JPS6126028A - 光スイツチ - Google Patents
光スイツチInfo
- Publication number
- JPS6126028A JPS6126028A JP14684884A JP14684884A JPS6126028A JP S6126028 A JPS6126028 A JP S6126028A JP 14684884 A JP14684884 A JP 14684884A JP 14684884 A JP14684884 A JP 14684884A JP S6126028 A JPS6126028 A JP S6126028A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide layer
- optical waveguide
- thickness
- refractive index
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、導波路型光スイッチに係シ、特に光集積回路
において光変調器、光交鼻器に好適な光部品に関する。
において光変調器、光交鼻器に好適な光部品に関する。
従来の電気光学効果を利用した導波路型光スイッチや光
変調器１位相変換器においては、Ｍ。
変調器１位相変換器においては、Ｍ。
ｐａｐｕｃｈｏｎ ｅｔ 、ａｌ 、 の論文（Ａｐｐ
ｌ 、 Ｐｈｙｓ 。
ｌ 、 Ｐｈｙｓ 。
１ｅｔｔ、ｖｏｌ、４５ ２８９〜２９１（１９７５）
）にあるようにＬ ｉ Ｎ ｂ−Ｏｓ等の誘電体材料を
用いた光スィッチに対して効率の良い電極構造（（：’
ｏｂｒａ電極）についての提案が−あるが、光を導波す
る光導波層の構造には配慮されていなかった。又、近年
、半導レーザ等の他の光部品と集積化が可能であること
から注目を浴びてきた半導体材料を用いた導波路型光ス
イッチに対しては、効率の良い電圧の印加方法について
提案したものはなかった。
）にあるようにＬ ｉ Ｎ ｂ−Ｏｓ等の誘電体材料を
用いた光スィッチに対して効率の良い電極構造（（：’
ｏｂｒａ電極）についての提案が−あるが、光を導波す
る光導波層の構造には配慮されていなかった。又、近年
、半導レーザ等の他の光部品と集積化が可能であること
から注目を浴びてきた半導体材料を用いた導波路型光ス
イッチに対しては、効率の良い電圧の印加方法について
提案したものはなかった。
本発明の目的は、半導体材料を用いた導波路型光スイッ
チにおいて、駆動電圧及び消費電力が小さく、作製が容
易な光スィッチを提供することにある。
チにおいて、駆動電圧及び消費電力が小さく、作製が容
易な光スィッチを提供することにある。
第１図の形状を持つ３層薄膜導波路をＧａＡＳ系半導体
で構成し、ショットキ電極を表面に、オーミック電極を
基板の裏面に配置した構成を考える。
で構成し、ショットキ電極を表面に、オーミック電極を
基板の裏面に配置した構成を考える。
このときショットキ障壁の幅ＷＳは
Ｎｄ：キャリア濃度
ｑ ：電荷
Ｋ ：比誘電率
ε。：真空中の誘電率
Ｖ ：印加電圧−
で与えられる。光導波層のキャリア濃度を１０１４ｃｒ
ｒ１−３とし、電極にＡｔを用いるとすると４０＝３．
４ｅＶであシ、 ム Ｗｓ＝３．５ ｓＸ （３，４＋Ｖ）” （μｍ）
・ｏｎ’；・・・＋（２）となシ、ｖ″−０でＷ ｓ
＝ ６．６μｍとなる。ここで基板のキャリア濃度を１
０”ｚ“３とし光導波層の厚、さｈをｈ＜６μｍとする
と、基板層へのショットキー障壁の拡がシは導波層の厚
さのＶｌｏｏとなるので、無視でき、電界は導波層内に
のみ印加され、層内では一様とみなすことができる。よ
って印加電圧を■とすると印加電界Ｅ＝ｙとな９、電り 気光学効果による導波層の屈折率ダωの変化量Δηωは
、電気光学定数をｒとして Ｖ Δｌω＝−−ηω３ｒ−・Ｉｎ・・（８）ｈ で表わされる。そこで、この光導波層を伝わる伝搬モー
゛ドの等側屈折率の変化量をΔη、とすると！η・ となる。−は３層薄膜導波路の固有方程式を用いると、
導波層内に電場が振動するＴＥモードの電界Ｅ、を使っ
て で求められる。ここでｒは導波モードの光強度で導波層
に閉じ込められる割合を示すことになる。
ｒ１−３とし、電極にＡｔを用いるとすると４０＝３．
４ｅＶであシ、 ム Ｗｓ＝３．５ ｓＸ （３，４＋Ｖ）” （μｍ）
・ｏｎ’；・・・＋（２）となシ、ｖ″−０でＷ ｓ
＝ ６．６μｍとなる。ここで基板のキャリア濃度を１
０”ｚ“３とし光導波層の厚、さｈをｈ＜６μｍとする
と、基板層へのショットキー障壁の拡がシは導波層の厚
さのＶｌｏｏとなるので、無視でき、電界は導波層内に
のみ印加され、層内では一様とみなすことができる。よ
って印加電圧を■とすると印加電界Ｅ＝ｙとな９、電り 気光学効果による導波層の屈折率ダωの変化量Δηωは
、電気光学定数をｒとして Ｖ Δｌω＝−−ηω３ｒ−・Ｉｎ・・（８）ｈ で表わされる。そこで、この光導波層を伝わる伝搬モー
゛ドの等側屈折率の変化量をΔη、とすると！η・ となる。−は３層薄膜導波路の固有方程式を用いると、
導波層内に電場が振動するＴＥモードの電界Ｅ、を使っ
て で求められる。ここでｒは導波モードの光強度で導波層
に閉じ込められる割合を示すことになる。
第９図は光導波層の厚さｈによってｒの値が変化する様
子を示したものである。ここではη、＝３．４３６、η
；、＝＆４４ｏとして計算した。ｈｌはＴＥｏモードの
カットオフ膜厚、ｈ２はＴＥ１モードのカットオフ膜厚
である。第２図よシ、ｒはｈの増加と共に単調に増加す
る。よって（４）（５）式よシ、Δη、Ｊ／ｉｒに比例
しｈとη、゛（ｈの増加と共にη、も単調に増加する。
子を示したものである。ここではη、＝３．４３６、η
；、＝＆４４ｏとして計算した。ｈｌはＴＥｏモードの
カットオフ膜厚、ｈ２はＴＥ１モードのカットオフ膜厚
である。第２図よシ、ｒはｈの増加と共に単調に増加す
る。よって（４）（５）式よシ、Δη、Ｊ／ｉｒに比例
しｈとη、゛（ｈの増加と共にη、も単調に増加する。
ンに反比例するので印加１圧■を一定とした時、第３図
に示したようにΔη、の値は極大値をもつ。ここでｒ
＝ １．２ Ｘｉ’ ０−１２ （ｍ ／ Ｖ ）と
しンモ。たとえば図よシ導波層の厚さを２μｍから３μ
ｍに厚くすると、同じ重圧で、等側屈折率の変化量が５
０％増すことがわかる。故にここで示したΔη、が極太
となる厚さに導波層の厚さを設定することによシ、駆動
電圧（印加α圧）を低減させることが可能となる。
に示したようにΔη、の値は極大値をもつ。ここでｒ
＝ １．２ Ｘｉ’ ０−１２ （ｍ ／ Ｖ ）と
しンモ。たとえば図よシ導波層の厚さを２μｍから３μ
ｍに厚くすると、同じ重圧で、等側屈折率の変化量が５
０％増すことがわかる。故にここで示したΔη、が極太
となる厚さに導波層の厚さを設定することによシ、駆動
電圧（印加α圧）を低減させることが可能となる。
（スイッチングを行うのに必要な位相変化量を小さい印
加電圧で得ることができる。）さらに、駆動１圧が小さ
くなることは、スイッチ駆動回路の終端で消費する電力
を小さくできる。
加電圧で得ることができる。）さらに、駆動１圧が小さ
くなることは、スイッチ駆動回路の終端で消費する電力
を小さくできる。
ここで問題となるのは、等側屈折率の変化量が極大とな
るように光導波層の厚さを完全に設定することは困難で
あるということである。そこで、光導波層の厚さを次Φ
条件を満たす範囲内に設定する。
るように光導波層の厚さを完全に設定することは困難で
あるということである。そこで、光導波層の厚さを次Φ
条件を満たす範囲内に設定する。
一般には、光スィッチのスイッチ動作には位相変化量を
πだけ与えればよい。光スィッチの方式によりてはπで
な′い時もあるがその際にも以下と同様の議論が可能で
ある。そこで素子長をｔ１光波の波長をλとすると、印
加電圧によってこの位相差を生じさせるには ２π 一Δη、ｔ＝π ・・・・・・・・・（？
＞λ の関係を満たすことが必要となる。このｔは、印加電圧
一定の時、（４）、 （５）、 （６）、 （７）式よ
シｈの関数となる。ここで、光導波層の膜厚の加工ズレ
量をΔｈとすると素子の最適な長さｔからのズレ量Δｔ
は次式で与えられる。
πだけ与えればよい。光スィッチの方式によりてはπで
な′い時もあるがその際にも以下と同様の議論が可能で
ある。そこで素子長をｔ１光波の波長をλとすると、印
加電圧によってこの位相差を生じさせるには ２π 一Δη、ｔ＝π ・・・・・・・・・（？
＞λ の関係を満たすことが必要となる。このｔは、印加電圧
一定の時、（４）、 （５）、 （６）、 （７）式よ
シｈの関数となる。ここで、光導波層の膜厚の加工ズレ
量をΔｈとすると素子の最適な長さｔからのズレ量Δｔ
は次式で与えられる。
そこで光導波層の厚さの最適値からのズレが生じた時、
Ｇ （ｈｏ ）々０ ・旧・・・・・αυと
なるよりなり、を選んで設定しておけば、素子長のズレ
が生じないことになる。α９式を満足するｈｏは（９）
式よシ を滴定するのでΔη、の極大値を与える膜厚とも一致し
ている。ここで第３図を求めた時と同じ数値を用いて計
算したＧ （ｈ）の例を第４図に示している。ここでは
α９式の条件を満足するために、’ｌｏ：”：２に８３
μｍ とすれば良いことが示されている。
なるよりなり、を選んで設定しておけば、素子長のズレ
が生じないことになる。α９式を満足するｈｏは（９）
式よシ を滴定するのでΔη、の極大値を与える膜厚とも一致し
ている。ここで第３図を求めた時と同じ数値を用いて計
算したＧ （ｈ）の例を第４図に示している。ここでは
α９式の条件を満足するために、’ｌｏ：”：２に８３
μｍ とすれば良いことが示されている。
本発明は、ＧａＡＳ半導体を用いた光スィッチだけでな
く、光導波層の厚さ方向に電界を印加し、導波モードの
伝搬定数を変化させて位相補償を取る全ての光スィッチ
に対して適用できる。
く、光導波層の厚さ方向に電界を印加し、導波モードの
伝搬定数を変化させて位相補償を取る全ての光スィッチ
に対して適用できる。
以下、本開明の一実施例を第５図によシ説明する。第５
図に示したのはｎ”−ＧａＡｓ基板２上にｎ−−ＧａＡ
ｓエピ膜をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させ、イオンミ
リングによシ、導波層であるｎ−−ＧａＡｓエビ膜に平
行な２本のリッジを刻んだ方向性結合器に７ヨツトキ電
極とオーミック電極を装荷した光スィッチの概形図であ
る。本スイイチにおいては、入射端５に光波が入射する
と、３次元光導波路であるリッジ内に導波モードが励起
される。この導波モードはリッジ内を伝搬するにつれ平
行な他のリッジ内に光波が結合し、元パワーが移行する
。この光パワーが完全に移る長さを完全結合長り、と呼
び、一般に光波の結合係数πを用いてり、＝−で表わさ
れる。こ９リツジを伝搬定数の差をΔβとおくと、等側
屈折率η、を用いてΔβ＝Δη、Ｔとなる。（λ：光波
の波長ン素子の長さが完全結合長り、と等しい時、入射
端５に入射した光波は出射端７より出射する。ここでΔ
βＬ、＝ｆ’ａπとなるように伝搬定数に差を生じさせ
ると光波は出射端６よシ出射するようになる。これは方
向性結合器型光スイッチのスイッチング条件でおる。そ
こで、本発明をこの光スィッチに適用しり゛ツジの高さ
が１．５μｍ、リッジ部の導波層の膜厚が２μｍ、３μ
ｍ、５μｍの光スィッチを試作した所、膜厚３μｍの光
スィッチにおけるスイッチング電圧が１７Ｖ、５μｍの
光スィッチにおいてはスイッチング電圧が４０Ｖ必要で
あった。導波層の厚さが２μｍのスイッチは４５Ｖ ｔ
ｄ圧を印加してもスイッチングが完全に行われず、絶縁
破壊により４５Ｖでスイッチ電極部が損傷を受けた。本
実施例によって導波層の膜厚を、一定の印加′電圧に対
して等側屈折率の変化量が極大となるように設定するこ
とによシ、光スィッチの駆動電圧が低減化される効果が
あることが示された。
図に示したのはｎ”−ＧａＡｓ基板２上にｎ−−ＧａＡ
ｓエピ膜をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させ、イオンミ
リングによシ、導波層であるｎ−−ＧａＡｓエビ膜に平
行な２本のリッジを刻んだ方向性結合器に７ヨツトキ電
極とオーミック電極を装荷した光スィッチの概形図であ
る。本スイイチにおいては、入射端５に光波が入射する
と、３次元光導波路であるリッジ内に導波モードが励起
される。この導波モードはリッジ内を伝搬するにつれ平
行な他のリッジ内に光波が結合し、元パワーが移行する
。この光パワーが完全に移る長さを完全結合長り、と呼
び、一般に光波の結合係数πを用いてり、＝−で表わさ
れる。こ９リツジを伝搬定数の差をΔβとおくと、等側
屈折率η、を用いてΔβ＝Δη、Ｔとなる。（λ：光波
の波長ン素子の長さが完全結合長り、と等しい時、入射
端５に入射した光波は出射端７より出射する。ここでΔ
βＬ、＝ｆ’ａπとなるように伝搬定数に差を生じさせ
ると光波は出射端６よシ出射するようになる。これは方
向性結合器型光スイッチのスイッチング条件でおる。そ
こで、本発明をこの光スィッチに適用しり゛ツジの高さ
が１．５μｍ、リッジ部の導波層の膜厚が２μｍ、３μ
ｍ、５μｍの光スィッチを試作した所、膜厚３μｍの光
スィッチにおけるスイッチング電圧が１７Ｖ、５μｍの
光スィッチにおいてはスイッチング電圧が４０Ｖ必要で
あった。導波層の厚さが２μｍのスイッチは４５Ｖ ｔ
ｄ圧を印加してもスイッチングが完全に行われず、絶縁
破壊により４５Ｖでスイッチ電極部が損傷を受けた。本
実施例によって導波層の膜厚を、一定の印加′電圧に対
して等側屈折率の変化量が極大となるように設定するこ
とによシ、光スィッチの駆動電圧が低減化される効果が
あることが示された。
本発明によれば、スイッチングに必要な位相変化量を小
さい印加電圧で得ることができるので、低電圧駆動、低
消費電力の光スィッチを作製できる。
さい印加電圧で得ることができるので、低電圧駆動、低
消費電力の光スィッチを作製できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は３層薄膜導波路の概形図、第２図は規格化され
た導波層内光強度ｒと導波層の厚さｈとの関係を示す図
、第３図は等側屈折率の変化量ΔΔη、と導波層の厚さ
ｈとの関係を示す図、第４図は光導波！の膜厚とＧ （
ｈ）との関係を示す図、第５図は方向性結合器型光スイ
ッチの概形図である。 １−・・ｎ −−ＱａＡｓ光導波層、２ ・ｎ ” −
ＧａＡＳ基板、３・・・ショットキ電極、４・・・オー
ミック電極、５・・・光波入射端、６，７・・・光波出
射端。 ′ＶＩ １ 口 革２ 図 遁３ 邑 第 ４− 口
た導波層内光強度ｒと導波層の厚さｈとの関係を示す図
、第３図は等側屈折率の変化量ΔΔη、と導波層の厚さ
ｈとの関係を示す図、第４図は光導波！の膜厚とＧ （
ｈ）との関係を示す図、第５図は方向性結合器型光スイ
ッチの概形図である。 １−・・ｎ −−ＱａＡｓ光導波層、２ ・ｎ ” −
ＧａＡＳ基板、３・・・ショットキ電極、４・・・オー
ミック電極、５・・・光波入射端、６，７・・・光波出
射端。 ′ＶＩ １ 口 革２ 図 遁３ 邑 第 ４− 口
Claims (1)
- 電気化学効果を利用して光導波路中を伝搬するモードの
伝搬定数を変化させて位相補償を取ることによつて機能
させる導波路型光スイッチにおいて光導波路中を伝搬す
る光の電界分布と等価屈折率変化量を誘起する印加電界
分布との重なりを最大とし、かつ、等価屈折率変化量を
最小とするように定めた膜厚を有する光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14684884A JPS6126028A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14684884A JPS6126028A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 光スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6126028A true JPS6126028A (ja) | 1986-02-05 |
Family
ID=15416903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14684884A Pending JPS6126028A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6126028A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63168633A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-12 | アルカテル アルストム ルシェルシェ ソシエテ アノニム | 光スイッチング素子 |
| US5338171A (en) * | 1991-04-17 | 1994-08-16 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Die-clamping apparatus with aligning device |
| JP2017040886A (ja) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | セイコーエプソン株式会社 | 光変調器、光学モジュールおよび画像表示装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5498587A (en) * | 1978-01-20 | 1979-08-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light switch |
-
1984
- 1984-07-17 JP JP14684884A patent/JPS6126028A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5498587A (en) * | 1978-01-20 | 1979-08-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light switch |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63168633A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-12 | アルカテル アルストム ルシェルシェ ソシエテ アノニム | 光スイッチング素子 |
| US5338171A (en) * | 1991-04-17 | 1994-08-16 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Die-clamping apparatus with aligning device |
| JP2017040886A (ja) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | セイコーエプソン株式会社 | 光変調器、光学モジュールおよび画像表示装置 |
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