JPS61176913A - 光スイツチ - Google Patents
光スイツチInfo
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- JPS61176913A JPS61176913A JP1737485A JP1737485A JPS61176913A JP S61176913 A JPS61176913 A JP S61176913A JP 1737485 A JP1737485 A JP 1737485A JP 1737485 A JP1737485 A JP 1737485A JP S61176913 A JPS61176913 A JP S61176913A
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- JP
- Japan
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- waveguide
- optical switch
- gain
- channel waveguides
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- Prior art date
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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】
（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ィッチに
関するものである。
関するものである。
（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
スィッチがあげられる。このような光スィッチとしては
従来、プリズム、レンズ若しくは光伝送路内体を移動さ
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。そのような光スィッチ
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、光信号を光信号のままで切換える型の光スィ
ッチが望ましい。そのための光スィッチとしては音響光
学（ＡＯ）効果、電気光学（ＥＯ）効果、磁気光学（Ｍ
Ｏ）効果等の物理光学効果を利用した導波型スイッチが
良く知られている。この内ではＬｘＮｂＯａ等の強誘電
体やＩｎＰ、 ＧａＡｓ等の半導体の異方性結晶に電界
を印加した際の屈折率変化（ＥＯ効果）を利用した方向
性結合器型光スイッチ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ
Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ −Ｃｏｕｐｌｅｒｔｙｐｅ
ｏｐｔｉｃａｌ ５ｗ１ｔｃｈｅｓ１以下ＥＤＣと略す
）が最も広く研究されており、得られるスイッチ特性も
優れている。第４図はＥＤＣの動作を説明するための図
である。ここでは最も一般的なＬｉＮｂＯ３基板にＴｉ
を拡散して導波路を形成した例について説明する。Ｚ板
ＬＩＮｂ Ｏ３１上にＴｉをパターン化した後熱拡散に
よりＸ若しくはＹ方向に２次元導波路２ａ、 ２ｂを形
成する。この時２本の導波路２ａ、 ２ｂを位相同期し
て近接して設置すると２本の導波路２ａ。
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
スィッチがあげられる。このような光スィッチとしては
従来、プリズム、レンズ若しくは光伝送路内体を移動さ
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。そのような光スィッチ
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、光信号を光信号のままで切換える型の光スィ
ッチが望ましい。そのための光スィッチとしては音響光
学（ＡＯ）効果、電気光学（ＥＯ）効果、磁気光学（Ｍ
Ｏ）効果等の物理光学効果を利用した導波型スイッチが
良く知られている。この内ではＬｘＮｂＯａ等の強誘電
体やＩｎＰ、 ＧａＡｓ等の半導体の異方性結晶に電界
を印加した際の屈折率変化（ＥＯ効果）を利用した方向
性結合器型光スイッチ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ
Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ −Ｃｏｕｐｌｅｒｔｙｐｅ
ｏｐｔｉｃａｌ ５ｗ１ｔｃｈｅｓ１以下ＥＤＣと略す
）が最も広く研究されており、得られるスイッチ特性も
優れている。第４図はＥＤＣの動作を説明するための図
である。ここでは最も一般的なＬｉＮｂＯ３基板にＴｉ
を拡散して導波路を形成した例について説明する。Ｚ板
ＬＩＮｂ Ｏ３１上にＴｉをパターン化した後熱拡散に
よりＸ若しくはＹ方向に２次元導波路２ａ、 ２ｂを形
成する。この時２本の導波路２ａ、 ２ｂを位相同期し
て近接して設置すると２本の導波路２ａ。
２ｂは分布結合し、完全結合長し。と呼ばれる距離を周
期として光パワーの移動が行われる。そこで、２本の導
波路２ａ、 ２ｂを完全結合長り。の間のみ結合させる
ようにすれば導波路２ａ、 ２ｂに入射した光は完全に
導波路２ｂに結合し導波路２ｂから出射する。この状態
で導波路２ａ、 ２ｂに非対称に電界を印加すると（図
面では電極は省略）、電気光学効果により屈折率が変化
し、導波路間の位相同期条件が満足されなくなるため結
合が弱くなり、導波路２ａに入射した光は電界の強度に
対応して導波路２ｂから導波路２ａに戻ることになりス
イッチ動作が得られる。このようなＬＩＮｂ Ｏａ基板
を用いたＥＤＣについては雑誌アプライド・フィツクス
・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔ
ｅｒｓ ）第２７巻、１９７５年、２８９−２９１ペー
ジに掲載のＭ、バブジョン（Ｍ、Ｐａｐｕｃｈｏｎ）他
による論文に詳しく述べられている。
期として光パワーの移動が行われる。そこで、２本の導
波路２ａ、 ２ｂを完全結合長り。の間のみ結合させる
ようにすれば導波路２ａ、 ２ｂに入射した光は完全に
導波路２ｂに結合し導波路２ｂから出射する。この状態
で導波路２ａ、 ２ｂに非対称に電界を印加すると（図
面では電極は省略）、電気光学効果により屈折率が変化
し、導波路間の位相同期条件が満足されなくなるため結
合が弱くなり、導波路２ａに入射した光は電界の強度に
対応して導波路２ｂから導波路２ａに戻ることになりス
イッチ動作が得られる。このようなＬＩＮｂ Ｏａ基板
を用いたＥＤＣについては雑誌アプライド・フィツクス
・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔ
ｅｒｓ ）第２７巻、１９７５年、２８９−２９１ペー
ジに掲載のＭ、バブジョン（Ｍ、Ｐａｐｕｃｈｏｎ）他
による論文に詳しく述べられている。
ＥＤＣは電気光学効果による屈折率変化を利用してスイ
ッチ動作を得るものである。しかしながら比較的大きな
電気光学係数を有するＬｉＮｂ ０３等の強誘電体材料
を用いた場合でも得られる屈折率変化は充分大きなもの
ではない。−例としてＬｉＮｂＯ３の電気光学テンソル
中最大の値を持つｒ３３（＝３０．８ｘｌＯ−１２ｍ／
Ｖ）で考えても実用的な１Ｏ−１７Ｖ／ｍ程度の電界に
より得られる屈折率変化は高々１０−４のオーダである
。
ッチ動作を得るものである。しかしながら比較的大きな
電気光学係数を有するＬｉＮｂ ０３等の強誘電体材料
を用いた場合でも得られる屈折率変化は充分大きなもの
ではない。−例としてＬｉＮｂＯ３の電気光学テンソル
中最大の値を持つｒ３３（＝３０．８ｘｌＯ−１２ｍ／
Ｖ）で考えても実用的な１Ｏ−１７Ｖ／ｍ程度の電界に
より得られる屈折率変化は高々１０−４のオーダである
。
ＥＤＣでは結合部での位相変化によりスイッチ電圧が決
定されるため結合部長を長（することによりスイッチ電
圧の低電圧化が計れるが結合部長の増大は１つの基板上
へ多数の光スィッチを集積化しようとする際の大きな障
害となる。従ってＥＤＣでは小型かつ低電圧のスイッチ
を得ることは難しかった。
定されるため結合部長を長（することによりスイッチ電
圧の低電圧化が計れるが結合部長の増大は１つの基板上
へ多数の光スィッチを集積化しようとする際の大きな障
害となる。従ってＥＤＣでは小型かつ低電圧のスイッチ
を得ることは難しかった。
また、ＥＤＣを多段に接続しマルチプレクサ、デマルチ
プレクサを構成することも提案されているが（鈴木他５
９年度電子通信学会総合全国大会５１７−１３）この際
にもＥＤＣＩエレメントでＩＸ２若しくは２×１のスイ
ッチにしかならないため多重度を上げるのには問題があ
る。
プレクサを構成することも提案されているが（鈴木他５
９年度電子通信学会総合全国大会５１７−１３）この際
にもＥＤＣＩエレメントでＩＸ２若しくは２×１のスイ
ッチにしかならないため多重度を上げるのには問題があ
る。
（発明の目的）
本発明の目的は上述のような問題を除去し、非常に小型
で低電圧駆動が可能で一つの基板上多数の集積化が可能
で、特にマルチプレクサ、デマルチプレクサのためのＮ
ｘｌ、１ｘＮの光スィッチを構成するのに適した光スィ
ッチを提供することにある。
で低電圧駆動が可能で一つの基板上多数の集積化が可能
で、特にマルチプレクサ、デマルチプレクサのためのＮ
ｘｌ、１ｘＮの光スィッチを構成するのに適した光スィ
ッチを提供することにある。
（発明の構成）
本発明は互いの位相定数の相等しい複数本のチャンネル
導波路を分布結合するように等間隔で近接、平行した構
成とし、さらに前記３本のチャンネル導波路のうち少な
くとも１つを半導体材料の活性層に部分的にキャリア注
入を行った際の非注入部分との間の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ものである。
導波路を分布結合するように等間隔で近接、平行した構
成とし、さらに前記３本のチャンネル導波路のうち少な
くとも１つを半導体材料の活性層に部分的にキャリア注
入を行った際の非注入部分との間の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ものである。
（発明の原理）
一般に一次元の先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
Ｅ（ｘ）はこの方向での複素電率分布ｅ（Ｘ）を用いる
と次のような波動方程式により定められる。
る方向（ここではＸ方向とする。）の光の電界強度分布
Ｅ（ｘ）はこの方向での複素電率分布ｅ（Ｘ）を用いる
と次のような波動方程式により定められる。
但しここでに＝２．／λは波数、βは光の伝搬方向の伝
搬定数であり、８（ｘ）は屈折率ｎ（ｘ）、局所利得Ｇ
（ｘ）を用いて と書くことが出来る。このように屈折率及び利得の双方
に分布を持つような先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Ｃ２第５７−
０巻、 １９７４年、４３４〜４４０ページに掲載の米
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（ｘ）、局所利得Ｇ（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。これらの結果によれば導波路の導波層とそれ
をはさむ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によ
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。この点につき次の図面を
用いて更に詳細に説明する。
搬定数であり、８（ｘ）は屈折率ｎ（ｘ）、局所利得Ｇ
（ｘ）を用いて と書くことが出来る。このように屈折率及び利得の双方
に分布を持つような先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Ｃ２第５７−
０巻、 １９７４年、４３４〜４４０ページに掲載の米
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（ｘ）、局所利得Ｇ（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。これらの結果によれば導波路の導波層とそれ
をはさむ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によ
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。この点につき次の図面を
用いて更に詳細に説明する。
第５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。
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−ＩｎＰ基板３上にｎ−１ｎＰバッファ層４を介して
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層５． Ｐ−ＩｎＰ層クラッ
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ＳｉＯ２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−Ｉ
ｎＰ層クラッド層６に達する迄形成する。基板側にはＡ
ｕ−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。
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層５． Ｐ−ＩｎＰ層クラッ
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ＳｉＯ２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−Ｉ
ｎＰ層クラッド層６に達する迄形成する。基板側にはＡ
ｕ−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。
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。
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。
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圧
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６図は活性層近傍の積層構造（ａ）と、しきい
値近傍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。キャリアは横方向への拡散のため周辺に行く程密度
が減少しく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６図（ｃ）、 （ｄ
）のようになる。つまり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。
い。ここでこの素子に順方向にバイアスをかけ電流を圧
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６図は活性層近傍の積層構造（ａ）と、しきい
値近傍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。キャリアは横方向への拡散のため周辺に行く程密度
が減少しく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６図（ｃ）、 （ｄ
）のようになる。つまり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方向性結合器
型光スイッチに用いた場合には、電気光学効果により導
波路の屈折率を変化させる場合（ＥＤＣ）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。この事
実は特に３本以上の導波路間の結合を利用する場合に特
に有用となる。本発明は以上のことを利用したものであ
る。以下本発明につき実施例により詳細に説明する。
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方向性結合器
型光スイッチに用いた場合には、電気光学効果により導
波路の屈折率を変化させる場合（ＥＤＣ）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。この事
実は特に３本以上の導波路間の結合を利用する場合に特
に有用となる。本発明は以上のことを利用したものであ
る。以下本発明につき実施例により詳細に説明する。
（実施例）
第１図は本発明による光スィッチの実施例を示す図であ
る。ここでも説明を統一するためＩｎＧａＡｓＰ ／Ｉ
ｎＰ系材料全材料た場合につき示した。
る。ここでも説明を統一するためＩｎＧａＡｓＰ ／Ｉ
ｎＰ系材料全材料た場合につき示した。
ｎ−ＩｎＰ基板３の上にｎ−ＩｎＰｎツバ１フフＧａＡ
ｓＰ活性層５ｐ−ＩｎＰクラッド層６， ｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層７が形成されたダブル・ヘテロ構造ウ
ェハに、ＳｉＯ□マスク８を介して３つの近接平行にし
たストライプ状のｐ十領域９ａ， ９ｂ， ９ｃをＣｄ
若しくはＺｎの選択拡散により形成している。更に基板
側にはＡｕ − Ｇ ｅ −Ｎｉによるオーム性電極１
０，エピタキシャル層側にはｐ十領域９ａ， ９ｂ，
９ｃに独立に電流注入が可能なように分割された電極１
１ａ， ｌｌｂ， ｌｌｃがＡｕ−Ｚｎ若しくはＴｉ−
Ｐｔ−Ａｕにより形成されている。このような構造では
電流注入を行わない際にはエピタキシャル層に平行な方
向には特に導波作用はなく単なるプレーナ・ガイドとな
っている。しかし、電極１１ａ， ｌｌｂ， ｌｌｃと
電極１０間に順バイアスを加えほぼしきい値付近にバイ
アスすれば先に説明したように活性層内の利得の分布に
より活性層５のｐ領域９ａ、 ９ｂ、 ９ｃの真下の部
分に３つのチャンネル導波路が形成される。従ってこの
ような構造は電極１１ａ、 ｌｌｂ、 ｌｌｃへの電流
注入のオン・オフの組み合わせにより単一のチャンネル
導波路、２及び３本のチャンネル導波路による方向性結
合器の状態を作り出すことができる。
ｓＰ活性層５ｐ−ＩｎＰクラッド層６， ｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層７が形成されたダブル・ヘテロ構造ウ
ェハに、ＳｉＯ□マスク８を介して３つの近接平行にし
たストライプ状のｐ十領域９ａ， ９ｂ， ９ｃをＣｄ
若しくはＺｎの選択拡散により形成している。更に基板
側にはＡｕ − Ｇ ｅ −Ｎｉによるオーム性電極１
０，エピタキシャル層側にはｐ十領域９ａ， ９ｂ，
９ｃに独立に電流注入が可能なように分割された電極１
１ａ， ｌｌｂ， ｌｌｃがＡｕ−Ｚｎ若しくはＴｉ−
Ｐｔ−Ａｕにより形成されている。このような構造では
電流注入を行わない際にはエピタキシャル層に平行な方
向には特に導波作用はなく単なるプレーナ・ガイドとな
っている。しかし、電極１１ａ， ｌｌｂ， ｌｌｃと
電極１０間に順バイアスを加えほぼしきい値付近にバイ
アスすれば先に説明したように活性層内の利得の分布に
より活性層５のｐ領域９ａ、 ９ｂ、 ９ｃの真下の部
分に３つのチャンネル導波路が形成される。従ってこの
ような構造は電極１１ａ、 ｌｌｂ、 ｌｌｃへの電流
注入のオン・オフの組み合わせにより単一のチャンネル
導波路、２及び３本のチャンネル導波路による方向性結
合器の状態を作り出すことができる。
次に第２図を用いて本発明による光スィッチの動作につ
いて説明する。第２図は第１図に示した光スィッチを上
面から見た図で、斜線を施した部分が電流注入のための
電極１１ａ、 ｌｌｂ、 ｌｉｅを示しており、電流注
入時には斜線部分に導波路２０ａ、 ２０ｂ、 ２０ｃ
が形成される。素子長は２本のチャンネル導波路の完全
結合長に等しくとっている。ここで活性層となるＩｎＧ
ａＡｓＰのバンドギャップ波長近傍の波長の信号光がチ
ャンネル導波路２０６の入射端に入射している場合を考
える。まず電極１１６にのみ電流を注入すればチャンネ
ル導波路２０６のみが形成されるので入射光はそのまま
チャンネル導波路２０ｂを直進して出射される。次に電
極１１ａ、 ｌｌｂに電流注入を行うとチャンネル導波
路２０ａ、 ２０ｂの２つが形成される。しかも素子長
が完全結合長に等しいのでチャンネル導波路９ｂに入射
した光はチャンネル導波路９ａから出射する。同様に電
極１１ｂ、 ｌｉｅに電流注入を行った際にはチャンネ
ル導波路９ｂに入射した光は９ｃより出射する。つまり
、この構造により１人力３出力の光スィッチが得られる
。
いて説明する。第２図は第１図に示した光スィッチを上
面から見た図で、斜線を施した部分が電流注入のための
電極１１ａ、 ｌｌｂ、 ｌｉｅを示しており、電流注
入時には斜線部分に導波路２０ａ、 ２０ｂ、 ２０ｃ
が形成される。素子長は２本のチャンネル導波路の完全
結合長に等しくとっている。ここで活性層となるＩｎＧ
ａＡｓＰのバンドギャップ波長近傍の波長の信号光がチ
ャンネル導波路２０６の入射端に入射している場合を考
える。まず電極１１６にのみ電流を注入すればチャンネ
ル導波路２０６のみが形成されるので入射光はそのまま
チャンネル導波路２０ｂを直進して出射される。次に電
極１１ａ、 ｌｌｂに電流注入を行うとチャンネル導波
路２０ａ、 ２０ｂの２つが形成される。しかも素子長
が完全結合長に等しいのでチャンネル導波路９ｂに入射
した光はチャンネル導波路９ａから出射する。同様に電
極１１ｂ、 ｌｉｅに電流注入を行った際にはチャンネ
ル導波路９ｂに入射した光は９ｃより出射する。つまり
、この構造により１人力３出力の光スィッチが得られる
。
通常の３本のチャンネル導波路によるＥＤＣでは常に３
本の導波路が存在するためこのような１人力、３出力の
動作は不可能であるが、本発明による光スィッチではチ
ャンネル導波路の存在を消失させることが可能なためこ
のような動作が可能になる。
本の導波路が存在するためこのような１人力、３出力の
動作は不可能であるが、本発明による光スィッチではチ
ャンネル導波路の存在を消失させることが可能なためこ
のような動作が可能になる。
チャンネル導波路間の結合の強さは注入する電流域の幅
及びチャンネル導波路間隔により制御出来、完全結合長
１ｍｍ程度以下にすることは容易である。通常のＥＤＣ
に於てもこの程度の短い結合長の方向性結合器を形成す
ることは容易であるが、電気光学効果を利用してこのよ
うな強い結合状態を解除するには非常に大きな電界を必
要とするため実用的なスイッチは得られない。それに対
し第１図に示す構造では電極９ａ、 ９ｂ、 ９ｃへの
電流注入を停止すれば導波路自体が消失してしまうため
、如何なる強結合状態であっても解除することが出来る
。従って非常に小型の光スィッチが得られることになる
。更に通常の半導体レーザの発振特性からも明らかなよ
うにしきい値程度に素子をバイアスするために必要な電
圧変化は高々数Ｖ程度で有り極く低電圧でのスイッチン
グが可能となる。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ィッチでは共振器
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アンプとし
ての利得特性は期待出来るので光スィッチの挿入損失は
非常に小さなものとなる。
及びチャンネル導波路間隔により制御出来、完全結合長
１ｍｍ程度以下にすることは容易である。通常のＥＤＣ
に於てもこの程度の短い結合長の方向性結合器を形成す
ることは容易であるが、電気光学効果を利用してこのよ
うな強い結合状態を解除するには非常に大きな電界を必
要とするため実用的なスイッチは得られない。それに対
し第１図に示す構造では電極９ａ、 ９ｂ、 ９ｃへの
電流注入を停止すれば導波路自体が消失してしまうため
、如何なる強結合状態であっても解除することが出来る
。従って非常に小型の光スィッチが得られることになる
。更に通常の半導体レーザの発振特性からも明らかなよ
うにしきい値程度に素子をバイアスするために必要な電
圧変化は高々数Ｖ程度で有り極く低電圧でのスイッチン
グが可能となる。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ィッチでは共振器
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アンプとし
ての利得特性は期待出来るので光スィッチの挿入損失は
非常に小さなものとなる。
第３図は本発明による光スィッチを多段に接続して１人
力９出力の光スィッチを構成した場合を示している。図
中斜線を施した部分が電流注入により形成されるチャネ
ル導波路を示している。第３図に示した構成は１人力３
出力光スイッチ４個（２１ａ、 ２１ｂ。
力９出力の光スィッチを構成した場合を示している。図
中斜線を施した部分が電流注入により形成されるチャネ
ル導波路を示している。第３図に示した構成は１人力３
出力光スイッチ４個（２１ａ、 ２１ｂ。
２１ｃ、 ２１ｄ）の間を受動導波路により接続したも
のである。先に１人力３出力光スイッチの動作について
は説明したがそれと全く同様に１人力９出力の動作が実
現される。通常のＥＤＣのような１人力２出力光スイッ
チの多段化により１人力９出力光スイッチを得るために
は４段構成をとる必要があるが本発明による光スィッチ
のように１人力３出力光スイッチを基本ユニットとすれ
ば２段で実現可能であり非常に小型化が可能となる。ま
た以上の説明では１人力Ｎ出力（Ｎ＝３．９）光スィッ
チの場合について説明したが、入出力を逆に使えばＮ入
力１出力光スイツチとして使えるのは自明である。
のである。先に１人力３出力光スイッチの動作について
は説明したがそれと全く同様に１人力９出力の動作が実
現される。通常のＥＤＣのような１人力２出力光スイッ
チの多段化により１人力９出力光スイッチを得るために
は４段構成をとる必要があるが本発明による光スィッチ
のように１人力３出力光スイッチを基本ユニットとすれ
ば２段で実現可能であり非常に小型化が可能となる。ま
た以上の説明では１人力Ｎ出力（Ｎ＝３．９）光スィッ
チの場合について説明したが、入出力を逆に使えばＮ入
力１出力光スイツチとして使えるのは自明である。
以上説明した実施例では方向性結合器を構成する３本の
チャネル導波路総てを利得導波型の導波路としたが中央
のチャンネル導波路を屈折率差による受動的な導波路と
することもできる材料についてはこれ迄説明の便のため
総てＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料について実施例を示
したがこれに限るものではないことは言う迄もない。
チャネル導波路総てを利得導波型の導波路としたが中央
のチャンネル導波路を屈折率差による受動的な導波路と
することもできる材料についてはこれ迄説明の便のため
総てＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料について実施例を示
したがこれに限るものではないことは言う迄もない。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように本発明によれば非常に小型で
低電圧駆動が可能で１つの基板上に多数の集積化が可能
で特にマルチプレクサ、デマルチプレクサのためのＩＸ
Ｎ、ＮＸＩの光スィッチを構成するのに適した光スィッ
チが得られる。
低電圧駆動が可能で１つの基板上に多数の集積化が可能
で特にマルチプレクサ、デマルチプレクサのためのＩＸ
Ｎ、ＮＸＩの光スィッチを構成するのに適した光スィッ
チが得られる。
第１図、第２図は本発明による光スィッチの実施例及び
その動作を説明するための図、第３図は本発明による光
スィッチを多段化した例を示す図、第４図は電気光学効
果を利用した方向性結合器型光スイッチの動作を説明す
るための図、第５図、第６図は電流注入による利得の差
による導波作用を説明するための図である。 図に於て１はＬｉＮｂＯ３基板、２ａ、 ２ｂはＴｉ拡
散導波路、３、４．５．６．７は半導体、８はＳｉＯ２
マスク、９．９ａ、 ９ｂ。 ９ｃは拡散によるｐ領域、１０．１１． ｌｌａ、 ｌ
ｌｂ、 ｌｉｅは電極、２０ａ、 ２０ｂ、 ２０ｃは
利得導波型チャンネル導波路、２１ａ、 ２１ｂ、 ２
１ｃ、 ２１ｄは１人力３出力光スイッチである。 代−八し１．Ｕ士内原 晋 率 １ 図 Ｊ ： ｎｎ−１ｎＰ４ θ ： ５ｉ０
２４ ： ｎ−１ｎＧａＡｓＰ Ｑａ、ｑｂ、Ｑｃ
： ｐ”ｍ＊５： ノンドープＩｎＧａＡｓＰ
ｔＯ： 電ｍｂ ： ｐ−１ｎＰ Ｉｔａ
、ｎｂ、ｕｃ ： 電ｍ７ ： ｎ−１ｎＧａＡｓＰ 寥 ２ 口 ２／Ｑ
その動作を説明するための図、第３図は本発明による光
スィッチを多段化した例を示す図、第４図は電気光学効
果を利用した方向性結合器型光スイッチの動作を説明す
るための図、第５図、第６図は電流注入による利得の差
による導波作用を説明するための図である。 図に於て１はＬｉＮｂＯ３基板、２ａ、 ２ｂはＴｉ拡
散導波路、３、４．５．６．７は半導体、８はＳｉＯ２
マスク、９．９ａ、 ９ｂ。 ９ｃは拡散によるｐ領域、１０．１１． ｌｌａ、 ｌ
ｌｂ、 ｌｉｅは電極、２０ａ、 ２０ｂ、 ２０ｃは
利得導波型チャンネル導波路、２１ａ、 ２１ｂ、 ２
１ｃ、 ２１ｄは１人力３出力光スイッチである。 代−八し１．Ｕ士内原 晋 率 １ 図 Ｊ ： ｎｎ−１ｎＰ４ θ ： ５ｉ０
２４ ： ｎ−１ｎＧａＡｓＰ Ｑａ、ｑｂ、Ｑｃ
： ｐ”ｍ＊５： ノンドープＩｎＧａＡｓＰ
ｔＯ： 電ｍｂ ： ｐ−１ｎＰ Ｉｔａ
、ｎｂ、ｕｃ ： 電ｍ７ ： ｎ−１ｎＧａＡｓＰ 寥 ２ 口 ２／Ｑ
Claims (1)
- 互いの位相定数の相等しい複数本のチャンネル導波路を
分布結合するように等間隔で近接、平行して設置した構
成とし、さらに、前記３本のチャンネル導波路のうち少
なくとも１つを半導体材料の活性層に部分的にキャリア
注入を行った際の非注入部分との間の利得差を利用した
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
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1737485A JPS61176913A (ja) | 1985-01-31 | 1985-01-31 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1737485A JPS61176913A (ja) | 1985-01-31 | 1985-01-31 | 光スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61176913A true JPS61176913A (ja) | 1986-08-08 |
Family
ID=11942238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1737485A Pending JPS61176913A (ja) | 1985-01-31 | 1985-01-31 | 光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61176913A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56137328A (en) * | 1980-03-29 | 1981-10-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photofunctional device |
| JPS58137280A (ja) * | 1982-02-10 | 1983-08-15 | Hitachi Ltd | 光導波路スイツチ |
-
1985
- 1985-01-31 JP JP1737485A patent/JPS61176913A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56137328A (en) * | 1980-03-29 | 1981-10-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photofunctional device |
| JPS58137280A (ja) * | 1982-02-10 | 1983-08-15 | Hitachi Ltd | 光導波路スイツチ |
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