JPH0719002B2 - 光スイツチ - Google Patents

光スイツチ

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JPH0719002B2
JPH0719002B2 JP4861086A JP4861086A JPH0719002B2 JP H0719002 B2 JPH0719002 B2 JP H0719002B2 JP 4861086 A JP4861086 A JP 4861086A JP 4861086 A JP4861086 A JP 4861086A JP H0719002 B2 JPH0719002 B2 JP H0719002B2
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秀彰 岡山
敬介 渡辺
茂宏 楠本
清 長井
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Oki Electric Industry 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
    • G02F1/3137Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
    • G02F1/3138Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions the optical waveguides being made of semiconducting materials

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は所定の角度で交差させた光導波路のうちの任意
の光導波路中を伝搬する光を、電気的な制御により進路
を切替えて別の光導波路へ伝搬させる光スイツチに関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来のこの種の光スイツチとして、例えば「昭和60年度
電子通信学会半導体、材料部門全国大会」S7−4、P.1
−347に示される全反射型の光スイツチがある。
第4図はこのような従来の光スイツチを示す斜視図、第
5図は第4図のV−V線断面図で、図において1は化合
物半導体から成る基板、2は該基板1上に設けられたコ
ア層、3はこのコア層2上に設けられたクラツド層であ
り、ここでコア層2の一部は基板1側に厚みを持つリツ
ジ部として第4図に示すようにX状に形成され、その一
方の直線状部分を光導波路4、他方の直線状部分を光導
波路5としている。
4aと4bは前記光導波路4の端面、また5aと5bは光導波路
5の端面を示している。
尚、光導波路4,5を含むコア層2は前記基板と同系の物
質である半導体化合物により形成されている。
また、前記両光導波路4と5とが成す交差角ψは大きく
とり、例えば6度以上とり、通常では光導波路4または
5を伝搬する光が端面4aから4bへ、または端面5aから5b
へ向つて進むようにしておく。
6はレーザダイオード等と同様のストライプ構造を持つ
ストライプ層で、所定の幅を有する長方形として、前記
光導波路4と5を同一の角度で遮断するようにつまり鋭
角である前記交差角ψを2等分するように、両光導波路
4と5の交差部に設けられており、その上面はクラツド
層3の上面に到り、また底面は基板1の底面に到るよう
に形成されている。
このような構成による光スイツチの作用は以下の通りで
ある。
いま、図示しない光源からの光が直接もしくは光フアイ
バ等の伝送媒体を介して、例えば光導波路4の一方の端
面4aから入射すると、この光は光導波路4中を伝搬し、
通常は他方の端面4bから出射するが、図示しない電極に
よりストライプ層6に電圧を印加することにより、該ス
トライプ層6にキヤリアが注入されると、このストライ
プ層6の屈折率が低下する。
ここで、前記交差角ψと、屈折率の低下した大きさによ
り、全反射条件が満たされると、前記の如く光導波路4
中を伝搬する光は、両光導波路4と5の交差部において
ストライプ層6により全反射され、これにより進路が変
更されて光導波路5中を伝搬し端面5bから出射する。
つまり、光の進路の切替えを行うことができる。
同様に光導波路5の端面5aより入射した光の進路を切替
えて、光導波路4の端面4aから出射させることもでき
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述した従来の光フイツチでは、電圧を
印加したときのストライプ層6の屈折率変化を大きくす
るには、コア層2及び光導波路4,5のバンドギヤツプエ
ネルギを伝搬光の波長に相当するエネルギに近ずけなけ
ればならないが、それに伴つて光導波路4,5中での光の
伝搬ロスが大きくなるという問題を有している。
また、別の方法として、ストライプ層6の部分のみバン
ドギヤツプエネルギを伝搬光の波長に相当するエネルギ
に近ずけることにより、屈折率変化を大きくすることが
考えられるが、この場合にはストライプ層6の屈折率が
光導波路4,5と異なることになるので、電圧を印加しな
い状態でも伝搬光か反射される恐れがあり、特性低下の
原因になるという問題があつた。
本発明はこれの問題を解決するためになされたもので、
ストライプ層の屈折率を大きくした場合の光の伝搬ロス
を低減させることが可能で、かつ特性の低下も防止でき
る光スイツチを実現することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上述した目的を達成するため、本発明は、化合物半導体
からなる基板と、この基板上に形成された少なくとも2
本の互いに交差する光導波路と、この両光導波路の交差
部で、各々の光導波路を同一角度で遮断するように設け
られ、かつ電圧の印加により屈折率が変化するストライ
プ層とを備えた反射型の光スイッチにおいて、前記両光
導波路の交差部を含む一部及び前記ストライプ層をバン
ドギャップエネルギが使用伝搬光の波長に相当するエネ
ルギに近い化合物半導体層で形成し、それ以外の両光導
波路部分を前記使用伝搬光の波長に相当するエネルギに
比べてバンドギャップが充分大きい化合物半導体層で形
成したことを特徴とする。
〔作用〕
上述した構成によれば、任意の光導波路の一方の端面よ
り入射した光は、通常は化合物半導体層から成る交差部
及びストライプ層を伝搬し、前記光フアイバの他方の端
面から出射するが、電圧印加によりストライプ層にキヤ
リアが注入されて屈折率が低下すると、前記伝搬光はス
トライプ層で全反射されて進路が切替えられ、前記光導
波路と、交差している別の光導波路の端面より出射され
る。
このように、伝搬光の切替えが行われるが、本発明は上
述したように両光導波路の交差部を含む一部及びストラ
イプ層をバンドギャップエネルギが使用伝搬光の波長に
相当するエネルギに近い化合物半導体層で形成し、それ
以外の両光導波路部分を使用伝搬光の波長に相当するエ
ネルギに比べてバンドギャップエネルギが充分大きい化
合物半導体層で形成しているため、ストライプ層の電圧
印加時の屈折率を大きくしても伝搬光の伝搬ロスを従来
に比べて低減させることができると共に、電圧を印加し
ないときに伝搬光がストライプ層で反射されることもな
いので特性の低下を防止することができる。
〔実施例〕
以下図面を参照して実施例を説明する。
第1図は本発明による光スイツチの一実施例を示す斜視
図、第2図は第1図のII−II線断面図、第3図は第1図
の要部平面図である。
図において1は基板、2はコア層、3はクラツド層、4
と5は光導波路、4aと4b及び5aと5bは光導波路4と5の
各々の端面、6はストライプ層であり、これらは第4図
及び第5図のものに相当するものであるが、本実施例は
これら1〜6から成る構成において、前記コア層2、光
導波路4,5及びストライプ層6の一部を化合物半導体層
7としたものである。
この化合物半導体層7は、前記基板1と同系の物質でし
かもバンドギャップエネルギが使用伝搬光の波長に相当
するエネルギに近い化合物半導体を、基板1上で結晶成
長させることにより形成されるもので、ここでは前記コ
ア層2の中央部、光導波路4,5の交差部を含む一部、及
びこの交差部におけるストライプ層6を当該領域とし
て、伝搬光の進行方向を横切る形で帯状に設けられてい
る。
尚、このように化合物半導体層7を帯状としたのは製造
工程における結晶成長のし易さ、及び光導波路4,5のパ
ターンとのアライメントのし易さを計るためで、必ずし
もこの形状に限定されるものではない。
また、本実施例において、光導波路4と5が成す交差角
ψは、光導波路4(または5)の端面4a(または5a)か
ら入射した光が端面4b(または5b)へと伝搬し、交差す
る光導波路5(または4)の端面5b(または4b)の方向
へ洩れ込まない程度に十分大きくする。例えば洩れ込み
の度合(クロストーク)を−15dB以下にしたい場合、伝
搬光の波長=1.3μm、光導波路の幅10μmでは、前記
交差角ψは10度程度以上必要である。
次に、上述した構成の作用について説明する。
いま、例えば光導波路4の端面4aから光が入射すると、
この光は光導波路4中に伝搬し、通常は化合物半導体層
7から成る交差部及びストライプ層6を通つて光導波路
4の他方の端面4bから出射するが、図示しない電極によ
りストライプ層6に電圧を印加することで、このストラ
イプ層6にキヤリアが注入されると、該ストライプ層6
の屈折率が低下する。これにより前記伝搬光は光導波路
4と5の交差部でストライプ層6により全反射され、進
路が切替えられ光導波路5中を伝搬し、その端面5bより
出射する。
同様に、光導波路5の端面5aより入射した光の進路を切
替えて光導波路4の端面4bから出射させることができ
る。
ところで、前記ストライプ層6に電圧を印加すると、ス
トライプ層6にキヤリアが注入れて屈折率が低下するこ
とは、既に繰返し述べている。
また、光導波路4(または5)の端面4a(または5a)か
ら入射した光は前記交差角ψの1/2、つまりψ/2の角度
でスイトライプ層6に入射されるが、このときストライ
プ層6の屈折率の低下する大きさΔnが充分大きく、 Δn>nw(1−cosψ/2) であれば全反射が生じて、伝搬光を光導波路5(または
4)の端面5b(または4b)の方向へ反射されることにな
る。
ここで、例えば交差角ψが、ψ=10度であれば Δn/nw>4×10-3 であり、従つて光導波路4,5の材料として、InPまたはGa
As系の物質を用いた場合には、 Δn>1.3×10-2 以上不要となる。
ストライプ層6にキヤリアが注入された場合の屈折率の
低下する大きさΔnは、光導波路4,5の形成材料のバン
ドギヤツプエネルギと、伝搬光の波長に相当するエネル
ギが近い程大きくなる。この大きさの差はバンドギヤツ
プ近傍のエネルギに相当する波長を持つ光と、波長が充
分バンドギヤツプから離れているエネルギに相当する波
長を持つ光とでは倍以上異つており、前記Δnに対する
条件を満たすためには、バンドギヤツプエネルギ近傍の
波長を持つ光でなければならない。
一方、光のバンド間遷移による吸引損失について言え
ば、光の波長がバンドギヤツプから離れるに従つて吸収
による光の損失は減少して行き、光の波長に相当するエ
ネルギとバンドギヤツプとの差が3倍になれば、1dBmm
程度異つてくる。
従つて、本実施例のように光導波路4,5を形成するコア
層2に、伝搬光の波長に相当するエネルギに比べてバン
ドギヤツプエネルギが充分に大きい材料を用い、伝搬光
をストライプ層6で反射させる領域である化合物半導体
層7には伝搬光の波長に相当するエネルギとバンドギヤ
ツプが近い材料を用いることで、電圧印加時にストライ
プ層6の屈折率の変化を大きくした場合でも、光の伝搬
ロスを低減させることが可能となる。
尚、上述した実施例では、コア層2の一部を基板1側へ
厚みを持たせて光導波路4,5を形成しているが、クラツ
ド層3側へ厚みを持たせて光導波路4,5を形成すること
も可能であり、またこの光導波路4,5は1本のみでな
く、各々複数本ずつ形成して、適宜に交差部を作るよう
にしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、両光導波路の交差部を含
む一部及びストライプ層をバンドギヤツプエネルギが使
用伝搬光の波長に相当するエネルギに近い化合物半導体
層で形成し、それ以外の両光導波路部分を前記使用伝搬
光の波長に相当するエネルギに比べてバンドギヤツプエ
ネルギが充分大きい化合物半導体層で形成しているた
め、ストライプ層の電圧印加時の屈折率の変化を大きく
しても、光の伝搬ロスを従来に比べて1dBmm以上低減で
きることになり、伝搬ロスを小さくできるという効果が
得られると共に、電圧を印加しないときは、伝搬光がス
トライプ層によって反射されることもないので、特性の
低下を防止できるという効果が得られる。
また、上述した化合物半導体層を第1図〜第3図に示し
たように帯状とすれば、光導波路とのアライメントが非
常に容易になり、位置ずれの影響も小さいので、製造性
のより光スイツチを実現できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光スイツチの一実施例を示す斜視
図、第2図は第1図のII−II線断面図、第3図は第1図
の要部平面図、第4図は従来の光スイツチの斜視図、第
5図は第4図のV−V線断面図である。 1:基板、2:コア層、3:クラツド層、4,5:光導波路、6:ス
トライプ層、7:化学物半導体層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化合物半導体から成る基板と、 この基板上に形成された少なくとも2本の互いに交差す
    る光導波路と、 この両光導波路の交差部で、各々の光導波路を同一角度
    で遮断するように設けられ、かつ電圧の印加により屈折
    率が変化するストライプ層とを備えた全反射型の光スイ
    ッチにおいて、 前記両光導波路の交差部を含む一部及び前記ストライプ
    層をバンドギャップエネルギが前記伝搬光の波長に相当
    するエネルギに近い化合物半導体層で形成し、 それ以外の両光導波路の部分を前記使用伝搬光の波長に
    相当するエネルギに比べてバンドギャップエネルギが充
    分大きい化合物半導体層で形成したことを特徴とする光
    スイッチ。
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