JPH0743483B2 - 光マトリクススイッチ - Google Patents

光マトリクススイッチ

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JPH0743483B2
JPH0743483B2 JP33545188A JP33545188A JPH0743483B2 JP H0743483 B2 JPH0743483 B2 JP H0743483B2 JP 33545188 A JP33545188 A JP 33545188A JP 33545188 A JP33545188 A JP 33545188A JP H0743483 B2 JPH0743483 B2 JP H0743483B2
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optical matrix
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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。
(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。
第3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。
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。
ところで、第3図に示したような光マトリクススイッチ
の各導波路を、化合物半導体材料例えばGaAs/AlGaAs系
材料を用いたストリップ装荷型の導波路で構成しようと
した場合、その構造は例えば以下に説明するようなもの
になる。第4図及び第5図はその説明に供する図であ
り、第4図は第3図におけるI−I線相当位置での断面
図、第5図は全反射コーナ31付近を拡大して示した斜視
図である。但し、第4図においては図面が複雑化するこ
とを回避するため断面を示すハッチングは省略してあ
る。
第4図において、41は第一導電型(この例ではn型)の
GaAs基板である。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
設けられており、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
られている。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が設けられている。この構造に
おいては、光は、上側クラッド層47、キャップ層49及び
p側電極51で構成される2つの積層体55a,55b(以下、
第一のリブ55a、第二のリブ55bと称する。)の下側の光
ガイド層部分内に閉じ込められる。
また、この光マトリクススイッチの全反射コーナー31
は、例えば第5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Al
GaAsクラッド層49、i型GaAs光ガイド層45及びn型AlGa
As下側クラッド層43のそれぞれの一部を、基板41の主面
に対し垂直に除去した構造のもので構成出来る。
そして第4図及び第5図を用いて説明したような光マト
リクススイッチを動作させる場合は、各々の方向性結合
器の第一のリブ55aのp側電極51と、基板41裏面に設け
たn側電極53との間、及び、各々の方向性結合器の第二
のリブ55bのp側電極51と、第一のリブ55aのp側電極51
との間に、それぞれ電圧VSWを印加することになる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、第3図を用いて説明した光マトリクスイ
ッチに、第4図及び第5図を用いて説明したような化合
物半導体材料を用いたストリップ装荷型導波路構造を適
用した場合、各方向性結合器は、リブ55a,55bのところ
のキャップ層49及び上側クラッド層47によって互いに接
続されてしまう。従って、この光マトリクススイッチに
第4図に示したように電圧を印加して動作させると、全
ての方向性結合器に同一電圧が印加されてしまうことに
なり、各方向性結合器を個別に制御し動作させることが
出来ないという問題点があった。
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、化合物半導体材料から成りスト
リップ装荷型導波路を用いた光マトリクススイッチであ
って制御性の優れた光マトリクススイッチを提供するこ
とにある。
(課題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、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、 m本の入力導波路各々の各第一方向性結合器間と、n本
の出力導波路各々の各第二方向性結合器間とに、各方向
性結合器を電気的に分離しかつ光導波は確保出来る程度
に当該導波路の一部を前記光ガイド層の表面が露出する
まで除去した、切除部をそれぞれ設けたことを特徴とす
る。
また、この発明の実施に当たり、前述の切除部によって
電気的に分離された各第一方向性結合器及び各第二方向
性結合器各々が有する2つの導波路にそれぞれ設けられ
た電極のうちの共通電極とされる電極間を接続する電極
間接続部を具えた構成とするのが好適である。
(作用) このような構成によれば、切除部は上側クラッド層を含
むこれより上の層(例えばキャップ層やp側電極)が無
い構造になるので、光マトリクススイッチの各方向性結
合器はそれぞれ電気的に分離される。しかし、切除部で
の上側クラッド層の不連続部分は光導波は確保される程
度にわずかなものであるし、光ガイド層は切除部におい
ても残っているので、光損失は実質的に問題とならな
い。従って、第4図を参照して説明すれば、各方向性結
合器はそれぞれの第二のリブ55bのP側電極51と第一の
リブ55aのP側電極51との間に電圧VSWを印加するかしな
いかによってクロス状態かバー状態かをとるようになる
ので、各方向性結合器を個別に動作させることが出来る
ようになる。
また、電極間接続部によって各方向性結合器の共通電位
とされる電極が順次接続されてゆくので、個々の方向性
結合器にそれぞれ共通電極用配線を設ける必要がなくな
る。
(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。
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P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、図面が複雑化することを回避するた
め、図中の同様な構成部分については番号付けを一部省
略してある。
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27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17,2
7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4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p
型AlGaAs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、各方向性結合器の2つの導波路のp型GaAsキャップ
層49上にはp側電極51がそれぞれ設けてあり、n型GaAs
基板41の下側面にはn側電極53が設けてある。
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、3本の入力導波路各々の各第一方向
性結合器間と、3本の出力導波路各々の各第二方向性結
合器間とに、各方向性結合器を電気的に分離しかつ光導
波は確保出来る程度に当該導波路の一部を前記光ガイド
層の表面が露出するまで除去した、切除部61をそれぞれ
設けてある。この実施例の各導波路のi型GaAs光ガイド
層45上には、p型AlGaAs上側クラッド層47、p型GaAsキ
ャップ層49及びp側電極51が積層してあるので、切除部
61は、導波路のp側電極51、p型GaAsキャップ層49及び
p型AlGaAs上側クラッド層47のそれぞれの一部を光ガイ
ド層45表面が露出するまで除去することで形成してい
る。ここで、各方向性結合器を電気的に分離しかつ光導
波は確保出来る程度の切除部61は、切除する部分の寸法
l(第2図参照)を、導波路の幅W(第2図参照)即ち
上側クラッド層47等で構成される第4図に示したリブ55
a,55bの幅に比し小さい値とすることで得られる。寸法
lの具体的な値は光マトリクススイッチの設計に応じ決
定する。
また、この実施例の光マトリクススイッチにおいては、
切除部61によって電気的に分離された各第一方向性結合
器15及び各第二方向性結合器25各々が有する2つの導波
路の上にそれぞれ設けられるp側電極51のうちの、基板
41に接続され共通電極とされるp側電極51(第4図参
照)間、第2図を参照して具体的に説明すれば第二の方
向性結合器25の第三導波路21のp側電極51Xと、これよ
り出力側にある第一の方向性結合器15の第二の導波路13
のp側電極51yとの間を第1図及び第2図に斜線を付し
て示すような電極間接続部63によって接続してある。そ
して、この電極間接続部63は最終的には配線電極65(第
1図参照)によってn側電極と接続し共通電極としてあ
る。従って、電極間接続部63と、各方向性結合器の共通
電極とされる側のp側電極とによって各方向性結合器の
共通電位とされる電極同志が順次接続されてゆくので、
個々の方向性結合器にそれぞれ共通電極用配線を設ける
必要がなくなるという効果が得られる。
なお、この発明は上述した実施例のみに限定されるもの
ではなく以下に説明するような種々の変更を加えること
が出来る。
例えば実施例の光マトリクススイッチでは、導波路をキ
ャップ層49を有したものとして説明している。しかしキ
ャップ層49を除去して構成したストリップ装荷型の導波
路でも実施例と同様な効果を得ることが出来る。この場
合の切除部61は、上側クラッド層47の一部を光ガイド層
45の表面が露出するまで除去して形成することになる。
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。
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、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、InGa
AsP/InP系等の他の材料としても良い。
(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、切除部によって各方向性結合
器はそれぞれ電気的に分離される。また、切除部での上
側クラッド層の不連続部分は光導波は確保される程度に
わずかなものであるし、光ガイド層は切除部においても
残っているので、光損失は実質的に問題とならない。従
って、化合物半導体材料から成りストリップ装荷型導波
路を用いた光マトリクススイッチであっても各方向性結
合器を個々に駆動制御出来る。
また、電極間接続部と、各方向性結合器の一方の導波路
上のp側電極とによって各方向性結合器の共通電位とさ
れる電極同志が順次接続されてゆくので、個々の方向性
結合器にそれぞれ共通電極用配線を設ける必要がなくな
るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 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一部を拡大
して示した斜視図、 第3図は、従来の光マトリクススイッチの説明に供する
平面図、 第4図は、従来及びこの発明の説明に供する図であり、
第1図及び第3図に示した光マトリクススイッチの同図
のI−I線相当位置での部分的断面図、 第5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) 49……キャップ層(p型GaAs層) 51,55x,55y……p側電極、53……n側電極 55a……第一のリブ、55b……第二のリブ 61……導波路の切除部、63……電極間接続部 65……配線電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 m本の入力導波路各々の各第一方向性結合器間と、n本
    の出力導波路各々の各第二方向性結合器間とに、各方向
    性結合器を電気的に分離しかつ光導波は確保出来る程度
    に当該導波路の一部を前記光ガイド層の表面が露出する
    まで除去した、切除部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。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の光マトリクススイッチに
    おいて、前記電気的に分離された各第一方向性結合器及
    び各第二方向性結合器各々が有する2つの導波路にそれ
    ぞれ設けられた電極のうちの共通電極とされる電極間を
    接続する電極間接続部を具えたことを特徴とする光マト
    リクススイッチ。
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