JPH0659294A - 導波路形光スイッチ - Google Patents
導波路形光スイッチInfo
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- JPH0659294A JPH0659294A JP21527792A JP21527792A JPH0659294A JP H0659294 A JPH0659294 A JP H0659294A JP 21527792 A JP21527792 A JP 21527792A JP 21527792 A JP21527792 A JP 21527792A JP H0659294 A JPH0659294 A JP H0659294A
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- optical
- optical switch
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、クロストークが低くクロス
トークの点で製作性がよく歩留まりの優れた導波路形光
スイッチを提供することにある。 【構成】 光吸収部ＩＶは光スイッチ部ＩＩと光出力部
ＩＩＩとの間に配設されており、光スイッチ部ＩＩおよ
び光出力部ＩＩＩとはそれぞれ電気的分離溝９によって
分離されている。この光吸収部ＩＶの構成を説明する
と、出力ポートＣ側ではｐ−ＩｎＰクラッド層３の上に
ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層２が設けられ、このキャ
ップ層２の上に電極１０が形成されている。また、出力
ポートＤ側では、同様にｐ−ＩｎＰクラッド層３上のｐ
+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層２の上に電極１１が形成さ
れている。
トークの点で製作性がよく歩留まりの優れた導波路形光
スイッチを提供することにある。 【構成】 光吸収部ＩＶは光スイッチ部ＩＩと光出力部
ＩＩＩとの間に配設されており、光スイッチ部ＩＩおよ
び光出力部ＩＩＩとはそれぞれ電気的分離溝９によって
分離されている。この光吸収部ＩＶの構成を説明する
と、出力ポートＣ側ではｐ−ＩｎＰクラッド層３の上に
ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層２が設けられ、このキャ
ップ層２の上に電極１０が形成されている。また、出力
ポートＤ側では、同様にｐ−ＩｎＰクラッド層３上のｐ
+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層２の上に電極１１が形成さ
れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、クロストーク特性の優
れた製作性のよい導波路形光スイッチに関するものであ
る。
れた製作性のよい導波路形光スイッチに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】光変調や半導体導波路形光スイッチに適
用する光デバイスとして、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉｐ
ｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：以下、ＭＱＷと略
す）半導体材料を用いたものがある。これらの材料は大
きな量子井戸閉じ込め効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆ
ｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ：以下、ＱＣＳＥ
と略す）に起因する電気光学効果を有しているので、高
効率で小形の光変調器や導波路形光スイッチ等種々の光
デバイスを実現できるなどの特徴があり、これらの光デ
バイスの研究が進められている。
用する光デバイスとして、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉｐ
ｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：以下、ＭＱＷと略
す）半導体材料を用いたものがある。これらの材料は大
きな量子井戸閉じ込め効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆ
ｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ：以下、ＱＣＳＥ
と略す）に起因する電気光学効果を有しているので、高
効率で小形の光変調器や導波路形光スイッチ等種々の光
デバイスを実現できるなどの特徴があり、これらの光デ
バイスの研究が進められている。
【０００３】図８は、ＭＱＷを用いた従来の方向性結合
器形光スイッチの斜視図であり、図９は図８のＡＡ′線
断面図である。図中、１はｐ側電極、２はｐ+ −ＩｎＧ
ａＡｓキャップ層、３はｐ−ＩｎＰクラッド層、４はｉ
−ＩｎＰクラッド層、５はｉ−ＭＱＷ層、６はｎ−Ｉｎ
Ｐ基板、７はｎ側電極、９は電気的分離溝である。ここ
で、ＭＱＷ層５は、ＩｎＧａＡｌＡｓウェル９ｎｍ、Ｉ
ｎＡｌＡｓバリア５ｎｍでヘビーホールエキシトン（Ｈ
ｅａｖｙ−ｈｏｌｅ ｅｘｃｉｔｏｎ）の吸収ピークを
１．４４μｍに設定でき、１．５５μｍの波長でスイッ
チング動作させることができる。図８中のＩは光入力
部、ＩＩは光スイッチ部、ＩＩＩは光出力部である。こ
れを動作させるには、ｐ側電極１とｎ側電極７との間に
電界を加えればよい。つまり、この光スイッチでは、導
波路に直接電界を印加し、ＭＱＷ構造に起因する電気光
学効果により、光の吸収係数が長波長側に少しシフトす
る。吸収係数が変化するとクラマース−クローニヒの関
係から屈折率が変化し、これに伴い導波路の屈折率を変
えスイッチングを行う構造である。なお、ｉ−ＭＱＷ層
５の形成材料としてはＱＣＳＥを有する材料以外にフラ
ンツーケルディシュ効果を有するｉ−ＩｎＧａＡｓＰな
どバルク材料でもよい。
器形光スイッチの斜視図であり、図９は図８のＡＡ′線
断面図である。図中、１はｐ側電極、２はｐ+ −ＩｎＧ
ａＡｓキャップ層、３はｐ−ＩｎＰクラッド層、４はｉ
−ＩｎＰクラッド層、５はｉ−ＭＱＷ層、６はｎ−Ｉｎ
Ｐ基板、７はｎ側電極、９は電気的分離溝である。ここ
で、ＭＱＷ層５は、ＩｎＧａＡｌＡｓウェル９ｎｍ、Ｉ
ｎＡｌＡｓバリア５ｎｍでヘビーホールエキシトン（Ｈ
ｅａｖｙ−ｈｏｌｅ ｅｘｃｉｔｏｎ）の吸収ピークを
１．４４μｍに設定でき、１．５５μｍの波長でスイッ
チング動作させることができる。図８中のＩは光入力
部、ＩＩは光スイッチ部、ＩＩＩは光出力部である。こ
れを動作させるには、ｐ側電極１とｎ側電極７との間に
電界を加えればよい。つまり、この光スイッチでは、導
波路に直接電界を印加し、ＭＱＷ構造に起因する電気光
学効果により、光の吸収係数が長波長側に少しシフトす
る。吸収係数が変化するとクラマース−クローニヒの関
係から屈折率が変化し、これに伴い導波路の屈折率を変
えスイッチングを行う構造である。なお、ｉ−ＭＱＷ層
５の形成材料としてはＱＣＳＥを有する材料以外にフラ
ンツーケルディシュ効果を有するｉ−ＩｎＧａＡｓＰな
どバルク材料でもよい。
【０００４】この方向性結合器形光スイッチを製作する
際の主な工程は次のようになる。
際の主な工程は次のようになる。
【０００５】 図１０のように、ｎ−ＩｎＰ基板６の
上にｉ−ＭＱＷ層５、ｉ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層３、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層２を
この順に結晶成長する。
上にｉ−ＭＱＷ層５、ｉ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層３、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層２を
この順に結晶成長する。
【０００６】 ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層２の上
にスピンコート法でフォトレジスト８を塗布したのち、
フォトリソグラフィー技術により図１１のように所定の
位置にフォトレジスト８を形成する。
にスピンコート法でフォトレジスト８を塗布したのち、
フォトリソグラフィー技術により図１１のように所定の
位置にフォトレジスト８を形成する。
【０００７】 このフォトレジスト８をマスクとし
て、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによ
り図１２のようなメサを形成する。
て、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによ
り図１２のようなメサを形成する。
【０００８】 同様にフォトリソグラフィー技術を用
いて、図８に示すように、光スイッチ部ＩＩと光入力部
Ｉとの間、および光スイッチ部ＩＩと光出力部ＩＩＩと
の間にそれぞれ電気的分離溝９を形成するとともに、ｐ
側電極１およびｎ側電極７を形成したのち、片側のｐ側
電極１およびキャップ層２を除去することにより、図８
の光スイッチができあがる。
いて、図８に示すように、光スイッチ部ＩＩと光入力部
Ｉとの間、および光スイッチ部ＩＩと光出力部ＩＩＩと
の間にそれぞれ電気的分離溝９を形成するとともに、ｐ
側電極１およびｎ側電極７を形成したのち、片側のｐ側
電極１およびキャップ層２を除去することにより、図８
の光スイッチができあがる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
の方向性結合器形光スイッチでは、ｐ−ＩｎＰ層３とｉ
−ＩｎＰ層４との接触面でのｐ−ＩｎＰ層の幅Ｗやギャ
ップＧの製作時におけるばらつきが大きく、さらにはエ
ッチングの際にメサが対称に削れず、２つの導波路の中
心間の距離Ｓもばらつく場合もある。２つのメサが対称
に削れないと、２本の光導波路の等価屈折率が異なる。
重さの異なった２つの振子が完全にエネルギーをやりと
りできない例からわかるように、方向性結合器を形成す
る２本の光導波路間の光の乗り移りが不完全となり、漏
れ光即ちクロストークが生じる。また、ｐ−ＩｎＰ層の
幅Ｗ、ギャップＧ、および導波路間距離Ｓのばらつきは
導波光の完全結合長（導波光が完全に乗り移る長さ）が
ばらつくことにつながり、導波光としての完全結合長と
製作した結合長との違いから、この場合も導波光のクロ
ストークを生じさせてしまう。そのため、通常２μｍ程
度の幅ＷおよびギャップＧに対して、０．１μｍ以下の
製作精度が要求され、製作が困難であるとともに、その
製作の歩留まりが著しく低くなる。
の方向性結合器形光スイッチでは、ｐ−ＩｎＰ層３とｉ
−ＩｎＰ層４との接触面でのｐ−ＩｎＰ層の幅Ｗやギャ
ップＧの製作時におけるばらつきが大きく、さらにはエ
ッチングの際にメサが対称に削れず、２つの導波路の中
心間の距離Ｓもばらつく場合もある。２つのメサが対称
に削れないと、２本の光導波路の等価屈折率が異なる。
重さの異なった２つの振子が完全にエネルギーをやりと
りできない例からわかるように、方向性結合器を形成す
る２本の光導波路間の光の乗り移りが不完全となり、漏
れ光即ちクロストークが生じる。また、ｐ−ＩｎＰ層の
幅Ｗ、ギャップＧ、および導波路間距離Ｓのばらつきは
導波光の完全結合長（導波光が完全に乗り移る長さ）が
ばらつくことにつながり、導波光としての完全結合長と
製作した結合長との違いから、この場合も導波光のクロ
ストークを生じさせてしまう。そのため、通常２μｍ程
度の幅ＷおよびギャップＧに対して、０．１μｍ以下の
製作精度が要求され、製作が困難であるとともに、その
製作の歩留まりが著しく低くなる。
【００１０】以上、２入力、２出力（２×２スイッチ）
について説明したが、次に規模の大きなスイッチとし
て、４×４スイッチについて説明する。図１３には従来
形４×４ダイレーテッド−ベネス（Ｄｉｌａｔｅｄ−Ｂ
ｅｎｅｓ）ノンブロックスイッチ構成を示す。ここでノ
ンブロック構成とは、任意のポートから入力した光を任
意のポートに出力できる構成を意味している。なお、図
１３中の四角形の１ボックスがスイッチユニットとして
の２×２スイッチ要素に対応する。
について説明したが、次に規模の大きなスイッチとし
て、４×４スイッチについて説明する。図１３には従来
形４×４ダイレーテッド−ベネス（Ｄｉｌａｔｅｄ−Ｂ
ｅｎｅｓ）ノンブロックスイッチ構成を示す。ここでノ
ンブロック構成とは、任意のポートから入力した光を任
意のポートに出力できる構成を意味している。なお、図
１３中の四角形の１ボックスがスイッチユニットとして
の２×２スイッチ要素に対応する。
【００１１】次に、前段における光の漏れ即ちクロスト
ークが次段の混信率に与える影響を簡単に考察する。例
えば、Ｐ1 の光パワーをバー状態（切り替えずに通り抜
ける状態）のＳＷ１に入力したとすると、主パワーはＳ
Ｗ１内に実線で示したように通過するが、γＰ1 のクロ
ストークが生じる（ここでγはクロストーク率）。この
γＰ1 のクロストークはＳＷ３に入射する。ここでＳＷ
２に光を入射し、クロス状態とし、ＳＷ３へ光を切り替
えたとする。ＳＷ３のクロストーク率もγとすると、Ｓ
Ｗ１から漏れてきたクロストークγＰ1 がＳＷ２から送
られてきた信号に漏れて混信する量はγ2 Ｐ1 となる。
つまり、この従来形４×４スイッチでは、γ2 のクロス
トークが生じる。ちなみに、従来の２×２スイッチでは
γのクロストークとなる。
ークが次段の混信率に与える影響を簡単に考察する。例
えば、Ｐ1 の光パワーをバー状態（切り替えずに通り抜
ける状態）のＳＷ１に入力したとすると、主パワーはＳ
Ｗ１内に実線で示したように通過するが、γＰ1 のクロ
ストークが生じる（ここでγはクロストーク率）。この
γＰ1 のクロストークはＳＷ３に入射する。ここでＳＷ
２に光を入射し、クロス状態とし、ＳＷ３へ光を切り替
えたとする。ＳＷ３のクロストーク率もγとすると、Ｓ
Ｗ１から漏れてきたクロストークγＰ1 がＳＷ２から送
られてきた信号に漏れて混信する量はγ2 Ｐ1 となる。
つまり、この従来形４×４スイッチでは、γ2 のクロス
トークが生じる。ちなみに、従来の２×２スイッチでは
γのクロストークとなる。
【００１２】４×４スイッチでは１６個の２×２スイッ
チが必要であるが、あるいは８×８、さらには１６×１
６のスイッチではきわめて多数の２×２スイッチを製作
する必要がある。こうした多くの２×２スイッチを製作
する場合に、全ての２×２スイッチを低クロストークで
製作することは困難であり、精度よく製作するために多
大な労力を必要とするばかりでなく、Ｎ×Ｎ光スイッチ
の歩留まりが著しく劣化するという欠点があった。な
お、−１０ｄＢのクロストークとは漏れた光のパワーが
１０％、漏れなかった光のパワーは９０％であることを
意味し、このため、挿入損失としては２×２スイッチ１
段あたりわずか０．４５ｄＢの増加であるため、クロス
トークがＮ×Ｎ光スイッチの歩留まりを決定することに
なる。
チが必要であるが、あるいは８×８、さらには１６×１
６のスイッチではきわめて多数の２×２スイッチを製作
する必要がある。こうした多くの２×２スイッチを製作
する場合に、全ての２×２スイッチを低クロストークで
製作することは困難であり、精度よく製作するために多
大な労力を必要とするばかりでなく、Ｎ×Ｎ光スイッチ
の歩留まりが著しく劣化するという欠点があった。な
お、−１０ｄＢのクロストークとは漏れた光のパワーが
１０％、漏れなかった光のパワーは９０％であることを
意味し、このため、挿入損失としては２×２スイッチ１
段あたりわずか０．４５ｄＢの増加であるため、クロス
トークがＮ×Ｎ光スイッチの歩留まりを決定することに
なる。
【００１３】また、Ｎ×Ｎスイッチにおいて−４０ｄＢ
あるいはそれ以下の超低クロストークを実現することは
困難であるという欠点があった。
あるいはそれ以下の超低クロストークを実現することは
困難であるという欠点があった。
【００１４】そこで、本発明の目的は、これらの問題を
解決し、クロストークが低くクロストークの点で製作性
がよく歩留まりの優れた導波路形光スイッチを提供する
ことにある。
解決し、クロストークが低くクロストークの点で製作性
がよく歩留まりの優れた導波路形光スイッチを提供する
ことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１記載の本発明導波路形光スイッチ
は、少なくとも２本以上の光導波路を具備し、前記２本
の光導波路を伝搬する導波光の位相を調節するとともに
前記２本の光導波路を伝搬する前記導波光を結合させる
機能、もしくは前記導波光を反射させる機能の少なくと
も一方の機能により前記導波光の光路を切り替える光ス
イッチ部を具備する導波路形光スイッチにおいて、前記
光路切り替えの際に生じたクロストーク光を吸収する吸
収部を設けたことを特徴とする。
るために、請求項１記載の本発明導波路形光スイッチ
は、少なくとも２本以上の光導波路を具備し、前記２本
の光導波路を伝搬する導波光の位相を調節するとともに
前記２本の光導波路を伝搬する前記導波光を結合させる
機能、もしくは前記導波光を反射させる機能の少なくと
も一方の機能により前記導波光の光路を切り替える光ス
イッチ部を具備する導波路形光スイッチにおいて、前記
光路切り替えの際に生じたクロストーク光を吸収する吸
収部を設けたことを特徴とする。
【００１６】請求項２記載の発明は、少なくとも２本の
光導波路と、前記少なくとも２本の光導波路を伝搬する
導波光の光路を切り替える光スイッチ部を具備する導波
路形光スイッチにおいて、前記少なくとも２本の光導波
路に、前記光路切り替えの際に生じるクロストーク光を
吸収する光吸収部を設けたことを特徴とする。
光導波路と、前記少なくとも２本の光導波路を伝搬する
導波光の光路を切り替える光スイッチ部を具備する導波
路形光スイッチにおいて、前記少なくとも２本の光導波
路に、前記光路切り替えの際に生じるクロストーク光を
吸収する光吸収部を設けたことを特徴とする。
【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の導波路形光スイッチにおいて、前記光吸収部は、
前記光スイッチ部への入力用光導波路もしくは前記光ス
イッチ部からの出力用光導波路の少なくとも一方の少な
くとも一部に設けられていることを特徴とする。
記載の導波路形光スイッチにおいて、前記光吸収部は、
前記光スイッチ部への入力用光導波路もしくは前記光ス
イッチ部からの出力用光導波路の少なくとも一方の少な
くとも一部に設けられていることを特徴とする。
【００１８】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載の導波路形光スイッチにおいて、前記
光吸収部は、前記光吸収部に電界が印加されることによ
り該光吸収部を形成する材料のエネルギーバンドギャッ
プが変化し、前記クロストーク光を吸収するものである
ことを特徴とする。
のいずれかに記載の導波路形光スイッチにおいて、前記
光吸収部は、前記光吸収部に電界が印加されることによ
り該光吸収部を形成する材料のエネルギーバンドギャッ
プが変化し、前記クロストーク光を吸収するものである
ことを特徴とする。
【００１９】請求項５記載の発明は、少なくとも２本の
光導波路と、該少なくとも２本の光導波路を伝搬する導
波光の光路を切り替える光スイッチ部を具備する光スイ
ッチユニットを同一基板上に複数個マトリックス状に配
設し、かつ前記各光スイッチユニットを複数本の光導波
路により連絡した導波路形光スイッチにおいて、前記各
連絡用光導波路に、前記光路切り替えの際に生じるクロ
ストーク光を吸収する光吸収部を設けたことを特徴とす
る。
光導波路と、該少なくとも２本の光導波路を伝搬する導
波光の光路を切り替える光スイッチ部を具備する光スイ
ッチユニットを同一基板上に複数個マトリックス状に配
設し、かつ前記各光スイッチユニットを複数本の光導波
路により連絡した導波路形光スイッチにおいて、前記各
連絡用光導波路に、前記光路切り替えの際に生じるクロ
ストーク光を吸収する光吸収部を設けたことを特徴とす
る。
【００２０】請求項６記載の発明は、請求項５記載の導
波路形光スイッチにおいて、前記光スイッチユニットは
ノンブロック構成で集積化されていることを特徴とす
る。
波路形光スイッチにおいて、前記光スイッチユニットは
ノンブロック構成で集積化されていることを特徴とす
る。
【００２１】
【作用】本発明によれば、生じたクロストークを例えば
電界を印加するなどにより吸収することにより超低クロ
ストーク特性を実現できるだけでなく、クロストークに
より制限を受けていた光スイッチ製作の歩留まりを大幅
に改善することができる。
電界を印加するなどにより吸収することにより超低クロ
ストーク特性を実現できるだけでなく、クロストークに
より制限を受けていた光スイッチ製作の歩留まりを大幅
に改善することができる。
【００２２】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【００２３】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
を説明するための斜視図である。図１の２×２光スイッ
チの構成要素のうち、図７に示した従来の２×２光スイ
ッチの構成要素と共通しているものについては、同一符
号を付し、その部分の説明を省略または簡略化する。図
１において、Ｉは光入力部、ＩＩは光スイッチ部、ＩＩ
Ｉは光出力部、ＩＶは光吸収部である。光吸収部ＩＶは
光スイッチ部ＩＩと光出力部ＩＩＩとの間に配設されて
おり、光スイッチ部ＩＩおよび光出力部ＩＩＩとはそれ
ぞれ電気的分離溝９によって分離されている。この光吸
収部ＩＶの構成を説明すると、出力ポートＣ側ではｐ−
ＩｎＰクラッド層３の上にｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ
層２が設けられ、このキャップ層２の上に電極１０が形
成されており、これらの各層２および３，電極１０は１
つの光吸収部ＩＶを構成している。また、出力ポートＤ
側では、同様にｐ−ＩｎＰクラッド層３上のｐ+ −Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層２の上に電極１１が形成されてお
り、これらの各層２および３，電極１１はもう１つの光
吸収部ＩＶを構成している。
を説明するための斜視図である。図１の２×２光スイッ
チの構成要素のうち、図７に示した従来の２×２光スイ
ッチの構成要素と共通しているものについては、同一符
号を付し、その部分の説明を省略または簡略化する。図
１において、Ｉは光入力部、ＩＩは光スイッチ部、ＩＩ
Ｉは光出力部、ＩＶは光吸収部である。光吸収部ＩＶは
光スイッチ部ＩＩと光出力部ＩＩＩとの間に配設されて
おり、光スイッチ部ＩＩおよび光出力部ＩＩＩとはそれ
ぞれ電気的分離溝９によって分離されている。この光吸
収部ＩＶの構成を説明すると、出力ポートＣ側ではｐ−
ＩｎＰクラッド層３の上にｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ
層２が設けられ、このキャップ層２の上に電極１０が形
成されており、これらの各層２および３，電極１０は１
つの光吸収部ＩＶを構成している。また、出力ポートＤ
側では、同様にｐ−ＩｎＰクラッド層３上のｐ+ −Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層２の上に電極１１が形成されてお
り、これらの各層２および３，電極１１はもう１つの光
吸収部ＩＶを構成している。
【００２４】次に、上記構成の２×２光スイッチの動作
を説明する。例えば、第１光入力ポートＡから光を入射
し、第２光出力ポートＤから光を出射する場合（クロス
状態）には、第１光出力ポートＣに漏れ光、即ちクロス
トークが生じる。そこで、図２に示すように、第１光出
力ポートＣ側の電極１０に電界を印加することによりＱ
ＣＳＥのためＭＱＷ層５の吸収端を長波長側にシフトさ
せ、クロストーク光を吸収する。また、光を第１光出力
ポートＣに出したい場合（バー状態）には電極１に電圧
を印加する。このとき生じた第２光出力ポートＤのクロ
ストーク光は第２光出力ポートＤ側の電極１１に電圧を
印加することにより吸収できる。
を説明する。例えば、第１光入力ポートＡから光を入射
し、第２光出力ポートＤから光を出射する場合（クロス
状態）には、第１光出力ポートＣに漏れ光、即ちクロス
トークが生じる。そこで、図２に示すように、第１光出
力ポートＣ側の電極１０に電界を印加することによりＱ
ＣＳＥのためＭＱＷ層５の吸収端を長波長側にシフトさ
せ、クロストーク光を吸収する。また、光を第１光出力
ポートＣに出したい場合（バー状態）には電極１に電圧
を印加する。このとき生じた第２光出力ポートＤのクロ
ストーク光は第２光出力ポートＤ側の電極１１に電圧を
印加することにより吸収できる。
【００２５】こうして２×２光スイッチの出力側ポート
（あるいは次段の光スイッチの入力ポート）に電極を設
け、電界を印加することにより、漏れ光を吸収でき、ク
ロストーク成分を−∞とすることも可能であり、方向性
結合器を製作する時の製作の歩留まりが大幅に向上す
る。なお、光吸収部ＩＶの長さは５０μｍから１００μ
ｍ程度で十分であるため、無電界時における光スイッチ
の挿入損失や周波数特性にはほとんど影響しない。
（あるいは次段の光スイッチの入力ポート）に電極を設
け、電界を印加することにより、漏れ光を吸収でき、ク
ロストーク成分を−∞とすることも可能であり、方向性
結合器を製作する時の製作の歩留まりが大幅に向上す
る。なお、光吸収部ＩＶの長さは５０μｍから１００μ
ｍ程度で十分であるため、無電界時における光スイッチ
の挿入損失や周波数特性にはほとんど影響しない。
【００２６】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
を説明するための平面図であって、本発明を図１３に示
した従来形の４×４光スイッチに適用した例である。す
なわち、スイッチユニットとしての各２×２光スイッチ
間の引き回し導波路（連絡用導波路）上には光吸収部の
一構成要素としての電極１０および１１が配設されてい
る。例えば、Ｐ1 の光パワーをバー状態（切り替えずに
通り抜ける状態）のＳＷ１に入力したとする。主パワー
はＳＷ１内に実線で示したように通過するが、γＰ1 の
クロストークが生じる（ここでγはクロストーク率）。
ところが、このγＰ1 のクロストーク光はＳＷ３に入射
する前に、電極１１を印加することにより、図２に示し
たように吸収される。その結果、ＳＷ３へのクロストー
ク光はほぼ無視できる程度に充分低減できることにな
る。従って、大規模光スイッチを製作した場合にも超低
クロストーク特性を実現できるのみでなく、各２×２ス
イッチのクロストーク特性が悪くても、クロストークに
よる歩留まり劣化は完全になくすことができる。つま
り、クロストークの劣化は挿入損失の増大としてのみ残
されるが、従来技術の項で説明したように、ある程度ク
ロストーク特性が悪くても、挿入損失の増加量はあまり
大きくない。
を説明するための平面図であって、本発明を図１３に示
した従来形の４×４光スイッチに適用した例である。す
なわち、スイッチユニットとしての各２×２光スイッチ
間の引き回し導波路（連絡用導波路）上には光吸収部の
一構成要素としての電極１０および１１が配設されてい
る。例えば、Ｐ1 の光パワーをバー状態（切り替えずに
通り抜ける状態）のＳＷ１に入力したとする。主パワー
はＳＷ１内に実線で示したように通過するが、γＰ1 の
クロストークが生じる（ここでγはクロストーク率）。
ところが、このγＰ1 のクロストーク光はＳＷ３に入射
する前に、電極１１を印加することにより、図２に示し
たように吸収される。その結果、ＳＷ３へのクロストー
ク光はほぼ無視できる程度に充分低減できることにな
る。従って、大規模光スイッチを製作した場合にも超低
クロストーク特性を実現できるのみでなく、各２×２ス
イッチのクロストーク特性が悪くても、クロストークに
よる歩留まり劣化は完全になくすことができる。つま
り、クロストークの劣化は挿入損失の増大としてのみ残
されるが、従来技術の項で説明したように、ある程度ク
ロストーク特性が悪くても、挿入損失の増加量はあまり
大きくない。
【００２７】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例
の斜視図である。図中、ＩとＩＩＩが光の入出力部、Ｉ
Ｉは光スイッチ部、ＩＶの部分はクロストーク光の吸収
部、Ｖは方向性結合器を利用した３ｄＢカップラ部であ
り、マッハツェンダ干渉系形の光スイッチを構成してい
る。光スイッチ部ＩＩにおいては、２本の光導波路が互
いに結合しないように、２本のリッジ間の距離を離して
いる。
の斜視図である。図中、ＩとＩＩＩが光の入出力部、Ｉ
Ｉは光スイッチ部、ＩＶの部分はクロストーク光の吸収
部、Ｖは方向性結合器を利用した３ｄＢカップラ部であ
り、マッハツェンダ干渉系形の光スイッチを構成してい
る。光スイッチ部ＩＩにおいては、２本の光導波路が互
いに結合しないように、２本のリッジ間の距離を離して
いる。
【００２８】この光スイッチの動作原理について簡単に
述べる。入力部Ｉから入った導波光は光入力側３ｄＢカ
ップラ部Ｖで等しいパワーに等分される。次に、２本の
スイッチ部を伝搬したのち、光出力側の３ｄＢカップラ
部Ｖ2 で合波され、出力部ＩＩＩの光導波路から出射さ
れる。この時、スイッチ部ＩＩにおいて伝搬する光の位
相が互いに同相である場合と電界を印加したことにより
逆相となった場合とで出力部ＩＩＩの出射ポートを異な
らしめることができ、スイッチング動作が可能となる。
この場合についても、図１に示した本発明の第１の実施
例と同様に、電極１０および１１に電圧を印加すること
によりクロストーク光を吸収することができる。
述べる。入力部Ｉから入った導波光は光入力側３ｄＢカ
ップラ部Ｖで等しいパワーに等分される。次に、２本の
スイッチ部を伝搬したのち、光出力側の３ｄＢカップラ
部Ｖ2 で合波され、出力部ＩＩＩの光導波路から出射さ
れる。この時、スイッチ部ＩＩにおいて伝搬する光の位
相が互いに同相である場合と電界を印加したことにより
逆相となった場合とで出力部ＩＩＩの出射ポートを異な
らしめることができ、スイッチング動作が可能となる。
この場合についても、図１に示した本発明の第１の実施
例と同様に、電極１０および１１に電圧を印加すること
によりクロストーク光を吸収することができる。
【００２９】ここで、光スイッチユニットとしての２×
２スイッチ要素のクロストークとＮ×Ｎスイッチ全体と
してのクロストークおよびクロストーク光の吸収がＮ×
Ｎスイッチ全体としてのクロストークに与える影響につ
いてより詳細な考察を行う。
２スイッチ要素のクロストークとＮ×Ｎスイッチ全体と
してのクロストークおよびクロストーク光の吸収がＮ×
Ｎスイッチ全体としてのクロストークに与える影響につ
いてより詳細な考察を行う。
【００３０】まず４×４スイッチについて考察する。図
５は、クロストーク光吸収部におけるクロストーク光の
吸収率Ａｔをパラメータとして、２×２スイッチ要素の
クロストークを変数とした場合の４×４スイッチの信号
パワーとクロストーク光のパワーの比（Ｓ／Ｎ比）を示
す特性図である。図５中、実線はクロストーク光の吸収
を行わない従来形に、１点鎖線と破線は各々５ｄＢと１
０ｄＢのクロストークの光吸収を行った場合に対応して
いる。クロストーク光の吸収により４×４スイッチのＳ
／Ｎ特性（即ちクロストーク特性）を２×ＡｔｄＢ改善
できることがわかる。
５は、クロストーク光吸収部におけるクロストーク光の
吸収率Ａｔをパラメータとして、２×２スイッチ要素の
クロストークを変数とした場合の４×４スイッチの信号
パワーとクロストーク光のパワーの比（Ｓ／Ｎ比）を示
す特性図である。図５中、実線はクロストーク光の吸収
を行わない従来形に、１点鎖線と破線は各々５ｄＢと１
０ｄＢのクロストークの光吸収を行った場合に対応して
いる。クロストーク光の吸収により４×４スイッチのＳ
／Ｎ特性（即ちクロストーク特性）を２×ＡｔｄＢ改善
できることがわかる。
【００３１】図６はＮ×ＮスイッチのＳ／Ｎ比を示して
いる。但し、簡単のためクロストーク光の吸収率Ａｔは
零とした。ここで実線はＮ＝４、１点鎖線はＮ＝１６、
破線はＮ＝６４に対応している。図６からわかるよう
に、スイッチの規模Ｎが増大すると２×２スイッチの要
素のクロストークが同じでも、スイッチ全体としてのク
ロストークが低下することがわかる。この場合において
も、クロストーク光吸収部における吸収率Ａｔ（一般
に、１０ｄＢから３０ｄＢ程度の吸収率を実現すること
は容易である）を付加させることにより４×４のみでな
く、従来困難と考えられていた１６×１６、さらには不
可能と考えられていた６４×６４の規模のスイッチを実
現することも可能となる。
いる。但し、簡単のためクロストーク光の吸収率Ａｔは
零とした。ここで実線はＮ＝４、１点鎖線はＮ＝１６、
破線はＮ＝６４に対応している。図６からわかるよう
に、スイッチの規模Ｎが増大すると２×２スイッチの要
素のクロストークが同じでも、スイッチ全体としてのク
ロストークが低下することがわかる。この場合において
も、クロストーク光吸収部における吸収率Ａｔ（一般
に、１０ｄＢから３０ｄＢ程度の吸収率を実現すること
は容易である）を付加させることにより４×４のみでな
く、従来困難と考えられていた１６×１６、さらには不
可能と考えられていた６４×６４の規模のスイッチを実
現することも可能となる。
【００３２】図７にはスイッチ規模Ｎをパラメータとし
て、２×２スイッチ要素のクロストークとＮ×Ｎスイッ
チとしてのロス増加分についての計算結果を示すグラフ
である。図７からわかるように、２×２スイッチのクロ
ストークが１０％（−１０ｄＢ）であれば４×４スイッ
チとしての損失増加は２ｄＢ以内、２×２スイッチのク
ロストークが５％（−１３ｄＢ）であれば１６×１６ス
イッチの損失増加も２ｄＢ以内に抑えられることがわか
る。
て、２×２スイッチ要素のクロストークとＮ×Ｎスイッ
チとしてのロス増加分についての計算結果を示すグラフ
である。図７からわかるように、２×２スイッチのクロ
ストークが１０％（−１０ｄＢ）であれば４×４スイッ
チとしての損失増加は２ｄＢ以内、２×２スイッチのク
ロストークが５％（−１３ｄＢ）であれば１６×１６ス
イッチの損失増加も２ｄＢ以内に抑えられることがわか
る。
【００３３】以上の説明においては、２×２光スイッチ
要素の構成として、光方向性結合器を用いた構成につい
て説明したが、屈折率変化を用いる反射形（一般にＸ字
構成）のスイッチにおいても、本発明を適用できること
は言うまでもなく、完全には反射できずに漏れ生じるク
ロストーク光を光吸収部により吸収することが可能であ
る。なお、光スイッチユニットとして２×２光スイッチ
要素を例にとって説明したが、１×２光スイッチ要素な
ど他のタイプも本発明における光スイッチユニットとし
て用いることができる。
要素の構成として、光方向性結合器を用いた構成につい
て説明したが、屈折率変化を用いる反射形（一般にＸ字
構成）のスイッチにおいても、本発明を適用できること
は言うまでもなく、完全には反射できずに漏れ生じるク
ロストーク光を光吸収部により吸収することが可能であ
る。なお、光スイッチユニットとして２×２光スイッチ
要素を例にとって説明したが、１×２光スイッチ要素な
ど他のタイプも本発明における光スイッチユニットとし
て用いることができる。
【００３４】また、ＭＱＷ層としてＩｎＧａＡｌＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ構成を用いたがその他のＭＱＷ材料や構
成、あるいはフランツーケルディッシュ効果などのバル
ク材料が持つ効果を用いてもよい。ＭＱＷ材料を使用す
る場合には、光スイッチ部のエネルギーバンドギャップ
は図２に示したように、１．４４μｍ（Ｈｅａｖｙ−ｈ
ｏｌｅ ｅｘｃｉｔｏｎな波長）であるが、光吸収部の
エネルギーバンドギャップを１．４７μｍ程度に長波長
側に設定しておけばよいし、あるいはＭＱＷ材料の場合
でもバルク材料の場合でも、吸収部のノンドープ層の厚
みを薄くするなどにより、内部電界強度を高くなるよう
に設定しておけば、クロストーク光を吸収するために必
要な印加電圧を小さくすることが可能となる。なお、本
発明のキーポイントは光スイッチ動作における漏れ光す
なわちクロストーク光を光スイッチの出射側（もしくは
次段の光スイッチの入射ポートまでの経路内）でなくす
ことであるため、上述のように電界を印加しクロストー
ク光を吸収するだけでなく、キャリアを注入してフリー
キャリアによる吸収させる機構、あるいは屈折率を変化
させて光を反射させる機構など、クロストーク光をなく
すことのできればどのような構造を設けてもよいことは
いうまでもない。
ＩｎＡｌＡｓ構成を用いたがその他のＭＱＷ材料や構
成、あるいはフランツーケルディッシュ効果などのバル
ク材料が持つ効果を用いてもよい。ＭＱＷ材料を使用す
る場合には、光スイッチ部のエネルギーバンドギャップ
は図２に示したように、１．４４μｍ（Ｈｅａｖｙ−ｈ
ｏｌｅ ｅｘｃｉｔｏｎな波長）であるが、光吸収部の
エネルギーバンドギャップを１．４７μｍ程度に長波長
側に設定しておけばよいし、あるいはＭＱＷ材料の場合
でもバルク材料の場合でも、吸収部のノンドープ層の厚
みを薄くするなどにより、内部電界強度を高くなるよう
に設定しておけば、クロストーク光を吸収するために必
要な印加電圧を小さくすることが可能となる。なお、本
発明のキーポイントは光スイッチ動作における漏れ光す
なわちクロストーク光を光スイッチの出射側（もしくは
次段の光スイッチの入射ポートまでの経路内）でなくす
ことであるため、上述のように電界を印加しクロストー
ク光を吸収するだけでなく、キャリアを注入してフリー
キャリアによる吸収させる機構、あるいは屈折率を変化
させて光を反射させる機構など、クロストーク光をなく
すことのできればどのような構造を設けてもよいことは
いうまでもない。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
吸収部により光スイッチ動作におけるクロストーク光を
吸収できるので、超低クロストーク特性を実現できる。
また、本発明によれば、方向性結合器を構成する２本の
光導波路を製作する際における光導波路の幅やギャップ
のばらつき、あるいは２本の光導波路の非対称性に起因
するクロストーク劣化あるいは反射形光スイッチにおけ
るクロストーク劣化を完全になくすことができるため、
方向性結合器の製作が容易になるとともに光スイッチ製
作の歩留まりを大幅に改善することができる。
吸収部により光スイッチ動作におけるクロストーク光を
吸収できるので、超低クロストーク特性を実現できる。
また、本発明によれば、方向性結合器を構成する２本の
光導波路を製作する際における光導波路の幅やギャップ
のばらつき、あるいは２本の光導波路の非対称性に起因
するクロストーク劣化あるいは反射形光スイッチにおけ
るクロストーク劣化を完全になくすことができるため、
方向性結合器の製作が容易になるとともに光スイッチ製
作の歩留まりを大幅に改善することができる。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための斜視図
である。
である。
【図２】本発明の第１の実施例の動作原理を説明するた
めの波長と光吸収係数との関係を示す特性図である。
めの波長と光吸収係数との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するための平面図
である。
である。
【図４】本発明の第３の実施例を説明するための斜視図
である。
である。
【図５】本発明の第３の実施例を説明するための図であ
って、クロストーク光の吸収率Ａｔをパラメータとし、
２×２スイッチ要素のクロストークを変数とした場合に
おける４×４スイッチの信号パワーとクロストーク光の
パワーの比（Ｓ／Ｎ比）を示す特性図である。
って、クロストーク光の吸収率Ａｔをパラメータとし、
２×２スイッチ要素のクロストークを変数とした場合に
おける４×４スイッチの信号パワーとクロストーク光の
パワーの比（Ｓ／Ｎ比）を示す特性図である。
【図６】本発明の第３の実施例を説明するための図であ
って、クロストーク光の吸収率Ａｔを零とした場合にお
けるＮ×ＮスイッチのＳ／Ｎ比を示す特性図である。
って、クロストーク光の吸収率Ａｔを零とした場合にお
けるＮ×ＮスイッチのＳ／Ｎ比を示す特性図である。
【図７】本発明の第３の実施例を説明するための図であ
って、スイッチ規模Ｎをパラメータとし、２×２スイッ
チ要素のクロストークとＮ×Ｎスイッチとしてのロス増
加分との関係（計算結果）を示すグラフである。
って、スイッチ規模Ｎをパラメータとし、２×２スイッ
チ要素のクロストークとＮ×Ｎスイッチとしてのロス増
加分との関係（計算結果）を示すグラフである。
【図８】従来の方向性結合器形スイッチの構成を示す斜
視図である。
視図である。
【図９】図８におけるＡＡ′線断面図である。
【図１０】従来の方向性結合器形光スイッチの製作手順
を説明する断面図である。
を説明する断面図である。
【図１１】従来の方向性結合器形光スイッチの製作手順
を説明する断面図である。
を説明する断面図である。
【図１２】従来の方向性結合器形光スイッチの製作手順
を説明する断面図である。
を説明する断面図である。
【図１３】従来の４×４光スイッチの構成を示す平面図
である。
である。
１ ｐ形電極 ２ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 ３ ｐ−ＩｎＰクラッド ４ ｉ−ＩｎＰクラッド ５ ｉ−ＭＱＷ層 ６ ｎ−ＩｎＰ基板 ７ ｎ側電極 ８ フォトレジスト ９ 電気的分離溝 １０ 光吸収部に設けた電極 １１ 光吸収部に設けた電極 Ｉ 光入力部 ＩＩ 光スイッチ部 ＩＩＩ 光出力部 ＩＶ 光吸収部 Ｖ1 光入力側３ｄＢカップラ部 Ｖ2 光出力側３ｄＢカップラ部 Ａ 第１入力ポート Ｂ 第２入力ポート Ｃ 第１出力ポート Ｄ 第２出力ポート
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも２本以上の光導波路を具備
し、前記２本の光導波路を伝搬する導波光の位相を調節
するとともに前記２本の光導波路を伝搬する前記導波光
を結合させる機能、もしくは前記導波光を反射させる機
能の少なくとも一方の機能により前記導波光の光路を切
り替える光スイッチ部を具備する導波路形光スイッチに
おいて、前記光路切り替えの際に生じたクロストーク光
を吸収する吸収部を設けたことを特徴とする導波路形光
スイッチ。 - 【請求項２】 少なくとも２本の光導波路と、前記少な
くとも２本の光導波路を伝搬する導波光の光路を切り替
える光スイッチ部を具備する導波路形光スイッチにおい
て、前記少なくとも２本の光導波路に、前記光路切り替
えの際に生じるクロストーク光を吸収する光吸収部を設
けたことを特徴とする導波路形光スイッチ。 - 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載の導
波路形光スイッチにおいて、前記光吸収部は、前記光ス
イッチ部への入力用光導波路もしくは前記光スイッチ部
からの出力用光導波路の少なくとも一方の少なくとも一
部に設けられていることを特徴とする導波路形光スイッ
チ。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の導
波路形光スイッチにおいて、前記光吸収部は、該光吸収
部に電界が印加されることにより該光吸収部を形成する
材料のエネルギーバンドギャップが変化し、前記クロス
トーク光を吸収するものであることを特徴とする導波路
形光スイッチ。 - 【請求項５】 少なくとも２本の光導波路と、該少なく
とも２本の光導波路を伝搬する導波光の光路を切り替え
る光スイッチ部を具備する光スイッチユニットを同一基
板上に複数個マトリックス状に配設し、かつ前記各光ス
イッチユニットを複数本の光導波路により連絡した導波
路形光スイッチにおいて、 前記各連絡用光導波路に、前記光路切り替えの際に生じ
るクロストーク光を吸収する光吸収部を設けたことを特
徴とする導波路形光スイッチ。 - 【請求項６】 請求項５記載の導波路形光スイッチにお
いて、前記光スイッチユニットはノンブロック構成で集
積化されていることを特徴とする導波路形光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21527792A JPH0659294A (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 導波路形光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21527792A JPH0659294A (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 導波路形光スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0659294A true JPH0659294A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16669653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21527792A Pending JPH0659294A (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 導波路形光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0659294A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6891986B2 (en) | 2003-03-18 | 2005-05-10 | Yokogawa Electric Corp. | Optical switch |
| JP2005266632A (ja) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Yokogawa Electric Corp | 光スイッチ |
| US7362929B2 (en) | 2004-12-24 | 2008-04-22 | Yokogawa Electric Corporation | Optical switch |
| JP2013195617A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ装置およびその制御方法 |
| JPWO2021070378A1 (ja) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | ||
| CN114815075A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-07-29 | 武汉嘉迅光电有限公司 | 一种优化mems光开关切换串扰的方法 |
| US11921397B2 (en) | 2018-12-20 | 2024-03-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical switch element |
-
1992
- 1992-08-12 JP JP21527792A patent/JPH0659294A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6891986B2 (en) | 2003-03-18 | 2005-05-10 | Yokogawa Electric Corp. | Optical switch |
| JP2005266632A (ja) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Yokogawa Electric Corp | 光スイッチ |
| US7362929B2 (en) | 2004-12-24 | 2008-04-22 | Yokogawa Electric Corporation | Optical switch |
| JP2013195617A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ装置およびその制御方法 |
| US11921397B2 (en) | 2018-12-20 | 2024-03-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical switch element |
| JPWO2021070378A1 (ja) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | ||
| WO2021070378A1 (ja) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ装置 |
| US12181737B2 (en) | 2019-10-11 | 2024-12-31 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical switching apparatus |
| CN114815075A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-07-29 | 武汉嘉迅光电有限公司 | 一种优化mems光开关切换串扰的方法 |
| CN114815075B (zh) * | 2021-12-20 | 2024-03-01 | 武汉嘉迅光电有限公司 | 一种优化mems光开关切换串扰的方法 |
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