(57)【要約】本発明によれば、改良した導波路素子（１０）は、信号の変調、減衰、制御、切換等を必要とする用途における設計上の課題に取り組むために、有効的に設計された光学的機能クラッディング領域（３５）と、付随する変調コントローラとを利用する。本発明の一実施形態によれば、光電変調器（１０）は、光導波路（２０）と、光導波路に光学的に結合されたクラッディング（３０）と、クラッディングの少なくとも一部に規定された光学的機能クラッディング領域（３５）と、及び制御信号を光学的機能クラッディング領域に供給するように構成された変調コントローラを備えている光電変調器（１０）を提供する。変調コントローラは、バイアスされた変調ＲＦ制御信号に応答して、光学的機能領域内に電界を発生するように構成されている。
2006521583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路コアと、該光導波路コアに光学的に結合されたクラッディングと、前記クラッディングの少なくとも一部に規定されている光学的機能クラッディング領域と、変調制御信号を前記光学的機能クラッディング領域に供給するように構成された変調コントローラとを備えている光電変調器において、
前記光学的機能クラッディング領域により規定される屈折率が、前記光学的機能領域に印加される前記変調制御信号に応答して変動するように構成されており、
前記光学的機能クラッディング領域の前記屈折率は、前記素子の動作波長及び動作温度において、前記光導波路の屈折率よりも低く、
前記光導波路は、伝搬する光信号を第１及び第２光導波路アームに分割するように構成されており、
少なくとも前記第２光導波路アームは、前記光学的機能領域を通過し、
前記光導波路は、前記光信号の少なくとも一方が前記光学的機能領域を通過した後、前記第１及び第２光導波路アームからのそれぞれの伝搬する光信号を再結合するように構成されており、
前記変調コントローラは、信号電極と接地電極とを備えており、前記信号電極に印加されるバイアスされた変調ＲＦ制御信号に応答して、前記第２光導波路アームに付随する前記光学的機能領域の一部において電界を発生し、前記信号電極において発生したＤＣ電圧バイアスを、前記信号電極の制御信号入力及び制御信号端子から分離するように構成されており、
前記第２光導波路アームの前記光学的機能領域における前記電界の大きさ及び方向が、前記第２光導波路アームの前記光学的機能領域の屈折率を変化させるのに十分である
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項２】
請求項１記載の光電変調器において、
前記信号電極及び前記接地電極は、進行波電極ギャップを規定する進行波電極構造として構成されており、
前記第２光導波路アームは、前記進行波電極ギャップとほぼ整合した位置関係で、前記光学的機能領域を通過する
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項３】
請求項１記載の光電変調器において、
前記信号電極及び前記接地電極は、制御信号入力端子及び制御信号終端を規定する進行波電極構造として構成されており、
前記変調コントローラは、前記制御信号入力端子及び前記制御信号終端を、前記信号電極におけるＤＣバイアス電圧から分離するように構成されている
ことを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１記載の光電変調器において、
前記信号電極及び前記接地電極は、制御信号入力端子及び制御信号終端を規定する進行波電極構造として構成されており、
前記変調コントローラは、前記制御信号入力端子を前記信号電極におけるＤＣバイアス電圧から分離するように構成された第１ブロッキング・コンデンサと、前記制御信号終端を前記信号電極における前記ＤＣバイアス電圧から分離するように構成された第２ブロッキング・コンデンサとを備えている
ことを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１記載の光電変調器において、
前記変調コントローラは、バイアス電圧を前記信号電極に供給するように構成されたバイアス電圧源を備えており、
前記バイアス電圧源は、前記ＲＦ制御信号の変調によって、前記光学的機能領域の前記屈折率の実質的な制御を可能とするのに十分な大きさの電圧を供給するように構成されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項６】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光学的機能領域は、ポリマ／発色団配合又は発色団が側鎖として付着されているポリマから成るポリマ・クラッディング媒体によって規定され、
前記ポリマ・クラッディング媒体は、前記制御信号の周波数において、前記光学的機能領域の実質的に配向した状態と実質的に等方性の状態との間の遷移を可能にするのに十分な、所定の度合いの発色団移動度を有し、
前記ポリマ・クラッディング媒体は、１ＧＨｚを超える周波数において、前記光学的機能領域の実質的に配向した状態と実質的に等方性の状態との間の遷移を可能にするのに十分な、所定の度合いの発色団移動度を有する
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項７】
請求項１記載の光電変調器において、前記クラッディングの前記光学的機能領域は、カー効果媒体から成ることを特徴とする光電変調器。
【請求項８】
請求項１記載の光電変調器において、前記クラッディングの前記光学的機能領域が規定する屈折率は、前記制御信号の大きさの二乗で変化する関数に近似することを特徴とする光電変調器。
【請求項９】
請求項１記載の光電変調器において、
前記クラッディングの前記光学的機能領域は、前記光学液機能領域に印加される制御信号Ｖに応答して、該光学的機能領域を伝搬する光信号に位相ずれΔφを誘発するように構成されており、
前記クラッディング媒体は、前記制御信号の大きさが連続的にＶπずつ増加する毎に、前記光信号に１８０゜の連続位相ずれΔφを誘発するように構成され、そして、前記連続的増分Ｖπの大きさが、前記制御信号の前記大きさが増加するに連れて減少するように構成されており、
前記連続的増分Ｖπは、前記制御電圧との二次関係にしたがって減少する
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１０】
請求項１記載の光電変調器において、前記クラッディングの前記光学的機能領域は、極性が調整されていない、実質的に等方性のポリマ・クラッディング媒体であることを特徴とする光電変調器。
【請求項１１】
請求項１記載の光電変調器において、前記クラッディングの前記光学的機能領域は、極性が調整されており、実質的に異方性のポリマ・クラッディング媒体から成ることを特徴とする光電変調器。
【請求項１２】
請求項１記載の光電変調器において、
前記導波路素子は更に、前記光学的機能クラッディング領域の動作温度を制御するように構成されたコントローラを備えており、
前記コントローラは、前記動作温度を、前記光導波路の屈折率ｎｗよりも少なくとも約０．３％低い、光学的機能領域の屈折率ｎｐを得るのに十分な値に維持するようにプログラムされており、
前記光学的機能クラッディング領域は、温度が上昇するにつれて減少する屈折率ｎｐを規定する負のｄｎ／ｄｔポリマから成り、
前記光導波路は、温度が上昇するに連れて増加する屈折率ｎｐを規定する正のｄｎ／ｄｔポリマから成る
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１３】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光学的機能クラッディング領域及び前記導波路は、上位及び下位支持層の間に位置付けられており、
前記信号電極及び前記接地電極は、前記支持層の一方に実質的に平行な共通面内に位置付けられており、
前記信号電極及び前記接地電極は、前記共通面において、幅方向ギャップｇによって分離されており、
前記導波路は、前記共通面に平行な面に沿って延び、前記平行面は、前記共通面から距離ｈだけずれており、
前記信号電極は、前記共通面内に、幅方向寸法Ｗを規定し、
前記接地電極は、前記共通面内に、幅方向寸法ｓを規定し、
前記導波路、前記信号電極、及び前記接地電極は、前記幅方向ギャップｇが約２μｍ及び約５０μｍの間であり、前記距離ｈが約０及び約５０μｍの間であり、前記幅方向寸法ｗが約５μｍ及び約５００μｍの間であり、前記幅方向寸法が約５μｍ及び約２０００μｍの間となるように構成されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１４】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光学的機能クラッディング領域及び前記導波路は、上位及び下位支持層間に位置付けられており、
前記信号電極は、前記上位及び下位支持層の一方に接して位置付けられ、前記接地電極は前記上位及び下位支持層の他方に接して位置付けられており、
前記導波路は、前記上位及び下位支持層から、スペーサ層によって離間されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１５】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光電変調器の変調出力は、波長選択素子の入力と一体化されており、
前記波長選択素子は、追加光電変調器の追加変調出力にそれぞれが結合された複数の入力を規定し、
前記波長選択素子は、前記複数の変調出力から多重化信号を発生するように構成されており、
前記光電変調器の入力は、波長選択素子の多重分離（デマルチプレックスされた）出力と一体化されており、
前記導波路選択素子は、各々追加の光電変調器の追加の入力に結合された、複数の多重分離出力を規定し、
前記波長選択素子は、多重化（マルチプレックスされた）信号から、前記多重分離出力を発生するように構成されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１６】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光電変調器は、光ネットワークのλ１追加チャネルと一体化されており、
前記光電変調器の変調出力は、光電スイッチと、追加波長選択素子のλ１追加ラインとを介して、λ１光伝送ラインに一体化されており、
前記λ１光伝送ラインは、欠落波長選択素子のλ１欠落ライン及び前記光電スイッチを介して、前記光ネットワークのλ１欠落チャネルと一体化されており、
別の光電変調器の入力は、光ネットワークの別のλｉ追加チャネルと一体化されており、
前記光電変調器の別の変調出力は、別の光電スイッチと前記追加波長選択素子の別のλｎ追加ラインとを介して、λｎ光伝送ラインと一体化されており、
前記別のλｎ光伝送ラインは、前記欠落波長選択素子の別のλｎ欠落ラインと前記別の光電スイッチとを介して、前記光ネットワークの別のλｎ欠落チャネルに一体化されている
ことを特徴とする光電変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号伝送に関し、更に特定すれば、光信号の変調、減衰、偏波制御、及び切換を必要とする用途において有用な、導波路素子の改良に関する。
［発明の開示］
本発明によれは、改良された導波路素子は、信号の変調、減衰、制御、切換等を必要とする用途における設計上の課題に取り組むために、効果的に設計された光学的機能クラッディング領域と、付随する変調コントローラとを利用する。本発明の一実施形態によれば、光導波路、光導波路に光学的に結合されたクラッディング、クラッディングの少なくとも一部に規定された光学的機能クラッディング領域、及び制御信号を光学的機能クラッディング領域に供給するように構成された変調コントローラを備えている光電変調器を提供する。光学的機能クラッディング領域が規定する屈折率は、光学的機能領域に印加される変調制御信号に応答して変動するように構成されている。光学的機能クラッディング領域の屈折率は、素子の動作波長及び動作温度において、光導波路の屈折率よりも低い。変調コントローラは、信号電極に印加される制御信号に応答して、第２光導波路アームに付随する光学的機能領域の一部に電界を発生するように構成されている。変調コントローラは、信号電極及び接地電極を備えており、信号電極に印加される、バイアスされた変調ＲＦ制御信号に応答して、光学的機能領域に電界を発生するように構成されている。変調コントローラは、ＤＣ電圧バイアスを、制御信号入力及び素子の信号電極の制御信号終端から分離するように構成されている。
【０００２】
本発明の別の実施形態によれば、光伝送線、複数の追加チャネル及び欠落チャネル、光電変調器のアレイ、光電スイッチのアレイ、「追加(add)」波長選択素子、並びに「欠落(drop)」波長選択素子を備えている光素子を提供する。光伝送線は、複数の光信号λ１、λ２、λｎを搬送するように構成されている。追加チャネルは、光電変調器のアレイ、光電スイッチのアレイ、及び「追加」波長選択素子を介して、光伝送線に結合されている。複数の欠落チャネルは、光電スイッチのアレイ、及び「欠落」波長選択素子を介して、光伝送線に結合されている。
【０００３】
光電スイッチのアレイは、選択された波長λｉの信号を光伝送線から欠落させる一方、光電変調器の１つからの選択された波長λｉの対応する信号を光伝送線に追加するように構成されている。光電変調器の各々は、光導波路、光導波路に光学的に結合されたクラッディング、クラッディングの少なくとも一部に規定された光学的機能クラッディング領域、及び変調制御信号を光学的機能クラッディング領域に供給するように構成された変調コントローラを備えている。光学的機能クラッディング領域が規定する屈折率は、光学的機能領域に印加される変調制御信号に応答して変動するように構成されている。
【０００４】
本発明の更に別の実施形態によれば、光導波路のアレイ、光導波路アームの各対、光学的機能クラッディング領域、並びに信号電極のアレイ及び共有接地電極を備えている変調コントローラを備えている光電変調器アレイを提供する。光導波路のアレイは、伝搬光信号を光導波路アームのそれぞれの対に分割し、光信号を再結合するように構成されている。光学的機能クラッディング領域は、光導波路のアレイに光学的に結合されているクラッディングの少なくとも一部に規定されており、光導波路アームの各対の光導波路アームの少なくとも１つが、光学的機能クラッディング領域を通過するように構成されている。変調コントローラは、変調制御信号を、光学的機能クラッディング領域に供給するように構成されている。信号電極のアレイは、光学的機能領域を通過する光導波路アームの個々のそれぞれに専用となっている。信号及び接地電極は、信号電極の異なるそれぞれに印加される制御信号に応答して、光学的機能クラッディング領域内にそれぞれの電界を発生するように構成されている。信号電極及び接地電極、光学的機能クラッディング領域、並びに光導波路のアレイは、光学的機能クラッディング領域において発生するそれぞれの電界が、光学的機能領域を通過する光導波路アームの個々のそれぞれに関連するそれぞれの屈折率を変化させるように構成されている。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、光信号の変調及び切替を必要とする用途に有用な導波路素子において改良を行うことである。本発明のその他の目的は、ここに具体化した発明の説明に鑑みれば明白であろう。
【０００６】
本発明の具体的な実施形態に関する以下の詳細な説明は、以下の図面と関連付けて読解すれば、最良に理解することができる。図面においては、同様の構造を同様の参照番号で示すこととする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
最初に図１を参照する。図１には、本発明による光電変調器１０が示されている。光電変調器１０は、光導波路コア２０、及び光導波路コア２０に光学的に結合した随伴クラッディング３０を備えている。図示の実施形態では、導波路２０は、光電変調器１０の入力側付近に光信号分割領域１２を規定し、光電変調器１０の出力側付近に光信号結合領域１４を規定するように構成されている。分割領域１２は、第１及び第２光導波路アーム１３、１５を規定する。
【０００８】
クラッディング３０は、光信号分割及び結合領域１６、１８間に配置されている光学的機能領域３５を備えている。光学的機能領域３５の特徴及び特性については以下で更に詳しく述べるが、これが規定する屈折率は、変調器１０の動作温度において、光導波路２０の屈折率よりも低い。このために、素子の光軸に沿って導波路２０に進入した光の大部分は、導波路内に閉じ込められたままとなり、光の大部分は、クラッディング３０の光学的機能領域３５内を伝搬することができる。クラッディング３０及び光学的機能領域３５を同じ材料で形成してもよい。
【０００９】
本発明を規定し説明する目的上、光のそれぞれの「実質的な」部分は、クラッディングの光学的機能領域の屈折率変化によって素子の出力光信号の制御を可能にするために十分な部分を備えていることを注記しておく。また、本発明を規定し説明する目的上、特に注記されていない限り、光学的機能領域及び光導波路コアの屈折率の相対的な値について引用する場合、これらの相対的な値が素子の動作波長及び動作温度において取り込まれたことを本質的に想定していることも注記しておく。
【００１０】
光学的機能領域３５の屈折率は、当該光学的機能領域３５に印加される制御信号に応答して変動する。制御信号の特質(nature)は、本発明を採用する素子の特質に左右される。例示する実施形態では、制御信号は、例えば、信号電極２２と接地電極２４との間に発生するＲＦ電界Ｅの形態の変調電気信号から成る。例示する実施形態では、信号電極２２及び接地電極２４は、シリカ又はその他の適した材料で形成されたカバー・プレート２６上に形成され、信号電極は、制御信号入力端子２８Ａと、制御信号終端(termination)２８Ｂとを含み、制御信号を発生するのに適した信号源に簡便に接続できるように構成されている。本発明を規定し記載する目的上、ＲＦ制御信号は約１０ｋＨｚから３００ＧＨｚ以上までの範囲に及ぶことに留意されたい。
【００１１】
クラッディング３０の光学的機能領域３５は、電界Ｅの強度及び方向に応答する。制御信号が電界から成る場合、信号電極２２及び接地電極２４は、第２光導波路アーム１５の光学的機能領域３５内に電界を発生し、第２光導波路アーム１５の光学的機能領域３５の屈折率を変化させるように構成される。光電変調器１０の出力は、信号電極２２に印加される信号の関数として変動する。何故なら、第２光導波路アーム１５における光は、屈折率の変化によって位相変調されるからである。以下で更に詳しく説明するが、屈折率を変化させる方法は、カー効果、ポッケル効果、又はこれら２つの光電効果の組み合わせによって決定することができる。それぞれのアームにおける光信号を再結合する場合、各アームにある信号は加算的又は減算的に干渉する。この干渉、及び光電効果を生ずる制御信号を用いれば、素子の出力において光強度変調を行うことができる。
【００１２】
信号電極２２及び接地電極２４は、進行波電極を規定するように構成されている。進行波電極では、ＲＦ信号は入力端から出力端まで、光波面と共に伝搬する。したがって、制御信号は、図１に示す回路に入り、制御信号入力端子２８Ａを通過し、制御信号終端２８Ｂまで伝搬する。電極構成のインピーダンスは、信号源のそれと一致することが好ましく、通例、５０オームである。第１ブロッキング・コンデンサＣ１は、バイアス電圧源＋Ｖbiasが提供する大きなＤＣバイアスからＲＦ源を保護しつつ、ＲＦ制御信号を伝搬させる。ＤＣバイアスの役割については、以下で更に詳しく説明する。制御信号終端２８Ｂにおいて、終端抵抗器が信号電極２２及び接地電極２４間に設けられるのが通例である。終端抵抗器の値は、進行波電極構成のインピーダンスＺと一致するように選択すればよい。このインピーダンスは、以下の式の使用も含め、種々の方法で決定することができる。
【００１３】
Ｚ＝１／（νphＣ）
ここで、νphは進行波の相（phase）速度に対応し、Ｃは進行波構造の単位長当たりの容量に対応する。第２ブロッキング・コンデンサＣ２を、制御信号終端２８Ｂの前に線路内に配すると、バイアス電圧＋Ｖbiasを終端抵抗器から遠ざけることができる。先の式において、容量Ｃは、ブロッキング・コンデンサＣ１、Ｃ２のいずれの値にも対応しない。例示として、そして限定ではなく、本発明の一実施形態では、進行波電極構成のインピーダンスは約５０オームであり、信号電極／接地電極ストリップ線路の幅は約３ｍｍであり、回路基板の厚さは約１．５ｍｍであり、基板の誘電係数は約４．２であり、コンデンサＣ１、Ｃ２のそれぞれの値は約１００ｐＦ〜約１０００ｐＦであり、終端抵抗器の抵抗は約５０オームである。
【００１４】
図２Ａは、適した電極構成及び得られる電界Ｅの模式図を表す。また、図２Ａには、追加のシリカ層２７、及び例えばシリコンの基板２９も示されている。信号電極２２及び接地電極２４は、幅方向の進行波電極ギャップｇによって分離されている。第２光導波路アーム１５は、実質的に進行波電極ギャップｇとほぼ整列状態で光学的機能領域を通過する。第２光導波路アーム１５は、信号電極２２及び接地電極２４が占有する共通面から距離ｈだけずれている。信号電極２２は、幅方向寸法ｗを規定し、接地電極２４は幅方向寸法ｓを規定する。一般に、寸法ｇ、ｗ、及びｓの値は、信号電極２２及び接地電極２４間のインピーダンスが約５０オームとなるように、そして標準的なＲＦ機器との使用に適するように選択される。例えば、ｓが約５００μｍの場合、ｗ／ｇの比を約９．３とすると、約５０オームのインピーダンスが得られる。更に具体的には、ｗを約１４０μｍに設定し、ｇを約１５μｍに設定するとよい。
【００１５】
寸法ｈ、ｇ、ｗ、及びｓの値は、適した電界の方向及び大きさが得られ、更に導波路１５に沿って適切な光信号の伝搬を維持するように構成することもできる。本発明のある実施形態によれば、ｈは約８μｍ、又は５μｍ〜約１１μｍの間の値を有する（このとき、ｇは約１５μｍである）。値が小さい程、光学的損失が大きくなり、値が大きい程、電界の効果が低下する。図２Ｃでは、ｈの値を０にするのが効果的である。何故なら、信号電極２２及び接地電極２４は、導波路１３、１５と同じ埋め込み面に位置付けされているからである。第２光導波路アーム１５は、進行波電極ギャップｇとほぼ整列して光学的機能領域を通過する。このような実施形態では、電極間のギャップを、例えば、約３０μｍに増大させ、一方、ｗの値はほぼ同一のままとし、ｓの値を約２２０μｍに減少させるとよい。
【００１６】
図２Ａの実施形態を参照して更に広く述べると、導波路、信号電極、及び接地電極は、幅方向ギャップｇが約２μｍ〜約５０μｍとなり、距離ｈが約０μｍ〜約５０μｍとなり、幅方向寸法ｗが約５μｍ〜約５００μｍとなり、幅方向寸法ｓが約５μｍ〜約２０００μｍとなるように構成することができる。更に特定すると、ある幾つかの実施形態では、幅方向ギャップｇを約１０μｍ〜約２０μｍとし、距離ｈを約５μｍ〜約１１μｍとし、幅方向寸法ｗを約１０μｍ〜約２００μｍとし、幅方向寸法ｓを約１０μｍ〜約５００μｍとしている。
【００１７】
図２Ｃの実施形態を参照すると、導波路、信号電極、及び接地電極は、幅方向ギャップｇが約１０μｍ〜約５０μｍとなり、距離ｈが約０となり、幅方向寸法ｗが約５μｍ〜約５００μｍとなり、幅方向寸法ｓが約５μｍ〜約２０００μｍとなるように構成することができる。更に特定すると、ある幾つかの実施形態では、幅方向ギャップｇを約１５μｍ〜約４０μｍとし、距離ｈを約０とし、幅方向寸法ｗを約１０μｍ〜約２００μｍとし、幅方向寸法Ｓを約１０μｍ〜約３００μｍとしている。
【００１８】
尚、本発明の光学的機能領域３５における電界の発生に適する電極構成として、他にも様々なものがある。例えば、図２Ｂを参照すると、接地電極２４を埋め込む、即ち、追加のシリカ層２７に接するように配置し、一方、信号電極２２をカバー・プレート２６に接するように配置してもよい。シリカ又はその他の適した材料で形成した導波路スペーサ１６を設け、導波路１３、１５を接地電極２４と信号電極２２との間に配置することも可能である。
【００１９】
本発明にしたがって利用される特定の電極構成に拘わらず、本発明の光学的機能領域３５は、ＲＦ制御信号の印加に応答するのに非常に適していると言うことができる。即ち、光学的機能領域３５の材料が高度の方向移動度(orientational mobility)を有することを特徴とし、印加したＲＦ制御信号の周波数において、実質的に方向付けされた状態と実質的に等方性の状態(isotropic state)との間で遷移することができる場合、光電変調器１０は、ＲＦ変調光出力信号を発生するように構成することができる。例えば、カー定数が少なくとも約３×１０−１４ｍ／Ｖ２であることを特徴とするカー効果媒体は、１ＧＨｚを越える信号変調を実現すると考えられる。本発明の実施形態において、カー効果媒体が信号変調において果たす役割が一層重要となる場合、カー定数が約３×１０−１２ｍ／Ｖ２であることを特徴とすることができる。
【００２０】
第１導波路アーム１３に対する第２導波路アーム１５の光学的機能領域３５の屈折率の変化が、変調器１０の出力において変化を生じさせることの詳細は、本発明の範囲を超えており、マッハ・ゼンダー干渉計及びその他の関連機器について説明する文献から容易に把握することができる。図３及び図４を参照すると、本発明による多くの適したクラッディング媒体は、その屈折率が、それに印加される制御信号の大きさに対して変化する様子によって特徴付けることができる。図３は、２ポート・マッハ・ゼンダー干渉計の第１及び第２出力ポートにおける出力信号のそれぞれの強度が、干渉計の光学的機能領域に印加される制御信号（電圧）の大きさの関数として変化する様子を示す。図３に示す応答は、マッハ・ゼンダー干渉計の２つの出力チャネルを表し、機能性クラッディングがポッケル効果によって電圧制御信号に応答する。ポッケル効果とは、電界の印加によって、印加された電界において線形な複屈折を生成する光電効果である。ポッケル効果は、異方性媒体においてのみ発生することができる。機能性ポリマ・クラッディングでは、このポッケル効果に必要とされる異方性を、通例、クラッディングの電界極性調整(electric field poling)によって導入する。
【００２１】
対照的に、極性調整していない(un-poled)実質的に等方性のポリマ・クラッディングは、本発明の多くの実施形態による使用に最も適している。何故なら、これらはポッケル効果を呈することができないので、主な光電応答がカー効果から得られるからである。カー効果とは、電界の印加によって、印加された電界又はその他の制御信号の大きさの２乗で変化する複屈折を生成する光電効果であると定義する。例えば、図４に示す複屈折は、制御信号の大きさの２乗で変化する関数を近似した屈折率を規定する干渉計の光学的機能領域におけるポリマの使用によって得られた。更に具体的には、本発明のクラッディング媒体の屈折率によって近似した関数は、以下の式の形態を取ることができる。
【００２２】
Δｎ＝λＫＭ２
ここで、Δｎは屈折率の変化を表し、λはクラッディングを伝搬する光の波長を表し、Ｋは定数を表し、Ｍは制御信号の大きさを表す。カー効果クラッディング媒体の場合、Ｋはカー効果媒体のカー定数を表し、Ｍは媒体に印加する電界の強度Ｅを表す。
【００２３】
図３を参照すると、線形光電ポリマ・クラッディングに制御電圧Ｖを印加することによって、光学的機能領域を伝搬する光信号において移相Δφが誘発する。この応答を、ここでは、「線形」応答と記述する。何故なら、図３に明確に示すように、連続する等しい移相Δφ、例えば、１８０゜は、制御電圧Ｖの連続的な等しい増分によって誘発されるからである（Ｉ≒ｓｉｎ２φ、ただし、φ＝ＡＶ）。図４を参照すると、制御電圧Ｖを本発明による光電ポリマ・クラッディングに印加することによっても、光信号において連続的な移相Δφが誘発されるが、等しい値の連続移相が、徐々に増加が小さくなる制御信号Ｖによって誘発される（Ｉ≒ｓｉｎ２φ、ただし、φ＝ＢＶ２）。このように、連続移相Δφが１８０゜の場合、連続的な１８０゜移相を誘発するために必要な連続制御信号の電圧増分Ｖπの大きさは、制御電圧Ｖの大きさが増大するに連れて、減少する。
【００２４】
図５は、制御電圧Ｖが増大するに連れて減少する連続制御信号の電圧増分Ｖπを更に詳細に示す。即ち、図３のグラフは、マッハ・ゼンダー干渉計を駆動して１８０゜の移相を生じさせるには約３４０ボルトが必要であることを示す。次の１８０゜の移相は、約５２０ボルトで起こるが、これは、駆動信号を単に約１８０ボルト（５２０ボルトと３４０ボルトとの間の差）だけ増加させるだけで達成される。第３の１８０゜移相は約６１０ボルトにおいて発生し、約９０ボルトの増加に過ぎない。約３０００ボルトのバイアスで、約４ボルトのＶπ駆動電圧が得られることが、単純な外挿補間で示唆される。ポリマ・クラッディング媒体の改良、及び制御電極に用いられる電極形状の改善によって、５ボルト未満の駆動電圧、及び約１０００Ｖのバイアス電圧で１８０゜移相が達成可能な素子を得ることができる。
【００２５】
図３〜図５に示した動作特性を説明するために、印加電界Ｅの下で長さＬのカー媒体に誘発される位相変化は、以下の式で示されることに、まず留意すべきである。
Δφ＝２πＫＬＥ２
ここで、Ｋはｍ／Ｖ２を単位とするカー係数である。電界２乗項Ｅ２は、電界Ｅの二次依存性を示す。カー効果では、電界は、分子再配向又は媒体の電子的構造の変化によって、光学異方性を生じる。静電界に限定すると、希釈ガスのカー応答は、次のようになる。
【００２６】
【数１】
2006521583.tif 000003
【００２７】
ここで、μ、α、β、γはそれぞれ、分子双極子モーメント、分極率、並びに第１及び第２高次分極率である。最初の２つの項は、分子の電子的構造の再分布と関連があり、一方、３番目及び４番目の項は、発色団の再配向に関与する。純粋な光場(optical field)では、第１及び第２項のみが寄与する。小さなＲＦ場に大きなＤＣバイアスを組み合わせた場合、発色団方位がＲＦ発振によって実質的に不変状態を維持するので、第３項の寄与は減少する。この論述に基づいて、電界２乗項を展開すると、ＲＦ場はバイアス場よりも遥かに小さいので、ＲＦ２乗項を省略することができ、以下の式が得られる。
【００２８】
Δφ＝２πＫＬ（ＥＤＣ２＋２ＥＤＣＥＲＦ）
ここで、ＥＤＣは、バイアス電圧を電極ギャップ間に印加した結果生成されたＤＣ電界であり、ＥＲＦはＲＦ変調信号によって生成された電界である。
【００２９】
先に説明したように、純粋にＤＣ場に対するカー応答は、ＤＣ及びＡＣ場を結合した場合のそれとは別である。これを説明するに当たり、２つの周波数範囲(regime)について２つの別個のカー値を用い、導波路における位相変化について、以下の式を示す。
【００３０】
Δφ＝２πＬＫＤＣＥＤＣ２＋４πＬＫＲＦＥＤＣＥＲＦ
この式から、ＤＣ及びＲＦ電圧を結合して印加すると、その応答は静的成分と、ＲＦ場と同じ周波数の成分とを有することがわかる。また、ＲＦ場の二乗に比例する応答の成分もある。ＲＦ場は一般にＤＣ場よりも遥かに小さいので、この項は無視してもよい。素子の応答を調べたところ、この寄与は、測定の分解能よりも小さいことがわかった。
【００３１】
本発明の多くの実施形態は、実質的に一定のＤＣバイアス成分と、実質的に可変のＲＦ駆動成分とから成る制御信号を使用することによって、効果を発揮する可能性が高い。バイアス成分は、通例、駆動成分の変動による光学的機能領域の屈折率の実質的な制御を可能にする十分な応答の強さを規定するように選択する。実施形態によっては、バイアス成分が駆動成分よりも少なくとも１桁大きい場合も考えられる。更に別の用途では、特に変調出力信号が望まれる場合、バイアス成分はＤＣ電圧から成り、駆動成分はＡＣ駆動信号から成る。本発明による光学的機能領域を制御する手段として、別個のバイアス電圧を用いるか、又はバイアス制御信号を用いるかには係わらず、光学的機能領域を組み込んだ導波路素子を動作させるために必要な制御信号を供給するように構成したコントローラを設けることが好適である。
【００３２】
先述したように、極性調整していない、実質的に等方性のポリマ・クラッディング媒体は、本発明の多くの実施形態による使用に最も適している可能性が高い。しかしながら、極性調整した、実質的に異方性を有するなポリマ・クラッディング媒体であっても、ポッケル効果を呈するのであれば、本発明の多くの実施形態における使用に適していると考えられる。例えば、動作温度が低すぎて、光学的機能材料がカー効果を発揮できないような用途では、材料の極性調整を行えば、ＤＣバイアスで支援したポッケル素子として動作することができる。
【００３３】
本発明によるカー効果クラッディング媒体は、特に、光学的機能領域におけるそれらの使用が実質的に配向した状態への能動的な遷移を伴う場合、実質的に配向した状態から実質的に等方性の状態に受動的に遷移できるはずである。その結果、本発明は、光学的機能領域が実質的に配向した状態から実質的に等方性の状態に受動的に遷移することを可能にするのに十分な程度の発色団移動度を有することを特徴とする、ポリマ／発色団配合から成るクラッディング媒体も想定している。これは、通例、約１秒未満であり、更に好ましくは１ミリ秒未満である。加えて、極性調整していない、実質的に等方性のポリマ・クラッディング媒体を利用する場合、発色団の移動度の程度は、この場合も、適した制御信号を印加した状態の下において、実質的に等方性の状態から実質的に配向した状態への遷移を可能にするのに十分でなければならない。
【００３４】
クラッディング媒体の物理的安定性も問題となる可能性がある。その結果、本発明によるクラッディング媒体は、可塑剤をクラッディング媒体内に組み入れることによって、又は確実にクラッディング媒体の有効ガラス遷移温度が素子の動作温度未満となるようにすることによって、容認可能な程度の発色団移動度及び物理的安定性を備えることを想定している。有効ガラス遷移温度Ｔｇが約１２０℃未満、更に２０℃以下でさえあることを特徴とするクラッディング媒体を、本発明では想定している。本発明を実施する者には認められようが、室温近傍、室温未満、又は室温より僅かに高い（例えば、２５℃）有効ガラス遷移温度Ｔｇを有するクラッディング媒体によって、導波路素子を高温（即ち、１００℃よりも高い温度）に維持することに伴う設計上の制約の多くが排除される。
【００３５】
また、本発明によるクラッディング媒体は、適した溶剤をクラッディング媒体内に備えることによって、容認可能な程度の発色団移動度が得られることも想定している。発色団及び基本ポリマを含むポリマ・クラッディング媒体の場合、適した溶剤は、発色団及びポリマの双方を溶解する。多くの場合、このような溶剤の使用により、適した素子動作温度が室温又はその近傍に得られる。本発明を規定し記載する目的上、容認可能な程度の発色団移動度に対してここで引用する場合、特に注記しない限り、対象デバイスの動作温度範囲の少なくとも一部の中に、その材料がそのような移動度を呈することを、暗黙に想定している。
【００３６】
温度制御は、素子を所定の動作温度に維持するように構成した温度コントローラを備えた素子コントローラの使用によって遂行することができる。例えば、クラッディング媒体が、所与の有効ガラス遷移温度Ｔｇを特徴とする場合、温度コントローラを用いて、動作温度を有効ガラス遷移温度Ｔｇよりも高く維持することができる。
【００３７】
尚、本発明は、従来のあらゆる適した光学信号分割又は結合構造や、適してはいるが未だ開発途上にある光学信号分割又は結合構造の利用も想定していることを注記しておく。例えば、光信号を分割及び結合するのに適した代替構造は、２×２又は１×２方向性結合領域、１×２Ｙ信号スプリッタ／コンバイナ、１×２マルチモード干渉エレメント・スプリッタ／コンバイナ、及び２×２マルチモード干渉エレメント・スプリッタ／コンバイナを含む。これらの構造の具体的な設計パラメータは、本発明の範囲を超えるものであり、既存の情報源又はこれから発案される情報源から収集することができる。
【００３８】
本発明において用いるのに適したカー効果媒体は、通例、ポリマ／発色団の混合物、又は発色団を側鎖（side chain）として付着したポリマから成る。ポリマ／発色団の混合物は、例えば、約５重量％〜約２０重量％の発色団を含むことが好ましいが、他の適した重量％範囲でもよい場合がある。限定ではなく例示として、ポリマは、フッ化ポリマ、又はポリカーボネート、ターポリマ、ＰＭＭＡ、及びポリシクロヘキサンから選択したポリマを含んでいる。溶剤を用いて発色団の移動度を強化する場合、適した溶剤には、ダイオキシン、ＴＨＳ、及びクロロホルムを含むが、これらに限定される訳ではない。
【００３９】
限定ではなく例示として、本発明に用いるのに適した発色団の一部類は、ドナー成分、共役及び／又は芳香族成分から成る架橋成分、及びアクセプタ成分を含む。ドナー成分は、比較的強い電子付与（donating）群から成ることができ、アクセプタ成分は、比較的強い電子受入（accepting）群から成ることができる。本発明を説明し規定する目的上、ドナー成分は、電子を付与することができる成分から成り、アクセプタ成分は、電子を受け入れることができる成分から成り、架橋成分はドナー及びアクセプタ成分を強く結合する。好適な発色団は、伝搬信号の周波数において光を吸収する度合いを考慮することによって選択してもよく、吸収レベルは低い方が好ましい。
【００４０】
限定ではなく例示として、以下の分子構造を有する発色団が、本発明による使用に適しているということができる。
【００４１】
【化１】
2006521583.tif 000004
【００４２】
【化２】
2006521583.tif 000005
【００４３】
【化３】
2006521583.tif 000006
【００４４】
本発明による光導波路素子に適した動作温度は、光学的機能領域及び光導波路コアの特性の関数である。例えば、本発明の実施形態において、光学的機能領域が光導波路コアの屈折率よりも低い屈折率を規定すべき場合、室温において光学的機能領域の屈折率がコアのそれよりも高いのであれば、素子の動作温度を確実に室温よりも遥かに高くする必要がある。実際、本発明による多くの機能的ポリマにおいては、これらが規定する屈折率は温度が上昇するに連れて減少することから、負のｄｎ／ｄｔポリマとして特徴付けることができる。勿論、本発明は、正のｄｎ／ｄｔポリマも利用可能であり、負のｄｎ／ｄｔポリマに限定される訳ではない。
【００４５】
クラッディング３０の光学的機能領域３５内を伝搬することを許される光の部分は、光学的機能領域３５の屈折率が光導波路コア２０の屈折率よりも低い度合いによって左右される。本発明の殆どの実施形態では、導波路コア２０に導入された光の少なくとも約１０％であって約９０％未満を導波路コア内に閉じこめることを想定している。更に具体的には、本発明の多くの実施形態では、導波路コアに導入される光の約３０％〜約９０％が、導波路コア２０内に閉じ込められたままとなることを想定している。更に具体化すると、本発明に想定される一部の実施形態では、導波路コア２０内の伝搬光の約４０％〜６０％を閉じ込める。屈折率の値に関して、本発明の多くの実施形態における光学的機能領域の屈折率は、光導波路コアの屈折率よりも約０．３％〜約１．０％だけ低い。例えば、光導波路コアの屈折率を、約１．４５０〜約１．４５５と設定するとよく、一方、クラッディングの光学的機能領域の屈折率を約１．４４０〜約１．４５０と設定するとよい。本発明の特定的な一実施形態では、１５５０ｎｍにおける光導波路コアの屈折率は約１．４５４２であり、クラッディングの光学的機能領域の屈折率は約１．４４４である。
【００４６】
導波路コア２０内への伝搬光の閉じ込めの度合いも、導波路２０のサイズの関数である。即ち、図６及び図７を参照すると、伝搬光の強度プロファイル（グラフ）２５に対して図６及び図７に模式的に示す本発明による光導波路２０は、約３μｍ〜約１０μｍの断面幅を規定する。光導波路は、通常、導波路素子の光学的機能領域と同じ光軸部分を共有する光学的受動材料から成るが、その代わりに、光学的機能部（例えば、光電材料、熱電材料等）で構成してもよい。
【００４７】
本発明による個々の導波路素子の特定的な動作特性に応じて、光学的機能領域の屈折率が、クラッディング媒体の有効ガラス遷移温度よりも高い温度において、光導波路コアの屈折率よりも確実に低くすることが有利となる場合が多いと考えられる。本発明を説明し規定する目的上、材料の有効ガラス遷移温度とは、発色団の再配向移動度が、材料の温度の関数として比較的大きな増加を示す温度であることを注記しておく。光電材料の有効ガラス遷移温度は、材料の光電応答の測定値から、その温度の関数として決定する。
【００４８】
同様に、クラッディングの光学的機能領域の屈折率が、約１２００ｎｍ〜約１６５０ｎｍの波長において、あるいは更に具体的には、約１３００ｎｍ又は約１５５０ｎｍの波長において、光導波路コアの屈折率よりも確実に低いことも、有利となる場合が多い。本発明を規定し説明する目的上、光学的機能領域及び光導波路コアの屈折率の相対的な値を引用する際、特に注記されていない限り、素子の動作波長及び動作温度において相対値を取り込むことを暗黙の内に想定していることを注記しておく。
【００４９】
制御信号は光信号で構成し、クラッディング３０の光学的機能領域３５は、この光信号の強度に応答するとよい。あるいは、制御信号を温度信号で構成し、クラッディング３０の光学的機能領域３５は、この温度信号の大きさに応答するようにしてもよい。
【００５０】
本発明を規定し説明する目的上、「光」又は「光信号」の波長は、電磁スペクトルのいずれの特定波長又は部分にも限定されないことを注記しておく。むしろ、「光」及び「光信号」という用語は、本明細書全体を通じて相互交換可能に用いられ、異なる主題の集合を包含することを意図しておらず、ここでは、光導波路内を伝搬可能な電磁放射線の任意の波長を包含することを定義するものとする。例えば、電磁スペクトルの可視及び赤外部分における光又は光信号は、双方共、光導波路内を伝搬することができる。光導波路は、適合する信号伝搬構造であれば、任意のものを備えることができる。光導波路の例には、光ファイバ、スラブ導波路、及び、例えば、集積光回路において用いられる薄膜が含まれる。
【００５１】
光導波路コア２０の屈折率は、素子１０の動作温度では、周囲のクラッディング３０のそれよりも多少高い。それ故、光電変調器１０は、光信号を誘導するのに非常に適している。本発明の一実施形態によれば、クラッディング３０よりも屈折率が０．７％高いドープ・シリカ導波路２０を用いる。該導波路は、閉じ込めに優れ、しかも光の一部をクラッディング内に伝搬させる。コアとクラッディングとの間の屈折率の差を０．３５％まで低下させると、光信号の閉じ込めが一層緩和され、より多くの光がクラッディング内を伝搬するようになる。受動導波路及び光電クラッディングを有する構成では、屈折率の差が小さい程、光電相互作用の効率が高くなる。更に、０．３％〜１％の屈折率の差は、導波路のわずかな屈曲からの光損失の虞れがなく、導波路の構造に一層適している。
【００５２】
図８を参照すると、本発明による導波路素子は、遠隔通信又はその他の種類の光ネットワーク５０に用いられることがわかる。本発明による光ネットワーク５０は、特に、１つ以上の送信機５２及び受信機５４、光伝送線のネットワーク５６、種々の光構成部品５８、及び本発明による１つ以上の導波路素子６０を備えることができる。ネットワーク５０は更に、電気又はその他の非光構成部品及び伝送線（図示せず）も備えることができる。光送信機５２は、光信号を送信するように構成されている。図の明確さを失わないために、ここでは単一のブロック・エレメントにより、光ネットワークにおいて一般に利用される種々の光構成部品を示すこととし、該部品として、例えば、光スイッチ、増幅器、カプラ、再生器、フィルタ等を含むことができる。
【００５３】
導波路素子６０の完全自動動作又は操作者のコマンドに応答した動作を可能にするために、コントローラ７０が設けられている。コントローラ７０は、各導波路素子６０の光学的機能領域に印加する制御信号を確定し制御するように構成されている。また、コントローラは、導波路素子又は光ネットワーク５０の動作温度又はその他の動作パラメータを制御するのを補助するために利用することもできる。
【００５４】
図９を参照すると、本発明による光電変調器１０の変調出力は、アレイ状導波路格子（ＡＷＧ）又はその他の種類の導波路選択素子の入力と一体化されている。本発明を規定し説明する目的上、（ｉ）広帯域又は多重波長源から複数の波長判別信号を発生する、又は（ｉｉ）複数の波長判別信号から広帯域又は多重導波路源を発生するいずれの構造も、「波長選択素子」とみなせることを注記しておく。本発明について説明する際、ここでは常に、アレイ状導波路格子をそのような素子の一例として引用する。しかしながら、本発明は、波長選択スイッチ、方向性カプラ、又はその他の適した波長選択素子であれば任意のものを採用可能である。
【００５５】
図９において、アレイ状導波路格子ＡＷＧは、ｎ個の離散波長λ１、λ２、λ３．．．λｎに対する複数の入力を規定する。入力の各々は、本発明による１組の光電変調器１０それぞれの変調出力に結合される。光通信の技術に精通する者には明らかであろうが、アレイ状導波路格子は、離散波長信号の複数の変調出力から、多重化信号λ１、λ２、．．．λｎを発生するように構成されている。図１０において、アレイ状導波路格子ＡＷＧは、広帯域又は多重スペクトル源λ１、λ２、λ３．．．．λｎに結合された単一の入力を規定し、光電変調器１０は、アレイ状導波路格子（ＡＷＧ）のそれぞれの出力と一体化され、多重分離信号λ１、λ２、λ３．．．．λｎを変調する。図９及び図１０に模式的に示すように、アレイ状導波路格子ＡＷＧ及び複数の変調器１０は、共通基板４０上に形成され、積層され、支持され、又はそれ以外の方法で構成することができる。
【００５６】
尚、本発明による光学的機能領域の特性、及びこの領域を用いた素子の動作パラメータは、図１１に示すように最適化できることを注記しておく。ここで、ｎｐは、光学的機能領域のポリマの屈折率を示し、ｎｗは導波路の屈折率を示し、Δ＝（ｎｗ−ｎｐ）／ｎｗである。即ち、多くの実例では、本発明による導波路素子に、光学的機能クラッディング領域の動作温度を最適化するように構成した動作温度コントローラを備えることが好ましい。これらの場合、コントローラは、動作温度を、光導波路の屈折率ｎｗよりも約０．３％低い光学的機能領域の屈折率ｎｐを得るのに十分な値に維持するように、プログラムするとよい。図示した実施形態では、屈折率ｎｐの値の何らかの不確実性を考慮して、この温度値は、図１１における点Ａから点Ｂまで及ぶ線分に対応する、約６０℃〜約７５℃の間としている。更に一般的に述べると、図１１の交差線区域内の任意の点に対応する動作温度（例えば、約６０℃〜約９０℃）も適した候補となり、その範囲では、屈折率ｎｐは約０．３％〜約０．７％だけ、屈折率ｎｗよりも低くなる。
【００５７】
更に図１１に示すように、本発明による光学的機能クラッディング領域は、負のｄｎ／ｄｔポリマ、即ち、温度が上昇するに連れて減少する屈折率ｎｐを規定するポリマで構成することができる。対照的に、付随する光導波路は、正のｄｎ／ｄｔ材料、即ち、温度が上昇するに連れて増加する屈折率ｎｐを規定する材料で構成することができる。図１１では、光学的機能領域の屈折率ｎｐは、上昇する温度の下で、光導波路の屈折率ｎｗよりも約０．３％〜約１．０％低い屈折率ｎｐを得るのに十分な速度で減少する。屈折率ｎｐは、約６０℃〜約９０℃の温度において、屈折率ｎｗよりも少なくとも約０．３％低い。
【００５８】
これより図１２を参照すると、本発明による集積光素子８０が示されており、光伝送線８１、複数の追加（add）チャネル８２及び欠落（drop）チャネル８３、光電変調器８４のアレイ、光電スイッチ８５のアレイ、「追加」アレイ状導波路格子８６、並びに「欠落」アレイ状導波路格子８７を備えている。光伝送線８１は、複数の光信号λ１、λ２、λｎを搬送するように構成されている。複数の追加チャネル８２は、光電変調器８４のアレイ、光電スイッチ８５のアレイ、及び「追加」アレイ状導波路格子８６を介して、光伝送線８１に結合されている。複数の欠落チャネル８３は、光電スイッチ８５のアレイ及び「欠落」アレイ状導波路格子８７を介して、光伝送線８１に結合されている。光電スイッチ８５のアレイは、光伝送線８１から、選択した波長λｉの信号（複数の信号）を欠落させる一方、光電変調器８４の１つから選択した波長λｉの対応する信号を、光伝送線８１に追加するように構成されている。
【００５９】
本発明による光電変調器８４は、共通基板８８上において、光伝送線８１、複数の追加及び欠落チャネル８２、８３、光電変調器８４のアレイ、光電スイッチ８５のアレイ、「追加」アレイ状導波路格子８６、並びに「欠落」アレイ状導波路格子８７の構成を可能にする。尚、限定ではないが、基板内又は基板上での形成、基板上部への積層、基板上での支持等を含む、種々の適した方法のいずれでも、これらのエレメントを基板８８上に構成できる。更に、本発明による光電変調器８４は、種々の用途において、遠隔通信ネットワークのコスト効率的な集積構成部品として利用することができる。
【００６０】
図１３を参照すると、本発明による光電変調器アレイ９０が示されている。変調器アレイ９０は、光導波路９１のアレイ、光導波路アーム９２の各対、光学的機能クラッディング領域９３、並びに信号電極９５のアレイ及び共有接地電極９５を備えた変調コントローラを備えている。光導波路９１のアレイは、伝搬光信号を、光導波路アーム９２の各対に分割し、光学的機能クラッディング領域９３を通過した後の光信号を再結合するように構成されている。光学的機能クラッディング領域９３は、光導波路アーム９２の各対の光導波路アームの少なくとも１本が、アーム対９２を再結合する前に、機能的クラッディングを通過するように構成されている。
【００６１】
変調コントローラは、変調制御信号を光学的機能クラッディング領域９３に供給するように構成されており、光学的機能領域９３を通過する光導波路アームの個々に専用の信号電極９４のアレイを備えている。信号及び接地電極９４、９５は、信号電極９４の個々に印加されるそれぞれの制御信号に応答して、光学的機能クラッディング領域９３内にそれぞれの電界を発生するように構成されている。先に論じたように、光学的機能クラッディング領域９３が規定する屈折率は、印加される電界に応答して変動するように構成されている。このように、光学的機能クラッディング領域において発生するそれぞれの電界は、光学的機能領域９３を通過する個々の光導波路アームに関連するそれぞれの屈折率を変化させる。
【００６２】
図１３に示すように、光電変調器アレイ９０は、更に、変調コントローラによって変調され、光導波路９１のアレイに沿って伝搬するそれぞれの信号を多重化するように構成された、アレイ状導波路格子９６も備えている。あるいは、図１４に示すように、アレイ状導波路格子は、入力信号をデマルチプレックス（多重分離）し、それぞれのデマルチプレックスされた信号を、光導波路９１のアレイの個々のひとつひとつに沿って伝搬するように導出し、変調コントローラによって変調する。光導波路９１のアレイ、光学的機能クラッディング領域９３、信号及び接地電極９４、９５、並びにアレイ状導波路格子９６は、共通基板９８９上に構成することができる。
【００６３】
尚、「好ましくは」、「一般に」、及び「通例」というような用語は、ここでは、特許請求する発明の範囲を限定するためや、ある特徴が特許請求する発明の構造又は機能にとって重大、必須、又は重要であることさえ暗示するために利用されているのではないことを注記しておく。逆に、これらの用語は、単に、本発明の特定的な実施形態において利用してもしなくてもよい、代替的又は付加的な特徴を強調することを意図するに過ぎない。
【００６４】
本発明を説明し規定する目的のために、「実質的に」という用語は、いずれかの定量的比較、値、測定値、又はその他の表現に帰することができる不確実性の固有の度合いを表すためにここでは利用されている。また、「実質的に」という用語は、定量的表現が、問題の主題の基本的機能の変化を生ずることなく、詳述した基準から変動し得る度合いを表すために、ここでは利用されている。
【００６５】
以上、詳細に、そして具体的な実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、添付した特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲から逸脱することなく、変更や変形が可能であることは明白であろう。例えば、ここに記載した本発明の実施形態のいくつかは、機能的光電クラッディングを用いて屈折率に作用させることを対象としている。しかしながら、ここに記載した実施形態の多くは、機能的光電導波路にも、機能的クラッディングがあろうとなかろうと、適用可能であることも想定している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態による光電変調器の図である。
【図２】Ａ〜Ｃは、本発明の一部の実施形態による導波路素子の、一断面から見た模式図である。
【図３】本発明による導波路素子に印加する制御信号の大きさの関数として変動する出力強度の様子を示すグラフである。
【図４】本発明による導波路素子に印加する制御信号の大きさの関数として変動する出力強度の様子を示すグラフである。
【図５】本発明による導波路素子に印加する制御信号の大きさの関数として変動する出力強度の様子を示すグラフである。
【図６】本発明による導波路素子の導波路寸法に対する光信号の強度分布を示すグラフである。
【図７】本発明による導波路素子の導波路寸法に対する光信号の強度分布を示すグラフである。
【図８】本発明による導波路素子を含む光ネットワークを示す図である。
【図９】アレイ型導波路格子の入力と一体化した、本発明による光電変調器の模式図である。
【図１０】アレイ型導波路格子の出力と一体化した、本発明による光電変調器の模式図である。
【図１１】本発明による光学的機能領域の特性、及びこの領域を用いる素子の動作パラメータを最適化することができる様子を示すグラフである。
【図１２】本発明による集積光素子の模式図である。
【図１３】本発明による集積光電変調器アレイの模式図である。
【図１４】本発明による集積光電変調器アレイの模式図である。
【図１】
2006521583.tif 000007
2006521583.tif 000008
【図３】
2006521583.tif 000009
【図４】
2006521583.tif 000010
【図５】
2006521583.tif 000011
【図６】
2006521583.tif 000012
【図７】
2006521583.tif 000013
【図８】
2006521583.tif 000014
【図９】
2006521583.tif 000015
【図１０】
2006521583.tif 000016
【図１１】
2006521583.tif 000017
【図１２】
2006521583.tif 000018
【図１３】
2006521583.tif 000019
【図１４】
2006521583.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月17日(2005.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、該光導波路に光学的に結合されたクラッディングと、前記クラッディングの少なくとも一部に規定されている光学的機能クラッディング領域と、変調制御信号を前記光学的機能クラッディング領域に供給するように構成された変調コントローラとを備えている光電変調器において、
前記光学的機能クラッディング領域により規定される屈折率が、前記変調制御信号に応答して変動するように構成されており、
前記光学的機能クラッディング領域の前記屈折率は、前記光電変調器の動作波長及び動作温度において、前記光導波路の屈折率よりも低く、
前記光導波路は、伝搬する光信号を第１及び第２光導波路アームに分割するように構成されており、
少なくとも前記第２光導波路アームは、前記光学的機能領域を通過し、
前記光導波路は、前記第１及び第２光導波路アームからのそれぞれの伝搬する光信号を、該光信号の少なくとも一方が前記光学的機能領域を通過した後、再結合するように構成されており、
前記変調コントローラは、バイアス成分と変動する駆動成分とを有する変調ＲＦ制御信号の印加により、前記第２光導波路アームに付随する前記光学的機能領域の一部において電界を発生するよう構成され、
前記バイアス成分の大きさは、前記駆動成分の大きさよりも少なくとも１桁大きく設定され、
前記第２光導波路アームの前記光学的機能領域における前記電界の大きさ及び方向が、前記第２光導波路アームの前記光学的機能領域の屈折率を変化させるのに十分に設定されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項２】
請求項１記載の光電変調器において、前記変調コントローラは、信号電極及び接地電極を備えていることを特徴とする光電変調器。
【請求項３】
請求項２記載の光電変調器において
前記信号電極及び前記接地電極は、進行波電極ギャップを規定する進行波電極構造として構成されており、
前記第２光導波路アームは、前記進行波電極ギャップとほぼ整合した位置関係で、前記光学的機能領域を通過する
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項４】
請求項２記載の光電変調器において、
前記信号電極及び前記接地電極は、制御信号入力端子及び制御信号終端を規定する進行波電極構造として構成されており、
前記変調コントローラは、前記制御信号入力端子及び前記制御信号終端を、前記信号電極におけるＤＣバイアス電圧から分離するように構成されている
ことを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項２記載の光電変調器において、
前記変調コントローラは、バイアス電圧を前記信号電極に供給するように構成されたバイアス電圧源を備えており、
前記バイアス電圧源は、前記ＲＦ制御信号の変調によって、前記光学的機能領域の前記屈折率の制御を可能とするのに十分な大きさの電圧を供給するように構成されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項６】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光学的機能領域は、ポリマ／発色団配合又は発色団が側鎖として付着されているポリマから成るポリマ・クラッディング媒体によって規定され、
前記ポリマ・クラッディング媒体は、前記制御信号の周波数において、前記光学的機能領域の配向した状態と等方性の状態との間の遷移を可能にするのに十分な、所定の度合いの発色団移動度を有し、
前記ポリマ・クラッディング媒体は、１ＧＨｚを超える周波数において、前記光学的機能領域の配向した状態と等方性の状態との間の遷移を可能にするのに十分な、所定の度合いの発色団移動度を有する
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項７】
請求項１記載の光電変調器において、前記クラッディングの前記光学的機能領域は、カー効果媒体から成ることを特徴とする光電変調器。
【請求項８】
請求項１記載の光電変調器において、前記クラッディングの前記光学的機能領域が規定する屈折率は、前記制御信号の大きさの二乗で変化する関数に近似することを特徴とする光電変調器。
【請求項９】
請求項１記載の光電変調器において、
前記クラッディングの前記光学的機能領域は、前記光学液機能領域に印加される制御電圧Ｖに応答して、該光学的機能領域を伝搬する光信号に位相シフトΔφを生じさせるよう構成されており、
前記クラッディング媒体は、前記制御電圧の大きさが連続的にＶπずつ増分する毎に、前記光信号に１８０゜の連続的な位相シフトΔφを生じさせ、かつ、前記連続的な増分Ｖπの大きさが、前記制御電圧の前記大きさが増大するに連れて減少するように構成されており、
前記連続的な増分Ｖπは、前記制御電圧との関係で二次関数にしたがって減少する
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１０】
請求項１記載の光電変調器において、前記クラッディングの前記光学的機能領域は、極性が調整されていない、等方性のポリマ・クラッディング媒体であることを特徴とする光電変調器。
【請求項１１】
請求項１記載の光電変調器において、前記クラッディングの前記光学的機能領域は、極性が調整されており、異方性のポリマ・クラッディング媒体から成ることを特徴とする光電変調器。
【請求項１２】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光導波路は更に、前記光学的機能クラッディング領域の動作温度を制御するように構成されたコントローラを備えており、
前記コントローラは、前記動作温度を、前記光導波路の屈折率ｎｗよりも少なくとも約０．３％低い、光学的機能領域の屈折率ｎｐを得るのに十分な値に維持するようにプログラムされており、
前記光学的機能クラッディング領域は、温度が上昇するにつれて減少する屈折率ｎｐを規定する負のｄｎ／ｄｔポリマから成り、
前記光導波路は、温度が上昇するに連れて増加する屈折率ｎｐを規定する正のｄｎ／ｄｔポリマから成る
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１３】
請求項２記載の光電変調器において、
前記光学的機能クラッディング領域及び前記光導波路は、上位及び下位支持層の間に位置付けられており、
前記信号電極及び前記接地電極は、前記上位及び下位支持層の一方に平行な共通面内に位置付けられており、
前記信号電極及び前記接地電極は、前記共通面において、幅方向ギャップｇによって分離されており、
前記導波路は、前記共通面に平行な面に沿って延び、前記平行面は、前記共通面から距離ｈだけずれており、
前記信号電極は、前記共通面内に、幅方向寸法ｗを規定し、
前記接地電極は、前記共通面内に、幅方向寸法ｓを規定し、
前記光導波路、前記信号電極、及び前記接地電極は、前記幅方向ギャップｇが約２μｍ〜約５０μｍであり、前記距離ｈが約０〜約５０μｍであり、前記幅方向寸法ｗが約５μｍ〜約５００μｍであり、前記幅方向寸法が約５μｍ〜約２０００μｍとなるように構成されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１４】
請求項２記載の光電変調器において、
前記光学的機能クラッディング領域及び前記光導波路は、上位及び下位支持層の間に位置付けられており、
前記信号電極は、前記上位及び下位支持層の一方に接して位置付けられ、前記接地電極は前記上位及び下位支持層の他方に接して位置付けられており、
前記光導波路は、前記上位及び下位支持層から、スペーサ層によって離間されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１５】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光電変調器の変調出力は、波長選択素子の入力と一体化されており、
前記波長選択素子は、別の光電変調器の変調出力にそれぞれが結合された複数の入力を規定し、
前記波長選択素子は、前記複数の変調出力から多重化信号を発生するように構成されており、
前記光電変調器の入力は、波長選択素子の多重分離出力と一体化されており、
前記導波路選択素子は、各々が別の光電変調器の入力に結合された、複数の多重分離出力を規定し、
前記波長選択素子は、多重化信号から、前記多重分離出力を発生するように構成されている
ことを特徴とする光電変調器。
【請求項１６】
請求項１記載の光電変調器において、
前記光電変調器の入力は、光ネットワークのλ１追加チャネルと一体化されており、
前記光電変調器の変調出力は、光電スイッチと、追加波長選択素子のλ１追加ラインとを介して、λ１光伝送ラインに一体化されており、
前記λ１光伝送ラインは、欠落波長選択素子のλ１欠落ライン及び前記光電スイッチを介して、前記光ネットワークのλ１欠落チャネルと一体化されており、
別の光電変調器の入力は、光ネットワークの別のλｉ追加チャネルと一体化されており、
前記光電変調器の別の変調出力は、別の光電スイッチと前記追加波長選択素子の別のλｎ追加ラインとを介して、λｎ光伝送ラインと一体化されており、
前記別のλｎ光伝送ラインは、前記欠落波長選択素子の別のλｎ欠落ラインと前記別の光電スイッチとを介して、前記光ネットワークの別のλｎ欠落チャネルに一体化されている
ことを特徴とする光電変調器。
【国際調査報告】
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2006521583.tif 000022
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