JPH04296726A - Semiconductor optical switch element - Google Patents

Semiconductor optical switch element

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JPH04296726A
JPH04296726A JP6295691A JP6295691A JPH04296726A JP H04296726 A JPH04296726 A JP H04296726A JP 6295691 A JP6295691 A JP 6295691A JP 6295691 A JP6295691 A JP 6295691A JP H04296726 A JPH04296726 A JP H04296726A
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optical waveguide
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optical
input
waveguide
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Kanmei Baku
麦 漢明
Hisaharu Yanagawa
柳川 久治
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/29Devices 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
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G02F1/3133Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials

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Abstract

PURPOSE:To offer the waveguide type optical switch element which has low loss, a high extinction rate and small polarization and wavelength dependency. CONSTITUTION:The semiconductor optical switch element consists of two parallel optical waveguides 1 and 2 which are mounted with electrodes 7 and 8 for electric signal input and one optical waveguide part 9 consisting of a tapered optical waveguide part 9b which is arranged at the center position between the optical waveguides 1 and 2 for output and decreases gradually in path width from an input terminal 9a in the propagation direction of light and a straight optical waveguide part 9c which is connected optically to the tapered optical waveguide part 9b. Consequently, the waveguide mode of one optical waveguide for output can be cut off by operating the electrodes, so light which is inputted to the center optical waveguide for input is coupled with the other optical waveguide for output to obtain a 0 1 switching characteristic. The dependency on polarization and wavelength is small and the low loss and high extinction rate are obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は半導体材料から成る光ス
イッチ素子に関し、更に詳しくは、偏波依存性や波長依
存性が少なく、低損失かつ高消光比であり、しかも製造
が容易な新規構造の半導体光スイッチに関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to an optical switching element made of a semiconductor material, and more specifically, it has a novel structure that has little polarization dependence and wavelength dependence, low loss and high extinction ratio, and is easy to manufacture. This invention relates to a semiconductor optical switch.

【0002】0002

【従来の技術】最近、半導体材料で構成した多様な導波
路型光スイッチ素子が多く提案されている。これは、こ
のタイプの光スイッチ素子はいずれも全て半導体材料で
製造されているため、他の能動素子とのモノリシックな
集積化が可能となるからである。
2. Description of the Related Art Recently, a variety of waveguide type optical switching devices made of semiconductor materials have been proposed. This is because all optical switching elements of this type are manufactured entirely from semiconductor materials, allowing monolithic integration with other active elements.

【0003】このような光スイッチ素子としては、例え
ば、PhotonicSwitching (p35 
〜p37 、1990年)にK.Komatsuらが発
表し、印加電圧が±29Vで14dB程度の消光比を示
す方向性結合器型のもの;ECOC ’89(p531
〜p534)にH. Yanagawa らが発表し、
注入電流が250mAで20dB程度の消光比を示すY
分岐型のもの;Electronics Letter
s (Vol26. No.7, p476〜477 
、1989年)にC. Wuethrichらが発表し
、印加電圧が−19〜−26Vで10数dB程度の消光
比を示すマッハツエンダー型のもの;更には、IEEE
 J. of Quantum Electronic
s (Vol25. No.7, July.1989
)にF. Itoらが発表し、注入電流が100mAで
10数dB程度の消光比を示すX分岐型のものが知られ
ている。
[0003] As such an optical switching element, for example, Photonic Switching (p. 35
~p37, 1990) by K. Komatsu et al. announced a directional coupler type that exhibits an extinction ratio of approximately 14 dB at an applied voltage of ±29 V;
~p534) H. Published by Yanagawa et al.
Y exhibits an extinction ratio of approximately 20 dB at an injection current of 250 mA.
Branch type; Electronics Letter
s (Vol26. No.7, p476-477
, 1989) in C. The Mach-Zehnder type that was announced by Wuethrich et al. and exhibits an extinction ratio of about 10-odd dB at an applied voltage of -19 to -26 V;
J. of Quantum Electronic
s (Vol25. No.7, July.1989
) to F. An X-branch type is known, which was published by Ito et al. and exhibits an extinction ratio of about 10-odd dB at an injection current of 100 mA.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】上記した4種類の光ス
イッチ素子はいずれも集積化という点での問題はないが
、しかし、つぎのような欠点を備えている。まず、方向
性結合器型のものは、低損失でかつ高消光比ではあるが
、しかし偏波依存性と波長依存性を有しているため、実
際の光ファイバ通信システムへの組み込み時に問題を生
ずる。
SUMMARY OF THE INVENTION None of the four types of optical switching elements described above have problems in terms of integration, but they do have the following drawbacks. First, the directional coupler type has low loss and high extinction ratio, but it has polarization dependence and wavelength dependence, which causes problems when incorporating it into an actual optical fiber communication system. arise.

【0005】Y分岐型のものは、出力側の光導波路にお
ける導波モードをカッオフして動作させるので、偏波無
依存でかつ波長無依存となり、消光比に関しては可成り
良好な特性を有している。しかし一方では、Y分岐点に
おける放射損失が大きく、しかも、分岐角度は約2°程
度の小角であってY分岐点近傍の光導波路の間隔が極め
て狭くなっているため、2本の出力側の光導波路に互い
がショートしないように電極を装荷するときの製作精度
が厳しくなるという問題がある。
The Y-branch type operates by cutting off the waveguide mode in the output optical waveguide, so it is polarization-independent and wavelength-independent, and has fairly good extinction ratio characteristics. ing. However, on the other hand, the radiation loss at the Y-branch point is large, and the branch angle is a small angle of about 2°, and the spacing between the optical waveguides near the Y-branch point is extremely narrow. There is a problem in that manufacturing precision becomes strict when loading electrodes on the optical waveguide to prevent short-circuiting between them.

【0006】また、マッハツエンダー型のものは、偏波
依存性でかつ波長依存性であるうえに、更には低消光比
であるという問題がある。最後に、X分岐型のものは、
電流注入によるプラズマ効果を利用して動作するので、
偏波無依存でかつ波長無依存でもあるが、しかし、初期
漏話が大きいため高消光比のものが得られず、しかも電
流注入による吸収損失の増大などの問題がある。
Furthermore, the Mach-Zehnder type has problems in that it is polarization dependent and wavelength dependent, and furthermore, it has a low extinction ratio. Finally, the X-branched type is
It operates by utilizing the plasma effect caused by current injection, so
Although it is polarization-independent and wavelength-independent, it is difficult to obtain a high extinction ratio due to large initial crosstalk, and there are problems such as increased absorption loss due to current injection.

【0007】このように、従来から知られている上記4
種類の光スイッチ素子は、偏波依存性でかつ波長依存性
であるかまたは損失が大きいかいずれかの問題がある。 そして、低消光比であることを共通にしている。現在の
光通信システムにおいては、少なくとも20dB以上の
消光比が要求されているが、この目標値を達成するため
には、上記した光スイッチ素子の場合、その製作精度を
一層厳しく設定しなければならなくなる。
[0007] As described above, the above-mentioned 4 conventionally known
These types of optical switching devices have the problem of either being polarization-dependent and wavelength-dependent, or having a large loss. The common feature is that they have a low extinction ratio. Current optical communication systems require an extinction ratio of at least 20 dB, but in order to achieve this target value, the manufacturing precision of the above-mentioned optical switch elements must be set even more strictly. It disappears.

【0008】本発明は上記した問題の全てを解決し、偏
波無依存、波長無依存であり、低損失かつ比較的高消光
比であり、しかも製造が容易である新規構造の光スイッ
チ素子の提供を目的とする。
The present invention solves all of the above-mentioned problems, and provides an optical switch element with a new structure that is polarization-independent, wavelength-independent, has low loss and relatively high extinction ratio, and is easy to manufacture. For the purpose of providing.

【0009】[0009]

【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、互いに平行に配設され、か
つ、電気信号導入用の電極が装荷されている2本の出力
用光導波路、ならびに、前記出力用光導波路間の中心位
置に配設され、かつ、入力端から光の伝搬方向にかけて
路幅が漸減するテーパ光導波路部と該テーパ光導波路部
に光接続される直線光導波路とから成る1本の入力用光
導波路を備えていることを特徴とする半導体光スイッチ
素子が提供される。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides two output optical waveguides arranged parallel to each other and loaded with electrodes for introducing electrical signals. , and a tapered optical waveguide portion disposed at a central position between the output optical waveguides and whose path width gradually decreases from the input end to the light propagation direction, and a straight optical waveguide optically connected to the tapered optical waveguide portion. Provided is a semiconductor optical switch element characterized in that it includes one input optical waveguide consisting of:

【0010】本発明の光スイッチ素子の基本構成を平面
パターン図として図1に示す。また、後述する電極装荷
部付近の概略斜視図を図2に示す。本発明の光スイッチ
素子においては、まず、路幅がいずれもWである等幅の
2本の出力用光導波路1,2が、路幅中心間の距離2S
の間隔を置いて互いに高さgでリッジ状に平行配設され
ている。そして、各出力用光導波路1,2には、それぞ
れ同じく路幅がWである曲線光導波路3,4を介して、
路幅Wの直線光導波路5,6が互いの路幅中心間の距離
G0 で光接続されて出力端を構成している。
FIG. 1 shows the basic configuration of the optical switch element of the present invention as a plan pattern diagram. Further, FIG. 2 shows a schematic perspective view of the vicinity of the electrode loading section, which will be described later. In the optical switch element of the present invention, first, two equal-width output optical waveguides 1 and 2, both of which have a path width of W, are arranged at a distance of 2S between the centers of the path widths.
They are arranged parallel to each other in a ridge shape with an interval of . The output optical waveguides 1 and 2 are connected to curved optical waveguides 3 and 4 having the same path width W, respectively.
Straight optical waveguides 5 and 6 having a path width W are optically connected at a distance G0 between the centers of their path widths to form an output end.

【0011】出力用光導波路1,2の上には、後述する
電極7,8が装荷され、ここから出力用光導波路1,2
にそれぞれ独立して電気信号が導入できるようになって
いる。出力用光導波路1,2の間には、前記した間隔2
Sの中心位置に入力用光導波路9がリッジ状に配設され
ている。
Electrodes 7 and 8, which will be described later, are loaded on the output optical waveguides 1 and 2, from which the output optical waveguides 1 and 2 are connected.
It is now possible to introduce electrical signals to each independently. Between the output optical waveguides 1 and 2, the above-mentioned interval 2 is provided.
An input optical waveguide 9 is arranged in a ridge shape at the center position of S.

【0012】この入力用光導波路9は、出力用光導波路
1,2の一方の端部1a,2aと同一面内に位置する入
力端9aから光の伝搬方向にかけてその路幅が漸減する
テーパ光導波路部9bと、そのテーパ光導波路9bに光
接続する直線光導波路部9cとを備えている。すなわち
、入力端9aの路幅をa、ここから光の伝搬方向への所
望の長さをL、長さLの地点における路幅をbとしたと
き、このテーパ光導波路部9bは、路幅が(a−b)/
2Lの傾きで漸減し、更に、Lの地点からは路幅bの直
線光導波路部9cが光接続して延在している。
The input optical waveguide 9 is a tapered optical waveguide whose path width gradually decreases in the light propagation direction from the input end 9a located in the same plane as one end 1a, 2a of the output optical waveguides 1, 2. It includes a waveguide section 9b and a straight optical waveguide section 9c optically connected to the tapered optical waveguide 9b. That is, when the path width of the input end 9a is a, the desired length from here in the light propagation direction is L, and the path width at the point of length L is b, the tapered optical waveguide section 9b has a path width of is (a-b)/
It gradually decreases with an inclination of 2L, and furthermore, a straight optical waveguide portion 9c with a path width b extends from the point L in an optically connected manner.

【0013】ここで、上記した各パラメータは、長さL
の部分(テーパ光導波路部9b)ではこのテーパ光導波
路部9bと出力用光導波路1,2の間で導波モードの結
合が起こり得るような値に設定され、また同時に、直線
光導波路部9cと出力用光導波路1,2の間では導波モ
ードの結合が起こらないような値に設定されている。す
なわち、上記した各光導波路を形成する際に、入力用光
導波路9の入力端9aから光を入力したとき、その入力
光の全てが出力用光導波路1または2に結合して出力端
5または6から出力するように、出力用光導波路1また
は2と入力用光導波路9との路幅中心間の間隔S、テー
パ光導波路部9bの路幅a,bや長さLが設定される。
[0013] Here, each of the above parameters has a length L
The portion (tapered optical waveguide section 9b) is set to a value such that coupling of the waveguide mode can occur between the tapered optical waveguide section 9b and the output optical waveguides 1 and 2, and at the same time, the straight optical waveguide section 9c The value is set to such a value that coupling of waveguide modes does not occur between the output optical waveguides 1 and 2. That is, when forming each of the above-mentioned optical waveguides, when light is input from the input end 9a of the input optical waveguide 9, all of the input light is coupled to the output optical waveguide 1 or 2 and output to the output end 5 or 2. The distance S between the center widths of the output optical waveguide 1 or 2 and the input optical waveguide 9, and the path widths a, b and length L of the tapered optical waveguide section 9b are set so that the output optical waveguide 1 or 2 and the input optical waveguide 9 are outputted from the optical waveguide 6.

【0014】[0014]

【作用】まず、本発明の光スイッチ素子は、平行配置さ
れた2本の出力用光導波路の中心位置にテーパ状の入力
用光導波路が配置されているので、この入力用光導波路
から光を入力すると、Y. CaiらがOQE88−1
40.p17〜p23で発表したように、TEモードに
対してもまたTMモードに対しても略同じような光結合
効率が得られ、同時に、この結合効率の波長依存性は少
ない。 すなわち、偏波依存性と波長依存性が少なくなる。
[Operation] First, the optical switch element of the present invention has a tapered input optical waveguide placed at the center of two output optical waveguides arranged in parallel, so that light is not transmitted from this input optical waveguide. When you enter Y. Cai et al. OQE88-1
40. As announced on pages 17 to 23, substantially the same optical coupling efficiency can be obtained for both the TE mode and the TM mode, and at the same time, the wavelength dependence of this coupling efficiency is small. That is, polarization dependence and wavelength dependence are reduced.

【0015】今、電極7,8を動作させることなく、入
力用光導波路9の入力端9aから光を入力すると、出力
用光導波路1、出力用光導波路2、入力用光導波路9を
伝搬する光パワーの出力比は、x1 :x1 :1−2
x1 (ここで、x1 は出力用光導波路を伝搬する光
パワーである)になる。すなわち、出力用光導波路1,
2の出力端5,6からは同一強度の光パワーが出力する
Now, when light is input from the input end 9a of the input optical waveguide 9 without operating the electrodes 7 and 8, it propagates through the output optical waveguide 1, the output optical waveguide 2, and the input optical waveguide 9. The optical power output ratio is x1:x1:1-2
x1 (here, x1 is the optical power propagating through the output optical waveguide). That is, the output optical waveguide 1,
Optical power of the same intensity is output from the output ends 5 and 6 of 2.

【0016】ここで、例えば電極7からのみ所定の電気
信号を導入する。電気信号としては、所定値の電流や電
圧である。このような電気信号が導入されると、電極直
下に位置する出力用光導波路を構成する半導体材料にお
いてはプラズマ効果やバンドフィリング効果が発現する
ことによってその屈折率が低下する。そのときの屈折率
低下の度合いは、導入した電気信号の大きさによって規
定される。例えば、電気信号が電流であり、この注入電
流値がある値以上になると、電流注入を受けた出力用光
導波路はそこを伝搬する導波モードの全てをカットオフ
するようになる。すなわち、電流注入を受けた出力用光
導波路は、物理的な形状としては存在していても、電磁
気的には光導波路として存在しない状態にすることがで
きる。
Here, a predetermined electrical signal is introduced only from the electrode 7, for example. The electrical signal is a current or voltage of a predetermined value. When such an electric signal is introduced, the refractive index of the semiconductor material constituting the output optical waveguide located directly below the electrode is lowered due to the occurrence of a plasma effect or a band filling effect. The degree of refractive index reduction at that time is determined by the magnitude of the introduced electrical signal. For example, when the electrical signal is a current and the value of the injected current exceeds a certain value, the output optical waveguide that receives the current injection cuts off all waveguide modes propagating there. That is, even if the output optical waveguide that receives the current injection exists in physical form, it can be brought into a state where it does not exist electromagnetically as an optical waveguide.

【0017】したがって、入力用光導波路9に入力され
た光の全ては、電気信号が導入されていない他の出力用
光導波路2と結合してその出力端6から出力する。つい
で、電極7への電気信号の導入を停止して電極8からの
み電気信号を導入すると、電極8の直下に位置する出力
用光導波路2では導波モードのカットオフが行なわれ、
入力用光導波路9に入力した光は、導波モードのカット
オフ状態が解除された出力用光導波路1と結合してその
出力端5から出力する。
Therefore, all of the light input to the input optical waveguide 9 is coupled to the other output optical waveguide 2 into which no electrical signal is introduced, and outputted from its output end 6. Then, when the introduction of the electrical signal to the electrode 7 is stopped and the electrical signal is introduced only from the electrode 8, the waveguide mode is cut off in the output optical waveguide 2 located directly below the electrode 8,
The light input to the input optical waveguide 9 is coupled to the output optical waveguide 1 in which the cutoff state of the waveguide mode has been released, and is output from the output end 5 thereof.

【0018】すなわち、電極7,8を動作させることに
より、出力用光導波路1,2の間で0←→1のスイッチ
ング動作を実現することができる。
That is, by operating the electrodes 7 and 8, a switching operation of 0←→1 can be realized between the output optical waveguides 1 and 2.

【0019】[0019]

【実施例】図1の平面パターン図および図2の概略斜視
図で示したような光スイッチ素子を製造した。図におい
て、a:4.0μm,b:2.0μm,L:14.28
5mm,W:3.6μm,S:5.8μm,各光導波路
の路高g:1.0μmである。したがって、テーパ光導
波路部9bの路幅の傾きは0.00014である。
EXAMPLE An optical switch element as shown in the plan pattern diagram of FIG. 1 and the schematic perspective view of FIG. 2 was manufactured. In the figure, a: 4.0 μm, b: 2.0 μm, L: 14.28
5 mm, W: 3.6 μm, S: 5.8 μm, and the path height g of each optical waveguide: 1.0 μm. Therefore, the slope of the path width of the tapered optical waveguide portion 9b is 0.00014.

【0020】この光スイッチ素子のテーパ光導波路部9
b,直線光導波路部9cは、それぞれ、図1の III
−III 線に沿う断面図である図3,図1のIV−I
V線に沿う断面図である図4で示すような構成になって
いる。すなわち、AuGeNi/Auから成る下部電極
10の上に、MOCVD法によって、n+ GaAsか
ら成る基板11,n+ GaAsから成る厚み0.5μ
mのバッファ層12,n+ Ga0.9 Al0.1 
Asから成る厚み3.0μmの下部クラッド層13,n
− GaAsから成る厚み1.0μmのコア層14がこ
の順序で積層されている。更にこのコア層14の上には
、n− Ga0.9 Al0.1 Asから成るクラッ
ド15a,p− Ga0.9 Al0.1 Asから成
るクラッド15bから成るリッジ状の上部クラッド層1
5,p+ GaAsから成るキャップ16が順次MOC
VD法で積層され、その上面はSiO2膜のような絶縁
膜17で被覆されている。
Tapered optical waveguide section 9 of this optical switch element
b and straight optical waveguide section 9c are shown in FIG. 1, respectively.
3, which is a cross-sectional view along the line IV-I of FIG.
The configuration is as shown in FIG. 4, which is a cross-sectional view taken along the V line. That is, on a lower electrode 10 made of AuGeNi/Au, a substrate 11 made of n+ GaAs and a substrate 11 made of n+ GaAs with a thickness of 0.5 μm is formed by MOCVD.
m buffer layer 12, n+ Ga0.9 Al0.1
A lower cladding layer 13,n made of As and having a thickness of 3.0 μm
- A core layer 14 made of GaAs and having a thickness of 1.0 μm is laminated in this order. Further, on this core layer 14, there is a ridge-shaped upper cladding layer 1 consisting of a cladding 15a made of n-Ga0.9Al0.1As and a cladding 15b made of p-Ga0.9Al0.1As.
5, the cap 16 made of p+ GaAs is sequentially MOC
The layers are laminated by the VD method, and the upper surface thereof is covered with an insulating film 17 such as a SiO2 film.

【0021】出力用光導波路1,2の上面を被覆する絶
縁膜17の一部をスリット状に除去して窓18が形成さ
れ、ここからキャップ16の上に例えばTi/Pt/A
uを蒸着することによって電極7,8が装荷されている
。なお、これら電極7,8は、出力用光導波路1,2の
全長に亘ってその全面を被覆するように装荷されていて
もよく、また、一部を被覆した状態で装荷されていても
よい。
A window 18 is formed by removing a part of the insulating film 17 covering the upper surfaces of the output optical waveguides 1 and 2 in the form of a slit.
The electrodes 7, 8 are loaded by evaporating u. Note that these electrodes 7 and 8 may be loaded so as to cover the entire surface of the output optical waveguides 1 and 2 over the entire length thereof, or may be loaded so as to partially cover the output optical waveguides 1 and 2. .

【0022】リッジ状の上部クラッド層は、前記した各
半導体材料を積層したのちそこにエッチング処理を施し
て図1で示したような平面パターンとして形成するが、
そのときの深さgは、クラッド15aとクラッド15b
が形成するpn接合面15cよりも深くなるようにエッ
チング処理を行なう。この素子において、入力用光導波
路9の入力端9aから波長1.3μm,1.55μmで
あるTEモードの導波光をそれぞれ入力した。光を入力
しながら、電極7から電流を注入した。出力用光導波路
1,出力用光導波路2,入力用光導波路9からの出力と
注入電流値との関係を図5に示した。図中、○印は出力
用光導波路1,△印は出力用光導波路2,□印は入力用
光導波路の場合を表し、実線は波長1.3μm,破線は
波長1.55μmの場合を表す。
The ridge-shaped upper cladding layer is formed by laminating the above-mentioned semiconductor materials and then etching it to form a planar pattern as shown in FIG.
The depth g at that time is the cladding 15a and the cladding 15b.
The etching process is performed so as to be deeper than the pn junction surface 15c formed by the pn junction surface 15c. In this element, guided light in the TE mode with wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm was input from the input end 9a of the input optical waveguide 9, respectively. A current was injected from electrode 7 while inputting light. FIG. 5 shows the relationship between the outputs from the output optical waveguide 1, the output optical waveguide 2, and the input optical waveguide 9 and the injection current value. In the figure, the ○ mark represents the output optical waveguide 1, the △ mark represents the output optical waveguide 2, the □ mark represents the input optical waveguide, the solid line represents the wavelength of 1.3 μm, and the broken line represents the case of the wavelength of 1.55 μm. .

【0023】なお、注入電流を0mA,150mAにし
た状態で、TEモードに代えてTMモードの導波光を入
力して同様の試験を行なったところ、図5と同様の結果
が得られた。図5から明らかなように、電極7からの注
入電流が0mAの場合、1.3μm,1.55μmの導
波光(TEモード)に対し、出力用光導波路1,出力用
光導波路2,入力用光導波路9における出力比は、それ
ぞれ0.42:0.42:0.16,0.43:0.4
3:0.14になっている。ここで、出力用光導波路1
と出力用光導波路2に着目すると、注入電流が0mAの
場合は、出力が等分になっているが、しかし注入電流を
250mA以上にすると、出力用光導波路1の出力は0
,出力用光導波路2の出力は1となって、0←→1のス
イッチング特性が発現する。すなわち、注入電流を25
0mA以上にすると、この素子は光スイッチとして機能
する。そして、このスイッチング特性は、偏波および波
長に対する依存性が抑制されている。
When a similar test was conducted with the injection currents set to 0 mA and 150 mA, and TM mode guided light was input instead of the TE mode, results similar to those shown in FIG. 5 were obtained. As is clear from FIG. 5, when the current injected from the electrode 7 is 0 mA, for guided light of 1.3 μm and 1.55 μm (TE mode), the output optical waveguide 1, the output optical waveguide 2, the input optical waveguide The output ratios in the optical waveguide 9 are 0.42:0.42:0.16 and 0.43:0.4, respectively.
3:0.14. Here, output optical waveguide 1
Focusing on the output optical waveguide 2, when the injected current is 0 mA, the output is divided into equal parts, but when the injected current is 250 mA or more, the output of the output optical waveguide 1 becomes 0.
, the output of the output optical waveguide 2 becomes 1, and a switching characteristic of 0←→1 is expressed. That is, the injection current is 25
At 0 mA or more, this element functions as an optical switch. This switching characteristic has suppressed dependence on polarization and wavelength.

【0024】図6は、他の実施例を示す平面パターン図
である。この素子の場合は、入力用光導波路9の直線光
導波路部9cに、電極7a,8aが装荷され、これら電
極7a,8aはそれぞれ、出力用光導波路1,2に装荷
されている電極7,8と導通している。この素子は、他
の波長帯域に対してわずかな光が入力用光導波路9に入
力した場合であっても、電極7aまたは電極8aに所定
値の電流注入を行なって直線光導波路部9cにおけるこ
の迷光を吸収することができるため、多少の損失が生ず
るとはいえ、出力用光導波路1,2に着目すれば、同じ
く高い消光比の光スイッチとして機能することができる
FIG. 6 is a plan pattern diagram showing another embodiment. In the case of this device, electrodes 7a and 8a are loaded on the straight optical waveguide section 9c of the input optical waveguide 9, and these electrodes 7a and 8a are the electrodes 7 and 8a loaded on the output optical waveguides 1 and 2, respectively. It is conducting with 8. Even when a small amount of light in other wavelength bands is input to the input optical waveguide 9, this element injects a predetermined amount of current into the electrode 7a or the electrode 8a, and this injects the current into the straight optical waveguide section 9c. Since stray light can be absorbed, although some loss occurs, if attention is paid to the output optical waveguides 1 and 2, they can also function as an optical switch with a high extinction ratio.

【0025】なお、以上の説明は光導波路がすべてリッ
ジ状に形成されている素子について行ったが、本発明の
光スイッチ素子はこの形態に限定されるものではなく、
全ての光導波路が埋込み型の場合であってもよい。
[0025] Although the above explanation has been made regarding an element in which all optical waveguides are formed in a ridge shape, the optical switch element of the present invention is not limited to this form.
All optical waveguides may be of a buried type.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
光スイッチ素子は、互いに平行に配設され、かつ、電気
信号導入用の電極が装荷されている2本の出力用光導波
路、ならびに、前記出力用光導波路間の中心位置に配設
され、かつ、入力端から光の伝搬方向にかけて路幅が漸
減するテーパ光導波路部と該テーパ光導波路部に光接続
される直線光導波路とから成る1本の入力用光導波路を
備えていることを特徴とするので、交互に、一方の電極
から電気信号を導入してその直下に位置する出力用光導
波路における導波モードをカットオフして、0←→1の
スイッチング動作を実現することができる。
As is clear from the above description, the optical switch element of the present invention includes two output optical waveguides arranged parallel to each other and loaded with electrodes for introducing electrical signals. and a tapered optical waveguide portion disposed at a central position between the output optical waveguides and whose path width gradually decreases from the input end to the propagation direction of light, and a straight optical waveguide optically connected to the tapered optical waveguide portion. Since it is characterized by having one input optical waveguide consisting of one electrode, an electric signal is alternately introduced from one electrode and the waveguide mode in the output optical waveguide located directly below it is cut off. Thus, a switching operation of 0←→1 can be realized.

【0027】電気信号が電流である場合、この注入電流
による吸収損失の増大が生ずるが、この現象は電流注入
された出力用光導波路でのみ発現する。しかし、電流注
入された出力用光導波路には光の出力がないほど高い消
光比が得られるのであり、しかも導波モードのカットオ
フ状態における損失増大は、全体の素子には無関係であ
るため、結果として、本発明の素子は高い消光比を示す
ことになる。このことは、わずかな迷光が存在する場合
も、この迷光が吸収されて出力しないので、高消光比で
あることを意味する。
When the electrical signal is a current, absorption loss increases due to the injected current, but this phenomenon occurs only in the output optical waveguide into which the current is injected. However, the extinction ratio is so high that there is no optical output in the output optical waveguide into which current is injected, and the increase in loss in the cut-off state of the waveguide mode is unrelated to the overall device. As a result, the device of the present invention exhibits a high extinction ratio. This means that even if there is a small amount of stray light, this stray light is absorbed and not output, resulting in a high extinction ratio.

【0028】また、この素子は方向性結合器構造になっ
ているため、Y分岐型やX分岐型のような放射損失を生
ずることがなく低損失である。しかも、導波モードのカ
ットオフで動作させるので、偏波や波長に対する依存性
も抑制されることになる。
Furthermore, since this element has a directional coupler structure, it does not cause radiation loss unlike Y-branch type or X-branch type, and has low loss. Moreover, since it is operated at the cutoff of the waveguide mode, dependence on polarization and wavelength is also suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の光スイッチ素子の1例を示す平面パタ
ーン図である。
FIG. 1 is a plan pattern diagram showing an example of an optical switch element of the present invention.

【図2】本発明の光スイッチ素子の要部を示す概略斜視
図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the main parts of the optical switch element of the present invention.

【図3】図1の III−III 線に沿う断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1;

【図4】図1のIV−IV線に沿う断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1;

【図5】本発明の光スイッチ素子のスイッチング特性を
示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing switching characteristics of the optical switch element of the present invention.

【図6】本発明の光スイッチ素子の他の例を示す平面パ
ターン図である。
FIG. 6 is a plan pattern diagram showing another example of the optical switch element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  出力用光導波路 1a  出力用光導波路1の一方の端部2  出力用光
導波路 2a  出力用光導波路2の一方の端部3,4  曲線
光導波路 5,6  直線光導波路(出力端) 7,8  電気信号導入用電極 7a,8a  電極 9  入力用光導波路 9a  入力用光導波路9の入力端 9b  テーパ光導波路部 9c  直線光導波路部 10  下部電極 11  基板 12  バッファ層 13  下部クラッド層 14  コア層 15  上部クラッド層 15a  クラッド 15b  クラッド 16  キャップ 17  絶縁膜 18  窓 a  テーパ光導波路部9bの入力端の路幅b  テー
パ光導波路部9bのL地点における路幅L  テーパ光
導波路部9bの長さ W  出力用光導波路1,2の路幅 S  出力用光導波路1,2の路幅中心間の距離g  
光導波路の高さ
1 Output optical waveguide 1a One end of output optical waveguide 1 2 Output optical waveguide 2a One end of output optical waveguide 2 3, 4 Curved optical waveguide 5, 6 Straight optical waveguide (output end) 7, 8 Electric signal introduction electrodes 7a, 8a Electrode 9 Input optical waveguide 9a Input end 9b of input optical waveguide 9 Tapered optical waveguide section 9c Straight optical waveguide section 10 Lower electrode 11 Substrate 12 Buffer layer 13 Lower cladding layer 14 Core layer 15 Upper cladding layer 15a Cladding 15b Cladding 16 Cap 17 Insulating film 18 Window a Path width b at the input end of the tapered optical waveguide section 9b Path width L at point L of the tapered optical waveguide section 9b Length W of the tapered optical waveguide section 9b For output Path width S of optical waveguides 1 and 2 Distance g between path width centers of output optical waveguides 1 and 2
Optical waveguide height

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  互いに平行に配設され、かつ、電気信
号導入用の電極が装荷されている2本の出力用光導波路
、ならびに、前記出力用光導波路間の中心位置に配設さ
れ、かつ、入力端から光の伝搬方向にかけて路幅が漸減
するテーパ光導波路部と該テーパ光導波路部に光接続さ
れる直線光導波路とから成る1本の入力用光導波路を備
えていることを特徴とする半導体光スイッチ素子。
1. Two output optical waveguides arranged parallel to each other and loaded with electrodes for introducing electrical signals, and arranged at a central position between the output optical waveguides, and , comprising one input optical waveguide consisting of a tapered optical waveguide portion whose path width gradually decreases from the input end in the light propagation direction, and a straight optical waveguide optically connected to the tapered optical waveguide portion. Semiconductor optical switch device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0869387A1 (en) * 1997-04-02 1998-10-07 Akzo Nobel N.V. Optical switch
JP2010169945A (en) * 2009-01-23 2010-08-05 Hiroshima Univ Optical waveguide switch

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