JPH02199430A - 半導体光スイッチ及び半導体光スイッチアレイ - Google Patents
半導体光スイッチ及び半導体光スイッチアレイInfo
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- JPH02199430A JPH02199430A JP1017604A JP1760489A JPH02199430A JP H02199430 A JPH02199430 A JP H02199430A JP 1017604 A JP1017604 A JP 1017604A JP 1760489 A JP1760489 A JP 1760489A JP H02199430 A JPH02199430 A JP H02199430A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
- 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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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、導波路を有する光スイッチに係り、特に光演
算や、光情報電送等に用いられる光集積回路や光−電子
集積回路に用いて好適な半導体光スイッチに関する。
算や、光情報電送等に用いられる光集積回路や光−電子
集積回路に用いて好適な半導体光スイッチに関する。
本発明者等は半導体光スイッチとして、素子長が短く、
半導体基板上への大規模な集積を可能とする半導体導波
路型光スイッチ、渡り交差型構造光スイッチ若しくは光
交換機に用いられる集積された半導体導波路型光スイッ
チの構造についていくつかの提案をしてきている。それ
らは、例えば、アイトリプルイー ジャーナル オン
セレクテイッド エリアズ イン コミュニケーション
ズ、第ジェイ ニスエイシー ６巻、第１２６２頁から
第１２６６頁、１９８８年［ＩＥＥＥＪ ｏｕｒｎａｌ
ｏｎ Ｓ ｅｌｅｃｔｅｄ ＡｒｅａｓｉｎＣ
ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、 Ｊ−８ＡＣ−６＋ ｐ
ｐ、 １２６２１２６６．１９８８］において論じた。
半導体基板上への大規模な集積を可能とする半導体導波
路型光スイッチ、渡り交差型構造光スイッチ若しくは光
交換機に用いられる集積された半導体導波路型光スイッ
チの構造についていくつかの提案をしてきている。それ
らは、例えば、アイトリプルイー ジャーナル オン
セレクテイッド エリアズ イン コミュニケーション
ズ、第ジェイ ニスエイシー ６巻、第１２６２頁から
第１２６６頁、１９８８年［ＩＥＥＥＪ ｏｕｒｎａｌ
ｏｎ Ｓ ｅｌｅｃｔｅｄ ＡｒｅａｓｉｎＣ
ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、 Ｊ−８ＡＣ−６＋ ｐ
ｐ、 １２６２１２６６．１９８８］において論じた。
本発明の一局面によれば、光波を導くための第１の導波
路と、」−配光波を導くための第２の導波路と、上記第
１の導波路と上記第２の導波路との間に配設されて上記
第１の導波路を伝播する上記光波の伝播方向を変化させ
るための伝播方向変換手段と、上記第１の導波路と上記
第２の導波路とを連結し上記光波を上記第１の導波路か
ら上記第２の導波路へ導くための第３の導波路と、この
第３の導波路上に設けられこの第３の導波路を伝播する
上記光波を増幅するための光波増幅手段とを有する半導
体光スイッチが提供される。第３の導波路上に光波増幅
手段を設けることにより、不要な雑音成分を増幅するこ
となく光波を増幅して。 低損失のスイッチを実現する。上記光波増幅手段として
は、半導体レーザの構造を用いることができる。半導体
レーザは光学的に活性な領域を有し、この領域に注入さ
れるキャリア・エネルギーの加減に応じて光放出状態（
いわゆるレーザ状態）、光増幅状態、及び光吸収状態と
に分類でき、本発明はこれらの各状態のうち光増幅状態
若しくは光吸収状態とを積極的に利用するものである。 このような半導体レーザの構造を上記第３の導波路と光
学的に結合させる。また、本発明の好ましい形態はこの
ような光波増幅手段と、電極からの注入キャリアにより
誘起される半導体媒質の屈折率変化を利用した上記伝播
方向変換手段とを組合せるで半導体光スイッチを実現す
ることである。本発明の限定された一局面によれば、上
記光波増幅手段の動作時期と上記伝播方向変換手段の動
作時期とを同期させた半導体光スイッチが提供される。 この同期は例えば、前記光波増幅手段と上記伝播方向変
換手段を動作させるための電極を共通電極とすることに
より得てもよい。 本発明の他の限定された一局面によれば、前記半導体光
スイッチが前記第１の導波路を伝播する光波を導くため
の前記第２の導波路とは異なる第４の導波路を有する半
導体光スイッチが提供される。このような半導体光スイ
ッチは、前記伝播方向変換手段により、前記伝播方向変
換手段に外部より与えられる信号に応じて、第１の導波
路を伝播してきた光波を前記第２若しくは第４の導波路
へ振り分ける。 本発明の他の限定された一局面によれば、前記半導体光
スイッチが前記第１の導波路を伝播する第１の光波以外
の第２の光波を導くための第５の導波路を有する半導体
光スイッチが提供される。 これにより、前記第２の導波路は前記伝播方向変換手段
により、前記伝播方向変換手段に外部より与えられる信
号に応じて上記第１の光波若しくは上記第２の光波を伝
播する。上記第５の導波路はこの第５の導波路を伝播す
る前記第２の光波が前記第３の導波路を伝播しないよう
に前記伝播方向変換手段に結合（光学的に結合）さ九る
。前記第２の導波路は、外部から前記伝播方向変換手段
に与えられる信号に応じて、前記第１の光波若しくは前
記第２の光波を伝播する。 、本発明の更に限定された他の一局面によれば、前記光
波増幅手段がモニター機能を有する半導体光スイッチが
提供される。このような半導体光スイッチにより、光波
が前記第１の光波であるか前記第２の光波であるかを識
別することが可能となる。モニター機能を有するものと
しては例えば前述した半導体レーザ構造等の光波増幅手
段を用いることができる。半導体光スイッチの前記光波
増幅手段には前記光波識別のための識別手段が接続され
る。 本発明の他の一局面によれば、前記光波増幅手段がゲー
ト機能を有する半導体光スイッチが提供される。このよ
うな半導体光スイッチは、前記第１の光波を前記第２の
導波路へ導く必要が無い場合に、前記第１の光波を前記
光波増幅手段で吸収する。 本発明の更に他の一局面によれば、複数の入力導波路と
複数の出力導波路と、上記入力導波路と上記出力導波路
との交差部に配設された複数のスイッチ機能部と、これ
らスイッチ機能部に設けられた複数の光波増幅手段とを
有する半導体光スイッチが提供される。このような半導
体光スイッチはそのスイッチ機能部に光波増幅機能が存
在するため、各スイッチ機能部において特定の光波のみ
を増中冨する。 本発明の限定された一局面によれば、前記スイッチ機能
部は前記複数の入力導波路のうち特定の入力導波路を伝
播してきた光波のみが伝播するバイパス導波路を有し、
前記光波増幅手段はこのバイパス導波路に設けられてい
る半導体光スイッチが提供される。 本発明の更に他の一局面によれば、複数の入力光波を受
けてそれらの入力光波のうち選択された特定の入力光波
のみを増幅し、特定の出力光波とする半導体光スイッチ
が提供される。このような半導体光スイッチによれば、
前記特定の出力光波は前記特定の入力光波以外の入力光
波であって増幅されたものを実質上官まない。 本発明の限定された一局面によれば、前記半導体光スイ
ッチが複数組み合わされた半導体光スイッチアレイが提
供される。複数の本発明に係る半導体光スイッチを並列
に若しくは多段に組合せることにより、低損失、低漏話
特性を装置全体で向上した半導体光スイッチアレイが実
現できる。 本発明の更に他の一局面によれば、片渡り交差型若しく
は両渡り交差型光スイッチの渡り部分て】２ あるバイパス先導波路に光増幅手段を設けた半導体光ス
イッチが提供される。
路と、」−配光波を導くための第２の導波路と、上記第
１の導波路と上記第２の導波路との間に配設されて上記
第１の導波路を伝播する上記光波の伝播方向を変化させ
るための伝播方向変換手段と、上記第１の導波路と上記
第２の導波路とを連結し上記光波を上記第１の導波路か
ら上記第２の導波路へ導くための第３の導波路と、この
第３の導波路上に設けられこの第３の導波路を伝播する
上記光波を増幅するための光波増幅手段とを有する半導
体光スイッチが提供される。第３の導波路上に光波増幅
手段を設けることにより、不要な雑音成分を増幅するこ
となく光波を増幅して。 低損失のスイッチを実現する。上記光波増幅手段として
は、半導体レーザの構造を用いることができる。半導体
レーザは光学的に活性な領域を有し、この領域に注入さ
れるキャリア・エネルギーの加減に応じて光放出状態（
いわゆるレーザ状態）、光増幅状態、及び光吸収状態と
に分類でき、本発明はこれらの各状態のうち光増幅状態
若しくは光吸収状態とを積極的に利用するものである。 このような半導体レーザの構造を上記第３の導波路と光
学的に結合させる。また、本発明の好ましい形態はこの
ような光波増幅手段と、電極からの注入キャリアにより
誘起される半導体媒質の屈折率変化を利用した上記伝播
方向変換手段とを組合せるで半導体光スイッチを実現す
ることである。本発明の限定された一局面によれば、上
記光波増幅手段の動作時期と上記伝播方向変換手段の動
作時期とを同期させた半導体光スイッチが提供される。 この同期は例えば、前記光波増幅手段と上記伝播方向変
換手段を動作させるための電極を共通電極とすることに
より得てもよい。 本発明の他の限定された一局面によれば、前記半導体光
スイッチが前記第１の導波路を伝播する光波を導くため
の前記第２の導波路とは異なる第４の導波路を有する半
導体光スイッチが提供される。このような半導体光スイ
ッチは、前記伝播方向変換手段により、前記伝播方向変
換手段に外部より与えられる信号に応じて、第１の導波
路を伝播してきた光波を前記第２若しくは第４の導波路
へ振り分ける。 本発明の他の限定された一局面によれば、前記半導体光
スイッチが前記第１の導波路を伝播する第１の光波以外
の第２の光波を導くための第５の導波路を有する半導体
光スイッチが提供される。 これにより、前記第２の導波路は前記伝播方向変換手段
により、前記伝播方向変換手段に外部より与えられる信
号に応じて上記第１の光波若しくは上記第２の光波を伝
播する。上記第５の導波路はこの第５の導波路を伝播す
る前記第２の光波が前記第３の導波路を伝播しないよう
に前記伝播方向変換手段に結合（光学的に結合）さ九る
。前記第２の導波路は、外部から前記伝播方向変換手段
に与えられる信号に応じて、前記第１の光波若しくは前
記第２の光波を伝播する。 、本発明の更に限定された他の一局面によれば、前記光
波増幅手段がモニター機能を有する半導体光スイッチが
提供される。このような半導体光スイッチにより、光波
が前記第１の光波であるか前記第２の光波であるかを識
別することが可能となる。モニター機能を有するものと
しては例えば前述した半導体レーザ構造等の光波増幅手
段を用いることができる。半導体光スイッチの前記光波
増幅手段には前記光波識別のための識別手段が接続され
る。 本発明の他の一局面によれば、前記光波増幅手段がゲー
ト機能を有する半導体光スイッチが提供される。このよ
うな半導体光スイッチは、前記第１の光波を前記第２の
導波路へ導く必要が無い場合に、前記第１の光波を前記
光波増幅手段で吸収する。 本発明の更に他の一局面によれば、複数の入力導波路と
複数の出力導波路と、上記入力導波路と上記出力導波路
との交差部に配設された複数のスイッチ機能部と、これ
らスイッチ機能部に設けられた複数の光波増幅手段とを
有する半導体光スイッチが提供される。このような半導
体光スイッチはそのスイッチ機能部に光波増幅機能が存
在するため、各スイッチ機能部において特定の光波のみ
を増中冨する。 本発明の限定された一局面によれば、前記スイッチ機能
部は前記複数の入力導波路のうち特定の入力導波路を伝
播してきた光波のみが伝播するバイパス導波路を有し、
前記光波増幅手段はこのバイパス導波路に設けられてい
る半導体光スイッチが提供される。 本発明の更に他の一局面によれば、複数の入力光波を受
けてそれらの入力光波のうち選択された特定の入力光波
のみを増幅し、特定の出力光波とする半導体光スイッチ
が提供される。このような半導体光スイッチによれば、
前記特定の出力光波は前記特定の入力光波以外の入力光
波であって増幅されたものを実質上官まない。 本発明の限定された一局面によれば、前記半導体光スイ
ッチが複数組み合わされた半導体光スイッチアレイが提
供される。複数の本発明に係る半導体光スイッチを並列
に若しくは多段に組合せることにより、低損失、低漏話
特性を装置全体で向上した半導体光スイッチアレイが実
現できる。 本発明の更に他の一局面によれば、片渡り交差型若しく
は両渡り交差型光スイッチの渡り部分て】２ あるバイパス先導波路に光増幅手段を設けた半導体光ス
イッチが提供される。
従来、光スイッチ等の光波変調手段を介して導波された
光は、その変調の後、例えば出力端にて光増幅されてい
る。光波変調手段での伝播損失はこの光増幅により補償
されるが、同時に光波変調手段において漏話等により混
入した不要な光波成分も光増幅され、結果として出力光
波の雑音成分は減少しない。これを解決するには必要な
光波のみを光増幅する必要が有るが、これを光波変調手
段に到達する前段階で行なうと今度はこの必要な光波の
漏話が大きくなり、半導体光スイッチの出力マージンが
低下することに変わりはない。 従って、この光増幅機能をスイッチ機能部に持たせるこ
とにより上述した問題は全て解決される。 即ち、スイッチ機能部は特定の光波を選択する（別の言
葉で言えば伝播方向を変換する）部分を有しており、光
波がこの部分を通過した後に光増幅することにより上記
必要な光波のみの増幅が可能となる。但し、スイッチ機
能部を通過した後（具体的には出力導波路）において光
増幅すると、結果は前述した出力端における増幅と同じ
であり、無意味である。なお、ここでスイッチ機能部と
は、入力導波路と出力導波路との間に配設された部分で
あって、光を偏向するための機能を具備する領域を言う
。 また元来、半導体レーザ等の光増幅領域は励起が行われ
ていない時には、光吸収部として機能し、励起が充分な
状態では入力光信号を増幅する。本発明で言う第３の導
波路、若しくは片渡り交差型若しくは両渡り交差型光ス
イッチの渡り部分であるバイパス先導波路は交換する光
信号のみが通過するという従来の光スイッチには存在し
ない機能を持っており、このバイパス光導波路に光増幅
機能をもたせれば、光スイッチがＯＦＦ状態（光信号は
バイパス光導波路を通らない状態）では光吸収部として
機能させ、光スイッチがＯＮ状態（光信号がバイパス先
導波路を通る状態）では光増幅部として機能させること
ができる。この結果漏話量が格段に減少され、増幅部の
増幅度に応じて損失が低減あるいは光信号が増幅される
。さらにこの光増幅部は光スイツチ内部に存在するため
大規模に集積された際個別に増幅度が調整可能なので光
スイッチアレイの特性を均一にすることも可能となる。 また、光増幅部での吸収された光を電気的信号に変換し
読み取ることも可能であるので光増幅部を光信号モニタ
として使用することができる。従って、光交換機などの
光処理装置へ応用した際、通話先の識別や通話終了の判
断等が可能となる。本発明をキャリヤ注入型光スイッチ
方式と同時に用いれば、注入キャリヤをスイッチング機
能及び増幅機能の両方に使用できるので小型で高機能な
光スイッチが容易に実現できることになる。 従って、小型で、漏話特性、低損失特性に優れた光交換
機用光スイッチアレイが実現できる。
光は、その変調の後、例えば出力端にて光増幅されてい
る。光波変調手段での伝播損失はこの光増幅により補償
されるが、同時に光波変調手段において漏話等により混
入した不要な光波成分も光増幅され、結果として出力光
波の雑音成分は減少しない。これを解決するには必要な
光波のみを光増幅する必要が有るが、これを光波変調手
段に到達する前段階で行なうと今度はこの必要な光波の
漏話が大きくなり、半導体光スイッチの出力マージンが
低下することに変わりはない。 従って、この光増幅機能をスイッチ機能部に持たせるこ
とにより上述した問題は全て解決される。 即ち、スイッチ機能部は特定の光波を選択する（別の言
葉で言えば伝播方向を変換する）部分を有しており、光
波がこの部分を通過した後に光増幅することにより上記
必要な光波のみの増幅が可能となる。但し、スイッチ機
能部を通過した後（具体的には出力導波路）において光
増幅すると、結果は前述した出力端における増幅と同じ
であり、無意味である。なお、ここでスイッチ機能部と
は、入力導波路と出力導波路との間に配設された部分で
あって、光を偏向するための機能を具備する領域を言う
。 また元来、半導体レーザ等の光増幅領域は励起が行われ
ていない時には、光吸収部として機能し、励起が充分な
状態では入力光信号を増幅する。本発明で言う第３の導
波路、若しくは片渡り交差型若しくは両渡り交差型光ス
イッチの渡り部分であるバイパス先導波路は交換する光
信号のみが通過するという従来の光スイッチには存在し
ない機能を持っており、このバイパス光導波路に光増幅
機能をもたせれば、光スイッチがＯＦＦ状態（光信号は
バイパス光導波路を通らない状態）では光吸収部として
機能させ、光スイッチがＯＮ状態（光信号がバイパス先
導波路を通る状態）では光増幅部として機能させること
ができる。この結果漏話量が格段に減少され、増幅部の
増幅度に応じて損失が低減あるいは光信号が増幅される
。さらにこの光増幅部は光スイツチ内部に存在するため
大規模に集積された際個別に増幅度が調整可能なので光
スイッチアレイの特性を均一にすることも可能となる。 また、光増幅部での吸収された光を電気的信号に変換し
読み取ることも可能であるので光増幅部を光信号モニタ
として使用することができる。従って、光交換機などの
光処理装置へ応用した際、通話先の識別や通話終了の判
断等が可能となる。本発明をキャリヤ注入型光スイッチ
方式と同時に用いれば、注入キャリヤをスイッチング機
能及び増幅機能の両方に使用できるので小型で高機能な
光スイッチが容易に実現できることになる。 従って、小型で、漏話特性、低損失特性に優れた光交換
機用光スイッチアレイが実現できる。
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例では、第２図（ａ）及び（ｂ）に示した各々片渡
り及び両渡り交差型構造の内、片渡り交差型構造をもち
いた場合について詳述する。両渡り交差型構造を用いて
も本発明の効果は同様である。 実施例１゜ 本実施例では、第１図に示したように片渡り交差型構造
のバイパス光導波路１に光増幅部２を設けた。本実施例
ではＩｎＰ基板３」二に、Ｔ、ＰＥ法を用い、ＩｎＧａ
ＡｓＰ光導波層４（吸収端波長λｇ＝１．１５μｍ）
、ＩｎＰ障壁層５、ＩｎＧａＡｓＰ光増＠Ｍ６（吸収端
波長λｇ１．３０／Ｌｍ）、ＩｎＰクラッド層７、Ｉｎ
ＧａＡｓＰキャップ層８を多層成長した後、ＩｎＧａＡ
ｓＰキャップＭ８を取り除き、バイパス先導波路交差角
の部分のＩｎＰクラッド層７、ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層
６（吸収端波長λｇ＝１．３０／Ｌｍ）を選択エツチン
グ法を用いて除去した。次に、全体にＩｎＰクラッド層
７、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８を再成長した。この後
、通常のりソグラフイ技術とエツチング技術により第３
図（ａ）及び（ｂ）に示した形状の光導波路を光増幅部
以外９及び光増＝１５ 幅部１に形成した。形成した光導波路の幅は５μｍであ
り、Ｘ字型の先導波路交差角は１４°Ｙ字型の先導波路
分岐角は７°である。形成した光スイッチには通常の電
極形成技術を用いて、光スイツチ動作のためのキャリヤ
注入領域１ｏ及び各領域へのキャリヤ注入のための電極
を形成した。 作製した光スイッチの動作を第４図及び第５図を用いて
説明する。特性評価において、光入射端１１に波長１．
３μｍの半導体レーザ光を入射した。第４図の構成では
、光スイツチ部と光増幅部の電極を接続し、両方のキャ
リヤ注入部を同時に駆動した。このとき約２００ｍＡの
注入電流で出射端１２は出射端１３にほぼ完全に切り換
わり、挿入損失及び漏話量は各々３ｄＢ、−３０ｄＢで
あった。この値は光増幅部を設けなかった素子に比べて
各々５ｄＢ、１０ｄＢの改善であった。次に、第５図の
構成、即ち、光スイツチ部と光増幅部の電極を別々に用
い、双方のキャリヤ注入部を別個に駆動した。光スイツ
チ部へ約１２０ｍＡ、光増幅部へ約２００ｍＡの注入電
流を流したとき出射端１２は出射端１３にほぼ完全に切
り換わり、挿入損失及び漏話量は各々−２ｃ］Ｂ、−３
０ｄＢであった。すなわち、２ｄＢの利得を得ることが
できた。この結果１本発明による損失の低減又は無くす
る基本機能及び漏話量を低減するの基本機能が確認でき
た。 本実施例では光導波路の構造に第３図に示したリッジ型
を用いたが通常の光導波路の構造である装荷型、ＢＨ型
、ｃｓｐ型等の屈折率導波型先導波路構造だけでなく、
利得導波型光導波路構造を用いても同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。又、半感体材料としてＩｎＧ
ａＡｓＰ系を用いているが、他の半導体材料系たとえば
ＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＧａＡｌＡｓ系等のｍ−ｖ族系や
ＩＩ−ＶＩ族系を用いても同様の効果が得られる。 実施例２６ 本実施例では実施例１の半導体光スイツチ第６図の形状
に１６個集積し、４入力４出力を持つ完全格子型４×４
光スイッチアレイを作成した。本発明の片渡り交差型及
び両渡り交差型光スイッチの渡り部分であるバイパス先
導波路は交換する光信号のみが通過するという従来の光
スイッチには存在しない機能を持っているため、従来例
にない、光交換機能を実現できる。従来例の構成、即ち
光スイッチアレイの入・出射端に光増幅器を配置すると
いった第７図に示した構成では、入射端２］、１，２１
２，２１３，２１４から入射した光信号は光スイッチア
レイのどの格子点にあるスイッチ単位が○Ｎ状態になる
かによって出射端２３１．２３２，２３３．２３／１の
どこの出射端に出力されるかが異なり、各結線状態によ
り光導波路の経路、長さ等が異なるため入射端あるいは
出射端に配置した光増幅器２１，２２，２３゜２４を一
定の条件下で動作させたのでは損失の結線状態によるバ
ラツキを調整することができない。 （たとえば出射端２３１への光出力はスイッチ単位４１
１，４２１，４３１．４４−１がＯＮ状態になれば各々
入射端２１１，２１２，２１３゜２１４からの光信号で
ある。各経路で先導波路の長さ、状ｆルが異なるため当
然経路ごとの損失値も異なる。）それに対し、本発明の
半導体光スイッチで構成した第６図の光スイッチアレイ
は各格子点に配置されたスイッチ単位に個別の光増幅機
能があるため、結線状態による先導波路の経路、長さ等
が異なるための損失バラツキを調整することができる。 （どの格子点にあるスイッチ単位がＯＮ状態になるかに
よって入射端と出射端の経路は一意的に決まるので、そ
の経路の損失値に応して各格子点での増幅度を一義的に
決めてやればよい。）本実施例ではこの機能を確認する
ため、第６図の構成で入射端１］］から入力した光信号
が出射端１３１，１３２，１．３３，１３４に同じ光強
度で出力するように４つのスイッチｊ）１位３１１゜３
１２．３１３，３１４の光増幅度を個別に調整し挿入損
失が５ｄＢとなるようにした。必要な電流値は各々２０
０，２２０，２３０，２６０ｍＡであった。同様に入射
端１１２，１１３，１１４から入力した光信号が各出射
端１．３１．，１３２゜１３３．１３４に同じ光強度で
挿入損失が５ｄＢとなるように出力するよう、残りの１
２個のスイソチ単位３２１，３２２，３２３，３２４゜
３３１．３３２，３３３，３３４．．３４１゜３４２．
３４３，３４４の光増幅度を個別に調整した。この結果
、どの入射端から入力した光信号もどの出射端へも同じ
光強度で出力するという本発明の新しい機能が確認でき
た。 実施例３゜ 本実施例では、本発明の光信号モニタ機能を利用して光
交換機を実現した。構成は第６図と同様のものを用いた
。入射端１１１から入力した光信号をスイッチ単位３１
１．．３１２，３１３゜３１４の光増幅部の端子間電圧
の変化でモニタし、光信号内のヘッダ一部を読み取り接
続すべき出射端を識別した。この識別された信号に応じ
て、該当する出射端１３２へ出射するように該当するス
イッチ単位３１２をＯＮ状態とした。更に、この状態で
スイッチ単位３１２の光増幅部の端子間電圧の変化で信
号の内容をモニタし、通話が終了した時点を識別し、ス
イッチ単位３１２をＯＦＦ状態とし、出射端１３２への
接続を断絶した。この結果、本発明の光信号モニタ機能
が確認でき、高度な機能を持つ光交換機が実現できるこ
とが確認できた。
り及び両渡り交差型構造の内、片渡り交差型構造をもち
いた場合について詳述する。両渡り交差型構造を用いて
も本発明の効果は同様である。 実施例１゜ 本実施例では、第１図に示したように片渡り交差型構造
のバイパス光導波路１に光増幅部２を設けた。本実施例
ではＩｎＰ基板３」二に、Ｔ、ＰＥ法を用い、ＩｎＧａ
ＡｓＰ光導波層４（吸収端波長λｇ＝１．１５μｍ）
、ＩｎＰ障壁層５、ＩｎＧａＡｓＰ光増＠Ｍ６（吸収端
波長λｇ１．３０／Ｌｍ）、ＩｎＰクラッド層７、Ｉｎ
ＧａＡｓＰキャップ層８を多層成長した後、ＩｎＧａＡ
ｓＰキャップＭ８を取り除き、バイパス先導波路交差角
の部分のＩｎＰクラッド層７、ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層
６（吸収端波長λｇ＝１．３０／Ｌｍ）を選択エツチン
グ法を用いて除去した。次に、全体にＩｎＰクラッド層
７、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８を再成長した。この後
、通常のりソグラフイ技術とエツチング技術により第３
図（ａ）及び（ｂ）に示した形状の光導波路を光増幅部
以外９及び光増＝１５ 幅部１に形成した。形成した光導波路の幅は５μｍであ
り、Ｘ字型の先導波路交差角は１４°Ｙ字型の先導波路
分岐角は７°である。形成した光スイッチには通常の電
極形成技術を用いて、光スイツチ動作のためのキャリヤ
注入領域１ｏ及び各領域へのキャリヤ注入のための電極
を形成した。 作製した光スイッチの動作を第４図及び第５図を用いて
説明する。特性評価において、光入射端１１に波長１．
３μｍの半導体レーザ光を入射した。第４図の構成では
、光スイツチ部と光増幅部の電極を接続し、両方のキャ
リヤ注入部を同時に駆動した。このとき約２００ｍＡの
注入電流で出射端１２は出射端１３にほぼ完全に切り換
わり、挿入損失及び漏話量は各々３ｄＢ、−３０ｄＢで
あった。この値は光増幅部を設けなかった素子に比べて
各々５ｄＢ、１０ｄＢの改善であった。次に、第５図の
構成、即ち、光スイツチ部と光増幅部の電極を別々に用
い、双方のキャリヤ注入部を別個に駆動した。光スイツ
チ部へ約１２０ｍＡ、光増幅部へ約２００ｍＡの注入電
流を流したとき出射端１２は出射端１３にほぼ完全に切
り換わり、挿入損失及び漏話量は各々−２ｃ］Ｂ、−３
０ｄＢであった。すなわち、２ｄＢの利得を得ることが
できた。この結果１本発明による損失の低減又は無くす
る基本機能及び漏話量を低減するの基本機能が確認でき
た。 本実施例では光導波路の構造に第３図に示したリッジ型
を用いたが通常の光導波路の構造である装荷型、ＢＨ型
、ｃｓｐ型等の屈折率導波型先導波路構造だけでなく、
利得導波型光導波路構造を用いても同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。又、半感体材料としてＩｎＧ
ａＡｓＰ系を用いているが、他の半導体材料系たとえば
ＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＧａＡｌＡｓ系等のｍ−ｖ族系や
ＩＩ−ＶＩ族系を用いても同様の効果が得られる。 実施例２６ 本実施例では実施例１の半導体光スイツチ第６図の形状
に１６個集積し、４入力４出力を持つ完全格子型４×４
光スイッチアレイを作成した。本発明の片渡り交差型及
び両渡り交差型光スイッチの渡り部分であるバイパス先
導波路は交換する光信号のみが通過するという従来の光
スイッチには存在しない機能を持っているため、従来例
にない、光交換機能を実現できる。従来例の構成、即ち
光スイッチアレイの入・出射端に光増幅器を配置すると
いった第７図に示した構成では、入射端２］、１，２１
２，２１３，２１４から入射した光信号は光スイッチア
レイのどの格子点にあるスイッチ単位が○Ｎ状態になる
かによって出射端２３１．２３２，２３３．２３／１の
どこの出射端に出力されるかが異なり、各結線状態によ
り光導波路の経路、長さ等が異なるため入射端あるいは
出射端に配置した光増幅器２１，２２，２３゜２４を一
定の条件下で動作させたのでは損失の結線状態によるバ
ラツキを調整することができない。 （たとえば出射端２３１への光出力はスイッチ単位４１
１，４２１，４３１．４４−１がＯＮ状態になれば各々
入射端２１１，２１２，２１３゜２１４からの光信号で
ある。各経路で先導波路の長さ、状ｆルが異なるため当
然経路ごとの損失値も異なる。）それに対し、本発明の
半導体光スイッチで構成した第６図の光スイッチアレイ
は各格子点に配置されたスイッチ単位に個別の光増幅機
能があるため、結線状態による先導波路の経路、長さ等
が異なるための損失バラツキを調整することができる。 （どの格子点にあるスイッチ単位がＯＮ状態になるかに
よって入射端と出射端の経路は一意的に決まるので、そ
の経路の損失値に応して各格子点での増幅度を一義的に
決めてやればよい。）本実施例ではこの機能を確認する
ため、第６図の構成で入射端１］］から入力した光信号
が出射端１３１，１３２，１．３３，１３４に同じ光強
度で出力するように４つのスイッチｊ）１位３１１゜３
１２．３１３，３１４の光増幅度を個別に調整し挿入損
失が５ｄＢとなるようにした。必要な電流値は各々２０
０，２２０，２３０，２６０ｍＡであった。同様に入射
端１１２，１１３，１１４から入力した光信号が各出射
端１．３１．，１３２゜１３３．１３４に同じ光強度で
挿入損失が５ｄＢとなるように出力するよう、残りの１
２個のスイソチ単位３２１，３２２，３２３，３２４゜
３３１．３３２，３３３，３３４．．３４１゜３４２．
３４３，３４４の光増幅度を個別に調整した。この結果
、どの入射端から入力した光信号もどの出射端へも同じ
光強度で出力するという本発明の新しい機能が確認でき
た。 実施例３゜ 本実施例では、本発明の光信号モニタ機能を利用して光
交換機を実現した。構成は第６図と同様のものを用いた
。入射端１１１から入力した光信号をスイッチ単位３１
１．．３１２，３１３゜３１４の光増幅部の端子間電圧
の変化でモニタし、光信号内のヘッダ一部を読み取り接
続すべき出射端を識別した。この識別された信号に応じ
て、該当する出射端１３２へ出射するように該当するス
イッチ単位３１２をＯＮ状態とした。更に、この状態で
スイッチ単位３１２の光増幅部の端子間電圧の変化で信
号の内容をモニタし、通話が終了した時点を識別し、ス
イッチ単位３１２をＯＦＦ状態とし、出射端１３２への
接続を断絶した。この結果、本発明の光信号モニタ機能
が確認でき、高度な機能を持つ光交換機が実現できるこ
とが確認できた。
本発明によれば、小型で、漏話特性、低損失特性に優れ
新しい機能を持った光交換機用光スイッチアレイが提供
できるので、新たな光情報処理及び伝送システムにおけ
る高機能な光交換機の構築を可能とする。
新しい機能を持った光交換機用光スイッチアレイが提供
できるので、新たな光情報処理及び伝送システムにおけ
る高機能な光交換機の構築を可能とする。
第１図は本発明の詳細な説明するための概念図。
第２図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明に使用した片
渡り交差型及び両渡り交差型光スイッチの構造を説明す
るための模式図。第３図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本
発明に使用した光増幅部具外及び光増幅部のりッジ型先
導波路の断面構造図。 第４図及び第５図はそれぞれ本発明の使用形態を示した
模式図。第６図は実施例で用いた本発明の半導体光スイ
ッチで構成した４×４光スイッチアレイの模式図。第７
図は実施例で本発明との比較のため用いた従来例での４
×４光スイッチアレイに光増幅器を配置した構造の模式
図。 符号の説明 １ バイパス先導波路、２・光増幅部、３− 工ｎ Ｐ
基板、４−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、５−ＩｎＰ障壁層
、６−ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層、７−ＩｎＰクラッド層
、８−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、９・・光導波路、１
０・・・キャリヤ注入領域、１１、、 ］、］、］、、
１．１２．１１．３．１．１４−、２１１゜２１２．
２１３，２１４・・入射端、１２，１３゜１３１．１３
２，１．３３，１３４，２３１゜２３２．２３３，２３
４・・出射端、２１，２２゜２３．２４ 光増幅器、
３１１，３１２，３１３゜３１４．３２１，３２２，３
２３，３２４゜３３１．３３２，３３３，３３４，３４
１゜３４２．３４３，３４．４・・本発明の半導体光ス
イツチ単位、４．１１，４１２，４．］、３，４．１４
゜４．２］、、４．２２，４．２３．４−２４．４．３
１゜４３２．４３３，４３４，４４４，４４２，４４３
．４４４ ・従来の光スイツチ単位、１５，１６゜１
７・・電極端子。
渡り交差型及び両渡り交差型光スイッチの構造を説明す
るための模式図。第３図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本
発明に使用した光増幅部具外及び光増幅部のりッジ型先
導波路の断面構造図。 第４図及び第５図はそれぞれ本発明の使用形態を示した
模式図。第６図は実施例で用いた本発明の半導体光スイ
ッチで構成した４×４光スイッチアレイの模式図。第７
図は実施例で本発明との比較のため用いた従来例での４
×４光スイッチアレイに光増幅器を配置した構造の模式
図。 符号の説明 １ バイパス先導波路、２・光増幅部、３− 工ｎ Ｐ
基板、４−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、５−ＩｎＰ障壁層
、６−ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層、７−ＩｎＰクラッド層
、８−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、９・・光導波路、１
０・・・キャリヤ注入領域、１１、、 ］、］、］、、
１．１２．１１．３．１．１４−、２１１゜２１２．
２１３，２１４・・入射端、１２，１３゜１３１．１３
２，１．３３，１３４，２３１゜２３２．２３３，２３
４・・出射端、２１，２２゜２３．２４ 光増幅器、
３１１，３１２，３１３゜３１４．３２１，３２２，３
２３，３２４゜３３１．３３２，３３３，３３４，３４
１゜３４２．３４３，３４．４・・本発明の半導体光ス
イツチ単位、４．１１，４１２，４．］、３，４．１４
゜４．２］、、４．２２，４．２３．４−２４．４．３
１゜４３２．４３３，４３４，４４４，４４２，４４３
．４４４ ・従来の光スイツチ単位、１５，１６゜１
７・・電極端子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光波を導くための第１の導波路と、上記光波を導く
ための第２の導波路と、上記第１の導波路と上記第２の
導波路との間に配設されて上記第１の導波路を伝播する
上記光波の伝播方向を変化させるための伝播方向変換手
段と、上記第１の導波路と上記第２の導波路とを連結し
上記光波を上記第１の導波路から上記第２の導波路へ導
くための第３の導波路と、この第３の導波路上に設けら
れこの第３の導波路を伝播する上記光波を増幅するため
の光波増幅手段とを有する半導体光スイッチ。 ２、請求項１に記載の半導体光スイッチにおいて、前記
光波増幅手段がキャリア注入により励起される光学的に
活性な領域を有する半導体光スイッチ。 ３、請求項２に記載の半導体光スイッチにおいて、前記
光学的に活性な領域が前記第３の導波路と光学的に結合
している半導体光スイッチ。 ４、請求項１に記載の半導体光スイッチにおいて、前記
伝播方向変換手段は注入キャリアにより誘起される半導
体媒質の屈折率変化を利用して前記光波の伝播方向を変
換する半導体光スイッチ。 ５、請求項１に記載の半導体光スイッチにおいて、前記
光波増幅手段の動作時期と上記伝播方向変換手段の動作
時期とを同期させた半導体光スイッチ。 ６、請求項５に記載の半導体光スイッチにおいて、前記
光波増幅手段と前記伝播方向変換手段を動作させるため
の電極が共通の電極である半導体光スイッチ。 ７、請求項１に記載の半導体光スイッチにおいて、前記
半導体光スイッチが前記第１の導波路を伝播する光波を
導くための前記第２の導波路とは異なる第４の導波路を
有する半導体光スイッチ。 ８、請求項７に記載の半導体光スイッチにおいて、前記
伝播方向変換手段は、前記伝播方向変換手段に外部より
与えられる信号に応じて、前記第１の導波路を伝播して
きた前記光波を前記第２若しくは前記第４の導波路へ伝
播する半導体光スイッチ。 ９、請求項１に記載の半導体光スイッチにおいて、前記
半導体光スイッチが前記第１の導波路を伝播する第１の
光波以外の第２の光波を導くための第５の導波路を有す
る半導体光スイッチ。 １０、請求項９に記載の半導体光スイッチにおいて、前
記第２の導波路は前記伝播方向変換手段により、前記伝
播方向変換手段に外部より与えられる信号に応じて上記
第１の光波若しくは上記第２の光波を伝播する半導体光
スイッチ。 １１、請求項９に記載の半導体光スイッチにおいて、前
記第５の導波路はこの第５の導波路を伝播する前記第２
の光波が前記第３の導波路を伝播しないように前記伝播
方向変換手段に結合している半導体光スイッチ。 １２、請求項９に記載の半導体光スイッチにおいて、前
記第２の導波路は外部から前記伝播方向変換手段に与え
られる信号に応じて、前記第１の光波若しくは前記第２
の光波を伝播する半導体光スイッチ。 １３、請求項１に記載の半導体光スイッチにおいて、前
記光波増幅手段が光波識別のためのモニター機能を有す
る半導体光スイッチ。 １４、請求項１３に記載の半導体光スイッチにおいて、
前記光波増幅手段には前記光波識別のための識別手段が
接続されている半導体光スイッチ。 １５、請求項１に記載の半導体光スイッチにおいて、前
記光波増幅手段がゲート機能を有する半導体光スイッチ
。 １６、請求項１５に記載の半導体光スイッチにおいて、
前記前記光波増幅手段は前記第１の光波を前記第２の導
波路へ導く必要が無い場合に、前記第１の光波を吸収す
る半導体光スイッチ。 １７、複数の入力導波路と複数の出力導波路と、上記入
力導波路と上記出力導波路との交差部に配設された複数
のスイッチ機能部と、これらスイッチ機能部に設けられ
た複数の光波増幅手段とを有する半導体光スイッチ。 １８、請求項１７に記載の半導体光スイッチにおいて、
前記スイッチ機能部は特定の光波のみを増幅する半導体
光スイッチ。 １９、請求項１８に記載の半導体光スイッチにおいて、
前記スイッチ機能部は前記複数の入力導波路のうち特定
の入力導波路を伝播してきた光波のみが伝播するバイパ
ス導波路を有し、前記光波増幅手段はこのバイパス導波
路に設けられている半導体光スイッチ。 ２０、複数の入力光波を受けてそれらの入力光波のうち
選択された特定の入力光波のみを増幅し、この増幅され
た入力光波を出力光波とする半導体光スイッチ。 ２１、請求項１、１７若しくは２０に記載の半導体光ス
イッチが複数組み合わされた半導体光スイッチアレイ。 ２２、片渡り交差型若しくは両渡り交差型光スイッチの
渡り部分であるバイパス光導波路に光増幅手段を設けた
半導体光スイッチ。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017604A JP2656598B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 半導体光スイッチ及び半導体光スイッチアレイ |
| US07/464,192 US5044745A (en) | 1989-01-30 | 1990-01-12 | Semiconductor optical switch and array of the same |
| CA002007747A CA2007747C (en) | 1989-01-30 | 1990-01-15 | Semiconductor optical switch and array of the same |
| EP90101120A EP0380983B1 (en) | 1989-01-30 | 1990-01-19 | Semiconductor optical switch and array of the same |
| DE69022257T DE69022257T2 (de) | 1989-01-30 | 1990-01-19 | Optischer Halbleiterschalter und Schaltermatrix. |
| US07/684,378 US5146513A (en) | 1989-01-30 | 1991-04-12 | Semiconductor optical device and array of the same |
| US07/892,782 US5247592A (en) | 1989-01-30 | 1992-06-03 | Semiconductor optical device and array of the same |
| US08/102,805 US5422967A (en) | 1989-01-30 | 1993-08-06 | Self-routing optical switch and optical switch array |
| US08/232,403 US5394491A (en) | 1989-01-30 | 1994-04-25 | Semiconductor optical switch and array of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017604A JP2656598B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 半導体光スイッチ及び半導体光スイッチアレイ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17001193A Division JPH06186598A (ja) | 1993-06-01 | 1993-07-09 | 光交換機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02199430A true JPH02199430A (ja) | 1990-08-07 |
| JP2656598B2 JP2656598B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=11948486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1017604A Expired - Lifetime JP2656598B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 半導体光スイッチ及び半導体光スイッチアレイ |
Country Status (5)
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