JPS60241028A - 光スイツチ - Google Patents
光スイツチInfo
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- JPS60241028A JPS60241028A JP9644284A JP9644284A JPS60241028A JP S60241028 A JPS60241028 A JP S60241028A JP 9644284 A JP9644284 A JP 9644284A JP 9644284 A JP9644284 A JP 9644284A JP S60241028 A JPS60241028 A JP S60241028A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- layer
- optical waveguide
- optical
- bias current
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
- G02F1/3138—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions the optical waveguides being made of semiconducting materials
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、光通信、光情報処理分野で用いられる光スィ
ッチに関する。特に、小形でスイッチング効率の良い光
スィッチに関するものである。
ッチに関する。特に、小形でスイッチング効率の良い光
スィッチに関するものである。
(1)
〔発明の背景〕
近年、光通信の実用化が急速に進展しており、光部品の
小形化、高信頼化に対する研究開発が盛んに行なわれて
いる。マイクロ秒オーダーでの光の高速スイッチングを
可能とする先導波路反射形光スイッチ(反射形スイッチ
)は、従来、主に誘電体で作製されてきた。従来の反射
形スイッチの一例を第1図を用いて説明する。第1図は
、リッジ形光導波路を用いた反射形光スイッチの斜視図
を示すものである。
小形化、高信頼化に対する研究開発が盛んに行なわれて
いる。マイクロ秒オーダーでの光の高速スイッチングを
可能とする先導波路反射形光スイッチ(反射形スイッチ
)は、従来、主に誘電体で作製されてきた。従来の反射
形スイッチの一例を第1図を用いて説明する。第1図は
、リッジ形光導波路を用いた反射形光スイッチの斜視図
を示すものである。
光スイツチ基板となるZカットリチウムナイオベイト(
LiNb03)基板1上にチタン(Ti)を一様な厚さ
に蒸着し、熱拡散させて、平面光導波層を形成する。そ
の後、基板の中央でクロスする幅10μmのリブ形先導
波路2をエツチングによって作製し、光導波路の交差部
に、電極3および4を形成する。ここで、ψは、2つの
光導波路の交差角であり、θは光導波路2と電極4との
なす角である。
LiNb03)基板1上にチタン(Ti)を一様な厚さ
に蒸着し、熱拡散させて、平面光導波層を形成する。そ
の後、基板の中央でクロスする幅10μmのリブ形先導
波路2をエツチングによって作製し、光導波路の交差部
に、電極3および4を形成する。ここで、ψは、2つの
光導波路の交差角であり、θは光導波路2と電極4との
なす角である。
いま、電極4に印加する電圧Vを変化させると、(2)
電極4の下部で交差する光導波路の実効屈折率が変わり
、ここへ入射する光を透過または反射させて光のスイッ
チング作用をもたせることができる。
、ここへ入射する光を透過または反射させて光のスイッ
チング作用をもたせることができる。
ここで、光導波路2に入射した光5が、光導波路の交差
部で全反射して出射光6となるための臨界角は で与えられる。ここで、n、’R,,”J、dはそれぞ
れ、光導波路の屈折率、電気光学定数、電極3と4の間
に印加する電圧、および電極3と4の間隔である。n、
R,dは正の定数であるから、電圧Vの極性、大きさを
変えることにより、全反射の臨界角θ。を大きくしたり
、小さくしたりすることができる。たとえば、光導波路
に入射する光の波長として、1.3 μmを用いた場合
、光導波路交差部での全反射または、透過による効率良
い光のスイッチングが可能な電圧として40〜50V、
またその時の光導波路の交差角ψは約1度となる。
部で全反射して出射光6となるための臨界角は で与えられる。ここで、n、’R,,”J、dはそれぞ
れ、光導波路の屈折率、電気光学定数、電極3と4の間
に印加する電圧、および電極3と4の間隔である。n、
R,dは正の定数であるから、電圧Vの極性、大きさを
変えることにより、全反射の臨界角θ。を大きくしたり
、小さくしたりすることができる。たとえば、光導波路
に入射する光の波長として、1.3 μmを用いた場合
、光導波路交差部での全反射または、透過による効率良
い光のスイッチングが可能な電圧として40〜50V、
またその時の光導波路の交差角ψは約1度となる。
従って、いま、光導波路の端面に、直径125(3)
μmの単一モード光ファイバを結合する場合、素子長と
しては1.5mn以上も必要となり、これは、先導波路
の交差部が長さ1m程度であることに比較して桁違いに
長い。光導波路の交差角ψが小さいことは、光導波路2
から光導波路8へ透過する光のうち、光導波路9へ漏れ
込む割合いが大きくなる。すなわち漏話が大となる欠点
を有する。
しては1.5mn以上も必要となり、これは、先導波路
の交差部が長さ1m程度であることに比較して桁違いに
長い。光導波路の交差角ψが小さいことは、光導波路2
から光導波路8へ透過する光のうち、光導波路9へ漏れ
込む割合いが大きくなる。すなわち漏話が大となる欠点
を有する。
逆に交差角ψを大きくすれば漏話は小さくできるが、全
反射をおこさせる電圧■が大となり、絶縁破壊の確率が
高まるという欠点がある。
反射をおこさせる電圧■が大となり、絶縁破壊の確率が
高まるという欠点がある。
本発明は上述の欠点を解決するためになされたものであ
り、漏話が小さく、かつ、低電圧で光のスイッチングが
でき、素子長も短い全反射形の光スィッチを提供するこ
とにある。
り、漏話が小さく、かつ、低電圧で光のスイッチングが
でき、素子長も短い全反射形の光スィッチを提供するこ
とにある。
上記目的を達成するための本発明の構成は、光導波路交
差部における光路切替方法として、半導体レーザのP−
N接合面に流す順バイアス電流を変えて、活化層である
光導波路中の少数キャリヤ(4) 数を制御し、屈折率を変化させることにある。これを第
2図および第3図を用いて詳細に説明する。
差部における光路切替方法として、半導体レーザのP−
N接合面に流す順バイアス電流を変えて、活化層である
光導波路中の少数キャリヤ(4) 数を制御し、屈折率を変化させることにある。これを第
2図および第3図を用いて詳細に説明する。
第2図はP−N接合面レーザの断面構造を模式的に描い
たものである。n形G3A3基板15に、n形Ga+−
x AQx All 13 、ノンドープGaAgの活
化層10、p形Ga I−y^QyAsll、p形Ga
Asのキャップ層12をMflCVD法により順次エピ
タキシャル成長させ、さらにオーミックコンタクト用A
uGeNi電極16および17を基板15の両側に蒸着
し、基板の」二部をストライプ状にエツチングし、次に
、L P E法により、p形Gap−2A Q Z A
sでストライプ状の部分を埋め込んだものである。ここ
でAQの組成XrVおよび2はそれぞれX 2 y z
O,3、zzo、、4 の程度である。
たものである。n形G3A3基板15に、n形Ga+−
x AQx All 13 、ノンドープGaAgの活
化層10、p形Ga I−y^QyAsll、p形Ga
Asのキャップ層12をMflCVD法により順次エピ
タキシャル成長させ、さらにオーミックコンタクト用A
uGeNi電極16および17を基板15の両側に蒸着
し、基板の」二部をストライプ状にエツチングし、次に
、L P E法により、p形Gap−2A Q Z A
sでストライプ状の部分を埋め込んだものである。ここ
でAQの組成XrVおよび2はそれぞれX 2 y z
O,3、zzo、、4 の程度である。
いま、活化層に電流を注入すること、活化層の屈折率は
第3図に示すように、レーザの発振スペクトルに対応す
る光のエネルギ付近で大きな分散をもつ。第3図で横軸
上のhtILはレーザの発振波長に対応する光のエネル
ギで、hはブランク定数、υ、−は発振周波数を表わす
。図中の■はレー(5) ザへの注入電流であり、注入電流値の下に示したかっこ
内の数値は、活化層に注入された小数キャリヤの密度を
示す。今、第2図の活化層10を含む面内で活化層10
に横方向からレーザの発振波長に等して光を入射させた
とき、レーザへの注入電流が小さい時には、第3図に示
すように屈折率の変化は0であるから光は活化層を透過
する。しかし、注入電流を増加すると屈折率は減少する
ので、次式で示される臨界角Φより大きい入射角をもつ
光は活化層10の側面で全反射される。全反射の臨界角
Φはスネルの法則により、 O= a r c gin (22) ・・・(2) 1 で与えられる。ここで、nlは活化層10の外側の光導
波層(先導波路)の屈折率、nは活化層10の屈折率+
Jnは電流注入によるnの変化分である。
第3図に示すように、レーザの発振スペクトルに対応す
る光のエネルギ付近で大きな分散をもつ。第3図で横軸
上のhtILはレーザの発振波長に対応する光のエネル
ギで、hはブランク定数、υ、−は発振周波数を表わす
。図中の■はレー(5) ザへの注入電流であり、注入電流値の下に示したかっこ
内の数値は、活化層に注入された小数キャリヤの密度を
示す。今、第2図の活化層10を含む面内で活化層10
に横方向からレーザの発振波長に等して光を入射させた
とき、レーザへの注入電流が小さい時には、第3図に示
すように屈折率の変化は0であるから光は活化層を透過
する。しかし、注入電流を増加すると屈折率は減少する
ので、次式で示される臨界角Φより大きい入射角をもつ
光は活化層10の側面で全反射される。全反射の臨界角
Φはスネルの法則により、 O= a r c gin (22) ・・・(2) 1 で与えられる。ここで、nlは活化層10の外側の光導
波層(先導波路)の屈折率、nは活化層10の屈折率+
Jnは電流注入によるnの変化分である。
実施例1
第4図(、)に本発明の一実施例としての反射形(6)
光スィッチの平面図、また、AA’で示される光導波路
交差部付近の断面図を(b)に示す。
交差部付近の断面図を(b)に示す。
光集積回路基板となるn” GaAg基板15上に、バ
ッファ一層n Gao7AQo、3Asl 3を有機金
属の熱分解法(MOC−VD法)を用いてエピタキシャ
ル成長し、これを第4図(a)の10に示すようなスト
ライプ状にフォトレジストパタンを形成し反応性イオン
ビームエツチング法を用いてエツチングする。フォトレ
ジストを除去後、このストライプ状突起を埋めるように
バッファ一層Gao、 e A Q 0.4 As 1
4を液相エピタキシャル法(LPE法)により成長させ
、その」二に更にn−GaAsを成長させる。このn−
−GaAsを第4図(a)の18の形状にエツチングし
、再び■、PE法により、光導波層となるGao、 a
AQo、 2 Asを成長させ、これをストライプ状
にエツチングして光導波路19を形成する。この段階で
は、基板上に光導波路19のストライプと18の部分が
突起として出ているので、L P E法により突起の周
囲をバッファ一層Gao、 6 AQ 0.4 Asで
埋め、次に、MOCVD(7) 法により、p −Gao、 、 A fA o、 3
As、 p ”−GaAsの順にエピタキシャル成長さ
せ、これをn−−GaAs18の下側のバッファ一層1
3と形状が一致するようにエツチングして、11と12
を形成する。
ッファ一層n Gao7AQo、3Asl 3を有機金
属の熱分解法(MOC−VD法)を用いてエピタキシャ
ル成長し、これを第4図(a)の10に示すようなスト
ライプ状にフォトレジストパタンを形成し反応性イオン
ビームエツチング法を用いてエツチングする。フォトレ
ジストを除去後、このストライプ状突起を埋めるように
バッファ一層Gao、 e A Q 0.4 As 1
4を液相エピタキシャル法(LPE法)により成長させ
、その」二に更にn−GaAsを成長させる。このn−
−GaAsを第4図(a)の18の形状にエツチングし
、再び■、PE法により、光導波層となるGao、 a
AQo、 2 Asを成長させ、これをストライプ状
にエツチングして光導波路19を形成する。この段階で
は、基板上に光導波路19のストライプと18の部分が
突起として出ているので、L P E法により突起の周
囲をバッファ一層Gao、 6 AQ 0.4 Asで
埋め、次に、MOCVD(7) 法により、p −Gao、 、 A fA o、 3
As、 p ”−GaAsの順にエピタキシャル成長さ
せ、これをn−−GaAs18の下側のバッファ一層1
3と形状が一致するようにエツチングして、11と12
を形成する。
ここで、p Gao7AQo、3 Asl 1とP”
GaAs12は(a)の10に示されるようなストライ
プ状の突起となっているので、この突起を埋めるように
、L P E法によりバッファ一層 Gao、 6 AIA 0.4 Ag20を形成する。
GaAs12は(a)の10に示されるようなストライ
プ状の突起となっているので、この突起を埋めるように
、L P E法によりバッファ一層 Gao、 6 AIA 0.4 Ag20を形成する。
最後に、基板上下から、オーミックコンタクト用電極1
6および17を形成し、基板上側の電極16にはリード
線21を溶着する。
6および17を形成し、基板上側の電極16にはリード
線21を溶着する。
いま、(b)の断面図で示されるP−N接合部に、順バ
イアス電流を流した場合、n −−GaAs 18の一
部はレーザの活化層lOとなる。光導波路19の幅を5
〜10μm厚さを0.2〜1μm、光導波路の交差角ψ
を12°、活化層10の幅を1〜3μmとしたとき、活
化層lOの長さは50〜100μmとなる。
イアス電流を流した場合、n −−GaAs 18の一
部はレーザの活化層lOとなる。光導波路19の幅を5
〜10μm厚さを0.2〜1μm、光導波路の交差角ψ
を12°、活化層10の幅を1〜3μmとしたとき、活
化層lOの長さは50〜100μmとなる。
先導波路19に入射させる光の波長を、活化層(8)
10のバンドキャップに等しいエネルギに選んだ時、活
化層への注入電流が0の時には、入射光5は、光導波路
19.18および活化層10を透過し、出射光7となっ
た。いま、P−N接合へ順バイアス電流を50mA(バ
イアス電圧5V)以上流したとき、入射光5は活化層1
0の側面で全反射され、出射光6となった。バイアス電
流が0の時と50mA以上の時における、出射端におけ
る ゛出力光7および6の比、すなわち消光比は一30
dBであり、極めて漏話の小さいことがわかった。
化層への注入電流が0の時には、入射光5は、光導波路
19.18および活化層10を透過し、出射光7となっ
た。いま、P−N接合へ順バイアス電流を50mA(バ
イアス電圧5V)以上流したとき、入射光5は活化層1
0の側面で全反射され、出射光6となった。バイアス電
流が0の時と50mA以上の時における、出射端におけ
る ゛出力光7および6の比、すなわち消光比は一30
dBであり、極めて漏話の小さいことがわかった。
なお、先導波路19としては導波光の吸収損失を抑える
ために活化層10よりも、バンドギャップが大きく光導
波路の交差部である。n−−GaAs18との接続部を
導波光が効率良く透過するような材料であればよい。
ために活化層10よりも、バンドギャップが大きく光導
波路の交差部である。n−−GaAs18との接続部を
導波光が効率良く透過するような材料であればよい。
いま、光導波路19の端部に、外径125μmの単一モ
ード光ファイバの端面を接続する場合、素子の長さとし
ては、約1.3 mn必要である。これは、従来の全反
射形光スイッチの素子長が15(9) ■程度であったことに比較して1桁以上短い。また、導
波光の伝送損失は、光導波路交差部を構成するn−−G
aAsの吸収端における吸収損失で決まっており、本実
施例では約1〜3dBの吸収損失があった。
ード光ファイバの端面を接続する場合、素子の長さとし
ては、約1.3 mn必要である。これは、従来の全反
射形光スイッチの素子長が15(9) ■程度であったことに比較して1桁以上短い。また、導
波光の伝送損失は、光導波路交差部を構成するn−−G
aAsの吸収端における吸収損失で決まっており、本実
施例では約1〜3dBの吸収損失があった。
実施例2
実施例1と同じ構成の光スィッチにおいて、光導波路1
8の部分にわん曲をもたせた。これにより、光路切り換
え部において全反射する光の導波損失を1〜3dB程度
低減できた。
8の部分にわん曲をもたせた。これにより、光路切り換
え部において全反射する光の導波損失を1〜3dB程度
低減できた。
以上の実施例で説明したように、本発明によれば、漏話
が小さく、かつ低電圧で光のスイッチングができ、素子
長も短くできるので、一つの基板から多量の素子を製造
できるので、経済的な効果も大きい。
が小さく、かつ低電圧で光のスイッチングができ、素子
長も短くできるので、一つの基板から多量の素子を製造
できるので、経済的な効果も大きい。
第1図は、従来の反射形光スイッチの斜視図、第2図は
、半導体レーザの断面を示す概略図、第3図は、半導体
レーザの発振波長付近における屈(10) 折率の実数部の変化分を、順バイアス電流を変えてめた
図、第4図(、)は、本発明の一実施例としての光スィ
ッチの平面図、(b)は(a)のA−A’線断面図、第
5図は本発明の他の一実施例としての光スィッチの平面
図である。 1・・・基板、2・・・光導波路、3・・・電源、4・
・・電極、5・・・入射光、6・・・出射光、7・・・
出射光、8・・・光導波路、9・・・光導波路、10・
・・活生層、11・・・バッファ一層、12・・・キャ
ップ層、13・・・バッファ一層、14・・・バッファ
一層、15・・・基板、16・・・電極、17・・・電
極、18・・・光導波路、19・・・光導波路、20・
・・バッファ一層、21・・・リード線。 (11) 第 3 口 h−1,/L i のコロニメ;tbq− 第 4 目 (b) 第 5 国 173
、半導体レーザの断面を示す概略図、第3図は、半導体
レーザの発振波長付近における屈(10) 折率の実数部の変化分を、順バイアス電流を変えてめた
図、第4図(、)は、本発明の一実施例としての光スィ
ッチの平面図、(b)は(a)のA−A’線断面図、第
5図は本発明の他の一実施例としての光スィッチの平面
図である。 1・・・基板、2・・・光導波路、3・・・電源、4・
・・電極、5・・・入射光、6・・・出射光、7・・・
出射光、8・・・光導波路、9・・・光導波路、10・
・・活生層、11・・・バッファ一層、12・・・キャ
ップ層、13・・・バッファ一層、14・・・バッファ
一層、15・・・基板、16・・・電極、17・・・電
極、18・・・光導波路、19・・・光導波路、20・
・・バッファ一層、21・・・リード線。 (11) 第 3 口 h−1,/L i のコロニメ;tbq− 第 4 目 (b) 第 5 国 173
Claims (1)
- 1、光信号を切り替えるスイッチにおいて、光導波路と
してバンドギャップエネルギが信号光波長に対応するエ
ネルギより大きい半導体媒質を用して作製し、人、出力
光導波路のクロスポイント(交差部)に相当する部分で
、この光導波路と結合するように、信号光波長に対応す
るバンドギャップエネルギを持った半導体媒質で導波構
造を構成したP−N接合素子を配置し、切り替えるクロ
スポイントの半導体P−N接合素子への注入電流をオン
、オフすることによって、そのクロスポイントのスイッ
チング動作をさせることを特徴とする光スィッチ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9644284A JPS60241028A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9644284A JPS60241028A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 光スイツチ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60241028A true JPS60241028A (ja) | 1985-11-29 |
Family
ID=14165129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9644284A Pending JPS60241028A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 光スイツチ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60241028A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6374039A (ja) * | 1986-09-18 | 1988-04-04 | Nec Corp | 光スイツチ |
EP0276115A2 (en) * | 1987-01-19 | 1988-07-27 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical switch |
JPH02184825A (ja) * | 1988-11-25 | 1990-07-19 | Philips Gloeilampenfab:Nv | 光電スイッチ素子を有する集積半導体装置 |
CN112310805A (zh) * | 2019-08-02 | 2021-02-02 | 苏州旭创科技有限公司 | 一种窄线宽外腔激光器及光模块 |
CN112397993A (zh) * | 2019-08-02 | 2021-02-23 | 苏州旭创科技有限公司 | 一种窄线宽外腔激光器及光模块 |
-
1984
- 1984-05-16 JP JP9644284A patent/JPS60241028A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6374039A (ja) * | 1986-09-18 | 1988-04-04 | Nec Corp | 光スイツチ |
EP0276115A2 (en) * | 1987-01-19 | 1988-07-27 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical switch |
JPH02184825A (ja) * | 1988-11-25 | 1990-07-19 | Philips Gloeilampenfab:Nv | 光電スイッチ素子を有する集積半導体装置 |
CN112310805A (zh) * | 2019-08-02 | 2021-02-02 | 苏州旭创科技有限公司 | 一种窄线宽外腔激光器及光模块 |
CN112397993A (zh) * | 2019-08-02 | 2021-02-23 | 苏州旭创科技有限公司 | 一种窄线宽外腔激光器及光模块 |
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