一方、導波路１３に結合したＴＭ波は、ＴＭ波で最適化
された光スイッチング素子１０の通過後、第２の変換素
子１４でＴＥ波に変換され出力する。On the other hand, the TM wave coupled to the waveguide 13 passes through the optical switching element 10 optimized for the TM wave, and then is converted into a TE wave by the second conversion element 14 and output.
導波路１１および１３から出力したＴＭ、ＴＥ波は、複
屈折材料２１により合流されて、レンズ２０により像変
換されて光ファイバ１８または光ファイバ１９に結合す
る。光ファイバ１５−１８間と１５−１９間の切換は光
スイッチング素子９．１０のコントロールにより行う。The TM and TE waves output from the waveguides 11 and 13 are combined by the birefringent material 21, image converted by the lens 20, and coupled to the optical fiber 18 or the optical fiber 19. Switching between optical fibers 15-18 and 15-19 is performed by controlling optical switching elements 9.10.
このように本発明の光スイッチでは、ＴＭ波の切換条件
で、光ファイバからの入力光の偏波に依存することなく
切換が可能である。As described above, in the optical switch of the present invention, switching is possible under the TM wave switching conditions without depending on the polarization of the input light from the optical fiber.
次に、第２図に示す試作例について説明する。Next, a prototype example shown in FIG. 2 will be explained.
本試作例ではＬ ＩＮ ｂ○そ３の基板２２上において
入力側に３００μｍの間隔で２本のＴｉ拡散導波路２３
．２４を形成し、さらに光スイッチング素子部分２５で
間隔８μｍ程度でかつ基板２２の出力端側で間隔１２５
μｍになるように配置さ、れた導波路２６．２７を形成
する。この後、２つのインターディジタル電極２８．２
９をＴＥ波からＴＭ波へのモード変換素子部分にβ（ベ
ータ）反転形の光スイッチング電極を光スイッチング素
子部分２５に形成する。光ファイバ３０．３１．３２は
コア径１０μｍ１外径１２５μｍの単一モードファイバ
、レンズ３３は焦点距離３ｍｍ５複屈折材料３４は厚さ
３ｍｍの方解石板をそれぞれ使用する。なお、光ファイ
バ３１．３２は間隔１２５μｍで隣接して配置される。In this prototype example, two Ti diffused waveguides 23 are placed at an interval of 300 μm on the input side on the substrate 22 of L IN b○ part 3.
．． 24, and a gap of about 8 μm in the optical switching element portion 25, and a gap of 125 μm on the output end side of the substrate 22.
Waveguides 26 and 27 are formed so as to have a diameter of .mu.m. After this, two interdigital electrodes 28.2
A β (beta) inversion type optical switching electrode is formed in the optical switching element portion 25 at the mode conversion element portion 9 for converting the mode from TE wave to TM wave. The optical fibers 30, 31, and 32 are single mode fibers with a core diameter of 10 μm and an outer diameter of 125 μm, the lens 33 has a focal length of 3 mm, and the birefringent material 34 is a calcite plate with a thickness of 3 mm. Note that the optical fibers 31 and 32 are arranged adjacent to each other with an interval of 125 μm.
インターディジタル電極２８．２９の長さが５ｍｍでは
導波路パラメータを最適化すると、２．５■でほぼ１０
０％のＴＥ波からＴＭ波への変換効率が達成できる。ま
た、β反転光スイッチの電極は導波路パラメータを最適
化すると１８ｍｍで約５■の切換電圧が実現できる。し
たがって、基板２２の長さ５０〜６０ｍｍで十分である
。試作結果では挿入損失３ｄＢ。When the length of the interdigital electrode 28.29 is 5 mm, optimizing the waveguide parameters results in approximately 10
A conversion efficiency of 0% from TE waves to TM waves can be achieved. Furthermore, if the waveguide parameters of the electrodes of the β-inversion optical switch are optimized, a switching voltage of approximately 5μ can be achieved with a length of 18 mm. Therefore, a length of 50 to 60 mm for the substrate 22 is sufficient. The prototype results show an insertion loss of 3dB.
漏話−２５ｄＢ、駆動電圧６■、切換時間５ｎｓ以下、
偏波依存性０．２ｄＢ以下の特性が得られた。Crosstalk -25dB, drive voltage 6■, switching time 5ns or less,
Characteristics with polarization dependence of 0.2 dB or less were obtained.
以上説明したように本発明に係わる光スイッチによれば
、同一基板上にＴＭ波に対して最適な２つの光スイッチ
ング素子を並列な状態で形成すると共にＴＥＳＴＭ間の
変換素子を入力側、出力側に形成し、複屈折材料により
、ＴＥ、ＴＭ波の分離合成をする構成としたことにより
、偏波依存性を極力小さくできると共に、ＴＭ波と同じ
低電圧切換が可能であるという種々の優れた効果を有す
る。したがって、実用性の高い光スイッチを提供できる
。As explained above, according to the optical switch according to the present invention, two optical switching elements optimal for TM waves are formed in parallel on the same substrate, and a conversion element between TESTM is placed on the input side and the output side. By using a birefringent material to separate and combine TE and TM waves, polarization dependence can be minimized, and the same low voltage switching as with TM waves is possible. have an effect. Therefore, a highly practical optical switch can be provided.
第１図は本発明に係わる光スイッチの一実施例を示す概
略構成図、第２図は本発明に係わる光スイッチの試作例
を示す概略構成図、第３図は従来の光スイッチの一例を
示す概略構成図、第４図は従来の偏波依存性のない光ス
イッチの印加電圧と出力パワーとの関係を示す図である
。
８・・・・・・基板、
９．１０・・・・・・光スイッチング素子、１１・・・
・・・入力側導波路、
１２・・・・・・第１の変換素子、
１３・・・・・・出力側導波路、
１４・・・・・・第２の変換素子、
１５・・・・・・入力端光ファイバ、
１６．２０・・・・・・レンズ、
１７．２１・・・・・・複屈折材料、
１８．１９・・・・・・出力側光ファイバ。
出 願 人
日本電気株式会社
代 理 人FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an optical switch according to the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a prototype example of an optical switch according to the present invention, and FIG. 3 is an example of a conventional optical switch. The schematic configuration diagram shown in FIG. 4 is a diagram showing the relationship between applied voltage and output power of a conventional optical switch without polarization dependence. 8... Substrate, 9.10... Optical switching element, 11...
...Input side waveguide, 12...First conversion element, 13...Output side waveguide, 14...Second conversion element, 15... ... Input end optical fiber, 16.20 ... Lens, 17.21 ... Birefringent material, 18.19 ... Output side optical fiber. Applicant: NEC Corporation Representative
Claims (1)
導波路形光スイッチング素子を並列に形成すると共に、
前記第１の光スイッチング素子の入力側導波路に第１の
変換素子が形成されかつ前記第２の光スイッチング素子
の出力側導波路に第１の変換素子とは逆の機能を持つ第
２の変換素子が形成されて成り、さらに前記基板と入力
側光ファイバとの間には基板上の導波路と光ファイバを
結合するレンズおよびＴＥ、ＴＭ波を分離する複屈折材
料が配置され、かつ前記基板と出力側光ファイバとの間
には基板上の導波路と光ファイバを結合するレンズおよ
びＴＥ、ＴＭ波を合成する複屈折材料が配置されたこと
を特徴とする光スイッチ。 ２、前記第１の変換素子はＴＥ波からＴＭ波への変換素
子であり、かつ第２の変換素子はＴＭはからＴＥ波への
変換素子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の光スイッチ。 ３、前記基板は誘電体基板または半導体材料基板である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光スイッ
チ。[Claims] 1. First and second waveguide type optical switching elements that satisfy switching conditions using TM waves are formed in parallel on a substrate, and
A first conversion element is formed in the input side waveguide of the first optical switching element, and a second conversion element having a function opposite to that of the first conversion element is formed in the output side waveguide of the second optical switching element. A conversion element is formed, and a lens for coupling the waveguide on the substrate and the optical fiber and a birefringent material for separating TE and TM waves are arranged between the substrate and the input optical fiber, and An optical switch characterized in that a lens for coupling the waveguide on the substrate and the optical fiber and a birefringent material for synthesizing TE and TM waves are arranged between the substrate and the output optical fiber. 2. Claim 1, wherein the first conversion element is a conversion element from TE waves to TM waves, and the second conversion element is a conversion element from TM to TE waves. Optical switch described in section. 3. The optical switch according to claim 1, wherein the substrate is a dielectric substrate or a semiconductor material substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1185886A JPS62170944A (en) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | Optical switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1185886A JPS62170944A (en) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | Optical switch |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62170944A true JPS62170944A (en) | 1987-07-28 |
Family
ID=11789422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1185886A Pending JPS62170944A (en) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | Optical switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62170944A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5899601A (en) * | 1995-05-19 | 1999-05-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrophotographic copying apparatus with component units in a vertical arrangement |
-
1986
- 1986-01-24 JP JP1185886A patent/JPS62170944A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5899601A (en) * | 1995-05-19 | 1999-05-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrophotographic copying apparatus with component units in a vertical arrangement |
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