JPS61151627A - Optical switch - Google Patents

Optical switch

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JPS61151627A
JPS61151627A JP27728884A JP27728884A JPS61151627A JP S61151627 A JPS61151627 A JP S61151627A JP 27728884 A JP27728884 A JP 27728884A JP 27728884 A JP27728884 A JP 27728884A JP S61151627 A JPS61151627 A JP S61151627A
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JP
Japan
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optical switch
waveguide
layer
light
gain
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Pending
Application number
JP27728884A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Fujiwara
雅彦 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To make an optical switch very small in size and, at the same time, to operate the optical switch under low-voltage conditions, by using a gain guiding type waveguide which utilizes a gain difference caused by carrier injection into a semiconductor material as one of plural channel waveguides. CONSTITUTION:A buffer layer 4, activating layer 5, cladding layer 6, and gap layer 7 are piled up on an N-InP substrate 3 and P-diffused areas 9a and 9b are formed through an SiO2 mask 8. The electric current injecting part of the activating layer 5 acts as a channel waveguide and, when electric currents are injected into electrodes 11a and 11b, incident light 31a advances straight on and becomes outgoing light 31b. When the current injection into the electrode 11b on the opposite side of the incident side is stopped, a level difference in refractive index is produced at the central part of the intersecting section and the light 31a is totally reflected and becomes another outgoing light 31c. Therefore, when the current injection into the P-side electrode on one side is turned on/off, this optical switch makes switching operations and the voltage variation required for making the switching operations is about 2V. Accordingly, an optical switch which is very small in size and low in voltage can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光信号を光信号のままで切換える光スイッチに
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical switch that switches optical signals as they are.

(従来技術とその問題点) 近年の光通信システムの本格的な実用化に伴い、従来に
ない新しい機能やサービスを提供するシステムが考えら
れてきている。そのようなシステムで必要とされるデバ
イスとして、多数の光伝送路の接続を高速に切換える光
スイッチがあげられる。
(Prior art and its problems) With the full-scale commercialization of optical communication systems in recent years, systems that provide new functions and services not available in the past are being considered. An example of a device required in such a system is an optical switch that switches connections between a large number of optical transmission lines at high speed.

このような光スイッチとしては従来、プリズム、レンズ
若しくは光伝送路自体を移動させる謂る機械式のものが
広く用いられていたが、スイッチング速度の高速性、動
作の信頼性、多チャンネル化等の要求を考えると非機械
式かつ集積化が可能なスイッチが今後主流となると考え
られる。
Conventionally, so-called mechanical switches that move prisms, lenses, or the optical transmission line themselves have been widely used as such optical switches. Considering the demand, it is thought that non-mechanical switches that can be integrated will become mainstream in the future.

そのような光スイッチとしては、光信号を一担電気信号
に変換して電気的スイッチング回路により切換を行なっ
た後再び電気信号を光信号に変換する方法も考えられる
が、光の波長等の特性が保存出来る事から将来の波長多
重システム等への適用を考えると、光信号を光のtまで
切換える型の光スイッチが望ましい。そのための光スイ
ッチとして方向性結合器型光スイッチやチャンネル導波
路により交叉やY分岐を形成し電気光学効果による屈折
率変化を利用してスイッチングを行なうものが知られて
いる。
One possible method for such an optical switch is to convert an optical signal into an electrical signal, perform switching using an electrical switching circuit, and then convert the electrical signal back into an optical signal. Considering its application to future wavelength division multiplexing systems, etc., an optical switch of the type that switches optical signals up to t of light is desirable. Known optical switches for this purpose include directional coupler type optical switches and channel waveguides that form crossovers or Y-branches and perform switching by utilizing changes in refractive index due to electro-optic effects.

このうち交叉導波路を用いたものについては、雑誌アイ
・イー・イー・イー ジャーナル・オプ・カンタム・エ
レクトロニクス(I FiEE Journalof 
Quantum Electronics )第QB−
14巻、1978年513〜517に−ジに掲載のC,
8,ツフイ(C。
Among these, those using crossed waveguides are described in the magazine I.E.E. Journal of Quantum Electronics (I FiEE Journal of
Quantum Electronics) QB-
Volume 14, 1978, pp. 513-517.
8, Tsuhui (C.

S、 Tsai )他の論文に詳しく述べられている。S, Tsai) are described in detail in other papers.

また分岐導波路を用いたものについては、雑誌アプライ
ド・フイジクス・レターズ(AppliedPhysi
cs Letters )第29巻、  1976 、
790−792ページに掲載のW、に、パーンズ(W、
に、 Burns)等の論文に詳しい。これらのスイッ
チは一般に方向性結合器散光スイッチに比べ小型で集積
化に適しているという利点を持っており多チャンネル・
スイッチを実現するのに適したものである。ここで交叉
導波路を用いた光スイッチについてその構造、動作を説
明する。第3図は従来より知られている交叉導波路を用
いた光スイッチの構造を示したものである。ここでは最
も一般的な2板LiNbO5KTiを拡散して導波路を
形成したスイッチを例にとり説明する。2板LiNbO
5基板21上KTiの拡散によ92本の導波路22a 
、22bが交叉して形成されている。また導波路上には
適当なバッファ層を介して電極23a及び接地電極23
bが形成されている。
Regarding those using branched waveguides, the magazine Applied Physics Letters (Applied Phys.
cs Letters) Volume 29, 1976,
W, on pages 790-792, Parnes (W,
(Burns) et al. These switches generally have the advantage of being smaller and more suitable for integration than directional coupler diffuser switches, and are suitable for multi-channel and
It is suitable for realizing a switch. Here, the structure and operation of an optical switch using crossed waveguides will be explained. FIG. 3 shows the structure of a conventionally known optical switch using crossed waveguides. Here, a switch in which a waveguide is formed by diffusing the most common two-plate LiNbO5KTi will be explained as an example. 2-plate LiNbO
5. 92 waveguides 22a are formed by diffusion of KTi on the substrate 21.
, 22b are formed to intersect with each other. In addition, an electrode 23a and a ground electrode 23 are placed on the waveguide via a suitable buffer layer.
b is formed.

導波路22bに入射した光は電極23aに電圧を印加し
ていない際には光の直進性からそのまま直進する。電極
23gに電圧を印加すると、電気光学効果により電極2
3a下部の屈折率が変化し交叉部中央で屈折率変化が生
じる。従って交叉角を浅くとっておけば、この屈折率変
化により光の全反射条件が満足され光は交叉している導
波路22aへ反射される。このようにしてスイッチ動作
が得られるが電気光学効果によって得られる屈折率変化
は極く小さいため、スイッチ動作に必要な電圧は数10
V以上になってしまい実用的なものとはなっていなかっ
た。
When no voltage is applied to the electrode 23a, the light incident on the waveguide 22b travels straight due to the straightness of the light. When a voltage is applied to the electrode 23g, the electro-optic effect causes the electrode 2
The refractive index of the lower part of 3a changes, and a refractive index change occurs at the center of the intersection. Therefore, if the crossing angle is set shallow, the condition for total reflection of light is satisfied due to this refractive index change, and the light is reflected to the crossing waveguide 22a. Switch operation is obtained in this way, but since the refractive index change obtained by the electro-optic effect is extremely small, the voltage required for switch operation is several tens of thousands.
V or more, and it was not practical.

一方、分岐4波路を用いたスイッチでは分岐部分での屈
折率分布を電気光学効果により制御してスイッチングを
行なうものであるが、同様にスイッチング動作に必要な
電圧は非常に高い。
On the other hand, in a switch using a branching four-wave path, switching is performed by controlling the refractive index distribution at the branching portion using an electro-optic effect, but similarly, the voltage required for the switching operation is extremely high.

(発明の目的) 本発明の目的は上述の問題を除去し、非常に小型でかつ
低電圧動作が可能な光スイッチを提供することにある。
(Objective of the Invention) An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems and provide an optical switch that is extremely compact and capable of low voltage operation.

(発明の構成) 本発明によれば、複数のチャンネル導波路によ−り分岐
、若しくは交叉部を形成し、前記分岐、若しくは交差部
を形成するチャンネル導波路間で光のスイッチングを行
なう光スイッチに於て、前記複数のチャンネル導波路の
うち少くとも1つを半導体材料による、キャリア注入に
よる利得差を利用した利得導波型の導波路としたことを
特徴とする光スイッチが得られる。
(Structure of the Invention) According to the present invention, a plurality of channel waveguides form a branch or intersection, and an optical switch performs optical switching between the channel waveguides forming the branch or intersection. An optical switch is obtained in which at least one of the plurality of channel waveguides is made of a semiconductor material and is a gain waveguide type waveguide that utilizes a gain difference due to carrier injection.

(発明の原理) まずここで本発QIK用いる半導体材料による、キャリ
ア注入による利得差を利用した利得導波型の導波路の導
波原理忙ついて説明する。一般に一方向にのみ光の閉込
めのある光導波路を考えた場合、光の閉じ込のある方向
(ここではX方向とする。)の光の電界強度分布Elx
lはこの方向での複素誘電率分布ε((転)を用いると
次のような波動方程式により定められる。
(Principle of the Invention) First, the waveguide principle of a gain waveguide type waveguide using a gain difference due to carrier injection using a semiconductor material used in the present QIK will be explained. Generally speaking, when considering an optical waveguide in which light is confined only in one direction, the electric field intensity distribution Elx of light in the direction in which light is confined (here, the X direction)
l is determined by the following wave equation using the complex permittivity distribution ε((transition) in this direction.

(−’ + k” g (x) ) Ft(x)=β”
g(ddx” 但しここでに=2π/λは波数、βは光の伝搬方向の伝
搬定数でありε(xiは屈折率n(xl、局所利得G(
x)を用いて ε(X)= (n伝)+ j G(→/2k)”と書く
ことが出来る。このよう忙屈折率及び利得の双方に分布
を持つような光導波路については半導体レーザの水平横
モードの安定化に関連して、多くの検討が為されており
、例えば電子通信学会論文誌9分冊C9第57−0巻、
1974年、434〜440は−ジに掲載の末松、山田
による論文「ストライプ状半導体レーザの発振姿態と姿
態制御」では屈折率n(→2局所利利得(x)が矩形分
布している場合についての詳細な検討が為されている。
(−' + k” g (x) ) Ft(x)=β”
g(ddx” where = 2π/λ is the wave number, β is the propagation constant in the propagation direction of light, and ε(xi is the refractive index n(xl, local gain G(
x), it can be written as ε(X) = (n-density) + j G(→/2k)''.For optical waveguides that have distributions in both the refractive index and gain, semiconductor lasers Many studies have been conducted in connection with the stabilization of the horizontal transverse mode of
In 1974, the paper by Suematsu and Yamada, "Oscillation state and state control of striped semiconductor lasers," published in 434-440, describes the case where the refractive index n (→2) has a rectangular distribution of local gain (x). A detailed study has been carried out.

これらの結果忙よれば導波路の導波層とそれをはさみク
ラッド層の間に屈折率nの変化が無い場合は勿論、導波
層の方がクラッド層に比べ低い屈折率を持つような場合
でも導波層がクラッド層に比べ高い局所利得を持つ場合
には安定な導波モードが存在する領域が存在することが
示されている。このことは半導体材料による1次元の活
性導波路(具体的にはプレーナ構造の二重へテロ構造の
半導体レーザ等)に部分的に電流注入等釦より利得を与
えればその部分を2次元的な導波路とすることが出来る
ことを示している。この点につき次に図面を用いて更に
詳細に説明する。第4図は利得の差による導波作用を説
明するため用いる通常のプレーナ・ストライプ型半導体
レーザの構造を示すための図である。このようなレーザ
については雑誌ジャパン串ジャーナル・オプ・アブライ
ド−フィジクス(Japan Journal of 
Applied Physics)第12巻、1973
年、1585〜1592−!−ジに掲載の米津(H、Y
onezu )他の論文に於てAA!GaAs系の材料
を用いた場合につき詳しく述べられている。
According to these results, not only when there is no change in the refractive index n between the waveguide layer and the cladding layer sandwiching it, but also when the waveguide layer has a lower refractive index than the cladding layer. However, it has been shown that when the waveguide layer has a higher local gain than the cladding layer, there is a region where stable waveguide modes exist. This means that if you apply gain to a part of a one-dimensional active waveguide made of a semiconductor material (specifically, a planar double heterostructure semiconductor laser, etc.) using a button such as current injection, that part becomes a two-dimensional active waveguide. This shows that it can be used as a waveguide. This point will be explained in more detail below using the drawings. FIG. 4 is a diagram showing the structure of a normal planar stripe type semiconductor laser used to explain the waveguide effect due to the difference in gain. Regarding such lasers, the magazine Japan Kushi Journal op Abride-Physics (Japan Journal of
Applied Physics) Volume 12, 1973
Year, 1585-1592-! - Yonezu (H, Y) published in
onezu) AA in other papers! The case where GaAs-based materials are used is described in detail.

ここでは例としてInGaAsP/InP系材料を用い
た場合について示した。n−4nP基板3上にn−In
Pバッファ層4を介してn−InGaAsP活性層5、
P−InPクラッド層6、n−InGaAsPキャップ
層7が形成されている。このエピタキシャル層側に5i
02マスク8を介してZn 、 Cd等の選択拡散によ
りP領域9をP−InPクラッド層6に達する迄形成す
る。
Here, a case where InGaAsP/InP-based material is used is shown as an example. n-In on the n-4nP substrate 3
n-InGaAsP active layer 5 via P buffer layer 4,
A P-InP cladding layer 6 and an n-InGaAsP cap layer 7 are formed. 5i on this epitaxial layer side
A P region 9 is formed by selectively diffusing Zn, Cd, etc. through a 0.02 mask 8 until it reaches the P-InP cladding layer 6.

基板側にはAu−Ge−Ni系金属、エピタキシャル層
側にはAu−Zn系若しくはTi −Pt−Au系金属
によるオーム性電極10.11が形成されている。
Ohmic electrodes 10 and 11 are formed of Au-Ge-Ni metal on the substrate side and Au-Zn or Ti-Pt-Au metal on the epitaxial layer side.

このような構造ではInGaAsP活性層5はその上下
のInP層に比べ高い屈折率を有するため層厚方向には
強い屈折率導波型の導波路が形成されている。
In such a structure, since the InGaAsP active layer 5 has a higher refractive index than the InP layers above and below it, a strong refractive index waveguide is formed in the layer thickness direction.

一方、層に平行な方向では特に屈折率分布はついていな
い。ここでこの素子に順方向にバイアスをかけ電流を注
入すると電流はp領域9から選択的に活性層5に注入さ
れる。第5図は活性層近傍の積層構造(a)と、しきい
値近傍以上に於ける活性層内でのX方向のキャリア密度
(b)、利得(C)、屈折率(d)の分布を示したもの
である。中ヤリアは横方向への拡散のため周辺に行く程
密度が減少し第5図(b)のように上に凸の分布を示す
。利得はほぼキャリア密度に比例し、屈折率は逆にキャ
リア密度に反比例するためそれぞれの分布は第5図(c
l、 (diのようKなる。つまシX方向では屈折率の
みでは導波作用はない。しかしながらしきい値近傍以上
では中心と周辺では大きな利得差が有るため安定な導波
モードが存在する。プレーナ・ストライプ・レーザでの
横モードの安定化機構はこのような利得導波作用による
ものであった。この作用は、このようなデバイスをレー
ザとして用いず外部から注入された光の導波路として用
いる際にも注入された光の波長が利得の波長分布の中心
付近に有れば、同様に期待出来る。更にこのように光導
波作用は利得の有無、つまりは電流注入の有無により制
御出来、電流注入をしなければ光導波作用が全く無い状
態にすることが出来る。従ってこのような利得導波型の
導波路を光スイッチに用いれば、電気光学効果によシ導
波路の屈折率分布に摂動を与える場合に比べ導波状態の
変化を極端に大きくすることが可能となる。本発明はこ
のような原理を利用したものであシ非常に小型でかつ低
電圧動作が可能な光スイッチが得られる。
On the other hand, there is no particular refractive index distribution in the direction parallel to the layers. When this element is forward biased and a current is injected, the current is selectively injected into the active layer 5 from the p region 9. Figure 5 shows the stacked structure near the active layer (a) and the distribution of carrier density (b) in the X direction, gain (C), and refractive index (d) in the active layer near the threshold value and above. This is what is shown. Due to lateral diffusion, the density of the middle Yaria decreases toward the periphery, showing an upwardly convex distribution as shown in FIG. 5(b). Gain is approximately proportional to carrier density, and refractive index is inversely proportional to carrier density, so their respective distributions are shown in Figure 5 (c
l, (di). In the X direction, the refractive index alone does not have a waveguiding effect. However, above the threshold value, there is a large gain difference between the center and the periphery, so a stable waveguiding mode exists. The stabilization mechanism of the transverse mode in a planar stripe laser was due to such a gain waveguide effect. In use, the same can be expected if the wavelength of the injected light is near the center of the wavelength distribution of gain.Furthermore, in this way, the optical waveguide effect can be controlled by the presence or absence of gain, that is, the presence or absence of current injection. Without current injection, it is possible to create a state where there is no optical waveguide effect at all.Therefore, if such a gain waveguide type waveguide is used in an optical switch, the refractive index distribution of the waveguide will change due to the electro-optic effect. This makes it possible to significantly increase the change in the waveguide state compared to when perturbation is applied.The present invention utilizes this principle, and provides an optical switch that is extremely compact and capable of low voltage operation. can get.

(実施例) 以下本発明につき実施例により詳細に説明する。(Example) The present invention will be explained in detail below using examples.

第1図は本発明による光スイッチの第1の実施例を示す
図であり、(a)はp側電極を除いたスイッチを上面か
ら見た図、(bl 、 (c)は端面及びB −B’に
於ける断面図を示している。尚、(bl (c)では電
極も一緒に図示した。まずこのような光スイッチの製造
方法についてInGaAsP/InP系材料を例に説明
する。このスイッチも通常の半導体レーザと同じくB−
InP基板3上Kn−InPバッファ層4 、 n−I
nGaAsP活性層5.  n−InGaAsPり2ラ
ド層6 、 P−InGaAsPキャップ層7を成長さ
せたダブルへテロ構造ウェハを用いて製作する。まずダ
ブルへテロ構造ウェハに8i0*マスク8を介して交叉
部の中央部9cを除いて交叉状にZn、Ca等の拡散領
域9a、9bをn−1nGa&sPクラッド層6に達す
るように形成する。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an optical switch according to the present invention, in which (a) is a top view of the switch excluding the p-side electrode, (bl), (c) is an end face and B- A cross-sectional view at B' is shown. Note that (bl (c) also shows the electrodes. First, the method for manufacturing such an optical switch will be explained using InGaAsP/InP-based materials as an example. is also B- like a normal semiconductor laser.
Kn-InP buffer layer 4 on InP substrate 3, n-I
nGaAsP active layer5. It is manufactured using a double heterostructure wafer on which an n-InGaAsP two-rad layer 6 and a P-InGaAsP cap layer 7 are grown. First, diffusion regions 9a, 9b of Zn, Ca, etc. are formed on a double heterostructure wafer through an 8i0* mask 8, except for the central portion 9c of the intersection, so as to reach the n-1nGa&sP cladding layer 6.

その上でP[ItK極を直線人−A′部で分割して2つ
のP拡散領域9g、9bに独立に電流注入が可能なよう
に形成し、基板側にはAn−Ge−Ni等による電極1
0を形成する。その上で直線人−にに垂直な面で交叉部
を中央付近に含むようにへき開して端面を形成してスイ
ッチとする。次にこのスイッチの動作について説明する
。先に説明したように活性層5の電流注入された部分は
チャンネル導波路として働く。従って電極11a、11
bK同時に電流を注入した際には活性層5中に交叉した
導波路が形成される。そのため、端面より一方の導波路
に入射した光31a+はそのiま直進し、出射光31b
として取り出される。そこで、光の入射側とは反対側の
P@電極11bへの電流注入を停止するとその部分の導
波路が消失し、直線人−にに沿って交叉中央部に大きな
屈折率の段差が生じる。そのため入射光31aは全反射
され出射光31cとして取り出される。つまり一方のP
側電極への電流注入のオン・オフにより、スイッチ動作
が得られる。電流注入のオン・オフに必要な電圧変化は
半導体のビルト・イン・ポテンシャルで決まってお夛高
々2v程度と非常に低い。しかも交叉導波路を利用した
スイッチ全般の特徴である小型という利点はそのまま維
持されている。従りて非常に小型で低電圧のスイッチが
得られ多チャンネルのスイッチが容易に得られる。実施
例の構造では交叉中央部のP領域が形成されていない部
分9cの幅はあまり広いと導波路が形成されない部分が
広くなりスイッチ動作、損失に悪影響を与え、狭すぎる
と独立に電流注入することが不可能となる。従って単な
る選択拡散を行なうだけでなく、9e部分をプロトン打
込による不活性化若しくはドライエツチングによるスリ
ットの形成を併用して形成するのが望ましい。また通常
の半導体レーザでは共振器構成となっているため外部か
ら注入される光の透過特性には強い波長選択性が有るが
このような光スイッチでは共振器構成は必要ないので進
行波型の構成で良くその場合には媒質の利得帯域内の広
い波長範囲に渡ってスイッチングが可能となる。このよ
うな場合にも進行波型光アンプとしての利得特性は期待
出来るので光スイッチの挿入損失は非常に小さなものと
なる。
On top of that, the P [ItK pole is divided at the straight line -A' part to form two P diffusion regions 9g and 9b so that current can be injected independently, and the substrate side is made of An-Ge-Ni etc. Electrode 1
form 0. Then, it is cleaved on a plane perpendicular to the straight line so as to include the intersection near the center to form an end face to form a switch. Next, the operation of this switch will be explained. As explained above, the portion of active layer 5 into which current is injected functions as a channel waveguide. Therefore, the electrodes 11a, 11
When current is injected simultaneously with bK, intersecting waveguides are formed in the active layer 5. Therefore, the light 31a+ that entered one waveguide from the end face travels straight, and the output light 31b
is extracted as. Therefore, when the current injection to the P@ electrode 11b on the opposite side to the light incident side is stopped, the waveguide in that part disappears, and a large step in the refractive index occurs at the center of the intersection along the straight line. Therefore, the incident light 31a is totally reflected and extracted as the output light 31c. In other words, one P
A switch operation is obtained by turning on and off the current injection into the side electrodes. The voltage change required to turn on and off the current injection is determined by the built-in potential of the semiconductor and is very low, about 2V at most. Moreover, the advantage of small size, which is a characteristic of switches using crossed waveguides in general, is maintained. Therefore, a very compact and low voltage switch can be obtained, and a multi-channel switch can be easily obtained. In the structure of the embodiment, if the width of the portion 9c in which the P region is not formed at the center of the intersection is too wide, the portion where no waveguide is formed will be wide, which will adversely affect switch operation and loss, and if it is too narrow, current will be injected independently. becomes impossible. Therefore, it is desirable to form the portion 9e not only by simple selective diffusion but also by inactivating it by proton implantation or by forming a slit by dry etching. Also, since a normal semiconductor laser has a resonator configuration, the transmission characteristics of light injected from the outside have strong wavelength selectivity, but this type of optical switch does not require a resonator configuration, so it uses a traveling wave type configuration. In that case, switching can be performed over a wide wavelength range within the gain band of the medium. Even in such a case, the gain characteristics of a traveling wave optical amplifier can be expected, so the insertion loss of the optical switch will be extremely small.

第2図は本発明の第2の実施例であり、Y分岐導波路を
用いたスイッチに適用したものである。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, which is applied to a switch using a Y-branch waveguide.

図中(a)は電極を除い友デバイスの上面を示す図、(
b) 、 lc)はC−σ、 D−D’での断面を示し
たものである。この実施例も通常のダブル・ヘテロ構造
ウェハ(n−InP基板3上にn−InPバッファ層4
g  n−InGaAsP活性層5.  P−InGa
AsPクラッド層6゜n−InGm人sP中ヤップ層7
を成長したもの。)を用いて製作できる。ダブルへテロ
構造ウェハのエピタキシャル層側K 8 i02マスク
8を介してP拡散領域を9j、9e、9fのように分離
して、全体としてY分岐型となるように形成する。その
上で各P拡散領域に独立に電流注入が可能なようにpg
ml電極を分割して形成し、基板側には口電極を全面く
形成している。仁のスイッチの動作も先の実施例と纜ぼ
同様である。まず各P拡散領域すべてに電流を注入した
状態では、利得導波型のY分岐導波路が活性層5中に形
成されているから分岐されていない側の導波路に入射し
た光31aは分岐され、それぞれ31b、31cとして
出力される。
In the figure, (a) is a diagram showing the top surface of the friend device excluding the electrodes, (
b) and lc) show cross sections along C-σ and DD'. This embodiment is also a normal double heterostructure wafer (n-InP buffer layer 4 on n-InP substrate 3).
g n-InGaAsP active layer5. P-InGa
AsP cladding layer 6゜n-InGm layer 7
grown. ). The P diffusion regions are separated as 9j, 9e, and 9f through the K 8 i02 mask 8 on the epitaxial layer side of the double heterostructure wafer, and are formed so as to have a Y-branch type as a whole. On top of that, pg
The ml electrode is formed by dividing it, and the mouth electrode is formed entirely on the substrate side. The operation of the second switch is also essentially the same as in the previous embodiment. First, when current is injected into all of the P diffusion regions, since a gain waveguide type Y branch waveguide is formed in the active layer 5, the light 31a incident on the non-branched waveguide is branched. , are output as 31b and 31c, respectively.

ここでP拡散領域9fへの電流注入を停止すると導波作
用がなくなるため、出力光31cは消失する。同様にP
拡散領域9eへの電流注入を停止すれば出力光31bを
消失させることができ、スイッチ動作が可能になる。こ
の場合も先に述べたように小型、低電圧のスイッチが得
られ多数を集積化する仁とにより多チャンネルの光スイ
ッチ等を容易に実現できる。
If current injection into the P diffusion region 9f is stopped at this point, the waveguiding effect disappears, so the output light 31c disappears. Similarly, P
If the current injection into the diffusion region 9e is stopped, the output light 31b can disappear, and the switch operation becomes possible. In this case as well, as mentioned above, a small, low-voltage switch can be obtained, and by integrating a large number of switches, a multi-channel optical switch or the like can be easily realized.

以上の実施例ではスイッチに用いる導波路を総て利得導
波型の導波路としたが一部の導波路を受動的な屈折率導
波型のガイドとしても良いことは明らかである。また材
料については、これ迄説明の便のため総てInGaAs
P/InP系材料について実施例金材料たがこれに限定
されるものではないことは言う迄もない。
In the above embodiments, all the waveguides used in the switch are gain waveguide type waveguides, but it is clear that some of the waveguides may be passive index waveguide type guides. Also, for the sake of convenience, all materials used up until now have been InGaAs.
It goes without saying that the P/InP-based material is not limited to the gold material used in the example.

(発明の効果) 以上、詳細に説明したように本発明によれば、小型で低
電圧駆動が可能な集積化に適したスイッチが得られ多チ
ャンネルの光スイッチや種々の光集積回路、光システム
の実現に寄与するところ大である。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, a switch suitable for integration that is compact and can be driven at low voltage can be obtained, and can be used in multi-channel optical switches, various optical integrated circuits, and optical systems. This will greatly contribute to the realization of this.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(at 、 (b) 、 (c)、第2図(al
 * (b) −(c)は本発明による光スイッチの実
施例を示す図、第3図は従来の交叉導波路型光スイッチ
を説明するための図、第4図、第5図は本発明に用いる
利得導波型導波路の原理を説明するだめの図である。 図に於て3,4,5,6,7は半導体、10゜11、l
la、llb、llc、23a、23bは電極、9a、
9b、9d、9e、9fはP拡散領域、9cは拡散のな
い領域、31a、31b。 31cは光、21はLiNbO3基板、22 a 、 
22bは導波路、8は5i02である。 閉1図 (b)             (C)3: n−r
nP基jl       4:n−1nGaAxPt(
−t7y層5: n4欝GaAsP鴻4゛′u@/s:
P−1n/’クラ”7ド7:  11−1*GaAsF
”Fr−y7♂/91   fj:5j(hna、ub
、to: tgaya、qb:ps敷傾rafG: 、
f、責!のtい4′Ill鯉k    31α、3tb
、3tc  :尤第 2図 (b)(す 3:η−1詐P基袂 5 : 71−1n Ga As P 漬t’EMりd
  9e タf : P JE 5じζ4トーを或第3
図 2f  77反Li N b 03基板23α電1 23b特化’!!、fム 第4図 3   n−1flP基JgL 4   ’n−InFバ°・ソファ層 5   ′r14nQaAsP泊性1 6      F−1nP  グラ・ンドノヘ1’? 
  ’n−IMGaAsP+ヤップ18  S;Oxマ
スク 9 F仏歓@賊 第5図 5  7l−1qxGaAsP:、&小%36   F
4竹CraAsPクフ・シ17   n−1fIGaA
sP jFヤッフフ瞥9 P絋ia@域
Figure 1 (at, (b), (c), Figure 2 (al
* (b) - (c) are diagrams showing an embodiment of the optical switch according to the present invention, Figure 3 is a diagram for explaining a conventional crossed waveguide type optical switch, and Figures 4 and 5 are diagrams showing the embodiment of the optical switch according to the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of a gain waveguide used in FIG. In the figure, 3, 4, 5, 6, 7 are semiconductors, 10°11, l
la, llb, llc, 23a, 23b are electrodes, 9a,
9b, 9d, 9e, and 9f are P diffusion regions, 9c is a non-diffusion region, and 31a, 31b. 31c is light, 21 is LiNbO3 substrate, 22a,
22b is a waveguide, and 8 is 5i02. Closed 1 figure (b) (C) 3: n-r
nP group jl 4:n-1nGaAxPt(
-t7y layer 5: n4GaAsP 4''u@/s:
P-1n/'Kura'7do7: 11-1*GaAsF
"Fr-y7♂/91 fj:5j (hna, ub
, to: tgaya, qb: ps slope rafG: ,
F, blame! Notii 4'Ill carp k 31α, 3tb
, 3tc: Figure 2(b) (S3: η-1 false P basis 5: 71-1n Ga As P pickled t'EMrid
9e Ta f: P JE 5jiζ4to or 3rd
Figure 2f 77 anti-Li N b 03 substrate 23α electric 1 23b specialization'! ! , fm Figure 4 3 n-1flP group JgL 4 'n-InF bar sofa layer 5' r14nQaAsP night property 1 6 F-1nP Gra-donohe 1'?
'n-IMGaAsP+Yap 18 S;Ox Mask 9 F Buddha Huan @ Thief Figure 5 7l-1qxGaAsP:, & Small% 36 F
4 Bamboo CraAsP Khufu Shi17 n-1fIGaA
sP jF Yahoo! 9 P 絋ia@area

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 複数のチャンネル導波路により分岐、若しくは交叉部を
形成し、前記分岐、若しくは交差したチャンネル導波路
間で光のスイッチを行なう光スイッチに於て、前記複数
のチャンネル導波路のうち少くとも1つを半導体材料に
よるキャリア注入による利得差を利用した利得導波型の
導波路としたことを特徴とする光スイッチ。
In an optical switch in which a plurality of channel waveguides form branching or crossing portions, and light is switched between the branching or crossing channel waveguides, at least one of the plurality of channel waveguides is connected. An optical switch characterized by having a gain waveguide type waveguide that utilizes a gain difference caused by carrier injection through a semiconductor material.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58137280A (en) * 1982-02-10 1983-08-15 Hitachi Ltd Switch for optical guide
JPS59135441A (en) * 1983-12-14 1984-08-03 Hitachi Ltd Optical waveguide switch

Patent Citations (2)

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