JP3076251B2 - 光機能素子及びそれを用いた光スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元的な光接続
を行い、大容量の光情報の伝送を可能にする光機能素
子、及びそれを用いた光スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、電気を用いた伝送においては、電
気配線がボトルネックとなって、その容量が著しく制限
を受けている。そこで、光を用いて配線をすれば、その
空間伝搬性、並列伝送性により、配線ネックの解消が期
待できる。

【０００３】こうした光配線に関する提案としては、面
発光素子を用いて基板の中を導波させていく方法が一つ
にはある。この方法は、図７に示すように、面発光レー
ザ７１より出射した光７２は基板（例えばＧａＡｓ基
板）７３を伝搬し、基板７３の底面に形成された回折格
子７４により、その伝搬方向を決め、光情報を所望の受
光器７５の位置まで伝送する。回折格子のパタンと動作
させるレーザを選択することで、光交換の機能をもつこ
とになる。

【０００４】他の例としては、図８に示すように、基板
８１内に導波路をいくつか作りこみ、例えば一つの導波
路８２に電極８４を通して、電場を印加することで、光
８５を別の導波路８３へスイッチングさせるという方法
がある。同様に、２つの平行でない導波路に別に形成さ
れた導波路を通して、干渉光を入射し、ホログラムを形
成することによって、２つの平行でない導波路内を導波
する光をスイッチングさせるということも提案されてい
る。この方法は、吉村氏らの発明に係る特開平６−６９
４９０号公報に詳しく記述されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来の発明においては、回折格子をいったん作って
しまうと、そこに来た光は、決まった方向にしか回折さ
れない。また、回折を利用するため、すべての光が有効
に伝搬に寄与するわけではなく、基板内の導波中の損失
も生じてしまう。したがって、光伝送の自由度という点
では、光配線の利点を十分には生かし切っていないこと
になる。また、第２の従来の発明においては、ホログラ
ムの機能を利用するため、第３の導波路を必要とするこ
とになり、余剰の導波路作製が不可欠となる。また、例
えば、方向結合器のような機能を持たせて、導波路どう
しをスイッチングさせるにしても、結局、最後に光が出
射されるのは、導波路端であり、これもまた光配線を利
用した大きな情報伝達容量を十分には生かしたものでは
ない。

【０００６】そこで、本発明においては、光配線を利用
し、伝送情報の容量を増大させるため、二次元方向、面
方向共に光伝達が可能な光伝送方法、またそれを実現す
るための光機能素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 本発明の光機能素子
は、光源となる半導体レーザと、端面にブリュースター
角を有する光変調素子と、前記光変調素子に印加する電
場の大きさにより該半導体レーザより出射された光を通
過させるか或いは反射させることを特徴とする。

【０００８】

【０００９】 本発明の光スイッチは、基板と、該基板
の基板面上に配置された前記請求項１の光機能素子とを
備え、前記光変調素子が前記基板面と平行に光を反射す
るブリュースター角を有する一の光変調素子と前記基板
面に対して垂直方向に光を反射するブリュースター角を
有する他の光変調素子とからなり、前記一の光変調素子
で前記出射光を前記基板面と平行に伝搬し、前記他の光
変調素子により前記出射光を前記基板面に対して垂直方
向に伝播して、立体的に光伝送を行うことを特徴とす
る。

【００１０】 さらに半導体レーザのモードを単一とす
ることで他の光配線との干渉を防ぐようにしたことを特
徴とする。

【００１１】 また前記光機能素子を複数備えた前記基
板を複数枚重ねることにより、前記光スイッチの機能を
更に拡張すると共に前記基板面と垂直方向への光伝送容
量を増大させたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によれば、立体的な光配線が可能な、光
プリント基板を構成することができ、その情報伝送容量
は著しく増大する。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の第１の実施形態の構成を
示す概略図である。１１は半導体レーザで、発振波長に
よって、その構造は異なってくるが、例えば、波長が
１．３μｍの場合、図２のように構成すれば良い。基板
２１（例えばｎ型ＩｎＰ）上に回折格子２２を形成し、
その回折格子２２上に液相成長法により、活性層２３
（例えばＩｎＧａＡｓＰ）、クラッド層２４（例えばＩ
ｎＰ）、キャップ層２５（例えばＩｎＧａＡｓＰ）を連
続的に成長する。メサストライプは埋め込みヘテロ構造
２６（例えばｎ及びｐ型ＩｎＰを用いて）で埋め込みを
行う。ストライプ幅を１μｍ程度まで狭くすることで、
単一モード発振を実現する。単一モードにするのは、空
間伝搬を利用する場合で、本発明の第１の実施形態で
は、自由空間を光が伝送する場合を例にとるため、レー
ザ光は単一モードの方が他の光との干渉を防ぐ意味から
好ましい。

【００１５】 半導体レーザ１１より出射された光
は、図１に示すように、光変調素子１２へ入射或いは反
射する。光変調素子１２の構成は図３に示すとおりで、
アンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓの多重量
子井戸３１を、ＩｎＡｌＡｓから成るｎ型及びｐ型クラ
ッド層３２で挟んだ構造と成っている。基板３３はアン
ドープのＩｎＰをここでは用いる。例えば、図１に示さ
れる基板１５の基板面と平行に光を導波させる場合に
は、この光変調素子１２の光入反射面４２を、図４
（ａ）のようにエッチングする。尚、図４（ａ）中、４
３は光、４４は反射角をそれぞれ示している。エッチン
グは塩素ガスを用いたドライエッチングで良い。エッチ
ングにより形成される角度はブリュースターアングルθ
に設定する。ブリュースターアングルとすることで、図
５に示すように、光変調素子１２に印加する電場の大き
さにより、反射率が１となったり、電場を印加しない場
合には、反射率が０となったりする。ここで、ブリュー
スターアングルとは、ＴＭ偏向波に対して、入射角θの
光が屈折率Ｎから屈折率ｎの媒質に入射した際に、ｔａ
ｎθ＝ｎ／Ｎとなる角度で与えられる。本実施形態の場
合、ＩｎＧａＡｓの屈折率ｎがおよそ３．３程度なの
で、θは７３度程度になる。また、反射率が０の時に
は、光は全透過で、図１に示すように、そのまま光変調
素子１２を透過して、次の光変調素子１３に入射するこ
とになる。反射率が１の時には、光は全反射して、光変
調素子１４へと入射することになる。これを繰り返すこ
とで、各光変調素子への電場印加により、光交換の機能
を有することができる。図４（ｂ）に示してある光変調
素子４５は、基板１５の基板面に対して垂直方向に光を
出射する場合の構造図である。これも前述の基板１５の
基板面と平行方向の場合と同様の構成をとり、エッチン
グする面４６を上方に向ければよい。これにより、光の
立体配線が可能となる。尚、図４（ｂ）中、４７は光、
４８は反射角をそれぞれ示している。

【００１６】次に、本発明による第２の実施形態につい
て説明を行う。図６は本発明の第２の実施形態を示す構
成図である。前述の第１の実施形態で説明した半導体レ
ーザ、光変調素子等を備えた基板を何重にも重ねること
により、更に立体的な光配線が可能となる。基板６１上
の光変調素子６２より出射した光が基板６３上の光変調
素子６４へと入射する。この際、光変調素子６４がＯＮ
の状態であれば、光は反射されて基板６３内を伝送する
ことになる。ＯＦＦの状態であれば、光は基板６３を透
過して、基板６５へと伝搬する。これを繰り返すこと
で、大容量の光伝送を実現することになる。また、光変
調素子６２より出射された光が入射するのが変調器では
なく、受光器６６へ入射し、また新しく光伝送をはじめ
ることも可能である。

【００１７】上で述べた実施例における素子を構成する
材料はここで述べたものに限定はされないし、本発明は
ここで述べている１．３μｍという波長に限定されるも
のでもない。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、立体的な配線を光で行
えるため、電気伝送時に生じたような配線によるボトル
ネックは起きず、大容量の光伝送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光機能素子の第１の実施形態を示す構
成略図である。

【図２】図１に示す半導体レーザを示し、（ａ）は要部
の縦断面図、（ｂ）は要部の横断面図である。

【図３】図１に示す光変調器の要部の縦断面図である。

【図４】本発明の光スイッチの第１の実施形態における
光変調素子を示し、（ａ）は光を水平に反射する光変調
素子の構成略図、（ｂ）は光を垂直に反射する光変調素
子の構成略図である。

【図５】図４に示す光変調素子の反射率の電場依存性を
示す図である。

【図６】本発明の光スイッチの第２の実施形態を示す構
成図である。

【図７】従来技術の一例の構成図である。

【図８】従来技術の他の例の構成略図である。

【符号の説明】

１１ 半導体レーザ １２ 光変調素子 １３ 光変調素子 １４ 光変調素子 １５ 基板 ２１ 基板 ２２ 回折格子 ２３ 活性層 ２４ クラッド層 ２５ キャップ層 ２６ ヘテロ構造 ３１ 多重量子井戸 ３２ クラッド層 ３３ 基板 ４２ 光入反射面 ４３ 光 ４４ 反射角 ４５ 光変調素子 ４６ 面 ４７ 光 ４８ 反射角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/31,1/313

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源となる半導体レーザと、光入反射面
   がブリュースター角に設定された光変調素子とを備え、
   前記光変調素子に印加する電場の大きさにより該半導体
   レーザより出射された光を通過させるか或いは反射させ
   ることを特徴とする光機能素子。
2. 【請求項２】 基板と、該基板の基板面上に配置された
   前記請求項１の光機能素子とを備え、前記光変調素子が
   前記基板面と平行に光を反射するブリュースター角を有
   する一の光変調素子と前記基板面に対して垂直方向に光
   を反射するブリュースター角を有する他の光変調素子と
   からなり、前記一の光変調素子で前記出射光を前記基板
   面と平行に伝搬し、前記他の光変調素子により前記出射
   光を前記基板面に対して垂直方向に伝播して、立体的に
   光伝送を行うことを特徴とする光スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光スイッチにおいて、前
   記半導体レーザのモードを単一とすることで他の光配線
   との干渉を防ぐようにしたことを特徴とする光スイッ
   チ。
4. 【請求項４】 請求項２又は３記載の光スイッチにおい
   て、前記光機能素子を複数備えた前記基板を複数枚重ね
   ることにより、前記光スイッチの機能を更に拡張すると
   共に前記基板面と垂直方向への光伝送容量を増大させた
   ことを特徴とする光スイッチ。