JPH04155309A - マトリクス光スイッチ - Google Patents

マトリクス光スイッチ

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JPH04155309A
JPH04155309A JP28041490A JP28041490A JPH04155309A JP H04155309 A JPH04155309 A JP H04155309A JP 28041490 A JP28041490 A JP 28041490A JP 28041490 A JP28041490 A JP 28041490A JP H04155309 A JPH04155309 A JP H04155309A
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JP
Japan
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optical
switch
gate switch
photo
absorbing layer
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Application number
JP28041490A
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English (en)
Inventor
Akira Ajisawa
味澤 昭
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH04155309A publication Critical patent/JPH04155309A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、超高速光交換システム等に用いられるマトリ
クス光スィッチに関するものである。
(従来の技術) 近年の光通信システムの発展、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任意にしかも高速に切り換
えるマトリクス光スィッチが挙げられる。
マトリクスの構成としては広帯域信号が扱える、放送モ
ード機能を持つ、マトリクス規模の拡張が容易という点
で、光分岐回路、光ゲートスイッチ、光合流回路よりな
る分岐ゲート型マトリクス光スィッチが優れている。
このタイプの光スイッチとして、姫野らの試作した4X
4マトリクス光スイツチの例が、昭和60年度電子通信
学会予稿集57−3、p、 1−345頁に記載されて
いる。これは光分岐回路、光合流回路として石英系光導
波路を、光ゲートスイッチとしてInGaAsP LD
光ゲートを用いて構成したものである。
(発明が解決しようとする課題) 従来例では光ゲートとしてLD光ゲートを用いるため光
の切り換え速度が遅く、空間分割と時分割を併用する将
来の光交換システムへの適用は困難であるという問題が
あった。
本発明の目的は、高抵抗半導体基板上に光分岐回路と半
導体の電界吸収効果を用いた光ゲートスイッチと光合流
回路を製作することで、光ゲートスイッチ単体の素子容
量を下げ、超高速切り替えを可能とした分岐ゲート型マ
トリクス光スィッチを提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明のマトリクス光スィッチは、高抵抗半導体基板上
に、一つの入射用の光導波路から入った光信号をm(≧
2)本の光分岐にするn個の1×mの光分岐回路と、前
記光分岐回路の各々の分岐先に光学的に結合する位置関
係にあるPIN構造を持つ半導体光導波路と、前記PI
N構造を持つ半導体光導波路に電界を印加する手段と、
前g己n個の光分岐回路の各々m個の分岐先の一つずつ
に接続された前記PIN構造を持つ半導体光導波路に光
学的に結合する位置関係にあるm個のnX1光合流回路
を備えることを特徴とする。
(作用) 本発明はn個の1×mの光分岐回路と、各々の分岐先に
光学的に結合する半導体の電界吸収効果を用いた光ゲー
トスイッチと、更に、それと光学的に結合するm個のn
X1光合流回路が高抵抗半導体基板上に集積された構成
を探っている。基本的な動作は、一つの入力端から入っ
た光をm本に分岐したのち、その後段にある光ゲートス
イッチがON状態の時にのみnXl光合流回路を経由し
て出力ポートに光が出力されるので、光ゲートスイッチ
のON、OFF状態によりマトリクス光スィッチの任意
の切り換え状態が可能となる。
ここで用いられる光ゲートスイッチは素子長が200μ
mと小型で、電圧3v程度で消光比15dB以上と優れ
た特性を有している。従って十分な低電圧で動作するマ
トリクス光スィッチが得られる。更に構成上、光分岐の
数を増やしても一つの入出力間で経由する光ゲートスイ
ッチの段数の増加がないため、分岐数の拡張も非常に容
易である。また電界吸収型の光スィッチの速度は素子の
容量によって決まり、高抵抗半導体基板を用いることに
より素子の寄生容量を大幅に低減でき、40GHz以上
の帯域が得られることが、1990年電子情報通信学会
春季全国大会予稿集4−294頁で述べられている。
従って本発明によるマトリクス光スィッチは、高抵抗半
導体基板上に光分岐回路と電界吸収効果を用いた光ゲー
トスイッチ、光合流回路が集積された構成であるため、
光ゲートスイッチのスイッチング速度が非常に速く、空
間的に分割された光を高速に切り換えるのみならず、時
分割された超高速の光信号を空間的に切り換える空間分
割と時分割を併用した光交換システムへの適用も可能で
ある。
(実施例) 第1図は、本発明によるマトリクス光スィッチの実施例
を示す斜視図、第2図(aXb)はそれぞれ第1図の斜
視図中のA−A’、 B−B’間の断面図である。ここ
では2×2の場合について示し、光分岐回路、光合流回
路としてはY分岐光導波路を各々用いた。材料系として
は、InGaAsP/InP系を用い、光分岐、合流回
路部と光ゲートスイッチ部では導波層波長組成の異なる
ダブルへテロDH構造の光導波路を用いた構造の場合に
つき説明するが、材料、組成、構造はこれに限定される
ものではなく、InAlAs系 InAlAs系、Ga
As/AlGaAs系の材料、更にMQW構造などを用
いてもよい。
まず第2図を用いて本発明の実施例の製作方法について
簡単に説明する。高抵抗証基板1上にn+−InPクラ
ッド層2を厚さ0.5□m、ノンドープの1−InGa
AsP(バンドギャップ波長1.45μm)光吸収層3
を厚さ0.3pm、 p+−InPクラッド層4を厚さ
0.8.gm、MOVPE法により順次成長し、光ゲー
トスイッチとなる層構造をまず成長する。次に光分岐、
合流回路が形成される部分を高抵抗InP基板1が表面
に出るまでフォトリソグラフィ及びエツチングにより落
とし、エツチングされた部分にのみノンドープの1−I
nPクラッド層5を厚さ0.5.4m、 1−InGa
AsP(バンドギャップ波長1.1.um)ガイド層6
を0.3μm、 1−InPりランド層7を0.8μm
1 をMOVPE法により選択的に成長する。これによ
りB−B’間の断面図に示すような層構造が形成される
。光分岐回路及び光合製回路が形成される部分の1−I
nGaAsPガイド層6と光ゲートスイッチとなる1−
InGaAsP光吸収層3と光吸収面3良好な光学的結
合が為されている。
次に、光分岐、合流回路及び光ゲートスイッチ形成のた
め、SiO2マスクパターンを通常のフォトリソグラフ
ィー法により形成する。この時のストライブの幅は1.
5μmである。このSiO2マスクを用い、n−InP
クラッド層2、及び1−InPクラッド層5が表面に露
出するまでエツチングし、まずハイメサ構造の光導波路
パターンを形成し、その後レジストマスクを用い、光ゲ
ートスイッチの導波路の片側でp側電極が形成される部
分のみ更にn”−InPクラッド層2をエツチングし、
高抵抗InP基板lを露出させる。レジストマスクを剥
離後、先はどのSiO□マスクを、そのまま選択成長用
のマスクとして用い高抵抗InP埋め込み層8で全体を
埋め込む。この時点で光分岐回路11a、 llb、光
合製回路12a、 12bは完成し、埋め込み構造の光
導波路が形成される。
光ゲートスイッチのn側の電極を取り出すために、導波
路のp側電極が形成される部分の反対側をエツチングに
より100.zmX 100μm程度の穴を開け、n−
InPクラッド層2を表面に露出させる。最後の第2図
(a)のA−A’での断面図に示すように、光ゲートス
イッチの導波路上及び高抵抗InP基板工上に直接高抵
抗InP埋め込み層8がある側(図中では導波路の右側
)に光ゲートスイッチのp側電極9を形成し、p側電極
9と反対側でn”−InPクラッド層2が表面に出てい
る部分にn側電極10を形成し素子は完成する。基板は
研磨により厚さ約100μ門とし、光ゲートスイッチ部
分の素子長は200.gmであり、またp側電極のパッ
ド部の面積は各々80μm×80μmである。各光ゲー
トスイッチの間隔は250pm、光分岐、合流回路部の
Y分岐の分岐角は5度であり、マトリクス光スィッチと
しての素子サイズは8mmX1mmと小さい。
次にこのマトリクス光スィッチの動作について第1図を
用いて説明する。
入射光の波長を1.55pmとする。光分岐回路11a
11bに入射された光信号14a、 14bは各々2分
割され各光ゲートスイッチに導かれる。光分岐回路のY
分岐の分岐角は5度と非常に小さく、また光分岐回路部
でのガイド層6の波長組成は1.ll1mであるため、
ここでの分岐部での過剰損失、吸収損失はほとんどない
。各光ゲートスイッチへ入射された光は、スイッチの光
吸収層3の逆バイアス電圧がOの時、光ゲートスイッチ
はON状態となるので、そのまま通過し光合製回路を経
由して出力される。光吸収層3に逆バイアス電圧が印加
されると、電界吸収効果により光は吸収され光ゲートス
イッチはOFF状態となる。この時の消光比(ON−O
FF比)は使用波長、光吸収層の波長組成、吸収層の長
さによって決まるが、本実施例の場合では、電圧3vで
消光比15dBが得られ光ゲートスイッチとしては十分
な特性が得られている。これらの光ゲートスイッチのO
N、 OFF状態により入射光14a、 14b、出射
光15a。
15b間での任意の切り換えが可能となる。例えば光ゲ
ートスイッチを13a−OFF、 13b−ON、 1
3c −ON、13d−OFFと設定することで、入射
光14aは出射光15bとして、入射光14bは出射光
15aとしてそれぞれ出力される。
次にスイッチング速度について述べる。作用の項でも述
べた様に、電界効果を用いたスイッチのスイッチング速
度あるいは変調帯域は素子の容量Cによりほぼ決定され
Af= 1/(=rCR)で表される。本発明では高抵
抗半導体基板を用い、p側電極パッドの下はすべて高抵
抗半導体層である゛ため素子の寄生容量がほとんど無視
でき、その結果素子容量が非常に小さくなる構造である
。実施例の場合、素子全体の容量は0.12pFであ)
、光ゲートスイッチの変調周波数帯域は50GHz以上
あるため、超高速のスイッチングが可能である。従って
本発明によるマトリクス光スィッチは、超高速で動作す
る光ゲートスイッチを有しているため、数10Gb/s
程度の超高速光信号の切り換えを必要とする、空間分割
、時分割を併用した将来の光交換システムへの適用が可
能である。
二こでは2X2のマトリクス光スィッチにつし】で、光
分岐、光合流回路としてY分岐を用いたものにつき説明
したが、同様な構成で4X4.8X8への拡張も十分可
能である。この場合光分岐、光合法回路部にY分岐を用
いると素子全体が長くなるが、90度ミラーなどにより
光を垂直に折り返す光分岐、光合流回路を用いれば、数
mm以内でこれらの素子が実現できる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば1×m光分
岐回路と光導波路とnX1光合流回路を用いることによ
り、超高速切り換えが可能なマトリクス光スィッチが得
られ、将来の数十Gb/s以上の超高速光交換システム
の実現に貢献すること大である。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明のマトリクス光スィッチの実施例を示す
斜視図、第2図はその部分断面図である。 図において、1は高抵抗InP基板、2はn”−InP
クラッド層、3は1−InGaAsP光吸収層、4はp
”−InPり・   ラッド層、5は1−InPクラッ
ド層、6は1−InGaAsPガイド層、7は1−In
Pクラッド層、8は高抵抗InP埋め込み層、9はp側
電極、10はn側電極、lla、 Ilbは光分岐回路
、12a、 12bは光合流回路、13a、 13b、
 13c、 13dは光ゲートスイッチ、14a、 1
4bは入射光、15a、 15bは出射光である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高抵抗半導体基板上に、一つの入射用の光導波路から入
    った光信号をm(≧2)本の光に分岐するn個の1×m
    の光分岐回路と、前記光分岐回路の各々の分岐先に光学
    的に結合する位置関係にあるPIN構造を持つ半導体光
    導波路と、前記PIN構造を持つ半導体光導波路に電界
    を印加する手段と、前記n個の光分岐回路の各々m個の
    分岐先の一つずつに接続された前記PIN構造を持つ半
    導体光導波路に光学的に結合する位置関係にあるm個の
    n×1光合流回路を備えることを特徴とするマトリクス
    光スイッチ。
JP28041490A 1990-10-18 1990-10-18 マトリクス光スイッチ Pending JPH04155309A (ja)

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JP (1) JPH04155309A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05341242A (ja) * 1992-06-11 1993-12-24 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 光変調素子
JP2011203382A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体光素子

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JPH05341242A (ja) * 1992-06-11 1993-12-24 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 光変調素子
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