JPS6032029A - 光集積回路 - Google Patents

光集積回路

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JPS6032029A
JPS6032029A JP58141338A JP14133883A JPS6032029A JP S6032029 A JPS6032029 A JP S6032029A JP 58141338 A JP58141338 A JP 58141338A JP 14133883 A JP14133883 A JP 14133883A JP S6032029 A JPS6032029 A JP S6032029A
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optical
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waveguide
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Hiromoto Serizawa
芹澤 皓元
Tetsuo Taniuchi
哲夫 谷内
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/29Devices 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
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G02F1/3133Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
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    • G02F1/313Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G02F1/3135Vertical structure

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】 産業上の利用分野 半導体レーザの室温連続発振や単一モード化の進歩とガ
ラスファイバの低損失化によって光通信は各所で実用化
されるに至っている。更に、分岐器、分波合波器、スイ
ッチなどの受動要素部品の開発と相まってより複雑な光
システムが実用化されようとしている。また、半導体レ
ーザも単一モード化が進み、より高品質なレーザ光が得
られるようになってきた。このような光波術の進歩はS
i半導体における電気回路の集積化と同様に光回路の集
積化が指向されている。しかし、現状は集積化において
は基礎研究段階であり、実用化にはまだ数多くの技術開
発を必要とする。
本発明にかかる光アクセスカプラは一次元あるいは2次
元状の任意の点で光を外部にとり出すものであり、光集
積化における1つの要素素子となるものである。このよ
うな素子を基本構成として数多くの機能素子を構成する
ことができる。可変多分岐器、光分波・合波器、スイッ
チ、変調器。
光交換器、多極光スィッチ、光スキャナ、可変波長フィ
ルタ、光シリアルパラレル変換器、データウェイ用ノー
ド素子などあるいはこれらの複合集積比素子として発展
させることができる。これらの素子の実現によって、光
の特性を生かした、電気的誘導障害を受けない、高速、
高信頼な素子。
機器、システムの実現がはかれる。
従来例の構成とその問題点 従来このような導波路状の方向性結合器は主にLiNb
O3のような誘電体単結晶上で平面状に構成された2本
の導波路間で実験室的に実現されている。
第1図にその1例を示す。1はLiNb0J板、2゜3
はT1拡散によって作られた光導波路、6は導波路に電
界が加えられるように形成された電極を示す。光導波路
端2より入射された光は電極6に印加される電圧によっ
て端部5あるいは6に導波される。従って第1図の構造
はスイッチ作用あるいは分岐作用をもつことになる。
このような方向性結合器はLiNbO3ばかりでなく、
LiTa0. 、 GaAsなどの材料においてなされ
ている。一方、積層状に構成された光導波路において、
同様な方向性結合器は理論的な検討はなされているが、
実現されるところにまで至っていない。
また、外部光取り出し用方向変換部は、一般的には導波
路端部より取り出す以外は導波路上にグレーティングを
構成する方法、あるいは、導波路に光ファイバ等の別の
光導波部を接触させる方法などが取られている。
発明の目的 本発明は、面積が小さく、導波路を完全に分離でき、レ
ーザ光源や受光素子との一体化の容易な光アクセスカプ
ラを有する光集積回路を得ることを目°的とする。
発明の構成 本発明は化合物半導体基板上にクラッド層ではさまれた
第1の光導波路層、をもち、この第10光導波路層上に
第1の光導波路層のクラッド層を共有して積層状に第2
の光導波路層を構成し、更に第2の光導波路層上に電圧
印加するだめの電極を有する積層状方向性結合器と導波
路外に光を取り出すだめの光方向変換部によって構成さ
れる光アクセスカプラを1次元あるいは2次元状に配列
することによって構成される光集積回路を特徴とするも
のである。すなわち、本発明は化合物半導体で積層状に
構成された複数の光導波路上に光の伝搬路の選択あるい
は分岐量の制御用電極を有し、更に光を導波路外に取シ
出す光方向変換部を有する一体型のアクセスカプラを提
供するものである。
実施例の説明 本発明に用いる積層導波路形アクセスカプラを第2図に
示す。基体14上にクラッド層9,11゜13にはさま
れた光導波路10.12を構成し、7.15は電極を、
8は外部に光を取り出すだめの方向変換部を示す。光導
波路10.12はクラッド層に比べて屈折率が高くなっ
ている。光導波路12に入射した単一モードの光16は
電極7゜15間に電圧印加されないときは11のごとく
直進し、電圧印加されると導波路10に12のごとく光
が分岐あるいはスイッチされる。更に、導波路10中を
伝搬する光は方向変換部8の所で13のごとく外部に取
シ出される。光の伝送路を選択あるいは分岐する方向性
結合器部は外部より導波路に何らかの力を加えることに
よって導波路の屈折率を実効的に変化させて、2つの導
波路間の光の結合度をかえることにより光路を選択する
化合物半導体においては屈折率は注入キャリア。
電圧印加によるポッケルス効果あるいは内部歪などによ
って変化する。ここではポッケルス効果で説明する。第
2図において、導波路厚さをa1間隔をd1導波路およ
びクラッド層の屈折率を各々n2 、 rHとすると、
導波路12に励振された光が導波路1oに完全に結合さ
れるに必要な長さLで示される。
あらかじめ導波路12.10の光の位相速度β1とβ2
をずらしておき、電圧を印加することでポッケルス効果
により、β1=β2にし、光スイッチングを行なうとす
ると、印加電圧(′V)二〇においてΔβ=β1−β2
、結合係数をCで表し、Δβ7c=(Viなる関係でス
イッチさせることができる。基板材料として、化合物半
導体を仮定し結晶方位を選択し、印加電圧をE1ポッケ
ルス定数を141で表わすと、 Δn = 172 n+ 74. E 従って、導波路12より導波路10に完全にスイッチす
るのに要する電界Esは次式で示される。
このように、ポッケルス効果を使うことによって実効的
な屈折率を制御し、積層状の方向性結合器を構成するこ
とができる。
導波路10にはポッケルス効実用電極に隣接してグレー
ティング等の外部への光の取シ出し部が設けられている
。導波路1oを伝搬する光12は外部光取り出し部8で
1のごとく素子外に導かれる。
従って、第2図の構造では導波路12に入射した光は電
極に電圧印加のないときにはそのまま導波路12を伝搬
していくが、電圧印加されたときにのみ導波路1oに光
はスイッチされ、更に外部に光は取り出される。
本発明の一実施例の光集積回路を第3図に示す。
n型InP半導体基板18上にn型InPクラッド層1
9がエピタキシャル成長され、その上にn型InxGa
、−xAsyP、 、よりなる第10光導波路層20が
格子整合をとった型でエピタキシャル成長されている。
さらにn型InP層21、n型InxGa、 、/1s
yP4. よりなる第2の光導波路層、P型InPクラ
ッド層23が成長される。24は5i02などの誘電体
あるいはその上に金属等を重ねて構成される反射体でV
型溝上第2光導波部まで形成されている。26,1了は
電極である。
第1光導波路を伝搬してきた光26は電極26゜17間
にP−n接合が逆バイアスとなるように電圧印加される
と、一部または全部の光7I2が第2光導波路22に移
動される。第2光導波路層22に入った光は反射体24
によって基板InP方向に反射され結晶外に光が13取
シ出される。反射体24はV溝による方法だけでなくグ
レーティングを形成することにより基板と反対側の外部
に光を取り出すこともできる。その他、グレーティング
においては光の波長ごとに取り出す位置をかえることも
可能となる。壕だ、反射体24の部分に受光素子を直接
構成することによって外部に電気信号として取り出すこ
ともできる。第4図にその構成例を示す。
第4図は光導波路の一部に受光素子を取りつけたもので
あり、n型1nxGa 14LSyP 1−yよりなる
第2の光導波路層22の上にIn −Ga−Asあるい
はIn−Ga−As−P系のP型層28が形成されてお
り、P−nヘテロ接合を形成し、導波路層22を伝搬す
る光は電気信号に変換される。同様に第1の光導波路2
0にレーザ等の光源をも一体として取り付けることも可
能となる。
第6図にこのような光アクセスカプラを一次元状に配列
した場合を示す。外部へ取シ出す光方向変換部としてグ
レーティング で示しである。第1光導波路19中を伝
搬する光は任意の電極26に電圧印加することによって
任意の場所より光を外部に取シ出すことができる。
また、第6図はマトリックス状のランダムアクセスカプ
ラを示す。第1導波路に入射した光30は電極31に電
圧が印加されたときにのみ第2導波路に光は伝搬し、エ
ツチング等で形成されたミラー33によって方向を換え
られる。方向変換された光は電極32に電圧印加された
ときにのみ再び第2導波路に光は伝搬し、次の素子へ伝
搬するが電極32に電圧が印加されないときは方向変換
部34によって素子外部に光を取り出すことができる。
このように積層状導波路上に方向変換用ミラーと導波路
選択用電極を適当に配列することによって2次元状の任
意の点より光信号を取り出すことができる。
発明の効果 第1図に示されている平面型方向性結合器に代表される
光スィッチは光ファイバ等の外部へ光を取り出すために
は導波路を曲率をもたす必要があり、直角に曲げるのに
約数−mの長さを要し、−次元状にプレイ化するために
は大面積を必要とする。
更に、2次元状にマトリックス化することは非常に困難
であり、面積も広く必要となる。−力木発明は積層状に
方向性結合器が構成されてお9面積的に少なくすむほか
、■溝等の方向変換部の採用によって2本の導波路を完
全に分離でき、クロストークを小さくできるほか小面積
にまとめることができる。更に、化合物半導体で構成さ
れるために、レーザ光源や受光素子と一体化された構成
をとることができる等のすぐれた特長を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は平面形方向性結合器の構成概観図、第2図は本
発明に用いる積層導波路形アクセスカプラの断面図、第
3図は本発明の一実施例のアクセスカブラリ外観図、第
4図は本発明の他の実施例の光アクセスカプラの外観図
、第6図は本発明を用いた一次元光ランダムアクセスカ
プラの断面図、第6図は本発明を用いた二次元光ランダ
ムアクセスカプラの概略図である。 18・・・・・・InP基板、19,23・・・・・・
工nP゛クラッド層、2o・・・・・・第1の光導波路
層、24・・・・・・第2の光導波路層、24・・・・
・・反射体、17,25゜28+ 29+ 31 + 
32・・・・・・電極、26・・・・・・光。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 1 第2図 第3図 第 4 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)化合物半導体基板上にクラッド層ではさまれた第
    1の光導波路層を有し、前記第1の光導波路層上に前記
    第1の光導波路のクラッド層を共有して積層状に第2の
    光導波路層を構成し、前記第2の光導波路層上に電圧印
    加するだめの電極を有する積層状方向性結合器と導波路
    外に光を取り出すための光方向変換部によって構成され
    る光アクセスカフリを1次元あるいは2次元状に配列し
    てなる光−集積回路。
  2. (2)光方向変換部において第2の光導波路層の一部に
    V字型の溝を構成し、光導波路外に光を取り出すことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光集積回路。
JP58141338A 1983-08-01 1983-08-01 光集積回路 Granted JPS6032029A (ja)

Priority Applications (1)

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JP58141338A JPS6032029A (ja) 1983-08-01 1983-08-01 光集積回路

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JP58141338A JPS6032029A (ja) 1983-08-01 1983-08-01 光集積回路

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JPS6032029A true JPS6032029A (ja) 1985-02-19
JPH0576614B2 JPH0576614B2 (ja) 1993-10-25

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ID=15289628

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JP58141338A Granted JPS6032029A (ja) 1983-08-01 1983-08-01 光集積回路

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Cited By (3)

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JPH0576614B2 (ja) 1993-10-25

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