JPH09127350A - Ｙ型光スイッチ - Google Patents

Ｙ型光スイッチ

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JPH09127350A
JPH09127350A JP8238866A JP23886696A JPH09127350A JP H09127350 A JPH09127350 A JP H09127350A JP 8238866 A JP8238866 A JP 8238866A JP 23886696 A JP23886696 A JP 23886696A JP H09127350 A JPH09127350 A JP H09127350A
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JP
Japan
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waveguide
angle
branch
waveguide portion
optical switch
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JP8238866A
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English (en)
Inventor
Mujibun N Khan
ニサ カン ムジブン
Jane E Zucker
エリザ ズッカー ジェーン
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AT&T Corp
Original Assignee
AT&T Corp
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
    • G02F1/3138—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions the optical waveguides being made of semiconducting materials

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造許容差の高速度デジタル光スイッチを提
供する。 【解決手段】 本発明の光スイッチは、第一の導波路部
分、第一の角度Θ１が、２°以下の各中間部分部分を含
み、第一の部分に結合された複数の中間導波路部分と、
各々の中間導波路部分に結合された各分岐導波路部分を
含み、第二の角度Θ２が第一の角度Θ１より小さく約
０．３°以下である複数の分岐導波路部分とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光スイッチに関し、
特に、Ｙ型分岐デジタル光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】デジタル光スイッチ（ＤＯＳ）は、多種
多様な製品において、他のタイプの光スイッチからの置
換が急速に増加している。最もポピュラーなデジタル光
スイッチのうちの一つは、分極と波長、温度などの臨界
パラメータでの変化に対する強さ及び大きな範囲、装置
の幾何学的変化にとっての大きな範囲に対する強さ故
に、市販されているＹ分岐ＤＯＳである。典型的には、
Ｙ分岐ＤＯＳは２個の導波路分岐が交わり、分岐の交点
で小さな角度を有するＹ形構造を作るように設計されて
いる。導波路構造の構成は、リチュウムナイオバイト、
ような多種多様の原料よりなる。Ｙ分岐ＤＯＳは、２個
の導波路の一方に、光の伝搬方向を断熱的（モード変換
しないように）に変化（例えば、ゆっくりした変化）さ
せることで、その機能を発揮できる。特に、Ｙ分岐ＤＯ
Ｓのスイッチングは、一方の他方に対する屈折率を変化
させることで発揮できる。屈折率は、例えば、構造の選
択された部分に電圧をかけ、または、電流を流すことで
変えられる。あるしきい値を超えた印加電圧、または、
電流の増加にもかかわらず、光をより高い屈折率の分岐
にとどまらせる印加電圧、または、電流へのステップ状
の応答が、Ｙ分岐ＤＯＳの特性中の特有の意義である。
それ故、印加電圧／電流に対するしきい値を超えてＹ分
岐ＤＯＳを操作することにより、例えば、上述した偏
光、波長の変化は、分岐岐ＤＯＳのスイッチング容量に
影響を与えない。Ｙ分岐ＤＯＳによりもたらされる全て
の利点にも拘わらず、これらの装置のある一定の欠点
が、ある一定の装置への使用を妨げる。例えば、マイク
ロ波パワーがかかる電圧で増加するので、パワーリチウ
ムナイオバイトベースＹ分岐ＤＯＳは、それらの操作幅
を制限する。従来のＹ分岐ＤＯＳの比較的大きな長さが
同じように厄介であり、そして、これら装置の全体の光
学的損失とそれらのより長い足跡のために他の装置との
統合を妨げるので、パワーリチウムナイオバイトベース
Ｙ分岐ＤＯＳに必要とされる相対的に高い電圧ドライブ
が、Ｙ分岐ＤＯＳにおいては操作バンド幅を制限する。
上述のように、Ｙ分岐ＤＯＳにおいてスイッチング機能
を達成するため、および、光の伝播方向の緩やか、か
つ、小さな変化は、先行技術の分岐ＤＯＳの漏話を避け
るための小さな角度と長い分岐枝を表している。小さい
角度と長い分岐枝設計の制限の中で突出しているのは、
Ｙ分岐ＤＯＳの２個の導波路の頂上部に小さな（例え
ば、２５ミクロン以下）分離を作るために、従来の光フ
ォトリソグラフィーを用いるこれらの装置の製作の困難
さである。Ｙ分岐ＤＯＳ装置の制限を打破する試みとし
て、Reduction of Voltage-Length Product for Y
-Branch Digital optical Switch, published in
JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL. 11, N
O.2 1983, pp. 379-387 というタイトルの雑誌で、
著者等は、強調された漏話性能、減少された長さＹ分岐
ＤＯＳ用の低電圧ドライブを備えた２角度形状Ｙ分岐Ｄ
ＯＳを提案した。前掲の文献のＹ分岐ＤＯＳの例は、図
１に示され、このＹ分岐ＤＯＳ１０は、第一の逓減角度
Θ1に関連する第一の導波路の長軸に関し、対称な中間
導波路部分１４、１６の各々で、頂上に第一の導波路部
分１４、１６を有している。第二の導波路２２、２４の
各々は、第一の導波路１４、１６と対応して結合され、
第二の逓減角度Θ２と関連する。このＤＯＳでは、Θ2
＜Θ1で逓減Ｙ分岐形状を形成する。導波路１２―１６
と２２―２４は、同一の幅を有し、形状１は長軸２０に
対して対称である。他の先行技術は、Ｙ分岐ＤＯＳの長
さ、電圧／電流ドライブと漏話劣化を減じるため前掲の
文献の２角度設計を変形したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】全ての先行技術は、あ
いにく、コンパクトさおよびＹ分岐ＤＯＳの操作バンド
幅に重要な影響を与える範囲に、Ｙ分岐ＤＯＳの電圧／
電流ドライブを変えることができない。同様に、従来の
フォトイソグラフィー技術を用いるＹ分岐ＤＯＳの製作
を容易にする設計に欠けている。本明細書に開示する光
スイッチは、第一の導波路部分を有し、第一の導波路部
分に接続され、約２．０度より小さい第一の角度Θ1に
関連する複数の中間導波路部分と、各々の中間導波路部
分に接続され、第二の角度Θ2に関連する複数の分岐導
波路部分（ここで第二の角度Θ2はΘ1より小さく約０．
３°より小さい）を有する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の原理に基づく実
施態様に於いて、ＤＯＳは、１）入力ポートを介してソ
ースからエネルギーを受ける真直ぐな受動導波路部分
と、２）ａ）能動導波路部分を真直ぐな受動導波路に結
合し、ｂ）２．０以下の角度に逓減し、電磁エネルギー
が真直ぐな受動導波路部分から２個の選択された光係数
の１個を有するエネルギーに、そこで変換する能動導波
路部分にエネルギーを伝送する台形能動導波路部分と、
３）ａ）第一と第二の導波路が０．２°を作るように
１．５μｍ以下の距離でお互いに分離されており、ｂ）
各々第一と第二の屈折率で能動的導波路部分により光エ
ネルギー出力を受けるように配列された第一と第二の導
波路分岐、とを有する。
【０００５】
【発明の実施の形態】図２に示されたＮタイプＩｎＰ基
板に育成されたＹ分岐スイッチ説明する。上部被覆２８
と下部被覆３０は、ＰタイプとＮタイプＩｎＰであり、
各々これらは約１．０μｍの厚さを有する。開示のスイ
ッチ２６は、能動コア３２と導波路３６―４２有し、金
属有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）プロセス（周知技
術）により成長させた導波路層構造として製作されたＮ
タイプＩｎＰ基板２８上に、約０．５５μｍ厚さの能動
コアと、例えば、約３０量子井戸を有し、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰで構成されている。当業者であれば、他の材
料と成長方法を用いて量子井戸を組み立てることができ
る。また、当業者であれば、被覆と基板用に他の材料を
使うこともできる。ＣＨ４／Ｈ２を用いた反応イオンエ
ッチングは、１ステップで導波管路部分３２―４２およ
び電気絶縁ギャップ４４をエッチングする。
【０００６】スイッチ２６は、第一の導波路部分３４、
中間導波路部分３６、３８および能動コア３２と、実質
的に同様な方法で組み立てられた分岐導波路部分４０、
４２を有する。第一の導波路部分３４は、入力ポート部
分４６と分岐導波路部分４０、４２が各々の出力ポート
部分４８、５０を有する。模範的な実施態様に於いて、
導波路部分３４―４２の導波路幅Ｗ１は約１．３μｍで
あり、エッチング深さｄは約１．６５μｍである。スイ
ッチ２６は、導波路部分３４―４２の頂上部にエッチン
グされたアクセスバイアスを有し、ポリイミドで平らに
され、パッド５２のようなＣｒ／Ａu接触パッドが、各
々の導波路部分３４―４２の頂上部に蒸着されている。
スイッチ２６は、銅ポスト上に設けられ約４７Ωのチッ
プ抵抗で短絡している（図２に図示せず）。
【０００７】“Design and Demostration of Weigh
ted-Coupling Digital Y-BranchOptical Switches
in InGaAs/InGaAlAs Electron Transfer Waveguid
e",JOURNA OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.12,NO.11,
November 1994,pp.2032-2039; M.N.Khan、および、“W
eighted-Coupling Y-branch Optical Switch in I
nGaAs/InGaAlAs Quantum Well Electron Transfer
Waveguides" IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETT
ER,VOL. 6, NO. 3, March 1994, pp.394-397, M.
N.Khan et al. に開示されているように、逓減角度Θ1
とΘ2、および、導波路部分３６―４２の長さは最適化さ
れてＹ分岐スイッチの特性を改良する。好ましい実施態
様では、第一の導波路部分３４は、約１００μｍの長さ
Ｌ１のほぼ直線であり、かつ入力ポートで電磁エネルギ
ーを受ける能動導波路として機能する。各々の中間導波
路３６、３８は、約１８０μｍの長さＬ２を有し、その
間に部位４４を有し、約１．８°の第一の逓減角度Θ1
と関連するほぼ逓減形状の三角形状を有する。すなわ
ち、台形の関連する表面に平行な射線は、図２に示すよ
うに、それらの交点で第一の逓減角度Θ1を作る。各々
の分岐導波路部分４０、４１２は、ほぼ真直ぐであり、
かつ約６２０μｍの長さＬ３と関連した各０．２°の第
二の逓減角度Θ2を有する。すなわち、各分岐導波路部
分４０、４２の関連した表面に平行な射線は、各々それ
らの交点で第二の逓減角度Θ2を作る。
【０００８】台形部分は、分岐導波部分４０、４２が合
流する第一の基部と第一の角度Θ１を有して、逓減する
第二の基部とを有する。中間導波路部分３６、３８を有
する台形部分は、第一と第二の屈折率の一方で、第一の
導波路部分３６から受けた電磁エネルギーを光エネルギ
ーに変換する能動共通導波路部分として機能する。各々
の分岐導波路部分４０、４２は、各々中間部分３６、３
８に機能的に作用するように結合され、かつ、各々の第
一と第二の屈折率で光エネルギーを受けるように配置さ
れている。このようなスイッチ２６は、約９００μｍの
全体長さＬTOTA Lを有する相対的にコンパクトなＹ分岐
断熱構造を備えている。曲がった導波路３４―４２でス
イッチ２６を実行すること、そしてそこで導波路３４―
４２は、ほぼ逓減角度Θ１とΘ２を作ること、電気絶縁
ギャップ４４が中間導波路３６、３８間のＹ分岐頂点に
配設され、これはギャップ４４の幅約１．６μｍであ
り、このギャップ４４は、スイッチ２６の製作を相対的
に容易にするために設けられる。
【０００９】このような電気絶縁は、エッチングか埋め
込みで得られる。上述のような例示的な形状のスイッチ
２６は、低漏話と組み立ての容易性および低伝播損をも
たらす。これまで得られたよりも短い装置の長さで、製
作の容易さと、より良い漏話特性をもたらすので、スイ
ッチ２６は減じられた電圧長さの製品を有する。Design
and Demonstration of Weighted-Coupling Digit
al Y-Branch Optical Switch in InGaAlAs/InGaAa
As Electron transfer waveguide," supra. at 2
035でM.N.Khan 等が記述しているように、漏話値は逓
減角度Θ1とΘ2の関数としてプロットされ、そこで第一
の逓減角度Θ１は、約１．５°から約２．０°の範囲で
改善された漏話特性が得られる。上述のように、スイッ
チ２６は、分岐部分４０、４２の十分な逓減のための第
一の逓減角度Θ1を備えて、周知のフォトイソグラフィ
技術での製作を容易にする。相対的に狭い第二の逓減角
度Θ2を随伴する相対的に広い第一の逓減角度Θ1は、ス
イッチ２６の断熱性を維持する。
【００１０】模範的な実施態様に於いて、スイッチ２６
は、約１．２dB／ｍｍ の伝播損と長さ９００μｍの装
置の０．１０dBと同じくらい低い伝播損を有している。
スイッチ２６は、また、約８００μｍの能動長さで、約
―２５dBのデジタルスイッチング特性を備えており、こ
の特性は他方に関して約０．０５dBの放射損で分岐導波
路部分４０、４２の一方に約０．００１の指数変化Δｎ
を提供することで得られる。このような漏話値は、周知
技術のビーム方法（ＢＰＭ）を用いて立証される。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように、相対的に広い第一の
逓減角度Θ1は、頂上部の電気絶縁ギャップを相対的に
大きくすることを可能にするので、このような指数変化
がさらに製作を容易にする。スイッチ２６は、また、高
速屈折率変化を発揮でき、約―４Ｖのスイッチング電圧
をかけて約１０Ｈzの３dBバンド幅を可能にする。漏話
特性は、２個のポート間の差の指数変化を増加させ、異
なる負の直流バイアスを両アームに同様に作動させるこ
とでさらにまた改善される。駆動周波数の関数として開
示された単一変調応答は図３で示され、そして、応答は
ＨＰ８７０３光ネットワークアナライザを用いて測定さ
れた。１０ＧＨzの３dB電気バンド幅は、デジタルスイ
ッチとして報告された最高速度をスイッチ２６により達
成される。測定されたデータは、約４６Ωの接触直列抵
抗Ｃによって、約０．３２ｎＨのパッケージスイッチン
グインダクタンスＬと約０．３２のキャパシタンスＣの
値をもたらす。スイッチングのために用いられる模範的
電圧は、作動しているスイッチ２６の単一分岐導波路部
分で約―４Ｖ未満である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＹ分岐スイッチを示す図。
【図２】Ｙ分岐スイッチを模範的に開示する実施態様を
示す図。
【図３】開示されたＹ分岐スイッチの変調応答のグラ
フ。
【符号の説明】
１０ Ｙ分岐ＤＯＳ １２ 第一の導波路部分 １４ 中間導波路 １６ 中間導波路 １８ 頂上部 ２０ 軸 ２２ 第二の導波路部分 ２４ 第二の導波路部分 ２６ スイッチ ２８ 上部被覆 ３０ 下部被覆 ３２ 能動コア ３４ 第１の導波路部分 ３６ 中間導波路 ３８ 中間導波路 ４０ 分岐導波路部分 ４２ 分岐導波路部分 ４４ ギャップ ４６ 入力ポート部分 ４８ 出力ポート部分 ５０ 出力ポート部分 ５２ パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェーン エリザ ズッカー アメリカ合衆国，07747 ニュージャージ ー，アバーディーン，チルトン レイン 35

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一の導波路部分（３４）と、 第一の導波路部分（３４）に結合され第一の角度Θ１で
    拡大する複数の中間導波路部分（３６，３８）と、 前記中間導波路部分（３６，３８）に結合された複数の
    分岐導波路部分（４０，４２）とを有し、 前記第一の角度Θ1は、約２．０°以下であり、 前記第二の角度Θ2は、第一の角度Θ1以下で、かつ、約
    ０．３°以下であることを特徴としたＹ型光スイッチ。
  2. 【請求項２】 前記第一の角度Θ1は、約１．８°である
    ことを特徴とする特許請求範囲第１項の光スイッチ。
  3. 【請求項３】 前記第二の角度Θ2は、約０．２°であ
    ることを特徴とする特許請求範囲第１項の光スイッチ。
  4. 【請求項４】 各々の前記中間導波路部分（３６，３
    ８）は、その部分間に実質的電気絶縁物を備えた部位
    （４４）を有する形状であることを特徴とする特許請求
    範囲第１項の光スイッチ。
  5. 【請求項５】 前記部位（４４）は、約１．６μｍの幅
    を有することを特徴とする特許請求範囲第４項の光スイ
    ッチ。
  6. 【請求項６】 前記部位（４４）は、イオン埋め込みプ
    ロセスにより形成されることを特徴とする特許請求範囲
    第４項の光スイッチ。
  7. 【請求項７】 前記部位（４４）は、エッチングプロセ
    スにより形成されることを特徴とする特許請求範囲第４
    項の光スイッチ。
  8. 【請求項８】 入力ポートを有する第一の導波路部分
    と、 第一の導波路部分に結合された部位と、 第一の導波路部分と部位に結合された複数の中間導波路
    部分と、 複数の分岐導波路部分とを有し、 各々の前記中間導波路部分と部位は、第一の角度Θ1に
    関連してほぼ台形状に配置され、第一の角度Θ1は約
    １．８°であり、各々の分岐導波路は各々の中間導波路
    部分に結合され、かつ、各々のアウトプットポートを有
    し、第二の角度Θ2に関連する各々の分岐導波路を含
    み、第二の角度Θ２は、第一の角度Θ１以下であり、か
    つ、約０．２°であり、さらに第一の導波路部分、中間
    導波路部分、部位、分岐導波路部分が逓減Ｙ分岐形状に
    配置されていることを特徴とする逓減Ｙ分岐形状を有す
    るデジタル光スイッチ。
  9. 【請求項９】 入力ポートを有する第一の導波路部分
    と、 第一の導波路部分に結合された中間導波路と、 複数の分岐導波路部分とを有し、 各々の前記中間導波路部分は、第一の角度Θ1に関連し
    てほぼ台形状に形成され第一の角度Θ1は約１．８°で
    あり、 各々の前記分岐導波路は、各々の中間導波路部分に結合
    され、かつ、各々の出力ポートを有し、第二の角度Θ2
    に関連する各々の分岐導波路を含み、第二の角度Θ2は
    第一の角度Θ1未満で、かつ約０．２°であり、さらに
    各々の第一の導波路部分に於いて、中間導波路部分と分
    岐導波路部分は、ＩｎＰ基板に堆積され、かつ、複数の
    ＩｎＧａＰＡｓ／ＩｎＰ量子井戸を有する能動部位に機
    能的に作用するように結合されていることを特徴とする
    半導体ベースデジタル光スイッチ。
  10. 【請求項１０】 各々の第一の導波路部分、中間導波路
    部分、分岐導波路部分は、金属有機化学気相堆積（ＭＯ
    ＣＶＤ）プロセスによりＩｎＰ基板に堆積されることを
    特徴とする特許請求範囲第１９項の半導体ベースデジタ
    ル光スイッチ。
  11. 【請求項１１】 第一と第二の導波路分岐がその交点で
    ０．２°の角度を作るように１．５μｍ以下の距離でお
    互いに分離され、第一と第二の導波路分岐が各々第一と
    第二の屈折率で光エネルギーを受けるように配置された
    第一と第二の導波路分岐と、 前記第一と第二の導波路分岐が合流する第一のベース
    と、２．０°以下の角度に逓減し、ほぼ真直ぐな受動的
    導波路部分に結合された第二のベースを有する台形状の
    能動共通導波路部分を有し、 前記台形状の能動共通導波路部分は、第一と第二の屈折
    率の一方でほぼ真直ぐな受動導波路部分から受けた電磁
    エネルギーを光エネルギーに変換するために用いられる
    Ｙ形状断熱構造を具備することを特徴とするデジタル光
    スイッチ。
JP8238866A 1995-09-15 1996-09-10 Ｙ型光スイッチ Pending JPH09127350A (ja)

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