JP3373514B2 - 光学的スイッチング装置 - Google Patents
光学的スイッチング装置Info
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- 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
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- G02F1/025—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 intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光スイッチング装置に関し、高いビット速度
の通信リンクにおける特定の応用を発見している。
の通信リンクにおける特定の応用を発見している。
高いデータ速度を伝達することができる通信リンク
は、それらが情報の増加したレベルを伝送し、および／
またはより多数の顧客にサービスする単一の物理的接続
を介するリンクを提供することができるので便利であ
る。例えば、通信リンク上の時分割多重化信号は多数の
タイムスロットを提供することができ、それ故、潜在的
に、多数の顧客にサービスし、リンク自体は高いデータ
速度を伝達する。
は、それらが情報の増加したレベルを伝送し、および／
またはより多数の顧客にサービスする単一の物理的接続
を介するリンクを提供することができるので便利であ
る。例えば、通信リンク上の時分割多重化信号は多数の
タイムスロットを提供することができ、それ故、潜在的
に、多数の顧客にサービスし、リンク自体は高いデータ
速度を伝達する。
通信リンク上のデータをアクセスするために、リンク
上の情報を受信機に下方向に負荷することが必要であ
る。時分割多重化では１人の特定の顧客が下方向に負荷
される１以上の選択された時間スロットから情報を必要
とする。このことを行うためにスイッチング装置が使用
されてもよく、装置のスイッチング速度は高速度通話を
伝達するためのリンク能力と釣合っている。光通信で
は、データ速度は将来、100Gビット／秒ほどの高さを達
成することが予想されている。これは10のタイムスロッ
トで伝送され、10Gビット／秒で10個のチャンネルを提
供する。
上の情報を受信機に下方向に負荷することが必要であ
る。時分割多重化では１人の特定の顧客が下方向に負荷
される１以上の選択された時間スロットから情報を必要
とする。このことを行うためにスイッチング装置が使用
されてもよく、装置のスイッチング速度は高速度通話を
伝達するためのリンク能力と釣合っている。光通信で
は、データ速度は将来、100Gビット／秒ほどの高さを達
成することが予想されている。これは10のタイムスロッ
トで伝送され、10Gビット／秒で10個のチャンネルを提
供する。
通信リンクを使用して顧客数の潜在的な増加と共に、
将来の回路網の超高速度ビットは回路網の処理に大きな
柔軟性を有する通信機関を提供し、また、顧客に新しく
大きな帯域幅のサービスを与えることを可能にする。本
発明は超高速ビットリンクを達成する重要な部分に関
し、100Gビット／秒の光時分割多重化（OTDM）信号から
10Gビット／秒のビット流をデマルチプレクスする能力
のあるタイプのスイッチを提供する。光クロック信号は
全ての毎10番目ビットをスイッチするために使用され
る。リンク上の全てのデータを回復するために10個のス
イッチング装置が並列に使用される。
将来の回路網の超高速度ビットは回路網の処理に大きな
柔軟性を有する通信機関を提供し、また、顧客に新しく
大きな帯域幅のサービスを与えることを可能にする。本
発明は超高速ビットリンクを達成する重要な部分に関
し、100Gビット／秒の光時分割多重化（OTDM）信号から
10Gビット／秒のビット流をデマルチプレクスする能力
のあるタイプのスイッチを提供する。光クロック信号は
全ての毎10番目ビットをスイッチするために使用され
る。リンク上の全てのデータを回復するために10個のス
イッチング装置が並列に使用される。
光入力により制御されることができるスイッチング装
置を含んでいるスイッチング装置が知られている。例え
ば文献（“130ps Recovery of All−optical Switching
in a GaAs Multi Quantum Well Directional Couple
r"、Applied Physics Letters、58巻、No.19、1991年５
月13日）では130psの回復時間が多重量子ウェルを使用
してゼロギャップの方向性結合器で報告されている。し
かしながら本発明で非常に高速の回復時間が達成できた
ことが発見された。回復時間の減少は潜在的により高速
のスイッチを提供し、回復時間は限定要素である。
置を含んでいるスイッチング装置が知られている。例え
ば文献（“130ps Recovery of All−optical Switching
in a GaAs Multi Quantum Well Directional Couple
r"、Applied Physics Letters、58巻、No.19、1991年５
月13日）では130psの回復時間が多重量子ウェルを使用
してゼロギャップの方向性結合器で報告されている。し
かしながら本発明で非常に高速の回復時間が達成できた
ことが発見された。回復時間の減少は潜在的により高速
のスイッチを提供し、回復時間は限定要素である。
本発明によると、高いデータ速度で動作する光通信シ
ステムで使用される半導体光スイッチング装置が提供さ
れ、このスイッチング装置は光導波体を具備し、それは
基体に設けられているｐ−ｎ接合を含み、通信リンクか
ら第１の波長のデータ信号を、第２の波長の制御信号を
受信し、制御信号は使用において装置を横切る大きなキ
ャパシタンスが存在する装置のデータ信号の光通路の長
さを変化するためにｐ−ｎ接合の領域の電気キャリアの
生成により第１の波長で導波体の少なくとも１部の屈折
率を変化させるように動作する。
ステムで使用される半導体光スイッチング装置が提供さ
れ、このスイッチング装置は光導波体を具備し、それは
基体に設けられているｐ−ｎ接合を含み、通信リンクか
ら第１の波長のデータ信号を、第２の波長の制御信号を
受信し、制御信号は使用において装置を横切る大きなキ
ャパシタンスが存在する装置のデータ信号の光通路の長
さを変化するためにｐ−ｎ接合の領域の電気キャリアの
生成により第１の波長で導波体の少なくとも１部の屈折
率を変化させるように動作する。
大きなキャパシタンスの目的は制御信号の装置への入
力により生成された後、できるだけ速く接合領域からキ
ャリアを掃出すことである。これは大きなキャパシタン
スが光生成キャリアのために低インピーダンスの再結合
通路を提供するために達成され、従って装置の回復と、
潜在的スイッチング速度を高める。
力により生成された後、できるだけ速く接合領域からキ
ャリアを掃出すことである。これは大きなキャパシタン
スが光生成キャリアのために低インピーダンスの再結合
通路を提供するために達成され、従って装置の回復と、
潜在的スイッチング速度を高める。
例えばデータ信号が導波体により誘導され、制御信号
が導波体に直角に入力され、それによって誘導されない
ようにデータおよび制御信号は両者とも装置を通って誘
導される必要はないが、好ましくはデータおよび制御信
号の両者が導波体に沿って誘導される。これは特にデー
タおよび制御信号が同一の入力と出力ポートを導波体と
共有するならば装置の整列を容易にする。
が導波体に直角に入力され、それによって誘導されない
ようにデータおよび制御信号は両者とも装置を通って誘
導される必要はないが、好ましくはデータおよび制御信
号の両者が導波体に沿って誘導される。これは特にデー
タおよび制御信号が同一の入力と出力ポートを導波体と
共有するならば装置の整列を容易にする。
装置の大きなキャパシタンスは使用において実質的に
一定の電位がｐ−ｎ接合を横切って維持されることを可
能にする。これはこの電位が接合領域からキャリアを掃
出すための駆動力を提供するので好ましい。
一定の電位がｐ−ｎ接合を横切って維持されることを可
能にする。これはこの電位が接合領域からキャリアを掃
出すための駆動力を提供するので好ましい。
さらに装置の大きなキャパシタンスは好ましくは装置
内で電気キャリアのAC成分の再結合を助長する。装置内
で生じる再結合用の配置により例えば結合ワイヤの高い
ACインピーダンスにより、再結合が装置の外部で生じる
ときに遭遇する潜在的な長い遅延が防止されることがで
きる。
内で電気キャリアのAC成分の再結合を助長する。装置内
で生じる再結合用の配置により例えば結合ワイヤの高い
ACインピーダンスにより、再結合が装置の外部で生じる
ときに遭遇する潜在的な長い遅延が防止されることがで
きる。
適切なキャパシタンスは類似構造の既知の装置で使用
されるよりも高い結合パッドキャパシタンスを提供する
ことにより達成されることができる。例えば後者は接合
を横切って0.5pF程度のキャパシタンスと0.1pFまたはそ
れ以下の結合パッドキャパシタンスを有する。既知の装
置では目的は存在するキャパシタンスを減少することで
ある。本発明による装置は対照的に5pFから50pFの範囲
で使用されるキャパシタンスを与える。例えば５ボルト
の逆バイアス下で、接合は0.6pFのキャパシタンス
（Cd）を提供するが、結合パッドキャパシタンスを含む
スイッチング装置は全体として23pFのキャパシタンス
（Cext）を有する。
されるよりも高い結合パッドキャパシタンスを提供する
ことにより達成されることができる。例えば後者は接合
を横切って0.5pF程度のキャパシタンスと0.1pFまたはそ
れ以下の結合パッドキャパシタンスを有する。既知の装
置では目的は存在するキャパシタンスを減少することで
ある。本発明による装置は対照的に5pFから50pFの範囲
で使用されるキャパシタンスを与える。例えば５ボルト
の逆バイアス下で、接合は0.6pFのキャパシタンス
（Cd）を提供するが、結合パッドキャパシタンスを含む
スイッチング装置は全体として23pFのキャパシタンス
（Cext）を有する。
接合はPIN接合として設けられることができ、第２の
（制御）波長での光吸収はキャリアとして電子ホールの
対（EHP）を生じさせる。
（制御）波長での光吸収はキャリアとして電子ホールの
対（EHP）を生じさせる。
特に有効な信号と制御波長は1.55μｍと1.3μｍであ
り、これらは共通して光通信で使用され、これらの波長
の光源は容易に得られる。
り、これらは共通して光通信で使用され、これらの波長
の光源は容易に得られる。
本発明の実施例によるスイッチング装置は周期的に
（選択的に）信号波長を伝送またはブロックすることに
よりスイッチとして使用されることができる。これはマ
ッハツェンダー干渉計の１つの腕に装置を配置するか、
またはファブリーペロー（FP）空洞または方向性結合器
を具備するように装置を構成することにより達成され
る。
（選択的に）信号波長を伝送またはブロックすることに
よりスイッチとして使用されることができる。これはマ
ッハツェンダー干渉計の１つの腕に装置を配置するか、
またはファブリーペロー（FP）空洞または方向性結合器
を具備するように装置を構成することにより達成され
る。
本発明の特定の実施例が例により添付図面を参照して
説明される。
説明される。
図１は本発明の実施例によりデマルチプレクス（DEMU
X）チップの斜視図を示している。
X）チップの斜視図を示している。
図２は図１のチップの導波体領域の断面を示してい
る。
る。
図３は図１のDEMUXチップの回路モデルを示してい
る。
る。
図４は図１のDEMUXチップの調査動作用の実験的装置
を示している。
を示している。
図５は図４の実験装置で得られる実験結果、特に光学
的に変調された信号と光変調信号との測定比を示してい
る。
的に変調された信号と光変調信号との測定比を示してい
る。
図６は本発明で使用されるDEMUXチップの別の実施例
を示している。
を示している。
図１、２を参照すると、本発明の実施例は1.55μｍの
波長で100Gビット／秒のOTDM信号から10Gビット／秒の
ビット流をデマルチプレクスするように設計されている
PIN導波体装置１を具備する。このようなスイッチング
装置は1.3μｍの波長の光学的クロック信号を有するDEM
UXチップとして使用され、クロック信号は例えば100Gビ
ット／秒の信号の10番目のビット毎にスイッチするため
に使用される。
波長で100Gビット／秒のOTDM信号から10Gビット／秒の
ビット流をデマルチプレクスするように設計されている
PIN導波体装置１を具備する。このようなスイッチング
装置は1.3μｍの波長の光学的クロック信号を有するDEM
UXチップとして使用され、クロック信号は例えば100Gビ
ット／秒の信号の10番目のビット毎にスイッチするため
に使用される。
PIN導波体装置構造１はMOVPE成長技術により成長さ
れ、これらはよく知られているのでここではさらに説明
しない。構造はSnでドープされたInP基体２に基づく。
基体への層の成長は以下の通りであり、 ｉ）屈折率が基体に整合している２×1018cm-3に硫黄で
ドープしたn-のInP層３と、 ii）３×1017cm-3に硫黄でドープしたn-のInPバッファ
層４と、 iii）0.30μｍの４元（Ｑ）の1.44層５と、 iv）0.18μｍのドープされていないInP層６と、 ｖ）8.3×1017cm-3に亜鉛でドープしたp+のInP層７の順
序である。
れ、これらはよく知られているのでここではさらに説明
しない。構造はSnでドープされたInP基体２に基づく。
基体への層の成長は以下の通りであり、 ｉ）屈折率が基体に整合している２×1018cm-3に硫黄で
ドープしたn-のInP層３と、 ii）３×1017cm-3に硫黄でドープしたn-のInPバッファ
層４と、 iii）0.30μｍの４元（Ｑ）の1.44層５と、 iv）0.18μｍのドープされていないInP層６と、 ｖ）8.3×1017cm-3に亜鉛でドープしたp+のInP層７の順
序である。
図１を特に参照すると、入力および出力ポート８、９
はそれぞれ導波体構造の一方の端部にファセットとして
設けられる。Q1.44の誘導層５の1.3μｍの光の吸光はEH
Pに上昇し、1.55μｍの光に対するこの層５の屈折率
（Δｎ）で関連する変化となる。1.55μｍでの透過され
た強度は装置１をマッハツェンダー干渉計タイプの装置
に配置することにより、またはファブリーペロー空洞に
依存することにより光学的に制御されることができる。
超高速動作はさらに後述するように掃引EHPのチップの
再結合の新しい方法を使用して可能にされる。屈折率Δ
ｎの変化はバンド充満とバンドギャップ収縮と自由キャ
リア吸収の効果によるものであり、以下の２つの参考文
献で説明されている。
はそれぞれ導波体構造の一方の端部にファセットとして
設けられる。Q1.44の誘導層５の1.3μｍの光の吸光はEH
Pに上昇し、1.55μｍの光に対するこの層５の屈折率
（Δｎ）で関連する変化となる。1.55μｍでの透過され
た強度は装置１をマッハツェンダー干渉計タイプの装置
に配置することにより、またはファブリーペロー空洞に
依存することにより光学的に制御されることができる。
超高速動作はさらに後述するように掃引EHPのチップの
再結合の新しい方法を使用して可能にされる。屈折率Δ
ｎの変化はバンド充満とバンドギャップ収縮と自由キャ
リア吸収の効果によるものであり、以下の２つの参考文
献で説明されている。
参考文献（ii） “Carrier−Induced Change in Ref
ractive Index of InP,GaAs and InGaAsP"IEEE,Journal
of Quantum Electronics、26巻、No.1、1990年１月 参考文献（iii） “InP GaInAsP Guided wave Phase
Modulators based on Carrier−induced Effects,Theo
ry and Experiment"Journal of Lightwave Technolog
y、10巻、No.1、1992年１月 図面で示された本発明の実施例の動作の実践的な詳細
について以下説明する。
ractive Index of InP,GaAs and InGaAsP"IEEE,Journal
of Quantum Electronics、26巻、No.1、1990年１月 参考文献（iii） “InP GaInAsP Guided wave Phase
Modulators based on Carrier−induced Effects,Theo
ry and Experiment"Journal of Lightwave Technolog
y、10巻、No.1、1992年１月 図面で示された本発明の実施例の動作の実践的な詳細
について以下説明する。
スイッチに必要なパルスエネルギ
さらに1.3μｍまたは1.55μｍの通信窓で動作する他
の装置と集積するための潜在性を有することは別とし
て、InPに整合したInGaAsP格子を使用することはΔｎが
所定の波長に対して最大にされるようにそのバンドギャ
ップが選択される点で有効である。1.44μｍのバンドギ
ャップ波長は1.55μｍに近似したこの波長のためにΔｎ
の大きな値を与えるように選択され、容認できる小さい
吸光係数を維持する。バンドギャップのこの選択のため
にΔｎへの優勢な貢献はバンド充満であることが期待さ
れ、バンドギャップ収縮と自由キャリア吸収プロセスは
より小さく、互いに反対の極性である（前述の参考文献
（ii）参照）。バンド充満効果のみの考慮から、Δｎを
約５×10-20cm-3の自由キャリア密度に関連づける比例
定数は論理的に予測される（前述の参考文献（iii）参
照）。高い精細度のFP空洞はこの位相変調を1.55μｍの
光の強度変調に変換するために使用される。これは屈折
率が1.55μｍで84％、1.3μｍで８％の入力／出力ポー
ト８、９でファセット被覆を施すことにより達成され
る。これらの被覆が長さ540μｍの装置に施されると
き、9.1dBのコントラスト比はFPスペクトルを通しての
同調により達成される。1.3μｍの光のIpJが装置に結合
されるとき得られる評価コントラスト比は前述の比例定
数および標準的なFP理論（参考文献（iv）：“Simple a
nd Accurate Loss Measurement for Semiconductor Opt
ical Waveguides"、Electronics Letters、21巻、581〜
583頁）を使用して6.1dBに計算される。
の装置と集積するための潜在性を有することは別とし
て、InPに整合したInGaAsP格子を使用することはΔｎが
所定の波長に対して最大にされるようにそのバンドギャ
ップが選択される点で有効である。1.44μｍのバンドギ
ャップ波長は1.55μｍに近似したこの波長のためにΔｎ
の大きな値を与えるように選択され、容認できる小さい
吸光係数を維持する。バンドギャップのこの選択のため
にΔｎへの優勢な貢献はバンド充満であることが期待さ
れ、バンドギャップ収縮と自由キャリア吸収プロセスは
より小さく、互いに反対の極性である（前述の参考文献
（ii）参照）。バンド充満効果のみの考慮から、Δｎを
約５×10-20cm-3の自由キャリア密度に関連づける比例
定数は論理的に予測される（前述の参考文献（iii）参
照）。高い精細度のFP空洞はこの位相変調を1.55μｍの
光の強度変調に変換するために使用される。これは屈折
率が1.55μｍで84％、1.3μｍで８％の入力／出力ポー
ト８、９でファセット被覆を施すことにより達成され
る。これらの被覆が長さ540μｍの装置に施されると
き、9.1dBのコントラスト比はFPスペクトルを通しての
同調により達成される。1.3μｍの光のIpJが装置に結合
されるとき得られる評価コントラスト比は前述の比例定
数および標準的なFP理論（参考文献（iv）：“Simple a
nd Accurate Loss Measurement for Semiconductor Opt
ical Waveguides"、Electronics Letters、21巻、581〜
583頁）を使用して6.1dBに計算される。
装置のスイッチ速度
ドープされていない導波体を使用してΔｎを誘起した
自由キャリアの最初の調査は、自由キャリアがこの材料
システムで約8nsの寿命時間を有することを示した。動
作装置ではこの自由キャリアの寿命時間は100Gビット-1
の動作を助長するために10ps（ｐ秒）より少なく減少さ
れる必要がある。実際的な目的のためにオン切換え時間
はスイッチのオフ時間と比較して瞬間的である。ｐ接触
部（結合パッド）11とｎ接触部（金属被着基体）12との
間の十分な逆バイアスの印加により空乏化された誘導層
５、６を横切って電界が設定されることができ、この層
からの伝送時間により決定される速度でEHPの除去を生
じる。電子とホールの飽和されたキャリア速度がInGaAs
の７×106cm-1および５×106cm-1と同じ値を有すると仮
定するならば、全てのキャリアは10ps（ｐ秒）より少な
い空乏領域から除去され、平均キャリア走行時間は4.4p
s（ｐ秒）（参考文献（ｖ）：“GaInAsP Alloy Semicon
ductors"、1982年）である。
自由キャリアの最初の調査は、自由キャリアがこの材料
システムで約8nsの寿命時間を有することを示した。動
作装置ではこの自由キャリアの寿命時間は100Gビット-1
の動作を助長するために10ps（ｐ秒）より少なく減少さ
れる必要がある。実際的な目的のためにオン切換え時間
はスイッチのオフ時間と比較して瞬間的である。ｐ接触
部（結合パッド）11とｎ接触部（金属被着基体）12との
間の十分な逆バイアスの印加により空乏化された誘導層
５、６を横切って電界が設定されることができ、この層
からの伝送時間により決定される速度でEHPの除去を生
じる。電子とホールの飽和されたキャリア速度がInGaAs
の７×106cm-1および５×106cm-1と同じ値を有すると仮
定するならば、全てのキャリアは10ps（ｐ秒）より少な
い空乏領域から除去され、平均キャリア走行時間は4.4p
s（ｐ秒）（参考文献（ｖ）：“GaInAsP Alloy Semicon
ductors"、1982年）である。
誘導領域からキャリアを除去するため光学スイッチを
逆バイアスする考えは以前報告されている（前述の参照
文献（ｉ）参照）。MQW構造の逆バイアスによりキャリ
アは130psに回復時間を落とすために誘導領域から掃出
される。しかしながら、ここで報告された装置構造は以
下の２つの方法で非常に異なっている。第１に、バルク
な半導体の誘導層を使用する。この結果として生成され
たキャリアはバリアをトンネル効果で通過する必要な
く、誘導層から出る途中で速度を落とさない。第２およ
びより基本的なダイバージェンスは空乏領域からEHPを
除去することにより開始される電流パルスに関する。キ
ャリアが飽和されたキャリア速度で掃出されるとき、こ
の電流パルスは大きさが数百mAである。数オームより上
のインピーダンスでは、数ボルトの電位がバイアス電圧
とは反対に外部回路を横切って生成されることがわか
る。DEMUXチップとバイアス回路は図３で示されている
回路素子モデル10により表されることができる。5Vの逆
バイアスの下ではpin接合は370pAの漏洩電流と、キャパ
シタンスCd＝0.6pFを有する。金属被覆された***部か
ら結合パッド11までの通路と関連する抵抗13は約Ｒ＝1.
6Ωである。0.1μｍのSiNxの誘電体層を使用して製造さ
れた大きい面積の結合パッド11は−5VでCext＝23pFのキ
ャパシタンスを有する。1.3μｍのクロックパルスが10G
Hzの反復率を有するとき、生成された電流は10GHzのス
テップで100GHzを越えるまで上昇するAC成分に加えてDC
成分から構成される。DEMUXチップはバイアス電圧の供
給を容易にするためにレーザヘッダに結合されている。
必然的に種々の外部抵抗Ｒと直列に動作する数nHの結合
ワイヤインダクタンスＬ、14が存在する。Ｒが数オーム
よりも小さい限り、電流のDC成分は多量に接合電位を落
とすことなくチップから離れて再結合する。これらの周
波数での結合ワイヤの大きなインピーダンスのためにAC
成分では事情が異なる。これは高い値のCextにより可能
にされるチップの再結合で必要である。Ｒに直列のイン
ダクタンスが無視できる程度の大きさであることを仮定
する先に上げられた値では、100Gビット-1の動作は低い
逆電圧に対して予測される。
逆バイアスする考えは以前報告されている（前述の参照
文献（ｉ）参照）。MQW構造の逆バイアスによりキャリ
アは130psに回復時間を落とすために誘導領域から掃出
される。しかしながら、ここで報告された装置構造は以
下の２つの方法で非常に異なっている。第１に、バルク
な半導体の誘導層を使用する。この結果として生成され
たキャリアはバリアをトンネル効果で通過する必要な
く、誘導層から出る途中で速度を落とさない。第２およ
びより基本的なダイバージェンスは空乏領域からEHPを
除去することにより開始される電流パルスに関する。キ
ャリアが飽和されたキャリア速度で掃出されるとき、こ
の電流パルスは大きさが数百mAである。数オームより上
のインピーダンスでは、数ボルトの電位がバイアス電圧
とは反対に外部回路を横切って生成されることがわか
る。DEMUXチップとバイアス回路は図３で示されている
回路素子モデル10により表されることができる。5Vの逆
バイアスの下ではpin接合は370pAの漏洩電流と、キャパ
シタンスCd＝0.6pFを有する。金属被覆された***部か
ら結合パッド11までの通路と関連する抵抗13は約Ｒ＝1.
6Ωである。0.1μｍのSiNxの誘電体層を使用して製造さ
れた大きい面積の結合パッド11は−5VでCext＝23pFのキ
ャパシタンスを有する。1.3μｍのクロックパルスが10G
Hzの反復率を有するとき、生成された電流は10GHzのス
テップで100GHzを越えるまで上昇するAC成分に加えてDC
成分から構成される。DEMUXチップはバイアス電圧の供
給を容易にするためにレーザヘッダに結合されている。
必然的に種々の外部抵抗Ｒと直列に動作する数nHの結合
ワイヤインダクタンスＬ、14が存在する。Ｒが数オーム
よりも小さい限り、電流のDC成分は多量に接合電位を落
とすことなくチップから離れて再結合する。これらの周
波数での結合ワイヤの大きなインピーダンスのためにAC
成分では事情が異なる。これは高い値のCextにより可能
にされるチップの再結合で必要である。Ｒに直列のイン
ダクタンスが無視できる程度の大きさであることを仮定
する先に上げられた値では、100Gビット-1の動作は低い
逆電圧に対して予測される。
高速度の動作を改良するために結合パッドキャパシタ
ンスを増加する考えは光検出器と電子光学変調器に必要
な方法と直接反対であり、この装置を前の動作とは別に
離して設定する。
ンスを増加する考えは光検出器と電子光学変調器に必要
な方法と直接反対であり、この装置を前の動作とは別に
離して設定する。
実験
図４で示されているレイアウトを使用して、1.56μｍ
のDFB15からのCWビームは、逆バイアスされたDEMUXチッ
プ１からの送信TEモードが小さいΔｎに対する送信強度
の変化が最適化されるFPスペクトル中の点にほぼあるよ
うに波長同調される。このビームは1GHzの反復速度でDF
B16の利得を切換えることにより得られる約25パルスのF
WHM期間の増幅された1.3μｍのパルスによりDEMUXチッ
プ１において変調される。信号は高速度のpin光検出器1
7により検出され、増幅され、rfスペクトル分析装置18
上で表される。各周波数における信号レベルはその周波
数における1.3μｍの信号に対して較正される。1.3μｍ
パルスのスペクトルはWDM結合器19の出力を高速度のpin
17に接続することにより観察される。時間ドメインでこ
のソースを使用して応答が問題とする範囲外におけるス
ペクトル成分により支配されるので周波数ドメインで測
定が行われる。
のDFB15からのCWビームは、逆バイアスされたDEMUXチッ
プ１からの送信TEモードが小さいΔｎに対する送信強度
の変化が最適化されるFPスペクトル中の点にほぼあるよ
うに波長同調される。このビームは1GHzの反復速度でDF
B16の利得を切換えることにより得られる約25パルスのF
WHM期間の増幅された1.3μｍのパルスによりDEMUXチッ
プ１において変調される。信号は高速度のpin光検出器1
7により検出され、増幅され、rfスペクトル分析装置18
上で表される。各周波数における信号レベルはその周波
数における1.3μｍの信号に対して較正される。1.3μｍ
パルスのスペクトルはWDM結合器19の出力を高速度のpin
17に接続することにより観察される。時間ドメインでこ
のソースを使用して応答が問題とする範囲外におけるス
ペクトル成分により支配されるので周波数ドメインで測
定が行われる。
結果および論述
1Vの逆バイアスでのDEMUXチップ１によって、光学変
調が20GHZまでの周波数で観察される。この測定方法を
使用して、約20GHzで落ちる1.3μｍパルスのスペクトル
により課された制限がある。1.56μｍの信号と1.3μｍ
の信号の測定比が図５に表示されている。問題としてい
る周波数範囲（10GHz以上）では変調信号に対する変調
比はほぼ一定に維持されることが認められる。電流再結
合通路のインピーダンスが周波数によって変化するの
で、これはこの周波数範囲にわたってインピーダンスは
飽和されたキャリア速度から自由キャリアの速度を低下
しないように十分に低くすることが提案されている。1.
56μｍ信号の観察された光学変調は4.4psの平均キャリ
ア寿命時間とΔｎの比例定数５×10-20cm3が仮定される
ならば1.3μｍ信号のレベルから理論的に予測されるも
のよりも５の係数だけ大きい。10GHzより下で変調信号
に対する変調比は周波数の減少とともに増加する。これ
は正確にモデル化されるが、これらの周波数でより高い
再結合路電気インピーダンスに関するものと考えられて
いる。CdとCextとの間の通路のインピーダンスが無視で
きるように作られているならば、この設計はデマルチプ
レクサとして考えられる役割に加えて全ての光学波長コ
ンバータとして機能する。
調が20GHZまでの周波数で観察される。この測定方法を
使用して、約20GHzで落ちる1.3μｍパルスのスペクトル
により課された制限がある。1.56μｍの信号と1.3μｍ
の信号の測定比が図５に表示されている。問題としてい
る周波数範囲（10GHz以上）では変調信号に対する変調
比はほぼ一定に維持されることが認められる。電流再結
合通路のインピーダンスが周波数によって変化するの
で、これはこの周波数範囲にわたってインピーダンスは
飽和されたキャリア速度から自由キャリアの速度を低下
しないように十分に低くすることが提案されている。1.
56μｍ信号の観察された光学変調は4.4psの平均キャリ
ア寿命時間とΔｎの比例定数５×10-20cm3が仮定される
ならば1.3μｍ信号のレベルから理論的に予測されるも
のよりも５の係数だけ大きい。10GHzより下で変調信号
に対する変調比は周波数の減少とともに増加する。これ
は正確にモデル化されるが、これらの周波数でより高い
再結合路電気インピーダンスに関するものと考えられて
いる。CdとCextとの間の通路のインピーダンスが無視で
きるように作られているならば、この設計はデマルチプ
レクサとして考えられる役割に加えて全ての光学波長コ
ンバータとして機能する。
優れた掃出キャリア技術を使用したDEMUXチップは高
精細度のFP空洞技術またはよりよく知られているマッハ
ツェンダー方法のいずれか一方を使用することにより超
高速ビット流をデマルチプレクスするために使用される
ことができる。FP空洞方法が使用されるときスイッチン
グパルスで必要なエネルギ量は少ない。しかしながら、
100Gビット-1ビット流のライン幅は少なくとも0.8nmで
あり、これはDEMUX FPスペクトルの隣接する最大値の
間隔と比較して無視できる程小さくはない。空洞中の平
均光子寿命時間をビット期間よりも小さい値に維持する
ための必要条件に沿って考慮するとき、この事実は装置
の長さまたは吸収損失をここで報告されたものよりも低
い値に減少して得られる利点はほとんどない。
精細度のFP空洞技術またはよりよく知られているマッハ
ツェンダー方法のいずれか一方を使用することにより超
高速ビット流をデマルチプレクスするために使用される
ことができる。FP空洞方法が使用されるときスイッチン
グパルスで必要なエネルギ量は少ない。しかしながら、
100Gビット-1ビット流のライン幅は少なくとも0.8nmで
あり、これはDEMUX FPスペクトルの隣接する最大値の
間隔と比較して無視できる程小さくはない。空洞中の平
均光子寿命時間をビット期間よりも小さい値に維持する
ための必要条件に沿って考慮するとき、この事実は装置
の長さまたは吸収損失をここで報告されたものよりも低
い値に減少して得られる利点はほとんどない。
図６を参照すると、本発明の実施例で使用されるDEMU
Xチップの別の形態は二重チャンネル装置61,62によって
挟まれた***部60を具備する。チップ1aの上部表面は薄
い（1000A）窒化物層の上部の金属被膜63である。電気
接触は***領域のみに行われる。層構造はその他では図
１で示されているものと同じである。
Xチップの別の形態は二重チャンネル装置61,62によって
挟まれた***部60を具備する。チップ1aの上部表面は薄
い（1000A）窒化物層の上部の金属被膜63である。電気
接触は***領域のみに行われる。層構造はその他では図
１で示されているものと同じである。
二重チャンネル構造は種々の深さのチャンネルエッチ
ングまたは他の変数で使用されてもよい。１例としては
エッチングが誘導層５の途中またはその上の一部分で停
止する。
ングまたは他の変数で使用されてもよい。１例としては
エッチングが誘導層５の途中またはその上の一部分で停
止する。
図６で示されている形態のDEMUXチップは特に簡単な
構造を有し、従って、高い生産率で容易に製造される。
構造を有し、従って、高い生産率で容易に製造される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ムーディー、デイビッド・グラハム
イギリス国、アイピー４・５ビーイー、
サフォーク、イプウィッチ、トキオ・ロ
ード23
(72)発明者 ウエイク、デイビッド
イギリス国、アイピー10・02キュー、サ
フォーク、レビントン、チャーチ・レー
ン（番地なし）、’クロエソ’
(56)参考文献 特開 平４−3125（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−294519（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−118613（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−225320（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−198025（ＪＰ，Ａ)
Ｐ．ＬＩＫＡＭＷＡ ｅｔ ａｌ．,
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．19，Ｎｏ．13,
ｐ．2055−2057（1991)
Ｇ．ＭＡＫ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２,
Ｎｏ．10，ｐ．730−733（1990)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/00 - 7/00
ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (9)
- 【請求項１】光通信システムで使用される半導体光学ス
イッチング装置において、前記スイッチング装置は光導
波体からなり、通信リンクから第１の波長のデータ信号
と第２の波長の制御信号とを受ける光入力ポートおよび
光出力ポートとを有する前記光導波体は基板に設けられ
たｐ−ｎ接合と、前記ｐ−ｎ接合に電界を印加するため
に接合を形成するように配置されたｐ−コンタクトおよ
びｎ−コンタクトとを含み、前記制御信号は前記ｐ−ｎ
接合の領域に電気的なキャリアを生成して前記第１の波
長で前記光導波体の少なくとも一部の屈折率を変調し、
それにより前記スイッチング装置において前記第１の波
長で前記データ信号の光通路の長さを変化させ、前記ｐ
−コンタクトの領域は、使用において前記スイッチング
装置のキャパシタンスが少なくとも5pFであり、前記ｐ
−ｎ接合の領域において生じる、前記電気的なキャリア
による電流のAC成分の再結合を助長し、しかも前記ｐ−
ｎ接合間で実質的に一定の電位を保持して前記ｐ−ｎ接
合の領域から前記電気的なキャリアを除去するようにさ
れていることを特徴とする半導体光学スイッチング装
置。 - 【請求項２】前記データ及び制御信号は前記光導波体に
沿って誘導されることを特徴とする請求項１記載の装
置。 - 【請求項３】前記スイッチング装置が100p秒以下の回復
時間を有することを特徴とする請求項１又は２記載の装
置。 - 【請求項４】前記スイッチング装置が10p秒以下の回復
時間を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か１記載の装置。 - 【請求項５】前記ｐ−コンタクトが結合パッドであるこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の装
置。 - 【請求項６】チャンネルに挟まれている***（リッジ）
構造を有し、前記光導波体が前記***構造内に位置し、
前記結合パッドが前記***構造および前記チャンネルの
全てに亘って実質的に形成されていることを特徴とする
請求項５記載の装置。 - 【請求項７】前記スイッチング装置が10GHz以上の周波
数で変調を構成するデータ速度で動作することを特徴と
する請求項１乃至６のいずれか１記載の装置。 - 【請求項８】前記光導波体がファブリーペロー空洞内に
あり、前記ファブリーペロー空洞のファセットの反射が
前記第２の波長よりも前記第１の波長で大きいことを特
徴とする請求項１乃至７のいずれか１記載の装置。 - 【請求項９】請求項１乃至８のいずれか１つによるスイ
ッチング装置からなることを特徴とする時分割多重光通
信信号をデマルチプレクスする使用におけるデマルチプ
レクス装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9208104.1 | 1992-04-13 | ||
| GB929208104A GB9208104D0 (en) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Optical switching device |
| PCT/GB1993/000762 WO1993021554A1 (en) | 1992-04-13 | 1993-04-13 | Optical switching device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07505729A JPH07505729A (ja) | 1995-06-22 |
| JP3373514B2 true JP3373514B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=10713950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51811393A Expired - Lifetime JP3373514B2 (ja) | 1992-04-13 | 1993-04-13 | 光学的スイッチング装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5550939A (ja) |
| EP (1) | EP0636254B1 (ja) |
| JP (1) | JP3373514B2 (ja) |
| AU (1) | AU671112B2 (ja) |
| CA (1) | CA2117806C (ja) |
| DE (1) | DE69326141T2 (ja) |
| GB (1) | GB9208104D0 (ja) |
| WO (1) | WO1993021554A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19519735A1 (de) * | 1995-06-02 | 1996-12-05 | Sel Alcatel Ag | Optisch gesteuertes optisches Koppelmodul, Verfahren zum optischen Steuern eines optischen Koppelnetzes und optisches Koppelnetz |
| GB2394598A (en) * | 2002-10-26 | 2004-04-28 | Bookham Technology Plc | Reducing the number of stray charge carriers within an optical waveguide |
| WO2007002603A2 (en) * | 2005-06-24 | 2007-01-04 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Optically-triggered power system and devices |
| US8294078B2 (en) * | 2005-06-24 | 2012-10-23 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Optically-triggered multi-stage power system and devices |
| JP2012208413A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Anritsu Corp | 光ゲート素子 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4770483A (en) * | 1985-12-23 | 1988-09-13 | Battelle Memorial Institute | Electrooptic sampling apparatus for sampling electrical and optical signals |
| GB8727212D0 (en) * | 1987-11-20 | 1987-12-23 | Secr Defence | Optical beam steering device |
| US4867515A (en) * | 1988-08-05 | 1989-09-19 | Canadian Patents And Development Ltd. | All-optical modulator with a channel waveguide |
| US5191630A (en) * | 1990-04-20 | 1993-03-02 | Nec Corporation | Nonlinear optical device for controlling a signal light by a control light |
| US5067828A (en) * | 1990-08-09 | 1991-11-26 | Rockwell International Corporation | Transferred electron effective mass modulator |
| DE69226761T2 (de) * | 1991-12-27 | 1999-01-14 | Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa | Optische Wellenleiteranordnung mit reduzierter DC-Drift |
-
1992
- 1992-04-13 GB GB929208104A patent/GB9208104D0/en active Pending
-
1993
- 1993-04-13 DE DE69326141T patent/DE69326141T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-04-13 EP EP93908029A patent/EP0636254B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-13 AU AU39018/93A patent/AU671112B2/en not_active Ceased
- 1993-04-13 WO PCT/GB1993/000762 patent/WO1993021554A1/en active IP Right Grant
- 1993-04-13 US US08/318,620 patent/US5550939A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-13 JP JP51811393A patent/JP3373514B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-13 CA CA002117806A patent/CA2117806C/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｇ．ＭＡＫ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．１０，ｐ．７３０−７３３（１９９０） |
| Ｐ．ＬＩＫＡＭＷＡ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１３，ｐ．２０５５−２０５７（１９９１） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU671112B2 (en) | 1996-08-15 |
| EP0636254B1 (en) | 1999-08-25 |
| CA2117806A1 (en) | 1993-10-14 |
| US5550939A (en) | 1996-08-27 |
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