JPH02230219A

JPH02230219A - 光マトリクススイッチ

Info

Publication number: JPH02230219A
Application number: JP5006789A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ikeda; 正宏池田; Satoru Oku; 哲奥; Goji Kawakami; 剛司川上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1990-09-12

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、光ゲート素子と分岐合流回路を用いた光マト
リクススイッチに関するものである。

（従来の技術）第２図は、従来のこの種の光マトリクススイッチの一例
として、４×４光マトリクススイッチを示す構成図であ
る。第２図において、Ｉｉ（ｉ−１〜４）は入力端、Ｏ
ｆは出力端、１は合流側光導波路、２は分岐側光導波路
、３は１×２光分岐合流回路、４は２×２光分岐合流回
路、５はＰＮ接合を有する半導体光ゲート素子で、合流
側光導波路１と２本の分岐側光導波路２の交差部に１×
２光分岐合流回路３を配置し、２本の分岐側光導波路２
同士の交差部には２×２光分岐合流回路４を配置し、か
つ、二つの１×２光分岐合流回路３間を接続した分岐側
光導波路２及び１×２光分岐合流回路３と２×２光分岐
合流回路４とを接続する分岐側光導波路２に半導体光ゲ
ート素子５をそれぞれ挿入、配置して４×４光マトリク
ススイッチを構成している。

上記したＰＮ接合を有する半導体光ゲート素子５につい
ては、文献（例えば、Ｍ．Ｉｋｅｄａ　，　　“Ｌａｓ
ｅｒ　ｄｌｏｄｅ　ｓｖｌｔｃｈ”　ｌＥＬｅｅｔｒｏ
ｎ　％　ｔ，ｅｔｔ，　ｖｏｌ．１７、Ｎｏ２３、ｐｐ
Ｊ９９−９００．１９８１）に詳細に説明されているが
、ここでは、動作原理について簡単に説明する。

例えば、ＰＮ接合を有する半導体光ゲート素子５に順方
向電流が注入されている場合には、半導体レーザの動作
原理と同様に、いわゆる活性層は利得導波路となる。従
って、信号光が利得幅内の波長であれば、入力信号光は
増幅されて出射される。一方、半導体光ゲート素子５に
電流が注入されていない場合には、入力信号光は前記活
性層で吸収されるため出力信号光は出射されない。

このように、半導体光ゲート素子５の順方向電流をオン
，オフすることにより、信号光のゲーティングを行なう
ことができる。

従って、第２図の光マトリクススイッチでは、任意の入
力端Ｉｉから任意の出力端Ｏｉへの経路を設定するため
には、経路途中、即ち、分岐側光導波路２に配置した半
導体光ゲート素子うに順方向電流を注入することによっ
て達成される。これにより、入力端１ｉに入射された入
力信号光は、合流側光導波路１、１×２光分岐合流回路
３、分岐側光導波路２あるいは２×２分岐合流回路４を
介して出力端０１から出射されることになる。

（発明が解決しまうとする課題）しかしながら、上記光マトリクススイッチでは、任意の
入力端１ｉから任意の出力端Ｏｉへの経路途中に、２Ｘ
２光分岐合流回路４を配置しているために、損失が大き
くなってしまい、信頼性に劣るという欠点があった。以
下にその理由を説明する。

Ｍ３図は、上記２Ｘ２光分岐合流回路４の構成図である
。第３図において、４ａは分岐合流溝（以下、分岐溝と
いう）で、入力用の分岐側光導波路２ａ−１あるいは２
ｂ−１から入射する信号光を、出力用の分岐測光導波路
２ａ−２及び２ｂ−２に分岐する。この分岐溝４ａは、
光導波路２ａと２ｂの交差部の対称的な位置に設けてあ
り、その分岐比は、溝の深さや溝の中に埋設する物質の
屈折率を所望の値に設定することにより制御される。

半導体材料によりこれらの回路を構成する場合には、光
導波路を単一モードとする条件下では、コアの大きさが
５μｍ以下となる。一方、上記分岐溝４ａは、フォトリ
ソグラフィ技術と、リアクティブやイオンビーム争エッ
チング技術を用いて作製されるが、現状の技術では、２
μｍ幅以下の分岐溝４８を精度良く作製することは困難
である。

従ウて、第３図中、矢印Ａで示したように、分岐溝４ａ
が宵限の幅を有していると、分岐溝４８１こより反射さ
れた信号光の光軸が、分岐側光導波路２ａ−２あるいは
２ｂ−２の中心軸とずれるこになる。

このような、単一モード光導波路における光軸のずれは
、大きい結合損失を生じさせる。例えば、分岐角が４５
度の場合、分岐溝４ａの幅が２μｍとすると、光゛軸の
ずれ量は、１．８５μｍとなり反射光の結合損失は、３
ｄＢ以上となる。実際に、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの半
導体材料で光導波路を作製し、Ｃｇ２のリアクティブ・
イオン会ビーム・エッチングで２μｍ幅の分岐溝を形成
し、２×２光分岐回路を作製したところ、反射側の光導
波路への結合損失は、５ｄＢ以下の値は得られていない
。このうち、余分な２ｄＢの損失は、分岐溝の平滑性が
悪いためと、溝が垂直に゜切れずに、■溝状になったた
めと考察される。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、小型にして作製が容易で、しかも低損失で、
信頼性の高い光マトリクススイッチを提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、請求項（１）では、の光導波
路を伝播した信号光を二つの光導波路に分岐し、かつ、
これら二つの光導波路を伝播した二つの信号光を前記一
の光導波路に合流する１×２光分岐合流回路を複数有し
、一の１ｘ２光分岐合流回路の分岐側の一の光導波路と
、他の１×２光分岐合流回路の分岐側の一の光導波路と
をそれぞれ接続し、かつ、これらの接続点に光ゲート素
子を配置した。

また、請求項（２）では、各光ゲート素子の光軸を平行
に配置した。

（作　用）請求項（１）によれば、例えば、一の合流側光導波路に
入射された信号光は、一の１×２光分岐合流回路により
、二つの分岐側光導波路に分岐される。これらの分岐さ
れた各信号光は、伝播する分岐側光導波路に配置された
光ゲート素子のゲーティング動作により、その進行が制
御される。このゲーティング動作により光ゲート素子を
通過した信号光は、他の１×２光分岐合流回路に達し、
一の合流側光導波路に合流され、この合流側光導波路を
伝播して当該光マトリクススイッチから出射される。

まｔ二、請求項（２）によれば、均一な特性を有する複
数の光ゲート素子を用いて光マトリクススイッチを構成
できる。

（実施例）第１図は、本発明に係る４×４光マトリクススイッチの
一実施例を示す構成図であって、従来例を示す第２図と
同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、Ｉ　ｉ　
　（ｉ−１〜４）は入力端、Ｏｉは出力端、１は合流側
光導波路、２は分岐側光導波路、３は１×２光分岐合流
回路、５はＰＮ接合を有する半導体光ゲート素子である
。

１×２光分岐合流回路３は、合流側光導波路１を伝播し
た信号光を透過及び反射して二つの分岐側光導波路２に
分岐し、かつ、逆に二つの分岐側光導波路２を伝播した
信号光を合流側光導波路１に合流する。

第４図は、このような機能を有する１×２光分岐合流回
路３の構成図である。第４図において、３ａは満幅がほ
ぼ２μｍの分岐合流溝（以下、分岐溝という）で、合流
側光導波路１から入射する信号光を分岐側光導波路２−
１．２−２へ分岐し、かつ、分岐側光導波路２−１．２
−２から入射した二つの信号光を合流側光導波路１へ合
流する。

この分岐溝３ａは、第４図に示すように、直線状に配置
した合流側光導波路１，分岐側光導波路２−１と所定の
分岐角をもって交差する分岐側光導波路２−２との交差
部の、いわゆる対角線上にその反射面３ａｒを配置し、
反射光の光軸と分岐側光導波路２−２の中心軸とずれな
いような構成としている。

第１図の光マトリクススイッチでは、このような機能、
構成を有する１×２光分岐合流回路３を４行６列の２４
個をマトリクス状に配置し、第１列目の１×２光分岐合
流回路３の合流側光導波路１を入力光導波路、第６列目
の１×２光分岐合流回路３の合流側光導波路１を出力光
導波路とし、第１列目と第２列目、第３列目と第４列目
及び第５列目と第６列目の各１×２光分岐合流回路３の
分岐側光導波路２同士を任意に接続し、かつ、第２列目
と第３列目及び第４列目と第５列目の各１×２光分岐合
流回路３の合流側光導波路１同士を接続して、さらに、
各分岐側光導波路２同士の接続点に半導体光ゲート素子
５をそれぞれ配置して、４Ｘ４光マトリクススイッチを
構成している。

このような構成において、任意の入力端Ｉｔから任意の
出力端Ｏｉへの経路を設定するためには、経路途中、即
ち、分岐側光導波路２に配置した半導体光ゲート素子５
に順方向電流を注入することによって達成される。これ
により、入力端Ｉｔに入射された入力信号光は、設定さ
れた経路上の各合流側光導波路１、１×２光分岐合流回
路３、分岐側光導波路２を介して出力端Ｏｉから出射さ
れることになる。

このとき、１×２光分岐合流回路３における信号光の分
岐または合流時には、上述したように、反射光の光軸が
分岐側光導波路２の中心軸とずれることはなく、かつ、
透過光に対しても、分岐溝３８の幅が２μｍ程度では透
過光の光軸のずれもなく、結合損失は極めて小さくなっ
ている。

以上のように、本第１の実施例によれば、上記第４図に
示したような構成の１×２光分岐合流回路３のみを複数
個用いて、いわゆるリンク型の光マトリクススイッチを
構成しているため、小型で、低損失な光マトリクススイ
ッチを実現している。

また、１×２光分岐合流回路３の分岐溝３８の幅は２μ
ｍ程度と、比較的広くてよいため、光マトリクススイッ
チの作製も容易となる。

第５図は、・本発明に係る４×４光マトリクススイッチ
の第２の実施例を示す構成図である。本第２の実施例と
前記第１の実施例の異なる点は、各分岐側光導波路２同
士の接続中点に挿入した半導体光ゲート素子５の光軸を
全て平行に配置したことにある。

このような構成の第２の実施例では、前記第１の実施例
の効果に加えて、半導体光ゲート素子５の作製を容易に
し、特性を均一にする点で効果がある。特に、半導体光
ゲート素子５の分岐側光導波路２の光軸に対して、垂直
断面の埋め込み成長時や、リッジ型光導波路とする場合
のエッチング加工に対して結晶方位が一方向であるため
作製が容易である。

第６図は、本発明に係る４×４光マトリクススイッチの
第３の実施例を示す構成図である。本第３の実施例と前
記第２の実施例の異なる点は、各１×２光分岐合流回路
３の、いわゆる分岐合流部を対称形に構成して、３ｄＢ
カツブラ３１としたところにあり、前記第２の実施例と
同様の効果を得ることができる。

また、本第３の実施例の３ｄＢカツブラ３１は直線形と
したが、曲線形としてもよく、他の如何なる３ｄＢカッ
プラを用いてもよいことはいうまでもない。

なお、上記第１乃至第３の実施例においては、４×４光
マトリクススイッチを例にとり説明したが、これに限定
されるものではな＜％８Ｘ８．１６Ｘ１６．・・・等の
大規模光マトリクススイッチにも、本発明が適用できる
ことはいうまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、請求項（１）によれば、複数の１
×２光分岐合流回路と光ゲート素子のみで光マトリクス
スイッチを構成したので、以下のような利点がある。

■信号光の分岐あるいは合流時の過剰損失を小さくでき
る。

■作製時の許容度が大きく、容易に作製できる。

■小型で高集積化が可能である。

■いわゆるリンク型の光スイッチ網を構成できるため、
入出力端子間の設定経路の多重度が太きくなり、使用時
の融通性にすぐれている。

また、請求項（２）によれば、光ゲート素子の作製が容
易となり、上記した請求項（１）の効果に加えて、さら
に光マトリクススイッチを容易に作製できる利点がある

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る４×４光マトリクススイッチの第
１の実施例を示す構成図、第２図は従来の４Ｘ４光マト
リクススイッチの構成図、第３図は２×２光分岐合流回
路の構成図、第４図は本発明に係る１×２光分岐合流回
路の構成図、第５図は本発明に係る４×４光マトリクス
スイッチの第２の実施例を示す構成図、第６図は本発明
に係る４×４光マトリクススイッチの第３の実施例を示
す構成図である，図中、１・・・合流側光導波路、２・・・分岐側光導波
路、３・・・１×２光分岐合流回路、３１・・・３ｄＢ
カップラ、５・・・半導体光ゲート素子。特許出願人　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一の光導波路を伝播した信号光を二つの光導波路
に分岐し、かつ、これら二つの光導波路を伝播した二つ
の信号光を前記一の光導波路に合流する１×２光分岐合
流回路を複数有し、一の１×２光分岐合流回路の分岐側の一の光導波路と、
他の１×２光分岐合流回路の分岐側の一の光導波路とを
それぞれ接続し、かつ、これらの接続点に光ゲート素子を配置したことを特徴とする光マトリクススイッチ。
（２）前記各光ゲート素子の光軸を平行に配置した請求
項（１）記載の光マトリクススイッチ。