JP7491565B2

JP7491565B2 - 光スイッチ

Info

Publication number: JP7491565B2
Application number: JP2020158998A
Authority: JP
Inventors: 智洋北; マヌエルメンデス
Original assignee: Waseda University
Current assignee: Waseda University
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2040-09-23
Also published as: JP2022052551A

Description

本発明は、光スイッチに関するものである。

半導体プロセスの技術を応用して作製される平面光波回路(Planar Lightwave Circuits, PLC)において、マッハツェンダ干渉計(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)型の光スイッチが知られている。MZI型の光スイッチは、一対の方向性結合器と、これらの間に設けられた２本の光導波路とから構成される。入力光は、入力側の方向性結合器で２分割されて２本の光導波路にそれぞれ入射し、これら光導波路を伝播した後に、出力側の方向性結合器で合波される。２本の光導波路の光路長を制御することにより、出力側の方向性結合器の一対の出力端のいずれから光を出力するかを決めることができる。

上記光路長の制御では、２本の光導波路のうちの一方を加熱して昇温することにより屈折率を変化させることで、各光導波路の光路長に光の半波長分の差を与えるものが知られている。光導波路を加熱する場合、光導波路の近傍にヒータを配置する構成が知られている。また、ドープしたシリコン製の光導波路に電流を直接流して光導波路を発熱、昇温させる構成が知られている（非特許文献１を参照）。

MANUEL MENDEZ-ASTUDILLO, MASAKI OKAMOTO, YOSHIAKI ITO, AND TOMOHIRO KITA, "Compact thermo-optic MZI switch in silicon-on-insulator using direct carrier injection", Optics Express Vol. 27, Issue 2, pp. 899-906 (2019).

非特許文献１に開示されるように、光導波路に電流を直接流して光導波路を発熱、昇温する構成は、光導波路自体が発熱するため高速動作に有利である。しかしながら、コアを挟むように一対の電極が必要であり、この一対の電極を電源に接続する配線が一対の方向性結合器と２本の光導波路とにより実質的に閉じた閉領域内にコンタクトやホール等を形成しなければならない。このため、２本の光導波路の距離を小さくできず、光スイッチの大型化を招くという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化に有利な光スイッチを提供することを目的とする。

本発明の光スイッチは、ドープされた半導体からなり、クラッドで覆われた第１コアを有する第１光導波路と、前記第１光導波路と同一平面内に形成され、前記第１コアよりもドープ量が小さい半導体からなり、前記クラッドで覆われた第２コアを有する第２光導波路と、前記第１光導波路と同一平面内に形成され、前記第１コアの側面の一方に接した第１電極、前記第２コアの側面の一方に接した第２電極及び前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に設けられ一端が前記第１コアの側面の他方に他端が前記第２コアの側面の他方にそれぞれ接した中間導電体を有し、前記第１電極と前記第２電極とから電圧を印加して前記第１光導波路と前記第２光導波路とに電流を流す電極部とを備えるものである。

本発明の光スイッチによれば、ドープされた半導体からなる第１光導波路の第１コアと第１コアよりもドープ量が小さい半導体からなる第２光導波路の第２コアとをこれらの間に設けた中間導電体で接続し、第１コアに接続した第１電極と第２コアに接続した第２電極とに電圧を印加して、直列に接続された第１コアと第２コアとに電流を流す構成としたので、第１光導波路と第２光導波路との間にホールやコンタクト等ももうける必要がなく、光スイッチの小型化に有利となる。

実施形態に係る光スイッチを示す説明図である。第１光導波路、第２光導波路及び電極部を示す説明図である。図１におけるIII－III線に沿う断面図である。熱伝導部を設けた例を示す要部断面図である。第１アーム及び第２アームの光の損失を示すグラフである。光スイッチによる光の損失を示すグラフである。光スイッチのスイッチ動作特性を示すグラフである。光スイッチのスイッチング応答特性を示すグラフである。熱伝導部を設けた光スイッチのスイッチング応答特性を示すグラフである。

図１において、この実施形態の光スイッチ１０は、マッハツェンダ干渉計(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)型のものである。光スイッチ１０は、入力光導波路１１、第１方向性結合器１２、第１アーム１４、第２アーム１５、第２方向性結合器１６、第１出力光導波路１７ａ、第２出力光導波路１７ｂ、電極部１８を備えている。

第１方向性結合器１２は、入力光導波路１１に入力される光を第１アーム１４、第２アーム１５に分波する。第２方向性結合器１６は、第１アーム１４、第２アーム１５からの光を合波、干渉し、第１出力光導波路１７ａまたは第２出力光導波路１７ｂから光を出力する。第１方向性結合器１２、第２方向性結合器１６は、それらのコアが近接して配された構成であり、従来のＭＺＩ型光スイッチに用いられる方向性結合器と同じものを用いている。

第１アーム１４は、第１光導波路２１と、第１光導波路２１と第１方向性結合器１２とを連結する連結光導波路１４ａと、第１光導波路２１と第２方向性結合器１６とを連結する連結光導波路１４ｂとから構成される。第２アーム１５は、第２光導波路２２と、第２光導波路２２と第１方向性結合器１２とを連結する連結光導波路１５ａと、第２光導波路２２と第２方向性結合器１６とを連結する連結光導波路１５ｂとから構成される。この例では、第１アーム１４と第２アーム１５は、それらの長さ（光を導波する方向の長さ）が互いに同じであり、また第１光導波路２１と第２光導波路２２の長さも互いに同じであって、第１光導波路２１と第２光導波路２２とが並列に形成されている。第１アーム１４と第２アーム１５の長さ、第１光導波路２１と第２光導波路２２の長さが互いに異なる構成とすることもできる。

第１光導波路２１及び第２光導波路２２を除く光スイッチ１０の各光導波路は、シングルモード光導波路であり、第１光導波路２１及び第２光導波路２２は、シングルモード光導波路より光導波路の幅が広いマルチモード干渉光導波路である。

連結光導波路１４ａ、１４ｂは、第１光導波路２１との幅に違いよる光の反射及び損失を低減するために、第１光導波路２１との連結部分において、第１光導波路２１に向かって幅が漸増するテーパ形状にしてあるが、第１光導波路２１との境界の幅は第１光導波路２１よりも小さくしてある。連結光導波路１５ａ、１５ｂについても、同様に、第２光導波路２２との連結部分において、第２光導波路２２に向かって幅が漸増するテーパ形状にしてある。

この例における光スイッチ１０は、例えばシリコン製の基板１９上に形成したシリコン石英系光導波路を用いたものであり、第１光導波路２１及び第２光導波路２２を含む各光導波路は、例えばシリコン（Si）製のコアを二酸化ケイ素（SiO₂）製のクラッドで覆った構成である。これらの光導波路の構成は、これに限定されるものではなく、コアとしてはSiGe，Ge，InP，InGaAsP等を、クラッドとしてはSiON，SiN等を用いることもできる。

光スイッチ１０では、第１光導波路２１を構成するコア２１ａ（図２参照）と第２光導波路２２を構成するコア２２ａにそれぞれ同じ電流を直接に流してコア２１ａ、コア２２ａを異なる発熱量で発熱させ、それらを互いに異なる温度にすることで、第１光導波路２１に対して第２光導波路２２に伝播する光の半波長（λ／２）光路長に差を生じさせる。このため、シリコン製のコア２１ａ、コア２２ａのドープ量を互いに異なったものにしてあり、この例では相対的にコア２１ａのドープ量が大きく、コア２２ａのドープ量が小さい。ドープ量が相対的に小さいコア２２ａについては、他方のコア２１ａよりも電気的な抵抗が大きくなっていればよいので、ノンドープとしてもよい。

相対的にドープ量が小さいコア２２ａは、ドープ量が大きいコア２１ａより電気的な抵抗が大きくなり、同じ電流を流したときにコア２１ａよりも大きな発熱量になる。コア２１ａ、２２ａのドープ量ないしその差については、詳細を後述する電極部１８によって発熱するコア２１ａ、２２ａの領域の長さ、コア２１ａ、２２ａの屈折率の温度依存性、印加する電圧等を考慮し、コア２１ａ、２２ａに同じ電流を流したときに、半波長（λ／２）の光路長の差が生じるように決めればよい。なお、ドープ量が相対的に小さいコア２２ａは、ドープをしたものとすることが、電極部１８の第１電極２４、第２電極２５間に印加する電圧を小さくする観点から好ましい。

電極部１８は、導電性を有する第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６を備えている。この電極部１８は、コア２１ａ、２２ａを電気的に直列に接続して、その直列に接続したコア２１ａ、２２ａに電源（図示省略）より電圧を印加して電流を流す。この例の第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６は、シリコンに高濃度ドープしたものであり、コア２１ａよりもドープ量を高くしてある。

コア２１ａ、２２ａと、第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６とは、ＰＮ接合が形成されないようにするために、同じ極性（Ｐ型またはＮ型）の半導体となるようにドーピングしている。この例では、ボロン（Ｂ）をシリコンにドープすることにより、コア２１ａ，２２ａと第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６とをＰ型の半導体にしている。なお、ドーパントの種類は特に限定されない。また、リン（Ｐ）等をドーパントとして用いて、コア２１ａ，２２ａと第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６とをＮ型の半導体としてもよい。

中間導電体２６は、第１方向性結合器１２、第１アーム１４、第２アーム１５及び第２方向性結合器１６が囲む領域（以下、閉領域と称する）内で第１光導波路２１と第２光導波路２２との間に配されている。この中間導電体２６は、コア２１ａとコア２２ａとを電気的に接続する。第１電極２４及び第２電極２５は、閉領域の外側に配されている。第１電極２４は、中間導電体２６との間に第１光導波路２１を挟む位置に配され、第２電極２５は、中間導電体２６との間に第２光導波路２２を挟む位置に配されている。第１電極２４及び第２電極２５は、それらの基部に電極端子３１、３２が設けられており、電極端子３１、３２を介して電源に接続される。

図２に示すように、第１電極２４は、第１光導波路２１に沿って並ぶ３本の導線部２４ａ～２４ｃを有する。これらの導線部２４ａ～２４ｃは、先端がそれぞれ第１光導波路２１のコア２１ａの一方の側面（コア２１ａの閉領域の外側の壁面）に接した状態に形成されており、コア２１ａと電気的に接続されている。導線部２４ａ～２４ｃは、基部で互いに繋がっている。

同様に、第２電極２５は、第２光導波路２２に沿って並ぶ３本の導線部２５ａ～２５ｃを有し、それらの先端がそれぞれ第２光導波路２２のコア２２ａの一方の側面（コア２２ａの閉領域の外側の壁面）に接した状態に形成され、コア２２ａと電気的に接続されている。導線部２５ａ～２５ｃは、基部で互いに繋がっている。

中間導電体２６は、その一端側（第１光導波路２１側）に、第１光導波路２１に沿って並ぶ３本の導線部２６ａ～２６ｃを有し、他端側（第２光導波路２２）に第２光導波路２２に沿って並ぶ３本の導線部２６ｄ～２６ｆを有する。導線部２６ａ～２６ｃは、先端がそれぞれコア２１ａの他方の側面（コア２１ａの閉領域側の壁面）に接し、コア２１ａを挟んで導線部２４ａ～２４ｃの先端と対面する。また、導線部２６ｄ～２６ｆは、先端がそれぞれコア２２ａの他方の側面（コア２２ａの閉領域側の壁面）に接し、コア２２ａを挟んで導線部２５ａ～２５ｃの先端と対面する。これにより、コア２１ａとコア２２ａとが中間導電体２６によって電気的に接続されている。

第１電極２４と第２電極２５との間に電圧を印加したときには、コア２１ａでは、導線部２４ａと導線部２６ａとに挟まれる電極間コア領域、導線部２４ｂと導線部２６ｂとに挟まれる電極間コア領域及び導線部２４ｃと導線部２６ｃとに挟まれる電極間コア領域にそれぞれ電流が流れ、それらの各電極間コア領域が発熱する。また、コア２２ａでは、導線部２５ａと導線部２６ｄとに挟まれる電極間コア領域、導線部２５ｂと導線部２６ｅとに挟まれる電極間コア領域及び導線部２５ｃと導線部２６ｆとに挟まれる電極間コア領域にそれぞれ電流が流れ、それらの各電極間コア領域が発熱する。

第１電極２４の一端すなわち導線部２４ａ～２４ｃの先端がコア２１ａの側面に接する位置は、コア２１ａの側面において、第１光導波路２１を伝播する光のパワーがマルチモード干渉現象によって最小となる位置に決められている。同様に、第２電極２５の一端すなわち導線部２５ａ～２５ｃの先端がコア２２ａの側面に接する位置は、コア２２ａの側面において第２光導波路２２を伝播する光のパワーがマルチモード干渉現象によって最小となる位置に決められている。中間導電体２６の導線部２６ａ～２６ｃは、導線部２４ａ～２４ｃの先端と対面する位置であり、導線部２６ｄ～２６ｆは、導線部２５ａ～２５ｃの先端と対面する位置であるので、これらについても、コア２１ａの側面において第１光導波路２１を伝播する光のパワーが最小となる位置及びコア２２ａの側面において第２光導波路２２を伝播する光のパワーが最小となる位置である。このように第１電極２４、第２電極２５、中間導電体２６をコア２１ａ、２２ａに接続することにより、第１光導波路２１、第２光導波路２２における光の損失を低くすることができる。

光のパワーがマルチモード干渉現象によって最小となる位置は、第１光導波路２１、第２光導波路２２の幅（コア２１ａ、２２ａの幅）や入力される光の波長等を用いた理論的値や、シミュレーションによる値等として求めることができる。なお、この点に関しては、文献「MANUEL MENDEZ-ASTUDILLO, MASAKI OKAMOTO, YOSHIAKI ITO, AND TOMOHIRO KITA, “Compact thermo-optic MZI switch in silicon-on-insulator using direct carrier injection”, Optics Express Vol. 27, Issue 2, pp. 899-906 (2019)」に詳細が記載されている。

この例では、１つの側面について、光の伝播方向におけるコア２１ａ、２２ａの中央を含む３カ所に接するように第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６を設けているが、コア２１ａ、２２ａに接触する接触数は限定されず、１または複数とすることができる。第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６がコア２１ａ、２２ａに接する接触数を少なくすることは、広い波長範囲の光について損失を抑えることができるという観点から好ましい。一方、第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６がコア２１ａ、２２ａに接する接触数を多くすることは、コア２１ａ、２２ａにおける抵抗が減少するため必要とする電力を得るための電圧を小さくするうえで有利である。また、コア２１ａ、２２ａの側面における光の伝播方向の中央は、一般的に波長に寄らず光のパワーがマルチモード干渉現象によって最小となるので、この位置に第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６を接触させる構成は好ましい。なお、コア２１ａとコア２２ａとで第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６が接触する接触数が違っていてもよい。

個々の接触位置における第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６がコア２１ａ、２２ａに接触する接触長（導線部２４ａ～２４ｃ、２５ａ～２５ｃ、２６ａ～２６ｆの各々の光の伝播方向の長さ）は、コアを挟む導線部同士の間の抵抗を十分に小さくしつつ、過剰な光損失を招くことがないように決められている。接触長は、第１光導波路２１、第２光導波路２２におけるマルチモード干渉のビート長の１／４以下にすることが好ましい。この例のビート長は、２４００ｎｍであるため、６００ｎｍ以下とすることが好ましく、この例では４００ｎｍにしてある。

図３において、基板１９上にクラッド３４が形成され、このクラッド３４にコア２１ａ、コア２２ａが埋設されている。クラッド３４は、電気的に絶縁性を有しコアよりも屈折率が低い二酸化ケイ素で形成されている。入力光導波路１１、第１方向性結合器１２、第１アーム１４の連結光導波路１４ａ、１４ｂ、第２アーム１５の連結光導波路１５ａ、１５ｂ、第２方向性結合器１６、第１出力光導波路１７ａ、第２出力光導波路１７ｂを構成するコアについても、クラッド３４に埋設されている。第１光導波路２１及び第２光導波路２２を含む各光導波路、すなわちコア２１ａ、２２ａを含む各光導波路のコアは、同一の平面内に形成されている。また、コア２１ａ、２２ａと同じ平面内に第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６の各導線が設けられている。図３では、第１電極２４の導線部２４ｂ、第２電極２５の導線部２５ｂ、中間導電体２６の導線部２６ｂ、２６ｅが示されている。第１電極２４、第２電極２５の基部の上層に電極端子３１、３２がそれぞれ形成され、第１電極２４、第２電極２５に接続されている。電極端子３１、３２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。

この例では、各光導波路の厚みは２１０ｎｍであり、第１光導波路２１及び第２光導波路２２を除くシングルモード光導波路の幅が４００ｎｍ、マルチモード干渉光導波路である第１光導波路２１及び第２光導波路２２のコア２１ａ、２２ａの幅が１２００ｎｍである。第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６の各導線の厚みは、コア２１ａ、２２ａと同じである。第１光導波路２１及び第２光導波路２２の長さは、９．５μｍ（９５００ｎｍ）である。

上記のように光スイッチ１０では、第１光導波路２１と第２光導波路２２との間に中間導電体２６を配し、閉領域の外側の第１電極２４と第２電極２５を介して、中間導電体２６によって直列接続されたコア２１ａとコア２２ａに対して電流を流す構成である。このため、閉領域にコア２１ａまたはコア２２ａに接続するホールやコンタクト等の配線を設ける必要がない。また、中間導電体２６は、コア２１ａとコア２２ａとを電気的に接続できればよいので小型化することが容易である。したがって、上記のように構成される光スイッチ１０は、小型化に有利である。また、第１光導波路２１と第２光導波路２２（コア２１ａとコア２２ａ）の間隔を狭く、例えば３μｍ程度に狭くすることが可能である。また、このように第１光導波路２１と第２光導波路２２との間隔は、より狭くすることができるため、より短い時間で、第１光導波路２１と第２光導波路２２の温度差を小さくすることができるため、光スイッチ１０の高速なスイッチング応答特性を得るうえでも有利である。

上記のように構成される光スイッチ１０では、光出力をクロス状態、すなわち入力光導波路１１から入力される光を第２出力光導波路１７ｂから出力する場合には、電極端子３１、３２間に電圧を印加しない状態にする。電圧を印加しないので、第１光導波路２１のコア２１ａ及び第２光導波路２２のコア２２ａは、発熱しない。このため、第１光導波路２１を含む第１アーム１４と第２光導波路２２を含む第２アーム１５とは、同じ光路長に保たれ、第１方向性結合器１２で第１アーム１４と第２アーム１５に分波された各光が第２方向性結合器１６において合波されて干渉するため、第２出力光導波路１７ｂから光が出力され、第１出力光導波路１７ａからは光が出力されない。

一方、光出力をバー（スルー）状態、すなわち入力光導波路１１から入力される光を第１出力光導波路１７ａから出力する場合には、電極端子３１、３２間に電源から所定の電圧を印加する。第１光導波路２１のコア２１ａと第２光導波路２２のコア２２ａとが中間導電体２６によって電気的に接続されているから、コア２１ａに電気的に接続されている第１電極２４とコア２２ａに電気的に接続されている第２電極２５との間に電流が流れる。すなわち、コア２１ａの各電極間コア領域と、コア２２ａの各電極間コア領域にそれぞれ電流が流れる。

コア２２ａは、コア２１ａに対してドープ量が低いためその抵抗が高い。一方、コア２１ａとコア２２ａは、直列に接続されているからコア２１ａの各電極間コア領域に流れる電流と、コア２２ａの各電極間コア領域に流れる電流とは同じである。したがって、コア２２ａの各電極間コア領域は、コア２１ａの各電極間コア領域における発熱量よりも大きく発熱し、コア２１ａの各電極間コア領域よりも温度が高くなる。熱光学効果により、コア２１ａの各電極間コア領域よりもコア２２ａの各電極間コア領域の屈折率が上昇することによって、第１光導波路２１の光路長と第２光導波路２２の光路長とに、入力された光の半波長分の差が形成される。そして、第１アーム１４と第２アーム１５からの各光が第２方向性結合器１６で合波、干渉されることで、第１出力光導波路１７ａから光が出力され、第２出力光導波路１７ｂからは光が出力されない。このときにコア２２ａは、それ自体に直接に電流が流れて発熱するため、速やかに温度上昇するので、電圧の印加から短い時間でクロス状態からバー状態に移行する。

電極端子３１、３２間への電圧の印加を停止すると、コア２１ａ、２２ａは、第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６や、クラッド３４を介して放熱し温度が下がる。そして、コア２１ａ、２２ａの温度差がなくなると、第１光導波路２１を含む第１アーム１４と第２光導波路２２を含む第２アーム１５との光路長の差がなくなり、光出力がクロス状態になる。コア２１ａ、２２ａは、中間導電体２６を介して接続されており、またそれらの間隔を小さくできるので、コア２１ａとコア２２ａとの温度差が速やかに解消される。したがって、電圧の印加の停止からバー状態からクロス状態に短い時間で移行する。

上記のように光スイッチ１０では、電圧の印加及びその停止に応答して短い時間でクロス状態からバー状態に移行し、またバー状態からクロス状態に移行するので、高速なスイッチング応答特性が実現される。

図４は、熱伝導部を設けた例を示している。この例の光スイッチ１０Ａでは、第１光導波路２１及び第２光導波路２２の各コア２１ａ、２２ａに対して、基板１９の厚み方向（コア２１ａ、２２ａを含む平面の法線方向）に間隔をあけて対面した熱伝導部４１がクラッド３４に埋設された状態に設けられている。熱伝導部４１は、基板１９の厚み方向から見てコア２１ａ、２２ａが並ぶ方向に広がり、コア２１ａ、２２ａの延在する方向に延びている。熱伝導部４１は、クラッド３４よりも熱伝導度が高いものであれば、特にその形成材料は限定されず、例えば金属、半導体を用いることができる。この例では、熱伝導部４１は、アルミニウム（Ａｌ）で作製されている。

上記のような熱伝導部４１を設けることによって、コア２１ａ、２２ａの周囲における熱伝導度が高められることにより、電極端子３１、３２への電圧の印加が停止されてからより短時間でコア２１ａ、２２ａの温度が低下するようになり、結果的により速やかにコア２１ａとコア２２ａの温度が同じになって、光出力がバー状態からクロス状態にスイッチされる。したがって、より高速なスイッチング応答特性が得られる。

なお、第１光導波路２１のコア２１ａに対面する熱伝導部と、第２光導波路２２のコア２１ａに対面する熱伝導部をそれぞれ設けてもよい。また、コア２１ａよりも温度が高くなるコア２２ａにだけ熱伝導部を設けてもよい。

上記のように構成される光スイッチ１０、１０Ａの特性について測定した結果を以下に説明する。なお、光スイッチ１０、１０Ａの第１光導波路２１のコア２１ａのドープ量は１×１０¹⁸（１／ｃｍ^３）、第２光導波路２２のコア２２ａはノンドープとした。また、第１電極２４、第２電極２５及び中間導電体２６のドープ量は１.９×１０^２０（１／ｃｍ^３）とした。

図５は、光スイッチ１０の第１アーム１４及び第２アーム１５のそれぞれにおける光損失を測定した結果を示している。コア２１ａにドープすることによって第１アーム１４の光損失が第２アーム１５よりも大きくなるが、第１アーム１４及び第２アーム１５のいずれも０．３ｄｂ程度ないしそれ以下の光損失となった。また、図６に示すように、光スイッチ１０の挿入損失は、２ｄＢ以下であった。

図７に、熱伝導部を設けていない光スイッチ１０のスイッチ動作特性と、図４に示されるように熱伝導部４１を設けた光スイッチ１０Ａのスイッチ動作特性をそれぞれ測定した結果を示す。熱伝導部がない光スイッチ１０のスイッチング電力は、１５ｍＷであり、消光比が３８．０ｄＢであった。一方、熱伝導部４１を設けた光スイッチ１０Ａでは、熱伝導部４１を設けた分だけ熱容量が大きくなったためスイッチング電力が２２．６ｍＷとなり熱伝導部がない光スイッチ１０よりも少し大きくなったが、消光比が４１．７ｄＢと高くなった。

図８に熱伝導部を設けていない光スイッチ１０についてのスイッチング応答特性を、また図９に熱伝導部４１を設けた光スイッチ１０Ａについての応答特性を示す。なお、光スイッチ１０Ａに印加する電圧は、熱伝導部４１を設けた分だけ熱容量が大きくなっていることに対応して、熱伝導部がない光スイッチ１０に印加した電圧よりも高くした。光スイッチ１０の立ち上がり時間は２．６０μｓ±０．０１４、立ち下がり時間は１．４２μｓ±０．０１９、光スイッチ１０Ａの立ち上がり時間は０．１４２μｓ±０．０１４、立ち下がり時間は０．４０１μｓ±０．０１３となった。光スイッチ１０、１０Ａのいずれも良好なスイッチング応答特性を示し、光スイッチ１０Ａは、より高いスイッチング応答特性を示した。

１０、１０Ａ光スイッチ
２１第１光導波路
２２第２光導波路
２４第１電極
２５第２電極
２６中間導電体
４１熱伝導部

Claims

ドープされた半導体からなり、クラッドで覆われた第１コアを有する第１光導波路と、
前記第１光導波路と同一平面内に形成され、前記第１コアよりもドープ量が小さい半導体からなり、前記クラッドで覆われた第２コアを有する第２光導波路と、
前記第１光導波路と同一平面内に形成され、前記第１コアの側面の一方に接した第１電極、前記第２コアの側面の一方に接した第２電極及び前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に設けられ一端が前記第１コアの側面の他方に他端が前記第２コアの側面の他方にそれぞれ接した中間導電体を有し、前記第１電極と前記第２電極とから電圧を印加して前記第１光導波路と前記第２光導波路とに電流を流す電極部と
を備えることを特徴とする光スイッチ。
前記第１電極、前記第２電極、及び、前記中間導電体は、前記第１コア、及び、前記第２コアと極性が異なる半導体ではない、請求項１に記載の光スイッチ。
前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、マルチモード干渉光導波路であり、
前記第１電極と前記中間導電体の一端とは、前記第１光導波路を伝播する光の強度が最小となる前記第１コアの側面の１または複数の位置にそれぞれ接し、
前記第２電極と前記中間導電体の他端とは、前記第２光導波路を伝播する光の強度が最小となる前記第２コアの側面の１または複数の位置にそれぞれ接する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光スイッチ。
間隔をあけて前記第２コアと対面して設けられ、前記クラッドよりも熱伝導度が高い熱伝導部を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
前記熱伝導部は、前記第２コアに対面した位置から前記第１コアに対面する位置に延びていることを特徴とする請求項４に記載の光スイッチ。
前記第１電極、前記第２電極及び前記中間導電体は、前記第１コアよりも高濃度にドープされた半導体であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光スイッチ。
前記第１コア、前記第２コア、前記第１電極、前記第２電極及び前記中間導電体は、ドープしたシリコンで構成され、前記クラッドは、ＳｉＯ２で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光スイッチ。