JPH07500431A - 光スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光スイツチング装置 産業上の利用分野 本発明は、光集積装置の分野にある。特に１本発明は、光信号をスイッチする光 スイツチング装置に関する。

従来技術 フヒーレント光ローカルネッ、トワークにおいて、加入者は、結合コヒーレント 光送受信器によって接続される。このような結合送受信器は、好ましくは、集積 装置として構成される。このような送受信器において、スイッチは、ネットワー クを混乱させずに送信機を！ＩＱ節できるようにするため伝送チャネルを閉鎖す るのに組み入れるべきである。

このようなスイッチでは１分離または消光比は少なくとも約４０ｄＢが必要であ る。＃Ｉ々のスイッチ、Ｌｘ２または２ｘ２、として、方向カシブラー、ディジ タル光スィッチまたはマツハ−ツエンデルスイッチ等が知られている。これらの 周知のスイッチは一般に、分離が２０から３０ｄＢであるため、所定の分離を達 成しない、事実、所定の分離は、このようなスイッチを２つ以上直列に設置プる ことにより達成できる。しかし、このことは、複雑さと、所要集積スペースが増 大することを重味する。半導体材料の使用に直接合う、他のスイッチングの可能 性は、チャージキャリア注入により得ることができる。１を極を介し一定長さの 導波管に亘り自由チャージキャリアを半導体材料に注入する結果、吸収が増大す る。

Ｒｎりとして、所望の分離は、チャージキャリアの長さおよび（または）流れを 大きくすることにより簡単に閂られる。さらに、この形式の吸収スイ・ソチは、 導波管と、その長平においた電極とにより形成できるので、極めて簡単である。

しかし、現在の接、自製造技術状憇では、Ｉｎ＋’等半導体材料は、所望の４０ ｄＢ分離におけるＩｃ＋＋＋以上の長さに等しい、２０に＾／ｃ＋ｓ２より大き い電流密度に耐えられない。

半導体材ｆ４の゛チップ°の典型的寸法は現在、ｌと２ＣＩ１１の間であること よりみて。

これは長い。

文献（１）は、半導体材料の方向カップラーを開示し、この方向カップラーは。

その制御のため、中央カップリング部上の中央に設けた電極に助番ブられてカッ プリング部の長さにわたるチャージキャリア注入を利用する。このスイッチも１ 分離または延長比は約２０ｄＢである。

パイモダル導波管において、光信号は一般に、特別の波長範囲内で、第０位案内 モードと第１位案内モードの両方で伝搬できる。前記バイモダル導波萱がテーバ を経てモノモダル導波管に合同すれば、バイモダル導波管にお１ブる第０位モー ド成分のみが、さらに伝搬し、第１位案内モード成分はテーバで散乱される。バ イモダル導波管が、バイモグル入力ガイドと伝搬定数が異なる２つのモノモダル 出力ガイドとを有する非対称Ｙ接合で現れれば、２つのモード成分は、特に、第 ０位案内モード成分が最大伝搬定数を有する出力ガイドを経て、第１位案内モー ド成分は最小伝搬定数を有する出力ガイドを経てカップルし、さらに前記ガイド の第０位モードで伝搬するような方法で、分割される０両ケースとも、２つの信 号成分はこのプロセスで互いに分離されるが、一方のケースでは、成分の一方は 失われる。当時公開されていなりかった、文献（２）は、第０泣案内モードの、 １００％まで、よく画成された信号部分が、波長選択手法で、バイモダル導波雪 の第１位案内モードに変換されるような方法で寸法法めされる。受動光集積装置 を開示する。このようなコンバータがその出力が上記のようにテーパまたは非対 称Ｙ接合に結合される場合、および信号部分の変換も、変換をそれぞれ行うか。

行わない、２つの状態間でスイッチ可能であった場合には、スイッチは信号部分 をスイッチするために産出されよう、テーパが出力部として選択されると、オン ・オフスイッチが産出されるが、非対称Ｙ接合は伝搬方向スイッチを産出する。

このようなスイッチの構成成分よりみて、上記の欠点が解消できるものと期待さ れる。さらに、当時公開されていなかった、文献（３）に記載の波長選択マルチ プレクサ−とデマルチプレクサ−は、スイッチ可能構造であろう、従って１文献 （２）自身に記載され、変換がスイッチ可能なモードコンバータと同様な形式の 光装置が必要である。

発明の開示 本発明の目的は、上記の必要性を満たすことにある。この目的のため２　光スイ ツチング装置は１本発明によれば、第１と第２案内モード信号間の周期カフブリ ングによって第１案内モード信号の部分を第２案内モード信号に変換する受動モ ードコンバータであって、縦方向に周期モードフィールド構成を有する導波管と 、スイッチ可能な修正をさせる手段が対応する光媒体に構成される。導波管にお ける周期モード　フィールド　プロフィール構成をスイッチ可能に修正する手段 とを含む、受動モードコンバークを特徴とする０本発明は、チャネル型導波管に おいて、特に、バイモダル　チャネル型導波管において、第０位案内モード信号 と１４１位案内モード信号とのモード　フィールド　プロフィールが特性的に異 なり、これに基すき、一方のプロフィールが他方よりも強く修正できるという、 識見に基ずいている。

さらに、その目的は、所定の絶縁を有するが、前記の欠点がない、上記形式の光 スィッチを提供することにある。好ましくは、本発明による光スイツチング装置 は、この目的のため、請求項７　−　１０のうち１つ以上の特徴を有する。

スイッチング性は変調性も意味するので、本発明による種々のスイッチング装置 も常に１強さ変調装置としても使用できる。

本発明は、好ましくは、ＩｎＰ等半導体オイ料について、極めて容易に集積可能 で。

かなり短く、約１１ＩＩ１１であるが、殆ど、上記形式の吸収スイッチよりも？ ｌｎｌでない。

スイッチング装置を産出する。導波管構造は単一エソチング工程で産出できる。

製造に当たり臨界パラメータはない、吸収スイッチに普通使用されるものよりも かなり低い制御電流が必要である。

文献 ］１］　Ｋ、イシグ他、”キャリア誘導屈折率変化を使用するＩｎＧａＡｓＰ／ ＩｎＰ光スイッチ”、Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔ、Ｌ、　ＳＯ［３１，１ ９８７年１月１９日、Ｔ）ｐ、１４１゜［２Ｊ　ＥＰ−＾−ｏ５１３９１９　（ 出願人；　１９．１１．９２公告）　モードコンバータ［３Ｊ　ＮＬ−９１０１ ５３２（出願人、未公告）　波長選択マルチプレクサ−とデマルチプレクサ− 図面の簡単な説明 本発明を、多くの典型的実施例の説明によりさらに詳細に説明する。

図１は、本発明による光スイツチング装置を平面図で略示する。

図２は、図１に示すスイッチング装置を横断面で示す。

図３は、図１に示す特定のスイッチング装置のための、スイッチング装置に使用 されるモードコンバータの連続カップリング面に結合される案内モード間の相ず れの関数としての変換度を示す。

実施態様の説明 チャネル型導波管で伝搬する光信号のモード　フィールド　プロフィールは。

光信号の案内モードが導波管にある。電界分配の意味（形状）と理解される。前 記プロフィールは、幾何学的構成と呼ばれる。ガイドの形状寸法だ４プでなく、 かつ屈折率と呼ばれる、導波管媒体とその周囲の光学的性貢に依存する。導波管 。

すなはち、その幾何学的構成とその屈折率プロフィールの全体構成は、モードプ ロフィール構成と呼ばれる。任意に等方性である媒体の、たとえば、バイモダル 　チャネル型（光）導波管において、２つの伝搬モード、すなわち、各偏光の基 本または第０位モードと第１位モードは一般に伝搬できる。このようなバイモダ ル導波管が２つの案内モードのためにある。モード　フィールド　プロフィール は特賞的な差がある。詳しく言えば、このようなチャネル型ガイドにおいて。

第１位伝搬モードに関連するフィールド強さはＯであるが、一方、第０位伝搬モ ードでは最大である。導波管の適当に選択された媒体では、導波管の２つの案内 モードのうちの一方、すなわち、第０位または第１位モードの伝搬定数のみを本 質的に修正し、その結果、その案内モードのバイモダルガイドのモード　フィー ルド　プロフィールを修正し、他の案内モードでは、修正しないか、またはかな り小規模だｌブ修正する可能性がある。導波管の、一度選択された。このような 幾何学的構成は本質的に設定されているので、モード　フィールド　プロフィー ルの修正は好ましくは、屈折率プロフィールの修正により行うべきである０本発 明は、これに１文献ｆ２１に記載される、特に表２に示される形式のそれ自身受 動モードコンバータのチャネル型ガイドを施与する。このようなモードコンバー タは、モード　フィールド　プロフィール構成を有し、縦方向に周期的に変わる 、中央導波管を含む、その結果、導波管には、多数のカップリング面が半周期の 相互距離にａ在し、全周期の距離を周期長さＰＬと呼ばれ、それによって、導波 管において、コンバータが寸法法めされている、２つの案内面間で周期的カップ リングが行われる。各ガの案内モードにより、特定の伝搬距離がｔノ応し、カン ブリング長さＫＬと呼ばれ、そのカップリング距離にわたり２つのそ一ドが再び フェーズとなる。受動モードコンバータの中央導波管で、一方の案内モードを他 方の案内モードに変換するため正干渉カップリングを行うとすれば、一対の案内 モードのカップリング長さＫＬは周期長さＰＬに一致する。上記の仕方で１両案 内モードのうち主に１つのモード　フィールド　プロフィールの修正により、変 換される両モード間のカップリング長さＫＬは修正されるため、周期長さＰＬと は、もはや、必ずしも一致しない、モードが、各カップリング面で相互相ずれを 生ずる場合、その結果、不十分な正干渉カップリングが生ずる。すると、変換は 、もはや、受動コンバータにおｌノるカップリング長さとカップリング面数が一 致するよう（こは完全に行われず、または、全く行われず、これはすべて、修正 の度合いによる。

修正が、２つの状態、たとえば、無修正と、他方、修正の間でスイ・ソチ可能で あれば、それによって、一方の部分から他方への変換がスイッチ可能である。逆 も可能である。いわば、特別のモードコンバータは一方の案内モードの特別部分 力）ら他方への変換のため臨界的に不調和さるように設計され、その結果、所望 の変換のみが適当に選ばれた修正度で行われるが、他方、前記変換は、修正なし で行われない、Ｔ度、前述の受動モードコンバータのように、このようなスイ・ ソチ可能なモードコンバータでも、それらは１周知の集積技術を使用し、またこ のような技術で使用される導波管材料と構成に基すいて産出できる。しかし、導 波管材７１は、ここで、それらが上記モード　フィールド　プロフィール構成、 たとえば、導波管の屈折率プロフィールの修正をしなければならないような制約 をうＩフる。

理論的には、バイモダル導波管での光伝搬の所望の修正は、電気光学、熱光学。

光−光学等効果、導波管のまたはその周囲の材料の適当な選択および関連の修正 手段によりて達成できる。修正はかなり方向的に行わねばならないので、好まし くは、電気光学効果、特に、半導体材料へのチャージキャリア注入が使用される 。

スイッチ可能モードコンバータにもとすくスイッチング装置の構造を以下、整合 ・を正手段とともに、１形式の導波管、すなわち、ＩｎＰ、および、１形式の導 波管。

すなわち、リッジ形導波管にもとずいて、例示としてのみ詳細に説明する。

図１は、本発明による光スイツチング装置の略図的平面図で１図２は、このよう な装置の略図的横断面図である。この装置は、互いに連続的に隣接して、モノモ ダル入り導波管８と、モノモダルからバイモダル導波管への導波テーバｂと、１ ００％ＴＸｏｏ−ＴＹｏｌモードフンバータＣと、バイモダルからモノモダル導 波１への第２導波テーパｄと、モノモダル出導波管ｅとを備える。モードコンバ ータＣは、これも、長さしにわたり周期的に繰り返される、長さしを有するくび れによって。

多数のカップリング面１．　２、−−、Ｎが案内モ−−ドＴＸｏｏとＴＹｏ１間 で波長選択周期的カップリングを行うため設置プられている、中央バイモダル導 波管ｆを有する。ここで、ＴＸとＴＹはともに、偏光ＴＥまたはＴＭの１つを表 す、簡単化するため、くびれは、ここで、対称し、くびれｇ間に位置する導波管 ｆの幅広部分と同じ長さに選ばれている。バイモダル導波管ｇ上中央に、好まし くは、すべてのカップリング面１からＮわたり、すなわち、第１カップリング面 ｌの上流から最後のカップリング面Ｎへ、導波管ｆの長平方向に延長する、狭い 細長ストリップ形電極ｌＯが位置している。

入りガイドａから出ガイドｅまでの導波管構造全体は、横断面を図２で示す、リ ッジ形導波管の形式である。ともにＩｎＰで作られる基板１１と上層１２の間に 、１ｎＧａＡｓＰで作られ、厚みがＬの光案内層１３が位置している。上層１２ は、導波管構造の全長にわたり局部的に、全高Ｈで一定高さｈを有し、かつ、種 々の隣接導波管ａからｅについて異なる幅Ｗを有する、°Ｊツジ形高高度１２ｌ を有する。コンバータＣのパイモグル導波筐のリッジ形高度中央に、ストリップ 形電極１ｏが位置し、層状型＃１１４が、少なくとも、バイモダル導波管の下で 、基板１１の底部にわたり延長している１周知のように、チャージキャリア注入 を行わせる、電流をリッジ形高度１２．１の位置にある上層１２に供給して、屈 折率を変化させるため、スイッチ可能な電源を（図示せざる）供給捕集導体を介 して電極１ｏと１４に接続できる。スイッチング装置の作動は、次ぎのとうりで ある。電源を切ると、チャージキャリア注入は行われないため、モードコンバー タは、受動装置としてふるまう、偏光ＴＸとモードコンバータＣが選択的である 波長とを有する第０位案内モード光信号が、これら条件で入り導波管ａとテーパ ｂを介してバイモダル導波管ｒに入れば、前記信号はコンバータで、完全にＴＶ ｏｌ信号に変換される。テーパｄに達して、チャネル形導波管がバイモダルから そノモダルガイドに狭められる場合、前記第１位案内モード信号は、ガイド内で さらに伝書できず、数社される。

電源が入れられると、チャージキャリア注入が、電極１０の下の光案内層１２、 特に、バイモダル導波管ｆのリッジ形高度１２．１に行われる。その結果、周期 的くびれによって幾何学的に設けられる一定のカップリング長さしは、もはや、 モード変換に必要である、連続カップリング面で正干渉を行うことができない、 各カップリング面で、結合されるモードは、ますます、フェーズからはずれる。

チャージキャリア注入度が増大すると、常時増大”不調和″となる結果、ついに 変換は行りれなくなる。入りガイドａを経て入った信号は実際に、不変にスイッ チング装置を通過し、出ガイドｅを経て離れる。入り導波管ａを経る入りと同様 に、そしてモードコンバータＣが選択的でない、他の案内モード信号は、再び１ 両方の場合、原則として変わらないで、出場波管ｅを経てスイッチング装置を離 れる。

リッジ形高度１２１の中央に位置し、第０位案内モードのモード　フィールドプ ロフィールが本質的に修正される。単一ストリップ形電極ｌｏの代わりに、電極 ｌＯは、中心にたいし本質的に対称的、好ましくは、リッジ形高度１２．１の縁 部近くに位置する、２つの結合ストリップを有する、ツイン横道でもよい、この ような構成において１本質的に、第１位案内モードの、モード　フィールド　プ ロフィールは、電極の付勢時に修正される。

本発明による実際のスイッチ可能モードコンバータは、スイッチ可能電源が接続 さｔする、Ｙ１名修正手段、この場合、電極１ｏと１４と結合してモードコンバ ータＣにより形成される。

実施例 下記の値は、図１と２について述べた構造において、波長が１５μｍのＴＥｏｏ 信号のオン／オフ　スイッチを示す。

リッジ形導波管構造で。

ｒｎＰ、　ｎｌの屈折率　＝　３．１７５３゜ＩｎＧａＡｓＰ、　ｎ２の屈折率 ＝３．４１１６ｔ＝　０．４７３ｇｍ、Ｈ＝０．５０４ｕｍとｈ＝ｏ、２ｕｍ。

このリッジ形導波管構造は単一エッチングエ稈で産出でき、輻Ｗは唯一の可変パ ラメータである 入り導波管ａはＴＥのモノモダルでな１ブればならず、従って、Ｗ・最大６゜テ ーパｂはモノモダルからバイモダルまで延長しなければならず、パイモダルヂャ ネルは少なくとも７Ｍ偏光について優れた案内特性を有し、このため、Ｗの輻＝ ８５μｍが適当であるが、転移のテーパ角として、約ｌ°が選ばれ：その結果、 テーパの長さは約２００ｇｍである。

Ｎ＝ｌｌカップリング面としテ１００　％ＴＥｏｏ−Ｔ　ＭＯｌ、モードコンバ ータとして、カップリング長さし２６５１ｍが選ばれ、各くびれｇにおいて、輻 Ｗ１１６μｍ＝モードコンバータの全長は約７１０μｍ。

ストリップ形！！極Ｉｏｎ幅は３Ｂｍ；残りの寸法と電極材料の選択は実際には 、装置の作動には関係ない、普通、Ｔｉ　ｆ２−５　ｒｕｓｌ、　ＰＬ［２−５ ｒ＋ｓ＋ｌと＾Ｕの層構造で、約２００ｎｍの厚みが選ばれる。

バイモダルからモノモダルへの第２テーバｄでは、選択寸法は第１テーバｂの寸 法と等しい。

出場波管ｅは偏光ＴＭについてモノモダルでなければなれず、これは、４３ｕｍ 以下の幅で達成される。この全長は１ｍｍよりいくぶん長く１周知の吸収スイッ チで得られるものより多少短い。

図３において、変換度Ｍ（垂直に０から１００％）が、゛不調和“、すなわち、 各カップリング面で結合されるモード間の相づれΦ（水平にラド）の関数として 。

実施例のスイッチング装置にたいしプロットされている。Φ＝０５ラド、Ｍ＝１ ００％では、完全な変換である。Φ＝０５ラド、Ｍ＝０．０１％（矢印＾）では 。

変換部分は実質的にゼロである。このような相ずれに関連する電流密度は、３に ＾へｍ２にすぎず、これはきはめて低い注入電流６５＋ｓ＾に等しい０間違の減 衰は。

０５ｄＢである。Φ＝　１．１ラド（矢印Ｂ）の場合とやや同様で、その後変換 度は最小であるが、注入電流は幾分高い、そのため、この実施例では、注入電流 を常に、第１電流値で、相ずれがΦ＝０ラド、すなわち、変換が１００％になり 、第２電流値で、相ずれがΦ＝０５ラドになるように設定すれば、変換のオン／ オフスイッチングが得られ、したがって、変換は実質的にゼロである０図から明 らかなように、相ずれを０と０５間に連続的にＷＩ４！ｌｉする一方、電極ｌＯ と１４を付勢して注入電流を連続的に調整することにより、実際に、０と１００ ％間の変換度とすることができる。そのため、このような装置はまた、アナログ （８号変調にも遺している。

実施例において、スイッチング装置に使用される受動モードコンバータは、特定 の選択変換用に構成され、これは、注入電流がな１プれば、ｆｆＦ！ｆｌｌ＋と して、モードコンバータが選択的である。モードには相ずれがない（Φ幻Ｏ）こ とを意味する。

しかし、モードコンバータはまた。注入電流が不在、すなわち、いＪっば、臨界 的に不調和状態で、一定の相ずれ（Φ≠０）をもって製造でき、注入電流を調整 することにより所望の変換度（０−１００％）を得ることができる。

図１について説明したスイッチング装置は、実際には、モードコンバータが選択 的である。第０位案内モード信号の部分にたいするオン／オフスイッチである。

装置の出力側のテーパを、バイモダル導波管のモノモダル技分かれに基ずく、す なわち、興なる伝搬定数を有する２つの出モノモダル技を有する非対称Ｙ接合と 交換すれば、モードコンバータが選択的である、部分にとって特定的な伝搬方向 スイッチが得られる。こうような２ｘ２スイツチは、テーパｂもこのようなＹ接 合により入力側で交換すれば、製造できる。

偏光独立スイッチング装！は、ｊ！なる偏光のため選択的である２つのスイッチ 可能モードコンバータが、別個にスイッチ可能かどうかににかかわらず、テーパ および（または）非対称Ｙ接合間に直列に配置されれば、製造できる。

ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　２ 国際調査報告　。ｒｔｚｃｏ。’ｌ／Ｉ’ｌｌｌ１７ｎ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．第１案内モード信号の部分を第２案内モード信号に、前記第１と第２案内モ ード信号間の周期的カップリングによって、変換する受動モードコンバータであ って、縦方向に周期的モードフィールド構成を有する導波管を含む、受動モード コンバータと、 前記導波管において前記周期的モードフィールドプロフィール構成をスイッチ可 能に修正する手段とを備え、前記導波管は前記手段が対応して前記修正をさせる 、光媒体に構成されることを特徴とする、光スイッチング装置。
2. ２．導波管はバイモダルである、請求項１記載の光スイッチング装置。
3. ３．バイモダル導波管は、半導体材料でチャネル形導波管として構成され、前記 手段は、第１電極と、前記チャネル形導波管の半導体材料内へのチャージキャリ ア注入を行う第２電極とからなり、第１電極はストリップ形であり、前記チャネ ル形導波管の上を縦方向に延長する、請求項２記載の光スイッチング装置。
4. ４．第１電極は、前記チャネル形導波管の上縦方向に位置するストリップ形要素 よりなる、請求項３記載の光スイッチング装置。
5. ５．第１電極は、前記チャネル形導波管の中心および上にたいし本質的に対称的 に縦方向に位置する２っのストリップ形要素よりなる、請求項３記載の光スイッ チング装置。
6. ６．前記モードコンバータは、１００％コンバータである、請求１から５の１つ に記載の光スイッチング装置。
7. ７．装置はさらに、モードコンバータの第１入りモノモダルからパイモタル導波 甘への第１導波転移部と‘モードコンバータのパイモタル導波管から第１出モノ モダタル導波管への第２導波部とを備える、請求項１から６の１つに記載の光ス イッチング装置。
8. ８．第１転移部と第２転移部は、単一導波テーパである、請求項７記載の光スイ ッチング装置。
9. ９．第１および第２転移部は、非対称Ｙ接合である、請求項７記載の光スイッチ ング装置。
10. １０．第１転移部は単一導波テーパで、第２転移部は非対称Ｙ接合である、請求 項７記載の光スイッチング装置。
11. １１．モノモタル導波管における２っの第０位案内モード信号の１つまたは各々 の少なくとも部分のスイッチ可能な伝送およびブロッキング用光装置において、 光装置は、互いに連続的に結合される、第１入りモノモダル導波管からハイモダ ル導波管への第１導波転移部と、少なくとも、２っの第０位案内モード信号を、 第１偏光の第１位案内モード信号にスイッチを入れ、切るようにした請求項１か ら６記載の第１光スイッチング装置と、 少なくとも、２っの第０位案内モード信号の他方の第２部分を、第２偏光の第１ 位案内モード信号にスイッチを入れ、切るようにした請求項１から６記載の第２ 光スイッチング装置と、 バイモノタル導波管から第１出モノモタル導波管への第２導波転移部とを備える 、光装置。