JPH08320508A - 空間型光偏向素子 - Google Patents
空間型光偏向素子Info
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- JPH08320508A JPH08320508A JP12691795A JP12691795A JPH08320508A JP H08320508 A JPH08320508 A JP H08320508A JP 12691795 A JP12691795 A JP 12691795A JP 12691795 A JP12691795 A JP 12691795A JP H08320508 A JPH08320508 A JP H08320508A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 子ボード上に多数の受光素子を配置した光イ
ンターコネクションを構成することができる空間型光偏
向素子を提供する。 【構成】 半導体基板１７上にスイッチ領域と偏向素子
アレイ領域１６を有し、偏向素子アレイ領域１６には導
波路層２０とクラッド層２１からなる複数本のストライ
プ２７、２７、…が形成され、これらストライプには回
折格子２５ａ〜２５ｄがそれぞれ形成されるとともに、
これら回折格子の周期Λ1 〜Λ4 がそれぞれ異なるもの
とされ、各ストライプの上方に上部電極層２２が、半導
体基板の下方に下部電極層２３が形成されている。
ンターコネクションを構成することができる空間型光偏
向素子を提供する。 【構成】 半導体基板１７上にスイッチ領域と偏向素子
アレイ領域１６を有し、偏向素子アレイ領域１６には導
波路層２０とクラッド層２１からなる複数本のストライ
プ２７、２７、…が形成され、これらストライプには回
折格子２５ａ〜２５ｄがそれぞれ形成されるとともに、
これら回折格子の周期Λ1 〜Λ4 がそれぞれ異なるもの
とされ、各ストライプの上方に上部電極層２２が、半導
体基板の下方に下部電極層２３が形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光インターコネクショ
ンに関し、例えば光コンピュータ内のボード間、プロセ
ッサ間の光スイッチング、並列光情報伝送システム等の
キーデバイスとして好適な空間型光偏向素子に関するも
のである。
ンに関し、例えば光コンピュータ内のボード間、プロセ
ッサ間の光スイッチング、並列光情報伝送システム等の
キーデバイスとして好適な空間型光偏向素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】情報処理、通信等の分野において、例え
ば光コンピュータ内のボード間、プロセッサ間等の情報
伝送用配線として従来一般の手段である電気的な配線を
用いた場合、配線が占める空間的、時間的なロスはかな
り大きなものとなってしまう。そこで、近年、この点を
改善するために空間的、時間的に情報伝送量の大きい光
を用いた、いわゆる光インターコネクション（光を用い
た相互接続）が用いられてきている。コンピュータ内で
光インターコネクションを実現する場合、光インターコ
ネクションの持つ空間的、時間的に情報伝送量が大きい
という利点を生かすためには、ボード間、プロセッサ間
等で空間的に信号の切り替えを行なう光スイッチングや
並列的な光情報伝送を実現することが必要であり、これ
ら光スイッチングや並列光情報伝送に対応し得る光デバ
イスの提供が望まれていた。
ば光コンピュータ内のボード間、プロセッサ間等の情報
伝送用配線として従来一般の手段である電気的な配線を
用いた場合、配線が占める空間的、時間的なロスはかな
り大きなものとなってしまう。そこで、近年、この点を
改善するために空間的、時間的に情報伝送量の大きい光
を用いた、いわゆる光インターコネクション（光を用い
た相互接続）が用いられてきている。コンピュータ内で
光インターコネクションを実現する場合、光インターコ
ネクションの持つ空間的、時間的に情報伝送量が大きい
という利点を生かすためには、ボード間、プロセッサ間
等で空間的に信号の切り替えを行なう光スイッチングや
並列的な光情報伝送を実現することが必要であり、これ
ら光スイッチングや並列光情報伝送に対応し得る光デバ
イスの提供が望まれていた。
【０００３】そこで、本発明者らは、図４に示すような
空間型光偏向素子を提案した（図４（ａ）は素子の縦方
向断面図、図４（ｂ）は同横方向断面図、なお、以下の
説明では素子の光軸方向を縦方向、光軸に垂直な方向を
横方向と記載する）。図４に示す空間型光偏向素子１
は、ｎ−ＩｎＰ基板２上にｎ−ＩｎＰバッファ層３が形
成され、その上方に、井戸層とバリア層が交互に多層積
層された（図示せず）多重量子井戸（Multi Quantum We
ll 、以下、ＭＱＷと称する）層４と導波路層５がスト
ライプ状に形成され、フォトリソグラフィ・エッチング
技術により導波路層５上に回折格子６が形成されたもの
である。
空間型光偏向素子を提案した（図４（ａ）は素子の縦方
向断面図、図４（ｂ）は同横方向断面図、なお、以下の
説明では素子の光軸方向を縦方向、光軸に垂直な方向を
横方向と記載する）。図４に示す空間型光偏向素子１
は、ｎ−ＩｎＰ基板２上にｎ−ＩｎＰバッファ層３が形
成され、その上方に、井戸層とバリア層が交互に多層積
層された（図示せず）多重量子井戸（Multi Quantum We
ll 、以下、ＭＱＷと称する）層４と導波路層５がスト
ライプ状に形成され、フォトリソグラフィ・エッチング
技術により導波路層５上に回折格子６が形成されたもの
である。
【０００４】そして、ＭＱＷ層４と導波路層５からなる
ストライプ７の上方にはｎ−ＩｎＰクラッド層８が形成
されるとともに、ストライプ７の側方には横方向の光の
閉じ込めのためにＩｎＰブロック層９が埋込成長されて
いる。また、この積層構造の上面には窓部１２を有する
上部電極層１０が形成され、下面には下部電極層１１が
形成されている。
ストライプ７の上方にはｎ−ＩｎＰクラッド層８が形成
されるとともに、ストライプ７の側方には横方向の光の
閉じ込めのためにＩｎＰブロック層９が埋込成長されて
いる。また、この積層構造の上面には窓部１２を有する
上部電極層１０が形成され、下面には下部電極層１１が
形成されている。
【０００５】上記構成の空間型光偏向素子１において上
部、下部電極層１０、１１間に電圧印加を行なうと、電
圧に見合う量だけＭＱＷ層４の屈折率が変化し、ブラッ
グの式に基づく入射光Ｓ0 の回折が生じる際に屈折率変
化に伴って回折角が変化する。そこで、電圧の大きさを
調節することにより回折光Ｓ1 を光軸方向に沿う鉛直面
内で所望の角度だけ偏向させて（Ｓ2 、Ｓ3 ）、素子１
の外部空間に出射することができる。そこで、この回折
光Ｓ1 の偏向機能を利用することにより光コンピュータ
における光スイッチングシステムや並列光情報伝送シス
テムにおける光インターコネクションに対してこの空間
型光偏向素子１を適用することができるのである。な
お、図４においては回折光Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を模式的に
１本の線（矢印）で示したが、実際の出射光は強度の広
がりを持っている。
部、下部電極層１０、１１間に電圧印加を行なうと、電
圧に見合う量だけＭＱＷ層４の屈折率が変化し、ブラッ
グの式に基づく入射光Ｓ0 の回折が生じる際に屈折率変
化に伴って回折角が変化する。そこで、電圧の大きさを
調節することにより回折光Ｓ1 を光軸方向に沿う鉛直面
内で所望の角度だけ偏向させて（Ｓ2 、Ｓ3 ）、素子１
の外部空間に出射することができる。そこで、この回折
光Ｓ1 の偏向機能を利用することにより光コンピュータ
における光スイッチングシステムや並列光情報伝送シス
テムにおける光インターコネクションに対してこの空間
型光偏向素子１を適用することができるのである。な
お、図４においては回折光Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を模式的に
１本の線（矢印）で示したが、実際の出射光は強度の広
がりを持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに、この種の空間型光偏向素子は回折格子による光の
回折現象を利用して導波路層内を導波してきた光を上方
に偏向して素子の外部に出射し得るものである。また、
導波路の実効屈折率の変化はＭＱＷ層の吸収により制限
され、最大の屈折率変化量が０．２％程度であるため、
この値からブラッグの式を用いて計算すると出射光Ｓ1
の偏向角は５°程度となる。そこで、マザーボードに配
置した空間型光偏向素子と子ボードに配置した複数の受
光素子との間で光インターコネクションを構成する場合
には次のような問題が生じていた。
うに、この種の空間型光偏向素子は回折格子による光の
回折現象を利用して導波路層内を導波してきた光を上方
に偏向して素子の外部に出射し得るものである。また、
導波路の実効屈折率の変化はＭＱＷ層の吸収により制限
され、最大の屈折率変化量が０．２％程度であるため、
この値からブラッグの式を用いて計算すると出射光Ｓ1
の偏向角は５°程度となる。そこで、マザーボードに配
置した空間型光偏向素子と子ボードに配置した複数の受
光素子との間で光インターコネクションを構成する場合
には次のような問題が生じていた。
【０００７】すなわち、子ボード上の多数の受光素子に
対して光信号を送信する場合には、上記のように偏向角
が５°程度と比較的小さいことから受光素子同士の間隔
を狭くするか、もしくはボード間の距離を離すかのいず
れかの方法を採らなければならない。ところが、受光素
子同士の間隔を狭くした場合、実際には出射光がある程
度の強度の広がりをもっているために信号のクロストー
クが生じ、一方、ボード間の距離を離した場合、出射光
の強度自体が元来弱い（回折効率が悪い）ために受光素
子が受ける光強度がますます弱くなるという問題が生じ
ることになる。したがって、空間型光偏向素子の偏向角
が小さいことに起因して、子ボード上に多数の受光素子
を配置した光インターコネクションを構成することが困
難であった。
対して光信号を送信する場合には、上記のように偏向角
が５°程度と比較的小さいことから受光素子同士の間隔
を狭くするか、もしくはボード間の距離を離すかのいず
れかの方法を採らなければならない。ところが、受光素
子同士の間隔を狭くした場合、実際には出射光がある程
度の強度の広がりをもっているために信号のクロストー
クが生じ、一方、ボード間の距離を離した場合、出射光
の強度自体が元来弱い（回折効率が悪い）ために受光素
子が受ける光強度がますます弱くなるという問題が生じ
ることになる。したがって、空間型光偏向素子の偏向角
が小さいことに起因して、子ボード上に多数の受光素子
を配置した光インターコネクションを構成することが困
難であった。
【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、子ボード上に多数の受光素子を配置した光
インターコネクションを構成することができる空間型光
偏向素子を提供することを目的とする。
のであって、子ボード上に多数の受光素子を配置した光
インターコネクションを構成することができる空間型光
偏向素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の空間型光偏向素子は、半導体基
板上に、導波路層とクラッド層からなる複数本のストラ
イプが形成され、これらストライプには前記導波路層に
入射された光を上方に回折させるための回折格子がそれ
ぞれ形成されるとともに、これら回折格子の周期がそれ
ぞれ異なるものとされ、前記ストライプの上方に回折光
を出射する窓部を有する上部電極層が形成され、前記半
導体基板の下方に下部電極層が形成されてなる偏向素子
アレイ領域を有することを特徴とするものである。
めに、請求項１に記載の空間型光偏向素子は、半導体基
板上に、導波路層とクラッド層からなる複数本のストラ
イプが形成され、これらストライプには前記導波路層に
入射された光を上方に回折させるための回折格子がそれ
ぞれ形成されるとともに、これら回折格子の周期がそれ
ぞれ異なるものとされ、前記ストライプの上方に回折光
を出射する窓部を有する上部電極層が形成され、前記半
導体基板の下方に下部電極層が形成されてなる偏向素子
アレイ領域を有することを特徴とするものである。
【００１０】また、請求項２に記載の空間型光偏向素子
は、前記偏向素子アレイ領域の前記導波路層の入射面側
に、入射光を分岐しその分岐光を前記偏向素子アレイ領
域の各導波路層に向けて導波するための導波路層を有す
るスイッチ領域が設けられたことを特徴とするものであ
る。
は、前記偏向素子アレイ領域の前記導波路層の入射面側
に、入射光を分岐しその分岐光を前記偏向素子アレイ領
域の各導波路層に向けて導波するための導波路層を有す
るスイッチ領域が設けられたことを特徴とするものであ
る。
【００１１】
【作用】一般に、回折格子を有する光導波路素子におい
て回折角と屈折率との関係は、次に示すブラッグの式に
より表すことができる。 ｓｉｎθ＝ｉ・｛λ0 ／（ｎeff ・Λ）｝−１ ……（１） θ：回折角 ｉ：回折格子の次数 λ0：入射光の波長 ｎeff ：導波路媒質の等価屈折率 Λ：回折格子の周期 ここで、各パラメータに対して、例えば一般的な値とし
て、ｉ＝２、λ0＝１．３０μｍ、ｎeff＝３．２５、Λ
＝４００ｎｍを用いると（１）式より、θ＝９０°とな
る。すなわち、光はその進行方向に対して垂直な方向に
回折することになる。
て回折角と屈折率との関係は、次に示すブラッグの式に
より表すことができる。 ｓｉｎθ＝ｉ・｛λ0 ／（ｎeff ・Λ）｝−１ ……（１） θ：回折角 ｉ：回折格子の次数 λ0：入射光の波長 ｎeff ：導波路媒質の等価屈折率 Λ：回折格子の周期 ここで、各パラメータに対して、例えば一般的な値とし
て、ｉ＝２、λ0＝１．３０μｍ、ｎeff＝３．２５、Λ
＝４００ｎｍを用いると（１）式より、θ＝９０°とな
る。すなわち、光はその進行方向に対して垂直な方向に
回折することになる。
【００１２】本発明の請求項１に記載の空間型光偏向素
子においては、複数本のストライプの導波路層に光をそ
れぞれ入射すると、その光が回折格子の作用により上方
に向けてそれぞれ回折され、回折光が窓部から素子の外
部空間に出射される。ここで、複数本のストライプに形
成された回折格子の周期がそれぞれ異なるため、各回折
格子による光の回折角がそれぞれ異なるようになる。一
例として、ある一つの回折格子の周期をΛ＝４００ｎｍ
とし他のパラメータに上記の条件を適用するとθ＝９０
°となるが、他の回折格子の周期をΛ＝４０１ｎｍとす
ると（１）式よりθ＝８４°となり、さらに他の回折格
子の周期をΛ＝４０２ｎｍとするとθ＝８２°となる。
子においては、複数本のストライプの導波路層に光をそ
れぞれ入射すると、その光が回折格子の作用により上方
に向けてそれぞれ回折され、回折光が窓部から素子の外
部空間に出射される。ここで、複数本のストライプに形
成された回折格子の周期がそれぞれ異なるため、各回折
格子による光の回折角がそれぞれ異なるようになる。一
例として、ある一つの回折格子の周期をΛ＝４００ｎｍ
とし他のパラメータに上記の条件を適用するとθ＝９０
°となるが、他の回折格子の周期をΛ＝４０１ｎｍとす
ると（１）式よりθ＝８４°となり、さらに他の回折格
子の周期をΛ＝４０２ｎｍとするとθ＝８２°となる。
【００１３】ここで、上部、下部電極層間に電圧印加ま
たは電流注入を行なうと電圧または電流の大きさに依存
して各導波路層の屈折率が変化し、それに伴って光の回
折角（偏向角）がそれぞれ変化する。前述したように、
屈折率変化量により制約されて出射光の最大偏向角は５
°程度となるが、各回折格子による光の回折角が例えば
９０°、８４°、８２°と、もともと異なっているとこ
ろに屈折率変化に伴う回折角の変化量の５°が加わるた
め、素子全体として見たときの光の偏向角があたかも５
°以上に広がったかのようになる。
たは電流注入を行なうと電圧または電流の大きさに依存
して各導波路層の屈折率が変化し、それに伴って光の回
折角（偏向角）がそれぞれ変化する。前述したように、
屈折率変化量により制約されて出射光の最大偏向角は５
°程度となるが、各回折格子による光の回折角が例えば
９０°、８４°、８２°と、もともと異なっているとこ
ろに屈折率変化に伴う回折角の変化量の５°が加わるた
め、素子全体として見たときの光の偏向角があたかも５
°以上に広がったかのようになる。
【００１４】また、請求項２に記載の空間型光偏向素子
においては、偏向素子アレイ領域の入射面側に設けられ
たスイッチ領域の導波路層に対して光を入射すると、入
射光が分岐され、その分岐光が偏向素子アレイ領域の各
導波路層に向けてそれぞれ導波されることによって、偏
向素子アレイ領域への光の入射がなされる。
においては、偏向素子アレイ領域の入射面側に設けられ
たスイッチ領域の導波路層に対して光を入射すると、入
射光が分岐され、その分岐光が偏向素子アレイ領域の各
導波路層に向けてそれぞれ導波されることによって、偏
向素子アレイ領域への光の入射がなされる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３を
参照して説明する。図１は本実施例の空間型光偏向素子
１４の全体構成を示す図であって、この空間型光偏向素
子１４はスイッチ領域１５と偏向素子アレイ領域１６か
ら構成されている。また、図２は本発明の特徴点を示す
偏向素子アレイ領域１６のみの構成を示す図である。図
中符号１７は半導体基板、１８はバッファ層、１９はＭ
ＱＷ層、２０は導波路層、２１はクラッド層、２２は上
部電極層、２３は下部電極層、２４は絶縁層、２５ａ〜
２５ｄは回折格子である。
参照して説明する。図１は本実施例の空間型光偏向素子
１４の全体構成を示す図であって、この空間型光偏向素
子１４はスイッチ領域１５と偏向素子アレイ領域１６か
ら構成されている。また、図２は本発明の特徴点を示す
偏向素子アレイ領域１６のみの構成を示す図である。図
中符号１７は半導体基板、１８はバッファ層、１９はＭ
ＱＷ層、２０は導波路層、２１はクラッド層、２２は上
部電極層、２３は下部電極層、２４は絶縁層、２５ａ〜
２５ｄは回折格子である。
【００１６】図１に示すように、半導体基板１７はｎ−
ＩｎＰを材料としてチップ状に形成したものであり、こ
の半導体基板１７上にｎ−ＩｎＰバッファ層１８、ＭＱ
Ｗ層１９が順次積層されている。ＭＱＷ層１９はＩｎＧ
ａＡｓＰからなる井戸層とＩｎＰからなるバリア層が交
互に多層積層（図示は省略する）されており、いわゆる
ＭＱＷ構造をなす層である。そして、半導体基板１７か
らＭＱＷ層１９までの積層構造はスイッチ領域１５と偏
向素子アレイ領域１６ともに共通である。
ＩｎＰを材料としてチップ状に形成したものであり、こ
の半導体基板１７上にｎ−ＩｎＰバッファ層１８、ＭＱ
Ｗ層１９が順次積層されている。ＭＱＷ層１９はＩｎＧ
ａＡｓＰからなる井戸層とＩｎＰからなるバリア層が交
互に多層積層（図示は省略する）されており、いわゆる
ＭＱＷ構造をなす層である。そして、半導体基板１７か
らＭＱＷ層１９までの積層構造はスイッチ領域１５と偏
向素子アレイ領域１６ともに共通である。
【００１７】次に、スイッチ領域１５においては、上記
ＭＱＷ層１９上に１本の導波路が複数本（この場合４
本）に分岐した形の導波路層２０ａが形成されている。
このスイッチ領域１５の部分は光路の切り替えを行な
う、いわゆる周知一般の光スイッチであって、本実施例
では一例として、導波路の分岐部に設けた電極２６、２
６により屈折率変化を生じさせて光を全反射させる型の
内部全反射型光スイッチを適用している。なお、スイッ
チ領域１５としては内部全反射型光スイッチに限ること
なく、方向性結合器型光スイッチ等、他の種類の光スイ
ッチを適用してもよい。
ＭＱＷ層１９上に１本の導波路が複数本（この場合４
本）に分岐した形の導波路層２０ａが形成されている。
このスイッチ領域１５の部分は光路の切り替えを行な
う、いわゆる周知一般の光スイッチであって、本実施例
では一例として、導波路の分岐部に設けた電極２６、２
６により屈折率変化を生じさせて光を全反射させる型の
内部全反射型光スイッチを適用している。なお、スイッ
チ領域１５としては内部全反射型光スイッチに限ること
なく、方向性結合器型光スイッチ等、他の種類の光スイ
ッチを適用してもよい。
【００１８】一方、図２に示すように、偏向素子アレイ
領域１６においては、ＭＱＷ層１９上面の基板１７の幅
方向には、スイッチ領域１５の導波路層２０ａと連続し
た導波路層２０とその上部に形成されたクラッド層２１
からなる複数本（この場合４本）のストライプ２７、２
７、…が互いに平行に形成されている。ここでは、導波
路層２０はＩｎＧａＡｓＰにより形成され、クラッド層
２１はｐ−ＩｎＰにより形成されている。そして、これ
ら各ストライプ２７の延びる方向がそれぞれ入射光Ｓ0
の導波方向となっている。
領域１６においては、ＭＱＷ層１９上面の基板１７の幅
方向には、スイッチ領域１５の導波路層２０ａと連続し
た導波路層２０とその上部に形成されたクラッド層２１
からなる複数本（この場合４本）のストライプ２７、２
７、…が互いに平行に形成されている。ここでは、導波
路層２０はＩｎＧａＡｓＰにより形成され、クラッド層
２１はｐ−ＩｎＰにより形成されている。そして、これ
ら各ストライプ２７の延びる方向がそれぞれ入射光Ｓ0
の導波方向となっている。
【００１９】また、各ストライプ２７における導波路層
２０の上面にはその全面にわたって三角波形の回折格子
２５ａ〜２５ｄがそれぞれ形成されている。これら回折
格子２５ａ〜２５ｄは各導波路層２０内を導波する光Ｓ
0 を上方に向けて回折させるためのものである。そし
て、各ストライプ２７における回折格子２５ａ〜２５ｄ
の周期Λ1 〜Λ4 はそれぞれ異なっており、一例として
図２における左端の回折格子２５ａから順に４０２ｎ
ｍ、４００ｎｍ、…と順次小さくなっている。
２０の上面にはその全面にわたって三角波形の回折格子
２５ａ〜２５ｄがそれぞれ形成されている。これら回折
格子２５ａ〜２５ｄは各導波路層２０内を導波する光Ｓ
0 を上方に向けて回折させるためのものである。そし
て、各ストライプ２７における回折格子２５ａ〜２５ｄ
の周期Λ1 〜Λ4 はそれぞれ異なっており、一例として
図２における左端の回折格子２５ａから順に４０２ｎ
ｍ、４００ｎｍ、…と順次小さくなっている。
【００２０】一方、各ストライプ２７は、後述する上部
電極層２２と下部電極層２３との間で注入電流を遮断す
るための、アンドープのＩｎＰ（以下、ｕ−ＩｎＰと記
載する）からなる絶縁層２４により埋め込まれている。
なお、絶縁層２４としてはｕ−ＩｎＰを用いる代わり
に、上側がｎ−ＩｎＰ、下側がｐ−ＩｎＰの積層構造を
用いて基板とクラッド層がなす導電型に対して逆接合
（ｐ−ｎ−ｐ−ｎ）となるような構造としたり、絶縁材
料であるポリイミド等の樹脂を用いた構造としてもよ
い。
電極層２２と下部電極層２３との間で注入電流を遮断す
るための、アンドープのＩｎＰ（以下、ｕ−ＩｎＰと記
載する）からなる絶縁層２４により埋め込まれている。
なお、絶縁層２４としてはｕ−ＩｎＰを用いる代わり
に、上側がｎ−ＩｎＰ、下側がｐ−ＩｎＰの積層構造を
用いて基板とクラッド層がなす導電型に対して逆接合
（ｐ−ｎ−ｐ−ｎ）となるような構造としたり、絶縁材
料であるポリイミド等の樹脂を用いた構造としてもよ
い。
【００２１】また、各ストライプ２７のクラッド層２１
の上面には上部電極層２２がそれぞれ形成され、半導体
基板１７の下面全面には下部電極層２３が形成されてい
る。そして、各上部電極層２２には、上方に回折した光
Ｓ1 を素子外部へ出射させるための矩形の窓部２８が形
成されている。これら上部、下部電極層２２、２３は、
ともにＣｒとＡｕとの積層、またはｎ側はＡｕ−Ｇｅ−
Ｎｉ合金とＡｕとの積層、ｐ側はＡｕ−Ｚｎ合金とＡｕ
との積層、さらにはこれらの上にＣｒとＡｕを積層した
構造となっている。なお、上部電極層２２の構成につい
ては、各ストライプ２７毎に上部電極層２２を設ける代
わりに、偏向素子アレイ領域１６の上面を全面的に覆い
各ストライプ上に窓部を設けた上部電極層を形成しても
よい。
の上面には上部電極層２２がそれぞれ形成され、半導体
基板１７の下面全面には下部電極層２３が形成されてい
る。そして、各上部電極層２２には、上方に回折した光
Ｓ1 を素子外部へ出射させるための矩形の窓部２８が形
成されている。これら上部、下部電極層２２、２３は、
ともにＣｒとＡｕとの積層、またはｎ側はＡｕ−Ｇｅ−
Ｎｉ合金とＡｕとの積層、ｐ側はＡｕ−Ｚｎ合金とＡｕ
との積層、さらにはこれらの上にＣｒとＡｕを積層した
構造となっている。なお、上部電極層２２の構成につい
ては、各ストライプ２７毎に上部電極層２２を設ける代
わりに、偏向素子アレイ領域１６の上面を全面的に覆い
各ストライプ上に窓部を設けた上部電極層を形成しても
よい。
【００２２】上記構成の空間型光偏向素子１４を使用す
る際は、スイッチ領域１５の電極２６、２６、…、およ
び偏向素子アレイ領域１６の上部、下部電極層２２、２
３間に電源を接続する。そして、スイッチ領域１５の導
波路層２０ａに対して光を入射するとともにスイッチ領
域１５の電極２６に電圧を印加して屈折率を変化させる
と入射光の光路が適宜切り替えられ、入射光が偏向素子
アレイ領域１６に入射される。ここで、偏向素子アレイ
領域１６において光が入射されたストライプ２７上の上
部電極層２２、下部電極層２３間に電圧を印加して導波
路層２０下のＭＱＷ層１９の屈折率を変化させると、屈
折率変化に伴って回折角が変化し、すなわち、回折光が
光の導波方向に沿う鉛直面内においてその出射角度が変
化し、各窓部２８から素子１４の外部空間にそれぞれ出
射される。なお、上部、下部電極層２２、２３間に印加
する電圧の極性はいずれが正または負であってもよい
し、電圧印加に代えて電流を注入する方法でもＭＱＷ層
１９の屈折率を変化させることが可能である。
る際は、スイッチ領域１５の電極２６、２６、…、およ
び偏向素子アレイ領域１６の上部、下部電極層２２、２
３間に電源を接続する。そして、スイッチ領域１５の導
波路層２０ａに対して光を入射するとともにスイッチ領
域１５の電極２６に電圧を印加して屈折率を変化させる
と入射光の光路が適宜切り替えられ、入射光が偏向素子
アレイ領域１６に入射される。ここで、偏向素子アレイ
領域１６において光が入射されたストライプ２７上の上
部電極層２２、下部電極層２３間に電圧を印加して導波
路層２０下のＭＱＷ層１９の屈折率を変化させると、屈
折率変化に伴って回折角が変化し、すなわち、回折光が
光の導波方向に沿う鉛直面内においてその出射角度が変
化し、各窓部２８から素子１４の外部空間にそれぞれ出
射される。なお、上部、下部電極層２２、２３間に印加
する電圧の極性はいずれが正または負であってもよい
し、電圧印加に代えて電流を注入する方法でもＭＱＷ層
１９の屈折率を変化させることが可能である。
【００２３】本実施例の空間型光偏向素子１４において
は、複数本のストライプ２７、２７、…に形成された回
折格子２５ａ〜２５ｄの周期Λ1 〜Λ4 がそれぞれ異な
るため、各回折格子２５ａ〜２５ｄによる光の回折角が
もともと異なるようになる。具体的には、例えば回折格
子２５ａ〜２５ｄの周期を端から順に４０２ｎｍ、４０
０ｎｍ、…とし、その他光の回折に係わる各パラメータ
をｉ（回折格子の次数）＝２、λ0（入射光の波長）＝
１．３０μｍ、ｎeff（導波路媒質の等価屈折率）＝
３．２５とした場合、前記（１）式より回折角θがそれ
ぞれ８２°、９０°、…となる。
は、複数本のストライプ２７、２７、…に形成された回
折格子２５ａ〜２５ｄの周期Λ1 〜Λ4 がそれぞれ異な
るため、各回折格子２５ａ〜２５ｄによる光の回折角が
もともと異なるようになる。具体的には、例えば回折格
子２５ａ〜２５ｄの周期を端から順に４０２ｎｍ、４０
０ｎｍ、…とし、その他光の回折に係わる各パラメータ
をｉ（回折格子の次数）＝２、λ0（入射光の波長）＝
１．３０μｍ、ｎeff（導波路媒質の等価屈折率）＝
３．２５とした場合、前記（１）式より回折角θがそれ
ぞれ８２°、９０°、…となる。
【００２４】そして、上部、下部電極層２２、２３間に
電圧印加を行なうと電圧の大きさに依存して各導波路層
２０の直下のＭＱＷ層１９の屈折率が変化し、それに伴
って光の回折角（偏向角）がそれぞれ変化する。前述し
たように、屈折率変化量に制約されて出射光の最大偏向
角は５°程度となるが、各回折格子２５ａ〜２５ｄによ
る回折角が８２°、９０°、…と異なる出射光の各々に
対して屈折率変化による各出射光の回折角変化量が５°
ということになる。
電圧印加を行なうと電圧の大きさに依存して各導波路層
２０の直下のＭＱＷ層１９の屈折率が変化し、それに伴
って光の回折角（偏向角）がそれぞれ変化する。前述し
たように、屈折率変化量に制約されて出射光の最大偏向
角は５°程度となるが、各回折格子２５ａ〜２５ｄによ
る回折角が８２°、９０°、…と異なる出射光の各々に
対して屈折率変化による各出射光の回折角変化量が５°
ということになる。
【００２５】そこで、図３に示すように、１つの空間型
光偏向素子１４と、複数（この場合４個）の受光素子２
９ａ〜２９ｄからなる受光素子群２９Ａ〜２９Ｄを搭載
した子ボード群３０を準備し、これらの間で光インター
コネクションを構成する場合には、光の出射方向のある
一定の距離（設定したボード間距離）における各導波路
層２０の割当を決めておき、この割当に基づいて子ボー
ド群３０上の受光素子群２９Ａ〜２９Ｄの位置を設定す
ればよい。例えば、各導波路層２０における光Ｓ1 、Ｓ
2 、Ｓ3 、Ｓ4 の偏向角の割当を、素子１４の端の導波
路層２０から順に８２°±２．５°、９０±２．５°、
…として、その範囲内に子ボード群３０の各受光素子２
９ａ〜２９ｄがそれぞれ並ぶように位置を設定すればよ
いわけである。
光偏向素子１４と、複数（この場合４個）の受光素子２
９ａ〜２９ｄからなる受光素子群２９Ａ〜２９Ｄを搭載
した子ボード群３０を準備し、これらの間で光インター
コネクションを構成する場合には、光の出射方向のある
一定の距離（設定したボード間距離）における各導波路
層２０の割当を決めておき、この割当に基づいて子ボー
ド群３０上の受光素子群２９Ａ〜２９Ｄの位置を設定す
ればよい。例えば、各導波路層２０における光Ｓ1 、Ｓ
2 、Ｓ3 、Ｓ4 の偏向角の割当を、素子１４の端の導波
路層２０から順に８２°±２．５°、９０±２．５°、
…として、その範囲内に子ボード群３０の各受光素子２
９ａ〜２９ｄがそれぞれ並ぶように位置を設定すればよ
いわけである。
【００２６】そこで、光インターコネクションにおいて
多数の受光素子２９ａ〜２９ｄに光信号を送信したい場
合、従来の空間型光偏向素子では偏向角が小さいことか
ら受光素子同士の間隔を狭くしたり、ボード間の距離を
離す必要があるが、このようにすると信号のクロストー
ク、または受光素子における光強度の低下という問題が
それぞれの場合で生じていた。ところが、本実施例の空
間型光偏向素子１４によれば、回折格子２５ａ〜２５ｄ
の周期Λ1 〜Λ4 が異なる複数の導波路層２０に対して
入射光を適宜切り替えると、素子全体として見たときに
従来の素子に比べて光の偏向範囲が広がるため、より多
くの受光素子を配置することが可能となる。したがっ
て、この空間型光偏向素子１４の適用により子ボード側
に多数の受光素子を設置した光インターコネクションを
構成することができる。
多数の受光素子２９ａ〜２９ｄに光信号を送信したい場
合、従来の空間型光偏向素子では偏向角が小さいことか
ら受光素子同士の間隔を狭くしたり、ボード間の距離を
離す必要があるが、このようにすると信号のクロストー
ク、または受光素子における光強度の低下という問題が
それぞれの場合で生じていた。ところが、本実施例の空
間型光偏向素子１４によれば、回折格子２５ａ〜２５ｄ
の周期Λ1 〜Λ4 が異なる複数の導波路層２０に対して
入射光を適宜切り替えると、素子全体として見たときに
従来の素子に比べて光の偏向範囲が広がるため、より多
くの受光素子を配置することが可能となる。したがっ
て、この空間型光偏向素子１４の適用により子ボード側
に多数の受光素子を設置した光インターコネクションを
構成することができる。
【００２７】また、本実施例の空間型光偏向素子１４は
スイッチ領域１５を有しているので、スイッチ領域１５
の１本の導波路層２０ａに光ファイバ等を介して信号源
を接続し、後はスイッチを機能させるだけで偏向素子ア
レイ領域１６から複数の出射光が得られるため、別体の
光スイッチや複数の入射用光ファイバを必要とすること
がなく、光ファイバ接続等を含むシステム組立作業の簡
易化、部品点数の低減を図ることができる。
スイッチ領域１５を有しているので、スイッチ領域１５
の１本の導波路層２０ａに光ファイバ等を介して信号源
を接続し、後はスイッチを機能させるだけで偏向素子ア
レイ領域１６から複数の出射光が得られるため、別体の
光スイッチや複数の入射用光ファイバを必要とすること
がなく、光ファイバ接続等を含むシステム組立作業の簡
易化、部品点数の低減を図ることができる。
【００２８】なお、本実施例の空間型光偏向素子１４に
おいては、各回折格子２５ａ〜２５ｄを各導波路層２０
上の全面にわたって形成したが、各回折格子を各導波路
層２０上の一部にのみ形成するようにし、さらに各導波
路層２０でその回折格子の位置を導波路層２０の長さ方
向でずらして形成してもよい。このようにすると、各導
波路層２０から光が出射する領域が導波路層２０の長さ
方向でずれるため、出射光の分離状態が良好になり信号
の分解能を向上させることができる。
おいては、各回折格子２５ａ〜２５ｄを各導波路層２０
上の全面にわたって形成したが、各回折格子を各導波路
層２０上の一部にのみ形成するようにし、さらに各導波
路層２０でその回折格子の位置を導波路層２０の長さ方
向でずらして形成してもよい。このようにすると、各導
波路層２０から光が出射する領域が導波路層２０の長さ
方向でずれるため、出射光の分離状態が良好になり信号
の分解能を向上させることができる。
【００２９】また、本実施例の空間型光偏向素子１４の
構成に加えて、クラッド層２１の上面に出射光を集束す
るための光集束部を設けてもよい。この光集束部は、具
体的にはクラッド層の上面自体を凸レンズ状に加工す
る、クラッド層の上面に例えばポリイミド等の材料で別
途作製した凸レンズを固着する、等の種々の手段を用い
ることができる。そして、この種の光集束部を設けるこ
とによって出射光の各々が集束されるため、本発明の効
果に加えて光信号の強度を向上させることができる。
構成に加えて、クラッド層２１の上面に出射光を集束す
るための光集束部を設けてもよい。この光集束部は、具
体的にはクラッド層の上面自体を凸レンズ状に加工す
る、クラッド層の上面に例えばポリイミド等の材料で別
途作製した凸レンズを固着する、等の種々の手段を用い
ることができる。そして、この種の光集束部を設けるこ
とによって出射光の各々が集束されるため、本発明の効
果に加えて光信号の強度を向上させることができる。
【００３０】また、本実施例では、半導体基板１７の材
料としてｎ−ＩｎＰを、クラッド層２１の材料としてｐ
−ＩｎＰを用いたが、これらの導電型は逆であっても良
いし、ＩｎＰ系に限らず、ＧａＡｓ系等、他の化合物半
導体材料を用いることもできる。さらに、ＭＱＷ層１９
の材料としても実施例のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの他、
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ等のＩｎＰ系材料、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ等のＧａＡｓ系材料を用いても良
い。また、本発明を適用し得る光偏向素子の基本構造は
これらの実施例に限るものではない。例えばＭＱＷ構造
またはバルクの単層構造の導波路層を有するもの、光閉
込補償層、裏面反射膜のような他の層を有するもの、回
折格子の形成位置が異なるもの等、種々の構造を持つ空
間型光偏向素子に対して本発明を適用することが可能で
ある。
料としてｎ−ＩｎＰを、クラッド層２１の材料としてｐ
−ＩｎＰを用いたが、これらの導電型は逆であっても良
いし、ＩｎＰ系に限らず、ＧａＡｓ系等、他の化合物半
導体材料を用いることもできる。さらに、ＭＱＷ層１９
の材料としても実施例のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの他、
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ等のＩｎＰ系材料、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ等のＧａＡｓ系材料を用いても良
い。また、本発明を適用し得る光偏向素子の基本構造は
これらの実施例に限るものではない。例えばＭＱＷ構造
またはバルクの単層構造の導波路層を有するもの、光閉
込補償層、裏面反射膜のような他の層を有するもの、回
折格子の形成位置が異なるもの等、種々の構造を持つ空
間型光偏向素子に対して本発明を適用することが可能で
ある。
【００３１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
に記載の空間型光偏向素子によれば、複数本のストライ
プに形成された回折格子の周期がそれぞれ異なるため、
各回折格子による光の回折角がそれぞれ異なるようにな
る。そこで、各回折格子による光の回折角がもともと異
なっているところに屈折率変化に伴う回折角の変化が加
わるため、素子全体として見たときの出射光の偏向範囲
が広がる。そこで、光インターコネクションにおいて多
数の受光素子に対して光信号を送信したい場合、従来の
素子では偏向角が小さいことによる種々の問題が生じて
いたが、本発明の空間型光偏向素子によれば、素子全体
として見たときに従来の素子に比べて光の偏向範囲が広
がるため、子ボード側により多くの受光素子を配置する
ことが可能となる。したがって、この空間型光偏向素子
の適用により子ボード側に多数の受光素子を設置した光
インターコネクションを構成することができる。
に記載の空間型光偏向素子によれば、複数本のストライ
プに形成された回折格子の周期がそれぞれ異なるため、
各回折格子による光の回折角がそれぞれ異なるようにな
る。そこで、各回折格子による光の回折角がもともと異
なっているところに屈折率変化に伴う回折角の変化が加
わるため、素子全体として見たときの出射光の偏向範囲
が広がる。そこで、光インターコネクションにおいて多
数の受光素子に対して光信号を送信したい場合、従来の
素子では偏向角が小さいことによる種々の問題が生じて
いたが、本発明の空間型光偏向素子によれば、素子全体
として見たときに従来の素子に比べて光の偏向範囲が広
がるため、子ボード側により多くの受光素子を配置する
ことが可能となる。したがって、この空間型光偏向素子
の適用により子ボード側に多数の受光素子を設置した光
インターコネクションを構成することができる。
【００３２】また、請求項２に記載の空間型光偏向素子
はスイッチ領域を有しているので、別体の光スイッチや
複数本の入射用光ファイバを必要とすることがなく、光
ファイバ接続等を含むシステム組立作業の簡易化、部品
点数の低減を図ることができる。
はスイッチ領域を有しているので、別体の光スイッチや
複数本の入射用光ファイバを必要とすることがなく、光
ファイバ接続等を含むシステム組立作業の簡易化、部品
点数の低減を図ることができる。
【図１】 本発明の一実施例である空間型光偏向素子の
全体構成を示す斜視図である。
全体構成を示す斜視図である。
【図２】 同、空間型光偏向素子の偏向素子アレイ領域
のみの構成を示す斜視図である。
のみの構成を示す斜視図である。
【図３】 同、空間型光偏向素子を用いた光インターコ
ネクションの構成の一例を示す図である。
ネクションの構成の一例を示す図である。
【図４】 従来の空間型光偏向素子の一例を示す（ａ）
側断面図、（ｂ）正断面図である。
側断面図、（ｂ）正断面図である。
１４…空間型光偏向素子、１５…スイッチ領域、１６…
偏向素子アレイ領域、１７…半導体基板、１９…ＭＱＷ
層、２０…導波路層、２０ａ…（スイッチ領域の）導波
路層、２１…クラッド層、２２…上部電極層、２３…下
部電極層、２５ａ〜２５ｄ…回折格子、２７…ストライ
プ、２８…窓部、Ｓ0 …入射光、Ｓ1 〜Ｓ4 …出射光、
Λ1 〜Λ4 …周期
偏向素子アレイ領域、１７…半導体基板、１９…ＭＱＷ
層、２０…導波路層、２０ａ…（スイッチ領域の）導波
路層、２１…クラッド層、２２…上部電極層、２３…下
部電極層、２５ａ〜２５ｄ…回折格子、２７…ストライ
プ、２８…窓部、Ｓ0 …入射光、Ｓ1 〜Ｓ4 …出射光、
Λ1 〜Λ4 …周期
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に、導波路層とクラッド層
からなる複数本のストライプが形成され、 これらストライプには前記導波路層に入射された光を上
方に回折させるための回折格子がそれぞれ形成されると
ともに、これら回折格子の周期がそれぞれ異なるものと
され、 前記ストライプの上方に回折光を出射する窓部を有する
上部電極層が形成され、前記半導体基板の下方に下部電
極層が形成されてなる偏向素子アレイ領域を有すること
を特徴とする空間型光偏向素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の空間型光偏向素子にお
いて、 前記偏向素子アレイ領域の前記導波路層の入射面側に、
入射光を分岐しその分岐光を前記偏向素子アレイ領域の
各導波路層に向けて導波するための導波路層を有するス
イッチ領域が設けられたことを特徴とする空間型光偏向
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12691795A JPH08320508A (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 空間型光偏向素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12691795A JPH08320508A (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 空間型光偏向素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08320508A true JPH08320508A (ja) | 1996-12-03 |
Family
ID=14947103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12691795A Pending JPH08320508A (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 空間型光偏向素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08320508A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016122062A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 日本放送協会 | 光偏向素子 |
-
1995
- 1995-05-25 JP JP12691795A patent/JPH08320508A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016122062A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 日本放送協会 | 光偏向素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040806 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040817 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050308 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |