JPH04308820A - 光スイッチ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体から成る導波路型
の光スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】４ポート光スイッチとしては、図１７で
示したような構造のものが提案されている（特願平１−
１３７８２７号公報参照）。この４ポート光スイッチは
、半導体基板１の上に、半導体で構成した４本の光導波
路２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを互いに交差して配置し、そ
の交差部に同じく半導体で構成した２入力・２出力（以
下、２×２という）光スイッチ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
を形成し、光導波路２ａと２ｂの間、光導波路２ｃと２
ｄの間をそれぞれ光ファイバ４ａ，４ｂで接続してルー
プバック構造にしたものである。

【０００３】また、特願平１−３０６１５７号公報では
、図１８で示したような構造の４ポート光スイッチが提
案されている。この４ポート光スイッチは、半導体基板
５の上に、半導体から成る２×２光スイッチ６を形成し
、この２×２光スイッチの両脇に、同じく半導体から成
る１入力・２出力（以下、１×２という）光スイッチ７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを図のように配置し、これら光ス
イッチの間を半導体で構成した導波路型の光導波路８ａ
，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆで接続した構造になっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した４ポート光ス
イッチは、いずれも、半導体基板１または５の両端に、
２個ずつの光ポートが存在していてここから光が入・出
射する。したがって、これらの光ポートのそれぞれに光
ファイバを接続する場合には、その振り分けが困難であ
る。

【０００５】また、前者の４ポート光スイッチを例えば
多心コネクタのテープファイバの端末に接続する場合、
図１９で示したように、光導波路２ｃ，２ｄの各光ポー
トに、２本のテープファイバ５ａ，５ｂを接続し、更に
それらのテープファイバに別のテープファイバ９ａ，９
ｂを融着接続して、全ての光ポートを光スイッチの一方
の端部に配置して１本のテープファイバにすることが必
要である。

【０００６】本発明は、上記した４ポート光スイッチに
おける問題を解決し、半導体基板の１方の端部に４本の
光ポートの全てを形成した４ポート光スイッチと、それ
を多数個集積して、一方の端部に多数の光ポートの全て
が配置されている多ポート光スイッチの提供を目的とす
る。

【０００７】

【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、半導体基板の一方の端部か
ら他方の端部に配置された１本の光導波路と、同じく半
導体基板の一方の端部から他方の端部に互いに並行して
配置された２本の光導波路とが交差して２個の２×２光
スイッチが形成され、前記２本の光導波路は半導体基板
の前記他方の端部で接続され、前記１本の光導波路は、
半導体基板の前記他方の端部で、前記半導体基板の一方
の端部から他方の端部へ配置された１本の独立光導波路
と接続され、４本の前記光導波路の光ポートが全て前記
半導体基板の前記一方の端部に配置されていることを特
徴とする４ポート光スイッチが提供され、また、前記４
ポート光スイッチの複数個を半導体基板に集積し、前記
半導体基板の一方の端部に全ての光ポートが配置されて
いることを特徴とする多ポート光スイッチが提供される
。

【０００８】

【作用】本発明の光スイッチの場合、全ての光ポートが
一方の端部にのみ配置されているので、１本のテープフ
ァイバで、光の入・出射端を形成することができるよう
になる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は、本発明の４ポート光スイッ
チの基本構成を示す概略平面図である。図において、半
導体から成る半導体基板１１の上には、その一方の端部
１１ａから他方の端部１１ｂに向かって、１本の光導波
路１２と、互いに並行する２本の光導波路１３，１４が
配置され、光導波路１２と光導波路１３，光導波路１２
と光導波路１４は、それぞれ交差し、この交差部に図の
点線で囲んだ領域で示される２×２光スイッチＳ１　，
Ｓ２　が形成されている。

【００１０】また、半導体基板１１の上には、その一方
の端部１１ａから他方の端部１１ｂにかけて、上記した
３本の光導波路１２，１３，１４，と交差することなく
、１本の独立光導波路１５が形成されている。そして、
光導波路１２の光ポート１２ａ，１２ｂのうち、光ポー
ト１２ｂは光導波路１５の光ポート１５ａ，１５ｂのう
ちの光ポート１５ｂと光ファイバ１６ａで接続され、ま
た光導波路１３の光ポート１３ａ，１３ｂのうちの光ポ
ート１３ｂは、光導波路１４の光ポート１４ａ，１４ｂ
のうちの光ポート１４ｂと光ファイバ１６ｂで接続され
、それぞれがループバック構造になっている。したがっ
て、４個の光ポート１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａは
いずれも半導体基板１１の一方の端部１１ａに配置され
ている。

【００１１】ここで、これらの光導波路１２，１３，１
４，１５はいずれも半導体で構成された導波路であって
、導波路断面を表す図２で示すように、例えば、その下
面にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成る下部電極１７が形成さ
れているｎ＋　ＧａＡｓから成る基板１８の上に、例え
ばＭＯＣＶＤ法を適用して、ｎ＋　ＧａＡｓから成るバ
ッファ層（厚み０．５μｍ）１９、ｎ＋　Ａｌ０．１　
Ｇａ０．９　Ａｓから成る下部クラッド層（厚み３．０
μｍ）２０、ｎ−　ＧａＡｓから成るコア層（厚み０．
９μｍ）２１を順次積層し、更に前記コア層２１の上に
、ｎ−　Ａｌ０．１　Ｇａ０．９　Ａｓから成る上部ク
ラッド層（厚み０．８μｍ）２２、ｎ−　ＧａＡｓから
成るキャップ層（厚み０．２μｍ）２３を順次積層して
リッジ状の導波路を形成したのち、その全面をＳｉＯ２
　のような絶縁膜２４で被覆して形成されている。

【００１２】２×２光スイッチＳ１　，Ｓ２　は、光導
波路１２と光導波路１３（Ｓ２　の場合は、光導波路１
４）との交差部に、図３の概略平面図で示したように、
４個の１×２光スイッチｓ１　，ｓ２　，ｓ３　，ｓ４
　を配置することによって形成される。これらの１×２
光スイッチｓ１　，ｓ２　，ｓ３　，ｓ４　も半導体で
構成されていて、例えば、全反射型光スイッチ，Ｙ分岐
型光スイッチ，方向性結合器型光スイッチなどを用いる
ことができる。

【００１３】まず、全反射型光スイッチを、概略平面図
として図４に、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図として図５
に示す。この光スイッチでは、２本の光導波路がＸ字形
に交差していて、この交差部に電極２５が装荷されてい
る。２本の光導波路は図２で示したと同様の断面構造を
有する導波路であり、そしてその交差部においては、絶
縁膜２４の一部をスリット状に除去して窓２４ａを形成
し、ここから例えばＺｎを上部クラッド層２２の中にコ
ア層２１との界面にまで拡散してＺｎ拡散域２６を形成
したのち、窓２４ａに例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着し
て電極２５が装荷されている。

【００１４】例えば、図４の光スイッチが図３における
光スイッチｓ１　であるとすると、光導波路Ａ−光導波
路Ｃの光路が光導波路１２に相当し、また光導波路Ｂが
図３における光導波路１２’に相当している。この光ス
イッチにおいて、電極２５を動作させることなく、光導
波路Ａから光を入射すると、光は直進して光導波路Ｃか
ら出射する。しかし、電極２５から所定値の電流を注入
すると、Ｚｎ拡散域２６の屈折率が低下してその部分に
全反射面が発現するので、光導波路Ａに入射した光は交
差部で反射して光導波路Ｂへと光路変更する。すなわち
、電極２５への電流注入のオン−オフ動作により、スイ
ッチング機能が発現する。

【００１５】図３に則して説明すると、電極２５を動作
しない場合は、光ポート１２ａから入射した光は光導波
路１２を直進して光ポート１２ｂから出射する。そして
、電極２５を動作すると光ポート１２ａに入射した光は
、光スイッチｓ１　で光路変更して光導波路１２’を伝
搬し、光スイッチｓ４　を通って光導波路１３ｂから出
射していく。

【００１６】つぎに、Ｙ分岐型光スイッチの概略平面図
を図６に、その断面構造を図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿
う断面図として図７に示す。この光スイッチでは、光導
波路Ａが所定の角度でＹ字形に分岐して２本の光導波路
Ｂ，Ｃを形成し、分岐部近傍の各光導波路Ｂ，Ｃの上に
電極２５ａ，２５ｂがそれぞれ装荷されている。これら
各光導波路Ａ，Ｂ，Ｃの断面構造の基本構成は、図２で
示した導波路の場合と基本的に同じであるが、その絶縁
膜２４の一部を適宜な広さで除去して窓２４ａを形成し
、ここからＺｎを上部クラッド層２２の一部に拡散して
Ｚｎ拡散域２６を形成したのち、ここに例えばＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕを蒸着して電極２５ａ，２５ｂを装荷した構造
になっている。

【００１７】この光スイッチにおいては、電極２５ａ，
２５ｂを無駆動状態にして光導波路Ａから光を入射する
と、等しい出力の光が光導波路Ｂ，Ｃからそれぞれ出射
する。しかし、電極２５ａのみから所定値の電流を注入
すると、電極２５ａ直下の光導波路Ｂの部分の屈折率の
全体が低下して、光導波路Ｂにおける光のモードはカッ
トオフされるので、光導波路Ａに入射した光の全ては、
光導波路Ｃにのみ伝搬してそこから出射する。つぎに、
電極２５ａを無駆動にし、電極２５ｂのみから所定値の
電流を注入すると、今度は光導波路Ｃがモードカットオ
フ状態になり、光は光導波路Ｂにのみ伝搬してそこから
出射する。すなわち、電極２５ａ，２５ｂへの電流注入
を交互に行なえば、光導波路Ａに入射した光は、光導波
路Ｂ、光導波路Ｃへと交互に光路変更して出射するので
、ここにスイッチング動作が発現する。

【００１８】方向性結合器型光スイッチの概略平面図を
図８に、その断面構造を図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面
図として図９に示す。この光スイッチでは、２本の導波
路がそのエバネッセント結合部において平行配置され、
各導波路の上には結合部の全長に亘り電極２５ａ，２５
ｂが装荷されている。結合部における導波路の基本構成
は、図９で示したように、例えば、その下面にＡｕＧｅ
Ｎｉ／Ａｕから成る下部電極１７が形成されているｎ＋
　ＧａＡｓから成る基板１８の上に、例えばＭＯＣＶＤ
法を適用して、ｎ＋　ＧａＡｓから成るバッファ層１９
、ｎ＋　Ａｌ０．１　Ｇａ０．９　Ａｓから成る下部ク
ラッド層２０、ｎ＋　ＧａＡｓから成るコア層２１を順
次積層し、更に前記コア層２１の上に、ｎ＋　Ａｌ０．
１　Ｇａ０．９　Ａｓから成る上部クラッド層２２ａ、
ｐ＋　Ａｌ０．１　Ｇａ０．９　Ａｓから成る上部クラ
ッド層２２ｂ、ｐ＋　ＧａＡｓから成るキャップ層２３
を順次積層してリッジ状の導波路を形成したのち、その
全面をＳｉＯ２　のような絶縁膜２４で被覆し、ついで
、絶縁膜２４の一部を長手方向にスリット状に除去して
窓２４ａ，２４ａを形成したのち、ここにＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕを蒸着して電極２５ａ，２５ｂを装荷したものであ
る。

【００１９】この光スイッチにおいては、電極２５ａ，
２５ｂを無駆動状態にして光導波路Ａから光を入射する
と、結合部の導波路間ではクロス状態が発現して、光は
光導波路Ｃに結合しそこから出射する。そして、電極２
５ａのみから所定値の電圧を印加すると、電極２５ａ直
下の導波路で電気光学効果が発現して、結合部の導波路
間はスルー状態に転換するので、光は光導波路Ｂからの
み出射する。すなわち、電極２５ａ，２５ｂからの電圧
印加動作によって、光導波路Ａからの光を光導波路Ｂま
たは光導波路Ｃから出射させることができ、ここにスイ
ッチング動作が発現する。

【００２０】なお、図４と図５、図６と図７、図８と図
９で示した各光スイッチは、いずれも、コア層２１が２
次元的に広がっている半導体層であるが、本発明で使用
する１×２光スイッチはこの態様に限定されるものでは
なく、例えば図１０の断面図で示したように、コア層２
１をクラッド層内に埋込み、上部クラッド層２２に前記
と同じようなＺｎ拡散域２６を形成した埋込み型のもの
であってもよい。

【００２１】つぎに、作用を説明する。まず、全ての光
スイッチを動作しない場合は、図１において、光ポート
１２ａ−２×２光スイッチＳ１　−２×２光スイッチＳ
２　−光導波路１２−光ポート１２ｂ−光ファイバ１６
ａ−光ポート１５ｂ−光導波路１５−光ポート１５ａの
光路と、光ポート１３ａ−２×２光スイッチＳ１　−光
導波路１３−光ポート１３ｂ−光ファイバ１６ｂ−光ポ
ート１４ｂ−２×２光スイッチＳ２　−光導波路１４−
光ポート１４ａの光路とが形成される。

【００２２】また、２×２光スイッチＳ１　のみを動作
させると、光ポート１２ａ−２×２光スイッチＳ１　−
光導波路１３−光ポート１３ｂ−光ファイバ１６ｂ−光
ポート１４ｂ−２×２光スイッチＳ２　−光導波路１４
−光ポート１４ａの光路と、光ポート１３ａ−２×２光
スイッチＳ１　−光導波路１２−２×２光スイッチＳ２
　−光ポート１２ｂ−光ファイバ１６ａ−光ポート１５
ｂ−光導波路１５−光ポート１５ａの光路が形成される
。

【００２３】２×２光スイッチＳ２　のみを動作すると
、光ポート１２ａ−２×２光スイッチＳ１　−光導波路
１２−２×２光スイッチＳ２　−光導波路１４−光ポー
ト１４ｂ−光ファイバ１６ｂ−光ポート１３ｂ−光導波
路１３−２×２光スイッチＳ１　−光ポート１３ａの光
路と、光ポート１４ａ−２×２光スイッチＳ２　−光導
波路１２−光ポート１２ｂ−光ファイバ１６ａ−光ポー
ト１５ｂ−光導波路１５−光ポート１５ａの光路が形成
される。。

【００２４】すなわち、任意の２個の光ポートが接続可
能となる。図１１は外の実施例を示す概略平面図である
。この４ポート光スイッチは、光導波路１２の光ポート
１２ｂと光導波路１５の光ポート１５ｂ、および光導波
路１３の光ポート１３ｂと光導波路１４の光ポート１４
ｂが、それぞれ図１２で示したように、例えば塩素ガス
による反応性イオンビームエッチング法で形成される反
射面２７，２７を介して接続された構造になっている。

【００２５】この４ポート光スイッチにおいては、光導
波路１２（１３）から光ポート１２ｂ（１３ｂ）に伝搬
してきた光は反射面２７，２７で全反射して、光ポート
１５ｂ（１４ｂ）に入射し、光導波路１５（１４）を伝
搬して光ポート１５ａ（１４ａ）から出射していく。図
１３は別の実施例を示す概略平面図で、この４ポート光
スイッチでは、光導波路１２の光ポート１２ｂと光導波
路１５の光ポート１５ｂ，光導波路１３の光ポート１３
ｂと光導波路１４の光ポート１４ｂが、それぞれ、曲が
り導波路２８，２８で接続されている。

【００２６】図１４は、更に別の実施例を示す概略平面
図である。この４ポート光スイッチは、図１１で示した
光スイッチの各光導波路１２，１３，１４，１５に、そ
れぞれ、半導体光増幅器２９を介装したものである。な
お、これら半導体光増幅器の介装個所は、図１４で示し
た位置に限定されるものではなく、光が伝搬する任意の
位置に配置すればよい。

【００２７】この半導体光増幅器の断面構造は、図１５
で示したように、例えば、その下面にＡｕＧｅＮｉ／Ａ
ｕから成る下部電極１７が形成されているｎ＋　ＧａＡ
ｓから成る基板１８の上に、例えばＭＯＣＶＤ法を適用
して、ｎ＋　ＧａＡｓから成るバッファ層１９、ｎ＋　
Ａｌ０．１　Ｇａ０．９　Ａｓから成る下部クラッド層
２０、ｎ−　ＧａＡｓから成るコア層２１を順次積層し
、更に前記コア層２１の上に、ｎ−　Ａｌ０．１　Ｇａ
０．９　Ａｓから成る上部クラッド層２２、ｎ−　Ｇａ
Ａｓから成るキャップ層２３を順次積層してリッジ状の
導波路を形成したのち、その全面をＳｉＯ２　のような
絶縁膜２４で被覆し、ついで、絶縁膜２４の一部を除去
して窓２４ａを形成したのち、ここからＺｎをコア層２
１に到るまで拡散して上部クラッド層２２のリッジ部の
全体をＺｎ拡散域２６にし、更にこの上にＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕを蒸着して電極２５を装荷したものである。

【００２８】図１４で示した４ポート光スイッチは、各
光導波路に前記したような半導体光増幅器２９が介装さ
れているので、光通信システムに組込んだときの光の挿
入損失を小さくすることができる。図１９は、図１１で
示した４ポート光スイッチの複数個（図では４個）を１
枚の半導体基板に集積化した１６ポート光スイッチの概
略平面図である。この１６ポート光スイッチでは、１６
個の全ての光ポートが一方の端部に配置されている。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなよう、本発明の４
ポート光スイッチは、半導体基板の一方の端面に４個の
光ポートが配置され、２×２光スイッチＳ１，Ｓ２　を
動作して任意の２つの光ポートを接続することができる
。 したがって、１本のテープファイバで入・出力端を形成
することができる。また、この４ポート光スイッチを集
積することにより、一方の端面に全ての光ポートが配置
された多ポート光スイッチにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の４ポート光スイッチの基本構成を示す
概略平面図である。

【図２】本発明の４ポート光スイッチの導波路の断面構
造を示す断面図である。

【図３】本発明で用いる２×２光スイッチの構成例を示
す概略平面図である。

【図４】本発明の４ポート光スイッチに用いる全反射型
の１×２光スイッチを示す概略平面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】本発明の４ポート光スイッチに用いるＹ分岐型
の１×２光スイッチを示す概略平面図である。

【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。

【図８】本発明の４ポート光スイッチに用いる方向性結
合器型の１×２光スイッチを示す概略平面図である。

【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

【図１０】埋込み型導波路の断面構造を示す断面図であ
る。

【図１１】半導体基板の他方の端部における各光導波路
の光ポートが反射面を有する導波路で接続された状態を
示す概略平面図である。

【図１２】反射面を有する導波路例を示す概略平面図で
ある。

【図１３】本発明の４ポート光スイッチの他の例を示す
概略平面図である。

【図１４】半導体光増幅器を組込んだ本発明の４ポート
光スイッチの例を示す概略平面図である。

【図１５】半導体光増幅器の断面構造を示す断面図であ
る。

【図１６】本発明の４ポート光スイッチを集積化した多
ポート光スイッチを示す概略平面図である。

【図１７】従来の４ポート光スイッチを示す概略平面図
である。

【図１８】従来の他の４ポート光スイッチを示す概略平
面図である。

【図１９】図１７の４ポート光スイッチを集積化した光
スイッチを示す概略平面図である。

【符号の説明】

１　　半導体基板 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ　　光導波路 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ　　２×２光スイッチ４ａ，４
ｂ　　光ファイバ ５　　半導体基板 ６　　２×２光スイッチ ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ　　１×２光スイッチ８ａ，８
ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ　　光導波路９ａ，９ｂ，
　　テープファイバ １１　　半導体基板 １１ａ　　半導体基板１１の一方の端部１１ｂ　　半導
体基板１１の他方の端部１２　　光導波路 １２ａ，１２ｂ　　光導波路１２の光ポート１２’　　
光導波路 １３　　光導波路 １３ａ，１３ｂ　　光導波路１３の光ポート１４　　光
導波路 １４ａ，１４ｂ　　光導波路１４の光ポート１５　　独
立光導波路 １５ａ，１５ｂ　　独立光導波路１５の光ポート１６ａ
，１６ｂ　　光ファイバ １７　　下部電極 １８　　半導体基板 １９　　バッファ層 ２０　　下部クラッド層 ２１　　コア層 ２２，２２ａ，２２ｂ　　上部クラッド層２３　　キャ
ップ層 ２４　　絶縁膜 ２４ａ　　窓 ２５，２５ａ，２５ｂ　　電極 ２６　　Ｚｎ拡散域 ２７　　反射面 ２８　　曲がり光導波路 ２９　　半導体光増幅器 Ｓ１　，Ｓ２　　　２×２光スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板の一方の端部から他方の端
   部に配置された１本の光導波路と、同じく半導体基板の
   一方の端部から他方の端部に互いに並行して配置された
   ２本の光導波路とが交差して２個の２入力・２出力光ス
   イッチが形成され、前記２本の光導波路は半導体基板の
   前記他方の端部で接続され、前記１本の光導波路は半導
   体基板の前記他方の端部で、前記半導体基板の一方の端
   部から他方の端部へ配置された１本の独立光導波路と接
   続され、４本の前記光導波路の光ポートが全て前記半導
   体基板の前記一方の端部に配置されていることを特徴と
   する４ポート光スイッチ。
2. 【請求項２】　　前記各光導波路に半導体光増幅器が配
   置されている請求項１の４ポート光スイッチ。
3. 【請求項３】　　請求項１の４ポート光スイッチの複数
   個を半導体基板に集積し、前記半導体基板の一方の端部
   に全ての光ポートが配置されていることを特徴とする多
   ポート光スイッチ。