JPH04199030A - 光スイッチ - 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】 〔概　要〕 ２つの光導波路を結合した構造を有する光スィッチに関
し、 同一波長の光が入力する場合の動作を正確に行わせるこ
とを目的とし、 第一及び第二の導波路の結合領域においていずれか一方
の前記導波路に屈折率変化用の電極を取付けるとともに
、いずれか一方の前記導波路の入力側に位相変換素子又
は波長変換素子を設けたことを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光スィッチに関し、より詳しくは、２つの光
導波路の一部を結合させた構造を有する光スィッチに関
する。

近年、長距離・大容量の光通信システムが急速に発達し
、その存用性が高まった。この通信システムの信号を処
理する部分では、光信号を一端電気信号に変え、電気的
に処理した後に再び光信号に戻す方法が採られていた。

しかし、光の広帯域性を生かす上でも、また、信号処理
部の構成素子数を凍らす上でも、光信号を光の状態のま
ま処理できる信号処理技術の開発が望まれていた。この
ような新しい光信号処理システムを構成する素子の一つ
に光スィッチがある。

〔従来の技術〕

光通信システムにおいて光伝送路を切り換える装置とし
て、光スィッチが提案されている。

この装置は、例えば第５図（ａ）に示すように、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５０の上にｎ−ＩｎＰ層５１、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ５２層、ｎ−ＩｎＰ層５３、ｐ−１ｎＰ層５４を積
層するとともに、最上のｐ−１ｎＰ層５４と、その下の
ｎ−−１ｎＰ層５３の上層部をパターニングして２つの
凸部を形成し、凸部の下のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層５２が
光導波路５５．５６となるように構成されている。

また、２つの凸部は第５図（ｂ）に示すように光スイツ
チの中央近傍で接近し、第一の光導波路５５と第二の光
導波路５６とが光学的に結合するように構成されている
。そして、第一の光導波路５５から入力した光信号し、
が結合領域で第二の光導波路５６に入ってその出力ポー
トＰ４に出力し、また、第二の光導波路５６から入力し
た光信号Ｌ２が第一の光導波路５５の出カポ−）　Ｐ　
３から出るような構造となっている。

また、結合領域の第一の光導波路５５のρ−１ｎＰ層５
４の上面と、ｎ−１ｎＰ基板５０の下面にはそれぞれ電
極５７．５８が形成され、これらの間に電圧を印加して
第一の光導波路５５の屈折率を変えることにより、第一
の光導波路５５から入力した光信号り、をその出力ポー
トＰ、から放出し、第二の光導波路５６から入力した光
信号Ｌ２をその出力ポートＰ４から出すように構成され
ている。

このため、電圧印加の有無により、入射してきた光信号
Ｌ＋　、Ｌｚの出力ポートを自由に切り換えることがで
きる。

ところで、上記した光スィッチにおいては、片側の光導
波路５５　（５６）だけでなく両側の光導波路５５．５
６に光を入射するような使い方もできる。即ち、２つの
光信号り、　、Ｌ、がある場合、電極５７．５８に電圧
を印加しない場合は、それぞれ対角線方向の出力ポート
から光信号を放出し、また、電圧を印加するときは同一
の光導波路５５．５６に沿って光信号を進行させて出力
することになる。

このように、電圧印加により２つの光の光路を同時に切
り換えるような使い方もできる。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし、光通信システムの構成如何によっては、同一波
長の光信号り、　、Ｌ、が第一、第二の入力ポートＰ、
　、Ｐ、に入ることがあり、これによって光導波路５５
．５６の結合領域における２つの光信号Ｌ＋　、Ｌｚの
干渉が強くなることがある。

この結果、電極５７．５８間に電圧を印加しない場合に
は、第一の入力ポートＰ、に入った光信号Ｌ１が、第二
の出力ポートＰ４だけでなく、第一の出力ポートＰ、か
らも出力されることになり、光スィッチが誤動作すると
いった問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって
、同一波長の光が入力する場合の動作を正確に行わせる
ことができる光スィッチを従供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段） 上記した課題は、第１．２図に例示するように、第一及
び第二の光導波路２．３の結合領域Ｘにおけるいずれか
一方の光導波路２の上に屈折率変化用の第一の電極１７
を設けるとともに、いずれか一方の前記光導波Ｉ１１，
２の上の入力部近傍に、位相変換用電圧を印加する第二
の電極１８を形成したことを特徴とする方向性結合器型
光スイッチによって解決する。

または、第３．４図に例示するように、第一及び第二の
光導波路５．６の結合領域Ｘにおいていずれか一方の光
導波路５の上に屈折率変化用の電極２７を設けるととも
に、前記光導波路５のいずれか一方の入力側に波長変換
素子７を設けたことを特徴とする方向性結合器型光スイ
ッチによって達成する。

（作　用） 第１の本発明によれば、２つの光導波路２．３の結合領
域において、いずれか一方の光導波路２の入力部近傍に
第二の電極１８を形成するようにしている。

この場合、第二の電極１日に高周波電圧を印加すると、
ここを通過する光信号は位相が変化して等価的に波長（
周波数）変化を受けることになる。

したがって、２つの光導波路２．３に同一波長の光信号
が入力しても、光導波路２．３の結合領域Ｘでは双方の
光信号は強く干渉しなくなり、第一の電極１７の印加電
圧の有無による光伝送路の切換えが正常に行われる。

また、第２の発明によれば、２つの光導波路５．６のう
ち、いずれか一方の光導波路の入力側に波長変換素子７
を形成している。

波長変換素子７としては、例えばＤＢＲミラーやＤＦＢ
ミラーを有する双安定半導体レーザがあり、これによれ
ば、入出力間で光信号の波長を変えることができ、２つ
の光導波路５．６に同一波長の光が入ってもその結合領
域Ｘにおいて干渉は起きず、正常に動作することになる
。

［実施例］ そこで、以下に本発明の詳細を図面に基づいて説明する
。

（ａ）本発明の第１実施例の説明 第１図は、本発明の第１実施例を示す装置の平面図、第
２［Ｆ（ａ）、（ｔｌ）、（Ｃ）は、それぞれ第１図に
示す装置のＡ−Ａ線、Ｂ　−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線の断面図で
ある。

図中符号１は、光の伝送路を切り換える光スィッチで、
２つの光導波路２．３を有し、それらの光導波路２．３
は、中央の結合領域で接近するように配置されており、
光スィッチｌに電圧が印加されていない状態で一方の光
導波路２（３）に入った光が他方の光導波路３（２）の
出力ポートＰ　０ＬＩＴ□（ＰｏｌｌＴｌ）から出力す
るように構成されている。

上記した光スィッチ１は、ｎ−１ｎＰ基板１０の上に１
−ＩｎＰ層１１、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−１ｎ
Ｐ層１３、ｐ−１ｎＰ層１４を形成した層構造を有し、
また、上側のｎ−４ｎＰ層１４の上層部には、その上の
ｐ−１ｎＰ層１３とともにパクーニングされた２つの凸
部１５．１６が形成されており、これらの凸部１５．１
６に沿って上記光導波路２．３が構成されている。

また、第一の光導波路２の上のｐ−１ｎＰ層１３のうち
、第二の光導波路３に接近する結合領域Ｘの上には、第
一のｐ電極１７が形成され、また、入力ボートＰｉ−＋
近傍のｐ−１ｎＰ層１３の上には第二のＰ電極１８が形
成されている。

さらに、ｎ−１ｎＰ基板１０の下面にはｎ電極１９が形
成され、この電極１９は接地線に接続されている。

次に、上記した実施例の作用について説明する。

上述した実施例において、第一及び第二の光導波路２．
３のそれぞれの入力ボートＰ、、、、　、Ｐ、、１□に
同一波長の光信号Ｌ１、Ｌ２を入力する場合に、第二の
ｐ型電極］８に１〜１０ＧＨｚ程度の高周波電圧を印加
すると、その下の第一の光導波路２の屈折率が変化し、
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２を伝播する光信号Ｌ１の位相
は変わり、等価的に波長（周波数）変化を受ける。

そして、第一の光導波路２の結合領域Ｘに進んだ第一の
光信号り、の波長は、第二の光導波路３に入力した第二
の光信号Ｌ２の波長と相違することになるために、結合
領域Ｘにおいて２つの光の干渉効果が弱まる。

この結果、第一の光信号り、は第二の光導波路３の出力
ポートＰ。ｕｔ□から出力し、また、第二の光信号Ｌ２
は第一の光導波Ｆａ２の出カポ−）Ｐ。Ｕｌｌから出力
することになり、光の伝送路の切換えが正常に行われる
ことになる。

これに対して、第一の光導波路２の結合領域Ｘに形成し
た第一のｐ電極１７に直流電圧を加えると、その光導波
路２の屈折率が変化し、結合領域Ｘにおける光の結合状
態が変わるため光信号し。

は、第一の光導波路２の出力ポートＰ。、１から出、光
信号Ｌ２は出力ポートＰａｕＬ２から出る。この場合も
第二のｐｔ電極１８高周波電圧が加わっているため、光
の干渉は殆ど生しず、光の伝送路の切換が正常に行われ
ることになる。

なお、上記した第二のＰ電極１８を第一の光導波路２の
入力ポートＰｉｎ＋　の近傍に設けたが、第二の光導波
路３の入力ポートＰ、ｆｉ２の近傍に設け、ここを通過
する光の位相をずらすようにしてもよい。

（ｂ）本発明の第２の実施例の説明 上記した実施例では、第一の光導波路２の入力ボート近
傍領域におけるｐ−１ｎＰ層１４の上に、ｎ電極１８を
設け、これに高周波電圧を印加して光信号の位相を変調
し、等価的に波長変化を行うようにしたが、はぼ同−領
域に半導体波長変換素子を形成して、光の波長を変える
ようにすることもでき、以下にその詳細を説明する。

第３回は、本発明の第２の実施例を示す平面図、第４図
は、第３図のＤ−Ｄ線断面図、Ｅ−Ｅ線部分拡大断面図
を示すものである。なお、第３図のＡ−Ａ線断面図、Ｂ
−Ｂ線断面図は第２図と同様の構造になっているので省
略する。

この光スィッチ４は、第１実施例と同様に、ｎ−ｒｎＰ
基板２０の上にｎ−ＩｎＰ層２Ｌ１．３μｍｌ成の第一
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層２２、ｎ−上２２ｎＰ２Ｏ５−
１ｎＰ層２４を積層するとともに、ｐ−１ｎＰ層２４と
、その下のｎ−ＩｎＰｎＰ２Ｏ５層部を同時にパターニ
ングして２つの凸部２５．２６を形成し、凸部２５．２
６の下方のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層２３が光スイッチ４の
光導波路５．６となるように構成されている。

また、２つの凸部２５．２６は、第１図に示すと同様に
、光スィッチ４の中央近傍の結合領域Ｘで接近するよう
に形成されており、無電圧状態では、第一の光導波路５
から入力した光が結合領域Ｘで第二の光導波路６にかか
り、ここから第二の光導波路６の出力ポートＰ、、、□
進行し、第二〇光導波路６から入力した光Ｐ２が第一の
光導波路５の出力ポートＰＯｕＬｌから出るような構造
となっている。

さらに、結合領域Ｘにおける第一の光導波路５のｐ−１
ｎＰ層２４の上面には第一のｎ電極２７が形成され、ｎ
−１ｎＰ基板２０の下面にはそれぞれｎｌを極２７が形
成され、第一のｎ電極２７とｎ電極２９との間に電圧を
印加することにより、ｐ型電極２７の下に形成される光
導波路５の屈折率が大きくなるように構成されている。

ところで、第一の光導波路５の入力ポートＰ、ｎ。

近傍の光スイッチ４の構造は次のようになっている。

即ち、第一のｎ　−ＩｎＧａＡｓＰ層２２とその上２２
−−ＴｎＰ層２３の間には、第一の光導波路５に沿って
、１．５５ｚｚｍ組成の第二のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層３
０が入力端から所定の長さに形成されている。また、第
二のｎ　”−ＩｎＧａＡｓＰ層３０の結合領域Ｘ寄りの
端部近傍にある第一のｎ　−ｒｎＧａＡｓＰ層２２とそ
の下２２−−１ｎＰ層２Ｉの界面には、波長選択性の高
い回折格子３１が第一の光導波路５に沿って所定の長さ
に形成されている。なお、回折格子３１は、下側のｎ−
４ｎＰ層２１の表面を干渉露光法によって形成したもの
である。

さらに、ｐ−ＩｎＰ層２４の上には、第二〇〇−−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層３０に対向する第二のｎ電極２８が形成さ
れ、また、このｐ電極２日には、第一の光導波路５を横
切る隙間３２が形成されており、その隙間３２の直下に
ある第二のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層３０が可飽和吸収体と
なるように構成されている。

これによって、第一の光導波路５の入力ポートＰ　ｉｎ
ｌ　には、タンデム電極を有するＤＢＲ型の双安定半導
体レーザよりなる波長変換素子７が形成されることにな
り、その発振波長は入力する光信号の波長と異なるよう
に形成されている。

なお、波長変換素子７は第二の導波路６の入力側に設け
てもよい。

次に、上記した装置の作用を説明する。

まず、波長変換素子７の第二のｎ電極２８に直流電圧を
印加して発振閾電流よりも僅かに小さな注入電流を流し
、可飽和吸収体の吸収係数を低下させておく。

この状態で、第一、二の光導波路５．６に同一波長λ、
、の光信号を入力すると、波長変換素子７においては、
その光信号によって第二のｎ−４ｎＧａＡｓＰ層３０の
可飽和吸収体が飽和状態になり、波長変換素子７は発振
を開始する。

これにより、光信号と異なる波長λ。の光が波長変換素
子７から出力され、その発振波長λ。は、λ。−λｌ／
Ｅとなる。ただし、λ、は回折格子３１のフラッグ波長
、ｌは回折次数である。

したがって、第一の光導波路５に入力した波長λ、７の
光信号は、波長変換素子７により波長７゜に変換され、
これが結合領域Ｘに進行することになる。

この結果、第１実施例と同様に、光スィッチ４の２つの
導波路５．６に同一波長の光信号が入力しても、その結
合領域Ｘにおいて波長が異なるように制御されるので、
２つの光信号の干渉は弱くなり、光スイ／チ４の誤動作
がなくなる。

なお、上記した２つの実施例では単体の光スィッチ１．
４の場合を示したが、それらをマトリクス状に連結した
光スィッチに適用することも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように第１の本発明によれば、２つの光導波
路の結合領域において、いずれか一方の光導波路の入力
部近傍に第二の電極を形成したので、第二の電極に高周
波電圧を印加すると、ここを通過する光信号は位相が変
化して等価的に波長（周波数）変化を受けることになり
、２つの光導波路に同一波長の光信号が入力しても、光
導波路の結合領域では双方の光信号は強く干渉しなくな
り、第一の電極の印加電圧の有無による光伝送路の切換
えを正常に行うことができる。

また、第２の発明によれば、２つの光導波路のうち、い
ずれか一方の光導波路の入力側に波長変換素子を形成し
たので、入出力間で光信号の波長を変えることができ、
２つの光導波路に同一波長の光が入ってもその結合領域
での干渉は起きず、正常に動作することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例装置を示す平面図、 第２図は、本発明の第１実施例装置を示す断面図、 第３図は、本発明の第２実施例装置を示す平面図、 第４図は、本発明の第２実施例装置を示す断面図、 第５図は、従来装置の一例を示す断面図及び平面図であ
る。 （符号の説明） １．４・・・光スィッチ、 ２．３．５．６・・・導波路、 ７・・・波長変換素子、 １０．２０−　ｎ　−１ｎＰ基板、 １１．２１−　ｎ−ＩｎＰ層、 １２．２２−　ｎ−４ｎＧａＡｓＰ層、１３．２３　・
＝　ｎ−ＩｎＰ層、 １４．２４　・＝　Ｐ　−１ｎＰ層、 １５．１６．２５．２６・・・凸部、 １７．１８．２７．２８・・・Ｐ電極、１９．２９・・
・ｎ電極、 ３０−　ｎ　−−１ｎＧａＡｓＰ層、 ３１・・・回折格子、 ３２・・・間隙。 出　願　人　　冨士通株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一及び第二の光導波路（２、３）の結合領域（
   Ｘ）におけるいずれか一方の光導波路（２）の上に屈折
   率変化用の第一の電極（１７）を設けるとともに、 いずれか一方の前記光導波路（２）の上の入力部近傍に
   、位相変換用電圧を印加する第二の電極（１８）を形成
   したことを特徴とする方向性結合器型光スイッチ。
2. （２）第一及び第二の光導波路（５、６）の結合領域（
   Ｘ）においていずれか一方の光導波路（５）の上に屈折
   率変化用の電極（２７）を設けるとともに、 前記光導波路（５）のいずれか一方の入力側に波長変換
   素子（７）を設けたことを特徴とする方向性結合器型光
   スイッチ。