JPH08129195A - Optical switch module - Google Patents

Optical switch module

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JPH08129195A
JPH08129195A JP29237494A JP29237494A JPH08129195A JP H08129195 A JPH08129195 A JP H08129195A JP 29237494 A JP29237494 A JP 29237494A JP 29237494 A JP29237494 A JP 29237494A JP H08129195 A JPH08129195 A JP H08129195A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
light
waveguide layer
switch module
module base
Prior art date
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Pending
Application number
JP29237494A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinzo Suzaki
慎三 須崎
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Abstract

PURPOSE: To provide an optical switch module which enables optical interconnection of high accuracy. CONSTITUTION: This optical switch module has one input port 3, an optical deflecting element 2 for spatially deflecting the incident light signals thereon and plural output ports 8 for taking out the exit light thereof. This optical deflecting element 2 has a waveguide layer formed on a semiconductor substrate, a diffraction grating which is formed thereon and takes out the secondary diffracted light of the light transmitted through the waveguide layer outside, a clad layer formed thereon and electrodes which are formed on this clad layer and the rear surface of the substrate and function to variably control the refractive index of the waveguide layer. The optical diffraction element 2 is mounted on a module base 1 in such a manner that the deflection of the exit light thereof is executed within the plane parallel with the module base 1. In addition, a microlens array 6 for introducing the exit light of the optical deflecting element 2 to the output ports 8 according to its deflection angle and a waveguide element 7 are mounted on the module base 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光信号を用いた情報処
理システムや通信システムにおいて、光伝送スイッチン
グに用いられる光スイッチモジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch module used for optical transmission switching in an information processing system or a communication system using optical signals.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、情報処理の分野において、例えば
大型コンピュータ内のボード間やプロセッサ間の情報伝
送に光信号を用いるいわゆる光インターコネクション技
術の開発が進められている。この光インターコネクショ
ンにおいては、空間的に光信号の切替えを行う光スイッ
チング素子や並列的な光情報伝送を制御する素子が望ま
れる。内部に回折格子を形成した光導波路素子はその様
な空間型の光偏向素子として有望であるが、従来知られ
ているものは単に光を外部空間に出射できるだけであっ
て、空間的光スイッチング等には対応できない。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of information processing, for example, development of so-called optical interconnection technology that uses optical signals for information transmission between boards and processors in a large computer has been advanced. In this optical interconnection, an optical switching element for spatially switching optical signals and an element for controlling parallel optical information transmission are desired. An optical waveguide element having a diffraction grating formed therein is promising as such a space-type optical deflecting element, but conventionally known ones can only emit light to the external space, and spatial light switching, etc. Can't handle.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、出射光の偏向
角度制御を可能とした空間型偏向素子が実現できたとし
ても、これをボード間で空間的アドレス機能をもつ光ス
イッチング素子として用いようとすると、実装上大きな
問題が生じる。例えば、主ボード上に空間的光偏向素子
を配置し、その出射光を偏向させて数cm離れて対向す
るサブボード上の受光アレイ等に伝送する場合を考え
る。このとき、光ビームのスポット径を1mm程度とし
ても、主ボード上の光偏向素子の実装位置と、サブボー
ド上の受光素子アレイの実装位置の間に極めて高精度の
位置合わせが必要になる。これらのボードをスタックに
はめ込む際の位置合わせ精度も考慮すると、この様な空
間的光インターコネクションは、余り実用的でない。
However, even if the spatial deflection element capable of controlling the deflection angle of the emitted light can be realized, it is intended to use it as an optical switching element having a spatial address function between boards. Then, a big problem occurs in implementation. For example, consider a case where a spatial light deflector is arranged on a main board, and the emitted light is deflected and transmitted to a light receiving array or the like on a facing sub board at a distance of several cm. At this time, even if the spot diameter of the light beam is set to about 1 mm, extremely high-precision alignment is required between the mounting position of the light deflection element on the main board and the mounting position of the light receiving element array on the sub board. Considering the alignment accuracy when these boards are fitted into the stack, such a spatial optical interconnection is not very practical.

【0004】本発明は、この様な事情を考慮してなされ
たもので、高精度の光インターコネクションを可能とす
る光スイッチモジュールを提供することを目的としてい
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical switch module which enables highly accurate optical interconnection.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、入射される光
信号を空間的に偏向する光偏向素子を備えた光スイッチ
モジュールであって、前記光偏向素子は、半導体基板
と、この基板上に形成された導波路層と、この導波路層
上に形成されて導波路層を伝送される光の二次回折光を
外部に取り出す回折格子と、この回折格子上に形成され
たクラッド層と、このクラッド層と前記基板裏面に設け
られた前記導波路層の屈折率を可変制御するための電極
とを有し、且つ前記光偏向素子はモジュールベース上
に、その出射光の偏向がモジュールベースと平行な面内
で行われるように搭載されていることを特徴としてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an optical switch module including an optical deflecting element for spatially deflecting an incident optical signal, the optical deflecting element comprising a semiconductor substrate and a substrate. A waveguide layer formed in, a diffraction grating for extracting the second-order diffracted light of the light formed on the waveguide layer and transmitted through the waveguide layer to the outside, and a clad layer formed on the diffraction grating, This clad layer has an electrode for variably controlling the refractive index of the waveguide layer provided on the back surface of the substrate, and the optical deflection element is on a module base, and the deflection of the emitted light is the module base. It is characterized by being mounted so as to be performed in parallel planes.

【0006】本発明はまた、光信号が入射される一つの
入力ポートと、この入力ポートに入射される光信号を空
間的に偏向する光偏向素子と、この光偏向素子の出射光
を取り出す複数の出力ポートとを有する光スイッチモジ
ュールであって、前記光偏向素子は、半導体基板と、こ
の基板上に形成された導波路層と、この導波路層上に形
成されて導波路層を伝送される光の二次回折光を外部に
取り出す回折格子と、この回折格子上に形成されたクラ
ッド層と、このクラッド層と前記基板裏面に設けられた
前記導波路層の屈折率を可変制御するための電極とを有
し、前記光偏向素子はモジュールベース上に、その出射
光の偏向がモジュールベースと平行な面内で行われるよ
うに搭載され、且つ前記モジュールベース上に前記光偏
向素子の出射光をその偏向角に応じて前記複数の出力ポ
ートに導く集光手段が搭載されていることを特徴として
いる。
According to the present invention, one input port to which an optical signal is incident, an optical deflecting element for spatially deflecting the optical signal incident on this input port, and a plurality of outgoing light from the optical deflecting element are extracted. An optical switch module having an output port of the semiconductor device, the optical deflection element, a waveguide layer formed on the semiconductor substrate, and a waveguide layer formed on the waveguide layer and transmitted through the waveguide layer. For variably controlling the refractive index of the diffraction grating for extracting the second-order diffracted light of the light, the cladding layer formed on the diffraction grating, and the cladding layer and the waveguide layer provided on the back surface of the substrate. An electrode, the light deflection element is mounted on a module base such that the emitted light is deflected in a plane parallel to the module base, and the light emitted from the light deflection element is placed on the module base. To Focusing means for directing said plurality of output ports in accordance with the deflection angle of it is characterized in that it is mounted.

【0007】[0007]

【作用】本発明によると、二次回折光を外部に出射する
光偏向素子であって且つ、その導波路層の屈折率を外部
バイアスにより制御することによって偏向角度を可変で
きるようにした空間型光偏向素子が用いられる。そして
この空間型光偏向素子が、その出射光の偏向がモジュー
ルベースと平行な面内で行われるように、一つの入力ポ
ートと複数の出力ポートをもってスイッチモジュール化
される。スイッチモジュール内での光軸合わせは、前述
したボード間でのそれと比べて容易に高精度にできる。
そして本発明の光スイッチモジュールをボードに搭載す
れば、そのボード内で空間的な光スイッチングがなされ
るから、例えば対向するボードとの間は光ファイバ等に
より結合することで、ボード間で空間的光スイッチング
を行う方式に比べて、難しい位置合わせを必要としな
い。
According to the present invention, the space-type light is an optical deflecting element for emitting the second-order diffracted light to the outside, and the deflection angle can be varied by controlling the refractive index of the waveguide layer by an external bias. A deflection element is used. Then, the spatial light deflector is made into a switch module having one input port and a plurality of output ports so that the emitted light is deflected in a plane parallel to the module base. The optical axis alignment within the switch module can be easily and highly accurately performed as compared with the above-mentioned inter-board alignment.
When the optical switch module of the present invention is mounted on a board, spatial optical switching is performed within the board. For example, by coupling with an opposing board with an optical fiber, etc. Compared to the optical switching method, it does not require difficult alignment.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図1は、本発明の一実施例による光スイッチモ
ジュールの構成を示す。このスイッチモジュールは、光
信号を入力する一つの入力ポート3と、光信号を出力す
る複数の出力ポート8を有する。モジュールベース1上
には、入力ポート3から供給された光信号を空間的に偏
向する空間型光偏向素子2と、この偏向素子2からの出
力光Sを出力ポート8に集光する手段として、マイクロ
レンズアレイ6及び導波路素子7が搭載されている。マ
イクロレンズアレイ6は例えば、セルフォックレンズア
レイである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an optical switch module according to an embodiment of the present invention. This switch module has one input port 3 for inputting an optical signal and a plurality of output ports 8 for outputting an optical signal. On the module base 1, as a spatial light deflecting element 2 for spatially deflecting the optical signal supplied from the input port 3 and means for condensing the output light S from the deflecting element 2 at the output port 8, The microlens array 6 and the waveguide element 7 are mounted. The microlens array 6 is, for example, a Selfoc lens array.

【0009】図では、入力ポート3として光ファイバを
示し、出力ポート8として同様に光ファイバアレイを示
しているが、これらは光ファイバ等を結合できるコネク
タであってもよい。空間型光偏向素子2は、外部バイア
スの印加により偏向角度を可変制御できるもので、その
詳細は後述するが、図に示すように出力光Sがモジュー
ルベース1に平行な面内で所定の角度θの範囲で偏向で
きるように配置されている。モジュールには電圧印加端
子4a,4bが設けられ、外部電源5が接続できるよう
になっている。
In the figure, an optical fiber is shown as the input port 3 and an optical fiber array is shown as the output port 8 as well, but these may be connectors capable of coupling optical fibers and the like. The spatial light deflector 2 is capable of variably controlling the deflection angle by applying an external bias. The details will be described later, but as shown in the figure, the output light S has a predetermined angle within a plane parallel to the module base 1. It is arranged so that it can be deflected in the range of θ. The module is provided with voltage application terminals 4a and 4b so that an external power source 5 can be connected thereto.

【0010】マイクロレンズアレイ6及び導波路素子7
は、偏向素子2からの出力光Sのビーム径を絞って出力
ポート8の一つに結合するために設けられているが、導
波路素子7は必ずしも必要ではない。
Microlens array 6 and waveguide element 7
Is provided to reduce the beam diameter of the output light S from the deflection element 2 and couple it to one of the output ports 8, but the waveguide element 7 is not always necessary.

【0011】図2は、空間型光偏向素子2を切開して示
す斜視図である。光偏向素子2は、基板20上に形成さ
れた導波路層21と、この導波路層21上に積層形成さ
れた2層のクラッド層22a,22bの界面に形成され
た回折格子23とを有する。導波路層21は、例えば多
重量子井戸(MQW)構造を有するものとする。回折格
子23は、導波路層21を伝送されてくる例えば1.3
μm 光の二次回折光を基板面に垂直方向に取り出せるよ
うに、導波路層21及びその近傍の媒質の屈折率や格子
ピッチが設定される。
FIG. 2 is a perspective view showing the spatial light deflector 2 by cutting it out. The optical deflection element 2 has a waveguide layer 21 formed on the substrate 20 and a diffraction grating 23 formed at the interface between the two clad layers 22a and 22b laminated on the waveguide layer 21. . The waveguide layer 21 has, for example, a multiple quantum well (MQW) structure. The diffraction grating 23 is transmitted through the waveguide layer 21, for example, 1.3.
The refractive index and the grating pitch of the waveguide layer 21 and the medium in the vicinity thereof are set so that the second-order diffracted light of μm light can be extracted in the direction perpendicular to the substrate surface.

【0012】基板20として例えばp型InPを用いた
場合、導波路層21は、i型のInPとInGaAsP
を10nm程度ずつ交互に積層したInP/InGaA
sP層により構成される。その吸収波長は例えば、1.
15μm に設定される。この上の第1クラッド層22a
は吸収波長が導波路層21より短波長側に設定されたn
型InGaAsP層であり、第2クラッド層22bはn
型InP層である。これらの導電型は逆にすることもで
きる。
When, for example, p-type InP is used as the substrate 20, the waveguide layer 21 includes i-type InP and InGaAsP.
InP / InGaA in which each layer is alternately stacked by about 10 nm
It is composed of the sP layer. The absorption wavelength is, for example, 1.
It is set to 15 μm. First clad layer 22a on this
Is an n whose absorption wavelength is set to a shorter wavelength side than the waveguide layer 21.
Type InGaAsP layer and the second cladding layer 22b is n
Type InP layer. These conductivity types can be reversed.

【0013】この様な組成の設定により、光偏向素子2
では、導波路層21から、第1クラッド層22a、第2
クラッド層22bの順に屈折率が小さくなるように、屈
折率分布が形成されたことになる。光偏向素子2内部に
埋め込まれた形の回折格子23は、薄い第1層目のクラ
ッド層22aの表面に形成されて導波路層21に極めて
近い位置に配置され、これにより導波路層21から光の
しみ出し分が回折格子23に結合するようになってい
る。
By setting the composition as described above, the light deflection element 2
Then, from the waveguide layer 21 to the first cladding layer 22a and the second cladding layer 22a.
The refractive index distribution is formed so that the refractive index becomes smaller in the order of the clad layer 22b. The diffraction grating 23 embedded in the optical deflecting element 2 is formed on the surface of the thin first clad layer 22a and is arranged at a position extremely close to the waveguide layer 21. The portion of the light exuding is coupled to the diffraction grating 23.

【0014】クラッド層22の表面には、光取り出し窓
25を有する電極24が形成され、基板20の裏面には
これに対向する電極26が形成されている。これらの電
極24,26間に、電極24側が正の電圧を印加するこ
とにより、内部電界によるいわゆる電気光学効果によ
り、光偏向素子2の回折格子23近傍の屈折率が制御さ
れる。これにより、導波路層21からの結合による回折
格子23からの二次回折光の回折角、即ち窓25を介し
て取り出される光の偏向角が制御される。
An electrode 24 having a light extraction window 25 is formed on the surface of the clad layer 22, and an electrode 26 facing the electrode 24 is formed on the back surface of the substrate 20. By applying a positive voltage on the electrode 24 side between the electrodes 24 and 26, the refractive index in the vicinity of the diffraction grating 23 of the optical deflector 2 is controlled by the so-called electro-optical effect due to the internal electric field. This controls the diffraction angle of the secondary diffraction light from the diffraction grating 23 due to the coupling from the waveguide layer 21, that is, the deflection angle of the light extracted through the window 25.

【0015】以上のようにこの実施例による光スイッチ
モジュールは、一つの入力ポートと複数の出力ポートを
持ち、空間型光偏向素子がマイクロレンズアレイ等と一
体化されて、モジュール内で空間的な光スイッチングが
行われるようになっている。モジュール内での光軸合わ
せは容易である。そしてこのモジュールを搭載したボー
ドと他のボードとの間の光結合は光ファイバにより行う
ことができる。従ってボード間の光結合を空間的に行う
方式と異なり、ボード間の高精度の位置合わせを必要と
しない。
As described above, the optical switch module according to this embodiment has one input port and a plurality of output ports, and the spatial light deflection element is integrated with the microlens array or the like, so that the spatial light is generated in the module. Optical switching is performed. The optical axis alignment within the module is easy. The optical coupling between the board on which this module is mounted and another board can be performed by an optical fiber. Therefore, unlike the method in which optical coupling between boards is spatially performed, highly accurate alignment between boards is not required.

【0016】また、実装後の外部環境の変化、例えば温
度変動や振動の影響による経時的な光軸ズレや結合効率
の低下、信号誤り率の上昇といった問題もなくなり、信
頼性の高い光インターコネクションが可能になる。
Further, there is no problem such as a change in the external environment after mounting, such as a time-dependent optical axis shift due to the influence of temperature fluctuation or vibration, a decrease in coupling efficiency, and an increase in signal error rate, and a highly reliable optical interconnection. Will be possible.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、外部
バイアスにより偏向角度を可変できる空間型光偏向素子
が、その出射光の偏向がモジュールベースと平行な面内
で行われるように、一つの入力ポートと複数の出力ポー
トをもってスイッチモジュール化される。スイッチモジ
ュール内での光軸合わせは容易に高精度にできる。そし
て本発明の光スイッチモジュールをボードに搭載すれ
ば、そのボード内で空間的な光スイッチングがなされ、
対向するボードとの間は光ファイバ等により結合するこ
とで、難しい位置合わせを必要としない。
As described above, according to the present invention, the spatial light deflector capable of changing the deflection angle by the external bias is such that the emitted light is deflected in the plane parallel to the module base. It is a switch module with one input port and multiple output ports. Optical axis alignment in the switch module can be easily performed with high accuracy. And if the optical switch module of the present invention is mounted on a board, spatial optical switching is performed within the board,
By connecting the opposing boards with an optical fiber or the like, difficult alignment is not required.

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

【図1】 本発明の一実施例の光スイッチモジュールの
構成を示す。
FIG. 1 shows the configuration of an optical switch module according to an embodiment of the present invention.

【図2】 同実施例に用いる光偏向素子の構成を示す。FIG. 2 shows a configuration of an optical deflecting element used in the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…モジュールベース、2…空間型光偏向素子、3…入
力ポート、4a,4b…電圧印加端子、5…外部電源、
6…マイクロレンズアレイ、7…光導波素子、8…出力
ポート。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Module base, 2 ... Spatial light deflection element, 3 ... Input port, 4a, 4b ... Voltage application terminal, 5 ... External power supply,
6 ... Microlens array, 7 ... Optical waveguide element, 8 ... Output port.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射される光信号を空間的に偏向する光
偏向素子を備えた光スイッチモジュールであって、 前記光偏向素子は、半導体基板と、この基板上に形成さ
れた導波路層と、この導波路層上に形成されて導波路層
を伝送される光の二次回折光を外部に取り出す回折格子
と、この回折格子上に形成されたクラッド層と、このク
ラッド層と前記基板裏面に設けられた前記導波路層の屈
折率を可変制御するための電極とを有し、且つ前記光偏
向素子はモジュールベース上に、その出射光の偏向がモ
ジュールベースと平行な面内で行われるように搭載され
ていることを特徴とする光スイッチモジュール。
1. An optical switch module comprising an optical deflecting element for spatially deflecting an incident optical signal, wherein the optical deflecting element comprises a semiconductor substrate and a waveguide layer formed on the substrate. , A diffraction grating for extracting the second-order diffracted light of light transmitted through the waveguide layer formed on the waveguide layer, a clad layer formed on the diffraction grating, and the clad layer and the back surface of the substrate. An electrode for variably controlling the refractive index of the waveguide layer provided, and the light deflection element is arranged on a module base so that the emitted light is deflected in a plane parallel to the module base. An optical switch module that is installed in.
【請求項2】 光信号が入射される一つの入力ポート
と、この入力ポートに入射される光信号を空間的に偏向
する光偏向素子と、この光偏向素子の出射光を取り出す
複数の出力ポートとを有する光スイッチモジュールであ
って、 前記光偏向素子は、半導体基板と、この基板上に形成さ
れた導波路層と、この導波路層上に形成されて導波路層
を伝送される光の二次回折光を外部に取り出す回折格子
と、この回折格子上に形成されたクラッド層と、このク
ラッド層と前記基板裏面に設けられた前記導波路層の屈
折率を可変制御するための電極とを有し、 前記光偏向素子はモジュールベース上に、その出射光の
偏向がモジュールベースと平行な面内で行われるように
搭載され、且つ前記モジュールベース上に前記光偏向素
子の出射光をその偏向角に応じて前記複数の出力ポート
に導く集光手段が搭載されていることを特徴とする光ス
イッチモジュール。
2. An input port into which an optical signal is incident, an optical deflecting element for spatially deflecting the optical signal incident into the input port, and a plurality of output ports for extracting light emitted from the optical deflecting element. An optical switch module comprising: a semiconductor substrate; a waveguide layer formed on the substrate; and a light beam transmitted through the waveguide layer formed on the waveguide layer. A diffraction grating for extracting the second-order diffracted light to the outside, a clad layer formed on the diffraction grating, and an electrode for variably controlling the refractive index of the clad layer and the waveguide layer provided on the back surface of the substrate are provided. The optical deflection element is mounted on a module base such that the emitted light is deflected in a plane parallel to the module base, and the emitted light of the optical deflection element is deflected on the module base. On the corner Optical switch module, wherein the Flip focusing means for guiding said plurality of output ports are mounted.
JP29237494A 1994-11-01 1994-11-01 Optical switch module Pending JPH08129195A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001281713A (en) * 2000-03-29 2001-10-10 Fujikura Ltd Thermo-optical effect type light deflecting device and thermo-optical effect type deflecting device module using the same

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001281713A (en) * 2000-03-29 2001-10-10 Fujikura Ltd Thermo-optical effect type light deflecting device and thermo-optical effect type deflecting device module using the same

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