JP2000347231A - Optical gate switch device - Google Patents

Optical gate switch device

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JP2000347231A
JP2000347231A JP11161699A JP16169999A JP2000347231A JP 2000347231 A JP2000347231 A JP 2000347231A JP 11161699 A JP11161699 A JP 11161699A JP 16169999 A JP16169999 A JP 16169999A JP 2000347231 A JP2000347231 A JP 2000347231A
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JP
Japan
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optical
light
optical waveguide
face
input
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Application number
JP11161699A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Hashimoto
陽一 橋本
Hirohito Yamada
博仁 山田
Hiroyuki Yokoyama
弘之 横山
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration in the extinction ration caused by stray light or reflection on the end face and to realize both of decrease in the energy for switching operation and low insertion loss by integrating a multimode interference optical coupler having an oversaturation absorption region and an optical branching and coupling mechanism. SOLUTION: In the device, a 1×2 multimode interference optical coupler 1 equipped with one optical input/output port 2 on one end face and two optical input/output ports 3, 4 on the other end face is used. The device is equipped with a tapered optical waveguide 5 to introduce the signal light into the optical input/output port 2 on one end face, with an oversaturation absorption region 15 in the midway of the optical waveguide, with an optical waveguide 6 to introduce the controlling light into one port 3 of the two input/output ports on the other end face, and with a bend waveguide 7 connected to the other port 4 to output the signal light. The bend waveguide 7 has a bent part to transmit the output light in the direction perpendicular to the incident direction of the signal light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、超高速光通
信に用いて好適な、光ゲートスイッチ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical gate switch element particularly suitable for ultra-high-speed optical communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、超大容量光通信システムを構築す
るにあたり、電子回路による応答速度の制限を受けない
全光学的な光伝送技術、光信号処理技術への要求が高ま
っている。その主要な技術の一つとして、光によって光
信号のスイッチングを行う全光学式光ゲートスイッチが
挙げられる。全光学式光ゲートスイッチを実現しようと
する試みとしては、従来から以下に示す方法が知られて
いる。その方法とは、可飽和吸収領域を含む半導体光導
波路に、信号光とその信号光をスイッチングする制御光
を各々が対向する方向から入射し、可飽和吸収領域での
制御光による吸収飽和を用いてスイッチング制御された
信号光を光導波路から取り出し、半面鏡や光サーキュレ
ータ等を用いてこれを制御光と分離して取り出すもの
で、40Gb/sの光信号から10Gb/s信号への光
分離が実現されることが、例えば、「I. Ogura et al.,
“Picosecond all-optical gate using a saturable a
bsorber in Mode-locked laser”, IEEE Photon. Thchn
ol. Lett., vol.10, No.4, pp.603-605, April 1998」
に報告されている。
2. Description of the Related Art In recent years, when constructing an ultra-large-capacity optical communication system, there is an increasing demand for an all-optical optical transmission technology and an optical signal processing technology which are not limited by the response speed of an electronic circuit. One of the main technologies is an all-optical gate switch that switches an optical signal by light. As an attempt to realize an all-optical optical gate switch, the following method has been conventionally known. The method is that a signal light and control light for switching the signal light are incident on a semiconductor optical waveguide including a saturable absorption region from directions facing each other, and absorption saturation by the control light in the saturable absorption region is used. The signal light subjected to the switching control is extracted from the optical waveguide and separated from the control light using a half mirror or an optical circulator, and is extracted. What is achieved is, for example, "I. Ogura et al.,
“Picosecond all-optical gate using a saturable a
bsorber in Mode-locked laser ”, IEEE Photon. Thchn
ol. Lett., vol.10, No.4, pp.603-605, April 1998 "
Has been reported to.

【0003】図2は、上記従来技術としての可飽和吸収
領域を含む半導体光導波路構造を用いた全光学式光ゲー
トスイッチの構成を示したものである。この例では、可
飽和吸収領域を含む光導波路20は可飽和吸収領域21
と利得領域22との2電極分割された電極を備えたIn
GaAs/InGaSP多重量子井戸構造を有してお
り、素子両端面には反射防止膜23が施されている。こ
の素子の動作は、光導波路の左側からスイッチング制御
される信号光26が入射し、可飽和吸収領域21を通過
し、さらに利得領域22で増幅されて、右端から出て行
く。一方、信号光26を制御する制御光27は、光導波
路の右側から入射し、利得領域22で増幅されて可飽和
吸収領域21に入る。この場合のスイッチング動作のメ
カニズムとしては、可飽和吸収領域21での制御光27
による吸収飽和を用いている。即ち、可飽和吸収領域に
相対的に強い制御光27が入射していない時は、この領
域には大きな光吸収損失が存在するために、信号光26
はこの領域を通過する時に大きな損失を受けて、右端か
らは殆ど出力されない。これに対して右側から制御光2
7が入射している時は、可飽和吸収領域21が制御光2
7により吸収飽和を起こすので、この部分での光吸収損
失が小さくなり、信号光が出力される。
FIG. 2 shows a configuration of an all-optical optical gate switch using a semiconductor optical waveguide structure including a saturable absorption region as the above-mentioned prior art. In this example, the optical waveguide 20 including the saturable absorption region is a saturable absorption region 21.
Having an electrode divided into two electrodes of
It has a GaAs / InGaSP multiple quantum well structure, and antireflection films 23 are provided on both end faces of the device. In the operation of this element, signal light 26 whose switching is controlled enters from the left side of the optical waveguide, passes through the saturable absorption region 21, is further amplified by the gain region 22, and exits from the right end. On the other hand, the control light 27 for controlling the signal light 26 enters from the right side of the optical waveguide, is amplified in the gain region 22 and enters the saturable absorption region 21. In this case, as a mechanism of the switching operation, the control light 27 in the saturable absorption region 21 is used.
Is used. That is, when the relatively strong control light 27 is not incident on the saturable absorption region, the signal light 26
Suffers a large loss when passing through this area, and is hardly output from the right end. On the other hand, control light 2
7 is incident, the saturable absorption region 21 is
7 causes absorption saturation, the light absorption loss in this portion is reduced, and signal light is output.

【0004】上述したメカニズムで、スイッチング動作
を行うことが可能であるが、この場合、光導波路の右側
から出力される光は、制御光27と同一直線上を通るこ
とになるので、この2つの光波を分離する工夫が必要と
なる。従来例に従えば、この場合、光サーキュレータ2
5を用いてこの2つの光波を分離している。光サーキュ
レータ25とは、磁気光学効果を用いて光の通過方向の
交通整理を行うもので、この例の場合、図に示す様に3
つの光入出力ポートを備えているが、図に示す方向にし
か光が通過することができないので、スイッチングされ
た信号光28と制御光27を分離することができる。
A switching operation can be performed by the mechanism described above. In this case, the light output from the right side of the optical waveguide passes on the same straight line as the control light 27. A device for separating light waves is required. According to the conventional example, in this case, the optical circulator 2
5 are used to separate these two light waves. The optical circulator 25 performs traffic control in the light passing direction using the magneto-optical effect. In this example, as shown in FIG.
Although two light input / output ports are provided, light can pass only in the direction shown in the figure, so that the switched signal light 28 and control light 27 can be separated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例に従えば、可飽和吸収領域を含む半導体光導波
路による全光学式光スイッチでは、信号光と制御光の分
離を行なうために、光サーキュレータ等の高価な光学部
品が必要となり、構成が複雑で、機械的安定性に欠ける
といった問題があった。また、信号光と出力光を光学的
に同一線上を伝搬させるために、可飽和吸収領域を含む
光導波路以外を伝搬する迷光がスイッチング制御された
信号光に混入して出力されるために、スイッチング特性
の消光比の劣化を招くことがあり、更に、可飽和吸収光
ゲート端面での光反射により、制御光が信号出力光に混
入することによって消光比劣化を招くこともあった。ま
た、可飽和吸収領域を含む半導体光導波路は、なるべく
狭い導波路構造にして光波を効率よく閉じ込めて、スイ
ッチングの動作エネルギを低減する必要があるが、この
ような狭い光導波路構造は逆に、信号光や制御光を半導
体導波路に入れる場合の光学結合を悪くし、高い結合率
を得ることを難しくしていた。
However, according to the conventional example described above, in an all-optical switch using a semiconductor optical waveguide including a saturable absorption region, an optical circulator is required to separate signal light and control light. Expensive optical parts such as the above are required, the configuration is complicated, and there is a problem of lack of mechanical stability. In addition, since the signal light and the output light are optically propagated on the same line, stray light propagating other than the optical waveguide including the saturable absorption region is mixed with the switching-controlled signal light and output. The extinction ratio of the characteristics may be deteriorated, and further, the extinction ratio may be deteriorated by mixing the control light into the signal output light due to light reflection at the end face of the saturable absorption light gate. In addition, a semiconductor optical waveguide including a saturable absorption region needs to have a narrow waveguide structure as much as possible to efficiently confine light waves and reduce the operating energy of switching. The optical coupling when signal light and control light enter the semiconductor waveguide is deteriorated, and it has been difficult to obtain a high coupling ratio.

【0006】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、可飽和吸収領域を含む光導波路と光波の分離・
合成を行う多モード干渉計型光カプラを集積化し一体形
成することにより、上述した可飽和吸収体を含む半導体
導波路と複数の光学部品の組み合わせによる従来の全光
学式光スイッチの欠点を除去し、集積化により機械的安
定性が良く、迷光や端面反射による消光比劣化を抑え、
かつ、スイッチング動作エネルギの低減と低い挿入損失
を両立させることができる光ゲートスイッチ素子を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in consideration of the problems described above.
By integrating and integrally forming a multi-mode interferometer type optical coupler for combining, the disadvantages of the conventional all-optical switch using a combination of the semiconductor waveguide including the saturable absorber described above and a plurality of optical components are eliminated. , The mechanical stability is good by integration, and the extinction ratio deterioration due to stray light and end face reflection is suppressed,
It is another object of the present invention to provide an optical gate switch element capable of achieving both low switching operation energy and low insertion loss.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項1に記載の光ゲートスイッチ素子は、少な
くとも、一方の端面に1個の光入出力ポート、他方の端
面に2個の光入出力ポートを備え、光波の多モード干渉
効果により光の合分波を行う多モード干渉計型光カプラ
と、この多モード干渉計型光カプラの一方の端面におけ
る1個の光入出力ポートに信号光を入射すると共に、そ
の途中に可飽和吸収領域を備え前記信号光のスイッチン
グを行う光導波路と、前記多モード干渉計型光カプラの
他方の端面における2個の光入出力ポートのうちいずれ
か一方に制御光を入射させる光導波路と、前記2個の光
入出力ポートにおける残りの光入出力ポートに前記信号
光を出力する光導波路を備えて成ることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical gate switch device comprising at least one optical input / output port on one end face and two optical input / output ports on the other end face. A multi-mode interferometer type optical coupler having an optical input / output port and performing multiplexing / demultiplexing of light by a multi-mode interference effect of light waves, and one optical input / output port on one end face of the multi-mode interferometer type optical coupler And a signal waveguide that has a saturable absorption region in the middle thereof and performs switching of the signal light, and the two optical input / output ports at the other end face of the multimode interferometer type optical coupler. An optical waveguide for inputting control light to one of the two optical input / output ports and an optical waveguide for outputting the signal light to the remaining optical input / output ports of the two optical input / output ports are provided.

【0008】請求項2に記載の光ゲートスイッチ素子
は、請求項1に記載の同素子において、前記信号光を出
力する光導波路は、出力光を信号光の入射方向に対して
垂直方向に取り出す曲がり部分を備えて成ることを特徴
とする。請求項3に記載の光ゲートスイッチ素子は、請
求項2に記載の同素子において、前記可飽和吸収領域を
備える光導波路部分の幅はそれに接続されている光導波
路の幅より狭く、かつ、前記接続されている光導波路の
幅に対してその導波路幅がテーパ状に変化しながら可飽
和吸収領域光導波路部分に接続されて成ることを特徴と
する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the optical gate switch element according to the first aspect, wherein the optical waveguide for outputting the signal light takes out the output light in a direction perpendicular to the incident direction of the signal light. It is characterized by having a bent portion. The optical gate switching device according to claim 3 is the device according to claim 2, wherein a width of the optical waveguide portion including the saturable absorption region is smaller than a width of an optical waveguide connected thereto, and The optical waveguide is characterized in that the optical waveguide is connected to the saturable absorption region optical waveguide while the width of the optical waveguide changes in a tapered manner with respect to the width of the connected optical waveguide.

【0009】請求項4に記載の光ゲートスイッチ素子
は、請求項1または3に記載の同素子において、前記可
飽和吸収領域を含む光導波路と、前記多モード干渉計型
光カプラを一体形成し単一半導体基板上にモノリシック
集積することを特徴とする。請求項5に記載の光ゲート
スイッチ素子は、請求項4に記載の同素子において、前
記多モード干渉型光カプラ上に電極を形成し、順方向電
流を流しキャリアを注入することで半導体光増幅器とし
ての機能を持たせ、入射する信号光及び制御光を増幅す
ることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical gate switch element according to the first or third aspect, wherein the optical waveguide including the saturable absorption region and the multi-mode interferometer type optical coupler are integrally formed. It is characterized in that it is monolithically integrated on a single semiconductor substrate. An optical gate switch element according to claim 5, wherein an electrode is formed on the multi-mode interference type optical coupler according to the element according to claim 4, and a forward current is caused to flow to inject a carrier to the semiconductor optical amplifier. And amplifies the incident signal light and control light.

【0010】上述した構成において、可飽和吸収領域と
光合分波機構を備えた多モード干渉型光カプラを集積化
することにより、迷光や端面反射による消光比劣化を抑
えて、なおかつスイッチング動作エネルギの低減と低い
挿入損失を両立させることができる。
In the above-described configuration, by integrating a multi-mode interference type optical coupler having a saturable absorption region and an optical multiplexing / demultiplexing mechanism, deterioration of the extinction ratio due to stray light or end face reflection is suppressed, and the switching operation energy is reduced. Reduction and low insertion loss can both be achieved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態である
光ゲートスイッチ素子の構造を示す図である。 本発明
の光ゲートスイッチ素子は、InP等の半導体基板16
上にモノリシックに作製できる。可飽和吸収領域15と
可飽和吸収領域を含むテーパ状光導波路部分5および多
モード干渉計型光カプラ部分1は、同一層構造によって
実現できるため、ここでは、n−InP半導体基板上
に、n−InPクラッド層(約1μm)、ノンドープI
nGaAsP活性層(約0.3μm)、p−InP上部ク
ラッド層(約2μm)、p+-InGaAsPキャップ層
(約0.2ミクロン)を順次積層している。このような半
導体ウエハをドライエッチング等により、図に示す様な
テーパ状光導波路部分5を有する可飽和吸収領域15、
1×2光入出力ポート(一方の端面に1個の光入出力ポ
ート2を備え、他方の端面に2個の光入出力ポート3,
4を備える)を持ち、その分岐比が50%の多モード干
渉計型光カプラ1、更新に、曲がり導波路部分7を含む
入出力光導波路に加工する。可飽和吸収領域15の長さ
は約200μm、幅は1μm、多モード干渉計型光カプ
ラ1の大きさは、幅10μm、長さ140μmとした。
また、曲がり導波路部分7の曲率半径は100μmで、
テーパ部分を除くこれら光導波路の幅は2μmとした。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an optical gate switch element according to an embodiment of the present invention. The optical gate switch element of the present invention is a semiconductor substrate 16 made of InP or the like.
It can be made monolithically on top. Since the saturable absorption region 15, the tapered optical waveguide portion 5 including the saturable absorption region, and the multi-mode interferometer type optical coupler portion 1 can be realized by the same layer structure, here, n is placed on the n-InP semiconductor substrate. -InP cladding layer (about 1 μm), non-doped I
An nGaAsP active layer (about 0.3 .mu.m), a p-InP upper cladding layer (about 2 .mu.m), and ap @ + -InGaAsP cap layer (about 0.2 .mu.m) are sequentially laminated. A saturable absorption region 15 having a tapered optical waveguide portion 5 as shown in FIG.
1 × 2 optical input / output ports (one optical input / output port 2 is provided on one end face, and two optical input / output ports 3 and 3 are provided on the other end face)
4), and a multimode interferometer type optical coupler 1 having a branching ratio of 50%, and processed into an input / output optical waveguide including a bent waveguide portion 7 for updating. The length of the saturable absorption region 15 was about 200 μm, the width was 1 μm, and the size of the multi-mode interferometer type optical coupler 1 was 10 μm in width and 140 μm in length.
The radius of curvature of the bent waveguide portion 7 is 100 μm,
The width of these optical waveguides except for the tapered portion was 2 μm.

【0012】可飽和吸収領域15として動作させるため
には、この部分に電極を形成して逆バイアス電圧を印加
する必要がある。そのため、この部分に分離電極を形成
し、この領域にのみ逆バイアス電圧を印加できるように
してある。また、多モード干渉計型光カプラ1は半導体
光増幅器としても用いるため、この部分にも分離電極を
形成して、順方向電流を注入できる構造としている。ま
た、信号光、制御光が入射する光導波路端面および出力
光が出射する端面には反射防止膜11を施している。
In order to operate as the saturable absorption region 15, it is necessary to form an electrode in this portion and apply a reverse bias voltage. Therefore, a separation electrode is formed in this portion, and a reverse bias voltage can be applied only to this region. Further, since the multi-mode interferometer type optical coupler 1 is also used as a semiconductor optical amplifier, a separation electrode is also formed at this portion, so that a forward current can be injected. Further, an antireflection film 11 is provided on an end face of the optical waveguide on which signal light and control light are incident and on an end face on which output light is emitted.

【0013】以下、図1に示す光ゲートスイッチの動作
につき詳細に説明する。まず、可飽和吸収による光スイ
ッチング動作から説明する。可飽和吸収領域15を含む
テーパ状光導波路5は、入射光強度に依存した非線形な
透過特性をもつ。つまり、可飽和吸収の飽和強度より弱
い強度の光が入射した場合には、可飽和吸収領域15は
大きな吸収損失を有するために、この領域を通過する光
は大きな損失を受ける。しかし、可飽和吸収の飽和強度
より強い強度の光が入射すると吸収飽和が生じるため、
この領域の吸収損失は小さくなり、この領域を通過する
光の損失は小さくなる。
Hereinafter, the operation of the optical gate switch shown in FIG. 1 will be described in detail. First, the optical switching operation by saturable absorption will be described. The tapered optical waveguide 5 including the saturable absorption region 15 has a non-linear transmission characteristic depending on the incident light intensity. That is, when light having an intensity lower than the saturation intensity of the saturable absorption enters, the light passing through this region suffers a large loss because the saturable absorption region 15 has a large absorption loss. However, when light with an intensity higher than the saturation intensity of saturable absorption is incident, absorption saturation occurs,
The absorption loss in this region is small, and the loss of light passing through this region is small.

【0014】可飽和吸収領域15におけるこのようなメ
カニズムを利用して、信号光8のみが入射して制御光9
が入射していない時は、吸収飽和を起こさず吸収損失が
大きいために、信号光8はこの領域で殆ど吸収されてし
まい出力されないが、信号光8に加えて制御光9が同時
に入射した場合には、吸収飽和によりこの領域の損失が
小さくなり、信号光8が出力される。このような動作に
より、可飽和吸収領域15を含むテーパ状光導波路5に
よりスイッチング動作を実現できる。この可飽和吸収領
域により吸収飽和やその回復は非常に短い時間で応答す
るので、ピコ秒の光スイッチング動作を実現することも
可能である。
Utilizing such a mechanism in the saturable absorption region 15, only the signal light 8 enters and the control light 9
When light is not incident, the signal light 8 is almost absorbed in this region and is not output because absorption saturation is not caused and absorption loss is large. However, when the control light 9 is simultaneously incident in addition to the signal light 8, , The loss in this region is reduced due to absorption saturation, and the signal light 8 is output. With such an operation, the switching operation can be realized by the tapered optical waveguide 5 including the saturable absorption region 15. The saturable absorption region responds to absorption saturation and its recovery in a very short time, so that a picosecond optical switching operation can be realized.

【0015】次に、可飽和吸収領域15を含むテーパ状
光導波路5によりスイッチング制御された信号光8と、
制御光9とを分離するための多モード干渉計型光カプラ
1による光波の合波・分波機能について説明する。1×
2ポート多モード干渉計型光カプラ1は、その内部での
光波の多モード干渉効果により光の合分波を行うことが
できる。例えば、図1に示す1×2ポートで、その分岐
比が50%の多モード干渉計型光カプラ1の場合、左端
面の光入出力ポート2から入射された光(信号光8)
は、右端面に2個ある光入出力ポート3,4から入射光
強度の50%の強度でそれぞれ出射される。また、逆
に、右端面に2個ある光入出力ポート3,4のどちらか
一方から光波を入射した場合は、入射光強度の50%の
強度で左端面の光入出力ポート2に結合され光導波路を
伝搬する。一方、残り50%の強度の光波は左側の光入
出力ポート2に結合せず、光導波路以外を伝搬するた
め、多モード干渉計型光カプラ1内で光散乱し消滅す
る。
Next, the signal light 8 whose switching is controlled by the tapered optical waveguide 5 including the saturable absorption region 15,
The function of multiplexing / demultiplexing light waves by the multi-mode interferometer type optical coupler 1 for separating the control light 9 will be described. 1x
The two-port multi-mode interferometer type optical coupler 1 can perform light multiplexing / demultiplexing by the multi-mode interference effect of light waves in the inside. For example, in the case of a multimode interferometer type optical coupler 1 having a 1 × 2 port and a branching ratio of 50% as shown in FIG. 1, light (signal light 8) incident from the optical input / output port 2 on the left end face
Are emitted from the two light input / output ports 3 and 4 on the right end face at an intensity of 50% of the incident light intensity. Conversely, when a light wave enters from one of the two light input / output ports 3 and 4 on the right end face, it is coupled to the light input / output port 2 on the left end face at an intensity of 50% of the incident light intensity. Propagate through the optical waveguide. On the other hand, the remaining 50% of the light wave is not coupled to the left optical input / output port 2 and propagates outside the optical waveguide, so that the light is scattered and disappears in the multi-mode interferometer type optical coupler 1.

【0016】このことにより、適切な設計のもとでは、
右端面に2個ある光入出力ポート3(4)のどちらか一
方から入射した光が、右端面にある他方の光入出力ポー
ト4(3)から出力されることは無い。従って、左端面
にある光入出力ポート2から入射した信号光8は、右発
面にある2個光入出力ポート3,4にそれぞれ50%ず
つ分配されて出力される。また、右端面にある光入出力
ポート3から入射する制御光9は、左端面にある光入出
力ポート2からその入射光強度の半分の強度で出射され
て、可飽和吸収領域15を有する光導波路5に入ること
ができるが、右端面にあるもう一方の光入出力ポート4
に出力されることは無いので、信号光出力10と制御光
9とを分離することができる。
This allows, with proper design,
Light incident from one of the two light input / output ports 3 (4) on the right end face is not output from the other light input / output port 4 (3) on the right end face. Therefore, the signal light 8 incident from the optical input / output port 2 on the left end face is distributed and output to the two optical input / output ports 3 and 4 on the right emitting face by 50% each. Further, the control light 9 entering from the light input / output port 3 on the right end face is emitted from the light input / output port 2 on the left end face at half the intensity of the incident light, and the light guide light having the saturable absorption region 15 is provided. The other optical input / output port 4 on the right end face which can enter the waveguide 5
The signal light output 10 and the control light 9 can be separated.

【0017】更に、可飽和吸収領域15と多モード干渉
計型光カプラ1は、同じ半導体基板16上に作製するこ
とが可能であるため、モノリシックに集積化することが
でき、可飽和吸収領域15と多モード干渉計型光カプラ
1間の光波の結合に光学的な部品を必要としない。従来
例によれば、スイッチング制御された信号光と制御光が
同一直線上に配置される構成であるため、光サーキュレ
ータ等の光波を分離するための光学部品を用いたとして
も、可飽和吸収領域を通過せずに光導波路を透過してき
た光(迷光)が出力光として一緒に出力されるので、こ
の迷光による消光比劣化を招く場合もあった。これに対
して本発明の構造では、これら迷光と出力光を分離する
ために、出力光のポートが入射する信号光の同一直線上
にならないように、曲がり導波路7を設けて、垂直方向
に出力光を取り出す工夫をしている。また、従来例に示
す可飽和吸収型光ゲートの場合と異なり、モノリシック
に集積したデバイスでは、可飽和吸収領域を含む光導波
路部分の端面が存在しないため、端面反射の問題は除去
できる。
Furthermore, since the saturable absorption region 15 and the multi-mode interferometer type optical coupler 1 can be manufactured on the same semiconductor substrate 16, they can be monolithically integrated and can be integrated. No optical parts are required for coupling of light waves between the optical coupler 1 and the multimode interferometer type optical coupler 1. According to the conventional example, since the switching-controlled signal light and control light are arranged on the same straight line, even if optical components such as an optical circulator for separating light waves are used, the saturable absorption region Since the light (stray light) transmitted through the optical waveguide without passing through the optical waveguide is output as output light, the extinction ratio may be degraded due to the stray light. On the other hand, in the structure of the present invention, in order to separate the stray light and the output light, the bent waveguide 7 is provided so that the port of the output light is not on the same straight line of the incident signal light, It is designed to extract output light. Further, unlike the case of the saturable absorption type optical gate shown in the conventional example, in the monolithically integrated device, since the end face of the optical waveguide portion including the saturable absorption region does not exist, the problem of end face reflection can be eliminated.

【0018】前記光スイッチにおいては、可飽和吸収領
域を含む光導波路幅の狭い方が、同一パワーの光入射に
対して導波路内部での光強度が強くなり、大きな吸収飽
和が得られるので、スイッチング動作光パワー低減の点
では望ましい。しかしながら、導波路幅が1μm以下と
狭くなると外部からの光の入射が難しくなり、また導波
損失の増大を招く。そこで、可飽和吸収領域を含む光導
波路幅はなるべく狭く1μm以下にして、光入射端面の
幅は2μm程度と広くするような構造が望ましい。そこ
で本発明では、テーパ状の光導波路5を用いて、可飽和
吸収領域での導波路幅は1μm以下程度に狭くし、入射
端面では2μm程度となるようにテーパ状に滑らかな形
状としている。
In the optical switch, the narrower the width of the optical waveguide including the saturable absorption region, the higher the light intensity inside the waveguide with respect to the incident light of the same power, and the greater the absorption saturation. Switching operation is desirable in terms of reducing optical power. However, when the waveguide width is reduced to 1 μm or less, it becomes difficult to input light from the outside, and the waveguide loss increases. Therefore, it is desirable that the width of the optical waveguide including the saturable absorption region be as narrow as possible and 1 μm or less, and the width of the light incident end face be as wide as about 2 μm. Therefore, in the present invention, the width of the waveguide in the saturable absorption region is narrowed to about 1 μm or less by using the tapered optical waveguide 5, and the incident end face is formed into a tapered and smooth shape to be about 2 μm.

【0019】更に、本発明において使用される多モード
干渉計型光カプラ1は、可飽和吸収領域と同じPIN接
合ダイオート構造を有する半導体光導波路構造として作
製できるため、この多モード干渉計型光カプラ1上に電
極を形成し、100mA〜200mAの順方向電流を流
しキャリアを注入することで、半導体光増幅器としての
機能を持たせ、導波路全体の光伝搬損失を補うこともで
きる。
Further, the multimode interferometer type optical coupler 1 used in the present invention can be manufactured as a semiconductor optical waveguide structure having the same PIN junction diauto structure as the saturable absorption region. By forming an electrode on 1 and injecting a carrier by flowing a forward current of 100 mA to 200 mA, a function as a semiconductor optical amplifier can be provided and the light propagation loss of the entire waveguide can be compensated.

【0020】以上説明のように、可飽和吸収領域を含む
光導波路5と光波の分離・合波を行う多モード干渉計型
光カプラ1を一体化形成することで、可飽和吸収領域へ
の光結合の問題を解決し、または光サーキュレータを必
要としない光ゲートスイッチを実現することができる。
As described above, the optical waveguide 5 including the saturable absorption region and the multi-mode interferometer type optical coupler 1 for separating / combining light waves are integrally formed, so that the light to the saturable absorption region is formed. An optical gate switch that solves the coupling problem or does not require an optical circulator can be realized.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光ゲ
ートスイッチは、一方の端面に1個の光入出力ポート
を、それと反対側の端面には2個の光入出力ポートを備
えた1×2ポートの多モード干渉計型光カプラを使用
し、多モード干渉計型光カプラにおける一方の端面にあ
る光入出力ポートには、信号光を入射するための光導波
路と、さらにその光導波路途中には可飽和吸収領域を備
え、かつ、多モード干渉計型光カプラにおける反対側の
端面にある2個の入出力ポートのうち、一方の光入出力
ポートに制御光を入射させるための光導波路を、もう一
方の光入出力ポートに、信号光を出力するための光導波
路を備えたことを特徴とするものであり、更に、信号光
を出力するための光導波路が、出力光を信号光の入射方
向に対して垂直方向に取り出すための曲がり部分を備え
ることも特徴とするものである。このような可飽和吸収
領域と光合分波機構を備えた多モード干渉型光カプラを
集積化することで、迷光や端面反射による消光比劣化を
抑えて、なおかつスイッチング動作エネルギの低減と低
い挿入損失を両立させることができる。
As described above, the optical gate switch according to the present invention has one optical input / output port on one end face and two optical input / output ports on the opposite end face. A multimode interferometer-type optical coupler having two ports is used, and an optical waveguide for inputting signal light and an optical waveguide for the signal input / output port at one end face of the multimode interferometer-type optical coupler. An optical waveguide for providing control light to one of the two input / output ports on the opposite end face of the multimode interferometer type optical coupler having a saturable absorption region on the way. An optical waveguide for outputting a signal light is provided on the other optical input / output port of the optical waveguide, and the optical waveguide for outputting the signal light further outputs the signal light. Perpendicular to the direction of light incidence It is also intended to be characterized comprises a curved portion for exiting. By integrating such a multimode interference type optical coupler having a saturable absorption region and an optical multiplexing / demultiplexing mechanism, it is possible to suppress the extinction ratio deterioration due to stray light and end face reflection, and to reduce the switching operation energy and reduce the insertion loss. Can be compatible.

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

【図1】 本発明における光ゲートスイッチの実施形態
の構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an embodiment of an optical gate switch according to the present invention.

【図2】 従来例として例示した光ゲートスイッチの構
造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a structure of an optical gate switch exemplified as a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1… 1×2多モード干渉計型光カプラ(部分) 2、3、4…光入出力ポート 5…テーパ状光導波路(部分) 6…制御光が伝搬する光導波路(部分) 7…曲がり導波路(部分) 8…信号光 9…制御光 10…信号光出力 11…反射防止膜 15…可飽和吸収領域 16…半導体基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1x2 multimode interferometer type optical coupler (part) 2, 3, 4 ... Optical input / output port 5 ... Tapered optical waveguide (part) 6 ... Optical waveguide (part) through which control light propagates 7 ... Bend guide Wave path (part) 8 ... Signal light 9 ... Control light 10 ... Signal light output 11 ... Anti-reflection film 15 ... Saturable absorption region 16 ... Semiconductor substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 弘之 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA04 KA12 RA08 TA05 TA31 2K002 AA02 AB04 BA01 BA02 CA13 DA06 DA11 EA15 HA06 HA30 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Yokoyama 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation F-term (reference) 2H047 KA04 KA12 RA08 TA05 TA31 2K002 AA02 AB04 BA01 BA02 CA13 DA06 DA11 EA15 HA06 HA30

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも、一方の端面に1個の光入出
力ポート、他方の端面に2個の光入出力ポートを備え、
光波の多モード干渉効果により光の合分波を行う多モー
ド干渉計型光カプラと、この多モード干渉計型光カプラ
の一方の端面における1個の光入出力ポートに信号光を
入射すると共に、その途中に可飽和吸収領域を備え前記
信号光のスイッチングを行う光導波路と、前記多モード
干渉計型光カプラの他方の端面における2個の光入出力
ポートのうちいずれか一方に制御光を入射させる光導波
路と、前記2個の光入出力ポートにおける残りの光入出
力ポートに前記信号光を出力する光導波路を備えて成る
ことを特徴とする光ゲートスイッチ素子。
At least one optical input / output port is provided on one end face, and two optical input / output ports are provided on the other end face,
A multi-mode interferometer-type optical coupler for multiplexing / demultiplexing light by a multi-mode interference effect of light waves, and a signal light is input to one optical input / output port at one end face of the multi-mode interferometer-type optical coupler. A control light to one of two optical input / output ports on the other end face of the multimode interferometer type optical coupler, the optical waveguide having a saturable absorption region in the middle thereof and performing switching of the signal light. An optical gate switch element comprising: an optical waveguide to be incident; and an optical waveguide that outputs the signal light to the remaining optical input / output ports of the two optical input / output ports.
【請求項2】 前記信号光を出力する光導波路は、出力
光を信号光の入射方向に対して垂直方向に取り出す曲が
り部分を備えて成ることを特徴とする請求項1に記載の
光ゲートスイッチ素子。
2. The optical gate switch according to claim 1, wherein the optical waveguide for outputting the signal light has a bent portion for extracting the output light in a direction perpendicular to the incident direction of the signal light. element.
【請求項3】 前記可飽和吸収領域を備える光導波路部
分の幅はそれに接続されている光導波路の幅より狭く、
かつ、前記接続されている光導波路の幅に対してその導
波路幅がテーパ状に変化しながら前記可飽和吸収領域光
導波路部分に接続されて成ることを特徴とする請求項2
に記載の光ゲートスイッチ素子。
3. The optical waveguide portion having the saturable absorption region has a width smaller than a width of an optical waveguide connected thereto.
3. The optical waveguide according to claim 2, wherein said optical waveguide is connected to said saturable absorption region optical waveguide while changing the width of said optical waveguide in a tapered manner with respect to the width of said optical waveguide.
3. The optical gate switch element according to claim 1.
【請求項4】 前記可飽和吸収領域を含む光導波路と、
前記多モード干渉計型光カプラを一体形成し、単一半導
体基板上にモノリシック集積することを特徴とする請求
項1または3に記載の光ゲートスイッチ素子。
4. An optical waveguide including the saturable absorption region,
4. The optical gate switch device according to claim 1, wherein the multi-mode interferometer type optical coupler is integrally formed and monolithically integrated on a single semiconductor substrate.
【請求項5】 前記多モード干渉型光カプラ上に電極を
形成し、順方向電流を流してキャリアを注入することで
半導体光増幅器としての機能を持たせ、入射する信号光
及び制御光を増幅することを特徴とする請求項4に記載
の光ゲートスイッチ素子。
5. An electrode is formed on the multi-mode interference type optical coupler, and a forward current is applied to inject carriers to provide a function as a semiconductor optical amplifier, and amplify incident signal light and control light. The optical gate switch element according to claim 4, wherein
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003077259A1 (en) * 2002-03-12 2003-09-18 Japan Science And Technology Agency Very high speed optical memory method and apparatus using bistable semiconductor laser
JP2008275547A (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Anritsu Corp Optical sampling device and optical signal quality monitor
JP2012098472A (en) * 2010-11-01 2012-05-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical modulator
EP2980617A4 (en) * 2013-03-25 2017-01-25 Photonics Electronics Technology Research Association Optical end coupling type silicon optical integrated circuit

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003077259A1 (en) * 2002-03-12 2003-09-18 Japan Science And Technology Agency Very high speed optical memory method and apparatus using bistable semiconductor laser
JP2003337355A (en) * 2002-03-12 2003-11-28 Japan Science & Technology Corp Very high speed optical memory method and apparatus using bistable semiconductor laser
JP2008275547A (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Anritsu Corp Optical sampling device and optical signal quality monitor
JP2012098472A (en) * 2010-11-01 2012-05-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical modulator
EP2980617A4 (en) * 2013-03-25 2017-01-25 Photonics Electronics Technology Research Association Optical end coupling type silicon optical integrated circuit
US9897752B2 (en) 2013-03-25 2018-02-20 Photonics Electronics Technology Research Association Optical end coupling type silicon optical integrated circuit

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