JPH0389327A - 光接続装置 - 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〉 本発明は電子装置内などの信号伝達を光により行なうた
めの光接続装置に関し、とくにｌ：　Ｎの切り換えが可
能な可変光接続装置に関する。

〈従来の技術〉 電子装置内の電気配線を光による接続に置き換えること
は、電磁誘導の影響がなく配線密度を増大できる等の利
点があるため多くの技術的検討が行なわれている。これ
らの光接続が切り換え可能であればその機能は飛躍的に
拡大する。この光接続の切り換えのためのキーデバイス
としてＩＸＮ分岐型光スイッチがある。ＩＸＮ分岐型光
スイッチはひとつの入射信号光をＮカ所の出力点のうち
の任意の１カ所、もしくは複数カ所に接続するスイッチ
である。従来のＩＸＮ分岐型光スイッチには、第７図に
示すように１×２スイツチ８０をツリー状に連ねたもの
、第８図に示すように丁ｘＮ分岐回路７０とゲートスイ
ッチアレイ９０で構成したもの、あるいは第９図に示す
ように光偏向器３０による光の方向転換を利用するもの
などがある。

光偏向器を利用するタイプは他の方式に比べて素子数が
少なくてすむことが利点である。すなわちＩＸＮのスイ
ッチにおいて、ツリー形のスイッチでは（Ｎ−１）個、
ゲート形ではＮ個のスイッチがそれぞれ必要である。こ
れに対し、光偏向器の場合は偏向分解点数がＮ以上であ
れば、１個の光偏向器があれば良く、素子数が少なくて
良い特徴がある。

上記、光スィッチに用いられる光偏向器としては音響光
学偏向器があるが、弾性波を励振することが必要なため
小型化が難しく電子装置内に多数組み込むような目的に
は使用しにくい。そこでこのような目的に適した、有効
屈折率を変化させる手段を付与した導波路に回折格子を
配設した光偏向素子が提案されている（特開昭６３−２
０２７２３　）。

この素子はＧａＡｓなどの半導体で構成できるため半導
体レーザなどの光源と集積化が可能で、かつ面出射型で
あるので電子装置内の光接続に適しているといえる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら上記光偏向素子は有効屈折率の変化量に限
界があり、音響光学偏向器などに比べると偏向角が小さ
く（１°以下）、分解可能な光スポットの点数も少ない
（１０程度以下）ため、光接続の切り換え点数を多くと
れないという問題点があった。

〈問題点を解決するための手段〉 上記従来の問題点を解決するため、本発明では前記光偏
向素子に複数の波長の光を入射する手段と、前記光偏向
素子の出射光を受光する複数の受光素子とを用いて可変
光接続装置を構成した。

く作用〉 前記光偏向素子は偏向機能とは独立に異なる波長に対し
て異なる方向に光を出射する機能をもつため、１個の素
子で異なる波長に対応した多数の方向に出射光の光路を
切り換えることができる。

したがって複数の波長を用いることが分解点数を増加さ
せる作用を持つ。

〈実施例〉 本発明の実施例を図を用いて説明する。本実施例に用い
た光偏向素子の構成例は１９８９年春季応用物理学会２
ｐ−ＰＢ−１５に開示されている。第１図にその構造を
示す。ＧａＡｓ基板ｌｌ上に有機金属気相成長などの手
段によりＡｌＧａＡｓ層からなる先導波路１２を形成す
る。この導波路１２に、導波光を基板上方に取り出すた
めの回折格子１３を干渉露光法あるいは電子ビーム露光
法などの手段で設ける。この導波路層の表面と基板裏面
に電極１４．１５を形成し、上面の電極には光取りだし
用の開口部１６を設ける。

この素子に１１５０ｎｓ付近の波長の光を入射し、電極
に電流を注入したときの光の出射角θと電流■の大きさ
の関係を第２図に示す。ただしθは相対価で示しである
。出射光１８の導波路長手方向の広がり角はＯ、、ＯＳ
度、程度であったので、この図かられかるように８５０
〜８７０ｎｍ　　程度の範囲の波長に対してそれぞれ数
点の分１解点数が得られている。

一方、電流がＯのときの光の出射角度θ・と入射波長λ
の関係は（１）式で表される。

θＩ　ｍ　５Ｉｎ−’　（１−ｑλ／Ａ）−・−（１）
ただしθ・は導波路表面に対する法線からの角度、ｎは
導波路の有効屈折率、ｑは回折の次数、Ａは回折格子の
周期（本実施例では２５０ｎｍ　）である。

第２図で１−０のときのθの値がこのθ曽に対応し、図
かられかるように波長の間隔が少なくとも３ｎｍあれば
、偏向を行っても異なる波長の光ビームが重なることは
ない。

これらの特性を利用した可変光接続装置の構成の概略を
第３図に示す。第３図の５波長λ１〜λ５をそれぞれ発
する半導体レーザ光を合流導波路７０を介して光偏向素
子３０に入射する。半導体レーザ（５０〜５５〉は５素
子のいずれかを駆動できるように駆動電源１００の接続
を切り換える。また光偏向素子の駆動電流！１〜　Ｉｓ
　　Ｃ図ではＩ、冒０となっているが必ずしもＯに限定
されない〉は図示されているように複数の定電流源を切
り換えて供給するかもしくは可変電流源を用いる。なお
両切り換えスイッチ５８．５９には図では省略しである
が制御回路からの信号で動作する電子スイッチが用いら
れる。出射光４０はレンズ系６０を介して前記光偏向素
子などが設置された面と対向する基板面ｚｌ上の受光素
子アレイ２０の受光面に収束される。

出射ビームは導波路の長手方向にはほとんど平行光であ
るからレンズの焦点面上に焦点を結ぶ。なお図ではレン
ズは理解しやすいように各素子から離れて描かれている
が、実際にはこれを支持する筺体が必要である。あるい
は光偏向素子に密着するように配置しても良い。また第
３図は半導体レーザ、合流導波路、光偏向素子をいわゆ
るハイブリッド集積した例が示されているが、これらは
同一基板上に集積しても良い。

つぎに本装置の駆動方法について説明する。

いま偏向角をΔθとすると焦点面上での光点の移動距離
ｌは ｌ冨　ｆ・Δθ　　・・・・・（２） で表わされる。ただしｆはレンズの焦点距離である。１
波長における切り換え点数を５点とし、受光素子のピッ
チは２０μ嘗程度に設計するとすると、ｆ−１０會曽の
レンズを用いる必要がある。第２図中に５点の電流（！
１〜■５、破線で示した）の−例を示す。一般的にいえ
ば、第４図の簡略化した図に示すように、受光素子Ｐ＋
７は１番めの半導体レーザ（波長λ１）を点灯し、光偏
向素子に電流１、を注入したとき、出射光が到達する位
置に配置する。ｎ個の波長を用い、光偏向素子に注入す
る電流を園通りとすると同側の位置へ出力を導くことが
できる。すなわち上述の実施例の場合、２５点に対応す
る入射波長λと光偏向素子３ｏの駆動電流Ｉは第１表の
ように制御される。

第１表 第１表 （続き） 第１表 （続き〉 第１表（続き・） 本実施例ではｌ：２５の切り換えスイッチを取り上げた
が、この切り換え点数はさらに増加できる。

このためにはレンズの枚数を増加するなどの手段ニヨリ
１、光スポットの異動距離を拡大し、また使用波長の数
を増加する。このようにすることにより１：１００程度
の切り換え点数を実現できる。

本実施例ではＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ、光偏向素子
を用いたが、使用する波長帯に応じて例えばＩｎＧａＡ
ｓＰ／！ｎＰ系などを用いることもできる。また光偏向
素子において屈折率を変化させる原理も電流注入以外の
ものでもよい。例えば電気光学効果を利用する場合には
、上記半導体以外にＬｉＮｂＯ３などの誘電体を用いて
もよい。この場合は電流でなく電圧による偏向の制御と
なる。また３次の非線形光学効果をもつ材料を用いて電
気的制御でなく制御光の照射しその光強度により制御し
てもよい。

また合流導波路の基板７１の材料は上記半導体、誘電体
のほかガラスなども使用できる。

また上記実施例では１組のＩＸＮ分岐スイッチによる光
接続装置を述べたが、他の装置にも応用できる。例えば
第５図のように上記複数の半導体レーザ５０（簡単のた
め３個のみ示しである）をすべて点灯し、波長を多重化
して光偏向素子３ｏに入射する。この場合１素子で複数
の波長の信号を分配すると同時にそれぞれを同様に切り
換えることができる。図ではλ＋　　（１−１〜３）の
信号をＰ＋ａへ接続している。第３図の装置に比べると
分岐数は減少するが、ｌ素子で複数の系統の接続を同時
の切り換えられる。また第６図のように上記のＩＸＮ分
岐スイッチをＭ個用意し、Ｍ組各Ｎ個の受光素子のうち
各組の同一位置にあるものの出力を共通に取り出せば、
Ｎ　ｘ　Ｍの光マトリツクススイッチ（図は簡単のため
に３×３の場合を示し、光源、偏向素子への電流などは
省略しである）も形成できる。各光偏向素子（Ｄｚ、Ｄ
２、・・・〉への入力１１．１２、・・・を任意の出力
位置０１．０２、・・・へ接続できる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、小型かつ半導体素子との集積化が可能
な特徴を維持しつつ、ｌ素子あたり多点の切り換えが可
能な可変光接続装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用する光偏向素子の一例を示す斜視
図、第２図は第１図の光偏向素子の特性を示す図、第３
図は本発明の第１の実施例を示す斜視図、第４図は第１
の実施例の動作の説明図、第５図は本発明の第２の実施
例の動作説明図、第６図は本発明の第３の実施例の動作
説明図、第７図〜第９図は従来のＩＸＮ分岐光スイッチ
の方式％式％ ・コア７ｍ、１２１．１２４　　・・クラッド層、１２
３　　・・光導波層、１３・・回折格子、１４・・上部
電極、１５・・下部電極、１６・・光取りだし用開口部
、１７・入射光、１８・・出射光、１９・・絶縁膜、　
　　２ｏ・・受光素子アレイ、２１・・基板、２２・・
光検出用電子回路、３０・・光偏向素子、４ｏ・・光ビ
ーム、５０．５１〜５５・・半導体レーザ、６０．６１
．６２−　・レンズ、　　　７０・・合流導波路、８ｏ
・・１ｘ２光スイツチ、９０・・光ゲートスイッチアレ
イ、１００半導体レーザ駆動電源、１１０　・・光偏向
素子駆動電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　有効屈折率を変化させる手段を付与した導波路に回折
   格子を配設してなる光偏向素子と、該光偏向素子に信号
   光を入射する手段と、前記光偏向素子からの出射光を受
   光する複数の受光素子とからなる光接続装置であって、
   前記信号光の入射手段として、複数の波長の光源と該光
   源の発する複数の波長の光のうち少なくともひとつを選
   択して前記光偏向素子に入射する手段を設けたことを特
   徴とする光接続装置。