JPS6239826A - 偏光に無関係な光電子方向性結合器 - Google Patents
偏光に無関係な光電子方向性結合器Info
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- JPS6239826A JPS6239826A JP61182874A JP18287486A JPS6239826A JP S6239826 A JPS6239826 A JP S6239826A JP 61182874 A JP61182874 A JP 61182874A JP 18287486 A JP18287486 A JP 18287486A JP S6239826 A JPS6239826 A JP S6239826A
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
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- 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、偏光に無関係な光電子方向性結合器に関する
ものであって、上部表面の光導波路及びその光導波路の
相互作用距離に沿う電極を具備する単結晶ウェーハを含
み、前記ウェーハの結晶材料は屈折率が一定の値をもつ
光軸（結晶Ｃ軸）をもつので、この軸の方向への入射光
線は光線の偏光方向には無関係な屈折率によって影響さ
れ、他の方向における結晶の屈折率は光軸を回転軸とす
る屈折率楕円体によって決定され、前記結晶は光軸に直
角であって結晶格子によって定められる軸（結晶ａ軸）
を備える、光電子方向性結合器に関する。
ものであって、上部表面の光導波路及びその光導波路の
相互作用距離に沿う電極を具備する単結晶ウェーハを含
み、前記ウェーハの結晶材料は屈折率が一定の値をもつ
光軸（結晶Ｃ軸）をもつので、この軸の方向への入射光
線は光線の偏光方向には無関係な屈折率によって影響さ
れ、他の方向における結晶の屈折率は光軸を回転軸とす
る屈折率楕円体によって決定され、前記結晶は光軸に直
角であって結晶格子によって定められる軸（結晶ａ軸）
を備える、光電子方向性結合器に関する。
（従来の技術）
光集積回路の素子、例えば、方向性結合器や変調器が情
報伝送用の光フアイバ装置に含まれることがある。これ
らの素子は上部表面に拡散された光導波路を具備する光
電子材料のウェーハを含む。
報伝送用の光フアイバ装置に含まれることがある。これ
らの素子は上部表面に拡散された光導波路を具備する光
電子材料のウェーハを含む。
例えば、方向性結合器を使用して、伝送信号を方向性結
合器のどちらかの出力に接続させることができる。一般
に素子は、満足な切替動作を行うためによく定められた
偏光の光を必要とする欠点がある。偏光状態が不確定で
あると、伝送信号が出力の間に分割されるので方向性結
合器内で信号伝送に誤差が発生する。偏光状態を保存す
る光ファイン＼を使用して伝送が行われるときは、伝送
光信号のよく画定された偏光状態は保持される。しかし
ながら、これらのファイバは光信号を著しく減衰させる
し、また高価でもある。偏光状態は、また、伝送信号を
送信源に帰還させることによっても維持できるが、これ
には調整装置を必要とする。
合器のどちらかの出力に接続させることができる。一般
に素子は、満足な切替動作を行うためによく定められた
偏光の光を必要とする欠点がある。偏光状態が不確定で
あると、伝送信号が出力の間に分割されるので方向性結
合器内で信号伝送に誤差が発生する。偏光状態を保存す
る光ファイン＼を使用して伝送が行われるときは、伝送
光信号のよく画定された偏光状態は保持される。しかし
ながら、これらのファイバは光信号を著しく減衰させる
し、また高価でもある。偏光状態は、また、伝送信号を
送信源に帰還させることによっても維持できるが、これ
には調整装置を必要とする。
伝送上のこれらの困難性は、光素子を偏光には無関係な
ものとすることによって回避することができる。１９７
９年１１月１５日付け、アプライド串フィジックス誌（
Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔｅｒｓ ） 、書翰
３５ （１０）の７４８ページから７５０ページに掲載
された、アール・シー・アルフエルネス（Ｒ，Ｃ，Ａｌ
ｆｅｒｎｅｓｓ ）の論文重みつき結合を使用する偏光
に無関係な光方向性結合スイッチ″には、偏光に無関係
な光方向性結合器が提案されている。しかし、これは光
導波路の製造に高い確度を必要とする。また、ライトウ
ェーブ・テクノロジー誌（Ｌｉｏｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｏｙ） 、１９８４年２月のＶｏｌ、 Ｌ
Ｔ−２Ｎα１に掲載されているレオン・マツクカウハン
（Ｌｅｏｎ Ｈｃ Ｃａｕｇｈａｎ ）の論文′１λ−
１，３μｍにおいて偏光に関係のない光結合器″には、
前記のものよりやや簡単で偏光に関係のない光結合器を
提案しているが、このものは切替特性が劣っている。前
述した二つの光電子素子についての大きな共通の欠点は
、伝送光パルスに対する上部境界周波数が低いことであ
る。これは、結晶構造に対する光導波路の向きによって
、光波の互いに直角な二つの偏光方向が光導波路中で異
なる屈折率に影響されるからである。従って二つの偏光
方向は光導波路中を異なる速度で伝搬するのでパルスの
伸長がおこって、これが上部パルス周波数を制限する。
ものとすることによって回避することができる。１９７
９年１１月１５日付け、アプライド串フィジックス誌（
Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔｅｒｓ ） 、書翰
３５ （１０）の７４８ページから７５０ページに掲載
された、アール・シー・アルフエルネス（Ｒ，Ｃ，Ａｌ
ｆｅｒｎｅｓｓ ）の論文重みつき結合を使用する偏光
に無関係な光方向性結合スイッチ″には、偏光に無関係
な光方向性結合器が提案されている。しかし、これは光
導波路の製造に高い確度を必要とする。また、ライトウ
ェーブ・テクノロジー誌（Ｌｉｏｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｏｙ） 、１９８４年２月のＶｏｌ、 Ｌ
Ｔ−２Ｎα１に掲載されているレオン・マツクカウハン
（Ｌｅｏｎ Ｈｃ Ｃａｕｇｈａｎ ）の論文′１λ−
１，３μｍにおいて偏光に関係のない光結合器″には、
前記のものよりやや簡単で偏光に関係のない光結合器を
提案しているが、このものは切替特性が劣っている。前
述した二つの光電子素子についての大きな共通の欠点は
、伝送光パルスに対する上部境界周波数が低いことであ
る。これは、結晶構造に対する光導波路の向きによって
、光波の互いに直角な二つの偏光方向が光導波路中で異
なる屈折率に影響されるからである。従って二つの偏光
方向は光導波路中を異なる速度で伝搬するのでパルスの
伸長がおこって、これが上部パルス周波数を制限する。
（発明の要約）
本発明に従って結晶材料の向きを選択し、電極を取付け
ることによって、偏光に無関係な光電子結合器が得られ
、その結合器のＭ造確度は限定されたものでありまた高
い上部境界周波数をもつので、前述した難点は克服され
る。本発明の特徴は特許請求の範囲に示しである。
ることによって、偏光に無関係な光電子結合器が得られ
、その結合器のＭ造確度は限定されたものでありまた高
い上部境界周波数をもつので、前述した難点は克服され
る。本発明の特徴は特許請求の範囲に示しである。
（実施例）
第１図に示した従来の光電子方向性結合器は、通常、ニ
オブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムの光電子材料か
らなる単結晶ウェーハ１を含む。
オブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムの光電子材料か
らなる単結晶ウェーハ１を含む。
ウェーハ１の上部表面２には、２個の導波路３を設ける
が、この導波路３は、ウェーハの表面にチタニウムを拡
散して製作できる。導波路は、つ工−ハの一方の平らな
端面に入力があり、他方の平らな端面に出力がある。光
ファイバ７を通って一方の入力４に進入する光波は、出
力５の間に分配−〇 − できる。これは、導波路の相互作用長１−に沿って導波
路３の間におこる結合電磁振動によって通常行われる。
が、この導波路３は、ウェーハの表面にチタニウムを拡
散して製作できる。導波路は、つ工−ハの一方の平らな
端面に入力があり、他方の平らな端面に出力がある。光
ファイバ７を通って一方の入力４に進入する光波は、出
力５の間に分配−〇 − できる。これは、導波路の相互作用長１−に沿って導波
路３の間におこる結合電磁振動によって通常行われる。
導波路間の結合の程度は、導波路間の距ｌ１ｌｆｄを選
択することにＪ：つで選択できる。このよ“うに結合の
長さは変化できるが、その長さは一方の導波路中の光波
が完全に他方の導波路に切替えられるのに必要な相互作
用長しに沿った長さである。結合の長さが相互作用ｆｆ
１Ｌと一致するにうに距１ｌＩＩｄを調節できるので、
一方の導波路の入力に到来する光波を、他方の導波路の
出力から送出することができる。導波路間の結合度は、
相互作用長しに沿って設ける電極８間に電界を加えて、
結晶の屈折率を変化することによって、変化させること
ができる。電界の強さは、導波路間の結合がなくなって
、一方の導波路の入力に到来する光波が同じ導波路の出
力から送出されるように選択することができる。前述し
たように、光波の偏光状態に関係なく、到来光波を方向
性結合器の出力間に切替え可能としたい要望がある。ま
た、方向性結合器は簡単であって、到来光波が高いパル
ス周波数をもつことを可能としたい要望もある。
択することにＪ：つで選択できる。このよ“うに結合の
長さは変化できるが、その長さは一方の導波路中の光波
が完全に他方の導波路に切替えられるのに必要な相互作
用長しに沿った長さである。結合の長さが相互作用ｆｆ
１Ｌと一致するにうに距１ｌＩＩｄを調節できるので、
一方の導波路の入力に到来する光波を、他方の導波路の
出力から送出することができる。導波路間の結合度は、
相互作用長しに沿って設ける電極８間に電界を加えて、
結晶の屈折率を変化することによって、変化させること
ができる。電界の強さは、導波路間の結合がなくなって
、一方の導波路の入力に到来する光波が同じ導波路の出
力から送出されるように選択することができる。前述し
たように、光波の偏光状態に関係なく、到来光波を方向
性結合器の出力間に切替え可能としたい要望がある。ま
た、方向性結合器は簡単であって、到来光波が高いパル
ス周波数をもつことを可能としたい要望もある。
上記の要望は、第２図に示した実施例で、以下に説明す
る方向性結合器によって満足される。この方向性結合器
は、通常、上部の平らな面１２に２個の導波路１３を備
える光電子材料のウェーハ１１を含む。導波路はウェー
ハの一方の端面１６に入力１４があり、他方の端面１６
に出力１５がある。本発明に従って、ウェーハ１１は、
結晶構造に対して特別な方法で向きを定めるものである
が、これについては、あとで第４図、第５図及び第６図
を参照して説明する。また、本発明による方向性結合器
は、上部表面上に導波路の相互作用長「１に沿って主電
極１７と二次電極１８とを具備するが、これらの電極の
断面を第３図に示した。
る方向性結合器によって満足される。この方向性結合器
は、通常、上部の平らな面１２に２個の導波路１３を備
える光電子材料のウェーハ１１を含む。導波路はウェー
ハの一方の端面１６に入力１４があり、他方の端面１６
に出力１５がある。本発明に従って、ウェーハ１１は、
結晶構造に対して特別な方法で向きを定めるものである
が、これについては、あとで第４図、第５図及び第６図
を参照して説明する。また、本発明による方向性結合器
は、上部表面上に導波路の相互作用長「１に沿って主電
極１７と二次電極１８とを具備するが、これらの電極の
断面を第３図に示した。
導波路１３は、ウェーハの結晶材料にりも幾分大きな屈
折率をもち、またバッファ被覆１９で被われる。バッフ
ァ被覆１９の屈折率はウェーハ月利の屈折率より幾分小
さいので、導波路１３の断面にわたって光の均一な強度
分布が得られる。バッファ被覆に適する材料の例として
は、方向性結合器をニオブ酸リチウムで製作するときに
は、酸化カドミウム又は窒化シリコンがある。主電極１
７はバッファ被覆の上に取付（プられて、電気接続導体
２１によって極電圧Ｕｈの電圧源に接続される。
折率をもち、またバッファ被覆１９で被われる。バッフ
ァ被覆１９の屈折率はウェーハ月利の屈折率より幾分小
さいので、導波路１３の断面にわたって光の均一な強度
分布が得られる。バッファ被覆に適する材料の例として
は、方向性結合器をニオブ酸リチウムで製作するときに
は、酸化カドミウム又は窒化シリコンがある。主電極１
７はバッファ被覆の上に取付（プられて、電気接続導体
２１によって極電圧Ｕｈの電圧源に接続される。
この電圧源を接続すると、主電界Ｅｈが主電極間の結晶
中を通過し、また導波路も通過して、それらの屈折率に
影響を与える。主電極から離れたつ工−ハの表面に、主
電極と平行に二次電極１８を設け、これに電気接続導体
２２を接続する。導体２１と２２とは対になって、それ
ぞれの極電圧Ｕ１及びＵ２の電圧源に接続されて、それ
ぞれの導波路中１３を通過する二次電界Ｅ１およびＥ２
を発生する。主電界Ｅｈの方向は、それぞれの導波路に
おいて二次電界の方向と異なる。導波路を通る合成され
た電界の方向は、二次電極に加える電圧Ｕ１及びＵ２を
変化することによって調節できる。調節装置の重要性に
ついては第６図について後で説明する。
中を通過し、また導波路も通過して、それらの屈折率に
影響を与える。主電極から離れたつ工−ハの表面に、主
電極と平行に二次電極１８を設け、これに電気接続導体
２２を接続する。導体２１と２２とは対になって、それ
ぞれの極電圧Ｕ１及びＵ２の電圧源に接続されて、それ
ぞれの導波路中１３を通過する二次電界Ｅ１およびＥ２
を発生する。主電界Ｅｈの方向は、それぞれの導波路に
おいて二次電界の方向と異なる。導波路を通る合成され
た電界の方向は、二次電極に加える電圧Ｕ１及びＵ２を
変化することによって調節できる。調節装置の重要性に
ついては第６図について後で説明する。
本発明によるウェーハ１１はその材料の結晶構造につい
て、特定の向きをもたせることを、まえに述べた。ウェ
ーハ月利、例えば、ニオブ酸リチウムは第４図の略図に
示したような結晶構造をもつが、第４図には、この材料
に通常使用される六角形単位セルについての直角右手座
標系Ｘ、Ｙ。
て、特定の向きをもたせることを、まえに述べた。ウェ
ーハ月利、例えば、ニオブ酸リチウムは第４図の略図に
示したような結晶構造をもつが、第４図には、この材料
に通常使用される六角形単位セルについての直角右手座
標系Ｘ、Ｙ。
Ｚの向きとどもに関連する結晶軸ａ、ｂ、ｃ座標系も示
した。この座標系における座標軸は、Ｘ軸が結晶ａ軸の
方向に向き、またＺ軸が光軸である結晶Ｃ軸の方向を向
くように選定しである。ニオブ酸リチウムについての結
晶構造の詳細な説明は、１９６６年パーガモン・プレス
社（ＰｅｒｇａＩ！１ｏｎｐｒｅｓｓ）発行 ジャーナ
ル・フィジカル・ケミストリ・ソリツズ（Ｊ、 Ｐｈｙ
ｓ、 ｃｈｅｍ、 ５ｏｌｉｄｓ ）Ｖｏ１２７． ９
９７ページから１０１２ページまテノ゛強誘電体ニオブ
酸リチウム、単結晶の２７１℃におけるＸ線回折の研究
″に記）ボされている。ニオブ酸リチウムは複屈折率を
もち、その屈折率は第５図に示した回転楕円体で表わさ
れる。この楕円体とＸ−Ｙ平面との交線は一つの円であ
り、またこの楕円体とＸ−７平面との交線は一つの楕円
であり、その楕円の長軸は前記円の直径である。Ｚ軸方
向の単色光ビームＰ１は結晶中で円の半径に対応する大
きさの屈折率によって影響をうける。
した。この座標系における座標軸は、Ｘ軸が結晶ａ軸の
方向に向き、またＺ軸が光軸である結晶Ｃ軸の方向を向
くように選定しである。ニオブ酸リチウムについての結
晶構造の詳細な説明は、１９６６年パーガモン・プレス
社（ＰｅｒｇａＩ！１ｏｎｐｒｅｓｓ）発行 ジャーナ
ル・フィジカル・ケミストリ・ソリツズ（Ｊ、 Ｐｈｙ
ｓ、 ｃｈｅｍ、 ５ｏｌｉｄｓ ）Ｖｏ１２７． ９
９７ページから１０１２ページまテノ゛強誘電体ニオブ
酸リチウム、単結晶の２７１℃におけるＸ線回折の研究
″に記）ボされている。ニオブ酸リチウムは複屈折率を
もち、その屈折率は第５図に示した回転楕円体で表わさ
れる。この楕円体とＸ−Ｙ平面との交線は一つの円であ
り、またこの楕円体とＸ−７平面との交線は一つの楕円
であり、その楕円の長軸は前記円の直径である。Ｚ軸方
向の単色光ビームＰ１は結晶中で円の半径に対応する大
きさの屈折率によって影響をうける。
屈折率の大きさは、光ビームの偏光方向には無関係であ
って、あらゆる偏光方向の光ビームは結晶中を同一の速
度で伝搬する。Ｘ−Ｙ平面内の平面偏光単色光ビームＰ
２は、Ｘ−Ｙ平面に偏光面の傾斜角αによって定まる大
きさの屈折率によって影響をうける。同一の方向であっ
ても異なる偏光面をもつ光ビームは結晶中を異なる速度
で伝搬する。その結果として異なる偏光方向の光を含む
光パルスは、光ビームの方向がＺ軸方向から大きくずれ
るときは、結晶を通過するときパルスが長くなる。パル
スが長くなると、結晶材料から製作した素子が動作でき
る最高パルス周波数を制限する。
って、あらゆる偏光方向の光ビームは結晶中を同一の速
度で伝搬する。Ｘ−Ｙ平面内の平面偏光単色光ビームＰ
２は、Ｘ−Ｙ平面に偏光面の傾斜角αによって定まる大
きさの屈折率によって影響をうける。同一の方向であっ
ても異なる偏光面をもつ光ビームは結晶中を異なる速度
で伝搬する。その結果として異なる偏光方向の光を含む
光パルスは、光ビームの方向がＺ軸方向から大きくずれ
るときは、結晶を通過するときパルスが長くなる。パル
スが長くなると、結晶材料から製作した素子が動作でき
る最高パルス周波数を制限する。
高い上限パルス周波数をもつ素子を得るためには、第６
図に示した例のように、導波路１３の向きが実質的にＺ
軸の方向に一致するように、ウェーハ１１の向きが選択
される。そうすると光波中の振動モードで、上部平面１
２に直角な偏光面をもつＴＥモードと上部平面１２内に
偏光面をもつＴＭモードは導波路１３内で同一の伝搬速
度をもつようになる。
図に示した例のように、導波路１３の向きが実質的にＺ
軸の方向に一致するように、ウェーハ１１の向きが選択
される。そうすると光波中の振動モードで、上部平面１
２に直角な偏光面をもつＴＥモードと上部平面１２内に
偏光面をもつＴＭモードは導波路１３内で同一の伝搬速
度をもつようになる。
第１図について、方向性結合器における導波路間の結合
度は、結晶中の電界によって影響されることをさきに述
べた。電界は第５図に示した屈折率楕円体の形状を変化
させるが、これは弱電界に対するポッケルス効果（Ｐｏ
ｃｋｅｌ’ｓ ｅｆｆｅｃｔ ）として知られている。
度は、結晶中の電界によって影響されることをさきに述
べた。電界は第５図に示した屈折率楕円体の形状を変化
させるが、これは弱電界に対するポッケルス効果（Ｐｏ
ｃｋｅｌ’ｓ ｅｆｆｅｃｔ ）として知られている。
この効果についてさらに詳細な説明は、１９７４年ニュ
ーヨークとロンドンのアカデミツクφプレス（＾ｃａｄ
ｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）社から発行された、カミノフ（
にａｍｉｎｏｖ ）の“電子光デバイ′ス入門（Ａｎ
１ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｏｐ
ｔｉｃｄｅｖｉｃｅｓ ） ”に記述されている。屈折
率変化は、通常の三次元の場合、数学的に２７テンソル
成分をもつ３階テンソルで表わされる。これらの成分は
通常、γ１ｊ、、と表わされ、添字１．ｊ及びｋは、１
．２又は３の値である。添字は、第６図に示したように
選定された方向をもつＸ 軸、Ｘ２軸及びＸ３軸をもつ
直角右手座標系に関係する。Ｘ１軸は上部表面１２に平
行でかつ導波路１３に直角であり、Ｘ２軸は上部表面１
２に直角であり、またＸ３軸は導波路１３に平行である
。テンソル成分子ｉｊ、には、電位差に対する長さくメ
ートルスラッシュボルト）の物理的ディメンションをも
つもので、電界によって大川される振動モード間の結合
度による変化量である。テンソルのすべての２７成分が
関係する最も一般の場合でも、本発明による方向性結合
器によって取扱う特別な場合には、極めて簡易化される
。第６図によると、導波路は×３軸方向に延びるので、
導波路中の光波は×１−×２平面だけに電界ベクトルを
もつ。同様に電極間に加えられる電界Ｅ１．Ｅ２．Ｅｈ
も、第３図に示したようにｘ −×２平面内だけに成分
をもつ。従って、問題は２次元に縮小されて、関係する
成分子ｉｊ、にの数も８個、すなわち、γ１２，１’７
１２．２°γ２１，１− ２１．２’ １１，１°７
１１，２゜γ γ γ２２．１及びγ２２．２に減少する。対称の場合には
、γ１２，１−γ２１，２及びγ１２，２−γ２１，２
となる（７）Ｔ・成分の数はさらに減少する。残るテン
ソル成分子ｉｊ、ｋが、第２図及び第６図のウェーハ１
の屈折率が外部電界Ｅｈ：Ｅ１及びＥ２によってどのよ
うに変化されるかを表わす。ウェーハ１１の異なる向き
におけるテンソル成分の大きさは、２つの座標系Ｘ、Ｙ
、Ｚとｘ 、ｘ２．ｘ３との間の座標変換によって決
定される。前述したように、方向性結合器が偏光に無関
係であることが要望事項である。本発明に従って、この
要望事項は、単結晶ウェーハ１１の向きを以下に）ホベ
る方法で選定することによって満足される。テンソル成
分子１１，２は２つの導波路１３内のＴＥモモ−間の結
合を定める屈折率の変化を表わし、また対応する方法で
７Ｍモード間の結合を定めるテンソル成分子２２，２と
しても同じ絶対値が用いられる。テンソル成分子
γ 及びγ はすべてゼロに１１．１・ ２２，１
１２．２ なる。前述した座標変換を行うことによって、問題とす
る光電子結晶材料に対して、そのようなテンソル成分の
選択が可能なことを示すことができる。しかしながら、
７ＭモードとＴＥモモ−間の結合を定めるテンソル成分
子１２．１はゼロとは異なることが判明した。２つの別
のモード間にこの結合が存在すると、方向性結合器は偏
光に無関係とはならない。本発明に従って、この結合は
、第３図について説明した二次電界Ｅ１及びＥ２によつ
て打消し作用をう＆」る。二次電界の強さは、導波路１
３を通る合成電界の方向がつ■−ハ１１の上部表面１２
に対し直角となるように変化することができる。それに
よってテンソル成分子１２，１で表わされる結晶の屈折
率への影響は抑止されるので、ＴＥモードとＴＭモモ−
間の結合は完全に消失する。前述したようにウェーハ１
１の向きを選択することによって、方向性結合器を偏光
に無関係とする要求に適合するばかりでなく、第５図に
ついてさきに述べたように導波路の方向を実質上光軸の
方向に一致させる要求にも適合することができるが、こ
れについてはニオブ酸リチウムの方向性結合器について
さらに詳しく説明する。前述したように座標系Ｘ１ 、
Ｘ２ 、Ｘ３ とＸ、Ｙ、Ｚと（７）間の変換をこの材
料について実施するときは、基本的に単結晶ウェーへの
二つの別個の向きが１ｎられる。これらの向きのうちの
一つとしてＸ軸が×１軸と同じ方向をもち、Ｙ軸は×２
軸と同じ方向をもち、またＹ軸が×３軸と同じ方向をも
つものを第６図に示した。この場合、テンソル成分は次
の値になる。
ーヨークとロンドンのアカデミツクφプレス（＾ｃａｄ
ｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）社から発行された、カミノフ（
にａｍｉｎｏｖ ）の“電子光デバイ′ス入門（Ａｎ
１ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｏｐ
ｔｉｃｄｅｖｉｃｅｓ ） ”に記述されている。屈折
率変化は、通常の三次元の場合、数学的に２７テンソル
成分をもつ３階テンソルで表わされる。これらの成分は
通常、γ１ｊ、、と表わされ、添字１．ｊ及びｋは、１
．２又は３の値である。添字は、第６図に示したように
選定された方向をもつＸ 軸、Ｘ２軸及びＸ３軸をもつ
直角右手座標系に関係する。Ｘ１軸は上部表面１２に平
行でかつ導波路１３に直角であり、Ｘ２軸は上部表面１
２に直角であり、またＸ３軸は導波路１３に平行である
。テンソル成分子ｉｊ、には、電位差に対する長さくメ
ートルスラッシュボルト）の物理的ディメンションをも
つもので、電界によって大川される振動モード間の結合
度による変化量である。テンソルのすべての２７成分が
関係する最も一般の場合でも、本発明による方向性結合
器によって取扱う特別な場合には、極めて簡易化される
。第６図によると、導波路は×３軸方向に延びるので、
導波路中の光波は×１−×２平面だけに電界ベクトルを
もつ。同様に電極間に加えられる電界Ｅ１．Ｅ２．Ｅｈ
も、第３図に示したようにｘ −×２平面内だけに成分
をもつ。従って、問題は２次元に縮小されて、関係する
成分子ｉｊ、にの数も８個、すなわち、γ１２，１’７
１２．２°γ２１，１− ２１．２’ １１，１°７
１１，２゜γ γ γ２２．１及びγ２２．２に減少する。対称の場合には
、γ１２，１−γ２１，２及びγ１２，２−γ２１，２
となる（７）Ｔ・成分の数はさらに減少する。残るテン
ソル成分子ｉｊ、ｋが、第２図及び第６図のウェーハ１
の屈折率が外部電界Ｅｈ：Ｅ１及びＥ２によってどのよ
うに変化されるかを表わす。ウェーハ１１の異なる向き
におけるテンソル成分の大きさは、２つの座標系Ｘ、Ｙ
、Ｚとｘ 、ｘ２．ｘ３との間の座標変換によって決
定される。前述したように、方向性結合器が偏光に無関
係であることが要望事項である。本発明に従って、この
要望事項は、単結晶ウェーハ１１の向きを以下に）ホベ
る方法で選定することによって満足される。テンソル成
分子１１，２は２つの導波路１３内のＴＥモモ−間の結
合を定める屈折率の変化を表わし、また対応する方法で
７Ｍモード間の結合を定めるテンソル成分子２２，２と
しても同じ絶対値が用いられる。テンソル成分子
γ 及びγ はすべてゼロに１１．１・ ２２，１
１２．２ なる。前述した座標変換を行うことによって、問題とす
る光電子結晶材料に対して、そのようなテンソル成分の
選択が可能なことを示すことができる。しかしながら、
７ＭモードとＴＥモモ−間の結合を定めるテンソル成分
子１２．１はゼロとは異なることが判明した。２つの別
のモード間にこの結合が存在すると、方向性結合器は偏
光に無関係とはならない。本発明に従って、この結合は
、第３図について説明した二次電界Ｅ１及びＥ２によつ
て打消し作用をう＆」る。二次電界の強さは、導波路１
３を通る合成電界の方向がつ■−ハ１１の上部表面１２
に対し直角となるように変化することができる。それに
よってテンソル成分子１２，１で表わされる結晶の屈折
率への影響は抑止されるので、ＴＥモードとＴＭモモ−
間の結合は完全に消失する。前述したようにウェーハ１
１の向きを選択することによって、方向性結合器を偏光
に無関係とする要求に適合するばかりでなく、第５図に
ついてさきに述べたように導波路の方向を実質上光軸の
方向に一致させる要求にも適合することができるが、こ
れについてはニオブ酸リチウムの方向性結合器について
さらに詳しく説明する。前述したように座標系Ｘ１ 、
Ｘ２ 、Ｘ３ とＸ、Ｙ、Ｚと（７）間の変換をこの材
料について実施するときは、基本的に単結晶ウェーへの
二つの別個の向きが１ｎられる。これらの向きのうちの
一つとしてＸ軸が×１軸と同じ方向をもち、Ｙ軸は×２
軸と同じ方向をもち、またＹ軸が×３軸と同じ方向をも
つものを第６図に示した。この場合、テンソル成分は次
の値になる。
γ１１，１＝０
γ２２，１−０
γ１２，１＝５−７ｘ１０ ｍ／Ｖ
γ２２．＝５．７ｘｌＯｍ／Ｖ
ニオブ酸リヂすムの対称特性から、単結晶つ工−ハ１１
には、第６図に示した向きと同等な別の向きがある。そ
の場合、Ｙ軸の方向は変化ないが、Ｘ軸は６０度間隔の
６個の位置があり、そのうちの一つの位置が第６図に示
した位置である。これら二つの向きのうちの第２の向き
を第７図に示した。単結晶ウェーハ３１は、第６図につ
いて述べた方法で、上部表面３２に導波路３３を備え、
座標系Ｘ、Ｘ、Ｘ３は第７図に示した向きとする。結晶
の座標系Ｘ、Ｙ、Ｚは次のような向きと−１６＝ する。Ｘ軸は×１軸に平行であるが負の方向に向ける。
には、第６図に示した向きと同等な別の向きがある。そ
の場合、Ｙ軸の方向は変化ないが、Ｘ軸は６０度間隔の
６個の位置があり、そのうちの一つの位置が第６図に示
した位置である。これら二つの向きのうちの第２の向き
を第７図に示した。単結晶ウェーハ３１は、第６図につ
いて述べた方法で、上部表面３２に導波路３３を備え、
座標系Ｘ、Ｘ、Ｘ３は第７図に示した向きとする。結晶
の座標系Ｘ、Ｙ、Ｚは次のような向きと−１６＝ する。Ｘ軸は×１軸に平行であるが負の方向に向ける。
Ｙ軸は×２−×３平面内にあるが×３軸から上向きに角
度β−１０，１５度の向きとする。
度β−１０，１５度の向きとする。
テンソル成分は次の値となる。
γ１１，１−Ｏ
γ２２，１−０
’ｒ１２．＝１１．２５ｘｌＯｍ／Ｖ
γ２２，２＝７．４ｘ１０ ｍ／Ｖニオブ酸リヂす
ムの対称特性から、単結晶つ工−ハ３１にも、同等な向
きが存在する。Ｙ軸は第７図に示した方向、すなわち×
−×３面内にあつて、破線矢印で示したように下側に
向ける。Ｘ軸はウェーハの上部表面に平行であって、６
０度間隔に６個の位置をもち、それらの位置の一つを第
７図に示した。
ムの対称特性から、単結晶つ工−ハ３１にも、同等な向
きが存在する。Ｙ軸は第７図に示した方向、すなわち×
−×３面内にあつて、破線矢印で示したように下側に
向ける。Ｘ軸はウェーハの上部表面に平行であって、６
０度間隔に６個の位置をもち、それらの位置の一つを第
７図に示した。
ニオブ酸リチウム方向性結合器についてこれまでに述べ
た二つの実施例では、単結晶ウェーへの向き及びテンソ
ル成分のサイズは光の波長λ−１．３μｍの場合、適用
できる。二つの実施例とも導波路中の光波は実質上、光
軸すなわちＹ軸の方向に伝搬するので、異なる偏光方向
をもつ光波でも同じ速度で伝搬する。二つのテンソル成
分子１１，２とγ２２，２どは同一の絶対値をもつので
、二つの導波路におけるＴＦモードとＴＭモモ−間の結
合は、導波路を通る電界ににって同程度に変化される。
た二つの実施例では、単結晶ウェーへの向き及びテンソ
ル成分のサイズは光の波長λ−１．３μｍの場合、適用
できる。二つの実施例とも導波路中の光波は実質上、光
軸すなわちＹ軸の方向に伝搬するので、異なる偏光方向
をもつ光波でも同じ速度で伝搬する。二つのテンソル成
分子１１，２とγ２２，２どは同一の絶対値をもつので
、二つの導波路におけるＴＦモードとＴＭモモ−間の結
合は、導波路を通る電界ににって同程度に変化される。
テンソル成分子１２，１はゼロとは異なる値となるが、
その効果は二次電界Ｅ１およびＥ２によつて抑止される
。このにうにして方向性結合器は偏光に無関係でありま
た、高い上部境界周波数をもつ。この方向性結合器はそ
の製造に限られた確度だけが要求されるという利点があ
る。電極の形状にわずかの相異があっても、二次電界の
強さを変化することによって補償することができる。
その効果は二次電界Ｅ１およびＥ２によつて抑止される
。このにうにして方向性結合器は偏光に無関係でありま
た、高い上部境界周波数をもつ。この方向性結合器はそ
の製造に限られた確度だけが要求されるという利点があ
る。電極の形状にわずかの相異があっても、二次電界の
強さを変化することによって補償することができる。
本発明は、第８図に略図で示したように、主電極４１と
二次電極４２とが相互作用長Ｌ２に沿って八りの区間を
もつ分割された方向性結合器４゜に適用することができ
る。この型式の電極についての説明は、ＩＦＥＥジャー
ナル・オ・ブ・カンタムエレクロトニクス（ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＱＵａｎｔｌＪＩＥｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ）の１９７６年７月、Ｖｏｌ、 ＱＥ−１
２ニエツチ・コゲルニック（Ｈ，Ｋｏｇｅｌｎｉｋ ＞
とアール争シュミット（Ｒ，Ｓｃｈｍｉｄｔ）の論文“
交番Δβをもつ切替方向性結合器（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ
ＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＣｏｕｐｌｅｒｓ ｗｉｔｈ
Ａｌｔｅｒｎｖｔｉｎｇ Ａ （３） ” ニ記述さ
れている。これらの電極は、その製造に関する確度要求
が比較的低いという利点がある。
二次電極４２とが相互作用長Ｌ２に沿って八りの区間を
もつ分割された方向性結合器４゜に適用することができ
る。この型式の電極についての説明は、ＩＦＥＥジャー
ナル・オ・ブ・カンタムエレクロトニクス（ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＱＵａｎｔｌＪＩＥｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ）の１９７６年７月、Ｖｏｌ、 ＱＥ−１
２ニエツチ・コゲルニック（Ｈ，Ｋｏｇｅｌｎｉｋ ＞
とアール争シュミット（Ｒ，Ｓｃｈｍｉｄｔ）の論文“
交番Δβをもつ切替方向性結合器（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ
ＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＣｏｕｐｌｅｒｓ ｗｉｔｈ
Ａｌｔｅｒｎｖｔｉｎｇ Ａ （３） ” ニ記述さ
れている。これらの電極は、その製造に関する確度要求
が比較的低いという利点がある。
第１図は従来の光電子方向性結合器の斜視図、第２図は
本発明による方向性結合器の斜視図、第３図は本発明に
よる電極をつけた方向性結合器の斜視図、第４図はニオ
ブ酸リチウムの六角形結晶構造をポリ略図、第５図はニ
オブ酸リチウムの屈折率の値を表わす回転楕円体の図、
第６図は、本発明に従って結晶構造の向きを定めた方向
性結合器の一部を示す斜視図、第７図は結晶材料の軸を
本発明による別の向きに定めた方向性結合器の斜視略図
、及び第８図は本発明による分割された電極を備える方
向性結合器の図である。 （符号の説明） １．１１．３１・・・・・・単結晶ウェーハ２．１２．
３２・・・−１部表面 ３．１３．３３・・・・・・光導波路 ４．１４・・・・・・入力 ５，１５・・・・・・
出力６．１６・旧・・端面 ７・・・・・・光ファ
イバ８・・・・・・電極 １７．４１・・・
・・・主電極１８．４２・・・・・・二次電極 １９・・・・・・バッファ被覆 ２１・・・・・・電気
接続導体４０・・・・・・方向性結合器
本発明による方向性結合器の斜視図、第３図は本発明に
よる電極をつけた方向性結合器の斜視図、第４図はニオ
ブ酸リチウムの六角形結晶構造をポリ略図、第５図はニ
オブ酸リチウムの屈折率の値を表わす回転楕円体の図、
第６図は、本発明に従って結晶構造の向きを定めた方向
性結合器の一部を示す斜視図、第７図は結晶材料の軸を
本発明による別の向きに定めた方向性結合器の斜視略図
、及び第８図は本発明による分割された電極を備える方
向性結合器の図である。 （符号の説明） １．１１．３１・・・・・・単結晶ウェーハ２．１２．
３２・・・−１部表面 ３．１３．３３・・・・・・光導波路 ４．１４・・・・・・入力 ５，１５・・・・・・
出力６．１６・旧・・端面 ７・・・・・・光ファ
イバ８・・・・・・電極 １７．４１・・・
・・・主電極１８．４２・・・・・・二次電極 １９・・・・・・バッファ被覆 ２１・・・・・・電気
接続導体４０・・・・・・方向性結合器
Claims (4)
- （１）上部表面に設けた光導波路と前記光導波路の相互
作用距離に沿つて設けた電極とを具備する光電子材料の
単結晶ウェーハを含み、前記ウェーハの結晶材料のもつ
光軸、すなわち結晶ｃ軸は、屈折率が一定の値であるの
で、この軸方向に入射する光線は光線の偏光方向に無関
係な屈折率によつて影響を受け、他の方向における結晶
の屈折率は光軸を回転軸とする屈折率楕円体によつて決
定され、前記結晶は光軸に直角で結晶格子によつて定ま
る軸（結晶ａ軸）をもつ偏光に無関係な光電子方向性結
合器であつて、 前記電極には、相互作用距離（Ｌ＿１）に沿つて実質上
光導波路（１３）を覆う主電極（１７）と、前記主電極
（１７）から離れている二次電極（１８）とを含み、前
記主電極（１７）は二次電極（１８）の間に配置されて
おり、これらの電極によつて電界（Ｅ＿ｎ、Ｅ＿１、Ｅ
＿２）が発生され、各光導波路内における合成電界は上
部表面（１２）に直角となるので、光軸（Ｃ、Ｚ）は光
導波路（１３）の縦方向を含む面（Ｘ＿２−Ｘ＿３）内
にあつて、上部表面（１２）に直角であり、かつ、前記
光軸（Ｃ、Ｚ）は一方が上部表面（１２）に平行であり
他方が上部表面と１５度以内の角度（β）となる２つの
極限位置の間に向けるものであり、また前記ａ軸は、６
０度間隔の６個の交互位置をとることができ、前記交互
位置の一つは上部表面と平行することを特徴とする前記
の偏光に無関係な光電子方向性結合器。 - （２）特許請求の範囲第１項において、前記光軸（Ｃ、
Ｚ）が前記ウェーハの上部表面と平行であることを特徴
とする偏光に無関係な光電子方向性結合器。 - （３）特許請求の範囲第１項において、前記上部表面（
１２）と前記光軸（Ｃ、Ｚ）との間の角度（β）が１０
．１５度であつて、方向性結合器が光波長１．３μｍに
適合していることを特徴とする偏光に無関係な光電子方
向性結合器。 - （４）特許請求の範囲、第１項から第３項までのいずれ
かの項において、前記単結晶ウェーハ（１１）の材料が
ニオブ酸リチウムであることを特徴とする偏光に無関係
な光電子方向性結合器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8503825-5 | 1985-08-15 | ||
| SE8503825A SE450173B (sv) | 1985-08-15 | 1985-08-15 | Polarisationsoberoende elektrooptisk omkopplare |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6239826A true JPS6239826A (ja) | 1987-02-20 |
| JPH0758375B2 JPH0758375B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=20361108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61182874A Expired - Lifetime JPH0758375B2 (ja) | 1985-08-15 | 1986-08-05 | 偏光に無関係な光電子方向性結合器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4756588A (ja) |
| JP (1) | JPH0758375B2 (ja) |
| DE (1) | DE3626060C2 (ja) |
| FR (1) | FR2586303B1 (ja) |
| GB (1) | GB2179465B (ja) |
| SE (1) | SE450173B (ja) |
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| JPH01118821A (ja) * | 1987-11-02 | 1989-05-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波型光スイッチ |
| JPH02204728A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-14 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 偏光無依存性光スイッチ |
| JPH04237016A (ja) * | 1991-01-22 | 1992-08-25 | Nec Corp | 光制御デバイス |
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