JP2726491B2 - Optical matrix switch - Google Patents

Optical matrix switch

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JP2726491B2
JP2726491B2 JP1117260A JP11726089A JP2726491B2 JP 2726491 B2 JP2726491 B2 JP 2726491B2 JP 1117260 A JP1117260 A JP 1117260A JP 11726089 A JP11726089 A JP 11726089A JP 2726491 B2 JP2726491 B2 JP 2726491B2
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optical
optical waveguide
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正宏 池田
英彦 鎌田
哲 奥
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はゲート機能を有する光導波路を用いた光マト
リクススイッチに関するものである。
The present invention relates to an optical matrix switch using an optical waveguide having a gate function.

(従来の技術) 第2図は従来のこの種の光マトリクススイッチ、例え
ば2×2光マトリクススイッチの一例を示すもので、図
中、1,2,3,4,5,6,7は光導波路、8,9,10,11は溝である。
(Prior Art) FIG. 2 shows an example of a conventional optical matrix switch of this type, for example, a 2 × 2 optical matrix switch, in which 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 are optical waveguide switches. Wave paths, 8, 9, 10, and 11 are grooves.

光導波路1〜4は入力端又は出力端を構成するもの
で、光導波路1は光導波路5を介して光導波路2に接続
されるとともに光導波路7を介して光導波路4に接続さ
れている。また、光導波路3は光導波路6を介して光導
波路4に接続されるとともに光導波路7を介して光導波
路2に接続されている。光導波路5〜7はゲート機能を
有する光導波路、例えばPN接合を有する半導体光導波路
である。なお、このPN接合を有する半導体光導波路の構
造、動作原理等についてはM.Ikeda著「Laser diode swi
tch」(Electron Lett,vol.17,No.23,P899〜900,1981)
に詳述されているので説明しないが、順方向電流が注入
されると半導体レーザと同様にその活性層が利得導波路
となる。溝8〜11は光信号の分岐又は合流手段を構成す
るもので、溝8は光導波路5及び7の光導波路1側の接
続部分に設けられ、また、溝9は光導波路5及び7の光
導波路2側の接続部分に設けられている。また、溝10は
光導波路6及び7の光導波路3側の接続部分に設けら
れ、また、溝11は光導波路6及び7の光導波路4側の接
続部分に設けられている。
The optical waveguides 1 to 4 constitute an input end or an output end. The optical waveguide 1 is connected to the optical waveguide 2 via the optical waveguide 5 and to the optical waveguide 4 via the optical waveguide 7. Further, the optical waveguide 3 is connected to the optical waveguide 4 via the optical waveguide 6 and to the optical waveguide 2 via the optical waveguide 7. The optical waveguides 5 to 7 are optical waveguides having a gate function, for example, semiconductor optical waveguides having a PN junction. The structure and operating principle of this semiconductor optical waveguide having a PN junction are described in “Laser diode swi
tch ”(Electron Lett, vol. 17, No. 23, P899-900, 1981)
However, when a forward current is injected, the active layer becomes a gain waveguide similarly to a semiconductor laser. The grooves 8 to 11 constitute means for branching or joining optical signals. The groove 8 is provided at a connection portion of the optical waveguides 5 and 7 on the optical waveguide 1 side, and the groove 9 is provided at the optical waveguide 5 and 7. It is provided at the connection portion on the side of the wave path 2. The groove 10 is provided at a connection portion of the optical waveguides 6 and 7 on the optical waveguide 3 side, and the groove 11 is provided at a connection portion of the optical waveguides 6 and 7 on the optical waveguide 4 side.

前記構成において光導波路5及び6に順方向電流を注
入し光導波路7には注入しないと、光導波路5及び6は
利得導波路となるが、光導波路7は吸収導波路となる。
従って、例えば光導波路1より利得幅内の波長の信号光
が入射されると、該信号光は溝8によって光導波路5に
分岐された後、増幅され、さらに溝9を通して光導波路
2へ出射される。また、同様に光導波路3より入射され
た信号光も溝10、光導波路6、溝11を介して光導波路4
へ出射される。
In the above configuration, if a forward current is injected into the optical waveguides 5 and 6 and not injected into the optical waveguide 7, the optical waveguides 5 and 6 become gain waveguides, but the optical waveguide 7 becomes an absorption waveguide.
Therefore, for example, when signal light having a wavelength within the gain width is input from the optical waveguide 1, the signal light is branched into the optical waveguide 5 by the groove 8, amplified, and further emitted to the optical waveguide 2 through the groove 9. You. Similarly, the signal light incident from the optical waveguide 3 is also transmitted through the groove 10, the optical waveguide 6, and the groove 11 to the optical waveguide 4.
Emitted to

一方、光導波路7に順方向電流を注入すると光導波路
7は利得導波路となり、光導波路1より入射された信号
光は溝8によって光導波路7に分岐された後、増幅さ
れ、溝11を通して光導波路4へ出射される。また、同様
に光導波路3より入射された光も溝10、光導波路7、溝
9を介して光導波路2へ出射される。
On the other hand, when a forward current is injected into the optical waveguide 7, the optical waveguide 7 becomes a gain waveguide, and the signal light incident from the optical waveguide 1 is branched into the optical waveguide 7 by the groove 8, amplified, and transmitted through the groove 11. The light is emitted to the wave path 4. Similarly, light incident from the optical waveguide 3 is also emitted to the optical waveguide 2 through the groove 10, the optical waveguide 7, and the groove 9.

(発明が解決しようとする課題) 前述した光マトリクススイッチでは溝8〜11のハーフ
ミラー的な作用により光の分岐又は合流を行なっていた
ため、該溝8〜11における分岐比が1対1に近いこと及
び損失が小さいことが要求されていた。前記溝8〜11に
おける分岐比は溝の深さによって決定されるが、損失を
小さくするためには溝幅狭く且つ側面の平滑性及び垂直
性の良い溝としなければならなかった。
(Problems to be Solved by the Invention) In the above-described optical matrix switch, the light is branched or merged by the action of the half mirrors of the grooves 8 to 11, so that the branch ratio in the grooves 8 to 11 is close to 1: 1. And low loss were required. The branching ratio in the grooves 8 to 11 is determined by the depth of the grooves, but in order to reduce the loss, the grooves have to be narrow and have good side smoothness and verticality.

従来、例えばInP系で構成された光導波路に溝を掘る
場合、Cl2はBr2によるイオンビームエッチング法が採用
されていたが、溝幅狭く且つ側面の平滑性及び垂直性の
良い溝を所望の深さに掘ることは極めて困難であった。
Conventionally, for example, when digging a groove in an optical waveguide composed of an InP system, an ion beam etching method using Br 2 has been adopted for Cl 2 , but a groove having a narrow groove width and good side surface smoothness and verticality is desired. It was extremely difficult to dig to a depth.

また、前記光マトリクススイッチでは光導波路1から
光導波路2への光路長と光導波路1から光導波路4への
光路長(又は光導波路3から光導波路4への光路長と光
導波路3から光導波路2への光路長)に差があるため、
光路の設定によって挿入損失やアイソレーション(オン
信号とオフ信号との光強度の差)にばらつきが生じると
いう問題点があった。
In the optical matrix switch, an optical path length from the optical waveguide 1 to the optical waveguide 2 and an optical path length from the optical waveguide 1 to the optical waveguide 4 (or an optical path length from the optical waveguide 3 to the optical waveguide 4 and an optical path length from the optical waveguide 3 to the optical waveguide). 2).
There is a problem that the insertion loss and the isolation (difference in light intensity between the ON signal and the OFF signal) vary depending on the setting of the optical path.

本発明は前記問題点を除去し、製造が容易であり、し
かも設定した光路による挿入損失やアイソレーションの
ばらつきが少ない光マトリクススイッチを提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical matrix switch which eliminates the above-mentioned problems, is easy to manufacture, and has little variation in insertion loss and isolation due to a set optical path.

(課題を解決するための手段) 本発明では前記目的を達成するため、ゲート機能を有
する光導波路を用いた光マトリクススイッチにおいて、
光信号の分岐又は合流手段を全反射溝を用いて構成する
とともに、分岐し且つ合流する各光路の長さが等しくな
るように光導波路を配置した光マトリクススイッチを提
案する。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, in order to achieve the above object, in an optical matrix switch using an optical waveguide having a gate function,
An optical matrix switch is proposed in which the optical signal branching or merging means is configured by using a total reflection groove, and the optical waveguides are arranged such that the lengths of the optical paths that branch and merge are equal.

(作 用) 本発明によれば、光導波路の一端より入射した光は全
反射溝にて分岐され、ゲート機能を有する光導波路及び
他の全反射溝を介して出射される。
(Operation) According to the present invention, light incident from one end of the optical waveguide is branched at the total reflection groove, and emitted through the optical waveguide having a gate function and another total reflection groove.

(実施例) 第1図は本発明の光マトリクススイッチの一実施例を
示すもので、図中、従来例と同一構成部分は同一符号を
もって表わす。即ち、1,2,3,4,12,13,14は光導波路、1
5,16,17,18,19,20は全反射溝である。
(Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of an optical matrix switch according to the present invention, in which the same components as those of the conventional example are denoted by the same reference numerals. That is, 1,2,3,4,12,13,14 are optical waveguides, 1
5, 16, 17, 18, 19, and 20 are total reflection grooves.

光導波路12〜14はゲート機能を有する光導波路、例え
ば従来例と同様なPN接合を有する半導体光導波路であ
る。光導波路12はほぼ直角に屈折した形状を有し、光導
波路1及び2を接続する。また、光導波路13はほぼ直角
に屈折した形状を有し、光導波路3及び4を接続する。
また、光導波路14は2つの光導波路がほぼ直角に交差し
た形状を有し、光導波路1及び4並びに3及び2をそれ
ぞれ接続する。ここで、光導波路12及び13はその光路長
が光導波路14の交差する各光路と同一となる如く構成さ
れている。
The optical waveguides 12 to 14 are optical waveguides having a gate function, for example, semiconductor optical waveguides having a PN junction similar to the conventional example. The optical waveguide 12 has a shape that is bent at substantially a right angle, and connects the optical waveguides 1 and 2. The optical waveguide 13 has a shape that is bent at substantially a right angle, and connects the optical waveguides 3 and 4.
The optical waveguide 14 has a shape in which two optical waveguides intersect at a substantially right angle, and connects the optical waveguides 1 and 4 and 3 and 2 respectively. Here, the optical waveguides 12 and 13 are configured such that the optical path length is the same as each optical path intersecting the optical waveguide 14.

全反射溝15〜18は光信号の分岐又は合流手段を構成す
るもので、ここでは45゜の頂角を有する二等辺三角形の
底面形状を備えている。全反射溝15は光導波路12及び14
の光導波路1側の接続部分に設けられ、また、全反射溝
16は光導波路12及び14の光導波路2側の接続部分に設け
られている。また、全反射溝17は光導波路13及び14の光
導波路3側の接続部分に設けられ、また、全反射溝18は
光導波路13及び14の光導波路4側の接続部分に設けられ
ている。ここで、各全反射溝15〜18はその頂角の二等分
線が各光導波路1〜4の中心線と一致する如く形成され
ている。
The total reflection grooves 15 to 18 constitute the optical signal branching or merging means, and have a bottom surface shape of an isosceles triangle having a vertex angle of 45 ° here. The total reflection groove 15 is provided for the optical waveguides 12 and 14.
And a total reflection groove.
Reference numeral 16 is provided at a connection portion of the optical waveguides 12 and 14 on the optical waveguide 2 side. The total reflection groove 17 is provided at a connection portion of the optical waveguides 13 and 14 on the optical waveguide 3 side, and the total reflection groove 18 is provided at a connection portion of the optical waveguides 13 and 14 on the optical waveguide 4 side. Here, each of the total reflection grooves 15 to 18 is formed such that the bisector of the apex angle coincides with the center line of each of the optical waveguides 1 to 4.

全反射溝19,20は光信号の屈折手段を構成するもの
で、ここでは略長方形の底面形状を備えている。全反射
溝19は光導波路12の屈折部の外側に設けられ、また、全
反射溝20は光導波路13の屈折部の外側に設けられてい
る。ここで、全反射溝19及び20はそれぞれその一側が光
導波路12及び13の中心線と45゜の角度をなす如く形成さ
れている。
The total reflection grooves 19 and 20 constitute refraction means for an optical signal, and have a substantially rectangular bottom shape here. The total reflection groove 19 is provided outside the refraction portion of the optical waveguide 12, and the total reflection groove 20 is provided outside the refraction portion of the optical waveguide 13. Here, the total reflection grooves 19 and 20 are formed such that one side thereof forms an angle of 45 ° with the center line of the optical waveguides 12 and 13.

なお、全反射溝15〜20の深さは各光導波路の光導波部
分の全てに亘る深さに設定されている。
Note that the depth of the total reflection grooves 15 to 20 is set to a depth that covers the entire optical waveguide portion of each optical waveguide.

前記構成において光導波路12及び13に順方向電流を注
入し光導波路14には注入しないと、光導波路12及び13は
利得導波路となるが、光導波路14は吸収導波路となる。
従って、例えば光導波路1より利得幅内の波長の信号光
が入射されると、該信号光は全反射溝15によって光導波
路12及び14に1対1の割合で全反射、即ち分岐される。
このうち、光導波路12側に分岐した信号光はここで増幅
され全反射溝19で反射されて伝搬し、さらに全反射溝16
を通して光導波路2へ出射される。また、同様に光導波
路3より入射された信号光も全反射溝17、光導波路13
(全反射溝20を含む。)、全反射溝18を介して光導波路
4へ出射される。
In the above configuration, if a forward current is injected into the optical waveguides 12 and 13 but not into the optical waveguide 14, the optical waveguides 12 and 13 become gain waveguides, but the optical waveguide 14 becomes an absorption waveguide.
Therefore, for example, when a signal light having a wavelength within the gain width is incident on the optical waveguide 1, the signal light is totally reflected, that is, branched into the optical waveguides 12 and 14 by the total reflection groove 15 at a ratio of 1: 1.
Of these, the signal light branched to the optical waveguide 12 side is amplified here, reflected by the total reflection groove 19, propagates, and further
Through the optical waveguide 2. Similarly, the signal light incident from the optical waveguide 3 is also applied to the total reflection groove 17 and the optical waveguide 13.
(Including the total reflection groove 20), and is emitted to the optical waveguide 4 via the total reflection groove 18.

一方、光導波路14に順方向電流を注入すると光導波路
14は利得導波路となり、光導波路1より入射され全反射
溝15によって光導波路14側に分岐された信号光は該光導
波路14で増幅され、全反射溝18を通して光導波路4へ出
射される。また、同様に光導波路3より入射された信号
光も全反射溝17、光導波路14、全反射溝16を介して光導
波路2へ出射される。
On the other hand, when a forward current is injected into the optical waveguide 14,
Reference numeral 14 denotes a gain waveguide. The signal light incident from the optical waveguide 1 and branched to the optical waveguide 14 by the total reflection groove 15 is amplified by the optical waveguide 14 and emitted to the optical waveguide 4 through the total reflection groove 18. Similarly, the signal light incident from the optical waveguide 3 is also emitted to the optical waveguide 2 via the total reflection groove 17, the optical waveguide 14, and the total reflection groove 16.

このように前記実施例によれば、全反射溝15〜18の全
反射作用により光の分岐又は合流を行なうようになした
ため、溝の深さは光を導波する部分の全てに亘る深さと
すれば良く、また、従来のように溝幅を狭くする必要も
なく、溝の側面の平滑性及び垂直性を良好に保てれば良
いので製造が容易となる。また、全反射溝15〜18は光の
全反射作用を利用しているため、波長依存性のない分岐
又は合流特性が得られるとともに、ほぼ1対1の分岐比
が得られる。また、光導波路12及び13を全反射溝19及び
20によって光導波路14による光路を折り返した形状とな
したため、各光路長が等しくなり、従って、設定したパ
スによる挿入損失やアイソレーションのばらつきを少な
くできる。
As described above, according to the embodiment, since the light is branched or merged by the total reflection action of the total reflection grooves 15 to 18, the depth of the groove is equal to the depth of the entire light guiding portion. In addition, it is not necessary to reduce the groove width as in the related art, and it is only necessary to keep the smoothness and the verticality of the side surface of the groove satisfactorily. Further, since the total reflection grooves 15 to 18 utilize the total reflection of light, a branching or merging characteristic having no wavelength dependence can be obtained, and a branching ratio of approximately 1: 1 can be obtained. Further, the optical waveguides 12 and 13 are connected to the total reflection groove 19 and
Since the optical path formed by the optical waveguide 14 is folded by 20, the lengths of the optical paths become equal, so that the insertion loss and the variation in isolation due to the set path can be reduced.

なお、全反射溝15〜18の底面形状や頂角の角度は一例
であってこれに限定されるものではない。また、光導波
路12及び13としては光導波路14による光路と同じ光路長
であれば良いので、前記全反射溝19及び20を用いた構成
に限られるものではない。
It should be noted that the shape of the bottom surface and the angle of the apex angle of the total reflection grooves 15 to 18 are merely examples, and are not limited thereto. Further, the optical waveguides 12 and 13 need only have the same optical path length as the optical path of the optical waveguide 14, and are not limited to the configuration using the total reflection grooves 19 and 20.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、光信号の分岐又
は合流手段を全反射溝を用いて構成したため、分岐比が
溝の深さに依存せず、従って、製造が容易になるととも
に、光の全反射作用により分岐又は合流が行なわれるた
め、波長依存性のない分岐又は合流特性が得られる。ま
た、分岐し又は合流する各光路の長さが等しくなるよう
に光導波路を配置したため、設定した光路による挿入損
失やアイソレーションのばらつきを少なくすることがで
きる等の利点がある。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, since the optical signal branching or merging means is configured using the total reflection groove, the branching ratio does not depend on the groove depth, and therefore, the manufacturing is easy. At the same time, branching or merging is performed by total reflection of light, so that branching or merging characteristics without wavelength dependence can be obtained. In addition, since the optical waveguides are arranged so that the lengths of the optical paths that are branched or merged are equal, there is an advantage that insertion loss and variation in isolation due to the set optical paths can be reduced.

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

第1図は本発明の光マトリクススイッチの一実施例を示
す構成図、第2図は従来の光マトリクススイッチの一例
を示す構成図である。 1〜4,12〜14……光導波路、15〜18……全反射溝。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical matrix switch of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional optical matrix switch. 1-4, 12-14: optical waveguide, 15-18: total reflection groove.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ゲート機能を有する光導波路を用いた光マ
トリクススイッチにおいて、 光信号の分岐又は合流手段を全反射溝を用いて構成する
とともに、 分岐し且つ合流する各光路の長さが等しくなるように光
導波路を配置した ことを特徴とする光マトリクススイッチ。
In an optical matrix switch using an optical waveguide having a gate function, an optical signal branching or merging means is formed by using a total reflection groove, and the lengths of the branched and merged optical paths are equal. An optical matrix switch characterized by arranging optical waveguides as described above.
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