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JPH0721595B2 - Waveguide type optical switch - Google Patents
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JPH0721595B2 - Waveguide type optical switch - Google Patents

Waveguide type optical switch

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JPH0721595B2
JPH0721595B2 JP62098853A JP9885387A JPH0721595B2 JP H0721595 B2 JPH0721595 B2 JP H0721595B2 JP 62098853 A JP62098853 A JP 62098853A JP 9885387 A JP9885387 A JP 9885387A JP H0721595 B2 JPH0721595 B2 JP H0721595B2
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directional coupler
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substrate
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    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/29Devices 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
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光通信用の光制御素子に関し、とくに素子の
特性が入射光の偏光状態に依存しない導波路型光制御デ
バイスに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical control element for optical communication, and more particularly to a waveguide type optical control device whose characteristics do not depend on the polarization state of incident light.

(従来の技術) 光通信システムの実用化が進み、大容量や多機能を持つ
さらに高度のシステムへと開発が進められている。光伝
送網の交換機能、光データバスにおける端末間の高速接
続、切り替え等の新たな機能が求められており、それら
を可能にする光スイッチングネットワークの必要性が高
まってきている。
(Prior Art) Practical application of optical communication systems has progressed, and development has been advanced into more advanced systems having large capacity and multiple functions. New functions such as a switching function of an optical transmission network, a high-speed connection between terminals in an optical data bus, and switching are required, and the need for an optical switching network that enables them is increasing.

現在実用されている光スイッチは、プリズム、ミラー、
ファイバ等を機械的に移動させるものであり、低速で信
頼性が不十分であること、形状が大きくマトリクス化に
は不適当などの欠点がある。これを解決する手段として
開発が進められているものは、基板上に設置した光導波
路を用いた導波型のスイッチであり、高速、多素子の集
積化が可能、高信頼などの特長がある。特にLiNbO3結晶
などの強誘電体材料を用いたものは、光吸収が小さく低
損失であること、大きな電気光学効果を有しているため
高能率であるなどの特長を持つ。
Currently used optical switches are prisms, mirrors,
It is a means for mechanically moving a fiber or the like, and has drawbacks such as low speed and insufficient reliability, large shape, and unsuitable for matrix formation. What is being developed as a means to solve this is a waveguide type switch that uses an optical waveguide installed on a substrate, and has features such as high speed, multi-element integration, and high reliability. . In particular, a material using a ferroelectric material such as LiNbO 3 crystal has features such as low light absorption and low loss, and high efficiency because it has a large electro-optical effect.

一般に光スイッチは光伝送路中に挿入され、光ファイバ
中を伝送された光信号の光路を切り替えるために使用さ
れる場合が多い。高速、大容量の光通信システムでは光
ファイバとして単一モード光ファイバが使用される。単
一モードファイバ中を通過した光波は、一般に楕円偏光
であり、またその偏光状態も時間的に変動する。これま
での導波型の光スイッチでは、電圧、クロストークなど
のスイッチ特性は、入射光の偏光状態に大きく依存す
る。このため、光ファイバ伝送路の途中にこの導波型光
スイッチを挿入することは困難である。
In general, an optical switch is often inserted in an optical transmission path and used to switch the optical path of an optical signal transmitted through an optical fiber. In a high speed, large capacity optical communication system, a single mode optical fiber is used as the optical fiber. A light wave that has passed through a single-mode fiber is generally elliptically polarized, and its polarization state also changes with time. In conventional waveguide type optical switches, switch characteristics such as voltage and crosstalk largely depend on the polarization state of incident light. Therefore, it is difficult to insert this waveguide type optical switch in the middle of the optical fiber transmission line.

従来の導波型光スイッチの特性に偏光依存性が生じる原
因は、結晶基板の持つ屈折率及び用いる電気光学定数に
異方性があることである。例えば代表的な例として、z
板ニオブ酸リチウム結晶にTi拡散光導波路を導き、導波
路上に設けた電極間の電解EZを介して生ずる屈折率の変
化ΔnZ、ΔnYを通じて、導波路を伝搬する光波モードT
M、TE波に位相定数変化を与えるデバイスを想定したと
き、電解EZとこれによって生ずる屈折率変化ΔnZ、ΔnY
との間を結び付ける比例定数は、(ne3r33)/2、(n0 3r
13)/2である。これらの大きさの比はおおよそ3:1であ
って、電界によって生ずる位相差は3倍異なるため、TM
波に対しては充分な電界強度であってもTE波にたいして
は、更に2倍の電界強度を余計に必要とする。
The cause of the polarization dependence of the characteristics of the conventional waveguide type optical switch is that the refractive index of the crystal substrate and the electro-optic constant used have anisotropy. For example, as a typical example, z
A light wave mode T propagating in a waveguide is introduced through a Ti diffusion optical waveguide in a plate lithium niobate crystal and changes in the refractive index Δn Z and Δn Y that occur through the electrolytic E Z between the electrodes provided on the waveguide.
Assuming a device that changes the phase constant of M and TE waves, the electrolytic E Z and the refractive index changes Δn Z and Δn Y caused by it
The proportional constants that connect between and are (ne 3 r 33 ) / 2, (n 0 3 r
13 ) / 2. The ratio of these magnitudes is approximately 3: 1 and the phase difference caused by the electric field is three times different, so TM
Even if the electric field strength is sufficient for waves, it is necessary to double the electric field strength for TE waves.

これを改良するため、異方性の少ない結晶方位を用いる
デバイス方式として、y板ニオブ酸リチウム結晶を基板
とし、導波路方向即ち光透過方向をz軸に選んで方向性
結合型光スイッチを構成する発明がある。このデバイス
の方式ではTM、TE波に関係する結晶の屈折率がいずれも
常光線屈折率n0であり、さらに、基板の深さ方向への印
加電界成分EYに関与する電気光学定数は両方ともr22
あることと相まって、電界EYによって生ずる屈折率の変
化の絶対値はほぼ等しく、入射光の偏光に依存しない導
波型デバイスを構成できることが期待される。
In order to improve this, as a device method using a crystal orientation with little anisotropy, a y-plate lithium niobate crystal is used as a substrate, and a waveguide direction, that is, a light transmission direction is selected as the z axis to form a directional coupling type optical switch. There is an invention to do. In this device system, the refractive index of crystals related to TM and TE waves is the ordinary ray refractive index n 0 , and the electro-optic constants involved in the applied electric field component E Y in the depth direction of the substrate are both Combined with the fact that both are r 22 , the absolute values of the changes in the refractive index caused by the electric field E Y are almost equal, and it is expected that a waveguide device that does not depend on the polarization of incident light can be constructed.

しかしながら、既に明らかになっているように、y板ニ
オブ酸リチウム結晶にチャンネル状導波路を形成するこ
とを目的として、z軸方向を長手方向とするTi線条パタ
ンを形成し、これを熱拡散した場合、パタンの長手方向
とは直交する方向即ちx軸方向へのTiの拡散係数は極め
て大きいため、初期の線条パタン幅よりも数倍に広がっ
て拡散し、有効な光閉じ込め効果を持った光導波路を築
くことが難しい。このため数μmの間隙をもった方向性
結合導波路を作ることができず、導波路間隔の極めて広
い結合導波路しか形成することができない。このため、
スイッチング電圧が高くなり、小型のデバイスを得るこ
とが困難である。
However, as has already been clarified, for the purpose of forming a channel-shaped waveguide in a y-plate lithium niobate crystal, a Ti filament pattern having a longitudinal direction in the z-axis direction was formed, and this was subjected to thermal diffusion. In this case, since the diffusion coefficient of Ti in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the pattern, that is, in the x-axis direction is extremely large, it spreads several times wider than the initial linear pattern width and has an effective light confinement effect. It is difficult to build an optical waveguide. Therefore, it is not possible to form a directional coupling waveguide having a gap of several μm, and only a coupling waveguide having an extremely wide waveguide spacing can be formed. For this reason,
The switching voltage becomes high, and it is difficult to obtain a small device.

以上のように、従来の導波型の光スイッチではは入射光
の偏光状態に応じてデバイス特性が大幅に異なるため、
前述のように光ファイバ伝送路の途中にこのデバイスを
挿入することは困難である。
As described above, in the conventional waveguide type optical switch, the device characteristics greatly differ depending on the polarization state of the incident light.
As mentioned above, it is difficult to insert this device in the middle of the optical fiber transmission line.

(発明の目的) 本発明の目的は、上述の従来の導波型光スイッチの欠点
を取り除き、入射光の偏光状態に特性が依存しない光ス
イッチを提供することにある。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional waveguide type optical switch and to provide an optical switch whose characteristics do not depend on the polarization state of incident light.

(発明の構成) 本発明によれば、ニオブ酸リチウム結晶板に形成された
互いに近接した2本のチャンネル光導波路からなる方向
性結合器と該方向性結合器の近傍に設置された電極より
なり、該方向性結合器の光透過方向を前記結晶板のC軸
と等しくし、基板の全面に不純物を拡散したうえに、チ
ャンネルとすべき部位以外の部位に基板表面からイオン
交換を施して前記方向性結合器を構成する光導波路を設
けることによって入射光の偏光状態に特性が依存しない
導波路型光スイッチが得られる。
(Structure of the Invention) According to the present invention, a directional coupler composed of two channel optical waveguides formed in a lithium niobate crystal plate and adjacent to each other, and an electrode installed in the vicinity of the directional coupler. The light transmission direction of the directional coupler is set to be the same as the C axis of the crystal plate, impurities are diffused over the entire surface of the substrate, and ion exchange is performed from the surface of the substrate to a portion other than a portion to be a channel. By providing the optical waveguide forming the directional coupler, a waveguide type optical switch whose characteristics do not depend on the polarization state of incident light can be obtained.

また第2の本発明によれば、ニオブ酸リチウム結晶板に
形成された互いに近接した2本のチャンネル光導波路か
らなる方向性結合器と該方向性結合器の近傍に設置され
た電極よりなり、該方向性結合器の光透過方向を前記結
晶板のC軸と等しくし、チャンネルとすべき部位のみに
基板表面より不純物を拡散し、さらに該部位以外の部位
に基板表面からイオン交換を施して前記方向性結合器を
構成する光導波路を設けることによって、入射光の偏光
状態に特性が依存しない導波路方光スイッチが得られ
る。
According to a second aspect of the present invention, the directional coupler includes two channel optical waveguides formed on a lithium niobate crystal plate and adjacent to each other, and an electrode installed near the directional coupler. The direction of light transmission of the directional coupler is made equal to the C-axis of the crystal plate, impurities are diffused from the substrate surface only in the portions to be channels, and ion exchange is performed from the substrate surface to the portions other than the portions. By providing the optical waveguide forming the directional coupler, a waveguide optical switch whose characteristics do not depend on the polarization state of incident light can be obtained.

(実施例1) 以下本発明を実施例に基づき図面を用いて詳細に説明す
る。
Example 1 The present invention will be described in detail below based on examples with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例である方向性結合器型光スイ
ッチの構造を示す上面図である。11はLiNbO3結晶板であ
り、基板方位はy板(即ち基板に立てた法線はy軸)、
光透過方向は結晶のz軸に選んである。結晶基板上に近
接した2本の光導波路と、これらの導波路の上に設け、
その間にスイッチ電圧を印加するための電極4、5で構
成されている。この方向性結合器によって経路をスイッ
チさせる光6は一方の導波路3から入射する。この方向
性結合器の光透過方向の長さは、偏光状態が不定の入射
光6のTE,TM両モードに対してほぼ完全結合長(ある特
定のモードに対して一方の導波路中の光パワーが他方の
導波路に総て移行するために必要な結合器の長さ)とな
るように設定されており、今、上記電極に電圧を印加し
ない状態では、一方の導波路3から入射した光は、他方
の導波路2にそのパワーを総て移行させている。ここで
上記電極に電圧を印加すると、一方の導波路3から入射
した光は隣接する光導波路2に移行することなく全ての
パワーが自らの導波路を進んでこの方向性結合器を出射
する。TE,TM両成分を持つ偏光状態が不定の導波光を相
互に隣合う導波路にエネルギを残すことなくスイッチさ
せる、即ち偏光状態に依存しないスイッチ特性が得られ
るのは、以下の理由による。
FIG. 1 is a top view showing the structure of a directional coupler type optical switch which is an embodiment of the present invention. 11 is a LiNbO 3 crystal plate, the substrate orientation is the y plate (that is, the normal line standing on the substrate is the y axis),
The light transmission direction is chosen for the z-axis of the crystal. Two optical waveguides close to each other on the crystal substrate and provided on these waveguides,
In the meantime, it is composed of electrodes 4 and 5 for applying a switch voltage. The light 6 whose path is switched by this directional coupler enters from one waveguide 3. The length of this directional coupler in the light transmission direction is almost perfect coupling length for both TE and TM modes of incident light 6 whose polarization state is indefinite (for a certain mode, the light in one waveguide is The length of the coupler required to transfer all the power to the other waveguide is set), and in the state where no voltage is applied to the above electrode, the light is incident from one waveguide 3 now. All the light has its power transferred to the other waveguide 2. When a voltage is applied to the above electrode, the light incident from one of the waveguides 3 does not move to the adjacent optical waveguide 2 and all the power travels through the waveguide and exits from this directional coupler. The reason why the guided light with undefined polarization state having both TE and TM components is switched to the waveguides adjacent to each other without leaving energy, that is, the switching characteristic independent of the polarization state is obtained is as follows.

第2図は本発明の一実施例の構成図である第1図の方向
性結合器型光スイッチのA−A′における断面図を示
す。上記の偏光依存性のない方向性結合を可能にしてい
る導波路の構造であって、この方向性結合導波路は次の
ように形成される。1のニオブ酸リチウム基板のy面全
面にTi膜を蒸着等で設け、これを1000℃余りで熱拡散を
する。このTi拡散を施したLiNbO3基板上に、第1図の導
波路パターン形状をしたTi、Ta、等の薄膜パターンを形
成し、これをマスクにして加熱した安息香酸、リン酸等
に浸してプロトン(H+)交換を施す。このH+交換時のマ
スクとした薄膜パターンを酸で溶解除去等を行った後、
基板全面にSiO2膜を設け、導波路上に電極4、5を設け
る。Tiを拡散したLiNbO3表面層は屈折率が僅か上昇し、
平面導波路を形成する。この平面導波路内で光の横方向
広がりを抑えてチャンネル状に導波路を形成するため
に、チャンネル状光導波路となるべき領域以外を表面よ
りH+交換を施す。H+交換を施した領域8は、常光線に対
する屈折率nφが0.04低下する。ここで使用している結
晶板はy板であり、z軸方向に透過する光はTE波にしろ
TM波にしろ常光線であるため、H+交換を施した領域は何
れの編波成分に対しても屈折率は低下している。すなわ
ち、基板の深さ方向にはTi拡散による高屈折率層7、横
方向には屈折率の低い浅いH+交換層8との2つの効果に
よってチャンネル状導波路2及び3が形成される。
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA ′ of the directional coupler type optical switch of FIG. 1, which is a configuration diagram of an embodiment of the present invention. A structure of a waveguide which enables the above-mentioned directional coupling having no polarization dependence, and the directional coupling waveguide is formed as follows. A Ti film is provided on the entire y surface of the lithium niobate substrate 1 by vapor deposition or the like, and thermal diffusion is performed at about 1000 ° C. On the TiN-diffused LiNbO 3 substrate, a thin film pattern such as Ti, Ta, etc. having the waveguide pattern shape shown in FIG. Proton (H + ) exchange is performed. After removing the thin film pattern used as a mask at the time of H + exchange with acid, etc.,
A SiO 2 film is provided on the entire surface of the substrate, and electrodes 4 and 5 are provided on the waveguide. The refractive index of the LiNbO 3 surface layer that diffused Ti slightly increased,
Form a planar waveguide. In order to suppress the lateral spread of light in this planar waveguide and form a channel-shaped waveguide, H + exchange is performed from the surface except the region to be a channel-shaped optical waveguide. In the region 8 subjected to H + exchange, the refractive index for ordinary rays is reduced by 0.04. The crystal plate used here is the y plate, and the light transmitted in the z-axis direction should be TE waves.
Since it is an ordinary ray even for the TM wave, the refractive index in the region subjected to H + exchange is low for any knitting wave component. That is, the channel-shaped waveguides 2 and 3 are formed by the two effects of the high refractive index layer 7 by Ti diffusion in the depth direction of the substrate and the shallow H + exchange layer 8 having a low refractive index in the lateral direction.

このように形成したチャンネル状光導波路は、TE,TM両
波にたいして等価屈折率が殆ど等しい導波路であるた
め、方向性結合器を構成した場合の完全結合長は両波に
たいして等しい。従って、方向性結合器の長さをこの完
全結合長に等しく設定しておくことによって、第1図に
示す電極4及び5の間に電圧を印加しない状態では、入
射光6は総て2の導波路に結合して出射する。さらに、
電界を印加して屈折率の変化を生じさせることに関与す
る電気光学定数は、両波ともにr22と等しいため、電圧
印加に対する結合光強度の変化の仕方は等しく、等しい
電圧で光のスイッチ状態、すなわち、TE,TMはすべて導
波路3から出射する。
Since the channel-shaped optical waveguide formed in this way is a waveguide having almost the same equivalent refractive index for both TE and TM waves, the complete coupling length when a directional coupler is formed is equal for both waves. Therefore, by setting the length of the directional coupler equal to this perfect coupling length, all the incident light 6 is 2 when no voltage is applied between the electrodes 4 and 5 shown in FIG. The light is coupled to the waveguide and emitted. further,
The electro-optic constants involved in applying an electric field to cause a change in the refractive index are equal to r 22 for both waves, so the way in which the combined light intensity changes with applied voltage is the same, and the optical switching state at equal voltages is the same. That is, TE and TM are all emitted from the waveguide 3.

(実施例2) 以下本発明を実施例に基づき図面を用いて詳細に説明す
る。
Second Embodiment The present invention will be described in detail below with reference to the drawings based on an embodiment.

第3図は本発明の一実施例である方向性結合器型結合器
型光スイッチの構造を示す上面図である。1はLiNbO3
晶板であり、基板方位はy板(即ち基板に立てた法線は
y軸)、光透過方向は結晶のz軸に選んである。結晶基
板上に近接した2本の光導波路と、これらの導波路の上
に設け、その間にスイッチ電圧を印加するための電極で
構成されている。この方向性結合器によって経路をスイ
ッチさせる光6は一方の導波路3から入射する。この方
向性結合器の光透過方向の長さは、偏光状態が不定の入
射光6のTE,TM両モードに対してほぼ完全結合長(ある
特定のモードに対して一方の導波路中の光パワーが他方
の導波路に総て移行するために必要な結合器の長さ)と
なるように設定されており、今、上記電極に電圧を印加
しない状態では、一方の導波路3から入射した光6は、
他方の導波路2にそのパワーを総て移行させている。こ
こで上記電極に電圧を印加すると、一方の導波路3から
入射した光6は隣接する光導波路2に移行することなく
全てのパワーが自らの導波路3を進んでこの方向性結合
器を出射する。TE,TM両成分を持つ偏光状態が不定の導
波光を相互に隣合う導波路にエネルギを残すことなくス
イッチさせる、即ち偏光状態に依存しないスイッチ特性
が得られるのは、以下の理由による。
FIG. 3 is a top view showing the structure of a directional coupler type coupler type optical switch according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 is a LiNbO 3 crystal plate, the substrate orientation is selected as the y plate (that is, the normal line standing on the substrate is the y axis), and the light transmission direction is selected as the z axis of the crystal. It is composed of two optical waveguides close to each other on the crystal substrate and electrodes provided on these waveguides and for applying a switch voltage therebetween. The light 6 whose path is switched by this directional coupler enters from one waveguide 3. The length of this directional coupler in the light transmission direction is almost perfect coupling length for both TE and TM modes of incident light 6 whose polarization state is indefinite (for a certain mode, the light in one waveguide is The length of the coupler required to transfer all the power to the other waveguide is set), and in the state where no voltage is applied to the above electrode, the light is incident from one waveguide 3 now. Light 6
All the power is transferred to the other waveguide 2. When a voltage is applied to the above electrode, the light 6 incident from one of the waveguides 3 does not move to the adjacent optical waveguide 2 and all the power goes through its own waveguide 3 and exits from this directional coupler. To do. The reason why the guided light with undefined polarization state having both TE and TM components is switched to the waveguides adjacent to each other without leaving energy, that is, the switching characteristic independent of the polarization state is obtained is as follows.

第4図は本発明の一実施例の構成図である第1図の方向
性結合器型光スイッチのA−A′における断面図を示
す。上記の偏光依存性のない方向性結合を可能している
導波路の構造であって、この方向性結合導波路のように
形成される。1のニオブ酸リチウム基板のy面上に導波
路を設けるべき位置に、蒸着およびリソグラフイー技術
を用いて、第3図の導波路パターンの形状にTi膜を設
け、これを1000℃余りで熱拡散する。このTi拡散を施し
た導波路7の上にさらに、Ti,Ta等の薄膜を前記パター
ンに目合わせして形成し、これをマスクにして加熱した
安息香酸、リン酸等に浸してプロトン(H+)交換を施
す。この後、H+交換時にマスクとした薄膜パターンを酸
で溶解等による除去を行い、基板全面にSiO2膜9を設
け、さらに導波路上に電極4、5を設ける。
FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA ′ of the directional coupler type optical switch of FIG. 1, which is a block diagram of an embodiment of the present invention. It is a structure of a waveguide which allows the above-mentioned directional coupling having no polarization dependence, and is formed like this directional coupling waveguide. Using a vapor deposition and lithographic technique, a Ti film was formed in the shape of the waveguide pattern shown in Fig. 3 at the position where the waveguide should be provided on the y-plane of the lithium niobate substrate of No. 1, and the Ti film was heated at a temperature of over 1000 ° C. Spread. A thin film of Ti, Ta or the like is further formed on the Ti-diffused waveguide 7 by aligning it with the pattern, and is immersed in benzoic acid, phosphoric acid or the like which is heated using this as a mask, and the proton (H + ) Replace it. After that, the thin film pattern used as a mask at the time of H + exchange is removed by dissolution with an acid, etc., and a SiO 2 film 9 is provided on the entire surface of the substrate, and electrodes 4, 5 are further provided on the waveguide.

Tiを拡散した領域は屈折率が僅か上昇したチャンネル状
導波路7を形成するが、前述の如く、Ti拡散の横広がり
が大きいために、初期の線条パタン幅よりも数倍に広が
って拡散し、有効な光閉じ込め効果を持った光導波路と
なっていない。これを抑えて初期の線条パタン幅に見合
ったチャンネル状導波路とするために、光導波路となる
べき領域以外を表面よりH+交流を施す。この後、H+交換
を施した領域8は、常光線に対する屈折率nφが0.04低
下する。ここで使用している結晶板はy板であり、z軸
方向に透過する光はTE波にしろTM波にしろ常光線である
ため、H+交換を施した領域は何れの偏波成分に対して屈
折率は低下している。すなわち、基板の深さ方向にはTi
拡散による高屈折率層、横方向には屈折率の低い浅いH+
交換層との2つの効果によってチャンネル状導波路2及
び3が形成される。
The region where Ti is diffused forms the channel-shaped waveguide 7 whose refractive index is slightly increased. However, as described above, since the lateral spread of Ti diffusion is large, it spreads several times wider than the initial line pattern width. However, the optical waveguide does not have an effective optical confinement effect. In order to suppress this and form a channel-shaped waveguide corresponding to the initial linear pattern width, H + AC is applied from the surface except the region to be the optical waveguide. After that, in the region 8 subjected to H + exchange, the refractive index with respect to the ordinary ray decreases by 0.04. Crystal plate used here is the y plate, since light passing through the z-axis direction is ordinary ray white to TM wave white in TE wave, H + region subjected to replacement in any of the polarization components On the other hand, the refractive index is lowered. That is, Ti in the depth direction of the substrate
High refractive index layer due to diffusion, shallow H + with low refractive index in the lateral direction
Channel-shaped waveguides 2 and 3 are formed by two effects with the exchange layer.

このように形成したチャンネル状光導波路は、TE,TM両
波にたいして等価屈折率が殆ど等しい導波路であるた
め、方向性結合器を構成した場合の完全結合長は両波に
たいして等しい。従って、方向性結合器の長さをこの完
全結合長に等しく設定しておくことによって、第3図に
示す電極4及び5の間に電圧を印加しない状態では、入
射光6は総て2の導波路に結合して出射する。さらに、
電解を印加して屈折率の変化を生じさせることに関与す
る電気光学定数は、両波ともにr22と等しいため、電圧
印加に対する結合光強度の変化の仕方は等しく、等しい
電圧で光のスイッチ状態、すなわち、TE,TMはすべて導
波路3から出射する。
Since the channel-shaped optical waveguide formed in this way is a waveguide having almost the same equivalent refractive index for both TE and TM waves, the complete coupling length when a directional coupler is formed is equal for both waves. Therefore, by setting the length of the directional coupler equal to this complete coupling length, all the incident light 6 is 2 when no voltage is applied between the electrodes 4 and 5 shown in FIG. The light is coupled to the waveguide and emitted. further,
The electro-optic constants involved in applying an electrolysis to cause a change in the refractive index are equal to r 22 for both waves, so the way in which the combined light intensity changes with applied voltage is the same, and the switch state of light at equal voltages is the same. That is, TE and TM are all emitted from the waveguide 3.

本実施例では、チャンネル状導波路を形成するために、
Ti拡散、H+交換共にパターン化を行っている。Ti拡散は
必ずしもパターン化する必要はなく、基板全面に行って
も良いが、Ti拡散を施した領域は基板が盛り上がりを見
せると言う現象を利用できるため、後のプロセスで電極
パターンを形成するときにマスクの目合わせに便利であ
るという利点を有す。
In this embodiment, in order to form a channel-shaped waveguide,
Both Ti diffusion and H + exchange are patterned. Ti diffusion does not necessarily have to be patterned, and it may be performed on the entire surface of the substrate, but since the phenomenon that the substrate shows swelling can be used in the region where Ti diffusion is performed, when forming an electrode pattern in a later process. It has the advantage that it is convenient for aligning the mask.

(発明の効果) 以上説明のように、本発明によればスイッチ特性が入射
光の偏光状態に依存しない、即ちいわゆる偏光無依存の
導波型方向性型スイッチが得られる。
(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a waveguide type directional switch in which the switch characteristic does not depend on the polarization state of incident light, that is, so-called polarization independent.

なお、上記の実施例における説明では、y板を用いた場
合は説明したが、x板を用いz軸に光透過方向を選んで
も同様の偏光無依存の光スイッチが得られる。
In the description of the above embodiment, the case where the y-plate is used has been described, but the same polarization-independent optical switch can be obtained even when the x-plate is used and the light transmission direction is selected for the z-axis.

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

第1図、第3図は本発明の一実施例の構造を説明する上
面図であり、第2図、第4図はその断面図である。 図中 1はLiNbO3y板、2,3は導波路、4,5は電極、7はTi拡散
部、8はイオン交換領域である。
1 and 3 are top views for explaining the structure of an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 4 are cross-sectional views thereof. In the figure, 1 is a LiNbO 3 y plate, 2 and 3 are waveguides, 4 and 5 are electrodes, 7 is a Ti diffusion part, and 8 is an ion exchange region.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ニオブ酸リチウム結晶板に形成された互い
に近接した2本のチャンネル光導波路からなる方向性結
合器と該方向性結合器の近傍に設置された電極よりな
り、該方向性結合器の光透過方法は、前記結晶板のC軸
と等しく、該方向性結合器を構成する光導波路は、基板
全面に不純物を拡散したうえにチャンネルとすべき部位
以外の部位に基板表面からイオン交換を施してあること
を特徴とする導波路型光スイッチ。
1. A directional coupler comprising a directional coupler formed of two channel optical waveguides adjacent to each other formed on a lithium niobate crystal plate and an electrode provided in the vicinity of the directional coupler. The light transmission method is the same as the C-axis of the crystal plate, and the optical waveguide forming the directional coupler diffuses impurities over the entire surface of the substrate and ion-exchanges from the substrate surface to a portion other than a portion to be a channel. A waveguide type optical switch characterized by being provided with.
【請求項2】ニオブ酸リチウム結晶板に形成された互い
に近接した2本のチャンネル光導波路からなる方向性結
合器と該方向性結合器の近傍に設置された電極よりな
り、該方向性結合器の光透過方向は、前記結晶板のC軸
と等しく、該方向性結合器を構成する光導波路は、チャ
ンネルとすべき部位のみに不純物が拡散され、さらに該
部位以外の部位に基板表面からイオン交換が施されてい
ることを特徴とする導波路型光スイッチ。
2. A directional coupler comprising a directional coupler composed of two channel optical waveguides formed adjacent to each other on a lithium niobate crystal plate and an electrode provided in the vicinity of the directional coupler. Has the same light transmission direction as the C-axis of the crystal plate, and in the optical waveguide forming the directional coupler, the impurities are diffused only in the portion to be the channel, and the portion other than the portion is ion-deposited from the substrate surface. A waveguide type optical switch characterized by being exchanged.
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