JPS6310134A - 導波型光スイツチ - Google Patents

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〕 本発明は、先導波路中を伝搬する光の進行経路を電気的
に制御する導波型光スイッチに関する。

この光スィッチは内部全反射形光スイッチとも呼ばれる
ものである。

〔従来の技術〕

従来この種の光スィッチとして、第２図に示すように、
基板１１中に形成され互いにＸ字状に交差して平行四辺
形の交差部１２を形成する２本の導波路１，２と、前記
平行四辺形の交差部１２の一方の対角線に沿う領域３即
ち２本の導波路の双方をさえぎる領域３上に形成された
電極４とを備えたものが知られている。この光スィッチ
においては、電極４に電圧を印加しないときには、一方
の導波路、例えば１の−１１８から入力された光が同じ
導波路１の他端１ｂから出力され、他方の導波路２の一
端２ａから入力された光が同じ導波路２の他端２ｂから
出力される状態（クロス（Ｃｒｏｓｓ　）状態）になる
ように、導波路の交差角φが設定されている。

電極４に電圧を印加したときは、電極下の領域３の屈折
率が低下し、一方の導波路から交差部１２に入射した光
が、上記領域３との界面で全反射し、他方の導波路に導
かれる。即ち、導波路１の一端１ａから入力された光は
他方の導波路２の他端２ｂから出力され、導波路２の端
部２ａから入力された光は導波路１の端部１ｂから出力
される。この状態をバー（ｂａｒ）状態という。

バー状態において、一つの導波路の一端から交差部１２
に入射してくる導波光が領域３を貫通して同じ導波路の
他端へ進む（洩れ込む）ことのないようにするため、領
域３の屈折率の減少幅δｎを充分大きくするか、または
領域３の厚み（第２回のｄ）を充分大きくする必要があ
る。バー状態において、交差部への入射光が同じ導波路
の他端に洩れ込む程度を表わす値δは、次のようにして
求められる。Ｒを反射率とすれば、 と表わされる。例えば、Ｒ＝０．９９とすれば、δ＝２
・６である・一方　　　　　　　　　　。

（但し、λ：光の波長、ｎｆ　：導波路部屈折率〉であ
るので、 δ＝２．６、ｎｆ　＝３、φ／２＝２．５°、δｎ　＝
０．００５、λ＝１．３μＴＩＬとし、コレラを上式に
代入し、ｄを求めると、 ｄへ５μｍ となる。これが、必要なｄの大きざ（最少値）である。

一般的に導波路では、導波路幅８μｍ、導波路部と基板
の屈折率差０．００５程度であり、バー状態においては
、領域３は屈折率がＯ０○０５下がり、導波路としては
働かなくなる。即ち、交差部１２の導波路幅８μｍのう
ち、中央の５μｍの幅は導波路としては作用しなくなり
、その両側に幅１．５μｍの導波路が２本並んでいる状
態になる。このため、その導波路部分が狭くなり、光の
ロスが大きくなる。

このロスを小ざくする方法の一つが昭和６０年−度電子
通信学会半導体、材料部門全国大会講演論文集５７−４
、分冊１第３４７頁、［キャリア注入型光スイッチの特
性」に開示されている。この文献に開示された技術では
、第３図に示すように、交差部１２−を第２図の如く平
行四辺形とはせず、２つの平行な導波路部分の１２８．
１２ｂを含む形状としている。こうすることにより、バ
ー状態における、交差部での光のロスが小さくなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような構造では、電極４に電圧を印加しな
いクロス状態のとき、一方の導波路、例えば１の一端１
ａから入力された光が第４図に符号６で示すように、他
方の導波路２の端部２ｂに進み、クロス１−一りを引き
起こすという問題がある。

本発明の目的は、クロス状態でのクロストークを増加さ
せることなくバー状態での光のロスを減少させ得る導波
型光スイッチを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の導波型光スイッチは、基板中に形成され、互い
に交差して平行四辺形の又差部を形成する２本の導波路
と、 前記平行四辺形の交差部一方の対角線に沿う領域上に形
成された電極とを備え、 前記電極に電圧を印加したとき前記一方の対角線に沿う
領域の屈折率を低下させ、一方の導波路から前記交差部
に入射した光を前記一方の対角線に沿う領域との界面で
全反射させ、他方の導波路に導く導波型光スイッチにお
いて、 前記平行四辺形の交差部の他方の対角線の端部を形成す
る頂点に隣接する基板内に形成され、前記導波路の屈折
率より小さく、かつ前記基板の屈折率より大きい屈折率
を持つ中間屈折率領域を備えたことを特徴とするもので
おる。

〔作用〕

上記のように構成すると、バー状態にあいそ、中間屈折
率領域が導波路の一部を構成し、バー状態における導波
路の幅を実効的に拡大するので、光のロスが小さくなる
。一方、クロス状態においては、第２図の＠造のものに
比ベクロストークが若干増加するが、中間屈折率領域の
屈折率が本来の導波路に比べ小ざいので、第３図の構造
の場合程大きくはならない。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す図である。図示のよう
に、導波型光スイッチは、基板１１上に　　゛形成され
、互いに交差して平行四辺形の交差部１２を形成する２
本の直線導波路１，２と、平行四辺形の交差部１２の一
方の対角線に沿う領域３即ち２本の導波路をともにさえ
ぎる領域３の上に形成された電極４とを備えている。基
板１１は例えばＩｎＰ基板でおり、導波路１，２は、例
えばＬＰＥ　（液相エピタキシャル成長）法により、Ｉ
ｎ　Ｇａ　ＡＳ　Ｐ、Ｉｎ　Ｐ層を多相成長させて形成
したＣ３　Ｐ　（ｃｈａｎｎｅｌｅｄ　−５ｕｂｓｔｒ
ａｔｅ　ｐｌａｎａｒ）　＠造の光導波路でおる。

以上は第２図の光スィッチと同様でおるが、本発明の光
スィッチは、平行四辺形の交差部１２の他方の対角線の
端部を形成する頂点１２ｐ。

１２Ｑに隣接する基板１１内に形成され、導波路１．２
の屈折率より小さく、かつ基板１１の屈折率より大きい
屈折率を持つ領域（中間屈折率領域と呼ぶこととする＞
５８，５ｂを備えている。このような中間屈折率領域は
、例えば、いったん導波路１，２と同様にしてかつ導波
路１，２と同時に形成したＩｎ　Ｇａ　Ａｓ　Ｐ／Ｉｎ
　Ｐ層をエツチングにより薄くすることにより形成され
る。

図示の実施例では、中間屈折率領域５ａ、５ｂと、交差
部１２のうち領域３の両側の部分および導波路１，２の
うち交差部１２に隣接する部分とで、２本の導波路１，
２と略同じ幅で、互いに平行な導波路部分が形成されて
いる。

電極４に電圧が印加されないクロス状態においては、導
波路１又は２の一端の１８又は２ａから入力された光は
交差部１２を直進し、同じ導波部の他％ｉ　１ｂ又は２
ｂから出力される。

電極４に電圧が印加されると、領域３の屈折率が低下し
、バー状態となり、各導波路１又は２の一方の端部１ａ
又は２ａから入力された光は、領域３との界面で全反射
され、異なる導波路２又は１の他方の端部２ｂ又は１ｂ
から出力される。このとき、光の一部は中間屈折率領域
５ａ、５ｂを通る。中間屈折率領域５ａ、５ｂが交差部
における導波路の幅を実効的に拡げるので、バー状態に
おける光のロスが小さくなる。

一方、クロス状態においては、中間屈折率領域５ａ、５
ｂの存在のため、クロストークが若干増加するが、領域
５ａ、５ｂの屈折率が導波路１゜２の屈折率より低いの
で、第３図の場合程は大きくはならない。

以下、この点につき、第４図を参照して説明する。

従来技術の第３図の構造の場合、端部１ａから入力され
た光は交差部１２に進入した際、ここで、導波路１に相
当する閉じ込め構造がなくなるため、符号６，７で示す
ように回折され、導波路２に洩れ込む。

従来技術の第２図の構造においても、符号７で示すよう
に同様の回折、洩れ込みがあるが、閉じ込め構造ではな
い部分が第３図の場合に比べ短いため、Ａ−Ａ−線上で
見たとぎ、洩れ込み量が小さい。しかし、交差部におけ
る実効的導波路幅が狭いため、光のロスが大きい。

本発明では、符号６と同様の洩れ込みがあるものの、領
域５ａ、５ｂの屈折率を導波路に比べ低゛　　くするこ
とにより、その洩れ込みの量を少くしている。即ち、第
３図の構造に比べ、クロス１−一りが小さくなる。一方
、バー状態においては、領域５ａ、５ｂの導波路の一部
として働くため、第２図の構造に比べ光のロスが少くな
る。

導波路幅８μ７ｎ、基板屈折率＝２、導波路屈折率＝２
＋ｏ、００５、光波長＝１．３μｍ、交差角＝４．６°
の場合につき、Ｂ　ＰＭ　（ＢｅａｍＰｒＯｐａ（］ａ
ｔｉＯｎ　Ｍｅｔｈｏｄ）解析法によりシュミレーショ
ンを行なった結果を第５図に示す。中間屈折率領域５ａ
、５ｂの屈折率を２＋０．００３としたとき、クロス状
態におけるクロストークを、第３図の構造に比べ、２ｄ
Ｂ以上と改善できる。領域５の屈折率の値は、クロス状
態にあけるクロス１−一りとバー状態にあ【プるロスと
を勘案し、用途に応じて最適な値に設定し得る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、交差部に隣接して中間屈
折率領域を設けたので、クロス状態にあけるクロストー
クを増加させることなく、バー状態における光のロスを
小ざくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導波型光スイッチの実施例を示す斜視
図、第２図および第３図は従来の導波型光スイッチを示
す斜視図、第４図は第１図乃至第３図の導波型光スイッ
チの交差部における回折の様子を示す要部平面図、第５
図は中間屈折率領域と基板との屈折率差とクロストーク
との関係を示す線図でおる。 １．２・・・導波路、４・・・電極、５ａ、５ｂ・・・
中間屈折率領域、１１・・・基板、１２・・・交差部。 本慶■耳のＷ、ｊ反型光ス不好 箒　ｌ　図 肢米Ｏ眸放！九ス不ソチ ＄　２　図 従来のｌ！波！尤スイッチ 渠３　図 ψ間属折季砿戚屈折率 茶４　目　　　　　　　茶５回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板中に形成され、互いに交差して平行四辺形の交
   差部を形成する２本の導波路と、前記平行四辺形の交差
   部一方の対角線に沿う領域上に形成された電極とを備え
   、 前記電極に電圧を印加したとき前記一方の対角線に沿う
   領域の屈折率を低下させ、一方の導波路から前記交差部
   に入射した光を前記一方の対角線に沿う領域との界面で
   全反射させ、他方の導波路に導く導波型光スイッチにお
   いて、 前記平行四辺形の交差部の他方の対角線の端部を形成す
   る頂点に隣接する基板内に形成され、前記導波路の屈折
   率より小さく、かつ前記基板の屈折率より大きい屈折率
   を持つ中間屈折率領域を備えたことを特徴とする導波型
   光スイッチ。 ２、前記中間屈折率領域と、前記交差部のうち前記一つ
   の対角線に沿う領域の両側の領域および前記導波路のう
   ち前記交差部に隣接する部分とで、前記２本の導波路と
   略同じ幅で、互いに平行な導波路部分が形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の導波型光
   スイッチ。