JPH0743482B2 - Optical matrix switch - Google Patents

Optical matrix switch

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JPH0743482B2
JPH0743482B2 JP63331810A JP33181088A JPH0743482B2 JP H0743482 B2 JPH0743482 B2 JP H0743482B2 JP 63331810 A JP63331810 A JP 63331810A JP 33181088 A JP33181088 A JP 33181088A JP H0743482 B2 JPH0743482 B2 JP H0743482B2
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waveguide
layer
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matrix switch
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孝 牛窪
俊正 石田
彰 渡辺
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、光交換器における光マトリクススイッチに
関するものである。
The present invention relates to an optical matrix switch in an optical switch.

(従来の技術) 光マトリクススイッチは、光交換機の重要な基本素子で
あり、このため、これに関する研究が従来から精力的に
なされている。
(Prior Art) An optical matrix switch is an important basic element of an optical switch, and therefore, researches on it have been vigorously carried out.

第4図は、この出願に係る出願人により特願昭62-25526
1号に提案されている光マトリクススイッチを概略的に
示した平面図である。
Fig. 4 shows the Japanese Patent Application No. 62-25526 filed by the applicant of this application.
FIG. 3 is a plan view schematically showing the optical matrix switch proposed in No. 1.

この光マトリクススイッチは、第一導波路11と第二導波
路13とを有する第一の方向性結合器15をn段(この例で
は3段)接続して構成した入力導波路17をm本(この例
では3本)、及び、第三導波路21と第四導波路23とを有
する第二の方向性結合器25をm段(この例では3段)接
続して構成した出力導波路27をn本(この例では3本)
具えると共に、前記第一導波路11及び前記第四導波路23
を全反射コーナ31を介し接続しかつ前記第二導波路13及
び前記第三導波路21を交差させて前記各入出力導波路1
7,27をマトリクス化したものであった。この光マトリク
ススイッチによれば、入力ポート17a,17b,17cと、出力
ポート27a,27b,27cとの間に構成される光の多数の伝搬
経路のいずれを用いる場合も光信号は全反射コーナを一
回通過するのみで良い構造となっているため、各構成成
分を公知のもので構成しても、光信号を伝搬させる際の
損失を従来のものより低減することが出来た。
This optical matrix switch has m input waveguides 17 configured by connecting first directional couplers 15 having a first waveguide 11 and a second waveguide 13 in n stages (3 stages in this example). (Three in this example), and an output waveguide configured by connecting a second directional coupler 25 having a third waveguide 21 and a fourth waveguide 23 in m stages (3 stages in this example). 27 n (3 in this example)
In addition, the first waveguide 11 and the fourth waveguide 23
Are connected via a total reflection corner 31 and the second waveguide 13 and the third waveguide 21 are crossed so that the input / output waveguides 1
It was a matrix of 7,27. According to this optical matrix switch, the optical signal passes through the total reflection corners when any of the multiple propagation paths of light formed between the input ports 17a, 17b, 17c and the output ports 27a, 27b, 27c is used. Since the structure is such that it only needs to pass once, even if each component is configured by a known component, the loss in propagating an optical signal can be reduced as compared with the conventional one.

また、方向性結合器に関しても種々の研究がなされてき
ており、例えばこの出願人に係る特願昭62-293360に提
案されているものがあった。この方向性結合器は、化合
物半導体材料から成り方向性結合器が有する2つの導波
路間にこれら導波路間の電界結合を高める層(結合層と
称することもある)を設けたもので、結合長Lcの短縮が
図れ従ってより小型化が図れるもので、これを組み込む
光回路素子の小型化を可能にするものであった。
Also, various studies have been made on directional couplers, for example, one proposed in Japanese Patent Application No. 62-293360 of the present applicant. This directional coupler has a layer (also referred to as a coupling layer) that is formed of a compound semiconductor material and that enhances electric field coupling between the two waveguides provided in the directional coupler. The length Lc can be shortened and therefore the size can be further reduced, and the optical circuit element incorporating this can be downsized.

そこで、この出願に係る発明者は、第4図に示した光マ
トリクススイッチの方向性結合器15,25を特願昭62-2933
60に提案されている方向性結合器で構成することを試み
た。なお、光マトリクススイッチは、AlGaAs/GaAs系の
化合物半導体材料を用いたストリップ装荷型導波路を有
する構成とした。
Therefore, the inventor of the present application proposes the directional couplers 15 and 25 of the optical matrix switch shown in FIG.
An attempt was made to construct the directional coupler proposed in 60. The optical matrix switch was configured to have a strip-loaded waveguide using an AlGaAs / GaAs-based compound semiconductor material.

第5図、第6図、第7図及び第8図は、このような構成
とした光マトリクススイッチの説明に供する図であり、
第5図は第4図に対応させて示した平面図(但し、同様
な構成成分の番号の一部は省略している。)、第6図は
この光マトリクススイッチを第5図のI−I線に沿って
切って示した断面図(但し、断面を示すハッチングは省
略している。)、第7図は第5図にPで示した領域を拡
大して示した斜視図、第8図は全反射コーナ31の部分を
拡大して斜視図である。いずれの図も概略図であること
は理解されたい。
FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 8 are diagrams for explaining the optical matrix switch having such a configuration,
FIG. 5 is a plan view shown in correspondence with FIG. 4 (however, some of the numbers of the similar constituents are omitted), and FIG. 6 shows this optical matrix switch at I- of FIG. A cross-sectional view taken along line I (however, hatching showing the cross-section is omitted), FIG. 7 is an enlarged perspective view of a region indicated by P in FIG. 5, and FIG. The figure is an enlarged perspective view of the portion of the total reflection corner 31. It should be understood that both figures are schematic.

この光マトリクススイッチでは、第5図の平面図に示す
ように、結合層40を各方向性結合器の2つの導波路(第
一方向性結合器15を例にとれば第一導波路11及び第二導
波路13)が対向する間(全反射コーナの在る領域も含
む)に設けてある。さらに、第6図に示すように、第一
導電型(この例ではn型)のGaAs基板を用いており、こ
のn型GaAs基板41上にはn型AlGaAs下側クラッド層43及
びi型GaAs光ガイド層45がこの順で設けてあり、さら
に、この光ガイド層45の第一導波路11及び第二導波路13
となる領域上にはp型AlGaAs上側クラッド層47及びp型
GaAsキャップ層49がこの順で設けてある。また、p型Ga
Asキャップ層49の方向性結合器に対応する領域上にはp
側電極51が、n型GaAs基板41の下側面にはn側電極53が
設けてある。また、第5図を用いて説明した結合層40は
上側クラッド層と同じ材料から成っていて、光ガイド層
45の、各方向性結合器の2つの導波路が対向する間(全
反射コーナ31の在る領域を含む)の部分45a上に、上側
クラッド層よりは薄い厚さに設けてある。この結合層40
により第一及び第二導波路11,13(第三及び第四導波路2
1,23)間の電界結合の増加が図れ、よって、結合長Lcの
短縮が図れる。なお、全反射コーナ31としては、第8図
に示すように、第一導波路11及び第四導波路23が接続さ
れた部分のp型キャップ層51、p型AlGaAsクラッド層4
9、i型GaAs光ガイド層45及びn型AlGaAs下側クラッド
層43を、基板41の主面に対し垂直に除去した構造のもの
を用いた。
In this optical matrix switch, as shown in the plan view of FIG. 5, the coupling layer 40 is provided with two waveguides of each directional coupler (in the case of the first directional coupler 15, the first waveguide 11 and The second waveguide 13) is provided while facing each other (including the region where the total reflection corner exists). Further, as shown in FIG. 6, a GaAs substrate of the first conductivity type (n type in this example) is used, and on the n type GaAs substrate 41, the n type AlGaAs lower clad layer 43 and the i type GaAs are used. The light guide layer 45 is provided in this order, and further, the first waveguide 11 and the second waveguide 13 of the light guide layer 45 are provided.
P-type AlGaAs upper cladding layer 47 and p-type
The GaAs cap layer 49 is provided in this order. In addition, p-type Ga
P is provided on the region of the As cap layer 49 corresponding to the directional coupler.
A side electrode 51 is provided, and an n-side electrode 53 is provided on the lower surface of the n-type GaAs substrate 41. The coupling layer 40 described with reference to FIG. 5 is made of the same material as the upper clad layer,
A portion 45a of the directional coupler 45 between the two waveguides of each directional coupler (including a region where the total reflection corner 31 is present) is provided to be thinner than the upper cladding layer. This tie layer 40
The first and second waveguides 11 and 13 (third and fourth waveguides 2
It is possible to increase the electric field coupling between 1,23) and thus to shorten the coupling length Lc. As the total reflection corner 31, as shown in FIG. 8, the p-type cap layer 51 and the p-type AlGaAs cladding layer 4 in the portion where the first waveguide 11 and the fourth waveguide 23 are connected to each other.
9. The i-type GaAs optical guide layer 45 and the n-type AlGaAs lower clad layer 43 were removed perpendicularly to the main surface of the substrate 41.

このように構成した光マトリクススイッチは、第7図か
らも明らかなように、第一及び第二導波路11,13で挟ま
れる領域から全反射コーナ31の在る領域を経て第三及び
第四導波路21,23で挟まれる領域までに渡って結合層40
(斜線を付して示す。)が設けられた構造となってい
た。なお、この光マトリクススイッチの主な部分の寸法
は、各方向性結合器の上側クラッド層47の幅W(リブ幅
とも云える)が2〜5μm、第一及び第二導波路上の上
側クラッド層47間の間隙S(リブ間隔)が2〜5μm、
上側クラッド層47の高さH(リブの高さ)が約1μm、
光ガイド層45の厚さが0.1〜1μm程度であった。
As is clear from FIG. 7, the optical matrix switch configured in this manner passes from the region sandwiched by the first and second waveguides 11 and 13 to the third and fourth regions through the region where the total reflection corner 31 is present. The coupling layer 40 extends to the region sandwiched by the waveguides 21 and 23.
(Shown with diagonal lines). The main dimensions of this optical matrix switch are that the width W (also called rib width) of the upper clad layer 47 of each directional coupler is 2 to 5 μm, and the upper clad on the first and second waveguides is large. The gap S (rib spacing) between the layers 47 is 2 to 5 μm,
The height H (rib height) of the upper clad layer 47 is about 1 μm,
The thickness of the light guide layer 45 was about 0.1 to 1 μm.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、第5図乃至第7図を用いて説明した光マ
トリクススイッチでは、第7図からも明らかなように、
各々の方向性結合器を結ぶ導波路のうちの第二導波路13
及び第三導波路21が全反射コーナ31のすぐ近くに配置さ
れてしまうという問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the optical matrix switch described with reference to FIGS. 5 to 7, as is clear from FIG.
Second waveguide 13 of the waveguides connecting the directional couplers
Also, there is a problem that the third waveguide 21 is arranged in the immediate vicinity of the total reflection corner 31.

一般に、導波路がストリップ装荷型導波路の場合の導波
路近傍での導波路に直交しかつ基板面に平行な方向での
電界強度は、光ガイド層45の上側クラッド層47(リブ4
7)直下の部分で最大となるがリブ47が無い部分でもあ
る程度の値を示す。ところが、上述した第二導波路13や
第三導波路21のように全反射コーナ31のすぐ近くを通る
導波路の場合、全反射コーナ31付近の導波路の近くの光
ガイド厚部分が全反射コーナ31を構成するために一部除
去されていることから導波路構造が非対称になり、電界
強度分布が大幅に変化してしまう。具体的に説明すれ
ば、第二導波路13の全反射コーナ近くの部分近傍での電
界強度分布は、第7図にIを付して示すようになり強度
の中心が導波路の幅方向の中心から全反射コーナ31とは
反対側の方向にずれてしまう。一方、第一及び第二導波
路間の電界結合を高めるための結合層40が在る部分の第
一及び第二導波路での電界強度分布は、第7図にIIを付
して示すようになり両導波路の強度分布の中心が互いに
近づくようなものとなる。従って、第5図乃至第7図に
示したような構造では、第二導波路13の電界強度分布は
全反射コーナ31のところで急激に変化(II→I)するの
で、方向性結合器内を導波し第二導波路13に移った光は
第二導波路13の全反射コーナ31の付近で電界強度分布が
一致しない分だけ導波せず、損失が生じてしまうことに
なる。
Generally, when the waveguide is a strip-loaded waveguide, the electric field strength in the direction near the waveguide and parallel to the substrate surface in the vicinity of the waveguide is as follows.
7) It is maximum in the area directly below, but shows a certain value even in the area without ribs 47. However, in the case of a waveguide that passes in the immediate vicinity of the total reflection corner 31 like the second waveguide 13 and the third waveguide 21 described above, the optical guide thick portion near the waveguide near the total reflection corner 31 causes total reflection. Since the waveguide structure is partly removed to form the corner 31, the waveguide structure becomes asymmetric, and the electric field strength distribution changes significantly. Specifically, the electric field strength distribution near the portion near the total reflection corner of the second waveguide 13 is as shown by adding I in FIG. 7, and the center of the strength is in the width direction of the waveguide. It shifts from the center in the direction opposite to the total reflection corner 31. On the other hand, the electric field intensity distribution in the first and second waveguides in the portion where the coupling layer 40 for enhancing the electric field coupling between the first and second waveguides is present is shown by II in FIG. Therefore, the centers of the intensity distributions of both waveguides are close to each other. Therefore, in the structure shown in FIG. 5 to FIG. 7, the electric field intensity distribution of the second waveguide 13 suddenly changes (II → I) at the total reflection corner 31, so that the inside of the directional coupler is changed. The light guided and transferred to the second waveguide 13 will not be guided in the vicinity of the total reflection corner 31 of the second waveguide 13 due to the inconsistent electric field intensity distribution, resulting in loss.

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、導波路での光損失が少ない光マ
トリクススイッチを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and therefore an object of the present invention is to provide an optical matrix switch with less optical loss in a waveguide.

(問題点を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明によれば、第一導
波路と第二導波路とを有する第一の方向性結合器をn段
接続して構成した入力導波路をm本、及び、第三導波路
と第四導波路とを有する第二の方向性結合器をm段接続
して構成した出力導波路をn本具えると共に、前述の第
一導波路及び前述の第四導波路を全反射コーナを介し接
続しかつ前述の第二導波路及び前述の第三導波路を交差
させて前述の各入出力導波路をマトリクス化した光マト
リクススイッチであって、前述の各第一導波路乃至第四
導波路を、基板上に順次に設けた下側クラッド層及び光
ガイド層と、この光ガイド層の当該第一乃至第四導波路
となる領域上に設けた上側クラッド層とを有するストリ
ップ装荷型導波路で構成してある、化合物半導体から成
る光マトリクススイッチにおいて、 前述の第一方向性結合器各々の第一導波路及び第二導波
路が対向する間の光ガイド層部分の前述の全反射コーナ
からは離間した領域上に前述の上側クラッド層と同じ材
料から成りこの上側クラッド層よりも薄厚な第一の結合
層をそれぞれ設け、 前述の第二方向性結合器各々の第三導波路及び第四導波
路が対向する間の光ガイド層部分の前述の全反射コーナ
からは離間した領域上に前述の上側クラッド層と同じ材
料から成りこの上側クラッド層よりも薄厚な第二の結合
層をそれぞれ設けたことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, according to the present invention, a first directional coupler having a first waveguide and a second waveguide is connected in n stages. M input waveguides, and n output waveguides configured by connecting a second directional coupler having a third waveguide and a fourth waveguide in m stages. An optical matrix switch in which one waveguide and the above-mentioned fourth waveguide are connected through a total reflection corner, and the above-mentioned second waveguide and the above-mentioned third waveguide are crossed to form each of the above-mentioned input / output waveguides in a matrix. And a lower clad layer and an optical guide layer in which the above-mentioned first to fourth waveguides are sequentially provided on a substrate, and the first to fourth waveguides of the optical guide layer. A strip-loaded waveguide having an upper clad layer provided on the region, In an optical matrix switch made of a physical semiconductor, in a region of the optical guide layer portion between the first waveguide and the second waveguide of each of the above-mentioned first directional couplers, which is separated from the above-mentioned total reflection corner. A first coupling layer, which is made of the same material as the upper clad layer and is thinner than the upper clad layer, is provided, and the third waveguide and the fourth waveguide of each of the second directional couplers are opposed to each other. A second coupling layer made of the same material as the upper clad layer and thinner than the upper clad layer is provided on a region of the optical guide layer portion away from the total reflection corner. .

(作用) このような構成によれば、全反射コーナの周辺には方向
性結合器が有する2つの導波路間の電界結合を高める結
合層が無い構造になる。このため、各導波路の電界強度
分布の中心は、結合層と接する部分では対向導波路側に
ずれていても、全反射コーナの方向に向う途中の結合層
が無くなった部分で各々の導波路の幅方向の中心側に戻
る。
(Operation) With such a configuration, there is no coupling layer around the total internal reflection corner that enhances the electric field coupling between the two waveguides of the directional coupler. Therefore, even though the center of the electric field intensity distribution of each waveguide is deviated to the opposite waveguide side in the portion in contact with the coupling layer, each waveguide is eliminated in the portion where the coupling layer on the way to the direction of the total reflection corner disappears. Return to the center side in the width direction.

また、導波路の全反射コーナ付近では導波路の両側共に
結合層即ちクラッド層が無い構造になるので従来問題と
なっていた全反射コーナの導波路に及ぼす影響が緩和さ
れるようになる。このため、この付近での電界強度分布
の中心は第7図にIで示した状態から導波路の中心側に
近づくようになる。従って、同一導波路の結合部と接す
る部分の電界強度分布と、全反射コーナ近傍の部分の電
界強度分布とが類似してくるようになる。
Further, in the vicinity of the total reflection corner of the waveguide, since there is no coupling layer, that is, the cladding layer on both sides of the waveguide, the influence of the total reflection corner on the waveguide, which has been a problem in the related art, can be alleviated. Therefore, the center of the electric field intensity distribution in this vicinity comes to approach the center side of the waveguide from the state shown by I in FIG. Therefore, the electric field intensity distribution of the portion in contact with the coupling portion of the same waveguide and the electric field intensity distribution of the portion near the total reflection corner become similar.

(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の光マトリクススイッチ
の実施例につき説明する。しかしながら以下の説明に用
いる各図は、この発明が理解出来る程度に概略的に示し
てあるにすぎず、従って、各構成成分の寸法、形状、配
置関係及び各構成成分間の寸法比等も概略的であり、こ
の発明が図示例のみに限定されるものでないことは理解
されたい。また、以下の実施例を、入力導波路数mを3
とし出力導波路数nを3とした、3×3の光マトリクス
スイッチにこの発明を適用した例で説明する。また、光
マトリクススイッチを作製する材料としては従来と同様
にAlGaAs/GaAs系の化合物半導体を用いた。
(Embodiment) An embodiment of the optical matrix switch of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the drawings used in the following description are only schematically illustrated to the extent that the present invention can be understood. It should be understood that the present invention is not limited to the illustrated examples. In addition, the number of input waveguides m is set to 3 in the following embodiment.
An example in which the present invention is applied to a 3 × 3 optical matrix switch in which the number of output waveguides n is 3 will be described. As a material for manufacturing the optical matrix switch, an AlGaAs / GaAs-based compound semiconductor was used as in the conventional case.

第1図及び第2図は、実施例の光マトリクススイッチの
説明に供する図であり、第1図は全体構成を模式的に示
した平面図、第2図は第1図にQで示した部分を拡大し
て示した斜視図である。なお、各図において従来の構成
成分と同様な構成成分については、同一の符号を付して
示してある。また、第1図においては図面が煩雑化する
ことを回避するため同様な構成成分の番号付けを一部省
略している。
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams for explaining the optical matrix switch of the embodiment. FIG. 1 is a plan view schematically showing the overall configuration, and FIG. 2 is shown by Q in FIG. It is the perspective view which expanded and showed the part. In each drawing, the same components as those of the conventional components are designated by the same reference numerals. Further, in FIG. 1, in order to avoid making the drawing complicated, some of the numbering of similar constituent components is omitted.

この実施例の光マトリクススイッチは、第1図の平面図
に示すように、第一導波路11と第二導波路13とを有する
第一の方向性結合器15を3段接続して構成した入力導波
路17を3本、及び、第三導波路21と第四導波路23とを有
する第二の方向性結合器25を3段接続して構成した出力
構成路を3本具えると共に、第一導波路11及び第四導波
路23を全反射コーナ31を介し接続しかつ第二導波路13及
び前記第三導波路23を交差させて各入出力導波路17,27
をマトリクス化してある。そして、各第一導波路〜各第
四導波路を、第6図を用いて既に説明したように、n型
GaAs基板41上に順次に設けたn型AlGaAs下側クラッド層
43及びi型GaAs光ガイド層45と、この光ガイド層45の当
該第一乃至第四導波路となる領域上に順次に設けた上側
クラッド層47及びp型GaAsキャップ層49とから成るスト
リップ装荷型導波路で構成してある。また、p型GaAsキ
ャップ層49の方向性結合器に対応する領域上にはp側電
極51が、n型GaAs基板41の下側面にはn側電極53が設け
てある(なお第1図及び第2図ではキャップ層49、p側
電極51及びn側電極53の図示を省略してある)。
As shown in the plan view of FIG. 1, the optical matrix switch of this embodiment is configured by connecting three first directional couplers 15 each having a first waveguide 11 and a second waveguide 13 in three stages. In addition to providing three input waveguides 17 and three output component paths configured by connecting three stages of the second directional coupler 25 having the third waveguide 21 and the fourth waveguide 23, The first waveguide 11 and the fourth waveguide 23 are connected via a total reflection corner 31, and the second waveguide 13 and the third waveguide 23 are crossed to each input / output waveguide 17, 27.
Are matrixed. Then, as described above with reference to FIG. 6, each of the first to fourth waveguides is an n-type waveguide.
N-type AlGaAs lower clad layer sequentially provided on the GaAs substrate 41
43 and an i-type GaAs optical guide layer 45, and an upper clad layer 47 and a p-type GaAs cap layer 49, which are sequentially provided on the regions of the optical guide layer 45 to be the first to fourth waveguides, and are strip-loaded. It is composed of a waveguide. Further, a p-side electrode 51 is provided on a region of the p-type GaAs cap layer 49 corresponding to the directional coupler, and an n-side electrode 53 is provided on a lower side surface of the n-type GaAs substrate 41 (see FIG. 1 and FIG. In FIG. 2, the cap layer 49, the p-side electrode 51, and the n-side electrode 53 are not shown).

さらに、この光マトリクススイッチでは、第1図及び第
2図に示すように、各第一方向性結合器の第一導波路11
及び第二導波路13が対向する間の光ガイド層部分の全反
射コーナ31からl1だけ離間した領域上に、上側クラッ
ド層47と同じ材料から成りこの上側クラッド層47よりも
薄厚な第一の結合層61(斜線を付して示す)をそれぞれ
設け、各第二方向性結合器25の第三導波路21及び第四導
波路23が対向する間の光ガイド層部分の全反射コーナ31
からl2だけ離間した領域上に上側クラッド層47と同じ
材料から成りこの上側クラッド層47よりも薄厚な第二の
結合層63(斜線を付して示す)をそれぞれ設けてある。
なお、第一の結合層61及び第二の結合層63のそれぞれの
厚さは、設計に応じて変更されるものであるが、この例
の場合では0.01〜0.1μmの範囲内の値としている。ま
た、第一結合層61の長さL1、第二結合層63の長さL2(第
2図参照)は、設計に応じ決定する。また、第一の結合
層61の全反射コーナ31からの離間距離l1及び第二の結
合層63の全反射コーナ31からの離間距離l2は、それぞ
れ設計に応じて変更されるものであるが、この例の場合
では導波路の幅w(第2図参照)に対しl1>2W、l2
2Wの好適な値としている。
Furthermore, in this optical matrix switch, as shown in FIGS. 1 and 2, the first waveguide 11 of each first directional coupler is used.
And a region of the optical guide layer portion, which is separated from the total reflection corner 31 by l 1 while the second waveguide 13 is opposed, is made of the same material as the upper clad layer 47 and thinner than the upper clad layer 47. Respective coupling layers 61 (shown with diagonal lines) are provided, and the total reflection corners 31 of the optical guide layer portion while the third waveguide 21 and the fourth waveguide 23 of each second directional coupler 25 face each other.
A second coupling layer 63 (shown by hatching) made of the same material as the upper clad layer 47 and thinner than the upper clad layer 47 is provided on each of the regions separated from each other by 1 2 .
The thickness of each of the first bonding layer 61 and the second bonding layer 63 is changed according to the design, but in the case of this example, it is set to a value within the range of 0.01 to 0.1 μm. . The length of the first coupling layer 61 L 1, the length of the second binding layer 63 L 2 (see FIG. 2) is determined in accordance with the design. Also, the distance l 2 from the distance l 1 and total reflection corner 31 of the second binding layer 63 from the total reflection corner 31 of the first binding layer 61 is intended to be changed in accordance with each design However, in this example, l 1 > 2W, l 2 > with respect to the width w of the waveguide (see FIG. 2).
The preferred value is 2W.

次に、実施例の光マトリクススイッチにおける導波路で
の電界強度分布を第7図に示した従来の電界強度分布と
対比して説明する。
Next, the electric field intensity distribution in the waveguide of the optical matrix switch of the embodiment will be described in comparison with the conventional electric field intensity distribution shown in FIG.

先ず、第一及び第二導波路11,13間の第一の結合層61の
在る部分の第一及び第二導波路での電界強度分布は、第
2図にIIを付して示すようになりこれは第7図にIIを付
して示した従来のものと同様である。
First, the electric field intensity distribution in the first and second waveguides at the portion where the first coupling layer 61 exists between the first and second waveguides 11 and 13 is shown by II in FIG. This is the same as the conventional one shown by II in FIG.

次に、第一及び第二導波路11,13間の第一の結合層61が
無い部分でかつ全反射コーナ31までには至らない部分の
第一及び第二導波路での電界強度分布は、第2図にIII
を付して示すようになり第一の結合層61がある部分の電
界強度分布IIに比し中心がそれぞれの導波路の幅方向の
中心側によってくる。
Next, the electric field intensity distribution in the first and second waveguides in the portion where the first coupling layer 61 between the first and second waveguides 11 and 13 does not exist and which does not reach the total reflection corner 31 is , Fig. 2 III
As compared with the electric field intensity distribution II in the portion where the first coupling layer 61 is present, the center comes closer to the center side in the width direction of each waveguide.

また、第二導波路13の全反射コーナ側の部分近傍での電
界強度分布は、結合層が無い分だけ全反射コーナ31の影
響を受けにくくなるため、第2図にIVを付して示すよう
なものになり、第7図にIを付して示したものに比し強
度の中心が導波路の幅方向に中心側によってくる。
Further, the electric field strength distribution near the portion of the second waveguide 13 on the side of the total reflection corner is less affected by the total reflection corner 31 because there is no coupling layer, and therefore is shown with IV in FIG. As shown in FIG. 7, the center of the intensity is closer to the center side in the width direction of the waveguide as compared with the one indicated by I in FIG.

従って第2図からも理解できるようにこの実施例の構造
によれば、同一導波路この図示例では第二導波路13の第
一の結合部61と接する部分の電界強度分布と、全反射コ
ーナ31近傍の分布の電界強度分布とが類似してくるよう
になり然も電界強度分布の変化が従来に比し緩やかにな
るので、導波光の損失が小さくなる。このことは、全反
射コーナ31の側を通る第三導波路21についても同様であ
る。
Therefore, as can be understood from FIG. 2, according to the structure of this embodiment, in the same waveguide in this illustrated example, the electric field intensity distribution of the portion in contact with the first coupling portion 61 of the second waveguide 13 and the total reflection corner. The electric field strength distribution of the distribution near 31 becomes similar, but the change of the electric field strength distribution becomes gentler than before, so that the loss of guided light becomes small. The same applies to the third waveguide 21 passing through the side of the total reflection corner 31.

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく種々の変更を加えることが出来る。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be added.

例えば光マトリクススイッチの第一導波路乃至第四導波
路の接続関係は、第1図に示したものに限られるもので
はなく、例えば第3図に平面図を以って示したような接
続関係を有する基本単位を繰り返した構造のものとして
も良い。
For example, the connection relationship of the first to fourth waveguides of the optical matrix switch is not limited to that shown in FIG. 1, but, for example, the connection relationship shown in the plan view of FIG. It may have a structure in which a basic unit having is repeated.

また、上述した実施例は3×3の光マトリクススイッチ
の例を説明しているが、これは単なる一例にすぎず、入
出力導波路の数m,nをそれぞれ異なる数にした場合で
も、また、入出力導波路の数を同数のまま他の数に変更
した場合でも、この発明を適用出来ること明らかであ
る。
Further, although the above-described embodiment describes the example of the 3 × 3 optical matrix switch, this is merely an example, and even when the numbers m and n of the input / output waveguides are different from each other, It is apparent that the present invention can be applied even when the number of input / output waveguides is changed to another number with the same number.

また、上述した実施例では、n型GaAs基板を用いた例で
説明しているが、基板をp型のものとし各半導体層を実
施例とは反対の導電型としても勿論良い。また、実施
例、変形例共に光ガイド層はi型に限られるものではな
くp型でもn型でも良い。さらに、光マトリクススイッ
チの構成材料を、InGaAsP/InP系等の他の材料としても
良い。
Further, in the above-mentioned embodiments, the n-type GaAs substrate is used as an example, but the substrate may be of p-type and each semiconductor layer may be of the conductivity type opposite to that of the embodiment. In addition, the light guide layer is not limited to the i-type in both the embodiment and the modification, and may be p-type or n-type. Furthermore, the constituent material of the optical matrix switch may be another material such as InGaAsP / InP system.

(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の光マト
リクススイッチによれば、全反射コーナの周辺には方向
性結合器が有する2つの導波路間の電界結合を高める結
合層が無い構造になる。このため、各導波路の電界強度
分布の中心は、結合層と接する部分では対向導波路側に
ずれていても、全反射コーナの方向に向う途中の結合層
が無くなった部分で各々の導波路の幅方向の中心側に戻
る。さらに、導波路の全反射コーナ付近では導波路の両
側共に結合層即ちクラッド層が無い構造になるので、従
来問題となっていた全反射コーナの導波路に及ぼす影響
が緩和されるようになる。このため、特願昭62-293360
に提案されている方向性結合器を用いても、同一導波路
の結合部と接する部分の電界強度分布と、全反射コーナ
近傍の部分の電界強度分布とが類似してくるようになる
ので、個々の全反射コーナ部分近傍にある導波路での光
損失が第7図の場合に比し小さくなる。
(Effect of the Invention) As is apparent from the above description, according to the optical matrix switch of the present invention, the coupling layer for enhancing the electric field coupling between the two waveguides included in the directional coupler is provided around the total reflection corner. There is no structure. Therefore, even though the center of the electric field intensity distribution of each waveguide is deviated to the opposite waveguide side in the portion in contact with the coupling layer, each waveguide is eliminated in the portion where the coupling layer on the way to the direction of the total reflection corner disappears. Return to the center side in the width direction. Further, in the vicinity of the total reflection corner of the waveguide, there is no coupling layer, that is, the cladding layer on both sides of the waveguide, so that the influence of the total reflection corner on the waveguide, which has been a problem in the related art, can be alleviated. For this reason, Japanese Patent Application Sho 62-293360
Even when using the directional coupler proposed in, the electric field strength distribution of the portion in contact with the coupling portion of the same waveguide becomes similar to the electric field strength distribution of the portion near the total reflection corner. The optical loss in the waveguide in the vicinity of each total reflection corner is smaller than that in the case of FIG.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、実施例の光マトリクススイッチの説明に供す
る平面図、 第2図は、実施例の光マトリクススイッチの説明に供す
る部分的斜視図、 第3図は、この発明の変形例の説明に供する図、 第4図は、従来の光マトリクススイッチの一構成例を示
す平面図、 第5図は、従来の光マトリクススイッチの他の構成例を
示す平面図、 第6図は、第5図に示した光マトリクススイッチの一部
の断面図、 第7図は、第5図に示した光マトリクススイッチの一部
を拡大して示す斜視図、 第8図は、全反射コーナの説明に供する斜視図である。 11……第一導波路、13……第二導波路 15……第一の方向性結合器 17……入力導波路 17a,17b,17c……入力ポート 21……第三導波路、23……第四導波路 25……第二の方向性結合器 27……出力導波路 27a,27b,27c……出力ポート 31……全反射コーナ 41……基板(n型GaAs基板) 43……下側クラッド層(n型AlGaAs層) 45……光ガイド層(i型GaAs層) 47……上側クラッド層(p型AlGaAs層) 61……第一の結合層、63……第二の結合層。
FIG. 1 is a plan view for explaining the optical matrix switch of the embodiment, FIG. 2 is a partial perspective view for explaining the optical matrix switch of the embodiment, and FIG. 3 is a modification of the present invention. FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of a conventional optical matrix switch, FIG. 5 is a plan view showing another configuration example of a conventional optical matrix switch, and FIG. FIG. 7 is a partial sectional view of the optical matrix switch shown in FIG. 7, FIG. 7 is an enlarged perspective view of a portion of the optical matrix switch shown in FIG. 5, and FIG. It is a perspective view to offer. 11 …… First waveguide, 13 …… Second waveguide 15 …… First directional coupler 17 …… Input waveguide 17a, 17b, 17c …… Input port 21 …… Third waveguide, 23… … Fourth waveguide 25 …… Second directional coupler 27 …… Output waveguide 27a, 27b, 27c …… Output port 31 …… Total reflection corner 41 …… Substrate (n-type GaAs substrate) 43 …… Bottom Side cladding layer (n-type AlGaAs layer) 45 ... Optical guide layer (i-type GaAs layer) 47 ... Upper cladding layer (p-type AlGaAs layer) 61 ... First coupling layer, 63 ... Second coupling layer .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第一導波路と第二導波路とを有する第一の
方向性結合器をn段接続して構成した入力導波路をm
本、及び、第三導波路と第四導波路とを有する第二の方
向性結合器をm段接続して構成した出力導波路をn本具
えると共に、前記第一導波路及び前記第四導波路を全反
射コーナを介し接続しかつ前記第二導波路及び前記第三
導波路を交差させて前記各入出力導波路をマトリクス化
した光マトリクススイッチであって、前記各第一導波路
乃至第四導波路を、基板上に順次に設けた下側クラッド
層及び光ガイド層と、該光ガイド層の当該第一乃至第四
導波路となる領域上に設けた上側クラッド層とを有する
ストリップ装荷型導波路で構成してある、化合物半導体
から成る光マトリクススイッチにおいて、 前記第一方向性結合器各々の第一導波路及び第二導波路
が対向する間の光ガイド層部分の前記全反射コーナから
は離間した領域上に前記上側クラッド層と同じ材料から
成り該上側クラッド層よりも薄厚な第一の結合層をそれ
ぞれ設け、 前記第二方向性結合器各々の第三導波路及び第四導波路
が対向する間の光ガイド層部分の前記全反射コーナから
は離間した領域上に前記上側クラッド層と同じ材料から
成り該上側クラッド層よりも薄厚な第二の結合層をそれ
ぞれ設けたことを特徴とする光マトリクススイッチ。
1. An input waveguide formed by connecting n stages of first directional couplers having a first waveguide and a second waveguide.
And n output waveguides formed by connecting m second stages of second directional couplers having a third waveguide and a fourth waveguide, the first waveguide and the fourth waveguide. An optical matrix switch in which the waveguides are connected via a total reflection corner and the input / output waveguides are formed into a matrix by intersecting the second waveguide and the third waveguide, the first waveguides to A strip having a lower clad layer and an optical guide layer sequentially provided with a fourth waveguide on a substrate, and an upper clad layer provided on a region of the optical guide layer to be the first to fourth waveguides. In an optical matrix switch made of a compound semiconductor, which is composed of a loaded waveguide, the total reflection of the optical guide layer portion while the first waveguide and the second waveguide of each of the first directional couplers face each other. The upper corner is placed on the area that is separated from the corner. A first coupling layer made of the same material as the rud layer and thinner than the upper cladding layer is provided, and an optical guide layer is provided between the third waveguide and the fourth waveguide of each of the second directional couplers. 2. An optical matrix switch, characterized in that second coupling layers made of the same material as the upper clad layer and thinner than the upper clad layer are provided on regions separated from the total reflection corners.
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