JP2610222B2 - 光スイッチング装置 - Google Patents
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- G02F1/3138—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions the optical waveguides being made of semiconducting materials
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光集積装置の分野にある。特に、本発明
は、光信号をスイッチする光スイッチング装置に関す
る。
は、光信号をスイッチする光スイッチング装置に関す
る。
従来技術 コヒーレント光ローカルネットワークにおいて、加入
者は、結合コヒーレント光送受信器によって接続され
る。このような結合送受信器は、好ましくは、集積装置
として構成される。このような送受信器において、スイ
ッチは、ネットワークを混乱させずに送信機を調節でき
るようにするため伝送チャネルを閉鎖するのに組み入れ
るべきである。
者は、結合コヒーレント光送受信器によって接続され
る。このような結合送受信器は、好ましくは、集積装置
として構成される。このような送受信器において、スイ
ッチは、ネットワークを混乱させずに送信機を調節でき
るようにするため伝送チャネルを閉鎖するのに組み入れ
るべきである。
このようなスイッチでは、分離または消光比は少なく
とも約40dBが必要である。種々のスイッチ、1x2または2
x2、として、方向カップラー、ディジタル光スイッチま
たはマッハーツェンデルスイッチ等が知られている。こ
れらの周知のスイッチは一般に、分離が20から30dBであ
るため、所定の分離を達成しない。事実、所定の分離
は、このようなスイッチを２つ以上直列に設けることに
より達成できる。しかし、このことは、複雑さと、所要
集積スペースが増大することを意味する。半導体材料の
使用に直接合う、他のスイッチングの可能性は、チャー
ジキャリア注入により得ることができる。電極を介し一
定長さの導波管に亘り自由チャージキャリアを半導体材
料に注入する結果、吸収が増大する。原則として、所望
の分離は、チャージキャリアの長さおよび（または）流
れを大きくすることにより簡単に得られる。さらに、こ
の形式の吸収スイッチは、導波管と、その長手においた
電極とにより形成できるので、極めて簡単である。しか
し、現在の接点製造技術状態では、InP等半導体材料
は、所望の40dB分離における1cm以上の長さに等しい、2
0kA/cm2より大きい電流密度に耐えられない。半導体材
料の“チップ”の典型的寸法は現在、１と2cmの間であ
ることよりみて、これは長い。
とも約40dBが必要である。種々のスイッチ、1x2または2
x2、として、方向カップラー、ディジタル光スイッチま
たはマッハーツェンデルスイッチ等が知られている。こ
れらの周知のスイッチは一般に、分離が20から30dBであ
るため、所定の分離を達成しない。事実、所定の分離
は、このようなスイッチを２つ以上直列に設けることに
より達成できる。しかし、このことは、複雑さと、所要
集積スペースが増大することを意味する。半導体材料の
使用に直接合う、他のスイッチングの可能性は、チャー
ジキャリア注入により得ることができる。電極を介し一
定長さの導波管に亘り自由チャージキャリアを半導体材
料に注入する結果、吸収が増大する。原則として、所望
の分離は、チャージキャリアの長さおよび（または）流
れを大きくすることにより簡単に得られる。さらに、こ
の形式の吸収スイッチは、導波管と、その長手においた
電極とにより形成できるので、極めて簡単である。しか
し、現在の接点製造技術状態では、InP等半導体材料
は、所望の40dB分離における1cm以上の長さに等しい、2
0kA/cm2より大きい電流密度に耐えられない。半導体材
料の“チップ”の典型的寸法は現在、１と2cmの間であ
ることよりみて、これは長い。
文献（１）は、半導体材料の方向カップラーを開示
し、この方向カップラーは、その制御のため、中央カッ
プリング部上の中央に設けた電極に助けられてカップリ
ング部の長さにわたるチャージキャリア注入を利用す
る。このスイッチも、分離または消光比は約20デシベル
である。
し、この方向カップラーは、その制御のため、中央カッ
プリング部上の中央に設けた電極に助けられてカップリ
ング部の長さにわたるチャージキャリア注入を利用す
る。このスイッチも、分離または消光比は約20デシベル
である。
バイモダル導波管において、一般には特別の波長範囲
内で、光信号は０次導波モード（以下に「第０位案内モ
ード」と記すことがある）と１次導波モード（以下に
「第１位案内モード」と記すことがある）の両方で伝搬
できる。前記バイモダル導波管をテーパを経てモノモダ
ル導波管に合流させれば、バイモダル導波管中の０次モ
ード成分のみがさらに伝搬し、１次成分はテーパで散乱
される。前記バイモダル導波管を（バイモダル入力導波
管及び互いに伝搬定数の異なる２つのモノモダル出力導
波管をもつ）非対称Ｙ接続に合流させれば、２つのモー
ド成分は、特に、第０位案内モード成分が最大伝搬定数
を有する出力ガイドを経て、第１位案内モード成分は最
小伝搬定数を有する出力ガイドを経てカップルし、さら
に前記ガイドの第０位モードで伝搬するような方法で、
分割される。両ケースとも、２つの信号成分はこのプロ
セスで互いに分離されるが、一方のケースでは、成分の
一方は失われる。当時公開されていなっかった、文献
（２）に開示される受動的な集積光素子は100％までの
よく確立された変換率で０次導波モードの信号部分（フ
ラクション）を、該素子によって波長選択的にバイモダ
ル導波管中で１次導波モードに変換できるよう寸法が決
められうる。このようなコンバータの出力を先のような
テーパ又は非対称Ｙ接合に合流させるなら、変換を生じ
させる／生じさせない２つの状態の間で切替可能に信号
フラクションの変換がなされて、これは信号部分（フラ
クション）のためのスイッチング装置となるであろう。
テーパが出力部として選択されると、オン・オフスイッ
チが産出されるが、非対称Ｙ接合は伝搬方向スイッチを
産出する。このようなスイッチの構成成分よりみて、上
記の欠点が解消できるものと期待される。さらに、当時
公開されていなかった、文献（３）に記載の波長選択マ
ルチプレクサーとデマルチプレクサーは、スイッチ可能
構造であろう。従って、文献（２）自身に記載され、変
換がスイッチ可能なモードコンバータと同様な形式の光
装置が必要である。
内で、光信号は０次導波モード（以下に「第０位案内モ
ード」と記すことがある）と１次導波モード（以下に
「第１位案内モード」と記すことがある）の両方で伝搬
できる。前記バイモダル導波管をテーパを経てモノモダ
ル導波管に合流させれば、バイモダル導波管中の０次モ
ード成分のみがさらに伝搬し、１次成分はテーパで散乱
される。前記バイモダル導波管を（バイモダル入力導波
管及び互いに伝搬定数の異なる２つのモノモダル出力導
波管をもつ）非対称Ｙ接続に合流させれば、２つのモー
ド成分は、特に、第０位案内モード成分が最大伝搬定数
を有する出力ガイドを経て、第１位案内モード成分は最
小伝搬定数を有する出力ガイドを経てカップルし、さら
に前記ガイドの第０位モードで伝搬するような方法で、
分割される。両ケースとも、２つの信号成分はこのプロ
セスで互いに分離されるが、一方のケースでは、成分の
一方は失われる。当時公開されていなっかった、文献
（２）に開示される受動的な集積光素子は100％までの
よく確立された変換率で０次導波モードの信号部分（フ
ラクション）を、該素子によって波長選択的にバイモダ
ル導波管中で１次導波モードに変換できるよう寸法が決
められうる。このようなコンバータの出力を先のような
テーパ又は非対称Ｙ接合に合流させるなら、変換を生じ
させる／生じさせない２つの状態の間で切替可能に信号
フラクションの変換がなされて、これは信号部分（フラ
クション）のためのスイッチング装置となるであろう。
テーパが出力部として選択されると、オン・オフスイッ
チが産出されるが、非対称Ｙ接合は伝搬方向スイッチを
産出する。このようなスイッチの構成成分よりみて、上
記の欠点が解消できるものと期待される。さらに、当時
公開されていなかった、文献（３）に記載の波長選択マ
ルチプレクサーとデマルチプレクサーは、スイッチ可能
構造であろう。従って、文献（２）自身に記載され、変
換がスイッチ可能なモードコンバータと同様な形式の光
装置が必要である。
発明の開示 本発明の目的は、上記の必要性を満たすことにある。
この目的のため、光スイッチング装置は、本発明によれ
ば、第１と第２案内モード信号間の周期カップリングに
よって第１案内モード信号の部分を第２案内モード信号
に変換する受動モードコンバータであって、縦方向に周
期モードフイールド構成を有する導波管と、スイッチ可
能な修正をさせる手段が対応する光媒体に構成される、
導波管における周期モード フイールド プロフイール
構成をスイッチ可能に修正する手段とを含む、受動モー
ドコンバータを特徴とする。本発明は、チャネル型導波
管において、特に、バイモダル チャネル型導波管にお
いて、第０位案内モード信号と第１位案内モード信号と
のモード フイールド プロフイールが特性的に異な
り、これに基ずき、一方のプロフイールが他方よりも強
く修正できるという、識見に基ずいている。
この目的のため、光スイッチング装置は、本発明によれ
ば、第１と第２案内モード信号間の周期カップリングに
よって第１案内モード信号の部分を第２案内モード信号
に変換する受動モードコンバータであって、縦方向に周
期モードフイールド構成を有する導波管と、スイッチ可
能な修正をさせる手段が対応する光媒体に構成される、
導波管における周期モード フイールド プロフイール
構成をスイッチ可能に修正する手段とを含む、受動モー
ドコンバータを特徴とする。本発明は、チャネル型導波
管において、特に、バイモダル チャネル型導波管にお
いて、第０位案内モード信号と第１位案内モード信号と
のモード フイールド プロフイールが特性的に異な
り、これに基ずき、一方のプロフイールが他方よりも強
く修正できるという、識見に基ずいている。
さらに、その目的は、所定の絶縁を有するが、前記の
欠点がない、上記形式の光スイッチを提供することにあ
る。好ましくは、本発明による光スイッチング装置は、
この目的のため、請求項７−10のうち１つ以上の特徴を
有する。
欠点がない、上記形式の光スイッチを提供することにあ
る。好ましくは、本発明による光スイッチング装置は、
この目的のため、請求項７−10のうち１つ以上の特徴を
有する。
スイッチング性は変調性も意味するので、本発明によ
る種々のスイッチング装置も常に、強さ変調装置として
も使用できる。
る種々のスイッチング装置も常に、強さ変調装置として
も使用できる。
本発明は、好ましくは、InP等半導体材料について、
極めて容易に集積可能で、かなり短く、約1mmである
が、殆ど、上記形式の吸収スイッチよりも複雑でない、
スイッチング装置を産出する。導波管構造は単一エッチ
ング工程で産出できる。製造に当たり臨界パラメータは
ない。吸収スイッチに普通使用されるものよりもかなり
低い制御電流が必要である。
極めて容易に集積可能で、かなり短く、約1mmである
が、殆ど、上記形式の吸収スイッチよりも複雑でない、
スイッチング装置を産出する。導波管構造は単一エッチ
ング工程で産出できる。製造に当たり臨界パラメータは
ない。吸収スイッチに普通使用されるものよりもかなり
低い制御電流が必要である。
文献 ［１］K.イシダ他“キャリア誘導屈折率変化を使用する
InGaAsP/InP光スイッチ”、Appl.Phys.Lett.50（３）,1
987年１月19日、pp.141、142 ［２］EP-A-o513919（出願人;19.11.92公告）：モード
コンバータ ［３］NL-9101532（出願人；未公告）：波長選択マルチ
プレクサーとデマルチプレクサー 図面の簡単な説明 本発明を、多くの典型的実施例の説明によりさらに詳
細に説明する。
InGaAsP/InP光スイッチ”、Appl.Phys.Lett.50（３）,1
987年１月19日、pp.141、142 ［２］EP-A-o513919（出願人;19.11.92公告）：モード
コンバータ ［３］NL-9101532（出願人；未公告）：波長選択マルチ
プレクサーとデマルチプレクサー 図面の簡単な説明 本発明を、多くの典型的実施例の説明によりさらに詳
細に説明する。
図１は、本発明による光スイッチング装置を平面図で
略示する。
略示する。
図２は、図１に示すスイッチング装置を横断面で示
す。
す。
図３は、図１に示す特定のスイッチング装置のため
の、スイッチング装置に使用されるモードコンバータの
連続カップリング面に結合される案内モード間の相ずれ
の関数としての変換度を示す。
の、スイッチング装置に使用されるモードコンバータの
連続カップリング面に結合される案内モード間の相ずれ
の関数としての変換度を示す。
実施態様の説明 チャネル型導波管中を伝搬する光信号のモード・フィ
ールド・プロフィールはその意味として光信号の導波モ
ードが導波管中にもつ電界分布（の形状）として理解さ
れて、本明細書においては「伝搬定数」をさす、より一
般的概念として用いる。モードの場に関するこのプロフ
ィールは導波管の幾何形状いわゆる幾何学的構成のみな
らず、導波媒体及びその周辺の光学的性質いわゆる屈折
率にも依存する。こうした導波管の全体構成（即ち幾何
学的構成と屈折率）をモード・フィールド・プロフィー
ルと呼ぶ。例えば任意に等方性な媒体中のバイモダルの
チャネル型（光）導波管は２つのモード（即ち基本又は
第０位モードと第１位モード）で各偏光について伝搬可
能である。その様なバイモダル導波管が２つのモードに
対してもつモード・フィールド・プロフィールは異なる
特性をもつ。詳しくはそうしたチャネル型導波管の中央
においては第１位モードの伝搬に関連するフィールド強
度はゼロであり、他方第０位モードのそれは最大であ
る。このことは導波管に適当な媒体を選ぶことにより、
導波管中の２つの導波モード即ち０次又は１次のうちの
一方の伝搬定数のみを本質的に修正できる可能性があ
る。その結果、該導波モードに対してバイモダル導波管
のモード・フィールド・プロフィールを修正し、他の導
波モードに対しては、修正しないかまたはかなり小規模
だけ修正できる可能性がある。一度選択された導波管
の、このような幾何学的構成は本質的に確立されてしま
うので、モード・フィールド・プロフィールの修正は、
好ましくは、屈折率プロフィールの修正により行うべき
である。本発明は、文献〔２〕に記載される、特に表２
に示される形式のそれ自身は受動的モードコンバータの
チャネル型ガイドに屈折率プロフィール修正を施与す
る。このようなモードコンバータは、縦方向に周期的に
変わるモード・フィールド・プロフィール構成を有する
中央導波管を含む。その結果、導波管には、多数のカッ
プリング面が半周期の相互距離に存在し、全周期の距離
を周期長さPLと呼ばれ、それによって、導波管におい
て、コンバータが寸法決めされている、２つの案内面間
で周期的カップリングが行われる。各対の案内モードに
より、特定の伝搬距離が対応し、カップリング長さKLと
呼ばれ、そのカップリング距離にわたり２つのモードが
再びフェーズとなる。受動モードコンバータの中央導波
管で、一方の案内モードを他方の案内モードに変換する
ため正干渉カップリングを行うとすれば、一対の案内モ
ードのカップリング長さKLは周期長さPLに一致する。上
記の仕方で、両案内モードのうち主に１つのモード フ
イールド プロフイールの修正により、変換される両モ
ード間のカップリング長さKLは修正されるため、周期長
さPLとは、もはや、必ずしも一致しない。モードが、各
カップリング面で相互相ずれを生ずる場合、その結果、
不十分な正干渉カップリングが生ずる。すると、変換
は、もはや、受動コンバータにおけるカップリング長さ
とカップリング面数が一致するようには完全に行われ
ず、または、全く行われず、これはすべて、修正の度合
いによる。修正が、２つの状態、たとえば、無修正と、
他方、修正の間でスイッチ可能であれば、それによっ
て、一方の部分から他方への変換がスイッチ可能であ
る。逆も可能である。いわば、特別のモードコンバータ
は一方の案内モードの特別部分から他方への変換のため
臨界的に不調和さるように設計され、その結果、所望の
変換のみが適当に選ばれた修正度で行われるが、他方、
前記変換は、修正なしで行われない。丁度、前述の受動
モードコンバータのように、このようなスイッチ可能な
モードコンバータでも、それらは、周知の集積技術を使
用し、またこのような技術で使用される導波管材料と構
成に基ずいて産出できる。しかし、導波管材料は、ここ
で、それらが上記モード フイールド プロフイール構
成、たとえば、導波管の屈折率プロフイールの修正をし
なければならないような制約をうける。理論的には、バ
イモダル導波管での光伝搬の所望の修正は、電気光学、
熱光学、光−光学等効果、導波管のまたはその周囲の材
料の適当な選択および関連の修正手段によって達成でき
る。修正はかなり方向的に行わねばならないので、好ま
しくは、電気光学効果、特に、半導体材料へのチャージ
キャリア注入が使用される。
ールド・プロフィールはその意味として光信号の導波モ
ードが導波管中にもつ電界分布（の形状）として理解さ
れて、本明細書においては「伝搬定数」をさす、より一
般的概念として用いる。モードの場に関するこのプロフ
ィールは導波管の幾何形状いわゆる幾何学的構成のみな
らず、導波媒体及びその周辺の光学的性質いわゆる屈折
率にも依存する。こうした導波管の全体構成（即ち幾何
学的構成と屈折率）をモード・フィールド・プロフィー
ルと呼ぶ。例えば任意に等方性な媒体中のバイモダルの
チャネル型（光）導波管は２つのモード（即ち基本又は
第０位モードと第１位モード）で各偏光について伝搬可
能である。その様なバイモダル導波管が２つのモードに
対してもつモード・フィールド・プロフィールは異なる
特性をもつ。詳しくはそうしたチャネル型導波管の中央
においては第１位モードの伝搬に関連するフィールド強
度はゼロであり、他方第０位モードのそれは最大であ
る。このことは導波管に適当な媒体を選ぶことにより、
導波管中の２つの導波モード即ち０次又は１次のうちの
一方の伝搬定数のみを本質的に修正できる可能性があ
る。その結果、該導波モードに対してバイモダル導波管
のモード・フィールド・プロフィールを修正し、他の導
波モードに対しては、修正しないかまたはかなり小規模
だけ修正できる可能性がある。一度選択された導波管
の、このような幾何学的構成は本質的に確立されてしま
うので、モード・フィールド・プロフィールの修正は、
好ましくは、屈折率プロフィールの修正により行うべき
である。本発明は、文献〔２〕に記載される、特に表２
に示される形式のそれ自身は受動的モードコンバータの
チャネル型ガイドに屈折率プロフィール修正を施与す
る。このようなモードコンバータは、縦方向に周期的に
変わるモード・フィールド・プロフィール構成を有する
中央導波管を含む。その結果、導波管には、多数のカッ
プリング面が半周期の相互距離に存在し、全周期の距離
を周期長さPLと呼ばれ、それによって、導波管におい
て、コンバータが寸法決めされている、２つの案内面間
で周期的カップリングが行われる。各対の案内モードに
より、特定の伝搬距離が対応し、カップリング長さKLと
呼ばれ、そのカップリング距離にわたり２つのモードが
再びフェーズとなる。受動モードコンバータの中央導波
管で、一方の案内モードを他方の案内モードに変換する
ため正干渉カップリングを行うとすれば、一対の案内モ
ードのカップリング長さKLは周期長さPLに一致する。上
記の仕方で、両案内モードのうち主に１つのモード フ
イールド プロフイールの修正により、変換される両モ
ード間のカップリング長さKLは修正されるため、周期長
さPLとは、もはや、必ずしも一致しない。モードが、各
カップリング面で相互相ずれを生ずる場合、その結果、
不十分な正干渉カップリングが生ずる。すると、変換
は、もはや、受動コンバータにおけるカップリング長さ
とカップリング面数が一致するようには完全に行われ
ず、または、全く行われず、これはすべて、修正の度合
いによる。修正が、２つの状態、たとえば、無修正と、
他方、修正の間でスイッチ可能であれば、それによっ
て、一方の部分から他方への変換がスイッチ可能であ
る。逆も可能である。いわば、特別のモードコンバータ
は一方の案内モードの特別部分から他方への変換のため
臨界的に不調和さるように設計され、その結果、所望の
変換のみが適当に選ばれた修正度で行われるが、他方、
前記変換は、修正なしで行われない。丁度、前述の受動
モードコンバータのように、このようなスイッチ可能な
モードコンバータでも、それらは、周知の集積技術を使
用し、またこのような技術で使用される導波管材料と構
成に基ずいて産出できる。しかし、導波管材料は、ここ
で、それらが上記モード フイールド プロフイール構
成、たとえば、導波管の屈折率プロフイールの修正をし
なければならないような制約をうける。理論的には、バ
イモダル導波管での光伝搬の所望の修正は、電気光学、
熱光学、光−光学等効果、導波管のまたはその周囲の材
料の適当な選択および関連の修正手段によって達成でき
る。修正はかなり方向的に行わねばならないので、好ま
しくは、電気光学効果、特に、半導体材料へのチャージ
キャリア注入が使用される。
スイッチ可能モードコンバータにもとずくスイッチン
グ装置の構造を以下、整合修正手段とともに、１形式の
導波管材料すなわちInP、および、１形式の導波管、す
なわち、リッジ形導波管にもとずいて、例示としてのみ
詳細に説明する。
グ装置の構造を以下、整合修正手段とともに、１形式の
導波管材料すなわちInP、および、１形式の導波管、す
なわち、リッジ形導波管にもとずいて、例示としてのみ
詳細に説明する。
図１は、本発明による光スイッチング装置の略図的平
面図で、図２は、このような装置の略図的横断面図であ
る。この装置は、互いに連続的に隣接して、モノモダル
入り導波管ａと、モノモダルからバイモダル導波管への
導波テーパｂと、100％TXoo→TYo1モードコンバータｃ
と、バイモダルからモノモダル導波管への第２導波テー
パｄと、モノモダル出導波管ｅとを備える。モードコン
バータｃは、これも、長さＬにわたり周期的に繰り返さ
れる、長さＬを有するくびれによって、多数のカップリ
ング面１、２、−−、Ｎが案内モードTXooとTYo1間で波
長選択周期的カップリングを行うため設けられている、
中央バイモダル導波管ｆを有する。ここで、TXとTYはと
もに、偏光TEまたはTMの１つを表す。簡単化するため、
くびれは、ここで、対称し、くびれｇ間に位置する導波
管ｆの幅広部分と同じ長さに選ばれている。バイモダル
導波管ｇ上中央に、好ましくは、すべてのカップリング
面１からＮわたり、すなわち、第１カップリング面１の
上流から最後のカップリング面Ｎへ、導波管ｆの長手方
向に延長する、狭い細長ストリップ形電極10が位置して
いる。
面図で、図２は、このような装置の略図的横断面図であ
る。この装置は、互いに連続的に隣接して、モノモダル
入り導波管ａと、モノモダルからバイモダル導波管への
導波テーパｂと、100％TXoo→TYo1モードコンバータｃ
と、バイモダルからモノモダル導波管への第２導波テー
パｄと、モノモダル出導波管ｅとを備える。モードコン
バータｃは、これも、長さＬにわたり周期的に繰り返さ
れる、長さＬを有するくびれによって、多数のカップリ
ング面１、２、−−、Ｎが案内モードTXooとTYo1間で波
長選択周期的カップリングを行うため設けられている、
中央バイモダル導波管ｆを有する。ここで、TXとTYはと
もに、偏光TEまたはTMの１つを表す。簡単化するため、
くびれは、ここで、対称し、くびれｇ間に位置する導波
管ｆの幅広部分と同じ長さに選ばれている。バイモダル
導波管ｇ上中央に、好ましくは、すべてのカップリング
面１からＮわたり、すなわち、第１カップリング面１の
上流から最後のカップリング面Ｎへ、導波管ｆの長手方
向に延長する、狭い細長ストリップ形電極10が位置して
いる。
入りガイドａから出ガイドｅまでの導波管構造全体
は、横断面を図２で示す、リッジ形導波管の形式であ
る。ともにInPで作られる基板11と上層12の間に、InGaA
sPで作られ、厚みがｔの光案内層13が位置している。上
層12は、導波管構造の全長にわたり局部的に、全高Ｈで
一定高さｈを有し、かつ、種々の隣接導波管ａからｅに
ついて異なる幅ｗを有する、リッジ形高度12.1を有す
る。コンバータｃのバイモダル導波管のリッジ形高度中
央に、ストリップ形電極10が位置し、層状電極14が、少
なくとも、バイモダル導波管の下で、基板11の底部にわ
たり延長している。周知のように、チャージキャリア注
入を行わせる、電流をリッジ形高度12.1の位置にある上
層12に供給して、屈折率を変化させるため、スイッチ可
能な電源を（図示せざる）供給捕集導体を介して電極10
と14に接続できる。スイッチング装置の作動は、次ぎの
とうりである。電源を切ると、チャージキャリア注入は
行われないため、モードコンバータは、受動装置として
ふるまう。偏光TXとモードコンバータｃが選択的である
波長とを有する第０位案内モード光信号が、これら条件
で入り導波管ａとテーパｂを介してバイモダル導波管ｆ
に入れば、前記信号はコンバータで、完全にTYo1信号に
変換される。テーパｄに達して、チャネル形導波管がバ
イモダルからモノモダルガイドに狭められる場合、前記
第１位案内モード信号は、ガイド内でさらに伝搬でき
ず、散乱される。電源が入れられると、チャージキャリ
ア注入が、電極10の下の光案内層12、特に、バイモダル
導波管ｆのリッジ形高度12.1に行われる。その結果、周
期的くびれによって幾何学的に設けられる一定のカップ
リング長さＬは、もはや、モード変換に必要である、連
続カップリング面で正干渉を行うことができない。各カ
ップリング面で、結合されるモードは、ますます、フエ
ーズからはずれる。チャージキャリア注入度が増大する
と、常時増大“不調和”となる結果、ついに変換は行わ
れなくなる。入りガイドａを経て入った信号は実際に、
不変にスイッチング装置を通過し、出ガイドｅを経て離
れる。入り導波管ａを経る入りと同様に、そしてモード
コンバータｃが選択的でない、他の案内モード信号は、
再び、両方の場合、原則として変わらないで、出導波管
ｅを経てスイッチング装置を離れる。
は、横断面を図２で示す、リッジ形導波管の形式であ
る。ともにInPで作られる基板11と上層12の間に、InGaA
sPで作られ、厚みがｔの光案内層13が位置している。上
層12は、導波管構造の全長にわたり局部的に、全高Ｈで
一定高さｈを有し、かつ、種々の隣接導波管ａからｅに
ついて異なる幅ｗを有する、リッジ形高度12.1を有す
る。コンバータｃのバイモダル導波管のリッジ形高度中
央に、ストリップ形電極10が位置し、層状電極14が、少
なくとも、バイモダル導波管の下で、基板11の底部にわ
たり延長している。周知のように、チャージキャリア注
入を行わせる、電流をリッジ形高度12.1の位置にある上
層12に供給して、屈折率を変化させるため、スイッチ可
能な電源を（図示せざる）供給捕集導体を介して電極10
と14に接続できる。スイッチング装置の作動は、次ぎの
とうりである。電源を切ると、チャージキャリア注入は
行われないため、モードコンバータは、受動装置として
ふるまう。偏光TXとモードコンバータｃが選択的である
波長とを有する第０位案内モード光信号が、これら条件
で入り導波管ａとテーパｂを介してバイモダル導波管ｆ
に入れば、前記信号はコンバータで、完全にTYo1信号に
変換される。テーパｄに達して、チャネル形導波管がバ
イモダルからモノモダルガイドに狭められる場合、前記
第１位案内モード信号は、ガイド内でさらに伝搬でき
ず、散乱される。電源が入れられると、チャージキャリ
ア注入が、電極10の下の光案内層12、特に、バイモダル
導波管ｆのリッジ形高度12.1に行われる。その結果、周
期的くびれによって幾何学的に設けられる一定のカップ
リング長さＬは、もはや、モード変換に必要である、連
続カップリング面で正干渉を行うことができない。各カ
ップリング面で、結合されるモードは、ますます、フエ
ーズからはずれる。チャージキャリア注入度が増大する
と、常時増大“不調和”となる結果、ついに変換は行わ
れなくなる。入りガイドａを経て入った信号は実際に、
不変にスイッチング装置を通過し、出ガイドｅを経て離
れる。入り導波管ａを経る入りと同様に、そしてモード
コンバータｃが選択的でない、他の案内モード信号は、
再び、両方の場合、原則として変わらないで、出導波管
ｅを経てスイッチング装置を離れる。
リッジ形高度12.1の中央に位置し、第０位案内モード
のモード フイールド プロフイールが本質的に修正さ
れる、単一ストリップ形電極10の代わりに、電極10は、
中心にたいし本質的に対称的、好ましくは、リッジ形高
度12.1の緑部近くに位置する、２つの結合ストリップを
有する、ツイン構造でもよい。このような構成におい
て、本質的に、第１位案内モードの、モード フイール
ド プロフイールは、電極の付勢時に修正される。
のモード フイールド プロフイールが本質的に修正さ
れる、単一ストリップ形電極10の代わりに、電極10は、
中心にたいし本質的に対称的、好ましくは、リッジ形高
度12.1の緑部近くに位置する、２つの結合ストリップを
有する、ツイン構造でもよい。このような構成におい
て、本質的に、第１位案内モードの、モード フイール
ド プロフイールは、電極の付勢時に修正される。
本発明による実際のスイッチ可能モードコンバータ
は、スイッチ可能電源が接続される、整合修正手段、こ
の場合、電極10と14と結合してモードコンバータｃによ
り形成される。
は、スイッチ可能電源が接続される、整合修正手段、こ
の場合、電極10と14と結合してモードコンバータｃによ
り形成される。
実施例 下記の値は、図１と２について述べた構造において、
波長が1.5μｍのTEoo信号のオン／オフ スイッチを示
す。
波長が1.5μｍのTEoo信号のオン／オフ スイッチを示
す。
リッジ形導波管構造で、 InP,n1の屈折率＝3.1753, InGaAsP,n2の屈折率＝3.4116 ｔ＝0.473μm,H＝0.504μｍとｈ＝0.2μm. このリッジ形導波管構造は単一エッチング工程で産出
でき、幅ｗは唯一の可変パラメータである： 入り導波管ａはTEのモノモダルでなければならず、従
って、ｗ＝最大6.0μm; テーパｂはモノモダルからバイモダルまで延長しなけ
ればならず、バイモダルチャネルは少なくともTM偏光に
ついて優れた案内特性を有し；このため、ｗの幅＝8.5
μｍが適当であるが、転移のテーパ角として、約１°が
選ばれ：その結果、テーパの長さは約200μｍである； Ｎ＝11カップリング面として100％TEoo→TM01,モード
コンバータとして、カップリング長さＬ＝65μｍが選ば
れ；各くびれｇにおいて、幅ｗ＝６μm;モードコンバー
タの全長は約710μm; ストリップ形電極10n幅は３μm;残りの寸法と電極材
料の選択は実際には、装置の作動には関係ない；普通、
Ti（２−5nm）,Pt（２−5nm）とAuの層構造で、約200nm
の厚みが選ばれる； バイモダルからモノモダルへの第２テーパｄでは、選
択寸法は第１テーパｂの寸法と等しい： 出導波管ｅは偏光TMについてモノモダルでなければな
れず；これは、43μｍ以下の幅で達成される。この全長
は1mmよりいくぶん長く、周知の吸収スイッチで得られ
るものより多少短い。
でき、幅ｗは唯一の可変パラメータである： 入り導波管ａはTEのモノモダルでなければならず、従
って、ｗ＝最大6.0μm; テーパｂはモノモダルからバイモダルまで延長しなけ
ればならず、バイモダルチャネルは少なくともTM偏光に
ついて優れた案内特性を有し；このため、ｗの幅＝8.5
μｍが適当であるが、転移のテーパ角として、約１°が
選ばれ：その結果、テーパの長さは約200μｍである； Ｎ＝11カップリング面として100％TEoo→TM01,モード
コンバータとして、カップリング長さＬ＝65μｍが選ば
れ；各くびれｇにおいて、幅ｗ＝６μm;モードコンバー
タの全長は約710μm; ストリップ形電極10n幅は３μm;残りの寸法と電極材
料の選択は実際には、装置の作動には関係ない；普通、
Ti（２−5nm）,Pt（２−5nm）とAuの層構造で、約200nm
の厚みが選ばれる； バイモダルからモノモダルへの第２テーパｄでは、選
択寸法は第１テーパｂの寸法と等しい： 出導波管ｅは偏光TMについてモノモダルでなければな
れず；これは、43μｍ以下の幅で達成される。この全長
は1mmよりいくぶん長く、周知の吸収スイッチで得られ
るものより多少短い。
図３において、変換度Ｍ（垂直に０から100％）が、
“不調和”、すなわち、各カップリング面で結合される
モード間の相づれΦ（水平にラド）の関数として、実施
例のスイッチング装置にたいしプロットされている。Φ
＝0.5ラド、Ｍ＝100％では、完全な変換である。Φ＝0.
5ラド、Ｍ＝0.01％（矢印Ａ）では、変換部分は実質的
にゼロである。このような相ずれに関連する電流密度
は、3kA/cm2にすぎず、これはきはめて低い注入電流65m
Aに等しい。関連の減衰は、0.5dBより小さい。Φ＝1.1
ラド（矢印Ｂ）の場合とやや同様で、その後変換度は最
小であるが、注入電流は幾分高い。そのため、この実施
例では、注入電流を常に、第１電流値で相ずれがΦ＝０
ラド（即ち100％変換）且つ第２電流値で相ずれがΦ＝
0.5ラド（即ちゼロ変換）となるように設定すれば、変
換のオン／オフスイッチングが得られる。図から明らか
なように、相ずれを０と0.5間に連続的に調整する一
方、電極10と14を付勢して注入電流を連続的に調整する
ことにより、実際に、０と100％間の変換度とすること
ができる。そのため、このような装置はまた、アナログ
信号変調にも適している。
“不調和”、すなわち、各カップリング面で結合される
モード間の相づれΦ（水平にラド）の関数として、実施
例のスイッチング装置にたいしプロットされている。Φ
＝0.5ラド、Ｍ＝100％では、完全な変換である。Φ＝0.
5ラド、Ｍ＝0.01％（矢印Ａ）では、変換部分は実質的
にゼロである。このような相ずれに関連する電流密度
は、3kA/cm2にすぎず、これはきはめて低い注入電流65m
Aに等しい。関連の減衰は、0.5dBより小さい。Φ＝1.1
ラド（矢印Ｂ）の場合とやや同様で、その後変換度は最
小であるが、注入電流は幾分高い。そのため、この実施
例では、注入電流を常に、第１電流値で相ずれがΦ＝０
ラド（即ち100％変換）且つ第２電流値で相ずれがΦ＝
0.5ラド（即ちゼロ変換）となるように設定すれば、変
換のオン／オフスイッチングが得られる。図から明らか
なように、相ずれを０と0.5間に連続的に調整する一
方、電極10と14を付勢して注入電流を連続的に調整する
ことにより、実際に、０と100％間の変換度とすること
ができる。そのため、このような装置はまた、アナログ
信号変調にも適している。
実施例において、スイッチング装置に使用される受動
モードコンバータは、特定の選択変換用に構成され、こ
れは、注入電流がなければ、原則として、モードコンバ
ータが選択的である、モードには相ずれがない（Φ
０）ことを意味する。しかし、モードコンバータはま
た、注入電流が不在、すなわち、いわば、臨界的に不調
和状態で、一定の相ずれ（Φ≠０）をもって製造でき、
注入電流を調整することにより所望の変換度（０−100
％）を得ることができる。
モードコンバータは、特定の選択変換用に構成され、こ
れは、注入電流がなければ、原則として、モードコンバ
ータが選択的である、モードには相ずれがない（Φ
０）ことを意味する。しかし、モードコンバータはま
た、注入電流が不在、すなわち、いわば、臨界的に不調
和状態で、一定の相ずれ（Φ≠０）をもって製造でき、
注入電流を調整することにより所望の変換度（０−100
％）を得ることができる。
図１について説明したスイッチング装置は、実際に
は、モードコンバータが選択的である、第０位案内モー
ド信号の部分にたいするオン／オフスイッチである。装
置の出力側のテーパを、バイモダル導波管のモノモダル
枝分かれに基ずく、すなわち、異なる伝搬定数を有する
２つの出モノモダル枝を有する非対称Ｙ接合と交換すれ
ば、モードコンバータが選択的である、部分にとって特
定的な伝搬方向スイッチが得られる。こうような2x2ス
イッチは、テーパｂもこのようなＹ接合により入力側で
交換すれば、製造できる。
は、モードコンバータが選択的である、第０位案内モー
ド信号の部分にたいするオン／オフスイッチである。装
置の出力側のテーパを、バイモダル導波管のモノモダル
枝分かれに基ずく、すなわち、異なる伝搬定数を有する
２つの出モノモダル枝を有する非対称Ｙ接合と交換すれ
ば、モードコンバータが選択的である、部分にとって特
定的な伝搬方向スイッチが得られる。こうような2x2ス
イッチは、テーパｂもこのようなＹ接合により入力側で
交換すれば、製造できる。
偏光独立スイッチング装置は、異なる偏光のため選択
的である２つのスイッチ可能モードコンバータが、別個
にスイッチ可能かどうかににかかわらず、テーパおよび
（または）非対称Ｙ接合間に直列に配置されれば、製造
できる。
的である２つのスイッチ可能モードコンバータが、別個
にスイッチ可能かどうかににかかわらず、テーパおよび
（または）非対称Ｙ接合間に直列に配置されれば、製造
できる。
Claims (10)
- 【請求項１】第１及び第２の導波モード信号の一方の導
波モードは０次の導波モードであって他方の導波モード
は１次の導波モードであり、第１導波モード信号の部分
を第２導波モード信号に変換する周期的モード・フィー
ルド・プロフィール構成をもつ光導波管を基板上又は基
板中に含む受動モードコンバータ；及び、 導波管中の導波モードの伝搬定数を切替可能に修正する
ためのスイッチング手段であって、但し該スイッチング
手段は第１電極及び第２電極からなり、該第１電極は該
導波管の上方に延在する少なくとも１つのストリップ形
要素であるスイッチング手段；を含む集積光スイッチン
グ装置であって、 光導波管はチャネル形バイモダル導波管であり、 該第２電極はチャネル形バイモダル導波管の下方に延在
し、そして、 該少なくとも１つの第１ストリップ様要素は、該チャネ
ル形導波管の上方に位置し且つ該チャネル形導波管より
も狭く、それにより該要素はチャネル形導波管中の第１
と第２の導波モードの唯一方の伝搬定数を主に修正する
よう操作可能になしたことを特徴とする集積光スイッチ
ング装置。 - 【請求項２】第１電極は該チャネル形導波管の上方の中
央に位置される単一のストリップ様要素を含んで、０次
の導波モードの伝搬定数を主に修正する、請求項１記載
の集積光スイッチング装置。 - 【請求項３】電極手段は該チャネル形導波管の上方で長
軸方向に互いに平行に延在して中心に対しほぼ対称的に
チャネル形導波管の端近くに位置される一対の同様の結
合したストリップ様要素を含んで、１次の導波モードの
伝搬定数を主に修正する、請求項１記載の集積光スイッ
チング装置。 - 【請求項４】チャネル形バイモダル導波管は半導体材料
で構成され、そして該ストリップ様要素又は該一対の要
素は、チャネル形導波管の半導体材料へのチャージキャ
リア注入を行うための一対の電極のうちの一方電極を構
成する請求項２又は３記載の集積光スイッチング装置。 - 【請求項５】前記モードコンバータは、100％コンバー
タである、請求項１から４の１つに記載の集積光スイッ
チング装置。 - 【請求項６】装置はさらに、モードコンバータの第１入
りモノモダル導波管からバイモダル導波管への第１導波
移行部と、モードコンバータのバイモダル導波管から第
１出モノモダル導波管への第２導波移行部とを備える、
請求項１から５の１つに記載の集積光スイッチング装
置。 - 【請求項７】第１移行部と第２移行部は、単一導波テー
パである、請求項６記載の集積光スイッチング装置。 - 【請求項８】第１および第２移行部は、非対称Ｙ接合で
ある、請求項６記載の集積光スイッチング装置。 - 【請求項９】第１移行部は単一導波テーパで、第２移行
部は非対称Ｙ接合である、請求項６記載の集積光スイッ
チング装置。 - 【請求項１０】モノモダル導波管における２つの０次導
波モード信号の１つまたは各々の少なくとも部分のスイ
ッチ可能な伝送およびブロッキング用光装置において、
光装置は、互いに連続的に結合される以下の部品すなわ
ち、 第１入りモノモダル導波管からバイモダル導波管への第
１導波移行部と、 少なくとも、２つの０次導波モード信号を、第１偏光の
１次導波モード信号にスイッチを入れ、切るための請求
項１から５記載の第１光スイッチング装置と、 少なくとも、２つの０次導波モード信号の他方の第２部
分を、第２偏光の１次導波モード信号にスイッチを入
れ、切るための請求項１から６記載の第２光スイッチン
グ装置と、 バイモダル導波管から第１出モノモダル導波管への第２
導波移行部とを備える、光装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL9200328A NL9200328A (nl) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | Optische schakelcomponent. |
| NL9200328 | 1992-02-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07500431A JPH07500431A (ja) | 1995-01-12 |
| JP2610222B2 true JP2610222B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=19860472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5514513A Expired - Fee Related JP2610222B2 (ja) | 1992-02-21 | 1993-02-17 | 光スイッチング装置 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5574808A (ja) |
| EP (1) | EP0627094B1 (ja) |
| JP (1) | JP2610222B2 (ja) |
| AT (1) | ATE163771T1 (ja) |
| CA (1) | CA2130172C (ja) |
| DE (1) | DE69317270T2 (ja) |
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