JPH03278031A - 全反射型光導波路スイッチ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は全反射型光導波路スイッチに関し、更に詳しく
は、出射側光導波路における過剰損失を低減することが
できる全反射型光導波路スイッチに関する。

（従来の技術） 光通信の分野においては、光路切替えのために全反射型
光スイッチが使用される。この全反射型光スイッチの１
例につき、図面に基づいて、半導体を用いた光導波路ス
イッチの場合で説明する。

第３図は全反射型光導波路スイッチの１例を示す概略平
面図である。図においては、２本の光導波路１．２が交
差角θで交差して交差部３を形成している。ここで光が
矢印ｐのように入射する場合、光導波路１ａ、２ａはい
ずれも入射側光導波路として機能し、また光導波路１ｂ
、２ｂはいずれも出射側光導波路として機能する。そし
て、各光導波路の交差部３には、後述するような屈折率
変化域４が形成されている。

この屈折率変化域４を除いた光導波路の部分は、第３図
のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である第４図に示したよう
な構造になっている。例えば、半導体材料としてＧａＡ
ｓ、ＡｆＧａＡｓを用いた場合、下部電極１１の背面に
ＧａＡｓから成る基板１２が形成され、更にその上にバ
ッファ層１３としてＧａＡｓが積層されている。

このバッファ層１３の上にはＡｌＧａＡｓから成る下部
クラッド層１４．ＧａＡｓから成るコア層１５が順次形
成され、更にその上にはりッジ状にＡ　Ｉ　ＧａＡｓか
ら成る上部クラッド層１６が積層され、この上部クラッ
ド層１６の上部にＧａＡｓから成るキャップ層１７を形
成したのち、全体がＳｉｎ、のような絶縁膜１８で被覆
されている。

一方、屈折率変化域４においては、第３図のＶＶ線に沿
う断面図である第５図に示したように、交差部３の表面
を被覆する絶縁膜１８を所定の幅で交差部３の長手方向
に一部除去して窓１８ａを形成し、この窓１８ａからＺ
ｎのような不純物を所定量だけ上部クラッド層１６内の
コア層１５近くにまで拡散せしめて拡散域４ａを形成し
、ついでこの窓１８ａの上に上部電極１９を形成した構
造になっている。

この光導波路スイッチの場合、上部電極１９と下部電極
１１の間で何らかの動作も起こさせることのないスルー
状態で、第６図のように入射側光導波路２ａに光を入射
すると、光は、図の点線で示したようにそのまま交差部
３を直進して出射側光導波路２ｂから出射していく。

しかし、上部電極１９から例えば所定値の電流を注入し
てクロス状態にすると、屈折率変化域４の屈折率低下が
誘起され、その結果、第７図で示したように、入射側光
導波路２ａに入射した光は、屈折率変化域４の面４ｂを
反射面として、点線で示したように、出射側光導波路ｔ
ｂへと光路変更し、そこから出射していく。すなわち、
電流注入によって光の全反射が起こり、スイッチング機
能が発現する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記したような屈折率変化域４が交差部
３に形成されている全反射型光導波路スイッチには次の
ような問題がある。

例えば、第３図から第７図に示したスイッチにおいて、
下部クラッド層＋４．上部クツラド層１６の屈折率が波
長１．３μｍの光に対して３．３６であるとし、コア層
１５の屈折率が３．４であるとする。そして、屈折率変
化域４へのＺｎ拡散がコア層１５の直上まで均一になさ
れていて、その拡散量はｌ×１０　”ｃｍ−”であると
する。

この場合、スルー状態においては、第４図で示した光導
波路２ａの縦断面の等価屈折率は３．３８２０程度とな
り、第５図で示した光導波路の交差部３のＺｎ拡散域４
ａを含む縦断面の等価屈折率は３、３８１６程度になる
。

したがって、光路の途中に屈折率の異なる領域が存在す
ることになり、その結果、両頭域の境界ではスネルの法
則で示される光の反射と屈折が同時に起る。上記した事
例の場合は、わずかではあるが、入射側光導波路２ａか
らの光は、屈折率変化域４の反射面４ｂで屈折する。

例えば、交差角θが４°の場合、その入射角は２°とな
る。したがって、屈折率変化域４の反射面４ｂにおいて
は、第８図で示したように、光は反射面４ｂの方に屈折
する。

このときの角度φ宜は次式： から、１．８°になる。すなわち、スルー状態において
屈折率変化域４に入射した光は、直進光路Ａを進むこと
なく、屈折率変化域の反射面４ｂで出射側光導波路１ｂ
の方に約０．２°屈折して光路Ｂを進むので、ここに光
路ずれが誘発されることになる。

屈折率変化域４における上記したような光の屈折現象は
、次のような問題を生ずる。

例えば、第９図で示したように、屈折率変化域４の幅が
狭く、反射面４ｂとそれに対向する他の面４ｃのいずれ
もが交差部３の幅内に形成されているような光導波路ス
イッチのスルー状態の場合、入射側光導波路２ａから矢
印ｐ０のように伝搬してきた光は、反射面４ｂで屈折し
て屈折率変化域４の中を矢印ｐ１のように進み、そして
他の面４ｃで再び屈折して出射側光導波路２ｂを矢印ｐ
２のように進む。

このとき、光路ｐ０と光路ｐ、は平行ではないが、入射
側光導波路２ａと出射側光導波路２ｂは同じ媒質で構成
されているので、光路ｐ＋と光路ｐ！は平行になる。し
かし、光路ｐ・と光路ｐ。

は、前記したように、軸ずれを生じている。その結果、
この光導波路スイッチのスルー状態においては、屈折率
変化域による光路ずれ（軸ずれ）に基づく過剰損失が生
みだされる。

また、第１θ図で示したように、屈折率変化域４の幅が
広く、面４ｄが出射側光導波路２ｂの全幅に形成されて
いるような光導波路スイッチのスルー状態の場合、反射
面４ｂに入射した光路ｐ・の光は、そこで屈折して矢印
ｐ１゛のように屈折率変化域４の中を進み、面４ｄで再
び屈折して矢印ｐ、°のように出射側光導波路２ｂの中
を進む。

このとき、出射側光導波路２ｂを伝搬する光は入射側光
導波路２ａを伝搬する光に対し、第９図のような軸ずれ
に加えて、更に角度ずれも起している。

その結果、この光導波路スイッチのスルー状態において
も、光路ずれに基づく過剰損失が生みだされることにな
る。

本発明は上記したような問題を解決し、全反射型光導波
路スイッチのスルー状態における上記したような過剰損
失の発生を低減することができる全反射型光導波路スイ
ッチの提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、本発明においては、光
導波路が交差し、その交差部に屈折率変化域が形成され
ている全反射型光導波路スイッチにおいて、出射側光導
波路の１本が、スルー状態における前記屈折率変化域が
誘発する光路ずれを補正するように形成されていること
を特徴とする全反射型光導波路スイッチが提供される。

（作用） スルー状態において、光は屈折率変化域を通過する過程
で、前記したように、軸ずれや角度ずれのような光路ず
れを起こすので過剰損失が生ずる。

本発明においては、この光路ずれに相当するずれ量だけ
出射側光導波路の形成位置が補正されているので、前記
光路ずれに伴う過剰損失は低減することになる。

（実施例） 以下に添付図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は、交差部３に幅の狭い屈折率変化域４が形成さ
れていて、第９図で示した構造の全反射型光導波路スイ
ッチを例示する概略平面図である。

この場合、第９図における出射側光導波路２ｂは点線で
示しである。このスイッチのスルー状態においては、第
９図で説明したように光路ｐ０と光路ｐａは軸ずれを起
こす。

第９図の光導波路スイッチにおいて、例えば、屈折率変
化域４の幅を１０μｍとしその等価屈折率が３．３８１
６．他の光導波路部分の等価屈折率が３．３８２であり
、波長１．３μｍの光を入射角２°で入射せしめた場合
には、光路ｐゆと光路ｐ、の軸ずれは約１．１μｍにな
る。その結果、光のモードフィールドを６μｍとした場
合、約０．１５　ｄ　Ｂの過剰損失が生じることになる
。

本発明においては、第９図における出射側光導波路２ｂ
を、上記した軸ずれ量（約１．１μｍ）だけ、図の実線
で示したように出射側光導波路１ｂの方に平行移動して
、出射側光導波路が出射側光導波路２ｂ’　として形成
されている。

このように、出射側光導波路の形成位置を軸ずれ量に対
応する量だけ補正することにより、上記した軸ずれに基
づく過剰損失の発生を低減することができる。

第２図は、交差部３に幅の広い屈折率変化域４が形成さ
れていて、第１０図で示した構造の全反射型光導波路ス
イッチを例示する概略平面図である。この場合も、第１
θ図における出射側光導波路２ｂは点線で示しである。

このスイッチのスルー状態においては、第１Ｏ図で説明
したように、光路ｐ、′と光路ｐ！′との間では軸ずれ
と角度ずれが起こっている。

第１Ｏ図の光導波路スイッチにおいて、例えば、屈折率
変化域４の幅を４００μｍとしその等価屈折率が３．３
８１６．他の光導波路部分の等価屈折率が３．３８２で
あるとし、ここに波長１．３μｍの光を入射角２°で入
射せしめた場合には、光路ｐ。

と光路ｐ、°との間における軸ずれは０．７μｍ、角度
ずれは０．２°になる。その結果、光のモードフィール
ドを６μｍとした場合、約０．１９　ｄ　Ｂの過剰損失
が生ずる。

本発明においては、第１Ｏ図における出射側光４゜ 導波路２ｂを、交差部３における各光導波路の交差点か
ら約０．２°だけ出射側光導波路１ｂの方に傾斜させる
ことにより、出射側光導波路が出射側光導波路２ｂ’　
として形成される。

このことによって、角度ずれのずれ量が補正されること
になり、前記したＯ、１９ｄＢの過剰損失は消失する。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の全反射型光導波
路スイッチは、光導波路が交差し、その交差部に屈折率
変化域が形成されている全反射型光導波路スイッチにお
いて、出射側光導波路の１本が、スルー状態における前
記屈折率変化域が誘発する光路ずれを補正するように形
成されていることを特徴とするので、過剰損失は低減し
、低損失の全反射型光導波路スイッチとして機能するこ
とができ、その工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例スイッチを示す概
略平面図、第３図は従来の全反射型光導波路スイッチの
１例を示す概略平面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線
に沿う断面図、第５図は第３図のｖ−ｖ線に沿う断面図
、第６図はスルー状態における光路を示す概略平面図、
第７図は屈折率変化域を動作せしめたときの光路を示す
概略平面図、第８図は屈折率変化域におけるスネルの法
則に基づく光の屈折を説明するための説明図、第９図は
光路の軸ずれを説明するための概略平面図、第１０図は
光路の角度ずれを説明するための概略説明図である。 １ａ、２ａ・・・入射側光導波路、ｌｂ、　２ｂ、　２
ｂ’　・・・出射側光導波路、３・・・交差部、４・・
・屈折率変化域、４ａ・・・Ｚｎ拡散域、４ｂ・・・反
射面、４ｃ、４ｄ・・・面、１１・・・下部電極、１２
・・・基板、１３・・・バッファ屑、１４・・・下部ク
ラッド層、１５・・・コア層、１６・・・上部クラッド
層、１７・・・キャップ層、１８・・・絶縁膜、１８ａ
・・・窓、１９・・・上部電極、ｐｅ、ｐ＋、ｐｔ。 １）ｏ　、　　Ｉ）＋　、　　ｐｔ’、・・・光路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光導波路が交差し、その交差部に屈折率変化域が形成さ
   れている全反射型光導波路スイッチにおいて、出射側光
   導波路の１本が、スルー状態における前記屈折率変化域
   が誘発する光路ずれを補正するように形成されているこ
   とを特徴とする全反射型光導波路スイッチ。