JPH0659294A - Waveguide type optical switch - Google Patents
Waveguide type optical switchInfo
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- JPH0659294A JPH0659294A JP21527792A JP21527792A JPH0659294A JP H0659294 A JPH0659294 A JP H0659294A JP 21527792 A JP21527792 A JP 21527792A JP 21527792 A JP21527792 A JP 21527792A JP H0659294 A JPH0659294 A JP H0659294A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、クロストーク特性の優
れた製作性のよい導波路形光スイッチに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical switch having excellent crosstalk characteristics and good manufacturability.
【0002】[0002]
【従来の技術】光変調や半導体導波路形光スイッチに適
用する光デバイスとして、多重量子井戸(Multip
le Quantum Well:以下、MQWと略
す)半導体材料を用いたものがある。これらの材料は大
きな量子井戸閉じ込め効果(Quantum Conf
ined Stark Effect:以下、QCSE
と略す)に起因する電気光学効果を有しているので、高
効率で小形の光変調器や導波路形光スイッチ等種々の光
デバイスを実現できるなどの特徴があり、これらの光デ
バイスの研究が進められている。2. Description of the Related Art As an optical device applied to optical modulation or a semiconductor waveguide type optical switch, a multiple quantum well (Multiply well) is used.
le Quantum Well: hereinafter abbreviated as MQW). These materials have a large quantum well confinement effect (Quantum Conf
ined Stark Effect: QCSE
Since it has an electro-optical effect due to (abbreviation), it has the characteristics that it can realize various optical devices such as highly efficient and small optical modulators and waveguide type optical switches. Research on these optical devices Is being promoted.
【0003】図8は、MQWを用いた従来の方向性結合
器形光スイッチの斜視図であり、図9は図8のAA′線
断面図である。図中、1はp側電極、2はp+ −InG
aAsキャップ層、3はp−InPクラッド層、4はi
−InPクラッド層、5はi−MQW層、6はn−In
P基板、7はn側電極、9は電気的分離溝である。ここ
で、MQW層5は、InGaAlAsウェル9nm、I
nAlAsバリア5nmでヘビーホールエキシトン(H
eavy−hole exciton)の吸収ピークを
1.44μmに設定でき、1.55μmの波長でスイッ
チング動作させることができる。図8中のIは光入力
部、IIは光スイッチ部、IIIは光出力部である。こ
れを動作させるには、p側電極1とn側電極7との間に
電界を加えればよい。つまり、この光スイッチでは、導
波路に直接電界を印加し、MQW構造に起因する電気光
学効果により、光の吸収係数が長波長側に少しシフトす
る。吸収係数が変化するとクラマース−クローニヒの関
係から屈折率が変化し、これに伴い導波路の屈折率を変
えスイッチングを行う構造である。なお、i−MQW層
5の形成材料としてはQCSEを有する材料以外にフラ
ンツーケルディシュ効果を有するi−InGaAsPな
どバルク材料でもよい。FIG. 8 is a perspective view of a conventional directional coupler type optical switch using MQW, and FIG. 9 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. In the figure, 1 is a p-side electrode, 2 is p + -InG
aAs cap layer, 3 is p-InP clad layer, 4 is i
-InP clad layer, 5 is i-MQW layer, 6 is n-In
A P substrate, 7 is an n-side electrode, and 9 is an electrical isolation groove. Here, the MQW layer 5 is an InGaAlAs well 9 nm, I
Heavy hole exciton (H
The absorption peak of easy-hole exciton) can be set to 1.44 μm, and switching operation can be performed at a wavelength of 1.55 μm. In FIG. 8, I is an optical input unit, II is an optical switch unit, and III is an optical output unit. To operate this, an electric field may be applied between the p-side electrode 1 and the n-side electrode 7. That is, in this optical switch, an electric field is directly applied to the waveguide, and the light absorption coefficient is slightly shifted to the long wavelength side due to the electro-optic effect caused by the MQW structure. When the absorption coefficient changes, the refractive index changes due to the Kramers-Kronig relationship, and accordingly, the refractive index of the waveguide is changed to perform switching. The material for forming the i-MQW layer 5 may be a bulk material such as i-InGaAsP having a Franz-Keldysh effect other than the material having QCSE.
【0004】この方向性結合器形光スイッチを製作する
際の主な工程は次のようになる。The main steps in manufacturing this directional coupler type optical switch are as follows.
【0005】 図10のように、n−InP基板6の
上にi−MQW層5、i−InPクラッド層4、p−I
nPクラッド層3、p+ −InGaAsキャップ層2を
この順に結晶成長する。As shown in FIG. 10, an i-MQW layer 5, an i-InP clad layer 4, and a p-I layer are formed on an n-InP substrate 6.
The nP clad layer 3 and the p + -InGaAs cap layer 2 are crystal-grown in this order.
【0006】 p+ −InGaAsキャップ層2の上
にスピンコート法でフォトレジスト8を塗布したのち、
フォトリソグラフィー技術により図11のように所定の
位置にフォトレジスト8を形成する。After applying a photoresist 8 on the p + -InGaAs cap layer 2 by spin coating,
A photoresist 8 is formed at a predetermined position as shown in FIG. 11 by the photolithography technique.
【0007】 このフォトレジスト8をマスクとし
て、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによ
り図12のようなメサを形成する。A mesa as shown in FIG. 12 is formed by wet etching or dry etching using the photoresist 8 as a mask.
【0008】 同様にフォトリソグラフィー技術を用
いて、図8に示すように、光スイッチ部IIと光入力部
Iとの間、および光スイッチ部IIと光出力部IIIと
の間にそれぞれ電気的分離溝9を形成するとともに、p
側電極1およびn側電極7を形成したのち、片側のp側
電極1およびキャップ層2を除去することにより、図8
の光スイッチができあがる。Similarly, as shown in FIG. 8, the photolithography technique is used to electrically separate the optical switch unit II from the optical input unit I and the optical switch unit II from the optical output unit III. While forming the groove 9, p
After the side electrode 1 and the n-side electrode 7 are formed, the p-side electrode 1 and the cap layer 2 on one side are removed.
The optical switch of is completed.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
の方向性結合器形光スイッチでは、p−InP層3とi
−InP層4との接触面でのp−InP層の幅Wやギャ
ップGの製作時におけるばらつきが大きく、さらにはエ
ッチングの際にメサが対称に削れず、2つの導波路の中
心間の距離Sもばらつく場合もある。2つのメサが対称
に削れないと、2本の光導波路の等価屈折率が異なる。
重さの異なった2つの振子が完全にエネルギーをやりと
りできない例からわかるように、方向性結合器を形成す
る2本の光導波路間の光の乗り移りが不完全となり、漏
れ光即ちクロストークが生じる。また、p−InP層の
幅W、ギャップG、および導波路間距離Sのばらつきは
導波光の完全結合長(導波光が完全に乗り移る長さ)が
ばらつくことにつながり、導波光としての完全結合長と
製作した結合長との違いから、この場合も導波光のクロ
ストークを生じさせてしまう。そのため、通常2μm程
度の幅WおよびギャップGに対して、0.1μm以下の
製作精度が要求され、製作が困難であるとともに、その
製作の歩留まりが著しく低くなる。In the conventional directional coupler type optical switch having such a structure, the p-InP layer 3 and the i-type InP layer 3 are formed.
The width W of the p-InP layer at the contact surface with the -InP layer 4 and the gap G during the manufacture are large, and the mesas are not symmetrically removed during etching, and the distance between the centers of the two waveguides is large. S may also vary. Unless the two mesas are cut symmetrically, the two optical waveguides have different equivalent refractive indices.
As can be seen from the example in which two pendulums of different weights cannot exchange energy completely, the transfer of light between two optical waveguides forming a directional coupler is incomplete and leakage light or crosstalk occurs. . Further, variations in the width W of the p-InP layer, the gap G, and the distance S between the waveguides lead to variations in the complete coupling length of the guided light (the length at which the guided light is completely transferred), which results in complete coupling as the guided light. Due to the difference between the length and the manufactured coupling length, the crosstalk of the guided light also occurs in this case. Therefore, a manufacturing accuracy of 0.1 μm or less is usually required for a width W and a gap G of about 2 μm, which is difficult to manufacture and the manufacturing yield is significantly reduced.
【0010】以上、2入力、2出力(2×2スイッチ)
について説明したが、次に規模の大きなスイッチとし
て、4×4スイッチについて説明する。図13には従来
形4×4ダイレーテッド−ベネス(Dilated−B
enes)ノンブロックスイッチ構成を示す。ここでノ
ンブロック構成とは、任意のポートから入力した光を任
意のポートに出力できる構成を意味している。なお、図
13中の四角形の1ボックスがスイッチユニットとして
の2×2スイッチ要素に対応する。Above, 2 inputs, 2 outputs (2 × 2 switch)
The 4 × 4 switch will now be described as the next largest switch. FIG. 13 shows a conventional 4 × 4 dilated-Benefit (Dilated-B).
nes) shows a non-blocking switch configuration. Here, the non-block configuration means a configuration in which light input from any port can be output to any port. Note that one square box in FIG. 13 corresponds to a 2 × 2 switch element as a switch unit.
【0011】次に、前段における光の漏れ即ちクロスト
ークが次段の混信率に与える影響を簡単に考察する。例
えば、P1 の光パワーをバー状態(切り替えずに通り抜
ける状態)のSW1に入力したとすると、主パワーはS
W1内に実線で示したように通過するが、γP1 のクロ
ストークが生じる(ここでγはクロストーク率)。この
γP1 のクロストークはSW3に入射する。ここでSW
2に光を入射し、クロス状態とし、SW3へ光を切り替
えたとする。SW3のクロストーク率もγとすると、S
W1から漏れてきたクロストークγP1 がSW2から送
られてきた信号に漏れて混信する量はγ2 P1 となる。
つまり、この従来形4×4スイッチでは、γ2 のクロス
トークが生じる。ちなみに、従来の2×2スイッチでは
γのクロストークとなる。Next, the influence of the leakage of light in the preceding stage, that is, crosstalk, on the interference rate in the succeeding stage will be briefly considered. For example, if the optical power of P 1 is input to SW 1 in the bar state (pass through without switching), the main power is S
Although the light passes through W1 as shown by the solid line, γP 1 crosstalk occurs (where γ is the crosstalk rate). This γP 1 crosstalk enters SW3. SW here
It is assumed that light is made incident on 2 to be in a cross state and light is switched to SW3. If the crosstalk rate of SW3 is also γ, then S
The amount of crosstalk γP 1 leaking from W1 to the signal sent from SW2 and causing interference is γ 2 P 1 .
That is, γ 2 crosstalk occurs in this conventional 4 × 4 switch. By the way, the conventional 2 × 2 switch causes γ crosstalk.
【0012】4×4スイッチでは16個の2×2スイッ
チが必要であるが、あるいは8×8、さらには16×1
6のスイッチではきわめて多数の2×2スイッチを製作
する必要がある。こうした多くの2×2スイッチを製作
する場合に、全ての2×2スイッチを低クロストークで
製作することは困難であり、精度よく製作するために多
大な労力を必要とするばかりでなく、N×N光スイッチ
の歩留まりが著しく劣化するという欠点があった。な
お、−10dBのクロストークとは漏れた光のパワーが
10%、漏れなかった光のパワーは90%であることを
意味し、このため、挿入損失としては2×2スイッチ1
段あたりわずか0.45dBの増加であるため、クロス
トークがN×N光スイッチの歩留まりを決定することに
なる。A 4x4 switch requires 16 2x2 switches, or 8x8 or even 16x1.
With 6 switches, it is necessary to fabricate a very large number of 2 × 2 switches. In the case of manufacturing such many 2 × 2 switches, it is difficult to manufacture all 2 × 2 switches with low crosstalk, and not only a great amount of labor is required to manufacture them with high accuracy, but also N There is a drawback that the yield of the × N optical switch is significantly deteriorated. The -10 dB crosstalk means that the power of the leaked light is 10% and the power of the non-leaked light is 90%. Therefore, the insertion loss is 2 × 2 switch 1
With only a 0.45 dB increase per stage, crosstalk will determine the yield of NxN optical switches.
【0013】また、N×Nスイッチにおいて−40dB
あるいはそれ以下の超低クロストークを実現することは
困難であるという欠点があった。Further, in the N × N switch, -40 dB
Alternatively, there is a drawback in that it is difficult to realize ultra-low crosstalk below that.
【0014】そこで、本発明の目的は、これらの問題を
解決し、クロストークが低くクロストークの点で製作性
がよく歩留まりの優れた導波路形光スイッチを提供する
ことにある。Therefore, an object of the present invention is to solve these problems and to provide a waveguide type optical switch having low crosstalk, good manufacturability in terms of crosstalk, and excellent yield.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項1記載の本発明導波路形光スイッチ
は、少なくとも2本以上の光導波路を具備し、前記2本
の光導波路を伝搬する導波光の位相を調節するとともに
前記2本の光導波路を伝搬する前記導波光を結合させる
機能、もしくは前記導波光を反射させる機能の少なくと
も一方の機能により前記導波光の光路を切り替える光ス
イッチ部を具備する導波路形光スイッチにおいて、前記
光路切り替えの際に生じたクロストーク光を吸収する吸
収部を設けたことを特徴とする。In order to achieve such an object, a waveguide type optical switch of the present invention according to claim 1 comprises at least two or more optical waveguides, and the two optical waveguides. Light that switches the optical path of the guided light by at least one of the function of adjusting the phase of the guided light propagating in the optical path and coupling the guided light propagating through the two optical waveguides, or the function of reflecting the guided light. A waveguide type optical switch including a switch section is characterized in that an absorption section for absorbing crosstalk light generated when the optical path is switched is provided.
【0016】請求項2記載の発明は、少なくとも2本の
光導波路と、前記少なくとも2本の光導波路を伝搬する
導波光の光路を切り替える光スイッチ部を具備する導波
路形光スイッチにおいて、前記少なくとも2本の光導波
路に、前記光路切り替えの際に生じるクロストーク光を
吸収する光吸収部を設けたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a waveguide type optical switch comprising at least two optical waveguides and an optical switch section for switching optical paths of guided light propagating through the at least two optical waveguides. It is characterized in that the two optical waveguides are provided with a light absorbing portion that absorbs crosstalk light generated when the optical paths are switched.
【0017】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の導波路形光スイッチにおいて、前記光吸収部は、
前記光スイッチ部への入力用光導波路もしくは前記光ス
イッチ部からの出力用光導波路の少なくとも一方の少な
くとも一部に設けられていることを特徴とする。The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.
In the waveguide type optical switch according to the description, the light absorbing portion is
It is characterized in that it is provided in at least a part of at least one of the input optical waveguide to the optical switch section and the output optical waveguide from the optical switch section.
【0018】請求項4記載の発明は、請求項1ないし3
のいずれかに記載の導波路形光スイッチにおいて、前記
光吸収部は、前記光吸収部に電界が印加されることによ
り該光吸収部を形成する材料のエネルギーバンドギャッ
プが変化し、前記クロストーク光を吸収するものである
ことを特徴とする。The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.
In the waveguide type optical switch according to any one of items 1 to 3, the energy band gap of the material forming the light absorbing portion changes when an electric field is applied to the light absorbing portion, and the crosstalk It is characterized by absorbing light.
【0019】請求項5記載の発明は、少なくとも2本の
光導波路と、該少なくとも2本の光導波路を伝搬する導
波光の光路を切り替える光スイッチ部を具備する光スイ
ッチユニットを同一基板上に複数個マトリックス状に配
設し、かつ前記各光スイッチユニットを複数本の光導波
路により連絡した導波路形光スイッチにおいて、前記各
連絡用光導波路に、前記光路切り替えの際に生じるクロ
ストーク光を吸収する光吸収部を設けたことを特徴とす
る。According to a fifth aspect of the present invention, a plurality of optical switch units each including at least two optical waveguides and an optical switch unit for switching optical paths of guided light propagating through the at least two optical waveguides are provided on the same substrate. In a waveguide type optical switch in which the optical switch units are arranged in a matrix and connected by a plurality of optical waveguides, each of the connecting optical waveguides absorbs crosstalk light generated when the optical paths are switched. It is characterized in that a light absorbing section for
【0020】請求項6記載の発明は、請求項5記載の導
波路形光スイッチにおいて、前記光スイッチユニットは
ノンブロック構成で集積化されていることを特徴とす
る。According to a sixth aspect of the present invention, in the waveguide type optical switch according to the fifth aspect, the optical switch unit is integrated in a non-block configuration.
【0021】[0021]
【作用】本発明によれば、生じたクロストークを例えば
電界を印加するなどにより吸収することにより超低クロ
ストーク特性を実現できるだけでなく、クロストークに
より制限を受けていた光スイッチ製作の歩留まりを大幅
に改善することができる。According to the present invention, not only can an ultra-low crosstalk characteristic be realized by absorbing the generated crosstalk by, for example, applying an electric field, but also the yield of optical switch manufacturing, which is limited by the crosstalk, can be realized. Can be greatly improved.
【0022】[0022]
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0023】(実施例1)図1は本発明の第1の実施例
を説明するための斜視図である。図1の2×2光スイッ
チの構成要素のうち、図7に示した従来の2×2光スイ
ッチの構成要素と共通しているものについては、同一符
号を付し、その部分の説明を省略または簡略化する。図
1において、Iは光入力部、IIは光スイッチ部、II
Iは光出力部、IVは光吸収部である。光吸収部IVは
光スイッチ部IIと光出力部IIIとの間に配設されて
おり、光スイッチ部IIおよび光出力部IIIとはそれ
ぞれ電気的分離溝9によって分離されている。この光吸
収部IVの構成を説明すると、出力ポートC側ではp−
InPクラッド層3の上にp+ −InGaAsキャップ
層2が設けられ、このキャップ層2の上に電極10が形
成されており、これらの各層2および3,電極10は1
つの光吸収部IVを構成している。また、出力ポートD
側では、同様にp−InPクラッド層3上のp+ −In
GaAsキャップ層2の上に電極11が形成されてお
り、これらの各層2および3,電極11はもう1つの光
吸収部IVを構成している。(Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view for explaining a first embodiment of the present invention. Among the constituent elements of the 2 × 2 optical switch shown in FIG. 1, those common to the constituent elements of the conventional 2 × 2 optical switch shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Or simplify. In FIG. 1, I is an optical input unit, II is an optical switch unit, and II.
I is a light output part, and IV is a light absorption part. The light absorption section IV is disposed between the optical switch section II and the light output section III, and the optical switch section II and the light output section III are separated by the electrical separation groove 9. Explaining the configuration of the light absorbing section IV, p− on the output port C side.
The p + -InGaAs cap layer 2 is provided on the InP clad layer 3, and the electrode 10 is formed on the cap layer 2. Each of these layers 2 and 3, and the electrode 10 is 1
It constitutes one light absorption part IV. Also, output port D
Similarly, on the side, p + -In on the p-InP clad layer 3
An electrode 11 is formed on the GaAs cap layer 2, and each of these layers 2 and 3 and the electrode 11 constitutes another light absorbing portion IV.
【0024】次に、上記構成の2×2光スイッチの動作
を説明する。例えば、第1光入力ポートAから光を入射
し、第2光出力ポートDから光を出射する場合(クロス
状態)には、第1光出力ポートCに漏れ光、即ちクロス
トークが生じる。そこで、図2に示すように、第1光出
力ポートC側の電極10に電界を印加することによりQ
CSEのためMQW層5の吸収端を長波長側にシフトさ
せ、クロストーク光を吸収する。また、光を第1光出力
ポートCに出したい場合(バー状態)には電極1に電圧
を印加する。このとき生じた第2光出力ポートDのクロ
ストーク光は第2光出力ポートD側の電極11に電圧を
印加することにより吸収できる。Next, the operation of the 2 × 2 optical switch having the above configuration will be described. For example, when light is incident from the first light input port A and is emitted from the second light output port D (cross state), leak light, that is, crosstalk occurs at the first light output port C. Therefore, as shown in FIG. 2, by applying an electric field to the electrode 10 on the side of the first optical output port C, Q
Due to CSE, the absorption edge of the MQW layer 5 is shifted to the long wavelength side, and crosstalk light is absorbed. Further, when it is desired to emit light to the first light output port C (bar state), a voltage is applied to the electrode 1. The crosstalk light of the second light output port D generated at this time can be absorbed by applying a voltage to the electrode 11 on the second light output port D side.
【0025】こうして2×2光スイッチの出力側ポート
(あるいは次段の光スイッチの入力ポート)に電極を設
け、電界を印加することにより、漏れ光を吸収でき、ク
ロストーク成分を−∞とすることも可能であり、方向性
結合器を製作する時の製作の歩留まりが大幅に向上す
る。なお、光吸収部IVの長さは50μmから100μ
m程度で十分であるため、無電界時における光スイッチ
の挿入損失や周波数特性にはほとんど影響しない。Thus, by providing an electrode on the output side port of the 2 × 2 optical switch (or the input port of the next stage optical switch) and applying an electric field, the leaked light can be absorbed and the crosstalk component becomes −∞. It is also possible to significantly improve the manufacturing yield when manufacturing the directional coupler. The length of the light absorbing portion IV is 50 μm to 100 μm.
Since about m is sufficient, it has almost no influence on the insertion loss and frequency characteristics of the optical switch when there is no electric field.
【0026】(実施例2)図3は本発明の第2の実施例
を説明するための平面図であって、本発明を図13に示
した従来形の4×4光スイッチに適用した例である。す
なわち、スイッチユニットとしての各2×2光スイッチ
間の引き回し導波路(連絡用導波路)上には光吸収部の
一構成要素としての電極10および11が配設されてい
る。例えば、P1 の光パワーをバー状態(切り替えずに
通り抜ける状態)のSW1に入力したとする。主パワー
はSW1内に実線で示したように通過するが、γP1 の
クロストークが生じる(ここでγはクロストーク率)。
ところが、このγP1 のクロストーク光はSW3に入射
する前に、電極11を印加することにより、図2に示し
たように吸収される。その結果、SW3へのクロストー
ク光はほぼ無視できる程度に充分低減できることにな
る。従って、大規模光スイッチを製作した場合にも超低
クロストーク特性を実現できるのみでなく、各2×2ス
イッチのクロストーク特性が悪くても、クロストークに
よる歩留まり劣化は完全になくすことができる。つま
り、クロストークの劣化は挿入損失の増大としてのみ残
されるが、従来技術の項で説明したように、ある程度ク
ロストーク特性が悪くても、挿入損失の増加量はあまり
大きくない。(Embodiment 2) FIG. 3 is a plan view for explaining a second embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to the conventional 4 × 4 optical switch shown in FIG. Is. That is, the electrodes 10 and 11 as one component of the light absorbing portion are arranged on the routing waveguide (communication waveguide) between the 2 × 2 optical switches as the switch unit. For example, suppose that the optical power of P 1 is input to SW 1 in the bar state (passing through without switching). The main power passes through SW1 as indicated by the solid line, but γP 1 crosstalk occurs (where γ is the crosstalk rate).
However, the crosstalk light of γP 1 is absorbed as shown in FIG. 2 by applying the electrode 11 before entering the SW3. As a result, the crosstalk light to the SW3 can be sufficiently reduced to a negligible level. Therefore, even when a large-scale optical switch is manufactured, not only ultra-low crosstalk characteristics can be realized, but even if the crosstalk characteristics of each 2 × 2 switch are bad, yield deterioration due to crosstalk can be completely eliminated. . In other words, the deterioration of crosstalk is left only as an increase in insertion loss, but as described in the section of the prior art, the increase in insertion loss is not so large even if the crosstalk characteristic is bad to some extent.
【0027】(実施例3)図4は本発明の第3の実施例
の斜視図である。図中、IとIIIが光の入出力部、I
Iは光スイッチ部、IVの部分はクロストーク光の吸収
部、Vは方向性結合器を利用した3dBカップラ部であ
り、マッハツェンダ干渉系形の光スイッチを構成してい
る。光スイッチ部IIにおいては、2本の光導波路が互
いに結合しないように、2本のリッジ間の距離を離して
いる。(Embodiment 3) FIG. 4 is a perspective view of a third embodiment of the present invention. In the figure, I and III are light input / output units, and I
I is an optical switch section, IV is an absorption section for crosstalk light, and V is a 3 dB coupler section using a directional coupler, which constitutes an optical switch of the Mach-Zehnder interference system type. In the optical switch section II, the two ridges are separated from each other so that the two optical waveguides are not coupled to each other.
【0028】この光スイッチの動作原理について簡単に
述べる。入力部Iから入った導波光は光入力側3dBカ
ップラ部Vで等しいパワーに等分される。次に、2本の
スイッチ部を伝搬したのち、光出力側の3dBカップラ
部V2 で合波され、出力部IIIの光導波路から出射さ
れる。この時、スイッチ部IIにおいて伝搬する光の位
相が互いに同相である場合と電界を印加したことにより
逆相となった場合とで出力部IIIの出射ポートを異な
らしめることができ、スイッチング動作が可能となる。
この場合についても、図1に示した本発明の第1の実施
例と同様に、電極10および11に電圧を印加すること
によりクロストーク光を吸収することができる。The operating principle of this optical switch will be briefly described. The guided light entering from the input section I is equally divided into equal powers at the 3 dB coupler section V on the optical input side. Next, after propagating through the two switch sections, they are multiplexed by the 3 dB coupler section V 2 on the optical output side and emitted from the optical waveguide of the output section III. At this time, the output ports of the output section III can be made different depending on whether the phases of the lights propagating in the switch section II are in phase with each other or when the phases are opposite to each other due to the application of an electric field, and a switching operation is possible. Becomes
Also in this case, as in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, crosstalk light can be absorbed by applying a voltage to the electrodes 10 and 11.
【0029】ここで、光スイッチユニットとしての2×
2スイッチ要素のクロストークとN×Nスイッチ全体と
してのクロストークおよびクロストーク光の吸収がN×
Nスイッチ全体としてのクロストークに与える影響につ
いてより詳細な考察を行う。Here, 2 × as an optical switch unit
The crosstalk of the two switch elements and the crosstalk of the N × N switch as a whole and the absorption of the crosstalk light are N ×
A more detailed consideration will be given to the effect on the crosstalk of the N switch as a whole.
【0030】まず4×4スイッチについて考察する。図
5は、クロストーク光吸収部におけるクロストーク光の
吸収率Atをパラメータとして、2×2スイッチ要素の
クロストークを変数とした場合の4×4スイッチの信号
パワーとクロストーク光のパワーの比(S/N比)を示
す特性図である。図5中、実線はクロストーク光の吸収
を行わない従来形に、1点鎖線と破線は各々5dBと1
0dBのクロストークの光吸収を行った場合に対応して
いる。クロストーク光の吸収により4×4スイッチのS
/N特性(即ちクロストーク特性)を2×AtdB改善
できることがわかる。First, consider the 4 × 4 switch. FIG. 5 is a ratio of the signal power of the 4 × 4 switch and the power of the crosstalk light when the crosstalk light absorptance At in the crosstalk light absorber is used as a parameter and the crosstalk of the 2 × 2 switch element is used as a variable. It is a characteristic view which shows (S / N ratio). In FIG. 5, the solid line indicates the conventional type that does not absorb crosstalk light, and the one-dot chain line and the broken line indicate 5 dB and 1 respectively.
This corresponds to the case where light absorption of 0 dB crosstalk is performed. S of 4x4 switch due to absorption of crosstalk light
It can be seen that the / N characteristic (that is, the crosstalk characteristic) can be improved by 2 × AtdB.
【0031】図6はN×NスイッチのS/N比を示して
いる。但し、簡単のためクロストーク光の吸収率Atは
零とした。ここで実線はN=4、1点鎖線はN=16、
破線はN=64に対応している。図6からわかるよう
に、スイッチの規模Nが増大すると2×2スイッチの要
素のクロストークが同じでも、スイッチ全体としてのク
ロストークが低下することがわかる。この場合において
も、クロストーク光吸収部における吸収率At(一般
に、10dBから30dB程度の吸収率を実現すること
は容易である)を付加させることにより4×4のみでな
く、従来困難と考えられていた16×16、さらには不
可能と考えられていた64×64の規模のスイッチを実
現することも可能となる。FIG. 6 shows the S / N ratio of the N × N switch. However, the absorption factor At of the crosstalk light is set to zero for simplicity. Here, the solid line is N = 4, the dashed line is N = 16,
The broken line corresponds to N = 64. As can be seen from FIG. 6, when the scale N of the switch increases, the crosstalk of the switch as a whole decreases even though the crosstalk of the elements of the 2 × 2 switch is the same. Even in this case, it is considered that not only 4 × 4 but also the conventional difficulty can be obtained by adding the absorptance At (generally, it is easy to realize the absorptance of about 10 dB to 30 dB) in the crosstalk light absorber. It is also possible to realize a switch of the size of 16 × 16, which was previously used, and a size of 64 × 64, which was considered impossible.
【0032】図7にはスイッチ規模Nをパラメータとし
て、2×2スイッチ要素のクロストークとN×Nスイッ
チとしてのロス増加分についての計算結果を示すグラフ
である。図7からわかるように、2×2スイッチのクロ
ストークが10%(−10dB)であれば4×4スイッ
チとしての損失増加は2dB以内、2×2スイッチのク
ロストークが5%(−13dB)であれば16×16ス
イッチの損失増加も2dB以内に抑えられることがわか
る。FIG. 7 is a graph showing the calculation results of the crosstalk of 2 × 2 switch elements and the increase in loss as an N × N switch, with the switch scale N as a parameter. As can be seen from FIG. 7, if the crosstalk of the 2 × 2 switch is 10% (−10 dB), the loss increase as a 4 × 4 switch is within 2 dB, and the crosstalk of the 2 × 2 switch is 5% (−13 dB). Then, it can be seen that the loss increase of the 16 × 16 switch can be suppressed within 2 dB.
【0033】以上の説明においては、2×2光スイッチ
要素の構成として、光方向性結合器を用いた構成につい
て説明したが、屈折率変化を用いる反射形(一般にX字
構成)のスイッチにおいても、本発明を適用できること
は言うまでもなく、完全には反射できずに漏れ生じるク
ロストーク光を光吸収部により吸収することが可能であ
る。なお、光スイッチユニットとして2×2光スイッチ
要素を例にとって説明したが、1×2光スイッチ要素な
ど他のタイプも本発明における光スイッチユニットとし
て用いることができる。In the above description, the configuration using the optical directional coupler has been described as the configuration of the 2 × 2 optical switch element, but also in the reflection type (generally X-shaped configuration) switch using the refractive index change. Needless to say, the present invention can be applied, and it is possible to absorb crosstalk light which cannot be completely reflected and leaks, by the light absorbing portion. Although the 2 × 2 optical switch element has been described as an example of the optical switch unit, other types such as the 1 × 2 optical switch element can also be used as the optical switch unit in the present invention.
【0034】また、MQW層としてInGaAlAs/
InAlAs構成を用いたがその他のMQW材料や構
成、あるいはフランツーケルディッシュ効果などのバル
ク材料が持つ効果を用いてもよい。MQW材料を使用す
る場合には、光スイッチ部のエネルギーバンドギャップ
は図2に示したように、1.44μm(Heavy−h
ole excitonな波長)であるが、光吸収部の
エネルギーバンドギャップを1.47μm程度に長波長
側に設定しておけばよいし、あるいはMQW材料の場合
でもバルク材料の場合でも、吸収部のノンドープ層の厚
みを薄くするなどにより、内部電界強度を高くなるよう
に設定しておけば、クロストーク光を吸収するために必
要な印加電圧を小さくすることが可能となる。なお、本
発明のキーポイントは光スイッチ動作における漏れ光す
なわちクロストーク光を光スイッチの出射側(もしくは
次段の光スイッチの入射ポートまでの経路内)でなくす
ことであるため、上述のように電界を印加しクロストー
ク光を吸収するだけでなく、キャリアを注入してフリー
キャリアによる吸収させる機構、あるいは屈折率を変化
させて光を反射させる機構など、クロストーク光をなく
すことのできればどのような構造を設けてもよいことは
いうまでもない。In addition, as the MQW layer, InGaAlAs /
Although the InAlAs structure is used, other MQW materials and structures, or the effect of the bulk material such as the Franz-Keldish effect may be used. When the MQW material is used, the energy band gap of the optical switch unit is 1.44 μm (Heavy-h) as shown in FIG.
ole exciton wavelength), but the energy band gap of the light absorption part may be set to a long wavelength side of about 1.47 μm, or the absorption part may be non-doped regardless of whether it is an MQW material or a bulk material. If the internal electric field strength is set to be high by reducing the thickness of the layer, the applied voltage necessary for absorbing the crosstalk light can be reduced. Since the key point of the present invention is to eliminate the leakage light in the optical switch operation, that is, the crosstalk light, on the emission side of the optical switch (or in the path to the incident port of the optical switch of the next stage), as described above. What if crosstalk light could be eliminated, such as a mechanism that not only absorbs crosstalk light by applying an electric field but also injects carriers and absorbs them by free carriers, or a mechanism that reflects light by changing the refractive index? It goes without saying that a different structure may be provided.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
吸収部により光スイッチ動作におけるクロストーク光を
吸収できるので、超低クロストーク特性を実現できる。
また、本発明によれば、方向性結合器を構成する2本の
光導波路を製作する際における光導波路の幅やギャップ
のばらつき、あるいは2本の光導波路の非対称性に起因
するクロストーク劣化あるいは反射形光スイッチにおけ
るクロストーク劣化を完全になくすことができるため、
方向性結合器の製作が容易になるとともに光スイッチ製
作の歩留まりを大幅に改善することができる。As described above, according to the present invention, since the crosstalk light in the optical switch operation can be absorbed by the light absorbing section, it is possible to realize an ultra-low crosstalk characteristic.
Further, according to the present invention, when the two optical waveguides forming the directional coupler are manufactured, variations in width and gap of the optical waveguides, or crosstalk deterioration due to asymmetry of the two optical waveguides or Since crosstalk degradation in reflective optical switches can be completely eliminated,
The directional coupler can be easily manufactured, and the yield of manufacturing the optical switch can be significantly improved.
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための斜視図
である。FIG. 1 is a perspective view for explaining a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例の動作原理を説明するた
めの波長と光吸収係数との関係を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a wavelength and a light absorption coefficient for explaining the operating principle of the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための平面図
である。FIG. 3 is a plan view for explaining a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施例を説明するための斜視図
である。FIG. 4 is a perspective view for explaining a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施例を説明するための図であ
って、クロストーク光の吸収率Atをパラメータとし、
2×2スイッチ要素のクロストークを変数とした場合に
おける4×4スイッチの信号パワーとクロストーク光の
パワーの比(S/N比)を示す特性図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention, in which the absorptance At of crosstalk light is used as a parameter,
It is a characteristic view which shows the ratio (S / N ratio) of the signal power of 4x4 switch and the power of crosstalk light when the crosstalk of 2x2 switch element was made into the variable.
【図6】本発明の第3の実施例を説明するための図であ
って、クロストーク光の吸収率Atを零とした場合にお
けるN×NスイッチのS/N比を示す特性図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the third embodiment of the present invention, and is a characteristic diagram showing the S / N ratio of the N × N switch when the absorptance At of the crosstalk light is zero. .
【図7】本発明の第3の実施例を説明するための図であ
って、スイッチ規模Nをパラメータとし、2×2スイッ
チ要素のクロストークとN×Nスイッチとしてのロス増
加分との関係(計算結果)を示すグラフである。FIG. 7 is a diagram for explaining the third embodiment of the present invention, in which the switch scale N is used as a parameter and the relationship between the crosstalk of the 2 × 2 switch elements and the loss increase amount as the N × N switch. It is a graph which shows (calculation result).
【図8】従来の方向性結合器形スイッチの構成を示す斜
視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a conventional directional coupler switch.
【図9】図8におけるAA′線断面図である。9 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
【図10】従来の方向性結合器形光スイッチの製作手順
を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing procedure of a conventional directional coupler type optical switch.
【図11】従来の方向性結合器形光スイッチの製作手順
を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing procedure of a conventional directional coupler type optical switch.
【図12】従来の方向性結合器形光スイッチの製作手順
を説明する断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing procedure of a conventional directional coupler type optical switch.
【図13】従来の4×4光スイッチの構成を示す平面図
である。FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a conventional 4 × 4 optical switch.
1 p形電極 2 p+ −InGaAsキャップ層 3 p−InPクラッド 4 i−InPクラッド 5 i−MQW層 6 n−InP基板 7 n側電極 8 フォトレジスト 9 電気的分離溝 10 光吸収部に設けた電極 11 光吸収部に設けた電極 I 光入力部 II 光スイッチ部 III 光出力部 IV 光吸収部 V1 光入力側3dBカップラ部 V2 光出力側3dBカップラ部 A 第1入力ポート B 第2入力ポート C 第1出力ポート D 第2出力ポート1 p-type electrode 2 p + -InGaAs cap layer 3 p-InP clad 4 i-InP clad 5 i-MQW layer 6 n-InP substrate 7 n-side electrode 8 photoresist 9 electrical separation groove 10 provided in the light absorbing part Electrode 11 Electrode provided on the light absorption part I Light input part II Optical switch part III Light output part IV Light absorption part V 1 Light input side 3 dB coupler part V 2 Light output side 3 dB coupler part A 1st input port B 2nd input Port C 1st output port D 2nd output port
Claims (6)
し、前記2本の光導波路を伝搬する導波光の位相を調節
するとともに前記2本の光導波路を伝搬する前記導波光
を結合させる機能、もしくは前記導波光を反射させる機
能の少なくとも一方の機能により前記導波光の光路を切
り替える光スイッチ部を具備する導波路形光スイッチに
おいて、前記光路切り替えの際に生じたクロストーク光
を吸収する吸収部を設けたことを特徴とする導波路形光
スイッチ。1. A function comprising at least two or more optical waveguides, adjusting a phase of guided light propagating through the two optical waveguides, and coupling the guided light propagating through the two optical waveguides, Alternatively, in a waveguide type optical switch including an optical switch unit that switches the optical path of the guided light by at least one of the functions of reflecting the guided light, an absorption unit that absorbs crosstalk light generated when the optical path is switched. A waveguide type optical switch characterized by being provided.
くとも2本の光導波路を伝搬する導波光の光路を切り替
える光スイッチ部を具備する導波路形光スイッチにおい
て、前記少なくとも2本の光導波路に、前記光路切り替
えの際に生じるクロストーク光を吸収する光吸収部を設
けたことを特徴とする導波路形光スイッチ。2. A waveguide type optical switch comprising at least two optical waveguides and an optical switch section for switching an optical path of guided light propagating through the at least two optical waveguides, wherein the at least two optical waveguides are provided. A waveguide type optical switch, comprising a light absorbing portion for absorbing crosstalk light generated when the optical path is switched.
波路形光スイッチにおいて、前記光吸収部は、前記光ス
イッチ部への入力用光導波路もしくは前記光スイッチ部
からの出力用光導波路の少なくとも一方の少なくとも一
部に設けられていることを特徴とする導波路形光スイッ
チ。3. The waveguide type optical switch according to claim 1, wherein the light absorbing section is an optical waveguide for input to the optical switch section or an optical waveguide for output from the optical switch section. A waveguide type optical switch, which is provided in at least a part of at least one of the above.
波路形光スイッチにおいて、前記光吸収部は、該光吸収
部に電界が印加されることにより該光吸収部を形成する
材料のエネルギーバンドギャップが変化し、前記クロス
トーク光を吸収するものであることを特徴とする導波路
形光スイッチ。4. The waveguide type optical switch according to claim 1, wherein the light absorbing portion is made of a material forming the light absorbing portion when an electric field is applied to the light absorbing portion. A waveguide type optical switch, wherein the energy band gap is changed and the crosstalk light is absorbed.
とも2本の光導波路を伝搬する導波光の光路を切り替え
る光スイッチ部を具備する光スイッチユニットを同一基
板上に複数個マトリックス状に配設し、かつ前記各光ス
イッチユニットを複数本の光導波路により連絡した導波
路形光スイッチにおいて、 前記各連絡用光導波路に、前記光路切り替えの際に生じ
るクロストーク光を吸収する光吸収部を設けたことを特
徴とする導波路形光スイッチ。5. A plurality of optical switch units having at least two optical waveguides and an optical switch unit for switching optical paths of guided light propagating through the at least two optical waveguides are arranged in a matrix on the same substrate. In the waveguide type optical switch in which each of the optical switch units is connected by a plurality of optical waveguides, each of the connecting optical waveguides is provided with a light absorbing portion that absorbs crosstalk light generated at the time of switching the optical paths. A waveguide type optical switch characterized by the above.
いて、前記光スイッチユニットはノンブロック構成で集
積化されていることを特徴とする導波路形光スイッチ。6. The waveguide type optical switch according to claim 5, wherein the optical switch unit is integrated in a non-block configuration.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21527792A JPH0659294A (en) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | Waveguide type optical switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21527792A JPH0659294A (en) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | Waveguide type optical switch |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0659294A true JPH0659294A (en) | 1994-03-04 |
Family
ID=16669653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21527792A Pending JPH0659294A (en) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | Waveguide type optical switch |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0659294A (en) |
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-
1992
- 1992-08-12 JP JP21527792A patent/JPH0659294A/en active Pending
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