JPH02125232A - Optical switch - Google Patents

Optical switch

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JPH02125232A
JPH02125232A JP27747388A JP27747388A JPH02125232A JP H02125232 A JPH02125232 A JP H02125232A JP 27747388 A JP27747388 A JP 27747388A JP 27747388 A JP27747388 A JP 27747388A JP H02125232 A JPH02125232 A JP H02125232A
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JP
Japan
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waveguide
current
output port
optical switch
branch
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Application number
JP27747388A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisaharu Yanagawa
柳川 久治
Yoshiyuki Kamata
鎌田 良行
Takeshi Ueki
健 植木
Hidehisa Miyazawa
宮沢 秀久
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.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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Publication of JPH02125232A publication Critical patent/JPH02125232A/en
Priority to US07/686,610 priority patent/US5148505A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To eliminate the need to form the optical switch to high-accuracy size and to facilitate the manufacture by providing a branch waveguide and forming an electrode on the waveguide on an output port side. CONSTITUTION:The Y branch waveguide is provided and the electrode 4 is formed on one waveguide 3a on the output port side. Namely, when a current is supplied to the waveguide 3a positioned on the output port side, the refractive index of the current application area of the waveguide 3a decreases to make the propagation constant smaller than any other waveguide, and the waveguides 3a and 3b on the output port side become asymmetrical with each other. Light which is made incident from an input port, on the other hand, is projected from the side of the waveguide 3b which becomes relatively large in propagation constant. Consequently, switching operation is performed without applying any current to a branch point 2.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光スィッチに関し、更に詳しくは、製造が容易
で、波長依存性や偏波依存性を示すことがない光スイ・
7チに関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical switch, and more specifically, an optical switch that is easy to manufacture and does not exhibit wavelength dependence or polarization dependence.
Regarding 7chi.

(従来の技術) 光通信分野においては、半導体基板の上に、Y分岐また
はX分岐する導波路を備えた半導体光素子が光スィッチ
として研究されている。
(Prior Art) In the field of optical communications, semiconductor optical devices equipped with Y-branch or X-branch waveguides on a semiconductor substrate are being researched as optical switches.

その1例を、電流注入型の光スィッチにつき、図面に則
して説明する。第5図はX分岐導波路を存する光スイン
チの分岐点近傍を示す斜視図である0図において、半導
体基板51の上には、所定組成の半導体から成る薄層が
下部クランド層、コア層、上部クランド層として順次4
111層されて導波路52.53が形成されている。こ
の1波路5253はX字形に交差して分岐点54を形成
する。
One example of this will be explained with reference to the drawings regarding a current injection type optical switch. FIG. 5 is a perspective view showing the vicinity of a branch point of an optical sinch including an X-branch waveguide. In FIG. 4 sequentially as the upper crund layer
Waveguides 52 and 53 are formed by 111 layers. This one wave path 5253 intersects in an X shape to form a branch point 54.

そして、全体の表面は絶縁薄膜で被覆されている。The entire surface is covered with an insulating thin film.

分岐点4には、その中央位置にスリント状の窓が形成さ
れていて、その上に1i55が例えば英着されている。
A slint-like window is formed at the center of the branching point 4, and 1i55, for example, is deposited on the window.

この電極55からは、前記したごから電流が分岐点54
で交差する導波路内に注入されるようになっている。
From this electrode 55, as described above, the current flows to the branch point 54.
It is designed to be injected into the waveguides that intersect at.

ここで、導波路52.53の全経路のうち、分岐点54
を境にして、部分52a、53a側が人力ボートであり
、部分52b、53b側が出力ポートを構成している。
Here, among all the paths of the waveguides 52 and 53, the branch point 54
The portions 52a and 53a constitute a human-powered boat, and the portions 52b and 53b constitute an output port.

この構造の光スィッチにおいては、電極55がら所定値
の電流を注入すると、注入キャリアの働きによって、前
記した窓部分に相当する電流注入域のコア層の屈折率が
低下する。その結果、入力ボート53aに入射した光は
、前記電流注入域と非注入域との界面で全反射して出カ
ポ−1−52b側から出射する。一方、電極55からの
電流注入を行わない場合は、入力ボート53aに入射し
た光は、分岐点54を透過してそのまま直進し、出力ポ
ート53bから出射する。
In the optical switch having this structure, when a predetermined amount of current is injected through the electrode 55, the refractive index of the core layer in the current injection region corresponding to the window portion described above decreases due to the action of the injected carriers. As a result, the light incident on the input port 53a is totally reflected at the interface between the current injection area and the non-injection area and exits from the output port 1-52b side. On the other hand, when no current is injected from the electrode 55, the light incident on the input boat 53a passes through the branch point 54, goes straight, and exits from the output port 53b.

すなわち、電極55から電流注入するか否かによって、
入力ボート53aに入射した光は、出力ポート52bか
ら出射したり、出力ポート53bから出射したりする。
That is, depending on whether or not current is injected from the electrode 55,
The light incident on the input boat 53a is emitted from the output port 52b or from the output port 53b.

かくしてスイッチング動作が行なわれる。A switching operation is thus performed.

このときの@流スイッチング特性を第6図に示す。図は
、入力ボート53aに光を入射せしめた状態のままで、
電極55から電流を注入したときに、出力ポート52b
と出力ポート53bからの光出力の状態を示す図である
The @ current switching characteristics at this time are shown in FIG. The figure shows the state in which light is still incident on the input boat 53a.
When a current is injected from the electrode 55, the output port 52b
FIG. 3 is a diagram showing the state of optical output from the output port 53b.

図から明らかなように、注入電流0の場合は、出力ボー
ト53b、出力ポート52bからの光出力はそれぞれ1
.0であり、また、注入電流がある値(図ではIsw)
以上の場合には、出力ボート53b、出力ポート52b
からの光出力はそれぞれ0.1に変化する。すなわち、
Iswは光出力のしきい値になっている。
As is clear from the figure, when the injection current is 0, the optical output from the output port 53b and the output port 52b is 1, respectively.
.. 0, and the injection current is a certain value (Isw in the figure)
In the above case, the output boat 53b, the output port 52b
The light output from each changes to 0.1. That is,
Isw is a threshold of optical output.

ここで、注入型i1s詩自体は、光スィッチの波長依存
性や偏波依存性に影響を与えるが、しかし、この注入電
流を、この光スィッチが使用される条件の中で最大の値
(I wax  : I max≧Isw)とすれば、
電極55からのI−axの注入有無によって、全ての条
件下で、この光スィッチは01のスイッチング動作を発
揮するようになる。すなわち、l IIaxの注入を無
により、波長依存性や偏波依存性は消去される。
Here, the injection type I1S itself affects the wavelength dependence and polarization dependence of the optical switch, but this injection current is set to the maximum value (I wax: Imax≧Isw), then
Depending on whether or not I-ax is injected from the electrode 55, this optical switch exhibits a 01 switching operation under all conditions. That is, by not injecting l IIax, wavelength dependence and polarization dependence are eliminated.

(発明が解決しようとする課題) 上記したような電流注入型の光スィッチは、注入電流に
よって導波路の屈折率を変化させることによりスイッチ
ング動作を行なわせることができ、波長依存性や偏波依
存性に無関係なものであり、従来から研究されている、
モード干渉を利用した導波路型の光スィッチよりも優れ
た機能を備えているということができる。
(Problems to be Solved by the Invention) The current injection type optical switch as described above can perform switching operation by changing the refractive index of the waveguide by the injection current, and has wavelength dependence and polarization dependence. It is unrelated to gender and has been studied for a long time.
It can be said that it has better functionality than a waveguide type optical switch that uses mode interference.

ところで、上記した説明でも明らかなように、この光ス
ィッチが理想的に動作するためには、前記した光反射面
が、電流注入時に、分岐点54の中央位置に正確に発現
することである。そのためには、分岐点54に形成され
るスリット状窓が、正確に分岐点54の中央位置に位1
することが必要であり9.またそのスリット形状も高精
度の寸法で形成されていることが必要になる。
By the way, as is clear from the above description, in order for this optical switch to ideally operate, the above-mentioned light reflecting surface must appear accurately at the center of the branch point 54 when current is injected. For this purpose, the slit-like window formed at the branch point 54 must be positioned exactly at the center of the branch point 54.
9. The slit shape also needs to be formed with highly accurate dimensions.

しかしながら、現在のところ、このような高い精度でス
リット状窓を分岐点54に形成することは非常に困難で
、微少距離ではあれ、中央位置よりも左右へ若干ずれて
しまう。
However, at present, it is very difficult to form a slit-like window at the branch point 54 with such high precision, and even if it is a minute distance, it is slightly shifted to the left or right from the center position.

スリット状窓の左右へのずれに伴ない、前記した光反射
面も左右への位置ずれを起し、その結果、前記した光ヌ
イッチング特性は劣化する。とくに、単一モードデバイ
スの場合は、導波路の幅が10μm程廣であるため、上
記した光反射面の左右への位置づれは深刻な問題となる
As the slit-shaped window shifts to the left and right, the above-mentioned light reflecting surface also shifts to the left and right, and as a result, the above-mentioned optical nuitching characteristic deteriorates. In particular, in the case of a single mode device, since the width of the waveguide is about 10 μm wide, the above-mentioned misalignment of the light reflecting surface to the left and right poses a serious problem.

本発明は、上記したような光反射面の厳格な位置ぎめが
不要であるだけではなく、そもそも分岐点におけるスリ
ット状窓を形成することも必要としない、したがって製
造が橿めて容易である新規な光スィッチの提供を目的と
する。
The present invention not only eliminates the need for strict positioning of the light-reflecting surface as described above, but also eliminates the need to form slit-like windows at branch points, and is thus novel and easy to manufacture. The purpose is to provide optical switches.

(課題を解決するための手段) と記目的を達成するために、本発明においては、Y分岐
導波路またはX分岐導波路を備え、出力ボート側の少な
くとも一方の導波路に電極が形成されていることを特徴
とする光スィッチが提供される。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention includes a Y-branch waveguide or an X-branch waveguide, and an electrode is formed on at least one of the waveguides on the output boat side. An optical switch is provided.

(作用) 本発明の光スィッチは、光出力が非対称である分岐導波
路においては、導波路間の角度が微少な角度である場合
、入力ボートから入射した光は伝搬定数の大きい導波路
からのみ出射するという知見(昭和63年電子情報通信
学会秋季全国大会予稿集、C−187参照)に基づいて
開発されたものである。
(Function) In the optical switch of the present invention, in a branching waveguide with asymmetric optical output, when the angle between the waveguides is small, the light incident from the input boat is transmitted only from the waveguide with a large propagation constant. It was developed based on the knowledge that it emits radiation (see Proceedings of the Autumn National Conference of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1988, C-187).

すなわち、出力ボート側に位置する導波路のいずれか一
方に電流注入を行なうと、その導波路の電流注入域の屈
折率は低下して、伝搬定数が他の導波路のそれに比べて
小さくなり、出力ボート側導波路は互いに非対称となる
ので、入力ボートがら入射された光は、他の導波路、す
なわち伝搬定数が相対的に大きくなった導波路の側から
出射することになる。このようにして、分岐点にti注
入を行なうことな(、スイッチング動作が行なわれるよ
うになる。
That is, when current is injected into either one of the waveguides located on the output boat side, the refractive index of the current injection region of that waveguide decreases, and the propagation constant becomes smaller than that of the other waveguides. Since the output boat side waveguides are asymmetrical with respect to each other, the light incident on the input boat will be emitted from the other waveguide, that is, the waveguide having a relatively large propagation constant. In this way, a switching operation can be performed without performing a Ti injection at the branch point.

(実施例) 以下に、本発明の実施例を添付図面に示したY分岐導波
路に基づいて説明する。第1図は、Y分岐するリッジ導
波路の概略平面図である。この導波路を存する実施例光
スィッチは、例えば、厚み0.25μmのAu−Ge−
Ni/Auから成る下部電極の上に厚み150 μmの
GaAs基板が積層され、この上に、下部クラッド層と
して厚み5μmのn” Aj!a、+Gas、qAs層
、コア層として厚みlIjmのn−CaAs層、更に上
部クラッド層として厚み1.5 u mのp” Alo
、+Gao、qAS層が順次積層されて構成されている
ものである。
(Example) Examples of the present invention will be described below based on a Y-branch waveguide shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic plan view of a Y-branched ridge waveguide. The example optical switch including this waveguide is made of, for example, Au-Ge-
A GaAs substrate with a thickness of 150 μm is laminated on the lower electrode made of Ni/Au, and on this, an n” Aj!a, +Gas, qAs layer with a thickness of 5 μm is formed as a lower cladding layer, and an n− layer with a thickness of lIjm is formed as a core layer. CaAs layer and a 1.5 um thick p” Alo layer as an upper cladding layer.
, +Gao, and qAS layers are sequentially stacked.

図において、導波路1は入力ボートであり、分岐点2で
出力ボート側の導波路3aと導波路3bにY分岐してい
る。このときの分岐角度θは例えば2°というような充
分に小さい角度になっている。
In the figure, a waveguide 1 is an input boat, and is Y-branched at a branch point 2 into a waveguide 3a and a waveguide 3b on the output boat side. The branching angle θ at this time is a sufficiently small angle, for example, 2°.

そして、導電波路3a、3bにおけるコア/クラツド比
屈折率差をそれぞれΔ1.Δ2とし、またコア幅をそれ
ぞれw、、W= とすると、Δ1−△よ、W、>W、と
なっている、したがって、導波路3a、3bにおける伝
搬定数をβ1.β□とすると、β、〉β、となり出力ボ
ート側は非対称になっている。
Then, the relative refractive index difference between the core and the cladding in the conductive wave paths 3a and 3b is set to Δ1. If Δ2 and the core widths are respectively w,, W=, then Δ1−Δ, W,>W. Therefore, the propagation constants in the waveguides 3a and 3b are β1. If β□, then β,>β, and the output boat side is asymmetrical.

伝搬定数β1(β1〉β)を有する導波路3aの上には
、電流注入用の電極4が形成されている。1!pi4は
例えば真空蒸@YLでA u / Crを厚み0.25
μm程度蒸着すればよい。
An electrode 4 for current injection is formed on the waveguide 3a having a propagation constant β1 (β1>β). 1! For pi4, for example, A u / Cr is vacuum steamed @ YL to a thickness of 0.25.
It is sufficient to evaporate about μm.

この電極4は、図のように、導波路3aのある長さ部分
の上面を被覆するように形成されている。
As shown in the figure, this electrode 4 is formed to cover the upper surface of a certain length of the waveguide 3a.

しかし、?it極4の形成は、導波路3aの上面の全部
ではなく、一部分であってもよい。
but,? The IT pole 4 may be formed not on the entire upper surface of the waveguide 3a but on a portion thereof.

電極4から電流注入を行なわない状態で導波路lに光を
入射すると、導波路3aと導波路3bは非対称になって
いるので、光は伝搬定数の大きい導波路3aからのみ入
射する。
When light is incident on the waveguide l without current injection from the electrode 4, since the waveguides 3a and 3b are asymmetrical, the light is incident only from the waveguide 3a, which has a large propagation constant.

ここで、電pi4から電流注入して導波路3aの電流注
入域の屈折率をδだけ減少させ、導波路3a。
Here, the refractive index of the current injection region of the waveguide 3a is decreased by δ by injecting a current from the electric current pi4.

3b間でΔ1−δくΔ2の関係を形成すると、β。If a relationship of Δ1−δ×Δ2 is formed between 3b, β.

〈β2にすることができる。このようになると、導波路
Iに入射した光は、伝搬定数が大きくなった導波路3b
からのみ出射することになる。かくして、光スイツチン
グ効果が得られる。
<Can be set to β2. In this case, the light incident on the waveguide I will pass through the waveguide 3b, which has a large propagation constant.
It will only emit from. Thus, a light switching effect is obtained.

第2図は他の実施例を示すY分岐導波路であるにの導波
路においては、出力ボート側の導波路5a。
FIG. 2 shows another embodiment of the Y-branch waveguide, in which the waveguide 5a is on the output boat side.

5bがいずれも等しい幅Wで形成され、各導波路の上に
電極6a、6bが形成されている。
5b are formed with the same width W, and electrodes 6a and 6b are formed on each waveguide.

この場合は、電極6aから、電流注入する導電1i6b
からは電゛凍注入しない、または、i!i6bから電流
注入する導電流6aからは電流注入しない、という操作
を行なうことにより、導波路5a。
In this case, the conductor 1i6b to which current is injected from the electrode 6a
Do not inject electrolyte from i! By performing the operation of not injecting current from the conducting current 6a which injects current from i6b, the waveguide 5a is formed.

5bを互いに非対称にすることができ、入力ボート側か
らの入射光を導波路5a、5bから選択的に出射せしめ
ることができる。
5b can be made asymmetrical with respect to each other, and the incident light from the input boat side can be selectively emitted from the waveguides 5a and 5b.

このタイプの光スィッチの場合は、各導波路の幅を等し
くすることができるので、各端面における光ファイバと
の接続が容易になって好都合である。
In the case of this type of optical switch, the width of each waveguide can be made equal, which facilitates connection with an optical fiber at each end face, which is advantageous.

第3図は他の実施例であるX分岐導波路を示す。FIG. 3 shows another embodiment of the X-branch waveguide.

この導波路においては、出力ボート側に位置する等幅の
導波路7a、7bに、それぞれ、電極8a。
In this waveguide, electrodes 8a are provided in equal width waveguides 7a and 7b located on the output boat side, respectively.

8bが形成されている。この場合、電極8a、8bから
の電流注入を制御することにより、導波路7a、7bを
互いに非対称にすることができる。
8b is formed. In this case, by controlling the current injection from the electrodes 8a, 8b, the waveguides 7a, 7b can be made asymmetrical with respect to each other.

このタイプの光スィッチは、NXNのマドリンクススイ
ンチを構成するときのクロスポイントとして使用できる
This type of optical switch can be used as a crosspoint when constructing an NXN mad link switch.

このことを、例えば、7144図に示す2×2光スイツ
チについて説明する0図において、直線で示す4本の導
波路が互いに交差し、各クロスポイントには光スィッチ
A、B、C,Dが配置されている。このマトリックスス
イッチのスイッチング状態としては、9a −C−9a
’ 、  9b −A−9bの場合と、9a−B−9b
’   9b−D−9aの場合との2通りがある。
For example, in Figure 7144, which explains a 2x2 optical switch, four waveguides shown as straight lines cross each other, and optical switches A, B, C, and D are located at each cross point. It is located. The switching state of this matrix switch is 9a-C-9a
', 9b-A-9b and 9a-B-9b
' There are two cases: 9b-D-9a.

この状態において、クロスポイントAに配置される光ス
ィッチに着目すると、この光スイフチは第3図に示した
ようなX分岐導波路タイプのものでなければならなくな
る。
In this state, paying attention to the optical switch placed at cross point A, this optical switch must be of the X-branch waveguide type as shown in FIG.

(発明の効果) 以上の説明で明らかなように、本発明の光スィッチは、
Y分岐導波路またはX分岐導波路を備え、出力ボート側
の少なくとも一方の導波路に電極が形成されている構成
にしたので、従来のように、分岐点におけるスリット状
窓を高精度で形成することが不要になり、その製造が極
めて容易になる。
(Effects of the Invention) As is clear from the above explanation, the optical switch of the present invention has the following effects:
Since the configuration is such that a Y-branch waveguide or an X-branch waveguide is provided, and an electrode is formed on at least one of the waveguides on the output boat side, a slit-shaped window at the branch point can be formed with high precision as in the conventional method. This makes manufacturing extremely easy.

また、出力ボート側の導波路の屈折率を変化させるだけ
で01のスイッチング動作を行なわせることができ、波
長依存性や偏波依存性と無関係になる。
Further, the 01 switching operation can be performed simply by changing the refractive index of the waveguide on the output boat side, making it independent of wavelength dependence and polarization dependence.

4゜ 更には、導波路構成を変えることにより、電界印加によ
りコア層の屈折率を変化させるタイプの光スィッチにす
ることもできる。
4. Furthermore, by changing the waveguide configuration, it is possible to create an optical switch of a type in which the refractive index of the core layer is changed by applying an electric field.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明実施例の概略平面図、第2図は他の実施
例の概略平面図、第3図は更に他の実施例の概略平面図
、第4図は2×2光スイツチのマトリンクスを示す概略
図、第5図は従来のX分岐導波路の斜視図、第6図は電
流スイッチング特性図である。 ■・・・入力ボート側の導波路、2・・・分岐点、3a
3b、5a、5b、7a、1b=・・出力ボート側の導
波路、4.6a、6b、8a、8b−電極。
Fig. 1 is a schematic plan view of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a schematic plan view of another embodiment, Fig. 3 is a schematic plan view of still another embodiment, and Fig. 4 is a schematic plan view of a 2x2 optical switch. FIG. 5 is a schematic diagram showing a matrix, FIG. 5 is a perspective view of a conventional X-branch waveguide, and FIG. 6 is a current switching characteristic diagram. ■... Waveguide on the input boat side, 2... Branch point, 3a
3b, 5a, 5b, 7a, 1b=... waveguide on the output boat side, 4.6a, 6b, 8a, 8b - electrodes.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] Y分岐導波路またはX分岐導波路を備え、出力ポート側
の少なくとも一方の導波路に電極が形成されていること
を特徴とする光スイッチ。
An optical switch comprising a Y-branch waveguide or an X-branch waveguide, and an electrode is formed on at least one of the waveguides on the output port side.
JP27747388A 1988-11-04 1988-11-04 Optical switch Pending JPH02125232A (en)

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