JP2006058837A - 光スイッチ及びマトリクス光スイッチ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Y交差部30上には、制御電極としての上部電極26A、26B及び26Cが配置されている。上部電極26A、26B及び26Cの各々は、入射ポート18から入射された信号光44が、各電極のエッジに沿って形成された反射面で全反射され、出射ポート20または22に射出されるように、所定のレイアウトで配置されている。X交差では全反射補角は交差角の半分であるが、Y交差としているので、全反射補角40を交差角38の1/4にすることができる。
【選択図】図1
Description
これらの中では、第一の形態のマトリクス光スイッチが、設計に対する柔軟性が高く、光損失が少ないため、最も多く検討されている。第一の形態のマトリクス光スイッチでは、LiNbO3、化合物半導体、石英、ポリマー等の薄膜にチャネル導波路を形成し、各経路の交差部などに、電気的に光の進行方向を制御する光スイッチまたは電気的に光の進行を開閉制御する光ゲートを設けるのが一般的である。
[第1の実施の形態]
(光スイッチの構造)
図1は、本発明の実施の形態に係るY分岐型の光スイッチの平面図であり、図2は、そのA−A´線断面図である。
次に、チャネル導波路24のテーパ部、直線部の好適な構造について説明する。
テーパ部の最大幅は、5μm〜50μmの範囲とすることが好ましく、光導波路層の屈折率、チャネル導波路とクラッド部との屈折率差、チャンネル導波路幅、交差角度などに応じて適宜最適化される。
チャネル導波路とクラッド部との屈折率差:0.3%または0.4%、
チャネル導波路幅:4μm
テーパ長(図3のL1):700μm
Y交差角:0.5°
光導波路層の屈折率:2.43
チャネル導波路とクラッド部との屈折率差:0.3%または0.4%、
チャネル導波路幅:4μm
テーパ部の最大幅:22μm
Y交差角:0.5°
チャネル導波路とクラッド部との屈折率差:0.4%、
チャネル導波路幅:4μm
テーパ部の最大幅:22μm
テーパ長L1:700μm
Y交差角:0.5°
以上のテーパ部の構造は、チャネル導波路とクラッド部との屈折率差によって最適値が決まるものであり、以上の数値範囲を主とするが当然その前後範囲も含まれる。
次に、光スイッチを構成する各層について説明する。
なお、上記の実施の形態では、光導波路層に凸部を設けたリッジ構造のチャネル光導波路を形成する例について説明したが、チャネル光導波路としては、一般的に適用される埋め込み型、リッジ型、リブ型のいずれかの方式を用いることができる。エピタキシャル成長により薄膜を積層する場合には、光導波路層に凸部を設けたリッジ構造、光導波路層に凸部を設けた後にクラッド層で被覆した埋め込み構造、バッファ層に凹部を設けた後に光導波路層を設けたリブ構造が容易に作製できる。
(実施例1)
上述したY分岐型の1×2光スイッチの具体的な実施例について説明する。
図5に示すように、NbドープSrTiO3(100)単結晶半導体からなる導電性基板12上に、波長1.55μmでの屈折率が2.410の組成のPLZTバッファ層14を2000nmの膜厚で固相エピタキシャル成長した後、屈折率が2.446の組成のPLZT光導波路層16を2500nmの膜厚で固相エピタキシャル成長した。
固相エピタキシャル成長の詳細は次の通りである。無水酢酸鉛Pb(CH3COO)2、ジルコニウム・イソプロポキシド Zr(O−i−C3H7)4、ランタン・イソプロポキシドLa(O−i−C3H7)3およびチタン・イソプロポキシドTi(O−i−C3H7)4を出発原料として、2−メトキシエタノールに溶解し、蒸留と還流とを行い、最終的にPb濃度で0.6MのPLZTバッファ層用前駆体溶液を得た。
実施例2では、チャネル導波路24とクラッド部25との屈折率差を0.3%とし、チャネル導波路幅を4μm、テーパ長を900μm、テーパ部の最大幅を24μm、直線部の長さを400μm、Y交差角を0.5°とした。また、図11に示すように、上部電極26Cを形成する代わりに溝部46を形成すると共に、チャネル導波路24を略覆うように上部電極26D、26Eのパターンを形成した。これら以外は、実施例1と同様にして、1×2光スイッチ60を作製した。
実施例3では、チャネル導波路24とクラッド部25との屈折率差を0.2%とし、チャネル導波路幅を4μm、テーパ長を700μm、テーパ部の最大幅を24μm、直線部の長さを400μm、Y交差角を0.5°とした以外は、実施例2と同様にして、上部電極26D、26Eのパターンが形成された1×2光スイッチ60を作製した。
実施例4では、図14に示すように、同一基板52上に実施例2の1×2光スイッチを複数組合わせて配列し、複数分岐のチャネル導波路54が形成された1×8光スイッチ70を構成した。光スイッチ70の入射端面には1本のシングル・モード光ファイバを配置すると共に、出射端面には254μm間隔で8本のシングル・モード光ファイバ・アレイを配置した。
実施例5では、同一基板上に実施例2の1×2光スイッチを112個組合わせて配列し、デジタル型で完全非閉塞型の8×8光スイッチ80を構成した。本発明の他の実施例として、実施例2と同様の構成の1×2光スイッチを112個組み合わせて、デジタル型で完全非閉塞型の8×8光スイッチを構成した。入射端面、出射端面、1×2光スイッチはS字型、直線型、およびX交差型のチャンネル光導波路で接続される。入射端面および出射端面には、それぞれ8本のファイバーを127μm間隔で設けたシングル・モード光ファイバ・アレイを配置した。
実施例6では、Si(100)単結晶半導体からなる導電性基板上にエピタキシャルMgO(100)膜17を成長し、更に導電性薄膜のSrRuO3(100)19を下部電極として成長した後に、PLZTバッファ層14とPLZT光導波路層16とを設け、チャネル導波路24とクラッド部25との屈折率差を0.2%とし、チャネル導波路幅を4μm、テーパ長を600μm、テーパ部の最大幅を24μm、直線部の長さを400μm、Y交差角を0.5°とした。また、図15及び図16に示すように、上部電極26Cを形成する代わりに溝部46を形成すると共に、高速化のために電極長を短縮した上部電極26F、26Gのパターンを形成した。また、光導波路層16上にはクラッド層としてポリマー層56を形成した。これら以外は、実施例2と同様にして、1×2光スイッチ80を作製した。
12 導電性基板
14 バッファ層
16 光導波路層
24 チャネル導波路
26 上部電極
18 入射ポート
20,22 出射ポート
30 Y交差部
34A,34B,34C テーパ部
36A,36B,36C 直線部
38 交差角
40 全反射補角
42A,42B 反射面
44 信号光
Claims (21)
- 導電性または半導電性の基板と、
前記基板上に形成され、光信号が入射する入射側チャネル導波路と該入射側チャネル導波路から分岐した複数の出射側チャネル導波路とを含む光導波路層と、
前記光導波路層上に形成され、前記基板と共に前記光導波路層に電圧を印加して前記光導波路層の屈折率を制御することにより、入射した光信号を反射する反射面を前記複数の出射側チャネル導波路の交差部近傍に形成し、前記光信号の伝搬経路を切り替える制御電極と、
を含む光スイッチ。 - 導電性または半導電性の基板と、
前記基板上に形成され、光信号が入射する入射側チャネル導波路と該入射側チャネル導波路から分岐した複数の出射側チャネル導波路とを含み、互いに隣接する出射側チャネル導波路の間に溝が形成された光導波路層と、
前記光導波路層上に形成され、前記基板と共に前記光導波路層に電圧を印加して前記光導波路層の屈折率を制御することにより、前記光導波路層と前記溝との界面に連続し且つ入射した光信号を反射する反射面を前記複数の出射側チャネル導波路の交差部近傍に形成し、前記光信号の伝搬経路を切り替える制御電極と、
を含む光スイッチ。 - 前記制御電極は、前記入射側チャネル導波路の中心線と前記制御電極の導波路側のエッジとが成す角度と、前記出射側チャネル導波路の中心線と前記制御電極の導波路側のエッジとが成す角度とが等しくなるように、前記光導波路層上に形成される請求項1または2に記載の光スイッチ。
- 互いに隣接する前記出射側チャネル導波路の2本の中心線が交差する角度が、0.5°〜2.0°である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記入射側チャネル導波路の出射側に、光信号の伝搬方向に広がるテーパ部が形成されると共に、該テーパ部が連結部を介して前記出射側チャネル導波路の入射側に接続された請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記出射側チャネル導波路の入射側に、光信号の伝搬方向に狭まる逆テーパ部が形成された請求項5に記載の光スイッチ。
- 前記連結部が、前記入射側チャネル導波路の出射端と同じ幅の直線状チャネル導波路で構成された請求項5または6に記載の光スイッチ。
- 前記テーパ部のテーパ長が、200μm〜2000μmである請求項5乃至7のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記テーパ部の最大幅が、5μm〜50μmである請求項5乃至8のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記逆テーパ部のテーパ長が、200μm〜2000μmである請求項5乃至9のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記逆テーパ部の最大幅が、5μm〜50μmである請求項5乃至10のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記基板が、導電性または半導電性の単結晶基板、または表面に導電性または半導電性の薄膜が設けられた単結晶基板であり、前記光導波路層が、エピタキシャルまたは単一配向性の酸化物強誘電体からなる請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記基板と前記光導波路層との間に、エピタキシャルまたは単一配向性の酸化物からなり、前記光導波路層より小さい屈折率を有するバッファ層を設けた請求項12に記載の光スイッチ。
- 前記光導波路層と前記制御電極との間に、酸化物からなり、前記光導波路層よりも小さい屈折率を有するクラッド層を設けた請求項12または13に記載の光スイッチ。
- 前記エピタキシャルまたは単一配向性の酸化物が、Pb1−x Lax(ZryTi1−y)1−x/4O3(0<x<0.3、0<y<1.0)である請求項12乃至14のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記導電性または半導電性の単結晶基板が、不純物元素をドープしたSrTiO3である請求項12乃至15のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記単結晶基板上に設けられた導電性または半導電性の薄膜が、エピタキシャルまたは単一配向性の薄膜である請求項12乃至16のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記チャネル導波路が、埋め込み型チャネル導波路である請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記チャネル導波路が、リッジ型チャネル導波路である請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 前記基板が、表面に酸化物強誘電体からなる薄膜が設けられたシリコン基板である請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光スイッチ。
- 請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光スイッチが、同一基板上にマトリクス状に多数配列されたマトリクス光スイッチ。
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