JPH0576614B2 - - Google Patents

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JPH0576614B2
JPH0576614B2 JP58141338A JP14133883A JPH0576614B2 JP H0576614 B2 JPH0576614 B2 JP H0576614B2 JP 58141338 A JP58141338 A JP 58141338A JP 14133883 A JP14133883 A JP 14133883A JP H0576614 B2 JPH0576614 B2 JP H0576614B2
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JP
Japan
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optical
optical waveguide
waveguide
layer
light
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JP58141338A
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JPS6032029A (ja
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Hiromoto Serizawa
Tetsuo Yanai
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • GPHYSICS
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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
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    • G02F1/3135Vertical structure

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 半導体レーザの室温連続発振や単一モード化の
進歩とガラスフアイバの低損失化によつて光通信
は各所で実用化されるに至つている。更に、分岐
器、分波合波器、スイツチなどの受動要素部品の
開発と相まつてより複雑な光システムが実用化さ
れようとしている。また、半導体レーザも単一モ
ード化が進み、より高品質なレーザ光が得られる
ようになつてきた。このような光技術の進歩はSi
半導体における電気回路の集積化と同様に光回路
の集積化が指向されている。しかし、現状は集積
化においては基礎研究段階であり、実用化にはま
だ数多くの技術開発を必要とする。
本発明にかかる光アクセスカプラは一次元ある
いは2次元状の任意の点で光を外部にとり出すも
のであり、光集積化における1つの要素素子とな
るものである。このような素子を基本構成として
数多くの機能素子を構成することができる。可変
多分岐器,光分波・合波器,スイツチ,変調器,
光更換器,多極光スイツチ,光スキヤナ,可変波
長フイルタ,光シリアルパラレル変換器,データ
ウエイ用ノード素子などあるいはこれらの複合集
積化素子として発展させることができる。これら
の素子の実現によつて、光の特性を生かした、電
気的誘導障害を受けない、高速,高信頼な素子,
機器,システムの実現がはかれる。
従来例の構成とその問題点 従来このような導波路状の方向性結合器は主に
LiNbO3のような誘電体単結晶上で平面状に構成
された2本の導波路間で実験質的に実現されてい
る。第1図にその1例を示す。1はLiNbO3
板、2,3はTi拡散によつて作られた光導波路、
6は導波路に電界が加えられるように形成された
電極を示す。光導波路端2より入射された光は電
極6に印加される電圧によつて端部5あるいは6
に導波される。従つて第1図の構造はスイツチ作
用あるいは分岐作用をもつことになる。
このような方向性結合器はLiNbO3ばかりでな
く、LiTaO3,GaAsなどの材料においてなされ
ている。一方、積層状に構成された光導波路にお
いて、同様な方向性結合器は理論的な検討はなさ
れているが、実現されるところにまで至つていな
い。また、外部光取り出し用方向変換部は、一般
的には導波路端部より取り出す以外は導波路上に
グレーテイングを構成する方法、あるいは導波路
に光フアイバ等の別の光導波部を接触させる方法
などが取られている。
発明の目的 本発明は、面積が小さく、導波路を完全に分離
でき、レーザ光源や受光素子との一体化の容易な
光アクセスカプラを有する光集積回路を得ること
を目的とする。
発明の構成 本発明は化合物半導体基板上にクラツド層では
さまれた第1の光導波路層をもち、この第1の光
導波路層上に第1の光導波路層のクラツド層を共
有して積層状に第2の光導波路層を構成し、更に
第2の光導波路層上に電圧印加するための電極を
有する積層状方向性結合器と導波路外に光を取り
出すための光方向変換部によつて構成される光ア
クセスカプラを1次元あるいは2次元状に配列す
ることによつて構成される光集積回路を特徴とす
るものである。すなわち、本発明は化合物半導体
で積層状に構成された複数の光導波路上に光の伝
搬路の選択あるいは分岐量の制御用電極を有し、
更に光を導波路外に取り出す光方向変換部を有す
る一体型のアクセスカプラを提供するものであ
る。
実施例の説明 本発明に用いる積層導波路形アクセスカプラを
第2図に示す。基板14上にクラツド層9,1
1,13にはさまれた光導波路10,12を構成
し、7,15は電極を、8は外部に光を取り出す
ための方向変換部を示す。光導波路10,12は
クラツド層に比べて屈折率が高くなつている。光
導波路12に入射した単一モードの光16は電極
7,15間に電圧印加されないときはl1のごとく
直進し、電圧印加されると導波路10にl2のごと
く光が分岐あるいはスイツチされる。更に、導波
路10中を伝搬する光は方向変換部8の所でl3
ごとく外部に取り出される。光の伝送路を選択あ
るいは分岐する方向性結合器部は外部より導波路
に何らかの力を加えることによつて導波路の屈折
率を実効的に変化させて、2つの導波路間の光の
結合度をかえることにより光路を選択する。
化合物半導体においては屈折率は注入キヤリ
ア、電圧印加によるポツケルス効果あるいは内部
歪などによつて変化する。ここではポツケルス効
果で説明する。第2図において、導波路厚さを
a、間隔をd、導波路およびクラツド層の屈折率
を各々n2,n1とすると、導波路12に励振された
光が導波路10に完全に結合されるに必要な長さ
L(結合長)とすると、近似的に (L/λ)46×(a/λ)4×n1(n1 2−n2 2)e2.66
×
/a で示される。
あらかじめ導波路12,10の光の位相速度β1
とβ2をずらしておき、電圧を印加することでポツ
ケルス効果により、β1=β2にし、光スイツチング
を行なうとすると、印加電圧(V)=0において
Δβ=β1−β2、結合係数をCで表し、Δβ/C=√
12なる関係でスイツチさせることができる。基板
材料として、化合物半導体を仮定し、結晶方位を
選択し、印加電圧をE、ポツケルス定数をγ41
表わすと、 Δn=1/2n1 3γ41E 従つて、導波路12より導波路10に完全にス
イツチするのに要する電界Esは次式で示される。
Es24×106×(a/λ)4×e−2.66×da/n1 4(n
1 2−n2 2)〔V/μm〕 このように、ポツケルス効果を使うことによつ
て実効的な屈折率を制御し、積層状の方向性結合
器を構成することができる。
導波路10にはポツケルス効果用電極に隣接し
てグレーテイング等の外部への光の取り出し部が
設けられている。導波路10を伝搬する光l2は外
部光取り出し部8でl3のごとく素子外に導かれ
る。
従つて、第2図の構造では導波路12に入射し
た光は電極に電圧印加のないときにはそのまま導
波路12を伝搬していくが、電圧印加されたとき
にのみ導波路10に光はスイツチされ、更に外部
に光は取り出される。
本発明の一実施例の光集積回路を第3図に示
す。n型InP半導体基板18上にn型InPクラツ
ド層19がエピタキシヤル成長され、その上にn
型InxGa1-xAsyP1-yよりなる第1の光導波路層2
0が格子整合をとつた型でエピタキシヤル成長さ
れている。さらにn型InP層21、n型InxGa1-x
AsyP1-yよりなる第2の光導波路層、P型InPク
ラツド層23が成長される。24はSiO2などの
誘導体あるいはその上に金属等を重ねて構成され
る反射体でV型溝上第2光導波部まで形成されて
いる。25,17は電極である。
第1光導波路を伝搬してきた光26は電極2
5,17間にP−n接合が逆バイアスとなるよう
に電圧印加されると、一部または全部の光l2が第
2光導波路22に移動される。第2光導波路層2
2に入つた光は反射体24によつて基板InP方向
に反射され結晶外に光がl3取り出される。反射体
24はV溝による方法だけでなくグレーテイング
を形成することにより基板と反対側の外部に光を
取り出すこともできる。その他、グレーテイング
においては光の波長ごとに取り出す位置をかえる
ことも可能となる。また、反射体24の部分に受
光素子を直接構成することによつて外部に電気信
号として取り出すこともできる。第4図にその構
成例を示す。
第4図は光導波路の一部に受光素子を取りつけ
たものであり、n型InxGa1-xAsyP1-yよりなる第
2の光導波路層22の上にIn−Ga−Asあるいは
In−Ga−As−P系のP型層28が形成されてお
り、P−nヘテロ接合を形成し、導波路層22を
伝搬する光は電気信号に変換される。同様に第1
の光導波路20にレーザ等の光源をも一体として
取り付けることも可能となる。
第5図にこのような光アクセスカプラを一次元
状に配列した場合を示す。外部へ取り出す光方向
変換部としてグレーテイングで示してある。第1
光導波路19中を伝搬する光は任意の電極25に
電圧印加することによつて任意の場所より光を外
部に取り出すことができる。
また、第6図はマトリツクス状のランダムアク
セスカプラを示す。第1導波路に入射した光30
は電極31に電圧が印加されたときにのみ第2導
波路に光は伝搬し、エツチング等で形成されたミ
ラー33によつて方向を換えられる。方向変換さ
れた光は電極32に電圧印加されたときにのみ再
び第2導波路に光は伝搬し、次の素子へ伝搬する
が電極32に電圧が印加されないときは方向変換
部34によつて素子外部に光を取り出すことがで
きる。このように積層状導波路上に方向変換用ミ
ラーと導波路選択用電極を適当に配列することに
よつて2次元状の任意の点より光信号を取り出す
ことができる。
発明の効果 第1図に示されている平面型方向性結合器に代
表されるスイツチは光フアイバ等の外部へ光を取
り出すためには導波路を曲率をもたす必要があ
り、直角に曲げるのに約数mmの長さを要し、一次
元状にアレイ化するためには大面積を必要とす
る。更に、2次元状にマトリツクス化することは
非常に困難であり、面積も広く必要となる。一方
本発明は積層状に方向性結合器が構成されており
面積的に少なくすむほか、V溝等の方向変換部の
採用によつて2本の導波路を完全に分離でき、ク
ロストークを小さくできるほか小面積にまとめる
ことができる。更に、化合物半導体では構成され
るために、レーザ光源や受光素子と一体化された
構成をとることができる等のすぐれた特長を有し
ている。
【図面の簡単な説明】
第1図は平面形方向性結合器の構成概観図、第
2図は本発明に用いる積層導波路形アクセスカプ
ラの断面図、第3図は本発明の一実施例のアクセ
スカプラの外観図、第4図は本発明の他の実施例
の光アクセスカプラの外観図、第5図は本発明を
用いた一次元光ランダムアクセスカプラの断面
図、第6図は本発明を用いた二次元光ランダムア
クセスカプラの概略図である。 18……InP基板、19,23……InPクラツ
ド層、20……第1の光導波路層、24……第2
の光導波路層、24……反射体、17,25,2
8,29,31,32……電極、26……光。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 化合物半導体基板上にクラツド層ではさまれ
    た第1の光導波路層を有し、前記第1の光導波路
    層上に前記第1の光導波路のクラツド層を共有し
    て積層状に第2の光導波路層を構成し、前記クラ
    ツド層、前記第1の光導波路、前記第2の光導波
    路は化合物半導体で形成され、特に前記第1の光
    導波路、前記第2の光導波路はヘテロ接合による
    化合物で形成され、前記第2の光導波路上にこの
    光導波路とは反対導電型の化合物半導体層を形成
    し、前記化合物半導体層に電圧を印加して屈折率
    を制御する電極を有する積層状方向性結合器と前
    記導波路外に光を取り出すための前記第2の光導
    波路のみにV字型溝構成あるいはエツチングミラ
    ー構成の光方向変換部を同一のチツプ内に構成す
    ることにより光アクセスカプラを1次元あるいは
    2次元状に配列してなる光集積回路。
JP58141338A 1983-08-01 1983-08-01 光集積回路 Granted JPS6032029A (ja)

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JP58141338A JPS6032029A (ja) 1983-08-01 1983-08-01 光集積回路

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JPS6032029A JPS6032029A (ja) 1985-02-19
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Families Citing this family (3)

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