JP2849190B2 - 光スイッチ - Google Patents
光スイッチInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は動作速度の速い光スイッチに関するものであ
る。
る。
（従来の技術） 従来、この種の光スイッチとしては第６図に示す構成
のものがある（参考文献:M.Ojima et al.,“Optical NO
R gate using diode laser sources"Appl.Opt.,Vol.25,
no.14.pp.2311〜2313,1986参照）。第６図において、１
は信号光源、２は集光用レンズ、３は制御用光源、４は
偏光ビームスプリッタ、５はファブリペロエタロン、６
は高反射膜、７は光非線形媒質を示す。
のものがある（参考文献:M.Ojima et al.,“Optical NO
R gate using diode laser sources"Appl.Opt.,Vol.25,
no.14.pp.2311〜2313,1986参照）。第６図において、１
は信号光源、２は集光用レンズ、３は制御用光源、４は
偏光ビームスプリッタ、５はファブリペロエタロン、６
は高反射膜、７は光非線形媒質を示す。
第７図は第６図におけるファブリペロエタロンの光入
力パワPinに対する光出力パワPoutの特性を示した図で
ある。
力パワPinに対する光出力パワPoutの特性を示した図で
ある。
いま、高反射膜を有するファブリペロエタロンの初期
状態が入射信号光波長に対して透過率の低い状態（反射
状態）に設定してあるものとする。そこへ入射する光信
号の強度が増加すると、光吸収により発生した自由キャ
リアのために光非線形媒質の屈折率が減少し、入力光パ
ワがPcに達した点で突然ファブリペロエタロンの状態は
透過状態に遷移する。一方、この状態から入力光パワを
減少させると同じ入出力特性を描かず、入力光パワがPa
に達した点で突然ファブリペロエタロンの状態は反射状
態に遷移する。この動作がいわゆる光双安定動作であ
る。従って制御用光源３からPc以上の光パワをファブリ
ペロエタロンに注入してやれば、光パワがPa以上の間に
わたって透過の状態になり、信号光も通すことが可能と
なる。なお、信号光と制御光を挿入損失を少なくした状
態で合波するために、ここでは互いの光の偏光面を直交
させて偏光ビームスプリッタで合波している。3dBの挿
入損失を許容すれば、半透鏡でも同様な機能を得ること
ができる。
状態が入射信号光波長に対して透過率の低い状態（反射
状態）に設定してあるものとする。そこへ入射する光信
号の強度が増加すると、光吸収により発生した自由キャ
リアのために光非線形媒質の屈折率が減少し、入力光パ
ワがPcに達した点で突然ファブリペロエタロンの状態は
透過状態に遷移する。一方、この状態から入力光パワを
減少させると同じ入出力特性を描かず、入力光パワがPa
に達した点で突然ファブリペロエタロンの状態は反射状
態に遷移する。この動作がいわゆる光双安定動作であ
る。従って制御用光源３からPc以上の光パワをファブリ
ペロエタロンに注入してやれば、光パワがPa以上の間に
わたって透過の状態になり、信号光も通すことが可能と
なる。なお、信号光と制御光を挿入損失を少なくした状
態で合波するために、ここでは互いの光の偏光面を直交
させて偏光ビームスプリッタで合波している。3dBの挿
入損失を許容すれば、半透鏡でも同様な機能を得ること
ができる。
以上説明した構成で光ゲートスイッチを構成するの
で、スイッチの動作速度がキャリアのライフタイムによ
り制御され、高速動作に適さなかった。
で、スイッチの動作速度がキャリアのライフタイムによ
り制御され、高速動作に適さなかった。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、製作が容易で高速動作可能な光スイッチを
提供することにある。
提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、光スイッチを位相シフト領域を有するグレ
ーティングと光ゲート機能を有する構造を光の伝搬方向
に対して直列に接続した構成とする。
ーティングと光ゲート機能を有する構造を光の伝搬方向
に対して直列に接続した構成とする。
（実施例） 以下、図面により本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例の構成図であって、８はグ
レーティング、９は光アンプ、10a,10b,10cは入出力導
波路、11は制御光導波路、12は絶縁膜、13は電極であ
る。
レーティング、９は光アンプ、10a,10b,10cは入出力導
波路、11は制御光導波路、12は絶縁膜、13は電極であ
る。
また第２図（ａ）第１図における入出力導波路のＡ−
Ａ′における断面構造図であって、14はIno.72Gao.28As
o.59Po.41で構成されたコア、15はｎ型InPクラッド、16
は電極である。コアの幅と厚さはそれぞれ約３μｍと0.
4mである。第２図（ｂ）は第１図におけるグレーティン
グ部のＢ−Ｂ′における断面構造図で、17は多重量子井
戸構造をした光非線形媒質であり、第２図（ｄ）は光非
線形媒質17の拡大断面図であって、18,19はその内部構
造を示す。コア14と光非線形媒質17の光軸は一致してい
る。18は井戸部を構成し、Ino.47Gao.53Asを50Åの厚さ
で形成し、19は障壁部を構成し、InPを75Åの厚さで形
成する。20は制御光導波路でIno.72Gao.28Aso.59Po.41
で構成される。制御光導波路20の構造もＡ−Ａ′におけ
る断面と同じである。第２図（ｃ）は第１図における光
アンプのＣ−Ｃ′における断面構造図で、21は活性層で
Ino.60Gao.40Aso.85Po.15で構成される。22はｐ型InPク
ラッド、23はFeドープ高抵抗InPクラッドである。これ
らの導波路は半導体レーザの埋め込み成長技術と同様に
して製造する。
Ａ′における断面構造図であって、14はIno.72Gao.28As
o.59Po.41で構成されたコア、15はｎ型InPクラッド、16
は電極である。コアの幅と厚さはそれぞれ約３μｍと0.
4mである。第２図（ｂ）は第１図におけるグレーティン
グ部のＢ−Ｂ′における断面構造図で、17は多重量子井
戸構造をした光非線形媒質であり、第２図（ｄ）は光非
線形媒質17の拡大断面図であって、18,19はその内部構
造を示す。コア14と光非線形媒質17の光軸は一致してい
る。18は井戸部を構成し、Ino.47Gao.53Asを50Åの厚さ
で形成し、19は障壁部を構成し、InPを75Åの厚さで形
成する。20は制御光導波路でIno.72Gao.28Aso.59Po.41
で構成される。制御光導波路20の構造もＡ−Ａ′におけ
る断面と同じである。第２図（ｃ）は第１図における光
アンプのＣ−Ｃ′における断面構造図で、21は活性層で
Ino.60Gao.40Aso.85Po.15で構成される。22はｐ型InPク
ラッド、23はFeドープ高抵抗InPクラッドである。これ
らの導波路は半導体レーザの埋め込み成長技術と同様に
して製造する。
第３図（ａ），（ｂ）は、第１図に示すグレーティン
グ８のＤ−Ｄ′における断面構造図、光アンプ９のＥ−
Ｅ′における断面構造図である。24は1/4波長の位相シ
フト領域である。
グ８のＤ−Ｄ′における断面構造図、光アンプ９のＥ−
Ｅ′における断面構造図である。24は1/4波長の位相シ
フト領域である。
第４図はグレーティングスイッチ部の波長に対する透
過率の特性を説明する図である。ここで第１図の構成に
おけるスイッチング動作について説明する。
過率の特性を説明する図である。ここで第１図の構成に
おけるスイッチング動作について説明する。
グレーティング８は波長1.55μｍに対応する１次回折
格子ピッチ0.24μｍに一致している。したがって第３図
におけるピッチΛは0.24μｍ、厚さｔは0.4μｍとし
た。多重量子井戸構造をした光非線形媒質17の部分およ
びクラッド15の部分の屈折率は、それぞれ約3.4および
3.2となるので、グレーティング部における反射結合係
数κは約500cm-1以上が得られる。いまグレーティング
部の長さLgが50μｍの第３図の構成とすると、最大反射
率は約98％が得られる。第４図に示したようにブラッグ
波長λＢ＝1.55μｍにおいて透過率はピークをもつ。こ
れは第３図（ａ）に示したようにグレーティング部に1/
4波長の位相シフト領域が存在するためである。したが
って、信号光波長λｓを1.545μｍとすると、グレーテ
ィング８では反射状態となる。いまグレーティング部に
制御信号光を当てて多重量子井戸構造部14の屈折率を変
化させ、ブラッグ波長λＢをΔλだけ変化させればグレ
ーティング８の部分は反射状態から透過状態へとスイッ
チングされ、さらに反射状態へスイッチングする。
格子ピッチ0.24μｍに一致している。したがって第３図
におけるピッチΛは0.24μｍ、厚さｔは0.4μｍとし
た。多重量子井戸構造をした光非線形媒質17の部分およ
びクラッド15の部分の屈折率は、それぞれ約3.4および
3.2となるので、グレーティング部における反射結合係
数κは約500cm-1以上が得られる。いまグレーティング
部の長さLgが50μｍの第３図の構成とすると、最大反射
率は約98％が得られる。第４図に示したようにブラッグ
波長λＢ＝1.55μｍにおいて透過率はピークをもつ。こ
れは第３図（ａ）に示したようにグレーティング部に1/
4波長の位相シフト領域が存在するためである。したが
って、信号光波長λｓを1.545μｍとすると、グレーテ
ィング８では反射状態となる。いまグレーティング部に
制御信号光を当てて多重量子井戸構造部14の屈折率を変
化させ、ブラッグ波長λＢをΔλだけ変化させればグレ
ーティング８の部分は反射状態から透過状態へとスイッ
チングされ、さらに反射状態へスイッチングする。
いまこのグレーティング８に、第５図（ａ）に示した
ような制御光パルスを入射したとすると、グレーティン
グ部の透過率の時間応答は第５図（ｂ）に示すようにな
る。制御光の立ち上がりに対応するスイッチングは、多
重量子井戸構造のバンド間遷移時間で決まるので、非常
に高速である。一方、制御光の立ち下がりに対応するス
イッチングは、キャリアのライフタイムによって制限さ
れるので、10ns程度を要する。
ような制御光パルスを入射したとすると、グレーティン
グ部の透過率の時間応答は第５図（ｂ）に示すようにな
る。制御光の立ち上がりに対応するスイッチングは、多
重量子井戸構造のバンド間遷移時間で決まるので、非常
に高速である。一方、制御光の立ち下がりに対応するス
イッチングは、キャリアのライフタイムによって制限さ
れるので、10ns程度を要する。
つぎに光アンプ９に第５図（ｃ）に示すような電流を
流した場合を考える。光アンプは電流ゼロの状態では信
号光を吸収するので、光アンプ９の透過率は、第５図
（ｄ）に示すようになる。そこで第１図に示す通りグレ
ーティング８と光アンプ９を信号光の伝搬方向に直列に
接続したところ、透過率は第５図（ｅ）に示すようにな
り、キャリアライフタイムに制限されない高速なスイッ
チング動作が確認された。
流した場合を考える。光アンプは電流ゼロの状態では信
号光を吸収するので、光アンプ９の透過率は、第５図
（ｄ）に示すようになる。そこで第１図に示す通りグレ
ーティング８と光アンプ９を信号光の伝搬方向に直列に
接続したところ、透過率は第５図（ｅ）に示すようにな
り、キャリアライフタイムに制限されない高速なスイッ
チング動作が確認された。
なお、ここではグレーティング部を光によって制御す
る場合について説明したが、電界・電流・熱等による制
御についても同様である。例えば、上記光の透過・反射
を切り替える構造をPn接合によって構成し、該Pn接合に
電界または電流を印加することにより、導波路部の屈折
率を変化させることができるので、外部制御光による場
合と同様の制御を行うことが可能である。また、光ゲー
ト機能を有する構造は光アンプについて説明したが、グ
レーティング・ファブリペロエタロン・リング共振器に
ついても同様な動作をすることは言うまでもない。
る場合について説明したが、電界・電流・熱等による制
御についても同様である。例えば、上記光の透過・反射
を切り替える構造をPn接合によって構成し、該Pn接合に
電界または電流を印加することにより、導波路部の屈折
率を変化させることができるので、外部制御光による場
合と同様の制御を行うことが可能である。また、光ゲー
ト機能を有する構造は光アンプについて説明したが、グ
レーティング・ファブリペロエタロン・リング共振器に
ついても同様な動作をすることは言うまでもない。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、光スイッチを位相シ
フト領域を有するグレーティングと光ゲート機能を有す
る構造とを光の伝搬方向に対して直列に接続した構成と
したので、スイッチング速度が非線形効果の本質的なス
ピードのみによって決まり、キャリアライフタイム・CR
時定数等によらない高速なスイッチングが可能となっ
た。
フト領域を有するグレーティングと光ゲート機能を有す
る構造とを光の伝搬方向に対して直列に接続した構成と
したので、スイッチング速度が非線形効果の本質的なス
ピードのみによって決まり、キャリアライフタイム・CR
時定数等によらない高速なスイッチングが可能となっ
た。
第１図は本発明の光スイッチの一実施例の構成図、 第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ第１図のＡ−
Ａ′、Ｂ−Ｂ′,C−Ｃ′における断面図、 第２図（ｄ）は第２図（ｂ）に示す多重量子井戸構造を
した光非線形媒質の拡大断面図、 第３図（ａ），（ｂ）は第１図のＤ−Ｄ′,E−Ｅ′にお
ける断面図、 第４図はグレーティング部の反射率−波長特性図、 第５図（ａ）〜（ｅ）はスイッチング動作の時間応答特
性図、 第６図は従来の光ゲートスイッチの構成図、 第７図は第６図におけるファブリペロエタロンンの光入
出力特性図である。 １……信号光源、２……集光用レンズ ３……制御用光源 ４……偏光ビームスプリッタ ５……ファブリペロエタロン ６……高反射膜、７……非線形媒質 ８……グレーティング、９……光アンプ 10a,10b,10c……入出力導波路 11……制御光導波路、12……絶縁膜 13……電極、14……コア 15……ｎ型InPクラッド、16……電極 17……多重量子井戸構造をした光非線形媒質 18……井戸部、19……障壁部 20……制御光導波路、21……活性層 22……ｐ型InPクラッド 23……Feドープ高抵抗InPクラッド 24……位相シフト領域
Ａ′、Ｂ−Ｂ′,C−Ｃ′における断面図、 第２図（ｄ）は第２図（ｂ）に示す多重量子井戸構造を
した光非線形媒質の拡大断面図、 第３図（ａ），（ｂ）は第１図のＤ−Ｄ′,E−Ｅ′にお
ける断面図、 第４図はグレーティング部の反射率−波長特性図、 第５図（ａ）〜（ｅ）はスイッチング動作の時間応答特
性図、 第６図は従来の光ゲートスイッチの構成図、 第７図は第６図におけるファブリペロエタロンンの光入
出力特性図である。 １……信号光源、２……集光用レンズ ３……制御用光源 ４……偏光ビームスプリッタ ５……ファブリペロエタロン ６……高反射膜、７……非線形媒質 ８……グレーティング、９……光アンプ 10a,10b,10c……入出力導波路 11……制御光導波路、12……絶縁膜 13……電極、14……コア 15……ｎ型InPクラッド、16……電極 17……多重量子井戸構造をした光非線形媒質 18……井戸部、19……障壁部 20……制御光導波路、21……活性層 22……ｐ型InPクラッド 23……Feドープ高抵抗InPクラッド 24……位相シフト領域
Claims (2)
- 【請求項１】光導波路の一部に光の透過・反射を切り替
える構造を有し、該構造の屈折率を変化させることによ
って光の透過・反射を切り替える光スイッチにおいて、
光の透過・反射を切り替える構造を位相シフト領域を有
するグレーティングによって構成し、光ゲート機能を有
する構造を光の伝搬方向に対して直列に接続した構成と
することを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項２】光の透過・反射を切り替える構造を多重量
子井戸構造によって構成することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23311390A JP2849190B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23311390A JP2849190B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04114133A JPH04114133A (ja) | 1992-04-15 |
| JP2849190B2 true JP2849190B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=16949974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23311390A Expired - Fee Related JP2849190B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2849190B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2682379B2 (ja) * | 1993-06-25 | 1997-11-26 | 日本電気株式会社 | 半導体ゲート型光スイッチ又は半導体マトリクス光スイッチ及びその製造方法 |
| JP3039347B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2000-05-08 | 日立電線株式会社 | スイッチング機能を備えた光部品及びそれに使用する導波路型フィルタ |
-
1990
- 1990-09-05 JP JP23311390A patent/JP2849190B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04114133A (ja) | 1992-04-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |