JPH11237650A - 光スイッチ - Google Patents

光スイッチ

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Publication number
JPH11237650A
JPH11237650A JP10039002A JP3900298A JPH11237650A JP H11237650 A JPH11237650 A JP H11237650A JP 10039002 A JP10039002 A JP 10039002A JP 3900298 A JP3900298 A JP 3900298A JP H11237650 A JPH11237650 A JP H11237650A
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JP
Japan
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medium
optical switch
optical
refractive index
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP10039002A
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English (en)
Inventor
Koichi Akiyama
浩一 秋山
Toshiro Isu
俊郎 井須
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号光を全反射の臨界角付近で入射させるこ
とにより、材料の小さな非線形光学応答の変化量で大き
な信号のオンオフ比が得られる光スイッチデバイスの方
式を提供するものである。 【解決手段】 光スイッチは、屈折率がn1の第1の媒
体と、第1の媒体に平面で接合し、前記第1の媒体より
も小さな屈折率n2の第2の媒体とからなり、第1の媒
体と第2の媒体の少なくともいずれか一方の屈折率が光
照射により変化し、第1の媒体から第2の媒体への入射
角度をArcSin(n2/n1)で光を導波させるた
めの光入力部と、第1の媒体の反射光をとり出すための
光出力部と、第2の媒体の透過光をとり出すための光出
力部を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
おいて、光データを高速に切り替えるための光スイッチ
に関するものであり、特に光の全反射特性を利用した光
スイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信システムの拡大に伴うデー
タ転送の大容量化の需要が高まり、高速に処理が可能な
光スイッチが必要となっている。このような光スイッチ
には高速性以外に効率、高集積化および高信頼性等の諸
特性が要求されている。
【0003】米国特許4828362号明細書に示され
た従来の光制御の全反射を用いた光スイッチでは、交差
導波路の交差付近に屈折率変化が生じる領域を設けた構
成をしており、ファイバを用いて光を照射して透過率の
制御を行っている。
【0004】また、特開平7−152053号公報に示
された全反射を用いた光スイッチでは、屈折率を変化さ
せる手段としてエレクトロクロミック材料を使用して電
圧をかけることを用いている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の光制御の全反射
を用いた光スイッチは、オン状態の信号の強度を大きく
することができないため、大きな屈折率変化が必要であ
った。そのために、大きな非線形材料を用いるか、或い
は強い制御光を用いる必要があるという問題があった。
【0006】また、エレクトロクロミック材料を用いて
電圧をかける方法では、電気信号の制御が光信号に比べ
て遅いという問題があった。
【0007】本発明は、上記従来技術の問題点を解消し
ようとするもので、全反射の臨界角近くで光を入射させ
ることにより、オン状態の信号強度を大きくして、小さ
な屈折率変化でもスイッチ動作が可能な光スイッチを提
供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項1の発明に係わる全反射型スイッチは、屈
折率がn1で光照射により屈折率が変化しうる第1の媒
体と、第1の媒体に平面で接合し屈折率n2が前記第1
の媒体よりも小さな第2の媒体からなり、第1の媒体か
ら第2の媒体への入射角度をArcSin(n2/n
1)で光を導波させる手段と、第2の媒体から光出力を
とり出す手段を有することを特徴とする。
【0009】請求項2の発明に係わる全反射型スイッチ
は、前記第1の媒体がGaAs、InGaAs、GaA
s/AlGaAs量子井戸、InGaAs/InAlG
aAs量子井戸の少なくともいずれか1つを含み、前記
第2の媒体がGaP、InPを含むものである。
【0010】請求項3の発明に係わる全反射型スイッチ
は、前記第1の媒体が半導体ドープのガラスであり、前
記第2の媒体が半導体ドープしていないガラスにより構
成される。
【0011】請求項4の発明に係わる全反射型スイッチ
は、2つの光スイッチを備え、一方の光出力部と他方の
光入力部を導波路で接続したものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、添付図面により本発明の実
施の形態について説明する。
【0013】実施の形態1.図1は本発明の実施の形態
1に係る全反射型光スイッチの光学配置を示す説明図、
図2は実施の形態1に係る反射率の角度依存性を示す説
明図、図3は実施の形態1に係る全反射型光スイッチの
透過率変化の角度依存性を示す説明図である。
【0014】図1において、この実施の形態1のスイッ
チは、屈折率n1の第1の媒体11と屈折率n1よりも
小さな屈折率n2の第2の媒体12とが平面状態で接合
されて構成される。第1の媒体11から第2の媒体12
へ入射角をθ1でp偏光の光を入射させるとき、媒体2
への透過率は次式で表される。
【0015】1−|(n2cosθ1−n1cosθ
2)/( n2cosθ1−n1cosθ2)|2 cosθ2=(1−sin2θ2)0.5 sinθ2=n1/n2×sinθ1 例として、n1=1.5、n2=1.0の場合の透過率
の入射角依存性を図2に示す。図2から明らかなよう
に、臨界角Arcsin(1.0/1.5)=41.8
付近で透過率が大きく変化する。
【0016】そこで、光による屈折率変化を0.001
とした場合の透過率変化の入射角度依存性は、図3に示
すように、大きい入射角度での全反射では、透過率変化
を示さず、臨界角で大きな値をとる。このことは、光に
よる変調で媒体の屈折率の変化が小さい場合には、臨界
角付近で全反射することによりスイッチの効率を大幅に
改善できることを示している。以上のことはs偏光の光
を用いた場合でも同様であり、偏光によらない光スイッ
チとして用いることができる。
【0017】実施の形態2.図4に示すように、InP
基板41上に分子線エピタキシー法によりGaAs層4
2を作製し、信号光入力部としてGaAs層上に導波路
と結合したSi製の直角プリズム43を、OFF信号光
出力部としてGaAs層42に導波路と結合したSi製
の直角プリズム44を接着すると共に、ON信号光出力
部としてInP基板41の端面を角度をもって削り、削
り面に導波路と結合した石英の直角プリズム45を接着
する。制御光46はレンズまたはファイバによりGaA
s層42に垂直に照射する。制御光46を照射しないO
FF状態では、信号光46はGaAs層42とInP基
板41との界面で全反射されOFF信号出力部44に出
力され、また、制御光46を照射するON状態では、G
aAs層42の屈折率が変化するので信号光46はGa
As層42からInP基板41へ透過してON信号出力
部45に出力される。直角プリズム43の基板面の頂角
を10°にすると、GaAs層42からInP基板41
への光の入射角は67.8°となり、GaAsとInP
の屈折率(それぞれ3.5、3.2)から決まる全反射
の臨界角68.1°に近い値をとる。
【0018】ここで、GaAsの励起子を光励起した場
合の屈折率変化のパワー依存性は2.6×10-5(cm
2/W)であり、光パルスを100μm径のスポットに
絞って照射した場合の透過率変化のパワー依存性は図5
に示される。このとき、光スイッチ回復時間はGaAs
膜42中の励起子の寿命で決まり、20ns程度とな
る。
【0019】実施の形態3.図6に示すように、石英基
板61上にスパッタ法によりCdSeドープのTiO2
膜62を作製し、TiO2膜62に信号光入力部として
導波路付きの高屈折率ガラス製の直角プリズム63、O
FF信号光出力部として導波路付きの高屈折率ガラス製
の直角プリズム64を接着し、ON信号光出力部として
石英基板61に導波路付きの高屈折率ガラス製の直角プ
リズム65を接着する。直角プリズム63の基板面の頂
角を12°にすると、TiO2層62から石英基板61
への光の入射角は35°となり、TiO2と石英の屈折
率(それぞれ2.55、1.55)から決まる全反射の
臨界角34.6°に近い値をとる。
【0020】ここで、TiO2中のCdSeの励起子を
光励起した場合の屈折率変化のパワー依存性は4.0×
10-10(cm2/W)であり、光パルスを100μm径
のスポットに絞って照射した場合の透過率変化のパワー
依存性は図7に示される。このとき、光スイッチ回復時
間はCdSeの励起子の寿命で決まり、30ps程度と
なる。
【0021】実施の形態4.図8に示すように、第1の
光スイッチ81のON信号光出力部と第2の光スイッチ
82の信号光入力部を導波路で結合する。この場合、第
1の光スイッチ81及び第2の光スイッチ82は、上記
実施の形態2あるいは3の光スイッチを使用するものと
する。光スイッチ81の回復時間よりも短いパルス間隔
で信号光を入力する場合には、制御光を照射した時刻
(矢印a)以降の光パルスが回復時間までON信号出力
部から出力される。第2の光スイッチ82での制御光の
照射時刻を入力パルス列のうちの最初から2番目のパル
ス(矢印b)に調整すると、OFF信号出力部にパルス
を1つ(信号3)だけ切り出すことが可能となる。
【0022】また、図9に示すように、第1の光スイッ
チ91のOFF信号光出力部と第2の光スイッチ92の
信号光入力部を導波路で結合する。この場合、第1の光
スイッチ91及び第2の光スイッチ92は、上記実施の
形態2あるいは3の光スイッチを使用するものとする。
光スイッチの回復時間よりも短いパルス間隔で信号光を
入力する場合には、制御光を照射した時刻(矢印c)以
降の光パルスは回復時間までOFF信号出力部から出力
されなくなる。92での制御光の照射時刻を入力パルス
列のうちの最後から1番目のパルス(矢印d)に調整す
ると、ON信号出力部にパルスを1つ(信号2)だけ切
り出すことが可能となる。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、全反射の
臨界角で光を入射させる構成を用いることにより、オン
状態の信号強度を大きくすることが可能となり、小さな
屈折率変化でも、光スイッチの動作が可能となる。
【0024】GaAs、InGaAs、GaAs/Al
GaAs量子井戸、InGaAs/InAlGaAs量
子井戸の少なくともいずれか1つを屈折率変化層に、G
aP、InPを基板として用いることにより、比較的弱
い制御光でも動作する光スイッチを得ることが可能とな
る。
【0025】半導体ドープのガラスを屈折率変化層に用
い、半導体ドープしていないガラスを基板として用いる
ことにより、回復速度の早い光スイッチを得ることが可
能となる。
【0026】2つの光スイッチの一方の光出力部と他方
の光入力部を導波路で接続することにより、回復速度の
遅い光スイッチから短いパルスを切り出すことが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係る全反射型光スイ
ッチの光学配置を示した説明図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係る反射率の角度依
存性を示した説明図である。
【図3】 本発明の実施の形態1に係る全反射型光スイ
ッチの透過率変化の角度依存性を示した説明図である。
【図4】 本発明の実施の形態2に係る全反射型光スイ
ッチを示した説明図である。
【図5】 本発明の実施の形態2に係る全反射型光スイ
ッチの制御光のパワー依存性を示した説明図である。
【図6】 本発明の実施の形態3に係る全反射型光スイ
ッチを示した説明図である。
【図7】 本発明の実施の形態3に係る全反射型光スイ
ッチの制御光のパワー依存性を示した説明図である。
【図8】 本発明の実施の形態4に係る全反射型光スイ
ッチを示した説明図である。
【図9】 本発明の実施の形態4に係る全反射型光スイ
ッチを示した説明図である。
【符号の説明】
11 第1の媒体、12 第2の媒体、41 InP基
板、42 GaAs膜、43 信号光入力部のSi製の
直角プリズム、44 OFF信号光出力部のSi製の直
角プリズム、45 ON信号光出力部のSi製の直角プ
リズム、46制御光、61 石英基板、62 CdSe
ドープのTiO2膜、63 信号光入力部の高屈折率ガ
ラス製の直角プリズム、64 OFF信号光出力部の高
屈折率ガラス製の直角プリズム、65 ON信号光出力
部の高屈折率ガラス製の直角プリズム、81 第1の全
反射型光スイッチ、82 第2の全反射型光スイッチ、
91 第1の全反射型光スイッチ、92 第2の全反射
型光スイッチ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 屈折率がn1の第1の媒体と、その第1
    の媒体に平面で接合し、前記第1の媒体よりも小さな屈
    折率n2の第2の媒体とを備え、光照射により前記第1
    の媒体と前記第2の媒体の少なくともいずれか一方の屈
    折率が変化する光スイッチであって、 前記第1の媒体から前記第2の媒体への入射角度をAr
    cSin(n2/n1)で光を導波させるための光入力
    部と、 第1の媒体の反射光をとり出すための第1の光出力部
    と、 第2の媒体の透過光をとり出すための第2の光出力部
    と、 を備えることを特徴とする光スイッチ。
  2. 【請求項2】 前記第1の媒体は、GaAs、InGa
    As、GaAs/AlGaAs量子井戸、InGaAs
    /InAlGaAs量子井戸の少なくともいずれか1つ
    を含み、前記第2の媒体はGaP、InPを含むことを
    特徴とする請求項1記載の光スイッチ。
  3. 【請求項3】 前記第1の媒体は半導体ドープのガラス
    であり、前記第2の媒体は半導体ドープしていないガラ
    スであることを特徴とする請求項1記載の光スイッチ。
  4. 【請求項4】 請求項1の2つの光スイッチを備え、一
    方の光スイッチの光出力部と他方の光スイッチの光入力
    部を導波路で接続することを特徴とする光スイッチ。
JP10039002A 1998-02-20 1998-02-20 光スイッチ Pending JPH11237650A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020220768A1 (zh) * 2019-04-30 2020-11-05 华为技术有限公司 常暗光开关和光路选通装置

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