DE102004050418B4

DE102004050418B4 - Active diffraction grating

Info

Publication number: DE102004050418B4
Application number: DE200410050418
Authority: DE
Inventors: Shun-ichi Musashino Miyazaki; Akira Musashino Miura; Shinji Musashino Kobayashi; Morio Musashino Wada; Tsuyoshi Musashino Yakihara; Sadaharu Musashino Oka; Shinji Musashino Iio; Tadashige Musashino Fujita; Chie Musashino Sato
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2024-10-16
Also published as: DE102004050418A1

Abstract

Aktives Beugungsgitter mit
einem optischen Wellenleiter (11), der auf einer Ebene ausgebildet ist,
einer ersten Elektrode (13), die an einer Seite des optischen Wellenleiters ausgebildet ist, und
einer Mehrzahl zweiter Elektroden (12), die mit einer konstanten Beabstandung in einer Matrixform auf der anderen Seite des Wellenleiters ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweiten Elektroden (12) punktförmig sind;
wobei das aktive Beugungsgitter ausgestaltet ist, so dass ausgewählte zweite Elektroden (12) angesteuert werden können, die so angeordnet sind, dass sie mindestens zwei planparallele Linien bilden.Active diffraction grating with
an optical waveguide (11) formed on a plane
a first electrode (13) formed on one side of the optical waveguide, and
a plurality of second electrodes (12) formed with a constant spacing in a matrix form on the other side of the waveguide,
characterized in that
the second electrodes (12) are punctiform;
wherein the active diffraction grating is configured so that selected second electrodes (12) arranged to form at least two plane-parallel lines can be driven.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein aktives Beugungsgitter (active diffraction grating), das bei einem optischen Schalter oder dergleichen zur optischen Hochgeschwindigkeitskommunikation verwendet werden kann.The The invention relates to an active diffraction grating (active diffraction grating) used in an optical switch or the like high-speed optical communication can be used.

Beugungsgitter auf herkömmlichen Halbleitersubstraten werden durch Bilden von Rillen mit einer konstanten Beabstandung mittels einer optischen Formtechnik oder einer Micro-Scale-Vorrichtungstechnik oder durch direktes Schreiben mit Elektronenstrahlen erstellt.diffraction grating on conventional Semiconductor substrates are formed by forming grooves with a constant Spacing by means of an optical molding technique or a micro-scale device technology or created by direct writing with electron beams.

1A und 1B sind vergrößerte Schnittansichten, die wesentliche Teile derartiger herkömmlicher Beugungsgitter zeigen. 1A and 1B FIG. 15 are enlarged sectional views showing essential parts of such conventional diffraction gratings.

In 1A ist ein Substrat 1 aus einem Material, wie beispielsweise Metall oder Keramik, hergestellt, und streifenähnliche Ausnehmungen und Vorsprünge 2 werden auf dem Substrat 1 durch Photolithographie und Ätzen ausgebildet.In 1A is a substrate 1 made of a material such as metal or ceramic, and strip-like recesses and projections 2 be on the substrate 1 formed by photolithography and etching.

1B zeigt ein weiteres herkömmliches Beispiel. Bei diesem Beispiel werden streifenähnliche Ausnehmungen und Vorsprünge mit einem dreieckigen Querschnitt 3 auf einem Halbleitersubstrat 1a durch ähnliche Techniken ausgebildet. 1B shows another conventional example. In this example, strip-like recesses and projections having a triangular cross-section 3 on a semiconductor substrate 1a formed by similar techniques.

Die herkömmlichen Techniken zum Erstellen von streifenähnlichen Ausnehmungen und Vorsprüngen oder solchen mit einem dreieckigen Querschnitt auf dem Metall- oder Keramiksubstrat 1 oder dem Halbleitersubstrat 1a werden in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben.

Veröffentlichung 1: JP 07-173 649 A
Veröffentlichung 2: JP 08-320506 A

The conventional techniques for making strip-like recesses and protrusions or those having a triangular cross-section on the metal or ceramic substrate 1 or the semiconductor substrate 1a are described in the following publications.

Publication 1: JP 07-173 649 A
Publication 2: JP 08-320506 A

Bei den durch diese Verfahren hergestellten Beugungsgittern ist jedoch der Abstand zwischen Rillen konstant, und die Positionen, bei denen die Beugungsgitter ausgebildet werden, werden mit Bezug auf die Richtung einfallender Lichtstrahlen festgelegt. Daher besteht ein Problem, dass diese Beugungsgitter keine Änderungen der Einfalls-Wellenlängen und Änderungen des Einfallwinkels bewältigen können.at However, the diffraction gratings produced by these methods is the distance between grooves is constant, and the positions at which The diffraction gratings are formed with respect to the Determined direction of incident light rays. Therefore, there is one Problem that these diffraction gratings do not change the incidence wavelengths and changes cope with the angle of incidence can.

Aus US 6052213 A sowie aus US 2003/0123827 A1 sind jeweilige aktive Beugungsgitter bekannt, bei denen ein optischer Wellenleiter auf einer Ebene ausgebildet ist. Dabei enthält der optische Wellenleiter eine zweidimensionale Matrix von zylindrischen Bereichen, ausgefüllt mit einem dielektrischen Material, welches einen von dem Rest des Wellenleiters verschiedenen Brechungsindex aufweist. Dabei kann der Brechungsindex des dielektrischen Materials ferner mittels einer elektrischen Spannung verändert werden und es können somit die Beugungseigenschaften des Gitters eingestellt werden. Bei passender Einstellung des Beugungsgitters wird einfallendes Licht unter einem Winkel entsprechend der Braggbedingung abgelenkt.Out US 6052213 A as well as out US 2003/0123827 A1 are known respective active diffraction gratings in which an optical waveguide is formed on a plane. In this case, the optical waveguide contains a two-dimensional matrix of cylindrical regions filled with a dielectric material which has a different refractive index from the rest of the waveguide. In this case, the refractive index of the dielectric material can be further changed by means of an electrical voltage and thus the diffraction properties of the grating can be adjusted. With proper adjustment of the diffraction grating, incident light is deflected at an angle corresponding to the Bragg condition.

Hinsichtlich des vorhergehenden Problems ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein aktives Beugungsgitter bereitzustellen, das als ein zweidimensionales Beugungsgitter auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet wird und das die Richtung der Beugung und die Intensität des gebeugten Lichtes frei steuern kann. Diese Aufgabe wird durch einaktives Beugungsgitter nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.Regarding of the foregoing problem, it is an object of this invention to provide an active diffraction grating that is considered a two-dimensional Diffraction grating is formed on a semiconductor substrate and this clears the direction of the diffraction and the intensity of the diffracted light can control. This task is done by an active diffraction grating solved according to claim 1. The dependent claims relate to further advantageous aspects of the invention.

Ein aktives Beugungsgitter gemäß dieser Erfindung umfasst einen optischen Wellenleiter, der auf einer zweidimensionalen Ebene ausgebildet ist, und Elektroden, die an beiden Seiten der optischen Wellenleiter ausgebildet sind, wobei eine der Elektroden als eine Mehrzahl von Punktelektroden mit einer konstanten Beabstandung in einer Matrixform auf der zweidimensionalen Ebene ausgebildet ist. In Bezug auf die Größe der Punktelektroden und den Abstand zwischen den Punktelektroden sind die Punktelektroden klein und dicht genug, um als eine Linie zu arbeiten, wenn die Punktelektroden in einer geraden Linie in dem Durchmesser des auf den Wellenleiter einfallenden Lichts in einem Array angeordnet sind. Die Punktelektroden werden ausgebildet, um mindestens zwei parallele Linien mit einem vorbestimmten Winkel zu der Laufrichtung des auf den optischen Wellenleiter einfallenden Lichts zu bilden.One active diffraction grating according to this The invention comprises an optical waveguide arranged on a two-dimensional Level is formed, and electrodes on both sides of the optical waveguides are formed, wherein one of the electrodes as a plurality of point electrodes with a constant spacing formed in a matrix form on the two-dimensional plane is. Regarding the size of the point electrodes and the distance between the point electrodes are the point electrodes small and dense enough to work as a line when the point electrodes in a straight line in the diameter of the waveguide incident light are arranged in an array. The point electrodes are trained to have at least two parallel lines with one predetermined angle to the running direction of the optical waveguide to form incident light.

Wenn eine Spannung an mehrere Punktelektroden, die aus den in der Matrixform angeordneten Punktelektroden ausgewählt werden, angelegt und das auf die Wellenleiter in der zweidimensionalen Ebene einfallenden Licht durch die mindestens zwei parallelen Linien reflektiert wird, wird der Brechungsindex des optischen Wellenleiters teilweise geändert, sodass die Wellenlänge des Lichts, der Winkel der beiden Linien zu dem einfallenden Licht und der Abstand zwischen den Linien die Braggsche Reflexionsbedingung erfüllen.If a voltage across multiple point electrodes that are out of those in the matrix form arranged dot electrodes are selected, applied and the incident on the waveguides in the two-dimensional plane Light is reflected by the at least two parallel lines, the refractive index of the optical waveguide is partially changed so that the wavelength of the light, the angle of the two lines to the incident light and the distance between the lines is the Bragg reflection condition fulfill.

1A und 1B sind Schnittansichten, die herkömmliche Beispiele zeigen. 1A and 1B are sectional views showing conventional examples.

2A und 2B sind erläuternde Ansichten, die das Betriebsprinzip dieser Erfindung zeigen. 2A and 2 B FIG. 4 are explanatory views showing the operation principle of this invention. FIG.

3A ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Ausführungsform des aktiven Beugungsgitters gemäß dieser Erfindung zeigt. 3A Fig. 12 is a perspective view showing an exemplary embodiment of the active diffraction grating according to this invention.

3A und 3B sind eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht der Ausführungsform. 3A and 3B are a plan view and a sectional view of the embodiment.

4A bis 4D sind Ansichten, die Betriebsparameter des aktiven Beugungsgitters gemäß dieser Erfindung zeigen. 4A to 4D Fig. 11 are views showing operating parameters of the active diffraction grating according to this invention.

5 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Anwendung des aktiven Beugungsgitters dieser Erfindung zeigt. 5 Fig. 10 is a plan view showing an exemplary application of the active diffraction grating of this invention.

Eine beispielhafte Ausführungsform des aktiven Beugungsgitters gemäß dieser Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.A exemplary embodiment of the active diffraction grating according to this The invention will now be described with reference to the drawings.

Zuerst wird die „Braggsche Beugungsbedingung", die die Basis dieser Erfindung ist, mit Bezug auf 2A und 2B beschrieben. Wenn Röntgenstrahlen 6 auf ein bestimmtes Material (Kristall) 5 einfallen, wie in 2A gezeigt, werden Atome 5, die in dem Kristall gitterförmig in einem Array angeordnet sind, einen Teil der einfallenden Röntgenstrahlen streuen.First, the "Bragg diffraction condition" which is the basis of this invention will be described with reference to FIG 2A and 2 B described. When X-rays 6 on a particular material (crystal) 5 come in, as in 2A shown become atoms 5 which are arrayed in the crystal in an array, scattering a portion of the incident X-rays.

Die von den einzelnen Atomen gestreuten Röntgenstrahlen interferieren miteinader und verstärken sich in einer spezifischen Richtung, wobei gebeugte Röntgenstrahlen 7 erzeugt werden. Die Bedingung zum Bereitstellen der gebeugten Röntgenstrahlen 7 ist die Braggsche Beugungsbedingung.The X-rays scattered from the individual atoms interfere with each other and amplify in a specific direction, with diffracted X-rays 7 be generated. The condition for providing the diffracted X-rays 7 is the Bragg diffraction condition.

D. h., wie in 2A gezeigt ist, wenn Licht mit einer konstanten Wellenlänge λ auf die Gitterebene einfällt (in diesem Fall sind die in der Gitterform angeordneten Arrays von Atomen als Linien gezeigt), verstärken gebeugte Lichtstrahlen einander unter solchen Bedingungen, die die folgende Braggsche Beugungsbedingung erfüllen, wobei die Parameter der Gitterabstand d und der Einfallwinkel θ sind. 2d(sinθ) = mλ

m:: ganze Zahl (Beugungsordnung)

That is, as in 2A is shown when light having a constant wavelength λ is incident on the lattice plane (in this case, the arrays of atoms arranged in the lattice are shown as lines), diffracted light beams enhance each other under such conditions as to satisfy the following Bragg diffraction condition the grating pitch d and the angle of incidence θ are. 2d (sinθ) = mλ

m:: integer (diffraction order)

In 2B wird ein reflektierter Lichtstrahl H mit einer Verzögerung von 2d(sinθ) emittiert, was gleich dem zweifachen des durch a angegebenen Abstands (dsinθ) von einem reflektierten Lichtstrahl G ist.In 2 B a reflected light beam H is emitted with a delay of 2d (sinθ), which is twice the distance (dsinθ) of a reflected light beam G indicated by a.

3A bis 3C zeigen eine beispielhafte Ausführungsform dieser Erfindung. 3A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht. 3B ist eine Draufsicht. 3C ist eine vergrößerte Schnittansicht. In 3A bis 3C wird ein Substrat 10 beispielsweise aus einem GaAs-basierten Halbleiter einer rechteckigen Form hergestellt. Seine Oberfläche ist eine P⁺⁺-Schicht. 3A to 3C show an exemplary embodiment of this invention. 3A is an enlarged perspective view. 3B is a top view. 3C is an enlarged sectional view. In 3A to 3C becomes a substrate 10 For example, made of a GaAs-based semiconductor of a rectangular shape. Its surface is a P ⁺⁺ layer.

Auf dem Substrat 10 ist eine Abdeck- oder Mantel-Schicht 14 vom P-Typ mit einem Brechungsindex N2 über der P⁺⁺-Schicht und eine Kernschicht 15 vom N-Typ mit einem Brechungsindex N1 über der Abdeckschicht 14 ausgebildet, wie in 3C gezeigt.On the substrate 10 is a covering or sheath layer fourteen P-type having a refractive index N2 over the P ⁺⁺ layer and a core layer 15 N-type with a refractive index N1 over the covering layer fourteen trained as in 3C shown.

Eine SiO₂-Schicht 16 mit einem Brechungsindex N3 ist über der Kernschicht 15 ausgebildet. Bei dieser SiO₂-Schicht sind Löcher, die die Kernschicht 15 erreichen, in einer Matrixform ausgebildet, und Punktelektroden 12 sind darin ausgebildet. Unter Berücksichtigung der Größe der Punktelektroden 12 und des Abstands zwischen den Punktelektroden werden viele Punktelektroden 12 gebildet, sodass die Punktelektroden als Linien in dem Durchmesser des auf den optischen Wellenleiter 11 einfallenden Lichtes arbeiten.An SiO ₂ layer 16 with a refractive index N3 is above the core layer 15 educated. In this SiO ₂ layer are holes that are the core layer 15 reach, formed in a matrix form, and point electrodes 12 are trained in it. Taking into account the size of the point electrodes 12 and the distance between the dot electrodes become many dot electrodes 12 formed so that the point electrodes as lines in the diameter of the on the optical waveguide 11 incident light work.

Beispielsweise beträgt, wie in 3B gezeigt, in dem Fall, in dem der Durchmesser W eines Lichtstrahls 2 μm beträgt und N, beispielsweise zehn, Punktelektroden 12 in geraden Linien angeordnet sind, die Größe der Punktelektroden 12 und der Abstand zwischen den Punktelektroden 0,1 μm. In dem Fall, in dem 100 Punktelektroden 12 angeordnet sind, beträgt die Größe der Punktelektroden 12 und der Abstand zwischen den Punktelektroden 0,01 μm.For example, as in 3B shown in the case where the diameter W of a light beam 2 μm and N, for example ten, point electrodes 12 arranged in straight lines, the size of the point electrodes 12 and the distance between the point electrodes 0.1 μm. In the case where 100 point electrodes 12 are arranged, the size of the dot electrodes 12 and the distance between the dot electrodes is 0.01 μm.

3B' zeigt einen Zustand, bei dem Punktelektroden, an die eine Spannung angelegt wird, als eine Linie arbeiten. 3B ' FIG. 12 shows a state in which point electrodes to which a voltage is applied operate as a line.

Die Länge der durch die Punktelektroden 12 gebildeten Linie ist ausreichend länger als der Durchmesser des einfallenden Lichts, sodass sie Abweichungen in der Position des Einfalls von einfallendem Licht, Unterschiede in dem Durchmesser der Lichtstrahlen und dergleichen bewältigen kann.The length of the through the point electrodes 12 The line formed is sufficiently longer than the diameter of the incident light, so that it can handle deviations in the position of incidence of incident light, differences in the diameter of the light rays, and the like.

Der Brechungsindex N1 der Kernschicht 15, der Brechungsindex N2 der Abdeckschicht 14 und der Brechungsindex N3 der SiO₂-Schicht 16 sind in der Beziehung von N2 < N1 < N3. Eine untere Elektrode 13 ist auf der P⁺⁺-Schicht des Substrats 10 ausgebildet, und diese P⁺⁺-Schicht arbeitet als untere Elektrode.The refractive index N1 of the core layer 15 , the refractive index N2 of the capping layer fourteen and the refractive index N3 of the SiO ₂ layer 16 are in the relationship of N2 <N1 <N3. A lower electrode 13 is on the P ⁺⁺ layer of the substrate 10 formed, and this P ⁺⁺ layer works as a lower electrode.

Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, wird eine Spannungsanlegungsvorrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen jeder der Punktelektroden 12 und der unteren Elektrode 13 bereitgestellt.Although not shown in the drawings, a voltage applying device for applying a voltage between each of the dot electrodes 12 and the lower electrode 13 provided.

In 3A bis 3C wird eine Spannung an Punktelektroden angelegt, die durch schwarze Punkte angegeben werden, die einen Winkel θ_P mit der Laufrichtung des einfallenden Lichtstrahls K, den in der Matrixform angeordneten N Punktelektroden 12 und der unteren Elektrode 13 aufweisen. Entsprechend den Elektroden, an die die Spannung angelegt wird, treten Änderungen im Brechungsindex (Absenken des Brechungsindex) in der Form von geraden Linien in dem optischen Wellenleiter 11 auf.In 3A to 3C A voltage is applied to point electrodes indicated by black dots having an angle θ _P with the traveling direction of the incident light beam K, the N point electrodes arranged in the matrix form 12 and the lower electrode 13 exhibit. According to the electrodes to which the voltage is applied, changes in the refractive index (lowering of the refractive index) occur in the form of straight lines in the optical waveguide 11 on.

In diesem Fall wird das Licht dem in 2A und 2B gezeigten Phänomen äquivalent, und gebeugtes Licht erster Ordnung von m = 1 wird in der Richtung des Pfeils L in Übereinstimmung mit der Braggschen Beugungsbedingung (2d(sinθ) = λ) emittiert. Licht zweiter Ordnung von m = 2 wird beispielsweise in Richtung des Pfeils P emittiert (siehe 3A).In this case, the light becomes the in 2A and 2 B is equivalent, and first-order diffracted light of m = 1 is emitted in the direction of the arrow L in accordance with the Bragg diffraction condition (2d (sinθ) = λ). Second order light of m = 2 is emitted, for example, in the direction of the arrow P (see 3A ).

Wenn keine Spannung an die Punktelektrode 12 angelegt wird, wird Licht als durchgelassenes Licht in der Richtung des Pfeils Q emittiert.If no voltage to the point electrode 12 is applied, light is emitted as transmitted light in the direction of the arrow Q.

Sogar in dem Fall, in dem eine Spannung an die Punktelektroden 12 angelegt wird, wird durchgelassenes Licht geringfügig in der Richtung des Pfeils Q als Streuverlust von gebeugtem Licht emittiert, wie in 3A und 3B gezeigt.Even in the case where a voltage to the point electrodes 12 is applied, transmitted light is emitted slightly in the direction of the arrow Q as scattering loss of diffracted light, as in 3A and 3B shown.

4A bis 4D sind Ansichten, die Betriebsparameter des Beugungsgitters dieser Erfindung zeigen, das in 3A bis 3C gezeigt ist. 4A zeigt ein Beispiel, bei dem vier gerade Linien mit einem Winkel θ_P zu der Laufrichtung des einfallenden Lichtes ausgebildet sind. Je mehr derartige Linien gebildet werden (beispielsweise einige 100 bis einige 1000), desto stärker kann die Leistung des gebeugten Lichts sein. 4A to 4D FIG. 11 are views showing operating parameters of the diffraction grating of this invention disclosed in FIG 3A to 3C is shown. 4A shows an example in which four straight lines are formed at an angle θ _P to the running direction of the incident light. The more such lines are formed (for example, several hundreds to several thousands), the stronger the power of the diffracted light may be.

In 4B werden die Breite d zwischen Linien und der Winkel θ_P gleichzeitig gesteuert, um gebeugtes Licht zu einem bestimmten festgelegten Ausgangsport zu leiten, wenn die Wellenlänge von Licht verglichen mit 4A unbekannt ist.In 4B For example, the width d between lines and the angle θ _{P are} simultaneously controlled to guide diffracted light to a particular fixed output port when the wavelength of light is compared with 4A is unknown.

In 4C wird die Breite d zwischen Linien und der Winkel θ_P gleichzeitig gesteuert, um gebeugtes Licht zu einem bestimmten festgelegten Ausgangsport zu leiten, wenn die Lichteinfallsrichtung verglichen mit 4A unbekannt ist.In 4C For example, the width d between lines and the angle θ _{P are} simultaneously controlled to guide diffracted light to a certain predetermined output port when the light incident direction is compared with 4A is unknown.

4D zeigt, dass es möglich ist, die Intensität von gebeugtem Licht durch Erhöhen oder Verringern der Dichte der Punktelektroden einzustellen, die Linien gemäß der Breite eines einfallenden Lichtstrahls bilden. Eine Linie R stellt den Zustand dar, bei dem eine Spannung an jede zweite Punktelektrode angelegt wird. Eine Linie S stellt den Zustand dar, bei dem eine Spannung an alle Punktelektroden an der Linie angelegt wird. 4D shows that it is possible to adjust the intensity of diffracted light by increasing or decreasing the density of the dot electrodes that form lines according to the width of an incident light beam. A line R represents the state where a voltage is applied to each second point electrode. A line S represents the state where a voltage is applied to all the dot electrodes on the line.

5 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Anwendung dieser Erfindung zeigt. In 5 ist ein Halbleitersubstrat 10a ein Halbleitersubstrat, das ähnlich dem in 3 gezeigten Substrat aufgebaut ist. Um eine zweidimensionale Ebene dieses Substrats 10a sind m Einfalleinheiten und m Emissionseinheiten (1 bis m) angeordnet. Einfallende Lichtstrahlen (1, 2..., m) von den Einfallseinheiten fallen auf einen auf dem Substrat 10a ausgebildeten Wellenleiter (siehe 3) ein. 5 Fig. 10 is a plan view showing an exemplary application of this invention. In 5 is a semiconductor substrate 10a a semiconductor substrate similar to that in FIG 3 constructed substrate is constructed. Around a two-dimensional plane of this substrate 10a are arranged m incidence units and m emission units (1 to m). Incident light rays (1, 2 ..., m) from the impingement units fall onto one on the substrate 10a trained waveguide (see 3 ) one.

1-1 bis m-m stellen Gruppenelektroden 17 dar, wobei jede mehreren Punktelektroden aufweist, die in einer Matrixform als eine Einheit ausgebildet sind. Diese Gruppenelektroden 17 sind an Kreuzungspunkten an dem optischen Wellenleiter ausgebildet, wo Linien, die sich von den Einfalls- und Emissionseinheiten erstrecken, einander kreuzen.1-1 to mm set group electrodes 17 each having a plurality of point electrodes formed in a matrix form as a unit. These group electrodes 17 are formed at crossing points on the optical waveguide, where lines extending from the incident and emission units cross each other.

Ein Lichtstrahl wird auf eine beliebige Einfallseinheit auftreffen und eine Spannung an beliebige Punktelektroden der an den Kreuzungspunkten ausgebildeten Gruppenelektroden 17 angelegt. Mehrere Punktelektroden der in der Matrixform angeordneten Punktelektroden werden ausgewählt, und eine Spannung wird an die ausgewählten Punktelektroden angelegt, sodass mindestens zwei parallele Linien mit einem vorbestimmten Winkel zu der Laufrichtung des auf die optischen Wellenleiter einfallenden Lichtes ausgebildet werden. Dann wird, wenn das auf den zweidimensionalen ebenen Wellenleiter einfallende Licht durch mindestens zwei parallele Linien reflektiert wird, der Brechungsindex des optischen Wellenleiters teilweise geändert, sodass die Wellenlänge des Lichts, der Winkel von mindestens zwei Linien zu dem Einfallslicht, und der Abstand zwischen den Linien die Braggsche Reflexionsbedingungen erfüllen.A light beam will impinge on any incident unit and a voltage on any point electrodes of the group electrodes formed at the crossing points 17 created. A plurality of dot electrodes of the dot electrodes arranged in the matrix form are selected, and a voltage is applied to the selected dot electrodes so that at least two parallel lines are formed at a predetermined angle to the running direction of the light incident on the optical waveguides. Then, when the light incident on the two-dimensional planar waveguide is reflected by at least two parallel lines, the refractive index of the optical waveguide is partially changed, so that the wavelength of the light, the angle of at least two lines to the incident light, and the distance between the lines fulfill the Bragg reflection conditions.

Als Ergebnis wird das gebeugte Licht an eine beliebigen Emissionseinheit emittiert. In 5 wird der auf die Gruppenelektrode 1-1 einfallende Lichtstrahl an die Emissionseinheit 1 emittiert. Der auf die Gruppenelektrode 2-2 einfallende Lichtstrahl wird an die Emissionseinheit 2 emittiert. Der auf die Gruppenelektrode m-m einfallende Lichtstrahl wird an die Emissionseinheit m emittiert.As a result, the diffracted light is emitted to an arbitrary emission unit. In 5 the light beam incident on the group electrode 1-1 is emitted to the emission unit 1. The light beam incident on the group electrode 2-2 is emitted to the emission unit 2. The light beam incident on the group electrode mm is emitted to the emission unit m.

Wenn keine Spannung an die Gruppenelektroden 17 angelegt wird, wird einfallendes Licht durchgelassen. Sogar wenn eine Spannung angelegt wird, wird durch Streuverluste Licht durchgelassen. In 5 werden durchgelassene Lichtstrahlen 1, 2, m als Streuverlust-Lichtstrahlen in jedem Fall erzeugt.If no voltage to the group electrodes 17 is applied, incident light is transmitted. Even when a voltage is applied, light is transmitted through leakage. In 5 For example, transmitted light beams 1, 2, m are generated as leakage light beams in each case.

Obwohl nicht gezeigt, wird eine Spannungssteuereinheit, die eine Algorithmusfunktion zum Verwirklichen einer optimalen Steuerung verwendet, als ein Maß zum Anlegen der Spannung an die Gruppenelektroden 17 verwendet, um gebeugtes Licht selektiv auf eine beliebige Emissionseinheit von einer beliebigen Einfallseinheit einfallend zu machen. Als Ergebnis kann aus Licht, das von einer Einfallseinheit kommt, gebeugtes Licht an einer beliebigen Emissionseinheit schnell und mit verringertem Verlust erfasst werden.Although not shown, a voltage control unit using an algorithm function for realizing an optimal control is used as a measure for applying the voltage to the group electrodes 17 used to make diffracted light selectively incident on any emission unit from any unit of incidence. As a result, light diffused from a collapsing unit can be detected at any emission unit quickly and at a reduced loss.

Die obige Beschreibung dieser Erfindung ist einfach die Beschreibung der spezifischen bevorzugten Ausführungsform für den Zweck der Erläuterung und Darstellung. Daher sollte für Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung von dem Schutzumfang dieser Erfindung durchgeführt werden können. Beispielsweise muss, obwohl m Einfallseinheiten und m Emissionseinheiten bei der Ausführungsform verwendet werden, die Anzahl von Einfallseinheiten und die Anzahl von Emissionseinheiten nicht gleich sein. Der Schutzumfang dieser Erfindung, der durch die Ansprüche definiert wird, umfasst derartige Änderungen und Modifikationen.The above description of this invention is simply the description of the specific preferred th embodiment for the purpose of explanation and illustration. Therefore, it should be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the scope of this invention. For example, although m units of incidence and m units of emission are used in the embodiment, the number of units of incidence and the number of units of emission need not be equal. The scope of this invention, which is defined by the claims, includes such changes and modifications.

Wie es oben in Bezug auf die Ausführungsform beschrieben wird, umfasst das aktive Beugungsgitter gemäß dieser Erfindung einen optischen Wellenleiter, der in einer zweidimensionalen Ebene ausgebildet ist, und mehrere Punktelektroden, die mit einer konstanten Beabstandung in einer Matrixform auf der zweidimensionalen Ebene ausgebildet sind. Unter Berücksichtigung der Größe der Punktelektroden und des Abstands zwischen den Punktelektroden, sind die Punktelektroden klein und dicht genug, um als eine Linie zu arbeiten, wenn die Punktelektroden in einer geraden Linie in Arrayform in dem Durchmesser des Lichts angeordnet sind, das auf den optischen Wellenleiter einfällt.As it above with respect to the embodiment is described, the active diffraction grating comprises according to this Invention an optical waveguide, in a two-dimensional Level is formed, and multiple point electrodes, with a constant spacing in a matrix form on the two-dimensional Level are formed. Taking into account the size of the point electrodes and the distance between the point electrodes, are the point electrodes small and dense enough to work as a line when the point electrodes in a straight line in array form in the diameter of the light are arranged, which is incident on the optical waveguide.

Eine Spannung wird an beliebige Punktelektroden angelegt, um den Brechungsindex des optischen Wellenleiters teilweise zu ändern. Mehrere Punktelektroden der in der Matrixform angeordneten Punktelektroden werden ausgewählt, sodass mindestens zwei parallele Linien mit einem vorbestimmten Winkel zu der Laufrichtung des auf den optischen Wellenleiter einfallenden Lichts ausgebildet werden. Eine Spannung wird an die Punktelektroden angelegt, sodass ein Winkel, der die Braggsche Reflexionsbedingung erfüllt, bereitgestellt wird, wenn das auf den Wellenleiter in der zweidimensionalen Ebene einfallende Licht durch mindestens zwei parallele Linien reflektiert wird. Als Ergebnis kann ein aktives Beugungsgitter, das die Richtung der Beugung und die Intensität des gebeugten Lichtes frei steuern kann, verwirklicht werden.A Voltage is applied to any point electrodes to the refractive index to partially change the optical waveguide. Multiple point electrodes the dot electrodes arranged in the matrix form are selected so that at least two parallel lines at a predetermined angle to the direction of the incident on the optical waveguide Light are formed. A voltage is applied to the point electrodes created so that an angle, the Bragg reflection condition Fulfills, is provided when the on the waveguide in the two-dimensional Level incident light is reflected by at least two parallel lines becomes. As a result, an active diffraction grating can change the direction the diffraction and the intensity of the diffracted light can be realized.

Außerdem werden m Einfallseinheiten und m Emissionseinheiten um die zweidimensionale Ebene angeordnet, und Gruppenelektroden werden gebildet, wobei jede mehrere Punktelektroden aufweist, die in einer Matrixform als eine Einheit angeordnet sind. Die Gruppenelektroden sind an Kreuzungspunkten auf dem optischen Wellenleiter angeordnet, wobei sich von den Einfalls- und Emissionseinheiten erstreckende Linien einander kreuzen. Wenn eine Spannung an eine beliebige Gruppenelektrode der an den Kreuzpunkten ausgebildeten Gruppenelektroden angelegt wird, wird gesteuert, um den Brechungsindex an den Teilen zu ändern, wo die Punktelektroden ausgebildet sind, und auf eine beliebige Einfallseinheit einfallendes Licht wird von einer beliebigen Emissionseinheit emittiert.In addition, will m sink units and m emission units around the two-dimensional Plane arranged, and group electrodes are formed, each having a plurality of dot electrodes arranged in a matrix form as one Unit are arranged. The group electrodes are at crossing points arranged on the optical waveguide, which differs from the incident and emission lines crossing each other. If a voltage to any group electrode at the cross points applied group electrodes is controlled to to change the refractive index at the parts where the point electrodes are formed, and incident on any Einfallseinheit Light is emitted from any emission unit.

Um Licht von einer beliebigen Einfallseinheit an eine beliebige Emissionseinheit selektiv zu emittieren, wird ein Algorithmus zum Verwirklichen optimaler Steuerung der an die Gruppenelektrode angelegten Spannung verwendet. Daher ist es möglich, ein aktives Beugungsgitter zu verwirklichen, das einen hohen Freiheitsgrad bei der Steuerung, eine kleine Größe und hohe Zuverlässigkeit aufweist, und das flexibel genug ist, um Änderungen in der Kommunikationsmenge und Kommunikationsausfall zu bewältigen.Around Light from any unit of incidence to any emission unit to selectively emit, an algorithm for realizing becomes more optimal Controlling the voltage applied to the group electrode voltage used. Therefore it is possible to enter active diffraction grating to realize that a high degree of freedom in the controller, a small size and high reliability which is flexible enough to handle changes in the communication volume and communication failure.

Claims

Active diffraction grating with an optical waveguide ( 11 ) formed on a plane of a first electrode ( 13 ) formed on one side of the optical waveguide and a plurality of second electrodes (FIG. 12 ), which are formed with a constant spacing in a matrix form on the other side of the waveguide, characterized in that the second electrodes ( 12 ) are punctiform; wherein the active diffraction grating is configured so that selected second electrodes ( 12 ), which are arranged so that they form at least two plane-parallel lines.

Active diffraction grating according to Claim 1, in which the optical waveguide ( 11 ) a semiconductor core layer ( 15 ) doped with N-type (or P-type) and a cap layer ( fourteen ) doped with P-type (or N-type), and at least one of the electrodes formed on both sides of the optical waveguide is formed as a dot electrode.

An active diffraction grating according to claim 1 or 2, wherein a plurality of incident units and a plurality of emission units are arranged around the two-dimensional plane and a plurality of group electrodes are formed, each of which comprises a plurality of point electrodes of the dot electrodes arranged in the matrix form as a unit, the plurality of group electrodes at crossing points on the one optical waveguides are arranged, at which the lines emerging from the plurality of incident and emission units intersect, and a voltage applied to point electrodes of any group electrode of the array electrodes arranged at the crossing points is controlled to change the refractive index at the parts in which the dot electrodes are formed so that diffracted light of incident on any incident unit light on a belie incident emission unit.