JP2749926B2 - 光マトリクススイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光交換器等に用いられる光マトリクススイ
ッチの構造に関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、特開平1-9792
5号公報に記載されるものがあった。以下、その構成を
図を用いて説明する。

第２図は、上記文献に記載された従来のストリップ装
荷型導波路構造を有する光マトリクススイッチの全体を
示す概略の平面図である。

この光マトリクススイッチは、入力ポート1a〜1cと、
出力ポート2a〜2cと、光スイッチ3a〜3iを有している。
各光スイッチ3a〜3iは、それぞれ同一の構造を有してお
り、その一構成例を第３図に示す。

第３図は、第２図の光マトリクススイッチの要部構成
図であり、第２図の光スイッチの構成を示したものであ
る。

この光スイッチ3dは、導波路11、及び端部領域12aを
有する導波路12からなる方向性結合器13と、導波路14、
及び導波路15からなる方向性結合器16とを有している。
方向性結合器13,16には、図示しない電極に印加する電
圧を制御することにより、それぞれ導波路11,12間及び
導波路14,15間で光信号の進行方向を切換える機能を有
している。導波路11及び導波路15は、光信号を反射する
反射ミラー部17を介して接続されている。さらに導波路
12及び導波路14は反射ミラー部17近傍で交差している。

ここで、導波路11,12,14,15は、基板18上に順次、下
部クラッド層19、光導波層20、及び上部クラッド層21が
積層された構成を有している。光信号は、導波路11,12,
14,15部分における光導波層20に設けられた光導波部20a
を伝搬する。光導波部20aは、光導波層20と異なる屈折
率を有している。反射ミラー部17は、下部クラッド層1
9、光導波層20、及び上部クラッド層21が三角形状に取
り除いてできる空間により形成されている。

以上のように構成される光マトリクススイッチは、例
えば入力ポート1a〜1c及び出力ポート2a〜2cに図示しな
い光ファイバがそれぞれ接続される。その光ファイバを
介して入力ポート1a〜1cに入力された光信号は、各光ス
イッチ3a〜3iのスイッチング制御により、所定の出力ポ
ート2a〜2cに出力される。

第２図の光マトリクススイッチでは、入力ポート1a〜
1c及び出力ポート2a〜2cの任意の組み合わせの入出力ポ
ート間で光信号のスイッチングを行う際、その光信号の
伝搬経路は反射ミラー部17を一回のみ通過すればよい構
成になっている。そのため、光マトリクススイッチを光
信号が伝搬する際の損失が低減されるという利点を有し
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の光マトリクススイッチで
は、次のような課題があった。

導波路11,12,14,15を伝搬する光信号は、光導波部20a
を伝搬するが、この光導波部20aは光導波層20に設けら
れるものである。そのため、導波路11,12,14,15を伝搬
する光信号が光導波層20に漏洩すると、その光信号は光
導波層20を迷光となって伝搬する。この迷光は、例えば
導波路12に達すると、端部領域12aから導波路12に入射
してしまうおそれがある。この迷光か導波路12に入射す
ると、方向性結合器13の消光比が劣化してしまう。

光導波層20に入射する迷光は、導波路11,12,14,15か
らの漏洩以外にも、例えば入力ポート1a〜1cと図示しな
い光ファイバーとの結合部での漏洩によって発生する場
合もある。即ち、光信号を入力ポート1a〜1cに入射させ
る光ファイバの径に対して、入力ポート1a〜1cの径が小
さいために光ファイバからの光信号が光導波層20に入射
してしまうのである。この場合にも、その迷光が、例え
ば導波路12に入射することにより、方向性結合器13の消
光比の劣化をもたらす。

本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、光
導波層を伝搬する迷光によって方向性結合器の消光比が
劣化する点について解決した光マトリクススイッチを提
供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、光信号入力用の
第１の導波路、及び端部領域を有し該第１の導波路に近
接した第２の導波路がそれぞれ光導波層に形成された第
１の方向性結合器と、所定角度で前記第２の導波路に延
設された第３の導波路、及び該第３の導波路に近接して
前記第１の導波路に延設された光信号出力用の第４の導
波路がそれぞれ前記光導波層に形成された第２の方向性
結合器とを、備えた複数の光スイッチが、マトリクス状
に配置された光マトリクススイッチにおいて、前記第２
の導波路の端部領域と前記光導波層とを遮断する所定形
状の切欠部を、該光導波層に設けている。

（作用） 本発明によれば、以上のように光マトリクススイッチ
を構成したので、光導波層に設けた切欠部は、例えば、
第２の導波路に第１の端面を、光導波層に第２の端面
を、その第１及び第２の端面の内側に内部空間をそれぞ
れ形成するように働く。そのため、光導波層から切欠部
に入る迷光は、第２の端面で散乱される。さらに、第２
の端面を介して光導波層から該内部空間に出射した迷光
は、光導波層と該内部空間との屈折率差に起因して、該
内部空間において広がって伝搬するため、第１の端面に
入射する該迷光が少なくなる。その上、第２の端面及び
該内部空間を介して第１の端面に入射した迷光は、該第
１の端面で散乱される。このようにして、切欠部は、光
導波層と第２の導波路を遮断し、光導波層から第２の導
波路への迷光の入射を阻止する。

したがって、前記課題を解決できるのである。

（実施例） 第１図は、本発明の第１の実施例を示す光マトリクス
スイッチの全体を概略的に示す平面図である。

この光マトリクススイッチは、ストリップ装荷型導波
路構造を成しており、入力ポート31a,31b,31cと、出力
ポート32a,32b,32cと、入力ポート31a〜31c及び出力ポ
ート32a〜32cに接続される光スイッチ33a,33b,33c,33d,
33e,33f,33g,33h,33iとを有している。光スイッチ33a〜
33iは、それぞれ同一構造を成している。その一構成例
を第４図、第５図、及び第６図に示す。

第４図は、第１図の光マトリクススイッチの要部構成
図であって光スイッチ33dの構成を示すものであり、第
５図は、第４図のＡ−Ａ線断面図、第６図は、第４図の
部分的な平面図である。

この光スイッチ33dは、第１の導波路41と、端部領域4
2aをもち、導波路41に近接して配置された第２の導波路
42とを有している。この導波路41,42によって第１の方
向性結合器43が形成されている。さらに、この光スイッ
チ33dは、第３の導波路44と、導波路44に近接して配置
された第４の導波路45を有している。この導波路44,45
によって第２の方向性結合器46が形成されている。導波
路41と導波路45は、反射ミラー部47によってほぼ直角に
接続されている。導波路42と導波路44は、反射ミラー部
47近傍でほぼ直角に交差している。

導波路41,42,44,45は、GaAsからなる基板48上に順
次、AlGaAsからなる下側クラッド層49、GaAsからなる光
導波層50、AlGaAsからなる上側クラッド層51、及びGaAs
からなるキャップ層52が積層された構造を成している。
導波路41,42,44,45では、光導波層50内に光信号が伝搬
する光導波部50aが形成され、上側クラッド層51にリブ
部51aが形成されている。

導波路42の端部領域42aには、切欠部50bが形成されて
いる。この切欠部50bは、例えば、下側クラッド層49、
光導波層50、上側クラッド層51を三角形状に、例えばド
ライエッチングや化学エッチングによって取り除いてで
きる内部空間50b−１によって形成されている。この内
部空間50b−１によって、導波路42に第１の端面50b−２
が、光導波層50に第２の端面50b−３がそれぞれ形成さ
れる。

さらに、導波路41,42,44,45において方向性結合器43,
46を構成する部分のキャップ層52上には上側の電極53が
形成され、基板48の下側には下側の電極54が形成されて
いる。この電極53,54は、電圧の印加により、方向性結
合器43,46での光信号の進路切換えを制御するためのも
のである。

反射ミラー部47は、例えば下側クラッド層49,光導波
層50,及び上側クラッド層51を三角形状に取り除いた空
間により形成されている。

以上のように構成される光マトリクススイッチの動作
を説明する。

この光マトリクススイッチは、例えば入力ポート31a
〜31c及び出力ポート32a〜32cにそれぞれ図示しない光
ファイバを接続して、その光ファイバ間の光信号の進路
変更を行うために用いられる。

例えば、入力ポート31bに、図示しない光ファイバを
介して入力された光信号L1は、光スイッチ33dの方向性
結合器43に入力される。この方向性結合器43は、電極5
3,54間の印加電圧に基づいて、光信号L1を２通りの進路
へ切換え制御する。その進路の一方は導波路42を介して
光スイッチ33eに出力するものであり、他方は反射ミラ
ー部47及び導波路45を介して光スイッチ33gに出力する
ものである。また、例えば入力ポート31aから入力され
て光スイッチ33aを介して光スイッチ33dの導波路44に入
力された光信号L2は、電極53,54間の印加電圧により制
御される方向性結合器46によって導波路45に進路の切換
えが行われ、光スイッチ33gに出力される。光スイッチ3
3d以外の光スイッチ33a〜33c,33e〜33iも、光スイッチ3
3dと同様に動作して、各入力ポート31a〜31cに入力され
た光信号を所望する出力ポート32a〜32cに出力すること
ができる。

以上のように動作する光マトリクススイッチにおい
て、導波路41,42,44,45の光導波部50aの側面、あるいは
入力ポート31a〜31cと図示しない光ファイバとの接合部
等から光信号が漏洩し、その光信号が迷光L3となって光
導波層50を伝搬する場合がある。この迷光L3は、例えば
第６図に矢印で示すように導波路42の端部領域42aに到
達する。この迷光L3は、その一部が端面50b−３で散乱
される。端面50b−３を通過した迷光L3は、光導波路50
と内部空間50b−１との屈折率差に起因して、内部空間5
0b−１で広がる。このため、端面50b−２に入射する迷
光L3はさらに少なくなる。端面50b−２に入射した迷光L
3は、端面50b−２によって散乱される。このようにして
光導波層50を伝搬する迷光L3は、切欠部50bによって導
波路42への入射を阻止される。

本実施例は、次のような利点を有している。

（Ａ） 切欠部50bによって、内部空間50b−１及び端面
50−b,50b−３が形成される。光導波層50を伝搬する迷
光L3は、内部空間50b−１で広がったり、端面50b−2,50
−ｂ−３で散乱したりする。そのため、迷光L3の導波路
42への入射が阻止され、この迷光L3が導波路42へ入射し
た場合に起こる方向性結合器43の消光比の劣化が防止さ
れる。

（Ｂ） 切欠部50bは、通常のドライエッチングまたは
化学エッチングによって形成できるので、複雑な製造工
程を設けることなく、容易に形成される。

第７図は、本発明の第２の実施例を示す光マトリクス
スイッチの全体を概略的に示す平面図である。

この光マトリクススイッチは、入力ポート61a,61b,61
c,61dと、出力ポート62a,62b,62c,62d,62eと、入力ポー
ト61a〜61d及び出力ポート62a〜62e間に接続されてマト
リクス状に配置された光スイッチ63a,63b,63c,63d,63e,
63f,63g,63h,63i,63j,63k,63l,63m,63n,63p,63qとを有
している。この光スイッチ63a〜63n,63p,63qは、それぞ
れ同一構成を有しており、その一構成例を第８図に示
す。

第８図は、第７図の光マトリクススイッチの要部構成
図であり、光スイッチ63eの構成を示すものである。図
中、第４図と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。

この光スイッチ63eは、第１の導波路71と、第１の導
波路71に近接して配置されかつ端部領域72aをもつ第２
の導波路72とを有している。この導波路71,72によって
第１の方向性結合器73が形成されている。さらに、この
光スイッチ63eは、第３の導波路74と、導波路74に近接
して配置された第４の導波路75とを有している。この導
波路74,75によって第２の方向性結合器76が形成されて
いる。導波路72と導波路74は、反射ミラー部77を介して
ほぼ直角に接続されている。さらに、導波路71と導波路
75は、反射ミラー部77の近傍でほぼ直角に交差してい
る。導波路71,72,74,75及び反射ミラー部77の構造は、
第４図の導波路41,42,44,45及び反射ミラー部47とほぼ
同様である。導波路72の端部領域72aには、切欠部50cが
形成されている。この切欠部50cは、切欠部50bと同様
に、下側クラッド層49、光導波層50、及び上側クラッド
層51を三角形状に除去して形成されている。

以上のように構成される光マトリクススイッチは、第
１図の場合とほぼ同様に、例えは入力ポート61bを介し
て光スイッチ63eに入射した光信号は、方向性結合器73
を介して光スイッチ63fに出力され、あるいは方向性結
合器73,76によって光スイッチ63iに出力される。また、
例えば入力ポート61a及び光スイッチ63aを介して方向性
結合器76に入力された光信号は、導波路75を介して光ス
イッチ63iに出力される。

第７図の光マトリクススイッチにおける光導波層50に
迷光が入射しても、第１図の場合と同様にして、切欠部
50cによって、その迷光が導波路72に入射するのが阻止
される。このように第２の実施例の光マトリクススイッ
チによっても、第１の実施例の光マトリクススイッチと
ほぼ同様の作用及び効果が得られる。

なお、本発明は上記第１及び第２の実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例
えば次のようなものがある。

（ａ） 切欠部50b,50cの平面形状及び除去する層は、
第１及び第２の実施例のものに限定されない。例えば平
面形状は、四角形、円形、または菱形等の任意の形状に
設定できる。切欠部50b,50cは、下側クラッド層49、光
導波層50b,50cは、下側クラッド層49、光導波層50、及
び上側クラッド層51を除去したが、これは、少なくとも
光導波層50が除去されるものであればよい。

（ｂ） 第１図及び第７図の光マトリクススイッチは、
入力ポート31a〜31Cと出力ポート32a〜32c、または入力
ポート61a〜61dと出力ポート62a〜62eを逆に設定して使
用することが可能である。その場合に、切欠部50b,50c
がそれぞれ導波路44の端部領域及び導波路74の端部領域
に形成れさる。また、このような第１図及び第７図の光
マトリクススイッチの双方向性も考慮して、導波路42,4
4及び導波路72,74の端部領域に切欠部をそれぞれ設けて
構成してもよい。

（ｃ） 第１図及び第７図の光マトリクススイッチの構
成は、その変化が可能である。例えば第１図及び第７図
の光マトリクススイッチは、入力ポート31a〜31c及び出
力ポート32a〜32cや、入力ポート61a〜61d及び出力ポー
ト62a〜62dの数を用途に応じて変更してもよい。

（ｄ） 反射ミラー部47,77は、光信号の反射角度がほ
ぼ直角になるように形成したが、その角度の設定は、各
導波路41,42,44,45及び導波路71,72,74,75の位置を適宜
設定することによって変更が可能である。

（ｅ） 上記第１及び第２の実施例では、基板48、下側
クラッド層49、光導波層50、上側クラッド層51、及びキ
ャップ層52は、GaAs/AlGaAs系の材料を用いて構成した
が、例えば、InP/InGaAsP系等の他の材料で構成するこ
ともできる。

（ｆ） 上記第１及び第２の実施例では、ストリップ装
荷型導波路構造を有する光マトリクススイッチの場合に
ついて説明したが、本発明は、埋め込み型や、リブ型等
の他の導波路構造を有する光マトリクススイッチにも幅
広く適用が可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、光マト
リクススイッチの第２の導波路の端部領域と光導波層と
を遮断する所定形状の切欠部を、該光導波層に設けたの
で、光導波層を伝搬する迷光が第２の導波路に入射する
ことを阻止できる。したがって、第１の方向性結合器の
消光比が改善され、該光マトリクススイッチの動作特性
の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光マトリクススイ
ッチの平面図、第２図は従来の光マトリクススイッチの
平面図、第３図は第２図の光マトリクススイッチの要部
構成図、第４図は第１図の光マトリクススイッチの要部
構成図、第５図は第４図のＡ−Ａ線断面図、第６図は第
１図の部分的な平面図、第７図は本発明の第２の実施例
を示す光マトリクススイッチの平面図、第８図は第７図
の光マトリクススイッチの要部構成図である。 33a〜33i,63a〜63n,63p,63q……光スイッチ、41,71……
第１の導波路、42,72……第２の導波路、43,73……第１
の方向性結合器、44,74……第３の導波路、45,75……第
４の導波路、46,76……第２の方向性結合器、42a,72a…
…端部領域、50……光導波層、50b,50c……切欠部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光信号入力用の第１の導波路、及び端部領
   域を有し該第１の導波路に近接した第２の導波路がそれ
   ぞれ光導波層に形成された第１の方向性結合器と、 所定角度で前記第２の導波路に交差または接続された第
   ３の導波路、及び該第３の導波路に近接して所定角度で
   前記第１の導波路に接続または交差された光信号出力用
   の第４の導波路がそれぞれ前記光導波層に形成された第
   ２の方向性結合器とを、備えた複数の光スイッチが、 マトリクス状に配置された光マトリクススイッチにおい
   て、 前記第２の導波路の端部領域と前記光導波層とを遮断す
   る所定形状の切欠部を、該光導波層に設けたことを特徴
   とする光マトリクススイッチ。